Przegląd skanerów oraz aplikacji do obróbki chmur punktów

Lasery w ruchu

Jeszcze niedawno mobilne i lotnicze systemy skanowania uchodziły za niszowe rozwiązania będące w zasięgu tylko dużych firm. Dziś stają się dostępne również dla użytkowników z mniej zasobnym portfelem.

Odzwierciedleniem tego trendu jest znaczące rozbudowanie naszego dorocznego zestawienia. Od bieżącego wydania sprzęt skanujący prezentujemy nie w jednej, ale już w czterech tabelach… choć tak naprawdę podział skanerów mógłby być jeszcze bardziej szczegółowy! No bo przecież mamy systemy plecakowe, samochodowe, pływające, ręczne, dronowe itd. Jakby tego było mało, niektóre z nich to rozwiązania skrojone tylko pod jeden typ platformy, a inne są uniwersalne – można je np. łatwo zdemontować z drona i zainstalować na quadzie.

Krótko mówiąc, różnorodność skanerów szybko rośnie, a porównywanie poszczególnych produktów staje się coraz bardziej skomplikowane. Nie ustajemy jednak w wysiłkach, by ten chaos jakoś uporządkować. Łącznie we wszystkich 4 tabelach uzbierało się aż 106 instrumentów, z czego 26 to nowości. Podkreślamy, że prezentujemy tu wyłącznie sprzęt, który znajduje się w ofercie krajowych dystrybutorów. Co nowego proponują oni polskim użytkownikom?

Skanery naziemne

Najmniej zmienia się oferta instrumentów do pomiarów statycznych. Ale ten – nomen omen – bezruch jest pozorny. Nowych modeli jest wprawdzie niewiele (3), producenci systematycznie udoskonalają jednak swoje starsze instrumenty. Na przykład austriacki Riegl umożliwił rozbudowę skanerów impulsowych o odbiornik RTK lub kamerę działającą w podczerwieni termalnej. Z kolei spółka Z+F wprowadziła oprogramowanie usprawniające precyzyjne składanie skanów wykonanych przez jej skaner Imager 5016.

Funkcja ta wpisuje się zresztą w szerszy trend, jaki obserwujemy w ostatnich latach, a polegający na upraszczaniu pracy z LiDAR-em. Najnowszy przykład to skaner Trimble X7. Wykonując kolejne skany, użytkownik nie musi nawet zwracać uwagi na dokładne poziomowanie instrumentu – zakres kompensatora wynosi bowiem aż 5 stopni. Zmierzamy więc w tym kierunku, że przynajmniej samo skanowanie będzie można zlecić osobie bez kierunkowego wykształcenia. Co innego obróbka chmury punktów – tu wciąż niezbędna jest specjalistyczna wiedza.

Skanery optyczne

Część czytelników może zachodzić w głowę, po co w ogóle prezentujemy tę kategorię sprzętu. Nawet na polskim rynku nie brak jednak firm geodezyjnych, które użytkują skanery optyczne. Są one przydatne chociażby jako uzupełnienie zwykłych skanerów laserowych, np. gdy pewne detale musimy pomierzyć zdecydowanie bardziej szczegółowo bądź gdy ogranicza nas minimalny zasięg LiDAR-u. Skanery optyczne przydadzą się również, gdy zechcemy poszerzyć działalność np. o digitalizację niewielkich obiektów, takich jak muzealne eksponaty bądź drobne elementy przemysłowe.

Skanery mobilne

W tym zestawieniu dzieje się zdecydowanie najwięcej. Dynamiczny rozwój technologii nawigacyjnych sprawia, że oferta mobilnych systemów skanowania szybko roś­nie i staje się coraz bardziej przystępna. Jedną z najgorętszych premier ostatnich miesięcy jest Leica BLK2GO. To połączenie dwuosiowego LiDAR-u mierzącego do 700 tys. pkt/s, cyfrowej kamery z matrycą 12 Mpx oraz 3 kamer do pozyskiwania obrazów panoramicznych. Wykonanie pomiaru wnętrz wymaga jedynie przejścia się po nich z tym instrumentem. Chmura punktów składana jest na bieżąco w jedną całość przy użyciu algorytmów SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) oraz wskazań inercyjnej jednostki pomiarowej. Całość waży raptem nieco ponad 700 gramów – dla porównania ciężar starszego, plecakowego systemu tej marki wynosi blis­ko 12 kg! Oczywiście każdy czytelnik najbardziej jest ciekaw ceny – tej producent tradycyjnie nie podaje, choć na forach można znaleźć informację, że BLK2GO kosztuje poniżej 50 tys. euro. Jak na tę kategorię sprzętu cena nie jest więc wygórowana.

Podobne skanery oferuje także firma GeoSLAM. Już sama nazwa wskazuje, że instrumenty te również wykorzystują algorytmy SLAM, a więc z powodzeniem radzą sobie w miejscach, gdzie sygnały GPS są niedostępne. Jak pisaliśmy w poprzednim wydaniu niezbędnika, w Polsce skanery te są wykorzystywane np. w kopalniach głębinowych. Szybki rozrost oferty marki GeoSLAM pokazuje, że na rynku jest spore zapotrzebowanie na tego typu produkty. Ostatnio spółka zaprezentowała skanery Zeb-Horizon oraz Zeb-Dis­covery. Wyróżnia je m.in. zasięg pomiaru zwiększony z 30 do 100 metrów, a ten drugi model – cyfrowa kamera umożliwiająca łatwe kolorowanie chmury punktów.

Oczywiście należy podkreślić, że nasze zestawienie zawiera tylko niewielki wycinek mobilnych systemów użytkowanych na świecie. Po pierwsze, to efekt tego, że prezentujemy jedynie ofertę krajowych dystrybutorów. Po drugie, coraz więcej użytkowników decyduje się samodzielnie skonstruować mobilny system pomiarowy (zgodnie z popularnym podejś­ciem sensor fusion). Sprzyja temu bogata oferta komponentów, z których każdy może sobie złożyć produkt dopasowany do własnych potrzeb. Takie „klocki” oferują chociażby firmy Riegl, Z+F czy YellowScan i również je prezentujemy w naszej tabeli.

Skanery lotnicze

Jeśli chodzi o parametry pomiarowe, to skanery naziemne już od kilku lat niczym nas nie zaskakują. Za to na półkach z instrumentami lotniczymi co roku jakaś rewolucja! Tym razem jest nią Riegl VQ-1560 II. Kluczowym parametrem tego urządzenia jest częstotliwość emitowania impulsów lasera na poziomie aż 4 MHz. W praktyce wartość ta przekłada się na pomiar nawet 2,66 mln punków na sekundę. To aż czterokrotnie więcej niż w popularnym modelu Riegl VQ-780 (dodajmy, że niedawno model ten doczekał się podwojenia prędkości skanowania). W praktyce pozwala to na szybsze zbieranie danych poprzez wykonanie nalotu z wyższego pułapu albo zwiększenie gęstości chmury punktów. Co ciekawe, pierwszym użytkownikiem tego sensora na świecie jest firma OPEGIEKA z Elbląga.

Jeszcze niedawno można było zakładać, że zestawienie skanerów lotniczych zainteresuje tylko wąskie grono firm. Dzięki rewolucji dronowej takie podejście odchodzi jednak w przeszłość. Skanery stają są coraz mniejsze i lżejsze, oferując jednocześ­nie przyzwoite parametry pomiarowe z niskiego pułapu. Oczywiście pewną barierą wciąż pozostaje cena – na kompletny system trzeba wyłożyć nawet kilkaset tysięcy złotych. Na polskim rynku nie brak już jednak podmiotów, które uznały, że „gra jest warta świeczki”.

Czy można liczyć, że sprzęt ten wkrótce stanie się znacznie tańszy? Opinie wśród specjalistów są podzielone. Jedni duże nadzieje na przecenę wiążą z nadchodzącą rewolucją w zakresie pojazdów autonomicznych, bo warunkiem niezbędnym do ich popularyzacji jest zapewnienie tanich i jednocześnie niezawodnych LiDAR-ów. Pierwsze firmy już dziś twierdzą, że osiągnęły ten kompromis. Są jednak dwa „ale”. Pierwsze: skaner dla samochodu musi spełniać inne wymagania niż skaner do celów geodezyjnych. Przykładem jest choćby dokładność pomiaru, która przecież w samochodzie autonomicznym nie musi być wyśrubowana, ale dla geodety jest kluczowa. Drugie „ale”: lotniczy system skanowania to nie tylko LiDAR, ale także odbiornik GNSS oraz jednostka IMU. Szczególnie ten drugi element mocno podbija cenę platformy i raczej szybko to się nie zmieni. Pewne jest natomiast, że szybko rosnąć będzie liczba dostępnych systemów. Nad włas­nym tego typu rozwiązaniem pracuje nawet pewna polska firma i – jak zapowiada – jednym z wyróżników jej produktu ma być relatywnie niska cena.

Oprogramowanie

Choć większość naszego niezbędnika zajmują opisy sprzętu, to nie mniej ważne jest oprogramowanie do pracy z danymi. Mimo szybkiego postępu technologicznego sam skaner wciąż potrafi dostarczyć jedynie chmurę punktów (choć coraz dokładniejszą i gęstszą). Przedstawiciele branży LiDAR są jednak zgodni – surowe dane są dla klienta nieprzydatne. Im więc chmura jest bardziej przetworzona, tym większą marżę możemy narzucić – do tego potrzebujemy jednak dobrego programu, a właściwie programów, bo chyba mało kto obrabia chmurę tylko w jednej aplikacji.

Jakie trendy można zaobserwować w ofercie tych produktów? Najbardziej oczywistym jest rosnąca liczba programów (w tym roku uzbierało się ich o 10 więcej niż w ubiegłym). Wprowadzając nowe narzędzia, programiści kładą nacisk przede wszystkim na automatyzację przetwarzania chmury – głównie jej klasyfikacji oraz wektoryzacji. W ostatnim czasie popularne staje się także rozwijanie narzędzi do pracy na dwóch typach chmury – ze skanowania oraz dopasowania zdjęć.

Coraz bardziej imponują ponadto programy do publikacji danych LiDAR w internecie – nie tylko szybkością i płynnością działania, ale także oferowanymi narzędziami. Bez cienia wątpliwoś­ci: w kolejnych wydaniach niezbędnika SKANOWANIE LASEROWE tabela z aplikacjami będzie coraz ciekawsza.

Jerzy Królikowski

Zestawienie skanerów i oprogramowania SKANOWANIE LASEROWE 2019 można pobrać jako plik PDF lub przeglądać w formie flipbooka