Skenovanie LiDARom

Skenovanie LiDARom (Light Detection and Ranging, svetelná detekcia a meranie vzdialenosti) meria vzdialenosť vysielaním laserových impulzov a meraním času, za ktorý sa vrátia. Z každého zachyteného odrazu vznikne jeden 3D bod. Z miliónov takých bodov vzniká mračno bodov zachytávajúce steny, regály, podlahy, stroje a ďalšie povrchy, na ktoré lúč dopadne. V závodoch a areáloch sa bežne používajú skenery na statíve, mobilné mapovacie súpravy, zariadenia namontované na vozidlách a senzory na dronoch.

Tímy správy budov a projektanti siahajú po LiDARe, keď počítačom podporované projektovanie (CAD) alebo informačné modelovanie budov (BIM) už nezodpovedajú skutočnému stavu v hale. Aj v existujúcej hale, kde sa presunuli regály, pribudli medziposchodia a uzavreli uličky, treba poznať skutočný tvar priestoru na kontrolu voľných odstupov a vytvorenie statického digitálneho dvojčaťa. Sken zachytí súčasný stav, ktorý sa môže líšiť od posledného výkresu.

LiDAR je popri fotogrametrii jedným zo spôsobov získania geometrie. Oba postupy dokážu vytvoriť mračno bodov a často z nich vzniká polygónová sieť, ktorú možno načítať do dvojčaťa. LiDAR na meranie vzdialenosti nepotrebuje fotografie s textúrou. Lúč však musí mať priamy výhľad na povrch a od lesklého kovu, skla či tmavých povrchov sa môže vrátiť menej impulzov.

Hlavné súčasti

Laserový diaľkomer: Senzor vysiela impulzy a zaznamenáva čas ich návratu alebo fázu, podľa ktorých určuje vzdialenosť.

Poloha a orientácia skenera: Poloha a orientácia zariadenia počas skenovania, či už stálo alebo sa pohybovalo, určujú umiestnenie bodov v jednotnej súradnicovej sústave haly či areálu.

Mračno bodov: Hustý súbor nameraných 3D bodov, ktoré približne zachytávajú skutočný tvar povrchov.

Registrácia: Zarovnanie viacerých stanovíšť alebo prejazdov skenera do jedného modelu a jeho následné zarovnanie so súradnicovou sieťou závodu alebo počiatkom modelu BIM.

Následné vytvorenie polygónovej siete alebo načítanie do dvojčaťa: Prevod bodov na povrchy, ktorými sa dá prechádzať v prehliadači, a do priestorového podkladu, ktorý neskôr využíva prevádzkové digitálne dvojča.

Využitie vo výrobe a logistike

V závode sa pomocou meraní LiDARom aktualizuje model haly B po presune výrobnej bunky, zachytáva geometria rámp a regálov na posúdenie usporiadania a dodávateľom sa poskytuje podklad so skutočným stavom pred zaliatím základovej plochy betónom. To isté mračno bodov môže slúžiť na kontrolu kolízií s navrhovaným obrysom stroja ešte pred objednaním zariadenia. Na vonkajších plochách a rampách dodávateľov sa používa LiDAR na vozidlách alebo dronoch, keď treba v modeli areálu zachytiť hranicu oplotenia a jazdné pruhy pre návesy.

LiDAR je aj súčasťou niektorých systémov na simultánnu lokalizáciu a mapovanie (SLAM), ktoré vytvárajú mapu počas jazdy vysokozdvižného vozíka alebo autonómneho mobilného robota (AMR). Palubný systém slúži na lokalizáciu a prehľad o okolí počas zmeny. Zameranie pre správu budov je plánované snímanie geometrie pre digitálne dvojča. Oba postupy vytvárajú mračná bodov, no používajú ich iné tímy a v iných intervaloch.

Prínosy a úskalia

Prínosom je nameraný skutočný tvar priestoru s hustotou bodov vhodnou na geodetické zameranie, často v rozsahu centimetrov až desiatok centimetrov podľa vzdialenosti, senzora a registrácie. Nie je pritom potrebné spoliehať sa na zastarané výkresy. Tímy môžu virtuálne prechádzať halou, ktorá zodpovedá prostrediu, aké poznajú, a tú istú geometriu použiť ako priestorový podklad dvojčaťa.

Úskalím sú náklady, čas strávený na mieste a veľkosť súborov. Zakryté miesta za strojmi a v hustých regáloch zostanú v zázname prázdne. Od odrazivých a pohltivých povrchov sa vracia menej impulzov. Mračno bodov treba zarovnať so súradnicovou sústavou závodu a pre väčšinu prehliadačov digitálnych dvojčiat ho previesť na polygónovú sieť. Sken LiDARom zachytáva halu v okamihu merania a nesleduje aktuálny pohyb vysokozdvižných vozíkov.

Súvisiace pojmy

Skenovaním LiDARom vzniká mračno bodov. Podobné mračno možno získať aj pomocou fotogrametrie, ktorá vychádza z fotografií. V oboch prípadoch sa dáta často prevedú na polygónovú sieť pre statické digitálne dvojča alebo model haly v digitálnom dvojčati. Mapy z palubného LiDARu súvisia so simultánnou lokalizáciou a mapovaním (SLAM).

Časté otázky

Je LiDAR to isté ako digitálne dvojča? Nie. LiDAR je metóda snímania. Digitálne dvojča tvorí model a jeho využitie v reálnom čase alebo pri simulácii. Skenovanie je jedným zo spôsobov, ako do dvojčaťa dostať tvar haly.

Je pre výrobnú halu vhodnejší LiDAR alebo fotogrametria? LiDAR je vhodný, keď treba vzdialenosť merať priamo a osvetlenie je slabé. Fotogrametria sa hodí, keď sú už k dispozícii fotografie priestoru a polygónová sieť má mať textúru. Mnohé projekty používajú oba postupy a ich výsledky spájajú.

Akú presnosť má sken závodu pomocou LiDARu? Pri zameriavaní interiérov sa po registrácii často počíta s presnosťou rádovo od centimetrov po niekoľko desiatok centimetrov. Závisí od triedy senzora, vzdialenosti a dôslednosti, s akou sú stanovištia naviazané na súradnicovú sieť závodu. Vyžiadajte si správu o registrácii, nespoliehajte sa iba na údaj v prospekte.

Ukazuje model z LiDARu aktuálne polohy vysokozdvižných vozíkov? Áno, ale iba ak ich niekto do modelu umiestnil ručne alebo pripojil vrstvu s aktuálnou polohou. Samotný sken obsahuje statickú geometriu zo dňa merania.