DigitalTwin4FM #3 – Wprowadzenie i wymagania skanowania laserowego

Wprowadzenie i wymagania skanowania laserowego

Skaning laserowy (LiDAR – Light Detecting and Ranging) jest bardzo szybką i dokładną metodą pozyskiwania danych o geometrii obiektu. Pomiar odbywa się na zasadzie laserowego wyznaczenia odległości z punktu o określonych współrzędnych (centrum skanera) do badanego obiektu i wyznaczeniu jego współrzędnych w przyjętym układzie przestrzennych współrzędnych biegunowych. Skaning laserowy ma zastosowanie zarówno naziemne, mobilne jak i lotnicze. Poznaj wprowadzenie i wymagania skanowania laserowego.

Metoda ta jest skutecznie wykorzystywana od kilkunastu lat do wykonywania pomiarów w przeróżnych branżach, m.in. architektonicznej, budowlanej, przemyśle. Jest także nieoceniona przy pracach archeologicznych, konserwacji zabytków czy też muzealnictwie. Korzyści płynące ze skaningu najlepiej są widoczne tam, gdzie mamy do czynienia z obiektem o skomplikowanym kształcie, trudno dostępnych miejscach, lub też o bardzo dużych powierzchniach i gdzie krótki czas pomiaru oraz zapewniona dokładność ma znaczenie. Skaning laserowy jest powszechnie używany w procesie tworzenia Digital Twin – cyfrowego bliźniaka obiektu (jest niejednokrotnie jedyną słuszną metodą), czyli do pozyskania informacji as-built o istniejącym obiekcie. Dane te służą jako podkład przy tworzeniu modelu BIM.

Ten artykuł jest częścią cyklu “Digital Twin dla Zarządców nieruchomości” promującego szkolenie o tym samym tytule i tłumaczącego ścieżkę dostarczenia modeli BIM na cele Facility Management i ich przekształcenia w Cyfrowego bliźniaka obiektu. Kliknij poniżej aby sprawdzić poprzednie wpisy:

1. Digital Twin vs model BIM – Czym się to różni?
2. Asset Information Requirements i niezbędna dokumentacja
3. Wprowadzenie i wymagania skanowania laserowego
4. Ustalenia BIM z zespołem Facility Management
5. Standardy rezultatów prac BIM dla Zarządców nieruchomości

Produktem powstałym w wyniku skanowania laserowego jest chmura punktów. Jest to zbiór ogromnej ilości pojedynczych punktów, znajdujących się w tym samym układzie współrzędnych, posiadających obok informacji o współrzędnych x,y,z dodatkowe dane, takie jak wartość intensywności odbicia sygnału, kolor RGB czy też klasyfikację.

Wymagania skanowania

Skanowanie obiektów kubaturowych wykonujemy najczęściej metodą skaningu naziemnego, lub też w zależności od wymagań projektu metodą mniej dokładną – dynamiczną. Przed przystąpieniem do pomiaru należy szczegółowo określić potrzeby dla jakich usługa ma być wykonana. Dzięki temu dobór techniki pozyskania danych oraz parametrów samego skanu, będzie najbardziej optymalny z ekonomicznego punktu widzenia projektu, a wynikowa chmura punktów pozwoli na efektywną pracę w dalszym procesie przetwarzania, w tym modelowania danych.

Cechy wynikowej chmury punktów

Poniżej przedstawiam główne cechy, które charakteryzują wynikową chmurę punktów:

• wyjściowy układ współrzędnych
• wartość tolerancji wyrównania danych
• gęstość chmury – minimalny rozpoznawalny obiekt
• miąższość chmury
• informacja o kolorze lub jego braku

Układ współrzędnych

Układ współrzędnych – informacja w jakim układzie dane będą pozyskane ma kluczowe znaczenie. Jeśli zależy nam, by wszystkie dane przestrzenne korelowały ze sobą, muszą znajdować się w tym samym układzie współrzędnych lub w układach o znanych parametrach, umożliwiających swobodną transformację danych między tymi układami. Jeśli chcemy np. zasilić istniejący model BIM danymi przestrzennymi o nowo powstałe instalacje, pomiar tych instalacji musi być w układzie istniejącego modelu lub w układzie umożliwiającym transformację do tego układu.

Tolerancja wyrównania danych

Tolerancja wyrównania danych jest rozumiana jako różnica w odległości między dwoma dowolnymi punktami na chmurze punktów, a odległością między tymi samymi punktami zmierzona inną metodą (dokładniejszą). Jest to istotny parametr podczas wyboru techniki pomiarowej. Dla małych obiektów np. 1000m2, utrzymanie tej samej tolerancji (przykładowo ±1 cm) jest o wiele łatwiejsze niż dla obiektu np. powierzchni 10000 m2. Aby utrzymać dokładność, należy wybrać odpowiednio dokładny skaner (dokładność pomiaru odległości, kąta pionowego i poziomego oraz wychylenia). Niejednokrotnie w celu zapewnienia dokładności pomiaru, należy wykonać pomiary tachimetryczne, które przy większych obiektach są często niezbędne.

Gęstość chmury

Gęstość chmury jest parametrem, który określa nam oczekiwaną odległość między dwoma sąsiadującymi punktami. Utrzymanie tej samej gęstości na całej wynikowej chmurze niejednokrotnie jest zbędne. Najlepszym sposobem na określenie tego parametru jest zdefiniowanie rozmiaru minimalnego rozpoznawalnego obiektu, którego lokalizacja na chmurze powinna być jednoznacznie identyfikowalna. Dzięki temu na powierzchniach płaskich jak ściany, ilość punktów pozyskaliśmy z mniejszą gęstością, a obiekty takie jak wiązary, czy instalacje uchwyciliśmy z większą gęstością. Czas który poświęcamy na skaning w pomieszczeniach, w których nie ma dużego zagęszczenia przechwytywanych obiektów (np. instalacji), zredukowaliśmy. W dalszej części ilość danych będzie mniej obciążać nasz komputer podczas dalszej analizy.

Miąższość chmury

Miąższość chmury określa nam tzw. grubość charakterystyczną dla danego skanera, ściśle związaną z metodą pomiaru odległości (fazową lub impulsową) oraz błędem jej wyznaczenia. Im mniejsza miąższość, tym dane są dokładniejsze i łatwiejsze w interpretacji. Dane pochodzące z naziemnych skanerów laserowych, dla powierzchni gładkich, niepołyskliwych, charakteryzują się miąższością na poziomie 0.002m – 0.005m (2-5 mm). Dane pozyskane o wiele szybszymi skanerami dynamicznymi, wartość miąższości mają już na poziomie 0.020m – 0.050m (2-5 cm). W przypadku gdy mamy do czynienia z obiektami, gdzie ważne z punktu widzenia pomiaru są elementy o małych wymiarach, lub też określenie ich lokalizacji wymaga dużej precyzji – parametr miąższości (wybór metody) powinien być jak najmniejszy.

Informacja o kolorze

Informacja o kolorze jest nadawana na podstawie zdjęć wykonanych bezpośrednio po wykonaniu pomiaru skanerem laserowym, lub też w trakcie w przypadku dynamicznych systemów. Pozyskanie tej informacji wpływa na czas pomiaru oraz znacząco wpływa na ilość danych, która zostanie pozyskana, a co za tym idzie również na czas przetwarzania. Dla większości obiektów, gdzie produktem jest wykonanie inwentaryzacji architektonicznej w postaci modelu BIM, informacja o kolorze nie jest konieczna, wystarczy jedynie informacja o intensywności odbicia sygnału (reprezentowana najczęściej w skali barw szarości). W sytuacji jednak, gdy mamy do czynienia z instalacjami, gdzie mnogość rurociągów oraz korytek jest znacząca, z pomocą przychodzi dodatkowa informacja, jaką jest właśnie kolor rzeczywisty. Dla osoby modelującej, informacja ta znacznie ułatwia pracę oszczędzając czas i minimalizując prawdopodobieństwo pomyłki.

Oprócz zdefiniowania powyższych cech, równie ważne jest precyzyjne określenie zakresu opracowania. W szczególności zdefiniowanie co jest przedmiotem pomiaru, np.:

• zewnętrze budynku wraz z połacią dachową,
• wszystkie pomieszczenia, w tym techniczne,
• czy w budynku znajdują się pomieszczenia z ograniczonym dostępem? Jeśli tak to jakie warunki należy spełnić by móc wykonać w nich pomiar,
• pomiar instalacji znajdującej się ponad podwieszanym sufitem.

Kontrola jakości otrzymanych danych – Wprowadzenie i wymagania skanowania laserowego

Dane które otrzymaliśmy stanowią bazę do dalszych prac. Błędy, które wykonaliśmy na tym etapie przenoszą się na każdy następny etap. Na etap bazujący na geometrii w całym cyklu budowy cyfrowego bliźniaka. Raz wykonane dane mogą służyć do wykonania wielu opracowań, zarówno mniej, jak i bardziej specjalistycznych. Ważne jest by mieć pewność, że pozyskaliśmy je i opracowaliśmy je prawidłowo. Wykonanie kontroli jakości danych, niejednokrotnie wymaga specjalistycznego oprogramowania oraz wiedzy dotyczącej tej wąskiej dziedziny geodezji. W zależności od wielkości obiektu oraz znaczenia pomiaru, możemy oczekiwać od wykonawcy zapewnienia jakości w formie dodatkowego opracowania. Możemy też zlecić wykonanie takiej kontroli firmom wyspecjalizowanym w tego typu metodach pomiaru.

PODSUMOWANIE – Wprowadzenie i wymagania skanowania laserowego

Skaning laserowy jako powszechnie używana metoda pomiaru jest bardzo szybką i dokładną techniką pozyskiwania informacji o geometrii obiektu. Wykonany zgodnie z odpowiednio dobranymi do potrzeb parametrami, pozwala zaoszczędzić znaczną ilość czasu. Np. podczas budowy modelu BIM, będącego częścią cyfrowego bliźniaka. Dane pozyskane metodą skaningu laserowego mogą zostać wykorzystywane przez wielu specjalistów. Zarówno podczas prac związanych z wykonywaniem modelu dla potrzeb inwentaryzacji architektoniczno-budowlanej, obliczeń konstrukcji, czy też innego typu analiz bazujących na geometrii. Również pozwalają na uzyskanie informacji na temat aktualnego wyposażenia pomieszczeń, czy też są pomocne podczas wykonywania tabel obmiarowych. Posiadanie danych pochodzących ze skaningu laserowego jest niezastąpioną bazą informacji o geometrii obiektu.

………………………………………………………

W następnych częściach cyklu opowiemy o uzgodnieniach BIM z zespołem Facility Management. Będą to: ustalenia podziału elementów w budynku i ich wymagań informacyjnych.