ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ KATEDRA SPECIÁLNÍ GEODÉZIE DIPLOMOVÁ PRÁCE Porovnání sledování chování stavební konstrukce prostorovou polární metodou s laserovým skenováním Zpracoval: Bc. Jan Štokr Praha 2010 Vedoucí práce: prof. Ing. Jiří Pospíšil, CSc.

2

3 Prohlášení Prohlašuji, ţe jsem tuto diplomovou práci na uvedené téma vypracoval samostatně. Veškeré informační zdroje, prameny a publikace, ze kterých jsem čerpal, jsou uvedeny v seznamu pouţité literatury. V Praze dne 16. prosince Bc. Jan Štokr

4 Poděkování Děkuji prof. Ing. Jiřímu Pospíšilovi, CSc. a Ing. Václavu Smítkovi za hodnotné rady a odborné vedení při realizaci této diplomové práce.

5 Anotace Tato diplomová práce se zabývá moţností vyuţití laserových skenovacích systémů pro měření posunů stavebních objektů. Tato metoda je srovnávána s tradičním měřením pomocí 3D polární metody totální stanicí. Součástí práce je také hodnocení posunů pozorované stavební konstrukce. V práci je popsán pracovní postup pořízení prostorových dat, jejich zpracování a následné vyhodnocení. Annotation This dissertation deals with the possibility of using laser scanning systems for measuring building construction. This method is compared with the traditional measurement method using a 3D polar total station. The work also includes evaluation of the observed shifts in construction. It describes the workflow of spatial data acquisition, processing and subsequent evaluation.

6 OBSAH 1 ÚVOD PŘÍSTROJE A POMŮCKY TOTÁLNÍ STANICE TOPCON GPT SKENER LEICA HDS OSTATNÍ POMŮCKY Infrateploměr AMiR B GEODETICKÉ ZÁKLADY POPIS LOKALITY A MOSTKU BODOVÉ POLE A POZOROVANÉ BODY Zaměření bodového pole Výpočet souřadnic bodového pole Parametry vyrovnání Program GAMA Pozorované body MĚŘENÍ POSUNŮ POZOROVANÉHO MOSTKU ETAPA MĚŘENÍ Určení polohy bodů pomocí skenovacího systému Leica HDS Polohové určení bodů pomocí totální stanice TOPCON GPT A 3. ETAPA MĚŘENÍ ZPRACOVÁNÍ DAT ZPRACOVÁNÍ DAT Z LASEROVÉHO SKENERU Registrace mračen Čištění a segmentace mračen Určení polohy pozorovaných bodů z jednoho zaměření Určení polohy pozorovaných bodů z průměru dvou zaměření Program Scan Averager Získání výšky bodů ze spojité křivky Pouţitý software Software Cyclone Cyclone-Scan Cyclone-Register Cyclone-Model Software Geomagic studio Software Microstation V ZPRACOVÁNÍ MĚŘENÍ Z TOTÁLNÍ STANICE... 32

7 6 VÝSLEDKY VÝPOČET SMĚRODATNÝCH ODCHYLEK GRAFICKÉ A TABULKOVÉ ZNÁZORNĚNÍ VÝSLEDKŮ Zobrazení jednotlivých metod určení Porovnání metod ZÁVĚR POUŽITÁ LITERATURA KNIŢNÍ ZDROJE INTERNETOVÉ ZDROJE OSTATNÍ ZDROJE PŘÍLOHY VÝPOČETNÍ PROTOKOLY Registrační protokol 1. etapy Registrační protokol 2. etapy Registrační protokol 3.etapy Vstupní protokol programu GAMA Výstupní protokol programu GAMA Protokol spojení mračna bodů Spojení mračna 1. etapy měření Spojení mračna 2. etapy měření Spojení mračna 3. etapy měření TABULKY A GRAFY NAMĚŘENÝCH DAT SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM TABULEK... 73

8 Úvod 1 ÚVOD Měření posunů je jednou ze základní geodetických úloh, které se provádí v inţenýrské geodézii. V dnešní moderní geodézii jsou nároky na úsporu času a pracovních sil stále větší a hledají se pracovní postupy a způsoby co největšího vyuţití automatizace. Tuto podmínku zcela jistě splňuje metoda laserového skenování, která nemá sice dlouhou historii, ale jiţ naplno pronikla do odvětví geodézie a v současnosti patří mezi jednu z nejprogresivnějších metod pořizování prostorových dat. Tato práce se zabývá moţností uplatnění metody laserového skenování při měření posunů. Byl navrţen experiment, jehoţ cílem bylo posoudit, zda je moţné laserové skenování pouţít při měření posunů a pokud ano, tak za jakých podmínek a jaké přesnosti měření lze dosáhnout. Jako pozorovaný model pro získání naměřených dat byl zvolen mostek řešený jako spojitý nosník propojující budovy C a D Fakulty stavební ČVUT v Praze. Tato konstrukce byla zaměřena metodou laserového skenování a také pomocí totální stanice na základě prostorové polární metody. Konkrétně se tato práce zabývá procesem pořízení a zpracování prostorových dat pomocí obou metod při tomto experimentu. Na základě získaných výsledků se poté pokouší obě metody porovnat a odpovědět tím na otázku, zda je moţné laserové skenování vyuţít při měření posunů a deformací. Dále se také snaţí popsat výhody a nevýhody spojené s vyuţitím této metody při geodetických úlohách tohoto typu a vyjmenovat také některé faktory, které by mohly mít na měření velký vliv. 8

9 Přístroje a pomůcky 2 PŘÍSTROJE A POMŮCKY 2.1 Totální stanice TOPCON GPT 7501 Totální stanice GPT 7501 je jedním z produktů firmy TOPCON. Řada GPT 7500 nabízí moţnosti bezhranolového systému měření na velké vzdálenosti. obr. 1 Totální stanice TOPCON GPT 7501 [4] Přístroj měří bezhranolově aţ na vzdálenost 2000 m, s měřením na jeden hranol pak na 3000 m. Přesnost zajišťuje duální optický systém a i při určování dlouhých vzdáleností je udrţována přesnost zaostřeného svazku paprsků. Totální stanice TOPCON je vybavena vestavěným operačním systémem WINDOWS CE.NET, ve kterém je moţné vyuţívat program TopSURV. V tomto programu se dá aplikovat velkého mnoţství různých geodetických metod. Data z totální stanice jsou zobrazována na dotykovém barevném LCD displeji, který je zabudován ze dvou stran přístroje. Přenos dat z totální stanice do počítače je 9

10 Přístroje a pomůcky umoţněn bezdrátově přes Bluetooth připojení nebo pomocí USB rozhraní. Hlavní technické parametry jsou dále uvedeny v tabulce. obr. 2 Pracovní prostředí v reţimu programu TopSURV tab. 1 Technické parametry totální stanice TOPCON GPT 7501 DALEKOHLED zvětšení 30x zorné pole 1 30 zaostření 1,3 m průměr objektivu 45 mm dosah (hranol) MĚŘENÍ DÉLEK m na minihranol m na 1 hranol dosah bez hranolu 1,5 250 m / 5 m m přesnost měření (hranol) ±2 mm+2ppm. d přesnost měření bez hranolu ± 5 mm / ± 10mm.d velikost laserové stopy 2x4 cm / 100 m MĚŘENÍ ÚHLŮ přesnost měření úhlů kompenzátor 1 " (0,3 mgon) dvouosý POČÍTAČOVÁ JEDNOTKA procesor Intel PXA 255, 400MHz operační systém Microsoft Windows CE.NET.4.2 Paměť interní 128 MB / volitelně CompactFlash karta Bluetooth napájení provozní doba nabíjecí doba vodotěsnost OSTATNÍ volitelně Bluetooth, CF karta baterie BT 65 Q 4,5 hodiny 5 hodin IP54 10

11 Přístroje a pomůcky 2.2 Skener Leica HDS 3000 Skener LEICA HDS 3000 byl od firmy Leica Geosystems uveden na trh v roce Jedná se o skener, jehoţ předchůdcem byl 3D skener HDS 2500, který je znám i pod názvem Cyrax Označení HDS (High Definition Surveying) značí vysokou kvalitu a rozlišení skenování. obr. 3 Skener Leica HDS 3000 [7] Leica HDS 3000 je tedy panoramatický skener fungující na základě prostorové polární metody. Od typu HDS 2500 se liší zorným polem 360 ve vodorovné a 270 ve svislé rovině. Dosah skeneru je 134 m pro povrchy s odrazivostí 18%. Rychlost skenování je aţ 4000 bodů za sekundu. Prostorová polohová přesnost je 6 mm na 50 m. Pulzní laser skeneru spadá do bezpečnostní třídy 3R podle IEC a emituje záření světlezelené barvy. Přístroj je doplněn digitální kamerou pro pořizování snímků mračna bodů v přirozených barvách. Skener se ovládán přes počítač pomocí software Cyclone. Hlavní technické parametry jsou uvedeny v tab

12 Přístroje a pomůcky obr. 4 Zorné pole skeneru Leica HDS 3000 [14] tab. 2 Technické parametry skeneru Leica HDS 3000 typ panoramatický 3D polární skener rozměry přístroje 265 mm x 370 mm x 510 mm hmotnost 16 kg polohová přesnost 6 mm přesnost měření horizontálního úhlu 0,06 mrad přesnost měření vertikálního úhlu 0,06 mrad přesnost měřené délky 4 mm dosah 1 m 134 m při 18% odrazivosti zorné pole 360 horizontálně x 135 vertikálně rychlost až 4000 bodů/ sekundu laser bezpečnostní třída 3R (IEC ) kamera snímky v rozlišení 1024 x 1024 pixelů operační teplota 0-40 C uživatelské rozhraní Notebook, PC obslužný software Cyclone odolnost prachu a vlhkosti IP52 minimální požadavky na hardware 1,4 GHz Pentium M 512 MB SDRAM Windows XP/

13 Přístroje a pomůcky 2.3 Ostatní pomůcky Mezi ostatní pomůcky, které byly při práci v terénu vyuţity, patří notebook připojený k polárnímu skeneru, stativy TOPCON a Leica, aneroid udávající hodnotu tlaku v jednotách torr, rtuťový teploměr, infrateploměr AMiR B a odrazné terčíky s vysokou odrazivostí firmy Leica rozměru 7,5 cm x 7,5 cm Infrateploměr AMiR B Ruční infrateploměr AMiR B od firmy Ahlborn má moţnost nastavitelné emisivity, rozsah měření teploty -32 C aţ +760 C s rozlišením 0,1 C a moţnost uloţení 12 hodnot do paměti. Disponuje funkcemi MAX, MIN, AVG, DIF a napájí se 9 V baterií. Je vhodný pro měření ze středních vzdáleností do 5 m. Soupis hlavních technických parametrů je sepsán v tab. 3. obr. 5 AMiR B [9] tab. 3 Hlavní technické parametry AMiR B rozsah - 32 C až 760 C optika 50:1 zaměřování 1 bodový laser spektrum 8 až 14 µm rozlišení 0,1 C 13

14 Geodetické základy 3 GEODETICKÉ ZÁKLADY 3.1 Popis lokality a mostku Pozorovaným objektem diplomové práce byl zvolen mostek, v ulici Kolejní, Praha 6, spojující budovu A s budovou C Fakulty stavební ČVUT. Objekt má rozměry 21 m x 3 m x 4 m (délka, šířka, výška). Jeho konstrukci podepírají čtyři sloupy. Mostek je konstrukčně řešen jako spojitý nosník, který má tři pole. Délka prvního pole je 3,7 m a vymezuje ho vzdálenost mezi stěnou budovy D a osou sloupu, zároveň se také započítává délková hodnota uloţení nosníku, která není blíţe specifikována. Druhé pole (vzdálenost mezi osami sloupů) má rozměr 13,5 m. Třetí délka pole (od osy sloupu ke stěně budovy C) činí 3,7 m opět se započtením uloţení nosníku do budovy. Materiálové řešení sloupů a podlahy mostu je ţelezobetonové. Čtyři sloupy jsou průřezu 0,38 m x 0,38 m a jsou 6 m vysoké. Opláštění tvoří ocelové obdélníkové profily, které jsou osově vzdáleny 1,5 m. Výplň mezi profily tvoří po stranách hliníkové rámy se zasklením, strop je řešen ţelezobetonovou deskou. obr. 6 Fotografie pozorované konstrukce mostku 14

15 Geodetické základy 3.2 Bodové pole a pozorované body Zaměření bodového pole K získání polohy bodů na mostku bylo třeba vybudovat bodové pole a definovat souřadnicový systém. Vlícovací body byly umístěny v okolí objektu tak, aby jejich polohové rozmístění bylo rovnoměrné a aby byla zajištěna jejich polohová stabilita během měření. Síť obsahuje 5 bodů, které byly signalizovány čtvercovými rovinnými terči Leica s vysokou odrazivostí obr. 10. Terče byly připevněny na stěny budovy fakulty C a D. Situační výkres rozmístění vlícovacích bodů je zobrazen na obr. 7. K zaměření jejich polohy byla vyuţita totální stanice TOPCON GPT Vlícovací body byly zaměřeny ze třech stanovisek 4001, 4002 a 4003 ve dvou skupinách měření (šikmá délka, vodorovný a svislý úhel). Délka byla měřena bezhranolovým systémem měření. Data z totální stanice se dále vyrovnávala v programu GAMA. tab. 4 Vyrovnané souřadnice a směrodatné odchylky vlícovacích bodů vlícovací bod Y [m] X [m] Z [m] S Y [mm] S X [mm] S Z [mm] , ,865 98,827 0,8 1,2 0, , ,744 98,710 1,1 0,5 0, , ,817 98,695 1,1 1,1 0, , , ,101 0,9 1,6 0, , , ,088 1,0 0,9 0,1 15

16 Geodetické základy obr. 7 Situační výkres Výpočet souřadnic bodového pole Parametry vyrovnání Souřadnicový systém byl zvolen tak, aby počátek byl umístěn do jednoho ze stanovisek, z kterého byly zaměřeny vlícovací body, osa Y měla směr podél mostku, osa X napříč a aby osa Z určovala výšku. Do programu GAMA se zapsaly parametry přesnosti měření totální stanice TOPCON pro dané měření. Směrodatná odchylka délky 5 mm a směrodatné odchylka měřeného vertikálního a horizontálního směru 0,25 mgon. Do výpočtu vstupovaly souřadnice dvojího typu, souřadnice, které mají fixně danou polohu a souřadnice bodů, které se vyrovnávají. Pro vstup nevyrovnávané souřadnice bylo zvoleno stanovisko, ze kterého se zaměřovaly vlícovací body, tomuto stanovisku 16

17 Geodetické základy byly přiděleny souřadnice X=1000,000 m, Y=500,000 m, Z=100,000 m. Všem pěti vlícovacím bodů byly přiděleny přibliţné souřadnice získané po doměření z protokolu totální stanice. Vstupní soubor obsahuje také hodnoty měřených směrů a vzdáleností na jednotlivých stanoviscích. Výsledný protokol o vyrovnání včetně vstupního textového souboru je uveden v příloze (str. 55) a (str. 54) Program GAMA Program slouţí pro vyrovnávání rovinných i prostorových sítí, hlavním autorem je prof. Ing. Aleš Čepek, CSc. z katedry mapování. Program je volně dostupný pod GNU GPL licencí. Vstupem do programu je XML textový soubor, ve kterém jsou obsaţena měření, jejich přesnost, přibliţné souřadnice a další informace. Výsledkem výpočtu MNČ jsou vyrovnané souřadnice včetně jejich směrodatných odchylek. Program je spustitelný z příkazového řádku podle daných parametrů. K programu GAMA je dostupný komplexní manuál v angličtině nebo krátký manuál ke konkrétní úloze na stránkách katedry k154.fsv.cvut.cz. K výpočtu byla vyuţita verze programu svd Pozorované body Volba pozorovaných bodů nebyla vzhledem k charakteru objektu jednoduchá. Pouţití odrazných terčíků bylo z principu porovnání dvou metod (totální stanice s vyuţitím bezhranolového systému měření / laserové skenování) vyloučeno. Proto bylo třeba polohu pozorovaných bodů určit nepřímo tak, aby se dalo jasně definovat místo bodu, jak z totální stanice TOPCON, tak z mračna bodů pořízených skenerem Leica. Zvoleno bylo 13 bodů, jejichţ identifikace byla dána ve směru vertikálním spodní hranou mostku a ve směru horizontálním patkami drţáků elektrického vedení. Podrobnosti identifikace bodů viz kapitola obr. 8 Rozmístění pozorovaných bodů na mostku 17

18 Měření posunů pozorovaného mostku 4 MĚŘENÍ POSUNŮ POZOROVANÉHO MOSTKU Zaměřování pozorované konstrukce mostku dne 5. října 2010 bylo prováděno ve třech etapách časově od sebe vzdálených 1,5 hodiny. Bylo vyuţito dvou rozdílných metod zaměření bodů: pomocí totální stanice TOPCON GPT 7501 a laserovým skenerem Leica HDS Oba dva způsoby zaměření probíhaly v dané etapě současně etapa měření Určení polohy bodů pomocí skenovacího systému Leica HDS 3000 Měření panoramatickým skenerem Leica zahrnuje získání prostorových informací o měřeném objektu (souřadnice bodů) včetně získání informace o intenzitě vráceného svazku paprsků pouţitého pro měření vzdálenosti. Po připojení skeneru k počítači a vytvoření databáze v programu Cyclone bylo třeba nastavit poţadované parametry skenování: oblast skenování, hustotu a přesnost. Oblast byla vybrána pomocí sférického obdélníku na pořízeném snímku z digitální kamery skeneru. Hustota skenování byla nastavena na základě změřené délky k objektu a zvolením minimálního úhlového kroku. Dále byly jako vstupní parametry nastaveny tlak a teplota vzduchu. obr. 9 Pracovní prostředí Cyclone-Scan 18

19 Měření posunů pozorovaného mostku Postup skenování lze rozdělit na dvě základní části: Skenování scény (dle výše popsaných parametrů nastavení). Skenování vlícovacích bodů (speciální reţim zaměření s vyšší rozlišovací schopností a tím i větší přesností oproti podrobným bodům; aplikuje se na vymezené blízké okolí mračna bodů v programu Cyclone; výsledkem je zjištění polohy středu terče). V kaţdé etapě se skenování provádělo 2x se stejným nastavení parametrů. Doba trvání naskenování scény trvala přibliţně 8 minut. Naskenování pěti vlícovacích bodů bylo značně časově ovlivněno lokalizací těchto bodů v mračnu. Průměrná doba naskenování všech vlícovacích bodů trvala cca 10 minut. Scéna se ve většině případů rozdělila na 5 skenů (1x mostek, 4x nosný sloup). Vlícovací body se taktéţ zaměřili pěti skenovanými mračny bodů. Naskenované body včetně pořízených obrazových dat se ukládaly do vytvořené databáze. Výsledkem měření jsou mračna bodů s vlícovacími body v souřadnicovém systému skeneru. Tyto data se dále upravovala a vyhodnocovala, viz kapitola 5. obr. 10 Signalizační terče vlícovacích bodů s vysokou odrazivostí tab. 5 Parametry 1. etapy měření skenerem Leica Parametry 1. etapy měření skenerem Leica začátek měření 11:00 hod celkový čas měření 18 min hustota bodů 5 mm x 5 mm / 18 m počet sejmutých bodů tlak 1019 hpa teplota 13 C 19

20 Měření posunů pozorovaného mostku Polohové určení bodů pomocí totální stanice TOPCON GPT 7501 Podrobné body byly zaměřeny v kaţdé etapě ze dvou postavení přístroje cca 6 m od sebe vzdálených. V první etapě ze stanoviska 5001 a Jejich poloha se určila ze zaměření vlícovacích bodů metodou volného stanoviska v reţimu TopSURV totální stanice TOPCON. Výsledné souřadnice včetně směrodatných odchylek určení polohy jsou zobrazeny v tab. 6, tab. 8 a tab. 10. Doba měření volného stanoviska trvala cca 8 minut. Měření délek se provádělo bezhranolovým systémem měření ve dvou skupinách stejně jako měření vodorovných a svislých úhlů. Pro dosaţení větší přesnosti cílení na jednotlivé body probíhalo zaměřování podle následujícího schématu: I, II, II, I. Římské číslice značí polohu dalekohledu. Měření na pozorovaných 13 bodů vyţadovalo přesné cílení. Jejich poloha nebyla na objektu jasně definována, proto musel být zvolen speciální systém cílení. Horizontální směr určovala patka plechového trojúhelníkového drţáku elektrického vedení, na kterou se zacílilo svislou ryskou záměrného kříţe. Poté se vertikální ustanovkou přecílilo na spodní hranu mostku. Tak byla definována poloha všech 13 bodů. Na body 1-11 se cílilo z pravé strany plechového drţáku (pohled od přístroje) a na body 12 a 13 ze strany levé. Měření na podrobné body trvalo cca 30 minut. Naměřená data se registrovala do totální stanice TOPCON. Výsledkem je textový soubor se souřadnicemi stanovisek a pozorovaných bodů v kaţdé etapě. Součástí přílohy 9.2 (str. 61) je soupis těchto naměřených dat z totální stanice. obr. 11 Ukázka cílení na podrobné body 20

21 Měření posunů pozorovaného mostku obr. 12 Observační výkres tab. 6 Souřadnice stanovisek 1. etapy měření totální stanicí TOPCON stanovisko Y [m] X [m] Z [m] S Y [mm] S X [mm] S Z [mm] , , ,170 0,9 0,9 1, , , ,134 0,8 1,1 1,4 tab. 7 Parametry 1. etapy měření totální stanicí TOPCON Parametry 1. etapy měření totální stanicí začátek měření 11:00 hod celkový čas měření 38 min počet určených bodů 13 tlak 1019 hpa teplota 13 C 21

22 Měření posunů pozorovaného mostku a 3. etapa měření Druhá a třetí etapa měření probíhala obdobně, jak je popsáno v předchozí kapitole. Při 2. etapě nebyl zaměřen bod č. 5 z důvodů zastínění tohoto bodu lampou veřejného osvětlení. Parametry obou etap jsou uvedeny v tab. 9 a tab. 11. tab. 8 Souřadnice stanovisek 2. etapy měření totální stanicí TOPCON stanovisko Y [m] X [m] Z [m] S Y [mm] S X [mm] S Z [mm] , , ,128 0,8 0,8 1, , , ,304 1,0 1,3 1,7 tab. 9 Parametry 2. etapy měření totální stanicí TOPCON a skenerem Leica 3. etapa (totální stanice TOPCON) 3. etapa (skener Leica) začátek měření 12:30 hod začátek měření 12:30 hod celkový čas měření 39 min celkový čas měření 18 min počet určených bodů 12 počet sejmutých bodů tlak 1019 hpa tlak 1019 hpa teplota 13 C teplota 13 C tab. 10 Souřadnice stanovisek 3. etapy měření totální stanicí TOPCON stanovisko Y [m] X [m] Z [m] S Y [mm] S X [mm] S Z [mm] , , ,166 0,7 0,7 1, , , ,313 1,0 1,2 1,6 tab. 11 Parametry 3. etapy měření totální stanicí TOPCON a skenerem Leica 3. etapa (totální stanice TOPCON) 3. etapa (skener Leica) začátek měření 14:05 hod začátek měření 14:05 hod celkový čas měření 40 min celkový čas měření 20 min počet určených bodů 13 počet sejmutých bodů tlak 1019 hpa tlak 1019 hpa teplota 13 C teplota 13 C 22

23 Zpracování dat 5 ZPRACOVÁNÍ DAT Následující kapitoly jsou rozděleny do dvou základních částí zpracování měření. V první části Zpracování dat z laserového skeneru je popsán obecný způsob provedení úpravy surových dat laserového skenování. Následuje uvedení způsobu získání souřadnic pozorovaných bodů pro konkrétní účel diplomové práce. V druhé části kapitoly je sepsáno vyhodnocení 3D polární metody z dat pořízených totální stanicí TOPCON. 5.1 Zpracování dat z laserového skeneru Registrace mračen Vzhledem k tomu, ţe skener určuje souřadnice bodů v obecné soustavě skeneru, je vţdy prvním krokem zpracování naměřených dat tzv. registrace mračna bodů. Jedná se o spojení mračen bodů z různých stanovisek a jejich umístění do společné souřadnicové soustavy. To se provádí např. pomocí vlícovacích bodů nebo měřeného překrytu. V této diplomové práci šlo pouze o umístění mračen do souřadnicového systému vlícovacích bodů, protoţe skenování probíhalo vţdy z jednoho stanoviska. Registrace v systému Cyclone - Register se provedla celkem 3x, pro kaţdou etapu měření zvlášť. V tab. 12, tab. 13 a tab. 14 jsou uvedeny základní informace o registracích, výsledný protokol z programu Cyclone Register je uveden v příloze (str. 51). K registraci ve všech třech etapách se nepouţil u výpočtu bod 101. Tento bod vykazoval polohové odlehlosti oproti zbylým 4 bodům. To mohlo být způsobeno naskenováním bodu z příliš šikmého úhlu dopadu laserového paprsku na vlícovací terč. tab. 12 Informace o registraci mračna bodů 1. etapy počet stanovisek: 1 registrace mračna 1. etapa počet vlícovacích bodů: 4 (102,103,104,105) průměrná směrodatná odchylka: 2,5 mm 23

24 Zpracování dat tab. 13 Informace o registraci mračna bodů 2. etapy registrace mračna 2. etapa počet stanovisek: 1 počet vlícovacích bodů: 4 (102,103,104,105) průměrná směrodatná odchylka: 2,5 mm tab. 14 Informace o registraci mračna bodů 3. etapy počet stanovisek: 1 registrace mračna 3. etapa počet vlícovacích bodů: 4 (102,103,104,105) průměrná směrodatná odchylka: 3 mm Čištění a segmentace mračen Po registraci všech mračen bodů bylo třeba před dalším zpracováním provést úpravy čištění (odstraňování nadbytečných bodů). To je vhodné především z důvodů zpřehlednění a urychlení práce. Jednotlivé části mračen bodů se při práci v dalším zpracování rozdělují do menších logických celků. Tyto vymezené sektory se pak zpracovávají po částech, coţ také urychlí práci počítače. Postup vyhodnocení a získání souřadnic pozorovaných bodů je popsán v následujících kapitolách. obr. 13 Očištěný zájmový výřez mračna bodů 24

25 Zpracování dat obr. 14 Očištěné mračno bodů v porovnání s fotografií mostku 25

26 Zpracování dat Určení polohy pozorovaných bodů z jednoho zaměření Při zpracování mračna bodů se nejednalo o vyhodnocení za účelem vytvoření prostorového zobrazení skutečnosti, nýbrţ pouze o získání přesné polohy třinácti pozorovaných bodů. Práce probíhala v software Cyclone Model. Nejprve byla načtena databáze ve formátu IMP. V dané databázi se otevřela jednotlivá zaměření mračen (etapy měření), které jiţ byly v souřadnicovém systému vlícovacích bodů. Postup určení polohy pozorovaných bodů tak, aby se shodoval s místem cílení z totální stanice, vyţadoval speciální postup. Protoţe prokládání mračna pomocí trojúhelníkových sítí v programu Cyclone neumoţňovalo získat průsečnici z těchto proloţení, musel se zvolit postup jiný. Ten se zakládal na prokládání mračna bodů jednoduchými matematickými primitivy, určování jejich průsečnic a vkládání liniových segmentů v daném směru. Proces byl stanoven tak, aby se zachovalo členění objektu. Pro určení polohy kaţdého bodu probíhal postup analogicky a je nastíněn v následujících bodech: V blízké oblasti cílení proloţení 2 rovin mračnem bodů na spodní a boční straně mostku. Následné zjištění průsečnice těchto rovin. Tento průsečík definuje pozorovanou hranu mostku. Viz druhá část obr. 15. Proloţení 3 rovin: rovina z mračna bodů boční stěny, trojúhelníkového drţáku elektrického vedení a spodku plechového rámce. Všechny tři roviny mají jeden společný bod definující horizontální směr cílení. Viz třetí část obr. 15. Z bodu určeného v předchozím kroku se spustí svislá úsečka (poloha krajních bodů úsečky se zachová, mění se jen jejich výška udávaná souřadnicí Z) viz obr. 16. Vloţení pomocné souřadnicové soustavy do průsečnice rovin, jeţ byl definován v prvním kroku. Osa X se vloţí ve směru průsečnice, osa Z ve směru svislém a osa Y doplňuje systém na pravotočivý. Posunutí svislé úsečky definováním počátečního bodu Y=0, Z=0 ve vytvořeném pomocném souř. systému. Přepnutí z pomocného souř. systému na souř. systém vlícovacích bodů. Odečtení souřadnic průsečíku dvou liniových segmentů. Viz čtvrtá část obr

27 Zpracování dat obr. 15 Prokládání mračna bodů matematickými primitivy U bodu 11 nastal problém s hustotou mračna charakterizující plechový trojúhelníkový drţák. To bylo způsobeno vzájemnou polohou skenovaného prvku a skeneru. Přesto se několika body mračna proloţila rovina. Porovnání hustoty naskenovaného mračna trojúhelníkového drţáku u bodu 11 a 7 je zobrazeno na obr. 17. Výsledkem zpracování bylo určení prostorových souřadnic X, Y, Z u 13 pozorovaných bodů. obr. 16 Určení polohy pozorovaného bodu 27

28 Zpracování dat obr. 17 Porovnání hustoty naskenování trojúhelníkového drţáku u bodu 7 a Určení polohy pozorovaných bodů z průměru dvou zaměření V kaţdé etapě probíhalo měření skenerem 2x. V předchozí kapitole byl popsán způsob vyhodnocení jednoho zaměření. K získání průměru obou dvou zaměření byl vyuţit program Scan Averager verze Vstupní hodnoty souřadnic pro průměrování bylo nejprve nutné exportovat z programu Cyclone Model. Označilo se mračno bodů, které se exportovalo v textovém formátu. V tomto dokumentu byly obsaţeny souřadnice bodů mračna v pořadí X, Y, Z. Kvůli značnému ulehčení procesu průměrování v programu Scan Averager je třeba zmínit, ţe export souřadnic bylo třeba provádět z neregistrovaného mračna bodů. Exportované textové soubory se v programu Scan Averager načetly, v sekci nastavení se určily parametry výpočtu (úhlový krok, maximální délkový rozdíl, maximální oprava délky) a provedl se výpočet, který obě mračna zprůměroval. Doba výpočtu trvala asi 30 minut pro kaţdou etapu. Protokol o výsledném průměrování je přiloţen v příloze (str. 58). Výstupem byl opět textový soubor souřadnic mračen bodů, který se posléze v programu Cyclone zregistroval a otevřel se nový ModelSpace. Určení souřadnic pozorovaných bodů probíhalo analogicky jako ve výše popsané kapitole. 28

29 Zpracování dat Program Scan Averager Program je určen pro průměrování vícenásobného skenování. Výsledkem je mračno bodů se sníţeným šumem. Program byl primárně testován na skeneru Leica HDS Vstup do programu tvoří textový formát se souřadnicemi mračna bodů stejně jako jeho výstup. Scan Averager pracuje v systému Microsoft Windows XP a vyšším. Moţnost jazykového nastavení je anglická nebo česká. Program verze je volně dostupný na webových stránkách jeho autora doc. Ing. Martina Štronera, Ph.D. z Katedry speciální geodézie. obr. 18 Pracovní prostředí programu Scan Averager v Získání výšky bodů ze spojité křivky Postup práce získání souřadnice Z pozorovaných 13 bodů ze spojité křivky na základě polohového učení (souřadnice ze zaměření totální stanicí) byl zvolen během zpracování pořízených prostorových dat. Důvodem bylo získání porovnání výškového členění konstrukce, které nebude ovlivněno polohovou identifikací bodu na objektu. Protoţe Cyclone - Model neumoţňoval získání průsečnice roviny s trojúhelníkovou sítí, muselo se mračno bodů (z jednoho zaměření skenerem) z kaţdé etapy exportovat a zpracování probíhalo v jiném software. Export mračna se provedl do formátu STX, který je kompatibilní se software Geomagic studio. Do tohoto programu se mračno načetlo, svislou stěnou mostku se proloţila rovina a spodní část se proloţila trojúhelníkovou sítí. 29

30 Zpracování dat Průsečnicí dvou proloţení byla spojitá křivka - pozorovaná hrana mostku. Tato křivka byla pro další zpracování exportována ve formátu IGS, aby se následně mohla načíst do programu Microstation V8. V tomto programu musel být předtím zaloţen 3D výkres. Křivka se znázornila v několika oknech (pohledech). Pro práci byl zvolen půdorysný pohled, kde se křivka jevila jako úsečka. Bylo nutné na této křivce polohově stanovit místa pozorovaných bodů. Pro kaţdou spojitou křivku byl načten textový soubor s polohovými souřadnicemi 13 bodů (získané z totální stanice TOPCON). Těmito body se vedly pomocné liniové segmenty ve směru osy X, které spojitou křivkou v daném pohledu protínají. Průsečíky charakterizují polohu pozorovaného bodu, z kterého se odečetla výška Z. obr. 19 Zobrazení průsečnice v programu Geomagic studio Použitý software Software Cyclone Skener Leica HDS 3000 disponuje softwarem Cyclone od firmy Cyra. Ten nabízí komplexní řešení naskenovaného mračna bodů. Cyclone provází celý proces zpracování, od samotného výběru naskenování scény, spojení a orientaci mračen aţ po konečné zhotovení modelu a jeho export a vizualizaci. Program je rozdělen do tří samostatných softwarových modulů: Cyclone - Scan, Cyclone - Register a Cyclone - Model. 30

31 Zpracování dat Cyclone - Scan Cyclone - Scan je softwarový interface, díky kterému se řídí samotný proces skenování. Umoţňuje vybírat oblast skenování a snímků výběrem sférického obdélníka, nastavení hustoty skenování, zavedení atmosférických korekcí nebo filtrování dat. Pořízené mračno je moţné prohlíţet a určit z něho oblast pro přesnější naskenování vlícovacích bodů, program je schopný automaticky rozpoznat polohu rovinných i sférických terčů Cyclone - Register Cyclone - Register umoţňuje orientaci mračen pořízených z různých stanovisek a umístění naskenovaných dat do souřadnicového systému vlícovacích bodů. Registraci je moţné provést i bez vlícovacích bodů na základě společného překrytového území naskenovaných mračen Cyclone - Model Cyclone - Model je určen k samotnému vyhodnocení mračna bodů. Umoţňuje výběr mračna aproximovat matematickými primitivy (rovina, koule, válec, atd.) nebo ho prokládat trojúhelníkovými sítěmi. Mračnu bodů lze také přiřazovat barvy a na prokládané prostory umísťovat textury. Výsledky je moţné exportovat do CAD i jiných aplikací Software Geomagic studio Software Geomagic studio dokáţe vytvářet z laserově naměřených dat fyzických předmětů digitální CAD modely. Disponuje automatickými funkcemi vyhodnocení pro práci s trojúhelníkovými sítěmi a je kompatibilní i s jinými CAD softwary. Geomagic studio se nejčastěji vyuţívá pro modely v oblastech automobilového průmyslu, letectví, stavebního inţenýrství nebo zdravotnictví. 31

32 Zpracování dat Software Microstation V8 Microstation je softwarová CAD platforma vyvinutá firmou Bentley. Program je určen pro vytváření návrhů v 2D i v 3D. Mezi oblasti jeho pouţití patří inţenýrství, architektura a kartografie. Microstation zpracovává rastrová i vektorová data, obsahuje nástroje pro prezentaci, 3D modelování a vizualizaci projektu. Základním formátem je DGN, ale program je schopen vyuţívat i jiné formáty např. DWG nebo DXF. Pro diplomovou práci byla vyuţita verze Microstation V8 XM Edition, která je spustitelná pro operační systém MS Windows XP a vyšší. 5.2 Zpracování měření z totální stanice Zpracování dat z totální stanice bylo značně rychlejší oproti zpracování laserového měření. Výstupním údajem z totální stanice byly souřadnice bodů z kaţdé etapy. Tato data bylo třeba pro další grafické a jiné zpracování vyhodnotit. V kaţdé etapě se podrobné body určily ze dvou stanovisek. Souřadnice proto byly při zpracování kaţdé etapy vyrovnané aritmetickým průměrem z obou zaměření. Ke všem etapám a souřadnicím byly vypočteny směrodatné odchylky. Tyto hodnoty dále slouţily pro získání celkové přesnosti dané metody, jak 3D polární metody, tak přesnosti laserového skenování. Výpočty, výsledky a grafy jsou obsahem následující kapitoly. 32

33 Výsledky 6 VÝSLEDKY Hodnocení dosaţených výsledků je v této kapitole vyjádřeno jak v grafické, tak tabulkové formě. Přesnost výsledků jednotlivých metod byla hodnocena na základě výpočtu výběrových směrodatných odchylek. Tyto dosaţené výsledky se následně porovnaly. 6.1 Výpočet směrodatných odchylek Prvotním výpočtem pro získání přesnosti měření pouţitých metod bylo vypočtení směrodatných odchylek charakterizujících měření totální stanicí. V kaţdé etapě u kaţdého bodu a souřadnice se vypočetla výběrová směrodatná odchylka dle vzorce: S X i ( X n i 1 _ X ) 2 V čitateli jsou zobrazeny opravy od průměru _ X a n vyjadřuje počet zaměření (n = 2). K hodnocení dosaţené přesnosti bylo třeba vypočítat směrodatnou odchylku určení souřadnice v kaţdé etapě. Výpočet se provedl kvadratickým průměrem ze směrodatných odchylek ( S Xi ) podle vzorce: S X S n 2 X i S X i značí jednotlivé výběrové směrodatné odchylky na pozorovaných bodech a n je pak počet těchto bodů (n = 13). Směrodatné odchylky v tab. 15. Hodnoty S X v kaţdé etapě jsou zobrazeny S X jsou pro přehlednost výsledků součástí příloh (tab. 35, str. 64). i tab. 15 Dosaţená přesnost měření totální stanicí TOPCON Dosažená přesnost totální stanicí TOPCON Výběrová směrodatná odchylka 1. ETAPA 2. ETAPA 3.ETAPA S Y [mm] S X [mm] S Z [mm] S Y [mm] S X [mm] S Z [mm] S Y [mm] S X [mm] S Z [mm] 1,1 3,6 0,7 1,7 4,4 0,7 1,5 3,7 0,9 33

34 Výsledky Jak je patrné z tab. 15 chyby v určení souřadnice Y a X jsou aţ několikanásobně větší neţ u výšky Z. To je způsobeno u souřadnice Y především nejasnou identifikací jednotlivých třinácti bodů na objektu a u souřadnice X (ve směru příčném k pozorovanému objektu) pouţitím bezhranolového systému měření délek. Přesnost měření délek bezhranolovým systémem u totální stanice TOPCON je od výrobce uváděna ± 5 mm do vzdálenosti 250 m. Dalším faktorem dosaţené přesnosti určení X souřadnice bodu je, ţe se cílilo na hranu mostku. Osa X jde napříč této hraně a laserový svazek paprsků nemusel při cílení padnout přímo na hranu mostku. Měřila se tedy jiná vzdálenost a souřadnice X tím byla značně ovlivněna, na coţ poukazují také vzájemné porovnání určení X souřadnice bodů mezi totální stanicí a daty z laserového skeneru viz tab. 39, tab. 40 a tab. 41, jeţ jsou součástí příloh od str. 66. Z výše zmíněných důvodů se pro nejasnou polohovou identifikaci bodů další vyhodnocení vztahuje pouze na vyhodnocení výškové sloţky. Z kaţdé etapy se vypočetl pro výšky kvadratický průměr, který charakterizuje přesnost určení výšky totální stanicí viz tab. 16. tab. 16 Přesnost určených výšek totální stanicí TOPCON Přesnost určení výšky totální stanicí TOPCON 1. etapa 2. etapa 3. etapa kvadratický průměr [mm] [mm] [mm] [mm] 0,7 0,7 0,9 0,8 Hodnota kvadratického průměru 0,8 mm dále vstupuje do dalších výpočtů k určení přesnosti dat z laserového skeneru a to dle vzorce: S 2 2 S S S TS S S značí přesnost určení výšky dosaţenou skenovacím systémem Leica, S TS přesnost dosaţená totální stanicí TOPCON a S směrodatnou odchylku rozdílu mezi těmito dvěma metodami určení. U skeneru Leica se počítala dosaţená přesnost 3x: přesnost jednoho zaměření (jedno mračno bodů), přesnost pro dvojí zaměření (průměr zaměření ze dvou mračen s totoţnými skenovacími parametry), 34

35 Výsledky přesnost pro vyhodnocení dat jednoho zaměření ze spojité křivky (postup vyhodnocení zvolen tak, aby byl co nejvíce eliminován vliv nepřesné polohové identifikace bodu pro odečtení výšky). Z následující tab. 17 je patrné, ţe přesnost určení výšek z laserového skeneru se zvyšuje dvojím zaměřením a vyhodnocením z průměru mračna bodů. Ještě lepší výsledky vykazuje vyhodnocení ze spojité křivky, kde se výsledky dostávají k 1,9 mm přesnosti. Vyhodnocení přesnosti je počítáno z dat naměřených pro všech 13 pozorovaných bodů. S Δ se počítalo podle vzorce: S n 2 Kde Δ značí příslušné výškové rozdíly mezi jednotlivými metodami a n pak vyjadřuje počet měřených bodů (n=13). tab. 17 Dosaţená přesnost laserového skeneru Leica z měření na 13 bodů Dosažená přesnost laserovým skenerem Leica (pro 13 pozorovaných bodů) jedno zaměření *mm+ dvojí zaměření *mm+ řešení ze spojité křivky *mm+ S S 1. etapa 2,9 2,7 2,0 S S 2. etapa 2,7 2,7 1,7 S S 3.etapa 2,6 2,8 2,0 S S 2,7 2,7 1,9 tab. 18 Dosaţená přesnost rozdílu metod z měření na 13 bodů Dosažená přesnost rozdílu metod (pro 13 pozorovaných bodů) jedno zaměření *mm+ dvojí zaměření *mm+ řešení ze spojité křivky *mm+ S Δ 1. etapa 3,0 2,8 2,2 S Δ 2. etapa 2,8 2,8 1,9 S Δ 3.etapa 2,7 2,9 2,2 S Δ 2,8 2,8 2,1 35

36 Výsledky Vzhledem k moţnostem cílení na první dva body 1 a 2 pozorované konstrukce mostku a s přihlédnutím na fakt, ţe tyto body byly velice špatně osvětleny a cílení na ně bylo značně ztíţeno, se výpočet přesnosti provedl jak pro všech 13 bodů tak pro 11 bodů (s vypuštěním 1 a 2). Z výsledků měření totální stanicí lze usoudit, ţe se nejednalo o měření, které by u prvních dvou bodů bylo odlehlé, nicméně se s největší pravděpodobností výškově necílilo do správného místa, které bylo vyhodnoceno z laserového skenování. Aby výpočet přesnosti nebyl tímto ovlivněn provedl se bez pouţití prvních dvou bodů. viz tab. 19. tab. 19 Dosaţená přesnost laserového skeneru Leica z měření na 11 bodů Dosažená přesnost laserovým skenerem Leica (pro 11 pozorovaných bodů) jedno zaměření [mm] dvojí zaměření *mm+ řešení ze spojité křivky [mm] S S 1. etapa 2,4 2,2 1,3 S S 2. etapa 2,0 1,9 0,8 S S 3.etapa 2,0 1,9 0,8 S S 2,1 2,0 1,0 tab. 20 Dosaţená přesnost rozdílu metod z měření na 11 bodů Dosažená přesnost rozdílu metod (pro 11 pozorovaných bodů) jedno zaměření [mm] dvojí zaměření *mm+ řešení ze spojité křivky [mm] S Δ 1. etapa 2,5 2,3 1,5 S Δ 2. etapa 2,2 2,1 1,1 S Δ 3.etapa 2,2 2,1 1,1 S Δ 2,3 2,2 1,2 Vyloučením prvních dvou bodů se přesnost určení výšek pomocí skeneru Leica zvýšila u vyhodnocení ze spojité křivky aţ o 0,9 mm, z jednoho zaměření o 0,6 mm a pro dvojí zaměření o 0,7 mm. Při porovnání přesnosti (totální stanice/skener) docházíme ke zjištění, ţe větší dosaţenou přesností disponuje totální stanice, jak je patrné z výše uvedených tabulek. Grafické a tabulkové znázornění výsledků je součástí následující kapitoly. 36

37 Výsledky 6.2 Grafické a tabulkové znázornění výsledků Zobrazení jednotlivých metod určení obr. 20 Výšky bodů určené totální stanicí TOPCON Z obr. 20 lze vyčíst výškový průběh pozorované hrany, kde výšky byly určené totální stanicí TOPCON v kaţdé etapě. Je zřejmé, ţe jednotlivé etapy mají od sebe 1 mm odchylky a mají téměř totoţný průběh. K výškovým posunům mezi jednotlivými etapami nedošlo. tab. 21 Výšky bodů určené totální stanicí TOPCON bod 1. etapa [m] 2. etapa [m] 3. etapa [m] 1 104, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,019 37

38 Výsledky obr. 21 Výšky bodů určené skenerem Leica HDS 3000 (jedno zaměření) Obr. 21 vyznačuje průběh výšek ze zaměření skenerem Leica HDS 3000 při jednom zaměření mračna bodů. 3. etapa se svým průběhem lehce vymyká prvním dvěma etapám. Maximální odchylka je 3 mm, coţ můţe být způsobeno metodou vyhodnocení. Při zpracování mračna je zvolen způsob vyhodnocení skládající se z několika dílčích kroků prokládání rovin a definováním průsečnic a průsečíků. Tento postup můţe mít na výsledné získání výšek vliv. tab. 22 Výšky bodů určené skenerem Leica HDS 3000 (jedno zaměření) bod 1. etapa [m] 2. etapa [m] 3. etapa [m] 1 104, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,018 38

39 Výsledky obr. 22 Výšky bodů určené skenerem Leica HDS 3000 (dvojí zaměření) obr. 23 Výšky bodů určené řešením ze spojité křivky U vyhodnocení zpracování průměru mračna bodů ze dvou zaměření je dle obr. 22 patrný těsnější průběh všech tří etap. Maximálního rozdílu se dosahuje pouze u bodu 11 a to 2 mm. Zbylé odchylky na bodech mezi etapami vykazují 1 mm odchylky. Ještě lepších výsledků se získá při vyhodnocení spojité křivky obr. 23, kdy je výška všech bodů téměř totoţná. K posunům mezi etapami tedy nedošlo ani dle vyhodnocení skenovacího systému Leica. 39

40 Výsledky tab. 23 Výšky bodů určené skenerem Leica HDS 3000 (dvojí zaměření) bod 1. etapa [m] 2. etapa [m] 3. etapa [m] 1 104, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,017 tab. 24 Výšky bodů určené z řešení spojité křivky bod 1. etapa [m] 2. etapa [m] 3. etapa [m] 1 104, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,019 Tab. 25 znázorňuje výškové rozdíly mezi 1. a 2. etapou určené pomocí jednotlivých metod. Rozdíly hodnot výšek Z mezi etapami dosahují maximálně 1mm. Podle [15] je posun stavební konstrukce u uţívaných stavebních objektů prokazatelný pokud je překročena hodnota mezní odchylky σ. Ta je v tomto případě dle [15] rovna ( 2 / 5) p k, kde p k je kritická hodnota posunu v mm, při jejímţ dosaţení dojde k ohroţení sledovaného objektu. Hodnota p k v tomto experimentu nebyla předem známa. Proto se dle [16] za prokázaný posun (deformaci) můţe povaţovat ten, který překročí hranici nejistoty měření, tj. hodnotu mezní odchylky. Ta v tomto experimentu dle [3] byla stanovena na 2,5 násobek směrodatné odchylky. U ţádného z pozorovaných bodů nebyl tedy posun prokázán. 40

41 Výsledky Výškové rozdíly mezi 1. a 3. etapou jsou v tab. 26. V tabulce jsou oproti rozdílům 1. a 2. etapy větší odchylky u zpracování dat z laserového skeneru jednoho zaměření. Důvody těchto rozdílů lze hledat v metodě zpracování dat laserového skenování, jak jiţ bylo výše zmíněno. Vzhledem k dosaţené přesnosti určení výšky, se ani mezi 1. a 3. etapou nedá prokázat výškový posun pozorované konstrukce. tab. 25 Rozdíl výšek mezi 1. a 2. etapou měření bod TOPCON GPT 7501 [m] SKENER LEICA (jedno zaměření) [m] SKENER LEICA (dvojí zaměření) [m] řešení ze spojité křivky [m] 1 0,000 0,000 0,000-0, ,000 0,000 0,001 0, ,001 0,000 0,000 0, ,001 0,001 0,000 0, ,000 0,000 0,000 0, ,000 0,001 0,000 0, ,000-0,001 0,000 0, ,000 0,001 0,000 0, ,001-0,001 0,001 0, ,000 0,001 0,000 0, ,001-0,001 0,002 0, ,001 0,000 0,000 0, ,001-0,001 0,000 0,000 tab. 26 Rozdíl výšek mezi 1. a 3. etapou měření bod TOPCON GPT 7501 [m] SKENER LEICA (jedno zaměření) [m] SKENER EICA (dvojí zaměření) [m] řešení ze spojité křivky [m] 1-0,001-0,002 0,000 0, ,000 0,000 0,001 0, ,001 0,000 0,000 0, ,001-0,001 0,000 0, ,001-0,001 0,000 0, ,000-0,001 0,001 0, ,000-0,003 0,000 0, ,000-0,003-0,001 0, ,000-0,001 0,000 0, ,001-0,002 0,000 0, ,000 0,000 0,000 0, ,000-0,003 0,000 0, ,001-0,002 0,000-0,001 41

42 Výsledky Porovnání metod Na obr. 24 Výšky bodů určené v 1. etapě je znázorněn výškový průběh pozorované hrany mostku na 13 bodech. Výšky jsou vztaţeny k všem metodám a způsobům vyhodnocení (zaměření z totální stanice, laserové vyhodnocení z jednoho i ze dvou zaměření, řešení ze spojité křivky). Průběh grafu jednotlivých metod je shodný s tím rozdílem, ţe u prvních dvou bodů nastává 5 mm odchýlení zaměření totální stanicí od ostatních metod vyhodnocení. Nejvíce se svým průběhem k zaměření totální stanicí přimyká křivka průběhu vyhodnocení ze spojité křivky. Grafy z druhé a třetí etapy mají obdobný průběh. obr. 24 Výšky bodů určené v 1. etapě obr. 25 Výšky bodů určené v 2. etapě 42

43 Výsledky obr. 26 Výšky bodů určené v 3. etapě V následujících třech grafech jsou znázorněny výškové rozdíly mezi výškami z totální stanice a výškami ze třech vyhodnocení laserového skenovacího systému Leica. Nejlepších výsledků (pokud nezapočteme opět první dva body 1 a 2) bylo dosaţeno při porovnání totální stanice/ řešení ze spojité křivky. V grafu na obr. 29 pak dosahují hodnoty odchýlení maximálně 2 mm. obr. 27 Porovnání výškových rozdílů, totální stanice/skener (jedno zaměření) 43

44 Výsledky tab. 27 Výškové rozdíly, totální stanice/ skener (jedno zaměření) bod 1. etapa [m] 2. etapa [m] 3. etapa [m] 1 0,005 0,005 0, ,005 0,005 0, ,003 0,002 0, ,004 0,004 0, ,003 0,003 0, ,001 0,002 0, ,001 0,000-0, ,001 0,002-0, ,003 0,001 0, ,002 0,003-0, ,002 0,000 0, ,001 0,000-0, ,003 0,002 0,001 obr. 28 Porovnání výškových rozdílů, totální stanice/skener (dvojí zaměření) tab. 28 Výškové rozdíly, totální stanice/ skener (dvojí zaměření) bod 1. etapa [m] 2. etapa [m] 3. etapa [m] 1 0,005 0,005 0, ,004 0,005 0, ,003 0,002 0, ,004 0,003 0, ,003 0,003 0, ,001 0,001 0, ,000 0,000 0, ,002 0,002 0, ,002 0,002 0, ,003 0,003 0, ,001 0,002 0, ,001 0,000 0, ,001 0,001-0,001 44

45 Výsledky obr. 29 Porovnání výškových rozdílů, totální stanice/řešení ze spojité křivky tab. 29 Výškové rozdíly, totální stanice/řešení ze spojité křivky bod 1. etapa [m] 2. etapa [m] 3. etapa [m] 1 0,004 0,003 0, ,005 0,004 0, ,003 0,002 0, ,000-0,002-0, ,002-0,002-0, ,000-0,001 0, ,000 0,000 0, ,001-0,002-0, ,001 0,000 0, ,001 0,001 0, ,001 0,000 0, ,002 0,001 0, ,001 0,001-0,001 Na obr. 30 je graf určení míry identičnosti bodů. Jedná se o zobrazení souřadnicových rozdílů v ose Y mezi jednotlivými metodami. Osa Y má směr podél pozorované konstrukce. Je patrné, ţe přesnou identifikací bodů na spojité křivce se chyba z neidentičnosti eliminuje. U diskrétního výběru bodů je patrný rozdíl v neidentickém cílení aţ 5 mm v 1. etapě měření, coţ má vliv na přesné určení výšky 13 pozorovaných bodů (viz obr. 27 a obr. 28). Zbylé dvě etapy jsou pro přehlednost součástí příloh obr. 31 (str.70) a obr. 32 (str.71). 45

46 Výsledky obr. 30 Míra určení identičnosti bodů v 1. etapě tab. 30 Rozdíl souřadnic Y v 1. etapě (míra identičnosti cílení) bod TOPCON/SKENER (jedno zaměření) [m] TOPCON/ ŘEŠENÍ ZE SPOJITÉ KŘIVKY [m] TOPCON/ SKENER (dvojí zaměření) [m] 1-0,005 0,000-0, ,000 0,000-0, ,000 0,000-0, ,001 0,000-0, ,003 0,000-0, ,003 0,000 0, ,003 0,000 0, ,003 0,000-0, ,003 0,000 0, ,003 0,000 0, ,004 0,000 0, ,003 0,000 0, ,004 0,000 0,005 46

47 Závěr 7 ZÁVĚR Byl proveden experiment zaměření konstrukce mostku mezi budovami C a D fakulty stavební ČVUT. Záměrem tohoto pozorování bylo zjištění moţnosti pouţití metody laserového skenování pro měření posunů na základě porovnání se zaměřením konstrukce 3D polární metodou. Zaměření se pro zjištění případných posunů provádělo ve třech etapách měření od sebe časově vzdálených 1,5 hod. Z výše uvedených výsledků lze usoudit následující. Vyhodnocení naměřených dat se během práce zaměřilo pouze na posouzení výškových posunů stavební konstrukce, protoţe vzhledem k typu objektu a moţnostem identického cílení nebylo moţno polohovou sloţku uvaţovat. Výsledky byly graficky zpracovány a přehledně znázorněny do přiloţených tabulek. Metoda laserového skenování byla hodnocena celkem třemi metodami (vyhodnocení jednou zaměřeného mračna bodů, vyhodnocení průměru ze dvou mračen a zpracování průběhu celé pozorované hrany mostku pomocí spojité křivky). Tato data byla porovnávána nezávislým určením polohy 13 bodů pomocí totální stanice. Totální stanice se z výsledků jeví jako přesnější způsob zaměření a proto se k ní porovnávaly výsledky z měření laserovým skenerem. Jako nejpřesnější způsob vyhodnocení mračna bodů bylo shledáno proloţení hrany mostku spojitou křivkou a odečtením výšek přesně v poloze bodu zaměřeného totální stanicí. Tím byl eliminován vliv nepřesné identifikace bodu. Směrodatná odchylka určení výšky bodu řešením pomocí spojité křivky je 1,0 mm, coţ je jen o 0,2 mm horší přesnost neţ hodnota směrodatné odchylky měření výšek totální stanicí. Zbylé dvě metody vyhodnocení mračna bodů udávají směrodatné odchylky jednoho zaměření 2,1 mm a u zpracování průměru mračna ze dvou zaměření 2,0 mm. Tento fakt poukazuje na pravděpodobnost výskytu systematické chyby. V tomto případě šlo pouze o druhé zaměření, které stejně jako první podléhalo vlivu systematické chyby. Dvojím měřením by se dosaţená přesnost zlepšila pouze za výskytu náhodných chyb. Zjištěné posuny nebyly prokázány ani jednou ze zvýše zmíněných metod. Posun bychom mohli stanovit aţ od 2,5 násobku směrodatné odchylky, coţ v našem případě nenastalo mezi ţádnou ze zaměřovaných etap. Z výsledků je zřejmé, ţe relativní porovnání vyhodnocení totální stanicí a relativní porovnání laserového měření poskytuje mezi etapami téměř stejný rozdíl. Pokud by ovšem mělo být řešení posuzováno absolutně, totální stanice stále poskytuje přesnější výsledky. Z toho důvodu 47

48 Závěr by mohlo být stanoveno doporučení posuny stále určovat totální stanicí, avšak skenovací systém nabízí komplexní vyhodnocení pozorovaných objektů oproti diskrétnímu způsobu výběru bodů totální stanicí. Měření v terénu je laserovým skenováním rychlejší, avšak doba na zpracování dat je jiţ delší neţ u totální stanice. Laserové skenování na měření posunů lze tedy zcela jistě pouţít, ovšem je třeba si uvědomit, jaká přesnost měření je poţadována a také velice záleţí na typu pozorovaného objektu nebo konstrukce. Existuje předpoklad, ţe lepších výsledků by bylo moţné dosáhnout, umístěním speciálních terčů pro laserové skenování na objekt. Tyto terče umoţňují přesnější zaměření pomocí metody laserového skenování a také lepší cílení pomocí totální stanice To ovšem v našem případě nebylo moţné, jelikoţ nebylo přijatelné na objekty umísťovat terče a především pak proto, ţe hlavním záměrem bylo porovnání dvou metod bezkontaktního měření. Vizí do budoucna by bylo tedy v případě moţnosti umísťovat na objekty speciální terče pro laserové skenování, coţ by výslednou přesnost vzhledem k jasné identifikaci bodu značně zpřesnilo. 48