22 Ноября 2019 года
Данная новость была прочитана 51 раз

Пифагоровы штаны: метод лазерного сканирования – зачем нужны цифровые двойники объектов и городов?

Марина Болсуновская, кандидат технических наук, доцент Санкт-Петербургского Политехнического университета, заведующий лабораторией Промышленные системы потоковой обработки данных Центра компетенции НТИ Новые производственные технологии

Добрый день, у микрофона Александра Петровская, это программа «Пифагоровы штаны». Не напротив меня и не в студии, а по телефону… Сегодня у нас Марина Болсуновская, кандидат технических наук, доцент Санкт-Петербургского Политехнического университета, заведующий лабораторией «Промышленные системы потоковой обработки данных» Центра компетенции НТИ «Новые производственные технологии». Марина Владимировна, здравствуйте!

― Добрый день, Александра.

― Сегодня мы будем говорить об инновационных технологиях, которые связаны с использованием лазера и лазерных технологий. Более того, здесь несколько этапов инновационного продукта.  Есть первый этап, связанный с лазерным сканированием, то есть с лазерной съемкой, которая позволяет получить некие данные, облако данных. А вторая часть связана с операционной системой, которая позволяет обрабатывать огромные массивы данных. Давайте начнем с инновационности. Что инновационного в технологии лазерного сканирования сегодня существует?

― Я бы хотела остановиться на том, что наиболее инновационным направлением является обработка сверхбольших облаков точек. Именно информация с лазерных сканеров – это облака точек, которые могут составлять гигабайты, а иногда терабайты информации, в зависимости от технических возможностей приборов. Этот специальный термин, «сверхбольшое облако точек» в настоящий момент описывает огромное количество точек, которые имеют свои пространственные координаты, и именно на основе их обработки создаются интеллектуальные системы, позволяющие производить их анализ. Инновационность заключается в том, чтобы с высокой точностью описывать возможное расположение частей зданий, объектов, информационной инфраструктуры, инженерной инфраструктуры. И в режиме реального времени позволить увидеть тот результат, который можно было бы отразить в качестве геометрической модели объекта.

― То есть, выходит, что это подходит для тех компаний и организаций, которые занимаются строительством, им не нужно заниматься какими-то гео-изысканиями, не нужно заниматься фотосъемкой объекта. Они могут использовать лазерное сканирование, чтобы понять, как будет объект располагаться здесь, на этой территории, какова должна быть глубина фундамента и прочие данные, которые необходимы при планировании строительных работ.

― Вы абсолютно правы, и технологии лазерного сканирования изначально были той областью, которая стала применяться для строительства на всех этапах жизненного цикла строительного объекта. Строительство не единственная сфера, где может применяться лазерное сканирование, но и все примыкающие к ней области: дорожное строительство (в качестве дефектоскопии, геодезия, картография, промышленность, сельское хозяйство. Это те области, где лазерное сканирование находит всё большее и большее применение.

― Как я понимаю, что здесь же есть ещё одна отрасль, которая может быть востребована, если мы говорим о высокотехнологическом будущем – это, например, создание карт для работы беспилотного транспорта в городе, которому нужна высокая точность. Это и ширина полосности движения, какие-то объекты, которые могут находиться и так далее.

― Именно для технологий умного города, для создания картографической основы лазерное сканирование является самым высокоточным методом получения информации, но одновременно и дорогостоящим. В этом случае наиболее оптимальной является гибридная обработка картографических данных, которые есть уже сейчас, и мы можем их использовать, лазерное сканирование как уточняющей информации и фотограмметрии. Фотограмметрия – это специальный термин, который описывает изменение или использование данных, которые можно получить при фотосъемке. И в этом случае, когда мы можем оптимизировать объем данных, которые мы получаем разными способами, это является наиболее востребованной технологией для умного города.

― Выходит, что можно создать цифровой двойник города для того, чтобы там посмотреть, как на карте будет работать тот же беспилотный транспорт, как будут застраиваться отдельные кварталы, и на карте просчитать всевозможные риски.

― Да, на самом деле это получается цифровой двойник, которые проживает свою жизнь от момента создания до момента его совершенствования. Это целая жизнь города, которая может быть показана с помощью и лазерного сканирования, и фотосъемки, и тех приборов, которые будут уточнять в дальнейшем развитие этого города в будущем. Потому что лазерное сканирование, проведенное сегодня – это цифровой след, который запечатлеет что же происходит с городом в этот конкретный момент времени. Если мы будем проводить их несколько раз через какой-то промежуток времени, мы сможем увидеть то, как меняется урбанистика, то как меняется вид города, какие произошли изменения. Путём сравнения этих моделей можно увидеть, как растет город, как меняются его улицы, плотность застройки, изменение транспортных потоков.

― Еще вопрос относительного соотношения прошлого и будущего. Мы знаем, что и в прошлом геометрические модели объектов создавались, и строительство в том числе на них основывалось. В чем отличие тех моделей, которые строились на фотосъемке объектов и местности, от лазерного сканирования?

― Это есть возможность получения непрерывного наблюдения за ходом изменения объекта. То есть, фотография – это моментальная съемка, моментальный снимок момента, в который он был произведен. Лазерным сканированием мы можем определить какие изменения могли произойти не только на внешнем варианте… Понимаете, когда фотограф делает снимок, он выбирает место, ракурс. Необязательно он сделает снимки со всех сторон, и не везде будет видно, как этот объект попал в объектив фотографа. Лазерная съемка в этом смысле – более полный вариант, который позволяет увидеть объект со всех сторон и те тайные уголочки или те небольшие изменения, которые фотограф не смог бы запечатлеть на своём снимке. Точность геометрической модели увеличивается в десятки раз. В зависимости от систем лазерного сканирования за последние десять лет точность увеличилась от трёх до пяти раз. Мы можем гарантировать, что в процессе строительств, реконструкции и эксплуатации здания одна и та же модель, которая была создана сейчас, может использоваться в течении всего времени эксплуатации здания или сооружения. Таким примером может служить практически потеря культурного объекта в Париже. Именно благодаря тому, что во время проведения исследовательских работ, которые проводились там, сохранилась трехмерная модель, полученная с использованием лазерного сканирования. Это позволяет сейчас воссоздать трехмерную модель так, как она была задумана и построена для того, чтобы не воссоздавать ее сейчас по чертежам и фотоснимкам, которые сохранились в архивах.

― Насколько уникальна эта технология моделей по обработке данных лазерного сканирования? И в России, и в мире.

―  Эта технология занимает сейчас умы и сердца большого количества лабораторий по всему миру. Каждая лаборатория пытается найти своё решение, наиболее эффективно отражающее цели и задачи. Отдельные группы работают в области создания цифровых паспортов для объектов культурного наследия. Потому что это одно из направлений, когда можно было бы зафиксировать микрорельеф, соответственно полотна или скульптуры или даже фасад здания, для того, чтобы в архивах остались именно исторические элементы руки мастера, чтобы по нему можно было установить, нет ли подделки при проверке объекта искусства. При этом общая цель всех научных групп, которые взаимодействуют, одна – обеспечить самую высокую точность и скорость обработки. В этом смысле – это соревновательный момент. Эту соревновательность можно было бы направить во благо, есть даже гранты, которые объединяют усилия различных лабораторий, которые направлены на решение такой задачи.

― Мария Владимировна, последний вопрос на 30 секунд. Что касается первой части, сбора данных с помощью лазерного сканирования. Как это работает, в двух словах?

― Лазерное сканирование позволяет вам по аналогии, как это происходит с лидарами, радарами: отправить источник данных, световой луч с определенным излучением, получить обратный отклик и узнать, на каком расстоянии находится этот объект. В зависимости от математической модели расчета, мы сможем уточнить, какие препятствия, какие объекты, на какой дальности от нас как источника находятся. И этот принцип оценки дальности объекта относительно источника излучения позволяет нам строить геометрическую модель объекта.

― Марина Болсуновская, кандидат технических наук, доцент Санкт-Петербургского Политехнического университета, заведующий лабораторией «Промышленные системы потоковой обработки данных» Центра компетенции НТИ «Новые производственные технологии».


Источник: радиостанция «Эхо Москвы»