فرهنگ و تاريخ | سرگرمي | نيازمنديها | مذهبي | اقتصادي | خانواده و اجتماع | هنر | اخبار | ورزش | کامپيوتر | گردشگري | صنعت و دانشگاه | صفحه اصلي

صفحه اول بخش معدن
دانشگاه ها و اساتيد معدن
آموزش علوم رشته معدن
آموزش نرم افزارهاي معدني
معرفي معادن سراسر دنيا
مراکز تحقيقاتي بخش معدن
آشنايي با تجهيزات معدني
بانک مقالات رشته معدن

معرفي متخصصين معدني

پروژه هاي تحقيقاتي معدن

رده بندي سايتهاي معدني
پايان نامه هاي دانشجويي
نشريات و کتابهاي معدني
معرفي شرکتهاي معدني
گالري عکسهاي معدني
 
 

عنوان: Laser Scaner ها چيست؟
نويسنده: مهدي فرداد                ايميل: gis1387@gmail.com

منبع اطلاعاتي: mehdigis.blogfa.com  post-190            تاريخ نگارش: 04/04/1390

عکس
 

 

گالري تصاوير

 

- - - -

   
 
 

هر بار با ورود يک تکنولوژي جديد، انقلابي در رشته نقشه برداري ايجاد مي کند که باعث مي شود انجام کارهاي غير ممکن يا سخت به کارهاي روز مره و عادي تبديل شود مانند GPS ، توتال استيشن ، تزارياب هاي رقومي ، تيوپ هاي ليزر و... . حال چند سالي است که جامعه نقشه برداري با تکنولوژي اسکنر هاي سه بعدي آشنا شده است.

 


همانگونه که در اولايل ظهور سيستم هاي تعيين موقعيت GPS ، توتال استيشن ها و نرم افزار هاي فتوگرامتري رقومي يک قابليت لوکس و گران قيمت بودند در حال حاضر نيز به دليل قيمت بالا ، اين سيستم ها هنوز نه تنها در کشور ما بلکه حتي در سطح جهاني استفاده از اين ابزار هنوز رايج و متداول نشده است ولي مطمئنا اين تکنولوژي نيز به دليل کاربردهاي زياد و قابليت هاي بيشمار مانند ساير ابزار جديد جاي خود را در بين جامعه نقشه برداري پيدا خواهد کرد.
 


تقريبا تمام نقشه بردار ها با سيستم کار دستگاه توتال استيشن آشنايي دارند ، ابزاري که با ثبت زاويه بين امتداد ها ، و اندازه گيري طول تا يک منشور امکان محاسبه مختصات نقاط نسبت به محل استقرار دستگاه را به کاربران آن مي دهد.
با توسعه دانش استفاده از ليزر امکان جديد ديگري به سيستم هاي توتال استيشن اضافه شد، ديگر براي اندازه گيري طول از ابزار تا نقاط دلخواه نياز به استفاده از منشور براي برگرداندن موج ارسال شده از ابزار نبود ، با اضافه شدن اين قابليت در خيلي از زمينه ها مانند جاهاي که به راحتي در دسترس نبودند (مانند ديواره ها ، دره هاي پرشيب و يا نقاط موردنياز بر روي سازه هاي بلند و ...) امکان اندازه گيري و ثبت مختصات نقاط بسيار ساده تر وسريع تر شد.

 


بر مبناي همين روش و عمل کرد ، خيلي زود ايده توليد اسکنر هاي سه بعدي در بين سازنده هاي ابزارهاي نقشه برداري و توليد کنندگان ابزار هاي ليزري جا افتاد و سيستمي را توليد نمودند که به صورت منظم کليه نقاطي را که در ميدان ديد دستگاه قرار داشت را اسکن مي نمايد و براي تمام نقاط مختصات توليد مي کند و اصطلاحا ابري از نقاط ايجاد مي کند. حال هر يک از سازندگان اين سيستم ها به دنبال توليد ابزاري با برد بلند تر و دقت اندازه گيري طول و زاويه دقيق تر مي باشند .
البته بايد ياد آور شويم که اين ابزار مانند ساير ابزارهاي نقشه برداري داراي محدوديت ها و قابليت هاي خاص خود مي باشد که به طبع نمي تواند جاي گزين ابزار هاي موجود شود و فقط در زمينه هاي خاص مي تواند قابل استفاده باشد از مزايا اين ابزار مي توان به برداشت نقاط با سرعت زياد (در برخي از مدل ها به 500 هزار نقطه در ثانيه هم رسيده است ) قابل استفاده بودن در تاريکي مطلق ( چون عامل استفاده کننده عملا کار خاصي نياز نيست انجام دهد و نيازي به ديدن محل مورد اندازه گيري ندارد ) ،امکان ادغام اطلاعات با تصاوير و ايجاد سيستم منو پلاتينگ(براي کاربرد هاي معماري ، باستان شناسي و.... )
اين سيستم ها داراي محدوديت هاي نيز هستند مثلا از انجا که فقط نقاط قابل مشاهده مستقيم قابل اندازه گيري است عملا ابزار اندازه گيري مناسبي براي برداشت محل هاي که داراي پستي و بلندي هاي زيادي است نمي باشند و نمي تواند جاي گزين ابزار توتال استيشن در زمينه برداشت توپوگرافي ساده در زمينه هاي تپه ماهوري شود ( يا حداقل با توجه به قيمت بالاي ابزار، اقتصادي نيست ) و يا اين ابزار فقط به درد برداشت اطلاعات مي خورد و براي پياده سازي و يا تهيه شبکه مبناي ابزار مناسبي نيست .

 

 

◄   کاربرد ليزر در مدل رقومي زمين

نمايش بعد سوم يا مولفه سوم مختصات براي بسياري از کاربرد ها اهميت اساسي دارد .اما نمايش بعد سوم سطح زمين يعني Z بر روي سطح مسطح کاغذ يا صفحه نمايش دشوار است . به همين دليل نقشه برداران از دير باز تلاش کرده اند روش هايي را براي نمايش ارتفاعات روي نقشه ارائه نمايند . استفاده از هاشور ، سايه روشن ، گامهاي رنگي ، اعداد ارتفاعي و منحني هاي ميزان از جمله اين روش ها محسوب مي شوند.

 

 

يکي از کاربردهاي عمده ليزر در مهندسي عمران استفاده از آن در تهيه مدل رقومي زمين است . با استفاده از روش اسکن سه بعدي با ليزر که در واقع روش برداشت مستقيم نقاط است ، مي توان به مدل سه بعدي رقومي از زمين دست يافت ، روش کار به اين صورت است که پرتو ليزر تحت زاويه خاصي به سمت منطقه مورد نظر فرستاده مي شود و پرتو هاي برگشتي از نقاط به طور منظم و به تعداد زياد ثبت مي شود . تعداد اين پرتو هاي برگشتي و در واقع تعداد نقاط ثبت شده آنقدر زياد است که در محيطي مثل CAD نمايش داده مي شوند ، به نظر مي رسد که سطح بازسازي شده است . اين داده در اصطلاح ابر نقطه اي (point cloud) ناميده مي شود.

 

 

دستگاه هاي ليزر اسکن داراي دو نوع هوايي و زميني هستند يک ليزر اسکن هوايي سه عنصر اصلي دارد : GPS ، IMU و Laser Scanner . GPS دستگاهي است که موقعيت نقطه محل هواپيما را ثبت مي کند ، IMU زاويه حرکت هواپيما با نقطه زميني را مي دهد و مسافت ياب Laser فاصله ي بين هواپيما و نقطه زميني را مشخص مي کند . برداشت نقاط بر اساس سه الگوي مختلف انجام مي شود . بيضي ، دايره و زيگزاگ و همپوشاني عرضي بين الگوها بستگي به دقت مورد نظر و طراحي پرواز دارد.

 

 

در ليزر اسکن زميني دستگاه بر روي سه پايه سوار مي شود و مي تواند دور تا دور خود را به صورت استوانه اي برداشت نمايد . پس برخورد ليزر به منطقه مورد نظر ضريب انعکاس جسم تعيين مي کند که چه مقدار از سيگنال منتشر شده به ليزر بر مي گردد . مقدار اين انعکاس به طول موج ليزر بستگي دارد و خصوصا براي سطوح سياه و سفيد متفاوت است . پرتو ليزر پس از انتشار ممکن است به موانعي برخورد کند، مثلا در ليزر اسکن هوايي در مناطق جنگلي ، پرتو ليزر قبل از رسيدن به زمين به يک يا چند شاخه برخورد مي کند ، اين مسئله باعث مي شود دو يا چند انعکاس به مسافت ياب ليزري برگردد . اغلب سيستم ها قادرند تمام پالس هاي برگشتي را ثبت کنند . کاربرد ها و استفاده هاي مختلفي از آنها بر اساس اين اندازه گيري ها امکان پذير است . البته تهيه مدل از سطح زمين بر اساس اندازه گيري آخرين پالس است . اگر چندين پالس برگشتي وجود داشته باشد فقط آخرين پالس مي تواند به نقطه اي روي زمين تعلق داشته باشد . زيرا فاصله زمين از فاصله ياب از بقيه نقاط بيشتر است.براي کاربرد هاي ديگر مثل تهيه مدل هاي سه بعدي شهر ، اولين پالس اهميت بيشتري دارد و همچنين اولين و آخرين انعکاس ها براي تهيه تراکم زيستي مورد نياز است . همانطور که ذکر شد انعکاس به جنس مواد بستگي دارد . سطوح طبيعي مثل گياهان مقدار انعکاس بيشتري نسبت به مواد ساخت بشر مانند آسفالت و بتون دارند . بنابراين به طور کلي ، تشخيص گياهان و ساختمانها امکان پذير است . به کمک روش هاي filtering مي توان نقاط مورد نظر را در موارد خاص استخراج کرد و تعداد نقاط جمع آوري شده را براي هر کاربرد کاهش داد.

ليزر اسکن در حقيقت فني است که مختصات نقاط را به طور مستقيم و به همراه زوايا و offset ها برداشت مي کند . ليزر در سيستم هاي قديمي تنها مختصات نقاط را اندازه گيري مي کرد ، اما اطلاعات ديگري نيز از عوارض براي پي بردن به نوع عارضه برداشت مي کند . روش هاي ديگر جمع آوري داده ها در مناطق کم عارضه مثل ساحل دريا دچار مشکل مي شوند ، اما ليزر اسکن توانايي برداشت در اين مناطق را نيز دارد . همچنين از آنجا که ليزر از عوارضي مثل برگ درختان نيز عبور مي کند ، در مناطق جنگلي نيز کاربرد دارد .


 

سرعت برداشت ليزر اسکن به حدود 28000 نقطه در ثانيه مي رسد و طي 4 دقيقه ، 360درجه (يک دور کامل ) را برداشت مي کند .دقت دستگاهها بر اساس فاصله نقاط برداشت شده سنجيده مي شود ، که معمولا حدود 2 سانتي متر الي 2 ميلي متر است و قيمت آنها بستگي به قدرت تفکيک و دقت آنها دارد .

◄   کاربرد ليزر در ايجاد واقعيت مجازي
laser scanning مي تواند داده هاي لازم براي توليد مدل هاي دقيق سه بعدي را به صورت بسيار سريع ، راحت ، کارامد و مقرون به صرفه اي جمع آوري کند . در واقع ، داده هاي حاصل از Laser Scanning در تهيه Virtual Reality بسيار مورد استفاده قرار مي گيرند . در مورد برداشت اطلاعات توسط دستگاههاي Laser Scanner در قسمت قبل توضيح داده شد ، داده هاي سه بعدي جمع آوري شده در رايانه ذخيره مي شوند و نرم افزارهاي مناستب قادرند آنها را براي مقاصد مختلف مورد بررسي و تفسير قرار بدهند .


     ●   مراحل مدل سازي سه بعدي با اين روش را مي توان در شش مرحله اساسي خلاصه کرد :

      +   نشانه روي بر منطقه يا سازه مورد نظر

      +   اسکن (جاروب) منطقه يا سازه مورد نظر و توليد ابر نقطه اي (point cloud)

      +   دسته بندي نقاط تشکيل دهنده اجزا و اشکال مختلف و اجزاي مختلف منطقه يا سازه مورد نظر

      +   تشکيل سطوح و مشخص نمودن اجزا در زمينه برداشت شده

      +   ثبت و ترکيب اشکال حاصله با يکديگر و خلق مجموعه دادههاي مصنوعي

      +   تشکيل مدل سه بعدي با جزئيات

از آنجا که تعداد نقاط ثبت شده بسيار زياد است ، مدل سه بعدي تشکيل داراي جزئيات بسياري است . از اين رو براي اندازه گيري ها و مطالعات بسيار دقيق و سريع بسيار مناسب است . از کاربرد هاي مهم اين روش در مهندسي عمران طراحي سازه هاي مختلف مثل پل ها و ساختمانها و همچنين طراحي مسير راه ها و بزرگراههاست . با استفاده از اين فن مي توان از زوايا و ديدگاه هاي مختلف سازه يا موضوع مورد نظر را مورد بررسي قرار داد و در تعيين نوع مصالح قابل استفاده و هزينه ها قبل از انجام طرح از آن بهره گرفت . در زمينه طراحي بزرگراهها با در دسترس بودن ديد سه بعدي حاصل از منطقه مي توان در ساعات پر ترافيک بدون حضور در منطقه و بستن جاده ، بازديد و بررسي هاي لازم را انجام داد.

 


در برخي موارد با استفاده از اين روش مي توان با ليزر اسکن نمودن ساختمانها و شبيه سازي موقعيت فعلي بناها و ساختمان ها در يک منطقه ، در زمينه ايجاد و ساخت بناهاي جديد و بررسي محدوديت ها و امکانات موجود و اينده مطالعات لازم را انجام داد. اين فناوري اين امکان را به وجود مي آورد که بتوان هر سازه را در جاهاي مختلف قرار داد. و مشکلات آن را بررسي کرد . همچنين طراح مي تواند با استفاده از وسايل مخصوص مثل عينک و دستکش هاي خاص ، در قسمت هاي مختلف قرار گرفته و حرکت نمايد و از زواياي مختلف سازه هاي تشکيل دهنده منطقه را مورد بازديد قبل از ساخت قرار دهد . اين فناوري همچنين قابليت شبيه سازي موقعيت هاي مختلف مثل هواي طوفاني ، سيل و امکان بررسي مقاومت سازه هايي مانند پل و کانال هاي فاضلاب در هنگام بروز چنين وقايعي را نيز دارد.

 

 

در موقعيت هاي خطرناک و پيچيده و در مکانهاي غير قابل دسترس که در آنها امکان انجام نقشه برداري زميني جود ندارد ، با استفاده از اين روش مي توان به خوبي و با دقت بالا مدلي مناسب از منطقه تهيه نمود.

 

 

يکي ديگر از کاربردهاي اين روش استفاده از آن در بررسي يا ترميم آثار باستاني است . با اين روش مجموعه نقاطي به صورت ابر نقطه اي از مکانهاي قديمي و تاريخي برداشت مي شود و پس از پردازش اين نقاط در رايانه ، مدل بنا تشکيل شده و امکان بازسازي يا ترميم آن سنجيده مي شود . همچنين نرم افزار امکان آنرا فراهم مي آورد که بتوان موقعيت و شکل بنا را قبل از تخريب يا تغيير شبيه سازي نمود .
 


◄   بکارگيري ليزر در ماهواره ها
يکي از کاربرد هاي عمده ليزر در مهندسي نقشه برداري استفاده از آن براي فاصله يابي از طريق ماهواره هاست . اين سيستم ها در تعيين موقعيت ماهواره ها به عنوان فاصله ياب هاي ليزري (Satellite Laser Ranging –SLR) استفاده مي شود . در SLR از ليزر استفاده مي شود ، منتها ليزرهايي که توان و برد بالا دارند و مي توان از فاصله اي حدود 20000 کيلومتر پالسهايي را از ايستگاه زميني به ماهواره فرستاده و از طريق منشور هاي تعبيه شده در ماهواره به ايستگاه زميني برگشت داده شوند. در اوايل ايجاد SLR از ياقوت استفاده مي شد ، ولي در نسل هاي بعدي از نئوديوم استفاده شده است . در SLR دقت فاصله يابي طول هاي بلند از ايستگاه به ماهواره در نسل اول حدود 10 متر بوده که در نسل هاي بعدي (نسل چهارم) به حدود 2 ميليمتر رسيده است .



◄   کاربرد ليزر در مسافت يابي الکترونيکي
دسته اي از مسافت يابهاي الکترونيکي ( Electronic Distance Measuring Instrument) که اختصارا به آنها EDM مي گويند ، با استفاده از اشعه ليزر کار مي کنند. در اين دستگاهها از ليزر هاي با منبع جامد نظير ياقوت يا نئوديوم استفاده نمي شود ، بلکه منبع آنها نيمه هادي است . نمونه اين نمونه هادي را مي توان ديود گاليم آرسنايد نام برد . اين نيمه هادي پرتو تک رنگي ايجاد مي کند که خود برانگيخته است و ايجاد ليزري مي کند که براي تعيين موقيتهاي دقيق و براي جاهايي که دقت امتدادي مدنظر است ، مورد استفاده قرار مي گيرد . اساس کار مسافت يابهاي الکترونيکي سنجش غير مستقيم زماني است که يک پرتو نور فاصله بين دو نقطه را طي مي کند .



گرچه اولين نسل مسافت يابهاي الکترونيکي براي فواصل زياد بسيار دقيق بودند ، ولي اندازه آنها بزرگ ، وزن آنها سنگين و قيمت آنها گران بود. بنابراين در کارهاي روزمره نقشه برداري وارد نشدند ،در حالي که مهندسان به دستگاههاي سبک ،کوچک ارزان و دقيق براي سنجش طول هاي کوتاه ، از چند متر تا دو الي سه کيلومتر نياز داشتند . در واقع ، دستگاههاي EDM استفاده کننده از نور ليزر نسل سوم اين دستگاهها هستند . مزاياي اين مسافت يابها عبارتند از:مصرف کم ، سبکي و قابليت حمل و نقل آسان ، برد زياد (حداکثر برد 15 تا 60کيلومتر) و دقت بالا در حدود ميليمتر .

 

 

با کوچک شدن اين دستگاهها و قابليت ترکيب آنها با دستگاههاي ديگر دستگاههايي به نام توتال استيشن به بازار عرضه شد که توسط آنها مي توان تمام کارهاي برداشت و پياده کردن را با دقت و سرعت بسيار زياد انجام داد. علاوه بر اين مي توان همزمان اطلاعات برداشت را در قسمت ذخيره کننده داده انباشته کرد . در مرحله بعد مي توان اين داده ها را در دفتر کار به صورت خودکار به رايانه منتقل کرد . رايانه نيز به نوبه خود پس از انجام محاسبات بر اساس برنامه ، داده را به دستگاه رسام براي ترسيم نقشه يا چابگر براي چاپ منتقل مي کند .



Original Scene Photograph

 


Laser Scan Data of Scene

 

 

 

 

 

گروه علمي فدک

کليه مطالب ارسالي با نام اشخاص و ذکر منبع در اين سايت درج مي شود

راهنما  |  آمار سايت  |  درباره ما  |  تماس با ما  |  نظر خواهي  | آرشيو  |  عضويت در سايت