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Applicazione dello scanner Lixel X1 SLAM nella misurazione dei volumi

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Utilizzare lo scanner Lixel X1 SLAM per generare modelli di nuvole di punti e modelli DEM a colori reali, per facilitare il successivo calcolo del volume dei pali.

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Background del progetto

La misurazione dei volumi è un mezzo importante per industrie come l'ingegneria edile, la gestione mineraria e la produzione agricola per formulare piani di produzione, inventariare i materiali, le riserve minerarie e valutare la produzione agricola.

A causa delle diverse variazioni di pendenza della superficie della pila, la misurazione con un singolo punto spesso non è in grado di riflettere la forma più reale della pila, e l'accuratezza dei dati presenta un grande errore e non è adatta alla gestione della pila con una vasta area, che richiede tempo e lavoro.

I modelli di nuvole di punti con strutture tridimensionali irregolari, come cumuli di miniere, cumuli di cereali, fosse di fondazione e silos navali, sono ottenuti mediante scansione con uno scanner laser portatile. Calcolo facile di volume, area o capacità.

Lixel X1 è stato ampiamente utilizzato in scenari di misurazione di cumuli in settori quali l'ingegneria, l'industria mineraria e l'agricoltura, grazie al suo comodo metodo di raccolta, all'efficiente elaborazione dei dati e all'elevata precisione.

Metodi di misura tradizionali

Il metodo tradizionale consiste nell'utilizzare la stazione totale o il GPS e l'RTK per misurare le coordinate di punti discreti sulla superficie dei giacimenti e quindi calcolare il volume dei cumuli di minerale.

A causa della forma complessa della superficie di questi depositi, i punti misurati sono limitati e alcune quote non possono essere osservate. Nelle situazioni reali, il volume dei cumuli può essere calcolato solo attraverso la simulazione delle curve di livello;

In termini di soluzione fotogrammetrica, è difficile far coincidere le coppie di punti di alcuni pali, con conseguente scarsa precisione di corrispondenza delle immagini dense e significativi errori di misura.

Svantaggi dei metodi di misurazione tradizionali

1.Bassa efficienza: le soluzioni tradizionali adottano il metodo di misurazione a punto singolo, che richiede una stazione totale per registrare dati a punto singolo, e solo un dato a punto singolo può essere registrato alla volta

2.Manodopera e professionalità del personale: sono necessari 1 operatore di stazione totale, 2 traslatori di pali a specchio e 1 registratore, nonché elevate competenze professionali di misurazione.

3.Scarsa accuratezza: la stazione totale può raccogliere solo dati da un singolo punto e spesso si trova ad affrontare il problema della raccolta di dati incompleti, con conseguente bassa precisione del calcolo del volume.

Soluzione di scansione laser mobile Lixel X1

Lixel X1 adotta la tecnologia SLAM (ovvero la tecnologia di posizionamento e mappatura in tempo reale, lo schema di integrazione hardware e software, la sincronizzazione dell'orologio multi-sensore al microsecondo e l'algoritmo di ricostruzione in tempo reale). In vari ambienti sconosciuti, può raccogliere facilmente e comodamente dati accurati e reali di nuvole di punti a colori senza segnale GNSS.

Dopo la scansione dell'area del palo, è possibile ottenere dati a nuvola di punti che riflettono la struttura reale del palo.

Affidandosi al software di post-elaborazione LixelStudio, il modello 3D del palo può essere adattato con precisione alla nuvola di punti, oppure i dati della nuvola di punti possono essere utilizzati direttamente per ottenere un rapido calcolo del volume della nuvola di punti.

Il vantaggio della soluzione Lixel X1

1.Risoluzione in tempo reale: La decodifica dei dati in tempo reale consente di esportare i dati disponibili subito dopo la scansione. Nel software mobile LixelGO è possibile monitorare l'effetto della nuvola di punti in tempo reale per garantire la qualità dei dati, offrendo un'esperienza di scansione coinvolgente.

2.Alta efficienza: 90 minuti di funzionamento continuo ultra-lungo ed elevata capacità di riprendere la scansione dal punto di interruzione. Le scene di grandi dimensioni non richiedono operazioni segmentate, i dati della nuvola di punti possono essere ottenuti in modo continuo in una sola volta, risparmiando tempo per la registrazione dei dati di post-elaborazione

3.Ricca raccolta di informazioni: La visione ad alta precisione e la tecnologia di fusione laser generano nuvole di punti a colori reali in tempo reale per gemellare il mondo reale. Soprattutto per la misurazione di alcune texture dettagliate e strutture irregolari, le nuvole di punti a colori possono fornire riferimenti intuitivi per la modellazione 3D, la vettorizzazione delle strutture e il riconoscimento degli attributi strutturali, riducendo notevolmente il carico di lavoro della modellazione successiva e migliorando l'efficienza del lavoro.

Dai problemi alle soluzioni

Rispetto ai metodi di misurazione tradizionali, l'utilizzo della tecnologia di scansione laser 3D mobile consente di ottenere dati a nuvola di punti in modo più efficiente e richiede un minor numero di operatori.

Prendendo come esempio un'area di scansione di 1000 metri quadrati:

- Scansione in loco: 1 persona per la raccolta dei dati in loco, ricostruzione in tempo reale, 10 minuti.

- Elaborazione dei dati fuori sede: 1 persona per la post-elaborazione dei dati.

Flusso di lavoro

Pianificazione del percorso:

Effettuando rilievi in loco dell'area dei pali, pianifichiamo l'adozione di una traiettoria a serpentina, con un intervallo di non più di 20 metri tra i percorsi, in modo da garantire la densità e la qualità della nuvola di punti. Allo stesso tempo, facciamo in modo che i punti di partenza e di arrivo del percorso di scansione si sovrappongano. Quando si verifica una stratificazione della nuvola di punti, gli operatori possono correggerla e ottimizzarla durante la post-elaborazione.

Acquisizione dei dati:

L'operatore tiene il Lixel X1 in mano per scansionare l'area del cumulo secondo il percorso pianificato. Durante l'operazione, non è necessario cambiare stazione o correggere l'allineamento in fase di post-processing, per cui la scansione in loco risulta agevole. L'operatore raccoglie anche alcuni punti di controllo in modalità stop and go per realizzare la georeferenziazione.

Allo stesso tempo, gli operatori possono anche visualizzare il percorso di acquisizione, la posizione relativa, l'effetto della nuvola di punti laser, l'elenco dei punti di controllo e la situazione di scansione errata o mancata in tempo reale attraverso l'APP Lixel GO. La scansione in loco richiede 15 minuti.

Elaborazione dei dati

Utilizzando il software di post-elaborazione 3D LixelStudio è possibile generare modelli di nuvole di punti a colori reali e modelli DEM, facilitando il successivo calcolo del volume dei pali.

I dati della nuvola di punti a colori :

Utilizziamo la nostra funzione di filtro del terreno per classificare i punti del terreno e generare automaticamente il modello DEM. Il modello DEM è mostrato di seguito:

Verifica dei dati:

I dati della nuvola di punti risultanti sono stati verificati con le coordinate di cinque punti di controllo in loco e l'errore quadratico medio della precisione del piano è stato di 0,029 metri, mentre l'errore quadratico medio della precisione dell'elevazione è stato di 0,004 metri. L'errore di precisione complessivo è di 3 centimetri, il che soddisfa i requisiti di precisione della misurazione dei pali.

Conclusione

Il laser scanner mobile Lixel X1 è in grado di ottenere rapidamente la struttura completa del palo attraverso la fusione di dati multi-sorgente SLAM. I dati della nuvola di punti possono essere esportati direttamente per l'elaborazione al termine della scansione. In combinazione con la soluzione software Lixelstudio, gli utenti possono generare automaticamente i dati del modello 3D e misurare la lunghezza, la larghezza, le dimensioni e il volume del palo in modo più intuitivo e pratico, aumentando l'efficienza delle operazioni di oltre 10 volte rispetto ai metodi tradizionali.

La soluzione Lixel X1 consente di effettuare misure e inventari in qualsiasi momento e in qualsiasi luogo, risparmiando tempo in loco e migliorando significativamente l'efficienza di elaborazione dei dati e l'accuratezza dei risultati, riducendo notevolmente i costi economici e di tempo di una singola operazione. Il design integrato dello scanner Lixel è facile da impugnare con una sola mano e quindi è facile da usare. Inoltre, le sue modalità versatili, tra cui zaino, veicolo e drone, rendono lo scanner Lixel X1 più adatto a diversi scenari e applicazioni.