До недавнего времени для получения метрической информации об архитектурных объектах применялись либо методы наземной фотограмметрии, либо натурные обмеры. Оба этих способа являются очень трудоемкими и в полной мере не позволяют создать детальную трехмерную модель объекта.
Памятники архитектуры являются одной из первых областей применения технологии наземного лазерного сканирования. В большинстве случаев таким объектам свойственно наличие сложных элементов (например, резные фасады), которые невозможно описать набором простых геометрических примитивов (с помощью цилиндров, сфер, плоскостей и т. д.).
Появление на рынке топографо-геодезического оборудования наземных лазерных сканеров позволило сократить трудозатраты на проведение измерений, а также качественно изменить вид выходной продукции. С помощью созданных трехмерных моделей памятников архитектуры можно проводить их реставрацию, имея в наличии все геометрические параметры объекта. Во многих случаях такой вид информации бесценен.
Трехмерные модели объектов зданий и сооружений стали широко применяться в градостроительстве, в котором первостепенное значение имеет «силуэт города», под которым понимается не только общая городская панорама, но и совокупность ее отдельных картин, видимых с разных точек зрения, с различных уровней и при разных условиях освещения. Из единичных построек формируется общий силуэт города, причем ни одна из них не исчезает в этом силуэте бесследно. Город без выразительного силуэта лишается самых крупных и самых лучших своих перспектив. Поэтому при точечной застройке для того, чтобы не нарушить общий вид города, при проектировании новых зданий и сооружений используют трехмерные модели городских территорий с наложенными на них реальными текстурами и цветом. Такие модели эффективнее создавать при помощи технологии наземного лазерного сканирования.
Для проектирования точечной застройки можно применять технологию, которая основана на комплексном использовании данных, полученных по топографическим планам масштабов 1:500 или 1:1000 и в результате наземного лазерного сканирования.
В этом случае для определения планового положения объектов применяется цифровой план, а данные о их высоте получаются из наземной лазерной съемки. Данная технология моделирования зданий и сооружений включает следующие этапы:
- наземное лазерное сканирование;
- фотосъемка цифровой камерой объектов для получения текстур;
- векторизация растрового изображения цифрового топографического плана и классификация его по тематическим слоям;
- определение высоты зданий и сооружений по данным наземного лазерного сканирования;
- преобразование двумерных полилиний в трехмерные модели объектов с использованием данных о высоте;
- текстурирование моделей зданий и сооружений.
Представленная технология наземного лазерного сканирования аналогична, как и при создании топографических планов. Но при этом планово-высотное обоснование не создается, поскольку данные лазерного сканирования используются только для определения высоты зданий, что исключает необходимость внешнего ориентирования сканов, а, следовательно, и создания геодезического обоснования лазерной съемки. Параллельно с наземным лазерным сканированием выполняется цифровое фотографирование объектов для того, чтобы создать модель, приближенную к реальной.
Векторизация цифрового растрового топографического плана осуществляется в виде полилиний, которые затем преобразуются в трехмерные модели объектов путем «выдавливания» (аналог команды «extrude» в системах проектирования) с использованием данных наземного лазерного сканирования, по которым определяются высоты объектов, как разности отметок точек, взятых, например, у основания здания и на его крыше.
На последнем этапе работ выполняется текстурирование трехмерной модели, которое заключается в наложении текстур на поверхность моделей объектов с соблюдением их правильной ориентации. Представленная технология позволяет создать трехмерную модель с точностью, соответствующей точности топографического плана, что удовлетворяет требованиям при проектировании застройки городских территорий.
С применением наземного лазерного сканера могут выполняться следующие виды работ при проектировании и строительстве сооружений: оптимальное планирование и контроль перемещения, установки и удаления крупных частей сооружений или оборудования; корректировка проекта в процессе строительства; контроль строительства; монтажные работы и их корректировка; исполнительная съемка в процессе строительства и после его окончания; мониторинг состояния объекта при эксплуатации; точное профилирование и построение трехмерных моделей различных объектов.
Технология наземного лазерного сканирования также эффективно применяется при определении объемов котлованов, отвалов, складов сыпучих материалов и т. д. Процессы выполнения работ в данном случае аналогичны, как при создании цифровых моделей рельефа.
Трехмерные метрические модели, созданные по данным наземного лазерного сканирования, используются в системах мониторинга деформаций сложных инженерных сооружений, таких как шлюзы, плотины, мосты, атомные электростанции и др. Основу этой системы составляет сеть датчиков (щелемеров), которые устанавливаются на стыках отдельных элементов сооружения и могут фиксировать относительные смещения элементов сооружения по осям координат X, Y и Z с точностью до 0,1 мм. Данные с этих датчиков непрерывно поступают на сервер приема информации, где оператор их анализирует и принимает необходимые решения.
Качественно новым решением в технологии мониторинга деформаций инженерных сооружений является совмещение данных, полученных с датчиков, с метрической трехмерной моделью этих сооружений, созданных с помощью технологии наземного лазерного сканирования.
Основной целью совмещения сети датчиков с трехмерной метрической моделью для мониторинга деформаций сооружений является автоматизация процесса диагностики их состояния и принятия решений (например, можно определить, не только в какой точке, но и вдоль какого стыка или шва обнаружена критическая напряженность материала).
В печатных изданиях приведено большое количество публикаций, посвященных использованию данных наземного лазерного сканирования для следующих целей: реставрация памятников архитектуры, контроль качества строительства, мониторинг деформаций сооружений, создание трехмерных моделей городов и др.