Использование данных лазерного сканирования для получения 3D –модели генплана в nanoCAD GeoniCS

В настоящее время большую популярность получило использование результатов лазерного сканирования при выполнении проектных работ. В связи с этим была поставлена задача апробировать технологию использования данных, полученных при выполнении названных выше изыскательных работ.

Для реализации поставленной задачи был выполнен  пилотный проект, цель которого  ̶  получить 3D-модель генерального плана по данным лазерного сканирования. В качестве исходных данных выступило облако точек, а в качестве выходной информации  ̶  трехмерная модель генплана (Рис.1).

При этом в процессе выполнения проекта решались следующие задачи:

• Апробирование технологии использования данных лазерного сканирования в качестве исходной информации при проектирование генерального плана.

• Определение оптимальных параметров для работы с полученными данными. Получение модели поверхности существующей и проектной земли.

Для выполнения проекта использовалось следующее программное обеспечение:

ReClouds – цифровая модульная платформа для обработки данных лазерного сканирования.

nanoCAD GeoniCS – инструмент для автоматизации проектно-изыскательских работ в области землеустройства, изысканий и генплана, проектирования и моделирования инженерных коммуникаций и линейно-протяженных объектов.

В качестве исходных данных было использовано облако точек со следующими характеристиками:

Размер – 2.65 Гб (2 849 360 896 байт).

Количество точек – 236 461 291.

Атрибуты (классификация, цвет сканирования и т.д.) у облака точек отсутствовали (Рис.2).

Процесс выполнения проекта был разбит на 5 этапов. При выполнении 1 и 2 этапа использовалось ПО ReClouds, в 3 – 5 этапе ПК nanoCAD GeoniCS.

Для минимизации использования программного обеспечения в ПК nanoCAD GeoniCS использовались модули Топоплан и Генплан.

Во время выполнения первого этапа осуществлялась загрузка и классификация облака точек, а именно выделение класса – земля для использования его в качестве данных получения поверхности существующий земли.

При выполнении данного этапа появились три проблемы:

• Исходная размерность облака точек: она изначально была неизвестна.

• Объем загружаемой информации.

• Отсутствие атрибута класс.

Методом проб удалось установить, что исходная информации была предоставлена в миллиметрах. Соответственно при импорте облако точек в чертеж были размерные единицы – метры.

Однако основной проблемой было определить оптимальный параметр загрузки количества точек. В процессе работы эмпирическим методом было установлен параметр прореживания – 10.  (Рис. 3).

При добавлении атрибута «Класс» был использован инструмент Информация об облаке точек в окне Статистика облака точек (Рис. 4).

Основной задачей при выполнении первого этапа было выделение данных из облака точек, необходимых для построения существующей поверхности. Данная операция осуществлялась с помощью инструмента «Земля», входящим в группу Классификация. Для этого методом проб были подобраны параметры выполнения операции (Рис. 5). Хотелось бы отметить, что классификация растительности не проводилась в связи с отсутствием задачи по ее выделению.

Итогом первого этапа стало получения класса точек – Земля (Рис.5).

На втором этапе основной задачей стало получение модели существующей земли в виде поверхности для комфортного использования поверхности при выполнении проектных работ. Это связано с двумя основными аспектами:

1. Размер модели, в значительной мере влияющий на использовании машинного ресурса.

2. Время, затрачиваемое на операцию, при выполнении проектных работ.

Оба вышеозвученных аспекта напрямую влияют на производительность и сроки выполнения работ.

Изначально с помощью функционала ReClouds была построена поверхность с типом объекта – Сеть (Рис.6).

Данный тип объекта был выбран не случайно. Это связано с дальнейшим упрощением поверхности, необходимой для получения модели, с которой было бы комфортно работать при сохранении всех форм и особенностей исходного рельефа.

При упрощении поверхности опытном путем был установлен оптимальный параметр в виде количества граней получаемой поверхности для комфортной работы в ПК nanoCAD GeoniCS (Рис. 7).

Полученный объект сеть был конвертирован в 3D-грани средствами ReClouds (Рис. 8). Данная конвертация была обусловлено тем, что полученные данные было необходимо преобразовать в объект nanoCAD GeoniCS, а именно в ее поверхность. Самым простым способом в данном случае стала конвертация сети в 3D-ю..грани.

Задачей третьего этапа стало получение исходной (существующей земли) поверхности в nanoCAD GeoniCS. Работы были разбиты на два подэтапа:

1. Получение поверхности nanoCAD GeoniCS.

2. Редактирование полученной поверхности.

В предыдущем этапе полученные данные были оптимизированы для дальнейшего использования в ПК nanoCAD GeoniCS. В проводнике проекта была создана поверхность, и в качестве данных для ее построения были добавлены 3D-грани (Рис. 9). С учетом оптимизации сформированных данных построение поверхности заняло незначительное время.

Для дальнейшей работы с существующей поверхностью на ней были заданы внешняя и внутренняя границы. В предназначение внешней границы входило в том числе и эстетическое представление поверхности, чтобы она смотрелось более аккуратно (10). Внутренняя граница обозначила расположение здания.

При выполнении классификации на первом этапе в класс земля попало незначительное количество «мусорных» точек. С помощью инструмента Верификации земли ReClouds можно было исключить ошибочную информацию из класса земля, но мы приняли решение о нецелесообразности данной операции, чтобы позже функционалом редактирования триангуляции nanoCAD GeoniCS исправить появившуюся проблему. Это и было выполнено оперативно с минимальными временными затратами.

На четвертом этапе проекта было необходимо создать вертикальную планировку и получить трехмерную модель проектной земли (Рис. 12). Средствами модуля Генплан nanoCAD GeoniCS была создана пешеходная дорожка и площадка (Рис. 11).

При их создании использовалась коллекция инструментов Проектный откос, входящая в функционал модуля Генплан.

И наконец задачей пятого (финального) этапа стала сборка трехмерной модели. Для этого использовались полученные в nanoCAD GeoniCS поверхности, трехмерные модели деревьев и поднятый по контуру здания с помощью 3D-модуля nanoCAD трехмерный примитив (13).

В соответствии с поставленными задачами нами получена 3D-модель генплана, при этом апробирована технология использования данных лазерного сканирования в виде исходной информации и определены оптимальные параметры настроек инструментов при выполнении работ.

Татарников Андрей Николаевич

Кандидат технических наук. АО «Бюро САПР» ведущий инженер