اسکنر های لیزری سه بعدی

اسکنر های لیزری سه بعدی

 

سالهاست که از حضور تکنولوژی اسکنر های سه بعدی لیزری در کشور می گذرد ولی متاسفانه به دلیل عدم اگاهی جامعه فنی و مهندسی از قابلیت ها و امکاناتی که این دسته از ابزار ها می توانند در اختیار کارشناسان فنی بخش های مختلف طراحی و مطالعاتی قرار دهند ،هنوز این ابزار ها جایگاه شایسته خود را پیدا نکردند که صد البته در این زمینه بخش قابل توجهی از جریان به دلیل کوتاهی مشاوران نقشه بردار و همچنین فشردگی های اقتصادی موجود بوده است. در این نوشتار سعی بر این شده تا حدودی به قابلیت ها و محدودیت های استفاده از ابزار اسکنر لیزری سه بعدی اشاره شود ، باشد که تا حدی جامعه فنی کشور، با آنچه که می توان از این دسته از ابزار ها انتظار داشت ، بیشترآشنا شوند.

 

ساختار کلی ابزار اسکنر لیزری

 

به لحاظ ساختار و روش کار اسکنر های لیزری نسل جدیدی از سیستم های اندازه گیری طول و زاویه محسوب میشوند که در قالب دستگاه های توتال استیشن سالیان سال است که در کشور مورد استفاده شاخه های مختلف علوم منجمله نقشه برداری قرار می گیرند. با این تفاوت که به جای قراول روی به تک تک نقاط ، دستگاه با پویش محدوده معرفی شده کلیه نقاط متصور در محدود مورد نظر را اندازه گیری می کند و در عمل به جای داشتن مثلا حداکثر چند صد نقطه از یک محل استقرار با صدها هزار یا میلیون ها نقطه مواجه می شویم.

در اسکنر های لیزری دقیقا مشابه دستگاه های توتال استیشن  ما با دقت اندازه گیری ، سرعت اندازه گیری و هم چنین قابلیت های اپراتوری متفاوتی رو برو هستیم و به تناسب انواع پروژه ها بایستی از دامنه ابزاری مناسب آن استفاده کرد یعنی همان طور که در نقشه برداری دقیق میکرو ژئودزی باید از ابزار اندازه گیری بسیار دقیق طول -زاویه استفاده کرد و به طبع دامنه ابزاری مشخصی از برند های مختلف را می توان انتخاب کرد ، در کار های نقشه برداری که قرار است از اسکنر لیزری استفاده شود به تناسب نوع پروژه  دامنه مشخصی از ابزار ها بایستی استفاده شود.

به صورت کلی اسکنر هارا می توان به شکل زیر دسته بندی نمود:

اسکنر های توپوگرافی با برد بلند – این دستگاهها با توانای اندازه گیری بیش از 500 متر امکان برداشت اطلاعات به منظور تهیه نقشه توپوگرافی را دارند – بدیهی است ابزار های که برد کوتاه تری دارند به دلیل نیاز به جا به جای زیاد مناسب این زمینه کاری نیستند.

اسکنر های با قابلیت ترکیب تصویر با ابر نقاط – این اسکنر ها با برد های متفاوت امکان ادغام نقاط گرد آوری شده با تصاویر رقومی اخذ شده را دارند – این ابزار ها مناسب کار هایی است که موضع مورد نقشه برداری دارای  پیچیدگی ها زیادی باشد مانند تاسیسات صنعتی و… یا مواردی که بافت سطوح برای کارشناسان کارفرما مهم باشد مانند سازه ها و سنگ نوشته ها حوزه کار مجموعه میراث فرهنگی.

 

اسکنر های موبایل یا متحرک – این دسته از اسکنر ها برای برداشت محدوده های بزرگ مناسب می باشند و به دلیل داشتن سنسور های لازم امکان تعیین موقعیت ابزار در حین حرکت را دارند. این ابزار ها به دلیل متحرک بودن راندمان اجرای بالایی را دارند ولی در عوض به همین دلیل از دقت اندازه گیری به نسبت کمتری برخوردار اند. عمده این دسته ابزار ها در قالب سیستم های لیدار قرار می گیرند.

 

اسکنر های دقیق – این دسته از اسکنر ها که بیشتر در اندازه گیری های مورد نیاز بخش صنعت کاربرد دارند با دقت های بسیار بالا – در حد چند ده میکرون – امکان مدل سازی اشیا را میسر می کنند ولی درعوض به دلیل دقت اندازه گیری ، برد ابزار به شدت کاهش پیدا می کند و حداکثر در حد چند متر امکان اندازه گیری دارند و بسیار از این دسته ابزار ها نیاز به شرایط محیط ویژه برای کار دارند مانند نیاز به سکو های ضد لرزش و… لازم به ذکر است به دلیل همین الزامات شرایط محیطی در عمل در بسیاری از موارد به جای استفاده از اسکنر های لیزری سه بعدی ، استفاده از اسکنر های نوری مورد توجه قرار گرفته است که کم و بیش قابلیت های مشابه اسکنر های لیزری دقیق را دارند و محدودیت های شرایط محیطی آنها کمتر است – البته باز به دلیل وابستگی این دستگاه ها به شرایط نوری مناسب ، همچنان استفاده از آنها با محدودیت هایی رو برو است.

 

 

اسکنر های دستی – این دسته از اسکنر ها که کمتر در زمینه علوم ژئوماتیک کاربرد دارند به کمک بازو های سخت افزاری المان های توجیه شعاع لیزر را محاسبه می کنند و از طرفی برخلاف سایر اسکنر ها به صورت پویش محدوده کامل کار نمی کنند ،ولی از آنجا که در دسته بندی اسکنر های لیزری سه بعدی دسته بندی میشوند لازم بود که به آنها اشاره شود.

البته لازم به ذکر است در انتخاب ابزار باید به پارامتر های دیگری مانند دامنه اندازه گیری  ابزار ، درجه تفکیک زاویه ای ، توانایی اندازه گیری شدت بازتابی و… نیز توجه داشت.

 

کاربردهای اسکنر لیزری

 

هر چند از نظر ساختار دستگاهی اسکنر های سه بعدی لیزری مشابهت هایی با سیستم های توتال استیشن دارند ولی به دلیل قابلیت اندازه گیری حجم بالایی از نقاط ،امکاناتی را در اختیار کاربرخود قرار میدهند که از عهده دستگاه های توتال استیشن خارج است و همچنین به دلیل برخی از محدودیت ها، برخی از قابلیت های که توتال استیشن ها دارند را نمی توان از اسکنر های لیزری انتظار داشت.

محدودیت ها 

حجم بسیار بالای خروجی دستگاه

در بسیار از موارد نقشه بردار صرفا نیاز به اندازه گیری نقاط خاصی از سطح رویه مورد ارزیابی دارد و به سادگی به کمک دستگاه های توتال استیشن می توان در زمانی مقعول آن نقاط را اندازه گیری کرد ولی اگر از اسکنر ها در چنین شرایط استفاده شود هر چند شاید پروسه اندازه گیری به مراتب سریع تر انجام شود ولی به دلیل حجم بالای اطلاعات گردآوری شده و نیاز به پردازش های ثانویه و استخراج اطلاعات، در عمل این روش کارایی خود را از دست می دهد. لذا در انتخاب پروژه باید توجه داشت حجم اطلاعات گردآوری شده با روال مورد انتظار تناسبی دارد یا خیر.

 

ایجاد منطقه سایه در ابر نقاط ایجاد شده

 

به دلیل ماهیت روش اندازه گیری ابزار عملا هر آنچه که در پشت نزدیک ترین عارضه قرار می گیرد از دامنه اندازه گیری ابزار خارج میشود در حالی که در روش های کلاسیک نقشه برداری، کاربر به سادگی به کمک ژالون و رفلکتور امکان اندازه گیری نقاط واقع در منطقه کور دستگاه را دارد. لذا در این شرایط بجز افزایش تعداد ایستگاه های اندازه گیری کار دیگری نمی توان کرد که در بسیاری از موارد مانند نقشه برداری توپوگرافی از مناطق مسطح دارای پوشش گیاهی ، این روش اقتصادی نخواهد بود.

 

 

در نقطه مقابل به دلیل قابلیت این ابزارها امکان ایجاد روش های کاری وجود دارد که با سایر ابزار ها حتی اگر ممکن باشند ، به مراتب کند تر و پر هزینه تر می باشند مانند:

 

نقشه برداری کلاسیک

 

تقریبا اکثر خدماتی که با سیستم های اندازه گیری توتال استیشن قابل حصول اند و در دامنه محدودیت های فوق الذکر قرار نمی گیرند قابل انجام با اسکنر های لیزری می باشند.

 

مقایسه تغییر شکل سطوح

 

این تغییر شکل دامنه وسیعی از حالات را می تواند در بر بگیرد ، از تغییر حجم مناطق قرضه و معادن گرفته تا پوسته تانکر ها و مخازن مایعات و … روش کار به سادگی با مقایسه دو دسته ابر نقطه گردآوری شده در یک بازه زمانی است .

 

تهیه نقشه AS Built از سازه‌های تاسیس شده.

 

یکی از زمینه های مهم کاربرد اسکنر ها در گردآوری اطلاعات وضعیت موجود سایت ها و سازه ها می باشد . در بسیار از موارد کارفرمایان برای توسعه سایت های صنعتی خود به تعیین شرایط وضع موجود سایت نیاز دارند که در اکثر موارد محدود به نقشه های دو بعدی و مشاهدات میدانی کارشناسان خود می گردد در حالی که به کمک اسکنر های لیزری به سادگی می تواند شرایط وضع موجود را ثبت و در دفتر به تناسب نیاز نسبت به استخراج جزییات اقدام کرد

 

البته لازم به ذکر است که استفاده از ابر نقاط خام نیاز به تخصص فنی و ابزار و نرم افزار های ویژه دارد که تامین آنها چندان ساده نیست .

 

نقشه برداری در فضا های بسته و شرایط نوری نامناسب 

 

در بسیار از پروژه های که در فضا های سر بسته و کم نور مانند تونل ها و معادن زیر زمینی و … قرار دارند، استفاده از اسکنر لیزر نسبت به بسیار از ابزار های نقشه برداری ارجحیت دارد.

 

نقشه برداری از سطوح دور از دسترس

 

در بسیار از موارد مانند مناطق صعب العبور و یا مواردی که امکان تماس مستقیم با سطح مورد ارزیابی وجود ندارد – مانند تاسیسات حرارتی و… استفاده از اسکنر های لیزری مناسب ترین گزینه می باشد.

 

خروجی پروژه های اسکنر سه بعدی لیزری

یکی از مهم ترین مراحل استفاده از اسکنر های لیزری نحوه استفاده از خروجی های این دستگاه هاست که باید متناسب با نیاز کارفرما انتخاب شود . متاسفانه در بسیار از موارد انتخاب نحوه استفاده ازداده منجر به عدم کارایی و تولید ایراد در بخش استفاده از داده ها شده است.

 

استفاده از ابر نقاط

 

به دلیل تراکم بالای نقاط اندازه گیری شده در این سیستم ها خیلی ازرایج ترین و ساده ترین روش های استفاده از خروجی این دستگاه ها استفاده از ابر نقاط خام زمین مرجع شده است.

 

 

در این روش ابرنقاط در اختیار کارشناسان کارفرما قرار گرفته و به تناسب نیاز نسبت به شناسایی عوارض و استخراج اطلاعات از داده ها اقدام میشود.

 

این روش به لحاظ هزینه و زمان ارزان ترین روش است ولی در عوض برای استفاده از داده ها نیاز به آموزش خاص ، سخت افزار مناسب و نرم افزار های ویژه که امکان مدیریت و استفاده از چندین گیگا بایت داده را داشته باشند ، است.

مهمترین محدودیت در این روش ،موضوع تفسیر اطلاعات است که برای کارشناسانی که در سایر       زمینه هایی فعالیت می کنند کار ساده ای نخواهد بود.

لازم به ذکر است در اکثر موارد به دلیل بارمالی تولید اطلاعات پردازش شده بسیار از کارفرمایان به این سطح استفاده از خروجی دستگاه ها اکتفا می کنند و در عمل بخش عمده ای از آنها با داده هایی مواجه می گردند که بدون استفاده باقی می مانند.

 

تولید خروجی های استاندارد نقشه برداری

 

در این روش با این پیش فرض که برای کارفرما خروجی پروژه مهم است و روش گردآوری اطلاعات موضوع پس پردازشی مربوط به شرکت نقشه برداریست ، داده های اسکنر سه بعدی توسط تیم نقشه برداری پردازش و در نهایت نقشه های موضوع پروژه تولید و در اختیار کارفرما قرار می گیرد و خروجی آن مشابه روش های کلاسیک نقشه برداری یعنی به شکل خروجی های کد بیس با فرمت DWG و DGN یا فرمت های GIS ای مانند Shp و TIN و… است.

این روش به لحاظ کاربرد به مراتب بهتر از روش اول است و برای کارفرما کاربردی تر است ولی در عوض به دلیل ماهیت داده های اسکنر لیزری در بسیار از موارد از حداکثر قابلیت این داده ها استفاده نمی شود.

 

تولید خروجی های 3D

 

این روش که خود به تناسب روش وشکل خروجی به زیر دسته های مختلف تبدیل میشود کامل ترین روش استفاده از خروجی اسکنر های لیزری است و عملا به جای استفاده از فضای سه بعدی به شکل نقشه ، داده ها به المان های گرافیکی ( به شکل سالید(Solid) یا رویه(Mesh) و… ) در محیط های گرافیکی مانند اتوکد ، ماکرواستیشن ، کتیا(Catial) ، PDMS و… ارائه میشوند . محدودیت اصلی این روش هزینه پردازش قابل توجه و طولانی بودن پروسه تولید اطلاعات است که البته در بسیار از موارد در صورت صرف نظر کردن از آن عملا از بخش بسیار محدودی از قابلیت های اسکنر های سه بعدی لیزری استفاده خواهد شد.

 

---