لیزر اسکنر چیست؟ و هر آنچه که باید درباره اش بدانید

لیزر اسکنر به عنوان یکی از تجهیزات پیشرفته و به روز در حوزه نقشه برداری مورد استفاده قرار می‌گیرد. این تکنولوژی با هدف افزایش سهولت و دقت در اجرای فعالیت‌های نقشه برداری، به کار می‌رود. لیزر اسکنر به نقشه برداران کمک می‌کند تا در مدت زمان کوتاهی، حجم بالایی از اطلاعات مربوط به یک پروژه را به دست آورده و در نهایت یک مدل سه بعدی دقیق را تهیه نمایند. در این مقاله از پورتال جامع مهندسین ایران، با معرفی و توضیح نحوه کارکرد لیزر اسکنر خواهیم پرداخت.

لیزر اسکنر چیست؟

اسکن لیزری یک فناوری نوآورانه در زمینه نقشه برداری است. این فناوری به دلیل توانایی برداشت حجم زیادی از اطلاعات در کمترین زمان، برخی از هزینه‌ها را کاهش می‌دهد و برنامه‌های خاص خود را دارا است. لیزر اسکنر، یک نوع توتال استیشن (Total Station) رباتیک است که برای برداشت نقاط، نیازی به استفاده از رفلکتور ندارد. با ارسال پرتوهای لیزری با سرعت بسیار بالا، قادر است حجم زیادی از نقاط اطراف خود را در دامنه دستگاه برداشت کند. ساختار برداشت لیزر اسکنر مشابه چشم انسان است، به این معنی که هر منطقه‌ای که چشم انسان قادر به مشاهده آن است، توسط لیزر اسکنر نیز قابل برداشت است.

تکنولوژی اسکن سه بعدی یا دیجیتالی کردن اشیاء فیزیکی از دهه ۱۹۸۰ ظهور پیدا کرد و تا به امروز در زمینه‌های مختلف نقشه برداری مورد استفاده قرار گرفته است. نسل فعلی لیزر اسکنرها نسبت به نسل قبلی آن‌ها پیشرفت چشمگیری در زمینه‌های مختلف نقشه برداری داشته است.

کلمه LASER مخفف عبارت Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation است که به معنای تقویت نور از طریق انتشار پرتوهای برانگیخته یا تقویت شده است.

در این عبارت، simulate به معنای تقویت و برانگیختن پرتوهای خاصی مانند پرتوهای کربن و غیره استفاده می‌شود. این پرتوها تک‌طیفی هستند، به این معنی که اطلاعاتی که از لیزر اسکنرها برداشت می‌شود، رنگی تک را دارند و از واگرایی کمتری نسبت به نور قابل مشاهده که هفت طیف رنگی دارد، برخوردار هستند.

انواع لیزر اسکنر

انواع لیزر اسکنر به طور کلی بر اساس ساختار و نوع سیستم اندازه‌گیری و برد مسافتی که دارند، کارایی‌های مختلفی در زمینه‌های نقشه‌برداری دارند و به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند.

• لیزر اسکنر بر اساس اندازه‌گیری فاصله
• لیزر اسکنر بر اساس زاویه دید

در ادامه مطلب به بررسی هرکدام می پردازیم:

انواع لیزر اسکنر بر اساس اساس اندازه گیری فاصله

انواع لیزر اسکنر بر اساس اندازه گیری فاصله به سه روش زیر عمل می‌کنند و از سیستم‌های فاصله‌مبنا بر پایه برد و دقت استفاده می‌کنند:

۱. محاسبه زمان رفت و برگشت موج منتشر شده

محاسبه زمان رفت و برگشت موج منتشر شده یک روش متداول در نقشه برداری است. در این روش، فاصله جسم بر اساس سرعت انتشار نور محاسبه می‌شود. این روش دقت کمتری نسبت به دو روش دیگر دارد و به طور عمومی برای کارهای بزرگ مقیاس استفاده می‌شود. برد این روش بین ۱ متر تا ۶ کیلومتر است، که بستگی به نوع دستگاه دارد.

۲. روش اندازه گیری اختلاف فاز

روش اندازه‌گیری اختلاف فاز بر اساس اختلاف فاز موج فرستاده شده و موج دریافتی عمل می‌کند. این روش به عنوان روش اصلی در کارهای دورسنجی ماهواره‌ای استفاده می‌شود. برد این روش تا حدود ۱۰۰ متر است و اندازه‌گیری فاصله با دقت چند میلی‌متر به وسیله این روش انجام می‌شود.

۳. روش مثلث بندی

روش مثلث‌بندی بر اساس مثلث‌بندی اپتیکی عمل می‌کند و برد آن در محدوده ۰.۱ سانتی‌متر تا ۵۰۰ سانتی‌متر قرار دارد. در این روش، فاصله‌یابی بر اساس تشکیل یک مثلث با استفاده از اپتیک انجام می‌شود. با توجه به دقت حداکثر چند میکرون در این روش، اغلب برای کارهای مستندنگاری تاریخی و حفاظت از ساختمان‌های تاریخی استفاده می‌شود.

در این روش، با ارسال یک پرتو نوری و بازگشت آن به دوربین CCD، یک مثلث تشکیل می‌شود. با استفاده از محاسبات مربوطه (که خارج از حوزه این بحث است)، فاصله مورد نظر محاسبه می‌شود.

انواع لیزر اسکنر ها بر اساس زاویه دید

انواع لیزر اسکنر بر اساس زاویه دید می‌توانند به دو دسته تقسیم شوند:

۱. زاویه دید دوربینی: در این نوع لیزر اسکنرها، زاویه دید محدود است و به اندازه‌ی زاویه دید دوربین‌های عکاسی عمل می‌کند.

۲. زاویه دید ۳۶۰ درجه (پانوراما): در این نوع لیزر اسکنرها، زاویه دید ۳۶۰ درجه دارند و قادر به برداشت کل سطح یک منطقه هستند.

لازم به ذکر است که در این نوع لیزر اسکنرها، تعداد ایستگاه‌های استقرار کمتری برای برداشت یک منطقه نیاز است و سرعت برداشت آنها بیشتر است. به همین دلیل، لیزر اسکنرهای پانوراما نسبت به لیزر اسکنرهای با زاویه دید دوربینی، مورد ترجیح قرار می‌گیرند.

کاربرد لیزر اسکنر در مهندسی نقشه برداری

استفاده از لیزر اسکنر در حوزه مهندسی نقشه‌ برداری به صورت گسترده‌ای صورت می‌گیرد. این فناوری در انواع کاربردهای مختلف در این حوزه مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، می‌توان از لیزر اسکنر برای مستندسازی ساختمان‌ها و آثار تاریخی، تهیه نقشه‌های As-built از ساختمان‌ها و بازسازی آنها، تهیه نقشه‌های توپوگرافی از مناطق سخت‌دسترس برای مطالعات سدها، مهندسی معکوس سازه‌های بزرگ و حتی مستندسازی صحنه‌های تصادفات و جرم استفاده کرد.

مزایای لیزر اسکنر

1. سرعت بالا: لیزر اسکنر قادر است در زمان کوتاهی مختصات میلیون‌ها نقطه را برداشت کند. این امر باعث می‌شود فرآیند برداشت ابرنقاط سریعتر انجام شود و حجم عملیات میدانی کاهش یابد. سرعت بالا از جمله مزیت‌های برتر لیزر اسکنر در مقایسه با دوربین‌های نقشه‌برداری است.
2. دقت بالا: با استفاده از لیزر اسکنر، دقت برداشت داده‌ها بهبود می‌یابد. به دلیل حجم بالای نقاط، قابلیت ایجاد مختصات سه بعدی و دقت بالا در برداشت داده‌ها به دست می‌آید. نتیجه بهتری نسبت به روش‌هایی مانند فتوگرامتری به دست می‌آید.
3. کارایی در شرایط نوری متفاوت: لیزر اسکنر بدون نیاز به سایه یا کنتراست روشنایی قابل استفاده است. این به این معنی است که می‌تواند در شرایط نوری متنوع، از تاریکی تا نور کم، به کار گرفته شود.
4. انعطاف‌پذیری: لیزر اسکنر قابل استفاده به صورت مجزا یا در کنار سایر تجهیزات نقشه‌ برداری است. این امکان را به پروژه‌ها می‌دهد تا با استفاده از لیزر اسکنر به هدف نهایی خود برسند و نتایج مطلوب را بدست آورند.

با استفاده از لیزر اسکنر، مزایای فوق را می‌توان بهبود داده و نقشه‌برداری را به سطحی بالاتر برده و برای پروژه‌های مختلف از آن بهره‌برداری کرد.

معایب لیزر اسکنر 

1. خطا در برداشت لبه‌ها: لیزر اسکنر در برخی شرایط نمی‌تواند به درستی داده‌های لبه‌های تیز و خطوط متقاطع را برداشت کند. این مسئله می‌تواند باعث عملکرد ضعیف و نمایش نادرست معماری شیء شود. بنابراین، خطا در برداشت لبه‌ها یکی از معایب لیزر اسکنر است.
2. نقدهای بدون رنگ: لیزر اسکنر قادر به تشخیص رنگ سطوح برداشت شده نیست و به همین دلیل، در مدل ابرنقطه‌ای که تهیه می‌شود، رنگ‌ها حذف می‌شوند. این می‌تواند در تفسیر صحیح شیء و داده‌های معنایی تأثیر منفی داشته باشد.
3. تأثیر بازتابش سطح: ویژگی بازتابش سطح شیء می‌تواند بر کیفیت لیزر اسکنر تأثیر بگذارد. در صورتی که سطح شیء براق یا شفاف باشد، مانند سنگ مرمر، شیشه، طلا و غیره، لیزر نمی‌تواند بازتاب مناسبی داشته باشد و نتایج برداشت داده‌ها نادرست خواهد بود.
4. بازتاب غلط به دلیل رطوبت سطح: وجود رطوبت بر روی سطح آبجکت می‌تواند باعث بازتاب غلط امواج لیزر شود. به همین دلیل، در شرایط باران، برف و غیره، اسکن کردن با لیزر اسکنر مناسب نخواهد بود.

با این حال، این معایب ممکن است در برخی از شرایط و بسترهای کاری خاص رخ دهند و در موارد دیگر اثر کمتری داشته باشند.

مراحل برداشت به وسیله لیزر اسکنرها

برداشت به وسیله لیزر اسکنرها به طور کلی شامل سه مرحله اصلی است:

مرحله آماده سازی
در این مرحله، نقشه بردار ابتدا موقعیت ایستگاه برداشت را تعیین می کند و سپس دستگاه لیزر اسکنر را روی آن مستقر می کند. همچنین، لازم است که تنظیمات دستگاه، مانند میدان دید، سرعت برداشت و دقت، مطابق با نیازهای پروژه تنظیم شود.

مرحله برداشت
در این مرحله، نقشه بردار با چرخاندن دستگاه لیزر اسکنر، اقدام به برداشت نقاط اطراف خود می کند. در این فرآیند، پرتوهای لیزر از دستگاه ارسال می شوند و پس از برخورد با سطح عارضه، بازتاب می شوند. این بازتاب ها توسط دستگاه دریافت و ثبت می شوند.

مرحله پردازش
در این مرحله، داده های برداشت شده توسط نرم افزارهای مخصوص پردازش می شوند. در این فرآیند، نقاط برداشت شده به یکدیگر متصل می شوند و یک مدل سه بعدی از عارضه ایجاد می شود.

مراحل برداشت با لیزر اسکنرها معمولاً سریعتر و دقیق تر از روش های سنتی نقشه برداری است. همچنین، این روش امکان برداشت از عارضه های صعب العبور را نیز فراهم می کند.

نکات مهم در مراحل برداشت با لیزر اسکنرها

در ادامه، به برخی از نکات مهم در مراحل برداشت با لیزر اسکنرها اشاره می کنیم:

• موقعیت ایستگاه های برداشت باید با دقت تعیین شود تا دقت مدل سه بعدی نیز بالا باشد.
• تنظیمات دستگاه لیزر اسکنر باید مطابق با نیازهای پروژه تنظیم شود تا داده های برداشت شده با کیفیت مطلوبی باشد.
• در هنگام برداشت، باید از عواملی مانند نور خورشید، باد و گرد و غبار جلوگیری شود تا کیفیت داده های برداشت شده کاهش نیابد.
• پردازش داده های برداشت شده باید توسط نرم افزارهای مخصوص انجام شود تا مدل سه بعدی با دقت و کیفیت مطلوبی ایجاد شود.

قیمت لیزر اسکنر

قیمت لیزر اسکنر به عوامل مختلفی مانند نوع دستگاه، دقت و سرعت برداشت، برد اسکن، میدان دید، قابلیت حمل و نقل و سایر ویژگی های دستگاه بستگی دارد. به طور کلی، قیمت لیزر اسکنرها از چند میلیون تومان تا چند میلیارد تومان متغیر است.

در ادامه، به قیمت برخی از لیزر اسکنرهای موجود در بازار ایران اشاره می کنیم:

• لیزر اسکنر دستی لایکا BLK2GO: حدود ۳۰۰ میلیون تومان
• لیزر اسکنر دستی لایکا BLK360: حدود ۵۰۰ میلیون تومان
• لیزر اسکنر سه بعدی تریمبل X7: حدود ۱.۵ میلیارد تومان
• لیزر اسکنر سه بعدی استونکس X300: حدود ۲ میلیارد تومان
• لیزر اسکنر سه بعدی لایکا RTC360: حدود ۳ میلیارد تومان

در میان لیزر اسکنرهای موجود در بازار ایران، لیزر اسکنرهای لایکا و تریمبل از محبوبیت بیشتری برخوردار هستند. این دو شرکت تولید کننده، لیزر اسکنرهای با کیفیت و دقت بالا را با قابلیت های متنوع ارائه می دهند.

برای خرید لیزر اسکنر، لازم است که نیازهای پروژه خود را به دقت بررسی کنید و سپس با توجه به بودجه و شرایط خود، دستگاه مناسب را انتخاب کنید.

نکات مهم در هنگام خرید لیزر اسکنر

در ادامه، به برخی از نکات مهم در هنگام خرید لیزر اسکنر اشاره می کنیم:

• دقت و سرعت برداشت: دقت و سرعت برداشت از عوامل مهمی هستند که باید در هنگام خرید لیزر اسکنر در نظر گرفته شوند.
• برد اسکن: برد اسکن به فاصله ای گفته می شود که دستگاه می تواند نقاط اطراف خود را برداشت کند.
• میدان دید: میدان دید به زاویه ای گفته می شود که دستگاه می تواند اطراف خود را برداشت کند.
• قابلیت حمل و نقل: در صورتی که قصد دارید از لیزر اسکنر در پروژه های مختلف استفاده کنید، لازم است که دستگاهی با قابلیت حمل و نقل مناسب را انتخاب کنید.
• سایر ویژگی ها: علاوه بر عوامل ذکر شده، لازم است که سایر ویژگی های لیزر اسکنر مانند قابلیت اتصال به GPS، قابلیت اتصال به شبکه و سایر ویژگی های نرم افزاری را نیز در نظر بگیرید.