2. Состав и отличие наземных мобильных

сканирующих систем.

На сегодняшний день системы мобильного картографирования предлагают пользователям канадская компания Optech Inc. и германская IGI mbH-Riegl . Обе эти компании занимаются также производством аэросъемочных лидаров, иначе называемых воздушными лазерными сканерами или локаторами. И это не просто совпадение, поскольку методики получения данных съемки с использованием автомобильных и авиационных платформ не имеют принципиальных отличий. В обоих случаях в качестве основного источника данных применяются сканирующие лазерные дальномеры, съемка ведется в динамическом режиме, а координатная привязка осуществляется за счет использования систем прямого геопозиционирования, принцип действия которых основан на обмене данными в реальном времени между системой спутниковой навигации GPS (ГЛОНАСС) и инерциальной системой.

Единственное существенное функциональное отличие в системе прямого геопозиционирования, используемой для автомобильных платформ, это появление третьего независимого источника навигационной информации: датчика скорости или пройденного пути. Этот дополнительный источник геопространственной информации позволяет получить еще более точное и достоверное навигационное решение. Количество сканирующих модулей, схема их установки и развертка тоже, как правило, отличается от аэросъемочных систем. В системах мобильного картографирования чаще применяют не один, а от двух до четырех сканирующих модулей, что обеспечивает более полное покрытие сцены съемки во всех ракурсах и минимизирует теневые участки. Что касается траектории сканирования (развертки), то по общему признанию специалистов оптимальной является круговая развертка, так, как это исполнено в системе Lynx компании Optech или в новой модели StreetMapper360.

Для получения дополнительной информации, сканирующие блоки часто комбинируются с цифровыми фотокамерами, видеокамерами, тепловизорами и пр. Совместное использование лазерно-локационных и фотографических данных позволяет при визуализации назначать каждой лазерной точке её естественный цвет, что приводит к появлению фотореалистичных трёхмерных цифровых моделей (рис.12. 6, 12.7)

В се устройства жестко крепятся на специальной платформе, которая, по заявлениям производителей,  может быть установлена «практически на любой автомобиль». В определенном смысле это действительно так, хотя в каждом конкретном случае возникает множество вопросов, связанных с обеспечением допустимой механической нагрузки, режимом электропитания, согласованием схемы установки с дорожной полицией и пр..

По сравнению с аэросъемочными лидарами, системы мобильного картографирования гораздо меньше зависят от погодных условий. Однако сама область их применения для исследования городских территорий часто означает съемку в неблагоприятной GPS обстановке, когда количество наблюдаемых спутников сильно ограничено, так как видимость закрыта радионепронициемыми объектами (высотные дома, деревья и пр.). Особенно сложная ситуация наблюдается, если съемку приходится вести в тоннелях. Для компенсации неблагоприятной GPS обстановки разворачивают сеть съемочного обоснования (в городских условиях возможности геопривязки значительно больше, чем в чистом поле), выбирают ведение съемки на коротких дальностях (как правило, до 100м). Таким образом уменьшая ошибку определения пространственных координат из-за погрешности угловых элементов внешнего ориентирования, и используют специальное программное обеспечение, которое на камеральной стадии позволяет компенсировать ошибки инерциальной системы, оставшейся без GPS поддержки.

К лассические мобильные системы устанавливаются без всяких ограничений и успешно эксплуатируются и с плавучих платформ (Рис. 12.8), хотя у мобильного картографирования «с воды» несомненно есть свои особенности, которые выделяют этот вид съемки среди аналогичных.

Компания Applanix предложила первую из известных истории морскую (а равно речную и озерную) систему мобильной съемки, имеющую название  LANDMark Marine.

Система мобильного картографирования "LYNX Mobile Mapper", разработанная канадской фирмой Optech полностью решает задачи инженерного и топографического обследования протяженных объектов (улицы, проспекты, коммуникации и другие объекты инфраструктуры города), где неэффективно, затруднено или невозможно использование стационарных наземных сканеров, а технология воздушного лазерного сканирования не обеспечивает необходимую плотность и точность сканирования.

Система "LYNX Mobile Mapper" особенно актуальна для сбора данных лазерного сканирования в условиях города: при скорости обследования до 100 км/ч она обеспечивает беспрецедентную детальность трехмерных изображений со средней абсолютной точностью лучше 5 см (при этом дальномерная точность составляет ±7 мм), и плотностью данных вплоть до 1 точки на 1 см ². Технические характеристики даны в таблице 12.2.

Таблица12.2
Технические характеристики мобильной лазерно-локационной системы"LYNX Mobile Mapper™ M200" компании Optech
Максимальная дальность	>100 м (при 20% отражательной способности)
Дальномерная точность	7 мм (1 sigma)
Пространственное разрешение	До 1 см на скорости 100км/ч
Абсолютная точность	Лучше 5 см (при хорошей GPS обстановке)
Система прямого геопозиционирования и ориентирования IMU/GPS	Applanix POS LV 420
Угол обзора сканера	360° при отсутствии препятствий
Частота сканирования	До 9000 об/мин
Частота импульсов	100 000 импульсов/с для каждого сканера
Число измерений для одного импульса	До 4 отражений одного луча
Число сканеров	От 1 до 4
Число фотокамер	До 2
Возможность установки	Пригодно на любые транспортные средства
Рабочие температуры	-20°C до 40°C (внешняя)
Температура хранения	-40°C до 80°C

Данная система может включать несколько лазерных сканеров (до четырех) и цифровых фотокамер (до двух). Использование нескольких сенсоров позволяет оптимизировать зону охвата и минимизировать зону лазерной тени. Съемочный комплекс представляет собой единый, жестко устанавливаемый на крышу модуль, подходящий к стандартным транспортным средствам и допускающий небольшие механические «адаптации». Поставляемый модуль содержит две платформы для установки сканеров с возможностью их переориентирования, два посадочных места для камер и крепление для установки антенны системы IMU/GPS. Жесткость блока и всех креплений гарантирует неизменность пространственных и угловых «выставочных» параметров.

Программное обеспечение (ПО) обработки данных

ПО специализированное, позволяющее наилучшим образом производить планирование съемки, ее проведение, расчет динамической траектории и вывод окончательных данных. Программное обеспечение состоит из двух частей LYNX-Survey и LYNXProcess

Система позволяет получать геопространственные данные для:

• Высокоточных цифровых карт и трехмерных моделей рельефа, растительности и объектов городской застройки;

• Предпроектных топографических и инженерно-изыскательских работ;

• Исполнительной документации;

• Мониторинга коммуникаций и оценки их технического состояния;

• Планирования ремонтных и регламентных работ;

• Кадастра;

• 3-D моделирования городов;

• Охраны исторических и культурных памятников;

• Обследования открытых карьеров и пр.

С истема «Lynx Mobile Mapper» обладает уникальными возможностями по быстрому трехмерному сканированию автодорог, инфраструктуры, зданий и сооружений. Сканирование производится лидарами, установленными на транспортном средстве.  Благодаря сканированию всех деталей дороги и ее окрестностей, включая дорожные ограждения, трещины в дорожном покрытии, кюветы, воздушные линии электропередач и т.д., специалисты могут построить высокоточные трехмерные компьютерные модели. Полученные модели чрезвычайно важны для планирования новой схемы дорог и их ремонта, для оценки маршрутов перевозки негабаритных грузов и управления инфраструктурой (Рис.12.9).

Системы НМЛС позволяет легко и быстро собирать лидарные данные для нужд железнодорожного сообщения. Установки на самоходной дрезине или специально модернизированном автомобиле (см. рис.12.3) продемонстрировали способность систем обеспечивать данные необходимой точности для инфраструктуры железных дорог. Традиционные методы топографической съемки требуют частых измерений на подошве рельса, головке рельса и подошве противоположного рельса. Это – трудоемкий, нарушающий нормальную работу железной дороги, а иногда и опасный, процесс. Сбор лидарных данных занимает гораздо меньше времени и сводит к минимуму нарушение железнодорожного сообщения. Люди не подвергаются опасности, а измерения могут проводиться чаще, и режим их легко выбирается оператором.

Аппаратная часть системы:

• управляющий / навигационный блок;

• интерфейс оператора;

• один и более (до 4) лазерных сенсоров;

• одна или 2 цифровый фотокамеры;

• две платформы для установки сканеров с возможностью

их переориентирования;

• накопитель данных;

• антенна системы IMU/GPS;

• система навигации POS LV 420;

• соединительные кабели.