Обработка данных с лидарных сканеров, дронов и работа с облаками точек с использованием ГГИС GEOVIA Surpac

В настоящее время съёмка топографических поверхностей и поверхностей горных выработок на открытых горных работах осуществляется в основном при помощи следующих приборов:

  1. Тахеометры
  2. Геодезические GPS приёмники
  3. Системы лазерного сканирования

Ранее в статье мы приводили обзор возможностей Surpac для импорта данных маркшейдерской съемки традиционными методами.

С развитием технологий и стремлением предприятий перейти к более автоматизированным и эффективным методам и инструментам, все более активно используется способ съемки с применением дистанционного зондирования поверхности (лазерного сканирования).

Лазерное сканирование осуществляется как с помощью наземных лидарных сканеров, так и с помощью беспилотных летательных аппаратов (дронов).

НАЗЕМНОЕ ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ с помощью лазерного излучения с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) измеряет расстояние от сканера до поверхности объекта и регистрирует соответствующие направления (вертикальные и горизонтальные углы). На выходе получаются точки, для которых вычисляются пространственные координаты (x, y, z), форма и интенсивность отраженного сигнала. Эти данные используются для построения пространственных цифровых моделей измеряемых объектов в виде облака точек .

ВОЗДУШНОЕ ЛАЗЕРНОЕ  СКАНИРОВАНИЕ C БПЛА – относительно новый метод съемки. При данном методе используются беспилотные дистанционно управляемые летательные аппараты (БПЛА) гирокоптеры сверхлегкие самолеты. В качестве измерительного инструмента используется малогабаритный воздушный лазерный сканер. Быстрое распространение метода беспилотной лидарной съемки объясняется легкостью транспортировки, отсутствием необходимости наличия аэродромов, возможностью использования в плохих метеоусловиях, в темное время суток, низкой себестоимостью и высокой производительностью.

Если традиционные методы обеспечивают получение дискретных точечных измерений только избранных объектов (точек), устройства лазерного сканирования снимают поверхности объектов целиком, обеспечивая более полное покрытие их точками. Соответственно больше внимания уделяется технологии обработки данных со сканеров для быстрой и качественной визуализации модели поверхности.

В данной статье будет рассмотрена обработка данных съемки с лидарных сканеров в ПО GEOVIA Surpac. Поскольку результатом съемки и с наземных станций, и с БПЛА является облако точек, процесс обработки выходных данных одинаков для обоих способов.

GEOVIA Surpac имеет мощные инструменты для работы с облаком точек и предоставляет необходимый функционал для обработки маркшейдерской лазерной съемки. Все, что нужно –  это импортировать в ПО файл съемки. Зачастую это файлы формата .las или .dspc. Импорт производится простым перетаскиванием файла в рабочую область ПО GEOVIA Surpac из окна навигации или окна Windows (drag-and-drop).

Рис.1. Пример визуализации облака точек в ПО GEOVIA Surpac

С полученным облаком точек можно производить все необходимые для работы операции. Конечной целью этой работы является создание цифровой поверхности, которая в дальнейшем будет использована для проектирования, производства объемных подсчетов, моделирования и планирования.

Функция Сетка облака точек позволяет преобразовать облако точек в цифровую триангуляционную модель (ЦТМ). При этом инструмент дает возможность разредить облако точек по желаемым параметрам.

Рис.2. Форма «Конструктор сетки облака точек 2D».

Необходимо иметь в виду, что частота создания точек при съемке достигает 0,01 м, и файл съемки может получаться очень большого размера. Не все рабочие станции способны обработать такой массив данных. К тому же, например, для проектирования и планирования, подобная плотность точек не имеет смысла.

Рис.3. Густота сетки облака точек до обработки.

Модуль обработки облака точек при создании ЦТМ-поверхности разряжает облако до необходимой частоты сетки точек.

Рис.4. Преобразование сетки облака точек: а – исходное облако, б – преобразованное облако точек

Рис.5. Результат разрежения облака: a – исходное облако, б – ЦТМ-поверхность после разрежения, в – облако после разрежения в формате .str

Далее полученный новый объект можно редактировать, используя стандартный функционал ПО GEOVIA Surpac. Например, вырезать участок, где произошли изменения и вставить его в рабочую поверхность, получив актуальное положение горных работ. Для выявления отклонений облака точек от текущей поверхности используется функция Отклонение облако точек.

Рис.6. Отклонение облака точек от поверхности

Данная функция позволяет определить участки с отклонениями или изменениями в ведении горных работ. После визуального определения отклонений данные участки можно вставить в текущее положение, получив актуальное положение горных работ. Также происходит запись данных об отклонении в файл Deviation.dat в папке кэша облака точек.

Рис.7. Объединение актуальной съемки с текущей поверхностью

Обновление положения горных работ можно производить как с ЦТМ-поверхностью, полученной из облака точек, так и непосредственно с облаком точек. В последнем случае для редактирования облака используется функция Поверхности – Инструмент анализа КМ – Редактирование облака точек, а для слияния нескольких облаков точек – Объединение слоев облака точек или Объединение файлов облака точек. Данные функции очень просты, необходимо только указать нужные уровни или файлы для объединения.

Функция редактирования позволяет экспортировать все точки в другой уровень, редактировать точки в отрисованном полигоне, редактировать с использованием уже существующего сегмента, редактировать все точки в видимой области рабочего окна или вне выбранной области рабочего окна.

Также ПО GEOVIA Surpac предоставляет возможность преобразования ЦТМ-поверхности в облако точек. При этом в рабочей директории создаются файл облака точек и папка кэша. Цвет облака точек берется из информации в папке кэша. В случае формата файла типа .xyz, если папка кэша не доступна, цвет облака применяется как определено установками по умолчанию.

При производстве лазерной съемки любым способом всегда фиксируются так называемые точки выброса, которые можно позиционировать как шум при создании 2D или 3D объекта (поверхности или твердого тела). Это могут быть пыль, снег и другие данные, которые не должны учитываться при создании сетки. Функция очистки облака предоставляет возможность для поиска и удаления точек выброса, которые находятся от основной области сгущения. Точки удаляются путем создания плоскости подгонки в основной области сгущения, а затем выполняется соизмерение расстояния до плоскости. Для каждой точки создается плоскость подгонки на основе точек, найденных в пределах заданного радиуса или ее ближайших соседей. Если расстояние между точкой и плоскостью больше, чем расстояние выброса, точка удаляется. Этот процесс повторяется для каждой точки.

Для каждого современного предприятия, когда борьба идет не за тонну, а за куб горной массы, важным вопросом является возможность оперативной обработки съемки горных выработок. Горнодобывающие предприятия должны обеспечивать максимально точный оперативный подсчет и учет объемов горной массы. Лазерные технологии обеспечивают высокоточную оперативную съемку, но для обработки данных требуется программное обеспечение, позволяющее справиться с массивом данных и предоставить специалисту необходимый функционал для их обработки. Сегодня это позволяет сделать программное обеспечение GEOVIA Surpac.