Исследование и разработка алгоритмов и программных средств по обработке, хранению и визуализации данных лазерного сканирования и фотосъемки

 706

Проект поддержан Рамочной сетевой программой BRICS в области науки и инноваций. При финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».

Соглашение о предоставлении субсидии между ФГАОУ ВО «СПбПУ» и Министерством науки и высшего образования Российской Федерации от 03.10.2017 г. № 14.584.21.0025.

Уникальный идентификатор – RFMEFI58417X0025.


Научный руководитель проекта: Владимир Львович Баденко, профессор каф. "Водохозяйственное и гидротехническое строительство", ИСИ, ФГАОУ ВО «СПбПУ»

Менеджер проекта: Дмитрий Данилович

Индустриальный партнер: ООО “Экоскан”

Иностранные партнеры: Индийский технологический институт Рурки и Восточно-китайский педагогический университет

Период выполнения: 03.10.2017 - 31.12.2019


Лазерное сканирование - самый современный и активно развивающийся тип дистанционного зондирования.
Лазерный сканер измеряет расстояние, горизонтальный и вертикальный угол измеряемого объекта.

Результатом сканирования является трехмерное облако точек, которое точно описывает исследуемый объект.

Взаимосвязь различных подходов для получения облака точек и их точности:

Наземный (TLS): 2-5 мм

Мобильный (MLS): ~ 5 см

Воздушно-десантные (ALS):15-20 см


Цель

Исследование существующих алгоритмов по обработке, хранению и визуализации данных лазерного сканирования и фотосъемки и разработка алгоритмов и программных средств, позволяющих повысить производительность по сравнению с существующими решениями.


Решаемые задачи 

  • Анализ исследований по гибридной обработке данных;
  • Анализ исследований по визуализации данных лазерного сканирования и фотосъемки;
  • Анализ требований к созданию растровых проекций данных лазерного сканирования;
  • Анализ исследований по дешифрованию и векторизации данных лазерного сканирования;
  • Разработка экспериментального образца программного компонента создания растровых проекций;
  • Разработка экспериментального образца программного компонента дешифрирования и векторизации данных лазерного сканирования повышенной производительности;
  • Разработка экспериментального образца программного компонента визуализации данных лазерного сканирования;
  • Разработка метода проведения полевых и камеральных работ для получения данных лазерного сканирования объектов культурно-исторического наследия и дорожной инфраструктуры;
  • Разработка не менее трех 3D моделей объектов по результатам лазерного сканирования и фотосъемки объектов культурно-исторического наследия и дорожной инфраструктуры.

Преимущества разрабатываемых алгоритмов:

  • Увеличение производительности более чем на 15% при создании растровых проекций, при обработке более чем 2 млн точек;
  • Высокоточная (от 90%) фильтрация, более чем 1 млрд точек в облаке с увеличенной производительностью алгоритма (более чем на 12%);
  • Высокоточное (от 98%) определение и расчет геометрических параметров объекта при обработке массивов данных, содержащих более 50 млн точек в облаке и др;
  • Визуализация больших облаков точек от 1 миллиарда с учётом ограничения по памяти;
  • Высокая степень паралеллизации алгоритмов обработки облака точек.
     

Ожидаемые результаты проекта:

  • Экспериментальный образец программного компонента (ЭО ПК) создания растровых проекций;
  • Экспериментальный образец программного компонента дешифрирования и векторизации данных лазерного сканирования повышенной производительности;
  • Экспериментальный образец программного компонента визуализации данных лазерного сканирования;
  • Метода проведения полевых и камеральных работ для получения данных лазерного сканирования объектов культурно-исторического наследия и дорожной инфраструктуры;
  • Методика тестирования ЭО ПК визуализации и гибридной обработки данных лазерного сканирования;
  • Не менее трех 3D моделей объектов по результатам лазерного сканирования и фотосъемки объектов культурно-исторического наследия и дорожной инфраструктуры.

 Области применения

  • Топографическая съемка – планы территорий;
  • Архитектура – трехмерные модели;
  • Инженерные изыскания;
  • Разработка приложений с дополненной реальностью;
  • Мониторинг:
    • Цифровой город;
    • Индустрия – производственные объекты, коммуникации;
    • Строительство – контроль соответствия рабочей документации.

Этапы реализации проекта

Работы по проекту выполняются в соответствии с утвержденным Министерством науки и высшего образования РФ планом-графиком исполнения обязательств по теме «Исследование и разработка алгоритмов и программных средств по обработке, хранению и визуализации данных лазерного сканирования и фотосъемки»

 I Этап   (03.10.2017-31.12.2017) - Исполнен

 II Этап  (01.01.2018-31.12.2018)

 III Этап (01.01.2019-31.12.2019)

Компетенции

  • Разработка прикладного ПО;
  • Разработка и оптимизация алгоритмов обработки данных лазерного сканирования.
  • Ускорение параллелизации;
  • Оптимизация быстродействия и потребления памяти.

Технологии

Языки программирования и фреймворки

C++, Qt

OS

Windows, Linux

CVS

Git (Gitlab, Atlassian Bitbucket)

IDE

Qt Creator

Публикации

2018


Мероприятия

В процессе реализации проекта сотрудники приняли участие в следующих мероприятиях по демонстрации и популяризации результатов и достижений науки.

Наименование мероприятия Дата проведения мероприятия  Наименование организатора мероприятия
IV Международная научная конференция «Конвергенция цифровых и физических миров: технологические, экономические и социальные вызовы» Россия, Санкт-Петербург 16–18
Мая 2018
 СПбПУ
XXI Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям
Россия, Санкт-Петербург
23–25
Мая 2018
 СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
XIX Международная специализированная выставка «Автоматизация 2018»
Россия, Санкт-Петербург, КВЦ
"ЭКСПОФОРУМ"
18-20
Сентября 2018
 ГРУППА КОМПАНИЙ «ФАРЭКСПО»

«Неделя науки СПбПУ» EECE-2018 : Международная научная конференция «Энергетика, экология и строительство»
Россия, Санкт-Петербург

19-22
Ноября 2018
 СПбПУ