Technologie laserového skenování při přesné dokumentaci tvarově složitých objektů

Tags: Skenování

Laser a geodetické práce

Od té doby však laserové skenovací systémy prodělaly přibližně stejně bouřlivý vývoj jako veškerá ostatní elektronika a dnes se ukazuje, že investice do jejich zdokonalování nebyly vynaloženy zbytečně. Vznikla kategorie geodetických prací, kde dnes již neuvažujeme o nasazení klasických metod, neporovnáváme náročnost získání přesných prostorových dat různými metodami, ale rovnou se obracíme na pracoviště provádějící laserové skenování.

Jedná se o mapování objektů, které svojí prostorovou složitostí, nepravidelností tvaru, nepřístupností nebo požadavkem na vysokou přesnost a komplexnost zaměření nejsou klasickými metodami nebo efektivně realizovatelné.

Dnes již velmi vysoká rychlost sběru dat (500 000 bodů/s), velmi vysoká přesnost (pro délky do 25 m je chyba měřené délky bezodrazového dálkoměru 0,7 mm), malé rozměry a hmotnost laserových skenerů, v porovnání s modely předchozích generací, umožňují velmi efektivně provádět 3D digitalizaci reálného světa a jeho následného vyhodnocování ve virtuálním prostředí zpracovatelských programů.

Vítkovice – foto

Všechny tyto výhody vybízí k použití pozemního laserového skenování např. při záchranných archeologických výzkumech, dokumentaci zřícenin hradů před jejich sanací, dokumentaci složitých potrubních systémů, průmyslových zařízení, nepřístupných nebo složitých stavebních konstrukcí, jako jsou fasády, krovy, příhradové nosníky, spodní části mostovek, stavební dokumentaci historických památek atd.

Praktické příklady využití

Mezi zajímavé projekty realizované ve společnosti Geodis Brno během posledních dvou let patří například podrobný 3D model národní technické památky Dolní oblast v areálu Vítkovických železáren, nebo podrobná stavební dokumentace zámku Vimperk a jeho nejbližšího okolí.

Aby byl přibližně desetihektarový areál zachován i pro další generace, bude nutná jeho celková revitalizace. Projektování takové akce vyžaduje přesnou 3D CAD dokumentaci celého areálu v digitální formě, vytvořenou podle specifických pravidel. Jedním z konkrétních požadavků bylo například to, aby byla jednotlivá potrubí uložena v samostatných vrstvách a bylo možné zapínat a vypínat jejich viditelnost ve 3D prostředí.

Při specifikaci požadavků zadavatele a prohlídce Dolní oblasti bylo okamžitě rozhodnuto o mapovací metodě. Do průmyslového areálu byly nasazeny 2 pozemní skenery – starší pulzní skener Riegl LMS-Z360i a novější fázový skener Imager5006 vyráběný firmou Zoller&Froehlich. Nezbytnou podporu – zaměřování vlícovacích bodů – poskytovala třetí měřičská skupina vybavená totální stanicí Topcon 701. Terénní práce trvaly celkem 90 hodin a za tuto dobu se podařilo pokrýt více méně rovnoměrně celou lokalitu a v ní se nacházející zařízení laserovými body s hustotou 1–20 cm. Celkem bylo pořízeno přes 200 skenovacích pozic s počtem laserových bodů přesahujícím 3,5 miliardy. Na disku počítače představoval tento soubor velikost přibližně 50 GB dat ve formátu ASCII.

Vzniklé mračno bylo potom ručně analyzováno a byl vyroben trojrozměrný model ve formátu DGN, který byl dále převáděn do vektorových formátů, akceptovaných zadavatelem.

Zámek Vimperk se tyčí na skalním ostrohu nad stejnojmenným městem. Vznikl přestavbou gotického hradu založeného roku 1263 a postupem času byl několikrát rozšířen a přestavěn z nepohodlného hradu na renesanční a později barokní sídlo. Na rozloze přibližně 3,5 ha je postaveno několik samostatných staveb. Největší komplex tvoří stavba horního zámku, tvořená Vlčkovou věží a několikapodlažní obytnou částí, obepínající dvě nádvoří. Na horní zámek navazují hospodářské budovy a trakt dolního zámku, doplněný arkádami, které rozdělují zahrady na dvě samostatné části.

Bodové mračno konstrukce krovů – Vlčkova věž , Výsledný svislý řez

Předmětem zaměření byl podrobný digitální model terénu všech zámeckých pozemků, zaměření fasád, střech a stromů nacházejících se na zahradách. V interiéru byly požadovány stavební půdorysy všech podlaží včetně krovů, stavební řezy a pohledy. Ke splnění těchto požadavků bylo potřeba naskenovat kompletní exteriér i interiér zámku, k čemuž bylo zapotřebí 235 skenovacích pozic v exteriéru a 1310 skenovacích pozic v interiérech zámku. Celkový počet zaměřených laserových bodů přesáhl hodnotu 38 750 000 000 a data zabrala více než 0,5 TB. Terénní práce si vyžádaly celkem 5 týdnů, nasazen byl fázový skener Imager5006. Pro spojení bodových mračen do jednotného souřadnicového systému byl použit program kanadské společnosti Innovmetric – Polyworks V11. Umožňuje spojovat bodová mračna metodou vyhledávání shodných tvarů v překrytových oblastech sousedících bodových mračen. Je sice nutné zvýšit počet skenovacích pozic v terénu, výrazně se ale zredukuje počet nutných vlícovacích bodů zaměřovaných geodeticky a zvýší se i efektivita práce v terénu.

Výsledné mračno bodů bylo potom analyzováno ve 3D prostředí MicrostationV8 a jeho vektorizací vznikla požadovaná stavební dokumentace ve vysoké přesnosti a extrémně krátkém čase.