SPECIALIZARE: SISTEME GEOGRAFICE INFORMATIONALE [309917]

UNIVERSITATEA DIN BUCURESTI

FACULTATEA DE GEOGRAFIE

SPECIALIZARE: SISTEME GEOGRAFICE INFORMATIONALE

LUCRARE DE DISERTAȚIE

UTILIZAREA LIDAR PENTRU REALIZAREA MODELULUI 3D ÎN ARHITECTURĂ

Coordonator științific Absolvent: [anonimizat] 2020

[anonimizat]-un mediu în care tehnologia este în continuă dezvoltare și utilizată pentru a-i [anonimizat] a încerca să-i ofere niște rezultate care nu erau posibile fără aceasta. Inevitabil, dezvoltarea tehnologiei duce la o avansare a domeniilor care o utilizează. [anonimizat] o imagine de ansamblu a [anonimizat]: geologie, geografie, meteorologie, arhitectura, constructii, etc.

[anonimizat], [anonimizat], echipate cu platforma inițială IMU si receptori GPS. [anonimizat] o durata de 10-9 . Sistemul se bazează pe o emiterea undei laser și a receptorilor care primesc informațiile de la sol și le transformă in date brute (digitale) [anonimizat]. Sistemul emițător folosește o oglindă rotativă pentru a bate pe un anumit unghi o porțiune de teren de forma unei linii perpendiculare.

[anonimizat]-[anonimizat]. [anonimizat] s-a dovedit a fi o tehnică revoluționară de achiziție a datelor 3D cu înaltă precizie.

[anonimizat], cu înaltă precizie și cu viteză ridicată. Pentru o [anonimizat]. Rezultatul măsurătorilor este reprezentat de o [anonimizat] (engl. point cloud).

[anonimizat]-ul poate lucra în timp real în diverse medii și condiții de lucru.

Deși este o [anonimizat] a [anonimizat], [anonimizat], arhitectură, construcții, inginerie inversă și controlul calității sau lucrări de întreținere a monumentelor istorice. S-a [anonimizat].

În ultima vreme, s-a realizat o [anonimizat]. În mod normal crearea de modele tridimensionale ale clădirilor a început cu generarea unei linii de bază 2D a clădirii, urmată de ridicarea la o anumnită înalțime a celor două dimensiuni ale bazei pentru formarea unui model 3D aproximativ. Viteza acestui proces depinde foarte mult de proiectarea clădirii și de abilitățile de prelucrare.

Ulterior scanarea laser a fost aleasă ca punct de plecare în crearea unui model 3D pentru clădiri deoarece această tehnică este capabilă să măsoare foarte rapid și cu acuratețe. Un laser scanner este capabil să captureze mii de puncte în doar câteva secunde. Astfel, aceasta este o metodă mai potrivită pentru a obține modele 3D ale obiectelor mari, cum sunt construcțiile.

De asemenea, monitorizarea construcțiilor este una din aplicațiile cheie ale scanării laser 3D. Începând cu controlul săpăturilor de fundație până la monitorizarea săptămânală a stadiului construcției, scanarea laser permite lucrul eficient și la costuri reduse. Orice discrepanță între construcția în execuție și planurile proiectate este monitorizată.

Această lucrare își propune să arate modul în care scanarea laser ajută în monitorizarea execuției construcțiilor și avantajele pe care aceasta le ofera în comparație cu intrumentele de măsurare convenționale.

Importanța temei alese

Până de curând, pentru poziționarea și descrierea unei locații din teren s-au folosit metode clasice a căror utilzare, deși oferea siguranță, era de cele mai multe ori greoaie și costisitoare.

Devoltarea și realizările spectaculoase din ultimele decenii privind tehnologia informației și-au găsit rapid utilizări prin tehnicile moderne de poziționare și descriere a învelișului terestru (uscat, apă și aer). Cu timpul s-a simțit nevoia integrării acestor realizări moderne, foarte numeroase și de calitate, în domeniul investigării și cunoașterii suprafeței terestre, într-o știință nouă, “geomatica”. După Duboisson1 ”Geomatica este arta, știința și tehnologiile legate de managementul informațiilor geografice despre o suprafață de teren, poziționată într-un sistem de referință”.

Geomatica cuprinde o gamă foarte largă de domenii complexe, incluzând instrumente și tehnici utilizate în: topografie, cartografie, fotogrammetrie, teledetecție, scanare laser 3d, Sisteme Informaționale Geografice (GIS), sisteme de navigație globală prin satelit (GPS), geografie și alte forme legate de cartografierea Pământului.

Lucrarea iși propune în principal evidențierea rolului pe care sistemele de scanare laser îl au in luarea deciziilor in cadrul departamentelor de construții prin efectuarea de analize spațiale specifice, în orice moment, de la proiectare la execuție.

Este foarte important pentru știința și menținerea unei bune și continue dezvoltări, să fim in pas cu tehnologia pentru a putea utiliza toate tehnicile care sunt create pentru a ne ajuta .

Scopul și obiectivele lucrării

Scopul acestei lucrări este de a arăta modul în care tehnologia LIDAR s-a dezvoltat de-a lungul timpului, și modul în care această tehnologie de măsurare LIDAR (Scan Laser) este utilizată pentru realizarea modelului 3D arhitectural al unei clădiri, aparatele care sunt utilizate, modul lor de funcționare și produsul final al acestora, precum și rolul pe care această tehnologie il are și poate influența dezvoltarea pe viitor a diferitelor științe care o utilizează arhitectura, geografie, geodizie etc.

LIDAR

Tehnologia LIDAR (Light Detection and Ranging), este o tehnică activă de teledetecție cu ajutorul căreia putem obține date de o acuratețe mare despre topografia zonei dorite care poate să cuprindă teren, vegetație, clădiri, etc. Tehnologia LIDAR este utilizată în mare parte pentru hârtiile la scară mare, dar nu numai. Aceasta este de asemenea utilizată în diferite domenii, cum ar fi geografie, geodezie, geologie, arhitectură, seismologie. Este utilizată deoarece oferă un set larg de date a unei zone, date cu o eroare foarte mică, uneori inexistentă.

În 1930 s-a încercat prima măsuratoare de tip LIDAR pentru măsurarea densității aerului, în partea superioară a atmosferei. Termenul de “LIDAR” a fost oferit de către Middelton Și Spilhause.

În 1960 Hughes Aircraft a descoperit laserul și se trece la dezvoltarea tehnicilor Lidar mederne, evoluție ce contiună de-a lungul timpului până în prezent.

Principiul unui sistem LIDAR constă în trimiterea unor radiații electromagnetice (sub formă de de rază sau de puls laser) către ținta presupusă și examinarea semnalului de intoarcere. Radiația captată de sistemele de colectare, denumite si telescoape, care este trecut printr-un sistem de receptie si transmisa spre fotodetector.

Un sistem LIDAR funcțional este constituit in trei blocuri principale:

Blocul de emisie – sursa laser pulsat și optica de emisie

Blocul de recepție – optica de detecție, telescop, fotodetectori

Sistemul de achiziție

Tehnica Lidar funcționează după același principiu ca și radarul, diferența fiind faptul că radarul folosește unde electomagnetice în domeniul radio, în timp ce sistemul LIDAR folosește unde luminoase, generate de un laser pulsat. Lungimea de undă utilizată de sistemul LIDAR depinde în general de tipul masurătorilor. Un sistem LIDAR emite o radiație laser care interacționează cu mediul sau obiectul de interes. Una dintre componentele de bază ale sistemului de emisie este laserul, care emite pulsuri electomagnetice de putere mare care reprezintă o bază de lungime de unde înguste, pulsuri de durata scurta de timp. Laserul emițător trimite pulsuri scurte de ordinul nanosecundelor în atmosferă sau spre zona dorită. Tehnologia Lidar este utilizată în diferite domenii precum: geologie, geografie, meteorologie, arhitectura, constructii, etc.

Scanarea 3D (Laser Scan)

Scanarea 3D (Scanarea laser – Laser Scan) descrie o metodă în care o suprafață este eșantionată sau scanată utilizând tehnologia laser. Se analizează un mediu real sau un obiect pentru a colecta date privind forma și eventual atributele sale (ex. culoare). Datele colectate pot fi utilizate apoi pentru construcție digitală, desene bidimensionale sau modele tridimensionale utilizate pentru o gamă largă de aplicații. Marele avantaj al scanării laser este faptul că prin intermediul acesteia se poate înregistra un număr foarte mare de puncte cu o acuratețe ridicată și într-o perioadă relativ scurtă de timp. Acesta modalitate (LIDAR) de măsurarare este folosită pentru măsurătorile de la sol și poate fi folosită pentru scanarea clădirilor, formațiunilor de roci, etc., pentru realizarea modelului 3D, pentru a conserva atât clădirile de interes național cât și zonele unice care sunt în pericol, deoarece, odată cu trecerea timpului, se degradează și sa nu putem sa le redăm forma lor reală.

În data de 15 aprilie 2019 ora 19, Catedrala Notre-Dame din Paris este cuprinsă de flăcari iar pagubele pentru acest monument sunt uriașe. Astfel, a doua zi, în 16 aprilie 2019, apare norul de puncte în format digital care redă fiecare detaliu al clădiiri, iar acest lucru ajută la o restaurare care reda exact detaliile in realitate.

Figura. 3.1. Norul de Puncte de la Catedrala Notre-Dame ( Sursa sketchfab.com )

Datorită acestui nor de puncte au fost aflate dimensiunile, forma, structura si nu numai, toate acestea pentru a putea reda realitatea și a reconstitui acest monument, ca și cum acest incendiu devastator nu ar fi avut loc niciodată .

Datorită norului de puncte se pot realiza planuri exacte, care reprezintă exact suprafața, pereții și separarea clădirii .

Tehnologia de scanare laser curentă poate fi împărțită în două categorii: statică și dinamică.

Atunci când scanner-ul este păstrat într-o poziție fixă în timpul achiziției datelor, se numește scanare laser statică. Avantajele utilizării acestei metode sunt precizia ridicată și densitatea punctelor.

În cazul scanării laser dinamice, scanner-ul este montat pe o platformă mobilă. Aceste sisteme necesită sisteme adiționale de poziționare, precum INS (Inertial Navigation System) sau GPS (Global Positioning System) care fac sistemul mult mai complex și costisitor. Exemple de scanare laser dinamice sunt scanarea dintr-un avion (engl. airbone laser scanning), scanare dintr-o mașină aflată în miscare sau dintr-un vehicul fara pilot (UAV-Unamed Aerial Vehicle).

În stadiile incipiente, scanarea laser a fost una pe distanta scurtă (engl. short range) și a fost utilizată în principal în industria auto și design industrial pentru a facilita procesul de proiectare asistată de calculator (CAD). Acest lucru a ajutat la producerea în masă a produselor de consum.

În orice caz, cât timp tehnologia evoluează, alte potențiale câmpuri de utilizare sunt exploatate. Gama de laser scannere pe distanțe medii (engl. mid range) a fost dezvoltată pentru industria petrochimică. Datorită complexității terenurilor, documentate doar ca desene bidimensionale, scanarea laser a dus la managementul 3D complet al acestora.

Datorită avantajelor evidente ale scanării laser precum: măsurători non-contact și la distanțe mari, precizie ridicată, achiziție rapidă a datelor etc. alte discipline precum patrimoniul cultural, arhitectură, dezvoltare urbană, criminalistică și industria de divertisment au început să adopte în mod constant această tehnologie. O parte dintre aplicațiile scanării laser sunt descrise de Figura 1.1.

Figura 3.2. Aplicațiile scanării laser

3.1. Spectrul electromagnetic si lumina

Utilizarea spectrului electromagnetic este mai familiară decât s-ar fi crezut, de la cuptorul cu microunde utilizat la încălzirea mancării și până la telefonul mobil pe care il folosim zi de zi. De asemenea, motivul pentru care vedem obiectele care ne inconjoară este pentru că acestea emit, refelectă sau transmit o parte vizibilă a spectrului pe care o numim lumină. Această parte vizibilă a spectrului electromagnetic constă în culorile pe care le vedem într-un curcubeu (ROGVAIV).

Fiecare dintre aceste culori corespund în realitate unei diferite lungimi de undă a luminii. Se poate vedea acest lucru dacă trecem lumina albă printr-o prismă de sticlă și vom vedea un curcubeu de culori. Se va observa că lumina violet este “indoită” (“refractată”) mai mult decât cea roșie deoarece are o lungime de undă mai scurtă ( a se vedea Figura 2.1.).

Figura 3.3. Spectrul electromagnetic și lumina

Undele electromagenetice variază în mărime de la undele radio foarte lungi (de mărimea unei cladiri) la foarte scurtele raze gamma mai mici decât dimensiunea nucleului unui atom. Spectrul electromagnetic poate fi exprimat în funcție de energia, lungimea de undă sau frecvența sa. Aceste cantități sunt legate în conformitate cu următoarea relații:

c = f ∙λ (2.1.)

E = h∙ f

unde:

c – viteza luminii = 299 792. 458 m/s

h – constanta lui Planck = 6.626069 ∙ 10-34 J∙s

Prin urmare, undele electromagnetice de înaltă frecvență au lungimi de undă scurte și energie ridicată iar cele de joasă frecvență au lungimi de undă lungi și energie redusă.

3.2. Laserul

Laserul este un dispozitiv care este capabil să genereze o undă de lumină utilizând doar o bandă foarte îngustă a spectrului. Un laser tipic emite o rază îngustă, cu divergență scăzută, având o foarte bine definită lungime de undă (corespunzând unei culori dacă laserul operează în spectrul vizibil). Acest lucru este în contrast cu o sursă de lumină precum becul incandescent, care emite emite într-un unghi mare și pe un spectru larg de lungimi de undă. Aceste proprietăți pot fi rezumate în noțiunea de coerență. Laserele se pot considera similare cu tranzistorii, ele generează sau amplifică lumina, așa cum tranzistorii generează și amplifică semnalele electronice la frecvențe audio, radio sau microunde. Denumirea de “laser” este un acronim pentru Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (lumină amplificată prin emisie stimulată de radiație). Prima utilizare a laserului a fost realizată în anul 1960 de către Theodore Maiman la laboratoarele de cercetare Hughes.

Utilizarea laserelor este foarte comună în viața cotidiană, în special la dispozitivele de stocare optice precum CD playerele și DVD playerele, în care laserul scanează suprafața discului pentru recuperarea datelor. Alte aplicații comune ale laserelor sunt cititoarele de coduri de bare. În industrie, laserele sunt utilizate pentru tăierea oțelului și a altor materiale, precum și pentru gravare. Laserele sunt de asemenea utilizate pentru aplicații militare și medicale.

3.3. Proprietățile luminii laser

Lumina laser este lumina generată de un dispozitiv laser, însă aceasta are niște proprietăți speciale, care o diferențiază de celelalte tipuri de lumină:

Lumina laser este generată sub forma unui fascicul laser. Un astfel de fascicul are un grad ridicat (uneori extrem de ridicat) de coerență spațială, prin urmare se propagă dominant într-o direcție foarte bine definită cu o divergență moderată a razei. Această coerență este motivul pentru care fasciculul laser se poate propaga pe distanțe lungi și poate fi concentrat în puncte foarte mici.

Lumina laser are de asemenea grad ridicat de coerentă temporală (în majoritatea cazurilor), care este echivalent cu o lungime coerentă lungă .

În majoritatea cazurilor, lumina laser este polarizată liniar. Aceasta înseamnă că câmpul electric oscilează într-o direcție spațială particulară.

În funcție de aplicație, lumina laser poate avea alte proprietăți remarcabile:

Lumina laser poate fi vizibilă, însă majoritatea laserelor emit de fapt în alte regiuni spectrale, în special în regiunea infraroșu apropiat, care nu poate fi percepută de ochiul uman.

Lumina laser nu este întotdeauna continuă, însă poate fi livrată sub formă de impulsuri scurte și ultra-scurte. În consecință, puterea de vârf poate fi extrem de mare.

Datorită proprietățile lor de coerență, razele laser se concentrează în centru atunci când sunt proiectate pe o scenă îndepartată.

O altă proprietate a undelor laser luminoase este viteza lor de propagare. Undele luminoase “călătoresc” cu o viteză finită și constantă într-un anumit mediu. Datorită acestor proprietăți, lumina laser este potrivită pentru măsurarea obiectelor.

3.4. Măsurarea cu ajutorul luminii

Datorită evoluțiilor recente ale calculatoarelor și tehnologiei senzorilor, lumina a fost utilizată într-o serie de modalități de măsurare a obiectelor. Aceste tehnici de măsurare pot fi împărțite în două categorii: tehnici active și tehnici pasive.

Scanerele pasive nu emit nicio radiație, ci se bazează pe detectarea radiațiilor reflectate de mediul înconjurător. Majoritatea scanerelor din această categorie detectează lumina vizibilă, deoarece este o radiație ambiantă ușor de întâlnit. Pot fi utilizate și alte tipuri de radiații cum ar fi infraroșu.

Metodele pasive pot fi foarte ieftine, deoarece, în cele mai multe cazuri, nu au nevoie de hardware special, altul decât un aparat fotografiat digital. Problema cu aceste tehnici este faptul că ele se bazează pe constatarea corespondențelor între imagini 2D, care nu au întotdeauna soluții unice. De exemplu, modelele repetitive au tendința de a “păcăli” metoda de măsurare. Acuratețea acestor metode depinde în mare măsură de rezoluția sistemului de imagini și de densitatea caracteristicilor identificabile în imagine.

Scanerele active emit un fel de radiație controlată și detectează reflectarea acesteia cu scopul de a sonda un obiect sau mediu. Tpurile de radiații folosite sunt lumina, ultrasunetele sau razele X. Întrucât aceste tehnici de măsurare active necesită un emițător și un receptor, ele sunt din punct de vedere mecanic mult mai complexe decât tehnicile pasive.

Prinicpalele avantaje ale acestor sisteme sunt:

nu au nevoie de iluminare ambientală deoarece acestea generează radiația lor proprie;

oferă măsurători de densitate ridicată într-un mod foarte automatizat;

sunt utilizabile pe suprafețe lipsite de trasături caracteristice;

au un timp de achiziție relativ rapid (1000-500.000 puncte/secundă).

Cu toate acestea, unele sisteme sunt afectate de surse externe de lumină, reflectivitate, culoare și rugozitate.

Există mai multe tipuri de scanere active, care se diferențiază în funcție de modul în care scanerul primește și/sau analizează semnalul radiației reflectate.

3.5. Principiul de funcționare al sistemelor de scanare laser terestre

Scanerele laser terestre sunt sisteme optice de măsurare care se bazează pe transmiterea unui fascicul laser prin rotirea sau baleierea acestuia pe suprafața obiectului, prin intermediul unor oglinzi. Obiectul este iluminat punct cu punct, urmând ca apoi fasciculul laser reflectat de suprafața acestuia să fie detectat de scaner.

Pentru fiecare punct scanat este măsurată o distanță spre o direcție cunoscută și determinată poziția spațiala acestuia, reprezentată prin coordonate X, Y, Z.

Unul dintre parametrii care influențează precizia de determinare a punctelor din norul de puncte este diametrul fasciculului laser, astfel că, cu cât acesta este mai redus, cu atât precizia se îmbunătățește.

Pe langă acesta, ca parametri care influențează precizia de măsurare mai întalnim distanța, unghiul de incidență, proprietățile suprafeței etc.

3.5.1. Măsurători pe bază de triangulație

Triunghiurile reprezintă baza mai multor tehnici de măsurare. Acestea au fost utilizate pentru măsuratorile geodezice de bază în Grecia Antică și încă pot fi găsite la camerele laser 3D modern. Bazele matematice ale trigonometriei, care se află, la randul ei, la baza acestor tehnici de măsurare, au fost puse de către filozoful grec Thales (sec. VI Î.Hr.).

(2.2)

Figura 3.4. Principiul triangulației

Scanerele cu laser pe bază de triangulație utilizează același principiu pentru a sonda mediul înconjurător.

Instrumente pentru realizare Norului de Puncte

Pentru realizarea norului de puncte avem nevoie de instrumente speciale realizate pentru a putea prelua datele reale din teren și nu numai. Astfel, aparatul trimie o undă laser care măsoară distanța de la acesta până la obiectul dorit deoarece unda laser se intoarce. În timpul scanarii aparatul trimite un milion de puncte pe secundă și poate avea o zona de acțiune între 0 și 1 km.

Figura 4.1.

Aparatul P40 de la Laica ne oferă o modalitate de măsurare precisă a obiectului dorit pentru a-l putea avea în format difiral . El are se roteste 360o , astfel se ajunge la un rezultat uimitor.

ciment sclivisit, etc. ) sau dolia (atunci cand masuratorile se fac in spatii largi – strazi asfaltate, holuri , in care aparatul poate fi mutat fara a fi dat jos de pe trepied). In acest ultim caz se va avea grija ca dupa ajungerea in pozitia dorita rotile doliei sa fie blocate pentru a preveni miscarea aparatului in timpul scanarii!

4.1. Preluarea datelor cu LEICA P40

4.1.1. Pregatirea aparatului

Pentru scanner-ul Leica P40 se va utiliza doar trepiedul special destinat acestui scop. In funcție de situațiile specifice din teren se mai folosesc suplimentar talpa anti-alunecare (atunci cand trepiedul se poziționează pe suprafețe netede, lucioase – gresie, ciment sclivisit, etc. ) sau dolia (atunci când măsuratorile se fac în spații largi – străzi, asfalturi, holuri, în care aparatul poate fi mutat fără a fi dat jos de pe trepied). In acest ultim caz se va avea grijă ca după ajungerea in poziția dorită roțile doliei să fie blocate pentru a preveni mișcarea aparatului în timpul scanarii.

Se recomanda ca aparatul să nu fie poziționat sub directa acțiune a razelor solare și nici în apropierea surselor de caldura. Temperatura maximă de lucru indicată de producător este +50 grade Celsius, temperatură ce poate fi ușor atinsă vara după câteva minute de expunere directă la radiațiile solare.

Figura 4.1.

Trepiedul se fixează ferm, atât prin strângerea șuruburilor de blocare cât și prin acționarea pârghiilor de blocare rapidă, la o înălțime confortabilă pentru operator (ecranul aparatului să se situeze la nivelul ochilor). Calarea aparatului se realizează prin ajustarea picioarelor trepiedului urmărind nivela circulară și prin acționarea celor trei șuruburi ale ambazei urmărind nivela electronică pe ecranul aparatului.

Figura 4.2.

In unele situații este necesară și centrarea aparatului. Aceasta se realizează prin deplasarea fină a aparatului pe talpa trepiedului și repetarea calarii fine până la obținerea preciziei dorite.

Dupa centrarea aparatului se măsoară înălțimea instrumentului cu ajutorul ruletei speciale și a distanțierului, ambele aflate în dotarea apartatului. Citirea înălțimii se face în dreptul reperului roșu din fereastra de citire a ruletei. Înălțimea astfel citită se folosește la setarea orientării aparatului, in funcție de metoda aleasă. Dacă se foloșeste metoda retrointersectiei (cea mai utilizata), înălțimea instrumentului poate fi lăsată 0 m.

4.1.2. Pornirea aparatului si descrierea meniului principal

Se ține apăsat butonul ON/OFF circa două secunde până când se aude unbeep. Atunci începe secvența de deschidere a aparatului care durează cateva secunde.

Se așteaptă apariția ecranului Main Menu, iar în partea de stânga jos a ecranului apare status – “ready” (ne indică faptul că aparatul este gata de lucru).

Scanning – oferă acces la toate comenzile de setare si control a scanarii.

Manage – oferă acces la comenzile legate de controlul job-urilor, al genului de ținte (target) folosite și la punctele topo cunoscute (fixe).

Tools – oferă acces la comenzile pentru transfer date (descărcarea datelor pe stick), formatare, etc.

4.1.3. Pașii scanării

Crearea job-ului de lucru

Se creează un job nou în scanner din meniul : manage/projects/new;

La secțiunea name se introduce numele proiectului cu data scanării (ex. Catedrala2907).

Punctele de orientare (fixe)

măsurate cu stația – punctele citite cu stația vor fi exportate pe stick pe folderul principal (folderul rădăcină, nu in JOBS). Se deschide scanerul, se introduce stick-ul, se intră în meniul: manage/control points/import-from file – se alege jobul descărcat pe stick și se apasă butonul cont. Se va confirma pe ecran importul punctelor și se apasă butonul No in cazul în care nu se dorește importul altor puncte. Dacă se dorește importul altor puncte din alt job se apasă butonul Yes și se repetă procedura.

introduse manual – se intră în meniul manage/control points se selectează jobul dorit, apoi se intră în submeniul data/new. Aici se introduc toate datele punctului fix (denumire, nord, est, cota) apoi se înregistrează punctul (store). Se repeată procedura până la introducerea tuturor punctelor.

Orientarea scanerului

In meniul Scanning se selectează jobul dorit (project). În bara de jos apar două variante de lucru: Cont și Setup

Folosirea opțiunii Cont permite revenirea la coordonatele ultimei stații setate în aparat. Situația poate apărea atunci când s-a făcut scanarea și s-a uitat radierea unor noi puncte care urmau să fie folosite ulterior, atunci când aparatul a fost inchis accidental, etc.

Opțiunea Setup, cea mai des folosită, permite setarea unei noi stații folosind mai multe variante în funcție de contextual problemei.

Cele mai utilizate metode sunt: Quick Orientation, Known Backsight și Resection.

Quick Orientation – metoda se folosește, de regulă, la setarea primei stații dintr-un proiect măsurat în coordonate locale.

Selectam butonul New și completăm parametrii punctului de statie (in general cu N=3000, E=5000 si H=100).

Înălțimea instrumentului se poate lăsa 0 (caz în care punctul nu va mai putea fi refolosit) sau se poate completa dupa ce a fost măsurată conform pașilor descriși mai sus (caz în care punctul se poate marca la sol și refolosi mai târziu).

Este de preferat să bifam Az=0 având axul orizontal al aparatul paralel cu fațada principală a clădirii.

Dupa setarea stației, înainte sau după scanarea propriu-zisă, se radiază noi puncte (target-uri) pe care le vom folosi ulterior la setarea de noi stații prin metoda Resection sau Known Backsight.

Known Backsight – permite setarea unei noi stații prin staționarea deasupra unui punct de coordonate cunoscute și preluarea orientării prin viza asupra altui punct cunoscut (backsight).

Este necesară introducerea înălțimii instrumentului.

Resection – În cazul orientării prin retrointersecție, se dă o denumire stației (s1, s2…etc), apoi apăsăm butonul cont.

În ecranul Define Resection Targets se aleg țintele pe care se va face orientarea: în prima fază se allege jobul în care am introdus punctele de control sau jobul importat; se alege apoi primul punct de orientare (tipul țintei trebuie sa fie leica b/w 4.5”), iar înălțimea țintei în funcție de tipul țintei (dacă este punct la sol, se va introduce înăltimea jalonului pe care este așezat aceasta, dacă este ținta reflectorizantă b/w lipită pe pereți se va introduce valoarea 0); apoi se alege metoda de citire a punctului – video image dacă ținta este la o distanță foarte mare sau daca este luminozitate puternică, red laser pentru distanțe scurte unde laserul se poate observa.

Se apasa pickT iar apoi se va puncta fie cu laserul, fie touch screen cât mai aproape de centrul țintei apoi se bifează pictograma ok. Pe ecran va fi confirmat numărul de ținte alese până acum (no of targests(1)).

Se continuă la fel până vom alege si celelalte puncte pe care dorim sa le folosim la orientare.

După alegerea punctelor vom apasa butonul calc 4p. Scanerul va citi punctele alese, iar la final va afișa rezultatele orientării.

Calc 4p calculează orientarea utilizând 4 parametri (nord, est, cota, unghi) și se poate aplica folosind minim 2 puncte de orientare.

Calc 6p calculează orientarea utilizând 6 parametri dar se poate aplica folosind minim 3 puncte de orientare. Atenție dacă unul din puncte nu este corect introdus sau nu poate fi citit de scanner, acesta nu va calcula nimic.

Înainte de a bifa butonul Set trebuie obligatoriu verificat câmpul Sigma unde verificăm precizia orientării. Aceasta trebuie sa se încadreze în limitele admise funcție de natura proiectului. Dacă limitele sunt depășite se încearcă adăugarea de noi ținte care să îmbunătățească precizia orientării. Când se atinge precizia dorită se bifează Set.

Setarea specificațiilor Scanării

Field of view – pentru scanare 360 grade complete – valorile din dreptul hz/ V area nu se schimbă și păstrăm Target all. Pentru scanarea anumitor zone se selecteaza Custom.

Ne uităm prin colimatorul scanner-ului (având ecranul aparatului în partea dreapta) și ne rotim până vizăm zona de unde vrem să înceapă scanarea. Vom bloca pe ecran lăcățelul din stânga (înregistrăm azimutul de start), iar apoi se rotește scanerul în sens topografic până în zona unde vrem să terminăm scanarea și blocăm lăcățelul din dreapta (înregistrăm azimutul de final).

Se vor asigura câteva grade în plus și la început și la final pentru o scanare eficientă.

Din submeniul scan mode vom alege opțiunile: scanare, scanare și poze sau doar poze, in functie de tema de scanare. In general, la intrior se alege scan only, iar la exterior (fatade) scan&image.

resolution – se setează în funcție de gradul de detaliere al elementelor scanate. În general, pentru fațade și elemente de detaliu se va utiliza o rezoluție de 3.1mm, 1.6mm sau 0.8mm în cazul elementelor foarte detaliate (scanare cu poze); pentru încăperi, spații de depozitare, hale se va utiliza o rezoluție de 3.1mm sau 6.3mm (scanare fără poze).

image ctrl – se setează calitatea pozelor: în principiu se vor modifica valorile doar în funcție de vreme și luminozitate (sunny, cloudy, warm light, cold light). În rest valorile vor rămâne cele setate fiindcă pozele sunt de o clariate bună chiar și la cele mai mici valori. Rezoluția 640×640 și fără imagini hdr. După setarea specificațiilor de scanare putem da Start scan.

Indesirea tintelor de orientare

După ce scanerul s-a orientat, putem măsură (radia) alte ținte care ne vor ajuta mai departe în setarea celorlalte stații (practice îndesim rețeaua la fel cum am proceda și cu stația totală). Această operație se poate face înainte (recomandat) sau după ce scanerul a efectuat scanarea în stația de unde vrem să citim alte ținte.

Aceast lucru se face apăsând submeniul target, unde vom complete denumirea punctului (target id), tipul țintei (target type) – trebuie să fie ales leica b/w 4.5”, iar înălțimea țintei (target height) va fi 0 pentru ținte de hârtie lipite pe pereți sau înălțimea jalonului pentru ținte poziționate la sol.

Metoda de vizare a țintei e aceeași ca și la orientarea aparatului – video image sau laser.

După punctarea țintei vom apăsa Meas și aparatul va trece la citirea țintei. După această pe ecran se va afișa țintă măsurată și statusul ei (ok sau bad). Se pot vizualiza coordonatele noii ținte și distanța de la scanner până la țintă.

Dacă este ok o putem înregistra prin butonul store.

În cazul în care e afișat mesajul bad – ținta nu a putut fi citită din diverse motive:

s-a aflat un obstacol în față ei în momentul citirii

este prea departe de scanner sau țintele de hârtie sunt prea lucioase.

Pentru a evita ultima problema se recomandă ca țintele de hârtie să nu fie poziționate la aceiași înălțime cu lentila scanner-ului și perpendicular pe axa principală a acestuia.

Se pot radia câte puncte dorim, pe rând (unul câte unul) sau le bifăm pe toate la început și prin acționarea butonului Meas aparatul le va citi pe toate în ordinea în care le-am bifat.

Când sunt multe puncte de radiat se recomandă metoda a doua.

Schimbarea bateriilor

În scanner se află în permanentă 2 baterii, dar ele sunt utilizate pe rând. Prima dată se consumă cea din compartimentul B. La epuizarea acesteia se trece automat pe cealalată din compartimentul A. Bateria din compartimentul B se poate schimba chiar dacă scanerul este pornit.

Trebuie să ne asigurăm de două ori că bateria pe care dorim să o schimbăm este inactivă. Decuplarea bateriei active poate duce la pierdera tuturor datelor achiziționate de la deschiderea aparatului.

Bateria din compartimentul A este de dorit a fi schimbată când scanerul e oprit. Bateria din compartimentul A este cea de pe partea cu ecranul.

4.1.4. Prelucrarea datelor de la Leica P40 cu Cyclone

Crearea unei baze de date noi

Configure -> Databases (Sau click dreapta->Databases)

Introducerea datelor

File -> Import ScanStation Data -> Import ScanStation Project -> selectarea datelor

Redenumirea scanărilor (doar în cazul proiectelor cu mai multe zile de scanări)

redenumire ModelSpace

redenumire Scan

Exportul datelor in format .e57

Se deschide ModelSpace

Selection -> Select all

File-> Export-> denumire.e57 (în cazul in care datele au fost redenumite)

File-> Export as separate files

Studiu de caz „Casa Dosoftei” – Consiliul Judetean Iasi

Casa Dosoftei, construită în secolul al XVIII-lea, numită și Casa cu arcade, este situată în municipiul Iași, în centrul orașului Iași, între Palatul Culturii și Biserica „Sf. Neculai Domnesc”. În prezent ea găzduiește secția de literatură veche a Muzeului Literaturii Române din Iași începând cu anul 1970 până în prezent.

Cercetătorii istorici au emis diferite opinii cu privire la perioada în care ar fi fost construită. Însă, Orest Tafrali a susținut în articolul “Curțile domnești din Iași” (publicat în Artă și Arheologia, fasc. 7-8 (1931-1832), p. 83), că această clădire ar data din vremea lui Alexandru Lăpușneanu (1552-1561, 1564-1568) și că ar fi fost reședința mitropolitului, după strămutarea capitalei Moldovei la Iași.

Casa are formă aproape cubică și este construită din piatră. În partea frontală are un pridvor prevăzut cu arcade în plin sustinute pe coloane de piatră.

În anul 2019 “Casă Dosoftei” – Consiliul Județean Iași a fost renovată iar penru a putea avea o imagine de ansamblu a construcției s-a folosit Scanarea 3D de la sol.

Norul de puncte este un set de date spațiale care ne oferă date topografice de mare rezoluție asupra zonei dorite. Astfel că avem un model digital al clădirii cu dimensiunile reale.

Norul de puncte a fost realizat cu P40 de la Layca și după cum putem observa, calitatea norului este una superioară, detaliile sunt vizibile și cu ajutorul programului putem observa imaginea de ansamblu.

Pe lângă aparatele care ne permit să realizăm norul de puncte mai există o modalitate de a face acest lucru, și anume prin intermediul pozelor și fososirea programului Agisoft Metashape.

5.1. Realizarea norului cu Agisoft Metashape

Agisoft Metashape este un software de sine stătător care ajută la prelucrarea fotogrametrică a imaginilor digitale si denereaza date spatiale 3D, care pot fi utilizate in aplicațiile GIS.

Pentru realizarea norului de puncte avem nevoie de o serie de poze realizate la locul amplasamentului de jur împrejur, după care le încărcăm în program. După o serie de calcule el reușește să prea poziția realizării pozei și să extragă puncte din aceasta. După adăugarea pozelor, folosim comandă Align Photos.

Pentru realizarea norului de puncte al amplasamentului („Casă Dosoftei” – Consiliul Județan Iași) cu P40, s-au făcut 10 scanări pentru exteriorul clădirii. Pentru realizarea acestui nor s-au ralizat 63 de fotografi dintre care 33 a preluat programul.

Fig. Dupa extragerea punctelor pe baza pozelor

Realizarea modelulu 3D pe baza norului de puncte Studiu de caz „Casa Dosoftei” Consiliul Judetean Iasi

Pentru realizarea norului de puncte se folosesc programe care permit încărcarea și manipularea datolor oferite de către norul de puncte. Astfel că, folosim programul Revit, care ne permite aceste lucruri.

După studierea norului și a amplasamentului, se urmează urmărorii pași:

Se deschide un fișier Revit nou.

Se folosește template-ul “Default Metric”. Acest lucru este important deoarece toate familiile folosite în proiect vor avea unitățile de măsură în metri.

Se introduce norul de puncte folosind meniul Insert – Point Cloud utilizând opțiunea Center to center: suprapune centrul norului din Recap peste centrul proiectului din Revit.

Fig.

Următorul pas constă în pregătirea pentru a începe procesul de modelare 3D. Pentru acest lucru trebuie să mutăm și să rotim norul de puncte astfel încât modelul să fie ușor de construit.