МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Реферат

по дисциплине «Квантовая и оптическая электроника»

Тема: Применение лазеров геодезии, строительстве, в системах открытой оптических связей

Студент гр. 7201		Степанов М.Ю.
Преподаватель		Смирнов Е. А.

Санкт-Петербург

2020

ЗАДАНИЕ

на реферат

Студент: Степанов М.Ю.
Группа 7201
Тема реферата: Применение лазеров в геодезии, строительстве в системах открытой оптической связей
Предполагаемый объем реферата: Не менее 15 страниц (обязательны разделы «Содержание», «Введение», «Заключение», «Список использованных источников»).
Дата выдачи задания: 17.09.2020
Дата сдачи реферата:
Дата защиты реферата:
Студент		Степанов М.Ю.
Преподаватель		Смирнов Е. А.

Содержание

1	Применение лазеров в геодезии		5
2	Применение лазеров в строительстве		8
3	Применение лазеров в системе строительстве в системах открытой оптической связей		10
	Заключение		17
	Список использованных источников		18

Введение

Лазерное сканирование - самый быстрый, точный и объективный метод геодезической съёмки на сегодняшний день. В основе лазерного сканирования лежит метод измерения расстояний лазером (Lidar), если современные цифровые тахеометры используют лазер для измерения расстояния и угла на определённые объекты выбираемые геодезистом, то при использовании лазерного сканирования производится съёмка полной картины действительности, тем самым невозможно пропустить ни одного объекта съёмки. Лазеры в строительстве позволяют в разы упростить работу, а главное намного увеличивают точность производимых измерений. Лазерные лучи являются абсолютно ровными и поэтому легко заменяют любые измерительные приборы. А лазерная связь обеспечивает экономичное решение проблемы надежной и высокоскоростной ближней связи (1,2 км), которая может возникнуть при объединении телекоммуникационных систем разных зданий.

Применение лазеров в геодезии

В геодезии с недавнего времени стало широко распространённо технология лазерного сканирования. Прибор на котором строится метод называется лазерный сканер.

Принцип работы лазерного заключается в измерении времени прохождения лазерного луча от излучателя до отражающей поверхности и обратно до приемника. Путем деления этого времени на скорость распространения лазерного луча определяется расстояние до объекта. Сканер состоит из лазерного дальномера, адаптированного для работы с высокой частотой и блока развертки лазерного луча. В качестве блока развёртки в сканере выступают сервопривод и полигональное зеркало или призма. Сервопривод отклоняет луч на заданную величину в горизонтальной плоскости, при этом поворачивается вся верхняя часть сканера. Развёртка в вертикальной плоскости осуществляется за счёт вращения или качания зеркала.

Во время работы для каждой отсканированной точки определяются три пространственные координаты, которые записываются в виде числового массива. Кроме того, для каждой точки определяется ее цвет.

Рис.1 Пример работы лазерного сканера

Используя общий физический принцип работы, различные системы лазерного сканирования существенно отличаются друг от друга по назначению и конструктивно. Кроме того, в состав современной сканирующей системы наряду с самим лазерным сканером также могут входить цифровые камеры, тепловизор и другие сенсоры, позволяющие проводить комплексное обследование для выполнения узкоспециализированных задач. Системы лазерного сканирования могут закрепляться неподвижно (наземный сканер), базироваться на транспортном средстве (мобильный сканер) или устанавливаться на различные летательные аппараты (воздушный сканер).

Сам процесс имеет следующую последовательность :

1)Определяются зоны взаимного перекрытия сканов, устанавливаются мишени. 2) Лазерный сканер устанавливается на штатив в определенных зонах. 3) Прибору задаются плотность облака точек (разрешение) и область съемки. 4) Запускается процесс лазерного сканирования объектов.

Существуют различные лазерные сканеры , но у всех есть общие характеристики 1) Точность измерения расстояния, горизонтального и вертикального углов; 2) Максимальное разрешение сканирования; 3) Скорость сканирования; 4) Дальность действия лазерного сканера; 5) Расходимость лазерного луча; 6) Поле зрения сканера; 7) Используемые средства получения информации о реальном цвете; 8) Класс безопасности используемого лазера; 9) Портативность и особенности интерфейса.

В качестве примера возьмем параметры Лазерного сканера Z+F IMAGER 5010

Класс лазера 1

Расходимость пучка < 0.3 мрaд

Размер пучка 3,5 мм (на расстоянии 0.1 м)

Диапазон 187 м (расстояние разрешения неоднозначности)

Минимальное расстояние съемки 0,3 м

Минимальное разрешение 0,1 мм

Частота сбора данных 1,016 млн. точек в секунду

Линейная ошибка < 1 мм

Точность измерения расстояния (в зависимости от расстояния и степени отражения) от 0,3 мм

Вертикальная система вращения Полностью закрытое зеркало вращения

Горизонтальная система вращения Сканер вращается вокруг вертикальной оси

Вертикальное поле зрения 320°

Горизонтальное поле зрения 360°

Скорость сканирования до 50 об/сек (3000 об/мин)

Есть несколько видов сканирования для геодезии целесообразно применять первый это воздушное лазерное сканирование.

В сочетании с цифровой аэрофотосъемкой, бесспорно, самый эффективный метод съемки больших по площади и протяженности объектов. При больших объемах стоимость работ ВЛС в разы и даже десятки раз ниже, чем традиционная съемка. К примеру, использование ВЛС позволяет за час отснять до 140 при плотности до 6 точек на , что дает значительную экономию времени и средства для заказчика. Воздушное лазерное сканирование рационально выполнять при изысканиях и мониторинге протяженных линейных объектов, таких как нефте- и газопроводы, ЛЭП, при съемке больших площадных объектов (от десятков до тысяч квадратных километров), при съемке залесенной местности, получая истинный рельеф поверхности земли даже под кронами деревьев без потери точности. Кроме этого, ВЛС позволяет выполнить съемку таких регионов, наземная съемка которых либо очень обременительна, либо практически невозможна. Это касается, например, труднодоступных районов: обширных заснеженных, лесных и заболоченных территорий, тундр, пустынь, а также отдаленных высокогорных районов.

Рис.2.Схема воздушного лазерного сканирование

Второй способ мобильное лазерное сканирование

Оно выполняется при геодезических изысканиях и мониторинге состояния автомобильных и железных дорог, оценке технического состояния тоннелей, трехмерном моделировании городской инфраструктуры объектов вдоль транспортных путей. Быстрые, точные и безопасные для глаз лазеры в сочетании с высокоскоростными приводами для сканирования, обладающие широкими полями зрения, позволяют собирать большие объемы геодезических данных с высочайшей детальностью на протяженных объектах независимо от облачности в любое время дня и ночи. Если на съемку большого участка застроенной территории тахеометрами могут уйти недели, мобильный сканер справится с такой задачей засчитанные часы. При этом качество полученных данных не будет уступать традиционным методам съемки. Преимуществами мобильных систем также являются:

1.Быстрое и экономичное развертывание оборудования, возможность установки на различных транспортных средствах.

2.Высокая плотность данных, даже при высоких скоростях съемки.

3.Экономичный процесс обработки данных.

4.Быстрая и безопасная съёмка дороги и дорожной инфраструктуры.

5.Достигаемая относительная точность — до 10 мм.

Рис.2.Схема мобильного лазерного сканирование

И наконец, какие преимущества имеет лазерное сканирование

1)Снижение затрат при выполнении исполнительной и топографической съемки

2)Снижение или полное исключение повторных дополнительных съемок объекта

3)Получение более точных и полных результатов исполнительной съемки и как следствие - устранение неоднозначностей при проведении камеральных работ

4)Минимизация времени полевых работ

5)Быстрое получение результатов

6)Уменьшение общего цикла работ над проектом

7)Высокий уровень детализации и повышение качества результата

8)Безопасность работ при съемке

9)Неразрушающая методика съемки

10)Облака точек могут быть использованы специалистам и различных отраслей, что повышает эффективность методики в целом

Но так же есть и недостатки:

1)C большинством сканеров рекомендуется работать при температуре не ниже 0°С, что устанавливает некоторые ограничения на полевые работы в зимнее время, хотя некоторые модели отлично работают и при -20°С;

2)До сегодняшнего дня ни одна из систем лазерного сканирования не имеет функций тахеометра по непосредственной привязке отдельных сканов к единой системе координат, поскольку сканирование с каждой точки стояния проводится в системе координат прибора; поэтому необходим дополнительный геодезический прибор для определения координат контрольных точек (марок) сканера;

3)На данный момент достаточно низкая степень автоматизации при трехмерном моделировании сложных объектов на основе лазерного сканирования в компьютере; большинство программных продуктов сфокусировано на индустриальных приложениях — в них принято, что большинство объектов могут описываться простыми геометрическими примитивами, что неприменимо при компьютерном моделировании памятников архитектуры.