6 Работа системы
Callidus в Ave
Рисунок 9. Фотомозаика тоннеля (широкоугольная съемка).
Чтобы сравнить 3D-сканирование с традиционными методами, компания Santiago+Cintra произвела съёмку 120-метрового отрезка тоннеля Molins, который строится в Roda de Bara (Tarragona) и является частью скоростной железной дороги от Мадрида до французской границы. В приведенном примере мы находились в Lleida-Martorell, участок VIII-A. Подрядчик платформенных работ UTE SACYR-CAVOSA.
Полевые работы выполнялись с помощью системы Callidus, которая состоит из сенсорной головки, контроллера, штатива, призмы, установленной на корпусе сканера и призменного набора, состоящего из штатива, треггера, призмы. Призма используется для того, чтобы выполнить ориентирование сканера. Она определяется автоматически и ориентирует массив точек на призму. Обработка данных была произведена с помощью программы 3D Extractor, которая является частью системы Callidus и инженерного приложения INROADS компании Bentley System.
Рисунок 10. Облако точек в тоннеле Molins.
Для измерения отрезка длиной 120 м, мы сделали три скана на расстоянии примерно 40 м друг от друга. Для съёмки были выбраны установки, принятые по умолчанию (0.25° x 0.25°). Это дало нам облако точек со средней плотностью 1 точка на площадку 5 х 5 см. Кроме того, мы включили компенсатор для того, чтобы автоматически вводились поправки за наклон инструмента и использовали режим поиска призм. Фотографии объекта не делались.
Для того, что бы все измерения были представлены в единой системе координат проекта, нам нужны были координаты как сенсорной головки сканера, так и отражающей призмы. Мы получили эти данные тахеометром.
Процесс сканирования каждого из трёх объектов занимал около 17 минут, во время которых мы:
перемещали и устанавливали сканер и призму на новом месте.
измеряли их координаты с помощью тахеометра
производили 3D сканирование
Для проведения всей полевой работы потребовался 1 час 5 минут.
Система Callidus использует в качестве энергетического источника постоянный ток 12 – 32 В или переменный ток 100 – 220 В. В нашем случае мы использовали обычную электрическую сеть с напряжением 220 В.
Обработка данных началась с трансформирования всех трех сканов в единую систему координат объекта. Модуль Local Into Global, входящий в ПО 3D Extractor позволяет это сделать, используя необходимые координаты сканера и призмы. Эта трансформация необходима для корректной передачи данных из 3D-Extractor в INROADS.
Первоочередной задачей являлось определение дефектных (по сравнению с проектными значениями) областей тоннеля. Предварительно мы создали 3D-модель с помощью программного обеспечения Microstation и INROADS, которую экспортировали в формате SAT в 3D Extractor.
Просматривая в 3D Extractor данные сканирования и проектную 3D-модель тоннеля, можно было провести анализ его поверхности. Мы могли сразу увидеть, были ли какие-либо невыработанные области поверхности тоннеля, сделанные с нарушением проектного задания. И мы их нашли! Потом мы выполнили необходимые вычисления, после которых выбрали и экспортировали координаты этих областей в текстовый файл. Эти координаты были импортированы в программу INROADS, в которой мы создали данные для выноса в натуру и передали строителям для исправления выемки грунта (рис. 5 и 6). Этот процесс почти не занял времени и все недоделанные области были исправлены без дальнейшей обработки.
Следующим шагом было создание цифровых моделей тоннеля, которые позволяют инженерным приложениям просчитывать объёмы и детально анализировать геометрию объекта. Благодаря специальным функциям программы INROADS, позволяющим обрабатывать модели дорог, мы предпочли выполнять эту работу в ней, а не в 3D Extractor (хотя он тоже обладает возможностями моделирования).
Рисунок 11.
Мы обнаружили следующий факт: возможности моделирования почти всех инженерных приложений, предлагаемых на рынке, спроектированы для топографии и поэтому не поддерживают работу со складчатыми, либо сложными, накладывающимися друг на друга поверхностями, таких как тоннели или пещеры. INROADS не исключение. Мы решили проблему, создав две группы точек. Одна состояла из множества наиболее удаленных по ширине точек до потолка тоннеля, а другая от такой же точки до дна тоннеля. Каждая группа составляет независимую поверхность.
Когда была построены TIN-модели поверхностей, мы смогли получить поперечные сечения на заданных расстояниях и просчитать поверхность целиком. Чтобы сравнить результаты с проектными данными, предоставленными подрядчиком, мы брали сечения с интервалом 5 метров
После сравнения результатов полученных двумя методами, разница в координатах была небольшой (приблизительно 3 %). Это не было для нас неожиданностью, поскольку номинальная точность обоих систем сравнима.
Рисунок 12.
Подрядчик использует специальное ПО, загруженное в роботизированный тахеометр с сервоприводом. Это даёт возможность выносить точки очень близко к проектному значению профиля (рис. 8).
Основные различия в использовании традиционного метода и лазерного сканирования, можно увидеть, сравнивая производительность и точность измерений.
Измерения с помощью тахеометра требуют больше времени. Это связано с тем, что прибор необходимо переставлять. К тому же, движение транспорта в тоннеле создает помехи и не позволяет полностью автоматизировать процесс. Мы получили сечения профиля тоннеля, но это заняло много времени (3 станции, общее время 2 часа)
Каждое сечение, измеренное тахеометром, должно быть отдельно обработано в CAD-приложении.
Измерения профилей были сделаны тахеометром через каждые 5 м, поэтому определить нарушения в выработке можно только в областях, близких к этим профилям задания, что существенно ограничивает возможности проверки всей поверхности тоннеля.
Во время этой тестовой съемки мы обнаружили множество локальных недоработанных поверхностей, которые не могут быть определены профильной съёмкой, если только расстояние между профилями не превышает 2 м. Подрядчик мог вести съёмку по этой методике, используя традиционное оборудование, но это привело бы к значительному увеличению объёма работы как для операторов, так и для офисного персонала. Потребовался бы дополнительный ресурс, время, что значительно увеличивает стоимость работы.
С другой стороны, метод лазерного сканирования не требует дополнительной съемки, обеспечивая при этом 100% покрытие поверхности тоннеля и позволяет выявить все отклонения от проекта и прочие недоработки и недоделки. Весь процесс, начиная с измерений и заканчивая обработкой, занял меньше 2-х дней. Первые данные для визуального анализа геометрии тоннеля были готовы через час после измерений.
Заключение по Callidus
Главные преимущества системы Callidus по сравнению с традиционными методами - это точность, качество съёмки, производительность
Значительное сокращение времени, затрачиваемое на проведение измерений, даёт возможность инженерам более плотно интегрировать свою работу в общий строительный процесс и позволяет делать контрольные замеры в любое время, а не только в "мертвые часы".
Оперативность получения первых результатов измерений непосредственно в поле, даёт возможность исправлять недоделанные области тоннеля или области сделанные с нарушением проекта, пока машины, предназначенные для проведения земляных работ, находятся вблизи участка работ. Это даёт значительную экономию в материалах, времени, людских и материальных ресурсах.
100% покрытие тоннеля методом лазерного сканирования, позволяет сделать более точный и глубокий экономический анализ проекта. Мы точно можем узнать фактический объём выполненных земляных работ (количество бетона, использованного для отделки стен тоннеля или заполнения вынутого грунта). С такими данными можно тщательнее анализировать альтернативные экономические и инженерные решения, которые могут быть использованы для просчёта будущих стадий проекта.
Вывод:
• Во-первых, в технологии полностью реализован принцип дистанционного зондирования, позволяющий собирать информацию об исследуемом объекте, находясь на расстоянии от него. При этом получаемые данные приходят в виде координат точек поверхности, что расширяет возможности дальнейшей компьютерной обработки результатов. Эта особенность позволяет значительно снизить трудозатраты, повысить эффективность и сделать работу по проведению измерений более безопасной.
• Во-вторых, по полноте и детальности получаемой информации лазерное сканирование превышает все другие методы. Плотность определяемых точек может исчисляться миллиметрами, что дает возможность адекватно отображать объекты самой сложной «нематематической» формы и практически неограниченно расширяет сферу применения технологии.
• В-третьих, лазерное сканирование отличается непревзойденной скоростью работы. Информация об объекте в виде «облака точек» собирается за считанные минуты. Таким образом, технология имеет уникальную возможность оперативного мониторинга.
Список литературы:
1. СНиП 3.01.03-84. Геодезические работы в строительстве. – взамен СНиП III-2-75, М., 1985 г.
2. Справочник по геодезическим работам с строительно-монтажном производстве/ С.П. Войтенк [и др.] – М.: Недра, 1990 г.
3. Жуков, Б.Н. Руководство по геодезическому контролю сооружений и оборудования промышленных предприятий при их эксплуатации. – Новосибирск: СГГА, 2004 г