Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Сибирская государственная геодезическая академия»
(ФГБОУ ВПО «СГГА»)
Кафедра инженерной геодезии и информационных систем
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
__________ В. А. Ащеулов
________________ 2012 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ТРЕХМЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ
И МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ
Для подготовки дипломированного специалиста
направления 120100 – ГЕОДЕЗИЯ
специальность 120101 – «Прикладная геодезия»
код квалификации – 65(инженер)
Новосибирск
2012 г.
1. Цели и задачи дисциплины.
Целью данной дисциплины является изучение основных методов и
программно-технических средств для выполнения наземного лазерного сканирования и трехмерного моделирования объектов местности.
Важной задачей освоения дисциплины является получение твердых
знаний и приобретение навыков по использованию новых технологий для
сбора и обработки пространственных данных, создания трехмерных объектов и формирования цифровых моделей ситуации и рельефа местности
(ЦММ) по материалам наземного лазерного сканирования.
Особенностью дисциплины является применение уникального программного обеспечения для интерпретации, визуализации и обработки пространственных данных, а также решения инженерно-геодезических задач на
основе современных лазерных сканеров наземного базирования.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
2.1. В итоге изучения данной дисциплины студент должен знать:
 теоретические основы наземного лазерного сканирования;
 технологические процессы и точность наземного лазерного сканирования;
 современные приборы и технические средства для выполнения наземного
лазерного сканирования;
 программное обеспечение и функциональные возможности для обработки
материалов лазерного сканирования;
 методы трехмерного моделирования инженерных сооружений и объектов
местности;
 построение цифровых моделей рельефа местности по результатам лазерного сканирования.




2.2. Студент должен уметь:
работать с комплексом технических и программных средств, обеспечивающих сбор и обработку результатов наземного лазерного сканирования;
создавать трехмерные модели инженерных сооружений, трехмерные модели ситуации и цифровые модели рельефа (ЦМР) по материалам
наземного лазерного сканирования;
выполнять регистрацию сканов с помощью специальных программных
средств вычислений;
решать инженерно-геодезические задачи на основе материалов наземного
лазерного сканирования и трехмерного моделирования.
2.3. По данной дисциплине студент должен иметь представление:
 об основных ошибках лазерных сканеров наземного базирования;
 о калибровке лазерных сканеров;
 о точности внешнего ориентирования сканов;
 о системах автоматизированного проектирования для формирования 3D
проектов по материалам лазерной локации местности;
 о методах и средствах воздушного лазерного сканирования;
 о новых технических и программных средствах лазерного сканирования;
 о применении лазерного сканирования в различных отраслях производства.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы.
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа
Расчетно-графические работы
Вид итогового контроля
Всего часов
80
51
17
34
29
10
Семестры
9
80
51
17
34
29
10
Зачет
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий.
№ п/п
Раздел дисциплины
1
Ведение. Задачи и принципы наземного лазерного сканирования (НЛС).
2
Приборы и оборудование для НЛС
3
Программное обеспечение для НЛС
4
Технология НЛС для получения сканов
5
Обработка результатов НЛС
6
Трехмерное моделирование и решение инженерных задач по материалам лазерного сканирования
7
Мобильное и воздушное лазерное сканирование
Лекции
3
ПЗ
2
2
2
2
4
4
6
2
8
9
2
17
29
4.2. Содержание разделов дисциплины.
4.2.1. Введение.
Задачи и краткое содержание курса. Обзор отечественного и зарубежного опыта наземного лазерного сканирования и трехмерного моделирования. Основные предпосылки и концепции методов обработки пространственных данных, полученных с помощью лазерных сканеров. Связь курса с другими дисциплинами.
4.2.2. Приборы и оборудование для НЛС.
Основные понятия о трехмерных лазерных сканерах и их функциональных возможностях. Принципы действия лазерных сканеров (ЛС). Импульсный метод измерения расстояний. Фазовый метод измерения расстояний. Особенности данных методов измерения длин линий.
Типы лазерных сканеров. Технические характеристики ЛС. Классификация ЛС по степени безопасности. Форматы данных ЛС.
Аппаратные средства для сканирования, дополнительное оборудование
для НЛС. Мобильные системы лазерного сканирования.
Источники ошибок НЛС. Инструментальные ошибки ЛС. Ошибки угломерных блоков. Точность работы дальномерного блока. Влияние атмосферы
на точность измерения углов и длин линий. Внешние факторы, влияющие на
точность НЛС. Влияние метрологических свойств объектов на точность
НЛС. Влияние параметров сканирования на точность получаемых результатов. Проблемы НЛС.
4.2.3. Программное обеспечение для НЛС.
Современное программное обеспечение (ПО) для обработки результатов
НЛС. Функциональные возможности ПО для НЛС. Классификация программных продуктов по функциональному назначению. Прикладные программы для управления сканером.
Программные продукты для создания единой точечной модели. ПО для
построения трехмерных моделей и двумерных чертежей.
Программные продукты Cyclone, Rapidform, I-Site, RealWorks Survey и
др. для создания трехмерных моделей и цифровых планов по данным НЛС.
Пользовательский интерфейс, инструментальные средства и функциональные возможности данных пакетов программ. Системы меню. Управление
изображением. Получение справочной информации.
Файлы обменного формата.
4.2.4. Технология НЛС для получения сканов
Технология сбора пространственных данных при наземном лазерном
сканировании. Принципиальные технологические схемы и процессы НЛС.
Состав технического проекта. Рекогносцировка местности и составление абрисов. Составление рабочего проекта планово-высотного обоснования и
наземного сканирования. Определение координат точек рабочего съемочного
обоснования. Методы проложения сканерных ходов. Производство работ при
НЛС.
Предварительная обработка результатов сканирования. Оценка точности
внешнего ориентирования сканов. Методы внешнего ориентирования сканов.
Методы прямого определения линейных и угловых элементов внешнего ориентирования сканов. Анализ точности внешнего ориентирования сканов.
Экспорт результатов сканирования в формат ПО для дальнейшей обработки.
4.2.5. Обработка результатов НЛС
Технологические схемы и способы камеральной обработки НЛС. Принципы построения 3D проекта. Создание базы геопространственных данных.
Обработка материалов НЛС с помощью системы автоматизированного моделирования. Сшивка сканов. Методы регистрации сканов в заданной системе
координат.
Методы построения трехмерных примитивов. Изменение свойств для
графических примитивов. Редактирование простых и составных объектов.
Векторизация точечной модели. Создание ситуационной модели топографического плана. Создание цифровой модели рельефа на основе триангуляции Делоне (TIN) и Mesh. Методы моделирования и отображения поверхности.
Оформление цифрового топографического плана. Оценка точности создания топографического плана.
Экспортно-импортные операции. Экспорт трехмерной векторной модели
в формат ГИС и САПР. Вывод трехмерных моделей и цифровых планов на
печать.
4.2.6. Трехмерное моделирование и решение инженерных задач по материалам лазерного сканирования.
Построение трехмерных моделей объектов инженерных сооружений и
стальных конструкций. Составление трехмерных моделей ситуации и рельефа местности.
Применение цифровых моделей местности для решения задач автоматизации проектирования, планирования строительства и управления территориями.
Методы построения изолиний. Построение разрезов и профилей местности. Сеточные методы. Сканирующие методы. Аналитические методы.
Определение объемов земляных (масс) работ. Вычисление объемов
горных выработок, карьеров и складов. Измерительные операции по трехмерной модели.
Оценка точности пространственных данных. Критерии оценки точности
пространственных данных.
5. Лабораторный практикум.
№
ЛР
№ раздела
дисциплины
1
4.2. 3
2
4.2. 3
3
4
4.2. 3
4.2. 4
5
4.2. 4
6
7
4.2. 4
4.2. 4
8
4.2. 4
9
4.2. 5
10
11
4.2. 5
4.2. 5
12
4.2. 5
13
14
4.2. 6
4.2. 6
15
4.2.7
16
4.2.7
17
4.2.7
Наименование лабораторных работ
Изучение пользовательского интерфейса и основных
команд программы Cyclone
Построение трехмерных примитивов по точечной модели
Создание металлоконструкций
Регистрация сканов с помощью «мастера сшивки»
Сшивка сканов с помощью контрольных марок – целей
(Targets)
Регистрация сканов на основе исходных координат
Формирование 3D проекта с помощью ПО Cyclone
Создание и редактирование модели рельефа (TINмодели)
Определение объемов земляных масс по результатам
лазерного сканирования
Построение сечений
Импорт данных из текстовых файлов в ПО Cyclone
Экспорт данных из ПО Cyclone во внешние системы
(AutoCAD, MicroStation и др.)
Создание ЦМС по точечной модели
Работа с лазерным сканером наземного базирования
Работа с управляющим программным обеспечением для
лазерного сканера
Формирование трехмерного проекта инженерного объекта (Самостоятельная работа - 10 часов)
Создание цифровой модели рельефа для земельного
участка (Самостоятельная работа - 10 часов)
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
6.1. Рекомендуемая литература.
а) основная литература:
1) Данилин И.М. Лазерная локация земли и леса [Текст] : учеб. пособие для
вузов (рек.) / И.М. Данилин, Е.М. Медведев, С.Р. Мельников, 2005. - 182
с.
2) Наземное лазерное сканирование [Текст] : монография / В. А. Середович,
А. В. Комиссаров, Д. В. Комиссаров, Т. А. Широкова, 2009. - 261 с.
3) Обработка результатов наземного лазерного сканирования и трехмерное
моделирования объектов местности [Текст] : сб. описаний лаб. работ / А.
Г. Неволин, А. А. Басаргин, 2012. - 110, [1] с.
4) Карпик, А. П. Методологические и технологические основы геоинформационного обеспечения территорий [Электронный ресурс] : моно-
графия / А.П. Карпик ; СГГА. - Новосибирск : СГГА, 2004. - 260 с. - Режим доступа: http://lib.ssga.ru/. – загл. с экрана.
5) Маликов, Б. Н. Составление и подготовка к изданию карт и атласов с использованием компьютерных технологий [Электронный ресурс] : монография / Б. Н. Маликов. - Новосибирск : СГГА, 2002. - 77 с. - Режим доступа: http://lib.ssga.ru/. – загл. с экрана.
б) дополнительная литература:
1) “Геодезия и картография” (орган Федеральной службы геодезии и картографии России). Периодическое издание.
2) Реферативный журнал РАН - 52. “Геодезия и аэросъемка”. Периодическое
издание.
3) Геопрофи. Научно-технический журнал по геодезии, картографии и навигации. Периодическое издание. Электронный ресурс. Электронный доступ http://www.geoprofi.ru/ .
4) Современные геодезические технологии. Периодическое издание. Электронный ресурс. Электронный доступ -http://www.prin.ru/ .
5) Автоматизированные технологии изысканий и проектирования. Периодическое издание. Выходит ежеквартально с февраля 2001 года. Электронный
доступ - http://www.credo-dialogue.com .
6) А. Г. Неволин, А.А. Басаргин. Обработка результатов наземного лазерного
сканирования и трехмерное моделирование объектов местности [Текст]:
сборник описаний лабораторных работ. – Новосибирск: СГГА, 2012. – 101
с.
7) Технология создания трехмерных цифровых моделей различного назначения [Электронный ресурс]. – офиц. сайт компании НПП «Геокосмос». – Режим доступа: http://www.geokosmos.ru.
8) Cyclone 5.4 – MODEL, SURVEY [Электронный ресурс]: сайт компании Leica Geosystems
AG.
–
Режим
доступа:
http://www.leicageosystems/com//hds/en/Cyclone_5.4_Model_Serv.pdf
9) Cyra Technologies [Электронный ресурс]: офиц. сайт компании GFK. Режим доступа:
http://www.gfk-leica.ru
10) RapidForm Specification [Электронный ресурс]: сайт компании INUS Tech-
nology. Режим доступа: http://www.rapidform.com
11) Конспект лекций.
6.2. Средства для обеспечения освоения дисциплины
Демонстрационные и обучающие информационно - программные комплексы Cyclone, Rapidform, I-Site и др.
6.3. Материально-техническое обеспечение дисциплины.
Лазерный сканер наземного базирования в полной комплектации, класс
ПЭВМ, специализированное программное обеспечение. Техническая документация.
Автор:
Неволин А. Г. - профессор, кандидат технических наук, (СГГА).
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры инженерной геодезии и
информационных систем
______________.
Протокол № ______от
___________________.
Заведующий кафедрой
Программа одобрена Учебно-методическим советом Института Геодезии и
Менеджмента СГГА, протокол № ________ от _______________________.
Председатель совета
С.В.Середович