Дослідження мобільної системи лазерного сканування STONEX X120GO

Abstract

Мета цієї роботи – дослідити точність лазерного сканера Stonex X120GO та можливість його використання для топографічного знімання, вирішення інженерних завдань та створення 3D-моделей. Методика. Використано метрологічний метод порівняння з еталоном. Еталоном були координати, віддалі та перевищення, визначені іншою перевіреною технологією, яка на порядок точніша від досліджуваної. Для визначення точності вимірювання віддалі сканером X120GO використано навчальний геодезичний полігон (НГП) кафедри інженерної геодезії у діапазоні довжин 10–60 м, які визначені технологією TPS (Total Position System) із СКП 2 мм. Еталонні перевищення визначено методом геометричного нівелювання з СКП 1 мм, а абсолютні координати методом GNSS (Global Navigation Satellite Systems) із СКП 5 мм. Для визначення точності 3D-хмари точок досліджуваного сканера також використано наземний лазерний сканер Leica С-10. Результати. Досліджено точність вимірювання СМЛС Stonex X120GO на різних віддалях від 10 до 50 м. За результатами встановлено СКП вимірювання віддалі 10 мм, яка практично не залежить від віддалі. Від віддалі залежить тільки щільність точок на досліджуваній марці. На віддалі 50 м на марці розміром 20 на 17 см було лише 20 точок, що є причиною нерухомого встановлення сканера під час вимірювання віддалі. Визначаючи похибку положення інерційною системою (IMU), проклавши трек завдовжки 15 хв, замаркувавши шість точок по три рази кожну, ми отримали такі максимальне відхилення: в напрямі Х – 3,3 см, в напрямі Y – 2,8 см, в напрямі Z – 0,9 см. Перевірка точності 3D-хмари на семиповерховій будівлі Львівської політехніки, із прив’язкоюза чотирма точками, показала, що абсолютне відхилення від еталонних координат не перевищило 2 см, а локальні перевищення між першим та другим поверхом, порівняно з геометричним нівелюванням, не перевищили 1 см. Такі результати дослідження дали змогу здійснити сканування різних об’єктів природного та штучного походження. Наукова новизна та практична значущість. Запропоновано методику перевірки точності СМЛС вимірюванням еталонних довжин та порівнянням координат, визначених системою IMU. Досліджено вплив довжини треку на точність 3D-хмари точок. За результатами дослідження можна стверджувати про великі перспективи використання СМЛС Stonex X120GO в багатьох галузях народного господарства.

The purpose of this work is to investigate the accuracy of the Stonex X120GO laser scanner and its potential for topographic surveying, solving engineering tasks, and creating 3D models. Methodology: The metrological method of comparison with a reference was used. The reference consisted of coordinates, distances, and elevations determined by another verified technology that is significantly more accurate than the one being studied. To determine the measurement accuracy of the X120GO scanner distances, a polygon of the Department of Geodesy's range was used, ranging from 10 to 60 meters, determined by the Total Position System (TPS) technology with a precision of 2 mm. The reference elevations were determined using the geometric leveling method with a precision of 1 mm, and the absolute coordinates were obtained using the Global Navigation Satellite Systems (GNSS) method with a precision of 5 mm. To determine the accuracy of the point cloud generated by the investigated scanner, a terrestrial laser scanner Leica C-10 was also used. Results. The measurement accuracy of the laser scanner was investigated at various distances ranging from 10 to 50 meters. Based on the results, a measurement precision of 10 mm was determined, which practically does not depend on the distance. Only the point density on the surveyed target depends on the distance. At 50 meters, there were only 20 points due to the scanner being stationary during the measurement. Regarding the accuracy determination of the Inertial Measurement Unit (IMU) system on the IGPD polygon, by laying a track for 15 minutes and marking 6 points three times, the maximum deviation in the X direction was found to be 3,3 cm, in the Y direction 2,8 cm, and in the Z direction 0,9 cm. Checking the accuracy of the 3D point cloud on a 7-story building at NU LP, with four control points, it was established that the absolute deviation from the reference point was no more than 2 cm. Local deviations between the 1st and 2nd floors, compared to geometric leveling, were 1 cm. These research results allowed for scanning various objects of natural and artificial origin. Scientific novelty and practical significance. A methodology for verifying the measurement accuracy of the laser scanner in distance and IMU has been proposed. The influence of track length on point cloud accuracy has been investigated. The research results allow for the application of this scanner in various fields.