SUMMARY
The accuracy of the 3D model obtained from terrestrial laser scanning (TLS) is affected by the density of the measurements and the modelling methods. 3D modelling algorithms allow accuracy to be improved, but modelling software cannot solve all the problems, and it is impossible to achieve high quality 3D modelling without taking into account the factors that affect the accuracy of the measurements. The investigation of error sources in TLS measurements is rather complicated due to the large number of influencing factors that are interconnected. In addition to angular and longitudinal measurements, most scanning systems also offer a measure of the intensity of the reflected signal. Because the TLS is a non-reflective geodetic technology, it means that the measurement results are highly dependent on the reflectivity of the materials. The energy of the reflected signal depends on the following physical factors: object material properties, surface colour of the object, surface temperature, surface humidity, illumination. From the experimental studies it has been confirmed that the illumination and humidity of the scanned surfaces have a significant impact on their reflecting ability and the density of the received point cloud. Evaluation of digital model accuracy is made with а plane approximation and comparison with control points. Areas with different point densities were created in order to analyse the accuracy of 3D model and to determine the optimum scanning density.
Key words: terrestrial laser scanning, point clouds, 3D modelling
РЕЗЮМЕ
Точността на 3D модела, получен при наземно лазерно сканиране (НЛС), се влияе от гъстотата на измерванията и методите за моделиране на получения облак от точки. Алгоритмите за 3D моделиране позволяват подобряване на точността, но софтуерът за моделиране не може да реши всички проблеми и е невъзможно да се постигне висококачествено 3D моделиране без да се вземат предвид факторите, които влияят върху точността на измерванията. Изследването на източници на грешки при НЛС е доста сложно поради големия брой влияещи фактори, които са взаимносвързани. В допълнение към ъглови и дължинни измервания, повечето сканиращи системи предлагат и информация за интензивността на отразения сигнал. Тъй като НЛС е безрефлекторна геодезическа технология, това означава, че резултатите от измерванията са силно зависими от отразяващата способност на материалите. Енергията на отразения сигнал зависи от следните физически фактори: свойства на материала на обекта, цвят на повърхността на обекта, повърхностна температура, повърхностна влажност, осветеност. От експерименталните изследвания е потвърдено, че осветеността и влажността на сканираните повърхности оказват значително влияние върху тяхната отразяваща способност и плътността на получения точков облак. Оценката на точността на цифровия модел е извършена с апроксимация на равнина и сравнение с контролни точки, получени по класически измервания. Създадени са облаци с различна плътност на точките, за да се анализира точността на 3D модела и да се определи оптималната плътност на сканиране.
Ключови думи: земно лазерно сканиране, облак от точки, 3D моделиране
1. ВЪВЕДЕНИЕ
Технологията за наземно лазерно сканиране (TLS) все по-често се използва в геодезическата практика, поради тримерното измерване на повърхността с добро качество, за много кратко време. След измерването облакът от точки се обработва и моделира за да се използва в други приложения, като изследване за деформация [1], строителни информационни модели [4], [6], 3D кадастър [5], документация за културно наследство и др. Тъй като грешката в отделната точка засяга крайния продукт, има нужда от добро описание на качеството на точките. Производителите предоставят основни технически спецификации, които често се получават в лабораторни условия. На практика качеството на отделната точка се влияе от четири основни фактора. Три от тях са описани в точка 2, а именно инструментални грешки, атмосферни влияния и свойства на материала на обекта. Всички тези фактори влияят върху точността на една точка чрез добавяне на шум или промяна на интензивността и формата на излъчващия сигнал. В точка 3 е показано как точността на измереното разстояние зависи от качеството на приетия сигнал. Обобщено е влиянието на факторите, влияещи върху точността на наземното лазерно сканиране на бетонни язовирни стени. Оценено е влиянието на осветеността и влажността на сканираната повърхност от плътността на облака от точки и точността на числения модел на обекта [7]. Представена е точността на отделното измерване с наземна лазерна технология и числения модел, получени от облак от точки от апроксимирана повърхнина, както и оценка на модела чрез разлика с контролни точки.
2. АНАЛИЗ НА ГРЕШКИТЕ ПРИ НАЗЕМНОТО
ЛАЗЕРНО СКАНИРАНЕ
Измерванията при наземното лазерно сканиране не са перфектни и подлежат на грешки, причинени от различни фактори, влияещи върху качеството на процеса на заснемане и получения краен продукт. Внимателното изследване на всички тези фактори и грешки осигурява добра основа за оценка на качеството на данните и получената информация.
2.1. Източници на грешки при наземно лазерно
сканиране
Качеството на отделната точка в облак от точки, получен от НЛС, зависи от 4 основни фактора:
• грешки в инструмента и хардуерни ограничения;
• атмосферни влияния;
• обект (повърхностни свойства);
• геометрията на сканиране (ъгъл на отражение и разстояние до обекта).
2.1.1. Инструментални грешки
Диаметърът на лазерното петно е важна характеристика, която трябва да се отбележи при този вид измервания. За наземните лазерни скенери той е в границите на 0.1-0.3 mrad, което дава лазерно петно с диаметър 10 cm на 1000 m разстояние. Освен това, диаметърът на лазерния лъч
15
ОЦЕНКА НА ГРЕШКИТЕ ПРИ НАЗЕМНО ЛАЗЕРНО СКАНИРАНЕ И НАМАЛЯВАНЕ НА ТЯХНОТО ВЛИЯНИЕ
Д-р инж. Гергана Антова, УАСГ
ГКЗ 5-6 ' 2019