Fakulta stavební Kateřina Turková

Transkript

1 České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební BAKALÁŘSKÁ PRÁCE 2008 Kateřina Turková

2 České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební Katedra geodézie a pozemkových úprav BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Vedoucí práce: Ing. Bronislav Koska Autor práce: Kateřina Turková Praha 2008

3 Kateřina Turková. Zaměření lehkého lanového mostu v Radotíně pomocí laserového skenovacího systému Leica HDS 3000 a jeho modelování. Praha: České vysoké učení technické v Praze. Fakulta Stavební. Katedra speciální geodézie, Bakalářská práce, počet stran 30 s., počet stran příloh 9 s. Vedoucí bakalářské práce byl Ing. Bronislav Koska.

4 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že svou bakalářskou práci na téma Zaměření lehkého lanového mostu v Radotíně pomocí laserového skenovacího systému Leica HDS 3000 a jeho modelování jsem vypracovala samostatně s využitím konzultací u vedoucího bakalářské práce a použitím odborné literatury a dalších informačních zdrojů, které jsou uvedeny v seznamu literatury. V Praze dne (podpis autora)

5 Na tomto místě bych chtěla poděkovat vedoucímu mé bakalářské práce panu Ing. Bronislavu Koskovi za odborné vedení a ochotnou pomoc v průběhu zpracování, panu Ing. Tomáši Jiřikovskému za pomoc při měření v terénu a poskytnutí informací o lávce a panu Ing Tomáši Křemenovi za dobré rady a pomoc při práci s programem Cyclone. Poděkování patří také mé rodině a blízkým za podporu ve studiu.

6 Abstrakt Úkolem bakalářské práce bylo vytvořit prostorový model lehkého lanového mostu v Radotíně s použitím laserového skenovacího systému Leica HDS 3000 a posoudit přesnost tohoto systému. První kapitola přiblíží princip laserového skenování a typy skenerů. Následující obsahuje základní informace o modelovaném objektu. Další kapitoly jsou věnovány postupu provedení od naměření laserovým skenerem a zpracování naměřených dat v programu Cyclone po vyhodnocení přesnosti a tvorbu modelu v programu MicroStation. Bakalářskou práci lze využít jako návod nebo inspiraci pro vytváření prostorových modelů metodou laserového skenování. Klíčová slova Laserový skenovací systém Leica HDS 3000 Lehký lanový most v Radotíně Prostorový model

7 Abstract The goal of the Bachelor project was to create a 3D model of the cable bridge in Radotín using the laser scanning system Leica HDS 3000 and to determine the accuracy of this system. The first chapter is focused on principles of laser scanning and types of scanners. The next chapter gives some information about the scanned object. The other chapters are devoted to working on the 3D model and the accuracy assesment, from the measurement by the laser scanner and data processing using the software Cyclone to modelling by the software MicroStation. The Bachelor project could be utilized as an instruction or an inspiration in 3D model processing using the laser scanning methods. Keywords Laser scanning system Leica HDS 3000 The Cable Bridge in Radotín 3D model

8 Obsah 1 Obsah 1 Úvod 5 2 Laserové skenování Princip laserového skenování Polární skenery Skenery se základnou Laserový skenovací systém Leica HDS Lávka v Radotíně 8 4 Práce v terénu 9 5 Zpracování Příprava naměřených dat Vyhodnocení přesnosti laserového skenovacího systému Leica HDS Postup v programu Cyclone Postup v programu MicroStation Závěrečné vyhodnocení Tvorba prostorového modelu Příčný nosník Podélná konstrukce Pilíř a pylon Plochy a textury Vizualizace Závěr 28 Literatura 30

9 Obsah 2 Přílohy 31 Měřický náčrt Registrace Zhodnocení přesnosti - tabulka posunů v osách y a z Obrázky

10 Seznam obrázků 3 Seznam obrázků 4.1 Měřický náčrt Mračno z části zakrytého odrazného štítku Mračno použité pro modelování Spuštění registrace mračen bodů v programu Cyclone Prokládání mračna rovinou Vyhodnocení části podélného nosníku s přehledem vrstev ve výkresu Průsečíky rovin s úsečkami Připojení referenčního výkresu Příčník: Drátový model a model s vyplněnými hranami Dialogové okno Knihovna buněk s připojenou knihovnou Segment pylonu proložený plochami Pylon: Drátový model a v režimu Phongovo stínování Přiřazení materiálu jednotlivým vrstvám Definování nových materiálů Nastavení osvětlení výkresu Model lávky s připojenými materiály v Phongově stínování Zobrazení lávky v režimu Ray Tracing Zobrazení lávky v režimu Phongova stínování Rampa na levém břehu v režimu Phongova stínování Pravý břeh v režimu Phongova stínování Pylon v režimu Phongova stínování Detail uložení pylonu v režimu Phongova stínování

11 Seznam tabulek 4 Seznam tabulek 4.1 Rozlišení skenování na stanoviskách Tabulka posunů v osách y a z

12 1. Úvod 5 1 Úvod Při výběru tématu bakalářské práce mě zaujal název metody zaměřování Laserové skenování. Tato metoda vynalezena teprve v 90. letech 20. století ve Spojených státech Amerických stále nachází nová uplatnění a pomalu se rozšiřuje na světovém trhu. Oblibu této metody podporuje nenáročnost měření v terénu a rychlost získávání prostorových dat. Nevýhodou je naopak složitost vyhodnocování a nároky na hardwarové a softwarové vybavení. Při této metodě mnohonásobně převládají kancelářské práce nad terénními. Je však jen otázkou času, do jaké míry se tyto systémy a jejich výpočetní technika automatizují a značně usnadní a urychlí geodetické práce. Obsahem bakalářské práce je zaměření lehkého lanového mostu v Radotíně laserovým skenovacím systémem (LSS), vytvoření jeho 3D modelu a zhodnocení přesnosti použitého LSS Leica HDS První kapitola představí principy laserového skenování. Jsou zde popsány dva typy skenerů, polární skenery a skenery se základnou, a uvedeny základní parametry laserového skenovacího systému Leica HDS Další kapitola se týká skenovaného objektu zavěšené lávky pro pěší přes řeku Berounku v Praze 5, Radotíně. Kapitoly 4 a 5 popisují již praktické měření zadaného objektu, zpracování modelu a postup při vyhodnocení přesnosti. V kapitole 4 Práce v terénu je uveden postup měření, konfigurace stanovisek a vlícovacích bodů a další údaje z měření. Kapitola 5 Zpracování je rozdělena na 3 části: 5.1 Příprava naměřených dat, 5.2 Vyhodnocení přesnosti laserového skenovacího systému Leica HDS 3000 a 5.3 Tvorba prostorového modelu. Tyto podkapitoly rozdělené případně na další sekce podrobně popisují postup zpracování v programech Cyclone 5.6 a MicroStation v.8. K podrobným postupům jsou přiloženy i obrázky, napomáhající orientaci ve funkcích obou programů.

13 2. Laserové skenování 6 2 Laserové skenování 2.1 Princip laserového skenování Laserové skenování (Laser Scanning) je poměrně mladá metoda získávání prostorových dat. Spočívá v neselektivním určování prostorových souřadnic nějakého objektu a v jejich ukládání na pamět ové médium. Sběr dat (skenování, snímkování) se provádí pomocí skeneru řízeného nejčastěji přenosným počítačem, v němž zadáme parametry skenování (úhel vymezující zájmovou oblast, hustotu bodů...). K zobrazení a zpracování naměřených bodů, tzv. mračna, se využívá kompatibilní software vyvinutý výrobcem laserového skeneru. Celému zařízení (harware a software) se říká laserový skenovací systém. Laserové skenování nachází uplatnění v praxi při 3D modelování složitých staveb, interiérů, podzemních prostor a terénů. Využívá se k určování kubatur, profilů, sledování posunů a deformací, sledování nadzemního vedení, dokumentaci památek atd. Velkou předností této metody je mnoho naměřených bodů v krátkém časovém intervalu (stovky až tisíce bodů za sekundu), výpočet jejich souřadnic v reálném čase, možnost měření nedostupných míst, vysoká přenost daná právě množstvím nadbytečných měření, možnost dodatečného vyhodnocení dalších prvků objektu z naskenovaného mračna. Můžeme rozlišit dva typy laserových skenerů, které fungují na dvou odlišných principech určování souřadnic bodů a podle toho se liší jejich konstrukce. 2.2 Polární skenery Jde v podstatě o totální stanici s bezhranolovým dálkoměrem. Pomocí vysílaného a zpět odraženého laserového svazku se měří vzdálenosti bodů, dále se zaznamená jeho horizontální a vertikální směr. Body jsou tedy určeny prostorovými polárními

14 Skenery se základnou 7 souřadnicemi. Laserový svazek je rozmítán otáčivým hranolem či zrcadlem ve vertikálním směru, otáčením přístroje postupuje ve směru horizontálním. Vzdálenosti se měří různými způsoby: pomocí fázového, pulzního či frekvenčního dálkoměru. 2.3 Skenery se základnou Souřadnice jsou určovány na základě protínání z úhlů ze známé základny. Tyto skenery jsou vhodné pro přesnější měření na krátké vzdálenosti. Dále je dělíme na jednokamerové a dvoukamerové. 2.4 Laserový skenovací systém Leica HDS 3000 Ke zpracování své bakalářské práce jsem použila právě laserový skenovací systém Leica HDS typ skeneru: polární, pulzní úhel skenování: panoramatický (360 x 270 ) směrodatná odchylka měření: 4 mm v délce, 6 mm v poloze jednoho bodu na vzdálenost 50 m přesnost modelu plochy: 2 mm rychlost skenování: až bodů/s dosah: 300 m při 90% odrazivosti materiálu (134 m při 18% odrazivosti) kamera: vestavěná digitální kamera maximání hustota bodů: 1,2 mm optika: jednoduché zrcadlo třída laseru: 3R

15 3. Lávka v Radotíně 8 3 Lávka v Radotíně Metodou laserového skenování byla zaměřena lávka pro chodce přes řeku Berounku v části Prahy 5, Radotíně. Lávka byla postavena v letech Autorem je Ing. M. Trčka v architektonické spolupráci s AP Atelierem Praha. Stavbu zainvestoval Městský úřad Radotín. Konstrukce lávky je kombinací betonu, oceli a dřeva. Při projektování byl kladen důraz na to, aby lávka nebyla dominantou a nepřevyšovala věž radotínského kostela na pravém břehu. Základní údaje: délka přemostění: 108 m volná šířka: 2,48 m výška nad plavební hladinou: 6,5 m zatížení: 4,0 kn/m 2 v celé ploše lávky nebo jediné vozido do celkové hmotnosti 3,5 t výškové a směrové poměry: v celé délce v přímé, výškově ve střední části v zakružovacím oblouku o poloměru 469 m, navazují rampy v ideální křivce o spádu 5,565%, resp. 4,667% umožňující bezbarierový provoz Lávka byla v roce 2002 při letních povodních značně poničena. Od rekonstrukce v roce 2004 je pravidelně zaměřována. Dodnes je znatelné pokroucení celé mostovky a následný prohyb pylonu od náporu velké vody. V uložení na rampě na levém břehu je viditelný posun mostovky ve směru toku řeky.

16 4. Práce v terénu 9 4 Práce v terénu Bylo provedeno skenování lávky v Radotíně přístrojem Leica HDS datum měření: lokalita: Praha 5, Radotín, lávka pro pěší přes řeku Berounku klimatické podmínky: zataženo, t = 2 C až 5 C, p = 1020 hpa pomůcky: laserový skenovací systém Leica HDS 3000, přenosný počítač, 4 velké modrobílé kruhové terče Leica, 1 modrobílý terč Leica na výtyčce, stojan na výtyčku, optický centrovač Sokkisha AP-41, papírové terče, digitální fotoaparát Cannon EOS 350D. Lávka byla zaměřena z pěti stanovisek. Získány byly tedy čtyři mračna bodů z jihozápadní strany a jedno mračno ze severovýchodní strany. Rozmístění stanovisek (viz Obrázek 4.1) bylo zvoleno tak, aby ze čtyř mračen bylo možné porovnat přesnost zaměření této metody a aby po spojení všech mračen bylo možné vytvořit úplný podklad pro tvorbu prostorového modelu. Na stanoviskách se nejprve pomocí integrované kamery pořídily snímky okolí a podle nich se nastavil úhel Obrázek 4.1: Měřický náčrt skenování. Kvůli promněnlivé vzdálenosti stroje od objektu byla lávka na každém stanovisku skenována po více mračnech s různou hustotou měřených bodů (viz Tabulka 4.1).

17 4. Práce v terénu 10 Pro připojení výsledného modelu do místního souřadnicového systému se při skenování zaměřily i stávající podrobné body, vyznačené odraznými štítky na konstrukci mostu. Model by tak mohl být použit pro další vyhodnocování, např. pro sledování posunů. Zaměřit tyto body se však nepodařilo, ačkoliv byl na odraznou plochu štítku upevněn terč z obyčejného papíru, s otvorem uprostřed pro správné umístění na bod. Software tyto vlícovací body nedokázal rozpoznat, zřejmě kvůli nestandartní velikosti papírových terčů. Ruční vyznačení bodu nebylo možné. Speciální odrazné plochy odrážejí zpět do stejného směru téměř 100% dopadajícího laserového svazku. Pulzní detektor stroje je tak přehlcen a vzdálenost bodu se vyhodnotí chybně. Vzhledem k tomu, že v papírových terčích byl uprostřed otvor, je právě místo bodu posunuté blíže ke stroji a tvoří jakýsi kužel (viz Obrázek 4.2). Výsledné mračno použité pro modelování lávky čítá 3,5 milionů bodů (viz Obrázek 4.3). Obrázek 4.2: Mračno z části zakrytého odrazného štítku

18 4. Práce v terénu 11 Obrázek 4.3: Mračno použité pro modelování Stanovisko Část lávky rozlišení 1 mostovka 2x2cm/50m pylon 0,5x0,5cm/50m 2 1/2 mostovky 1,5x1,5cm/50m 1/2 mostovky 1,5x1,5cm/10m 3 1/3 mostovky 1,5x1,5cm/50m 1/3 mostovky 1,5x1,5cm/20m 1/3 mostovky 1,5x1,5cm/10m 4 1/3 mostovky 1,5x1,5cm/50m 1/3 mostovky 1,5x1,5cm/20m 1/3 mostovky 1,5x1,5cm/10m 5 1/2 mostovky 2x2cm/50m 1/2 mostovky 2x2cm/20m pylon 0,5x0,5cm/50m Tabulka 4.1: Rozlišení skenování na stanoviskách

19 5. Zpracování 12 5 Zpracování Pro zpracování mračen z více stanovisek se musí mračna nejprve transformovat do společného souřadnicového systému. Těchto tzv. registrací bylo provedeno více. Bylo potřeba připravit podklady jak pro vyhodnocení přesnosti laserového skeneru Leica HDS 3000, tak pro prostorové modelování lávky. 5.1 Příprava naměřených dat Pro vyhodnocení přesnosti bude použita dvojice nezávislých měření. Porovnávat se budou výsledky spojení mračen ze stanovisek 1 a 2 s kombinací mračen 3 a 4. Dvojice měření se tedy musí nejprve registrovat odděleně a poté transformovat do vhodně zvoleného souřadnicového systému. Po spuštění programu Cyclone se objeví okno Cyclone Navigator, kde se označí projekt a v nabídce Create se vybere položka Registration (viz Obrázek 5.1). Spustí se okno registrace a vyberou se mračna, která budou zahrnuta do transformace (ScanWorld Add ScanWorld). Jeden ScanWorld se označí jako hlavní, tzv. Home ScanWorld, do jehož souřadnicového systému budou transformována mračna z ostaních stanovisek. Tranformovaly se na sebe dvojice měření ze stanovisek 1 a 2 (registrace 12 ) a dvojice 3 a 4 (registrace 34 ). Mračna ze stanovisek 2 a 3 byla označena jako Home ScanWorlds. V obou registracích byly využity čtyři vlícovací body: 1001, 2002, 2004 a Registrace 12 proběhla se směrodatnou odchylkou 0,0026 m a registrace 34 se směrodatnou odchylkou 0,0019 m. Protokoly z registrací jsou uvedeny příloze. Dále byl změněn souřadnicový systém v registraci 12 tak, že počátek se zvolil ve stanovisku 2 a průběh osy x rovnoběžný s podélnou osou mostovky. Osa y byla zadána vodorovná, přibližně kolmá k lávce. Osa z doplnila soustavu sořadnic na pravotočivou. Nové souřadnice vlícovacích bodů 2002, 2004, 2005 a 1000 se exportovaly a použily k transformaci registrace 34. Tato registrace (registraceii 34 ) proběhla se

20 Vyhodnocení přesnosti laserového skenovacího systému Leica HDS Obrázek 5.1: Spuštění registrace mračen bodů v programu Cyclone směrodatnou odchylkou m. Tyto registrace byly využity pro vyhodnocení přesnosti metody laserového skenování přístrojem Leica HDS Poslední registrací bylo transformování všech mračen na sebe. Jako Home Scan- World bylo označeno mračno ze stanoviska 2. Směrodatná odchylka této registrace dosáhla hodnoty 0,0026 m. Byly využity vlícovací body 2002, 2004, 2005, Tato registrace se využije pro zpracování prostorového modelu lávky. Ve všech registracích figurovaly pouze čtyři vlícovací body, což je pro kontrolu správnosti transformace minimální počet. Ostatní body bohužel nemohly být využity. Bud nebyly viditelné v obou měřeních, nebo je kolemjdoucí posunutím znehodnotily. 5.2 Vyhodnocení přesnosti laserového skenovacího systému Leica HDS 3000 Jak bylo výše uvedeno, k vyhodnocení přesnosti skenování se použila měření ze čtyř stanovisek (1, 2, 3, 4). Posuzovaly se rozdíly dvou modelů křivky spodního okraje mostovky na jihozápadní straně lávky. První model byl vytvořen z měření

21 Vyhodnocení přesnosti laserového skenovacího systému Leica HDS na stanoviskách 1 a 2, druhý z měření na stanoviskách 3 a 4. Zpracování probíhalo v programech Cyclone 5.6 a Microstation v Postup v programu Cyclone Mračna registrace 12 a registraceii 34 sloučena do jednoho ScanWorldu byla rozdělena do dvou vrstev, aby bylo možné je rozlišit a zároveň současně zpracovávat. Mračno bylo ořezáno tak, že zbyla pouze jihozápadní část mostovky. K vyhodnocení lze v programu Cyclone využít proložení několika nadefinovaných ploch, jako např. rovinu (Patch), kvádr (Box), válec (Cylinder), kužel (Cone), kouli (Sphere) a další. V hlavní nabídce se zvolí Create Object Fit to Cloud nebo Fit Fenced. Pro křivku mostovky je nejsnazším řešením rozdělit ji na menší úseky a ty prokládat rovinami (viz Obrázek 5.2). Obrázek 5.2: Prokládání mračna rovinou Mostovka byla rozdělena na přibližně dvoumetrové segmenty určené uložením příčných nosníků, které z podélné konstrukce vystupují. V každém segmentu byly určeny 2 roviny svislá vnější a vodorovná spodní jež protnutím vytvoří spodní vnější hranu mostovky, která bude vyhodnocena. Pro snadnější ovládání lze použít nové pracovní okno, kde se vybraná část mračna zpracuje a nové objekty se následně nahrají do původního mračna. Pomocí modu

22 Vyhodnocení přesnosti laserového skenovacího systému Leica HDS Fence se vymezí zájmová oblast a po stisknutí pravého tlačítka myši se vybere Copy Fenced to New ModelSpace. Obě nezávislá měření byla vyhodnocena současně a jejich proložené roviny a průsečnice ukládány odděleně do vrstev (viz Obrázek 5.3). Výsledná množina rovin a úseček jejich průsečnic byla vytvořena z 36 segmentů lávky. Množina úseček byla exportována do formátu DXF, který je možné dále zpracovávat v programu MicroStation. Obrázek 5.3: Vyhodnocení části podélného nosníku s přehledem vrstev ve výkresu Postup v programu MicroStation Soubor s úsečkami byl převeden na soubor formátu DGN. Úsečky leží přibližně v rovině xz. Byly vytvořeny roviny kolmé k ose x definované obdélníky umístěnými funkcí AccuDraw. Vzdálenost rovin je přibližně dvoumetrová, aby roviny protínaly jednotlivé úsečky zhruba uprostřed. Funkcí Průsečík tělesa/plochy s křivkou (Nástroje 3D hlavní 3D pomůcky) se vytvořily průsečíky vždy jedné roviny a dvou identických úseček (viz Obrázek 5.4). Seznam souřadnic těchto průsečíků se exportoval do textového souboru. Poté se podle shodné x-ové souřadnice spárovaly do identických dvojic bodů.

23 Vyhodnocení přesnosti laserového skenovacího systému Leica HDS Obrázek 5.4: Průsečíky rovin s úsečkami Závěrečné vyhodnocení Vypočítaly se rozdíly souřadnic y a z identických bodů, posuny p = y 2 + z 2 a z nich směrodatná odchylka vyhodnocení skenovaného objektu. σ = ni p 2 i 2n σ p = 0, 0010m Tabulka s těmito body a jejich rozdíly souřadnic y a z je uvedena v příloze. Z výsledku vidíme, že při kvalitním naskenování s vhodným zvolením parametrů lze dosáhnout vysoké přesnosti. Přístroj Leica HDS 3000 lze tedy do jisté míry použít v inženýrské geodézii pro monitorování posunů a deformací. Tato chyba však nevypovídá o přesnosti celkového modelu lávky. Hustota snímání nebyla zdaleka ve všech částech mostu stejná. Severovýchodní strana byla nasnímána z jednoho stanoviska pouze pro doplnění prostorového tvaru lávky. Velmi detailně byl naopak nasnímán pylon, z důvodu podrobného zachycení jeho zakřivení způsobeném povodněmi roku 2002.

24 Tvorba prostorového modelu Tvorba prostorového modelu Podkladem pro tvorbu 3D modelu lávky v Radotíně byla naskenovaná mračna z pěti stanovisek a barevné fotografie lávky. Postup modelování byl analogický k postupu modelování při vyhodnocení přesnosti. V programu Cyclone se proložila požadovaná mračna bodů rovinami, jejichž průsečnice se dále exportovaly do formátu DXF. S nimi už se dále pracovalo v software MicroStation, kde se uložily ve formátu DGN. Jednotlivé soubory DGN lze propojit pomocí funkce Referenční výkres (Soubor Referenční výkres).vybrané výkresy se připojí přes menu Nástroje Připojit. Obrázek 5.5: Připojení referenčního výkresu Příčný nosník Před vytvořením jediného modelu příčného nosníku (dále příčníku) jich bylo několik z různé části mostu zkušebně oměřeno. Z naměřených výsledků se došlo k závěru, že všechny příčníky mají stejný rozměr a tvar. Výsledný model byl vytvořen ze 3 různých příčníků tak, aby každá jeho hrana byla zachycena nejméně jednou. Z mračna jednotlivých příčníků byly získány jejich stěny a následně průsečnice stěn hrany, které se exportovaly do souboru formátu DXF. V programu Micro- Station se každý příčník nejprve upravil na drátový model, následně se všechny připojily do jednoho souboru a natransformovaly na sebe. Vrcholy hran konečného modelu leží bud ve středu spojnice identických vrcholů dvou vstupních příčníků, nebo v těžišti trojúhelníku tvořeného identickými vrcholy tří vstupních příčníků.

25 Tvorba prostorového modelu 18 Rozdíly v poloze dvou identických vrcholů byly v řádech milimetrů. Obrázek 5.6: Příčník: Drátový model a model s vyplněnými hranami Drátovému modelu byly vyplněny stěny a z výsledného tělesa byla vytvořena buňka pricnik, s referenčním bodem v průsečíku levé dolní hrany příčníku s vnější západní stěnou podélného nosníku. Knihovna buňek se otevře v menu Prvek Buňky (viz Obrázek 5.7), kde se připojí konkrétní knihovna nebo se vytvoří nová, do níž se vytvořené buňky ukládají (Soubor Připojit... nebo Nová...) Jeden z příčníků, uložený na konci opěrné rampy, se od ostatních liší v šířce. Je poloviční a byl vytvořen z úplného příčníku překreslením Podélná konstrukce Při získávání hran podélné konstrukce z mračna bodů byly vybrány některé důležité křivky a úsečky. Byla to křivka spodní hrany vnější západní strany lávky, křivky tvořené na styku hlavního nosníku s dřevěnými podélnými trámy, hrany těchto trámů a opět spojnice trámů a prkeného povrchu lávky. Postup modelování těchto hran je stejný jako při hodnocení přesnosti a je popsán v kapitolách a K vyhotovení všech hran byla použita pouze jedna křivka a to opět vnější spodní hrana na jihozápadní straně mostu. Její průběh věrně kopíroval ostatní množiny

26 Tvorba prostorového modelu 19 Obrázek 5.7: Dialogové okno Knihovna buněk s připojenou knihovnou úseček vyhodnocené v programu Cyclon, tudíž nebylo potřeba sestrojovat křivky pro všechny hrany. Na východní straně lávky byly vyhodnoceny hrany pouze jednoho krajního segmentu. Na tyto úsečky se nakopírovala již zmíněná jediná křivka. Dále byly získány důležité úsečky, které určily umístění příčníků. Byly to dvě průsečnice příčníku s hlavním nosníkem. Pomocí těchto dvojic průsečnic se pak připojily příčníky do podélné konstrukce. Společně s podélnou konstrukcí se vyhodnotily hrany ramp, na nichž je lávka usazena. Na severní rampě je znatelné posunutí hlavní konstrukce ve směru toku řeky. Zábradlí, úložný práh a kotvení ocelových lan v podélné konstrukci byly vyhodnoceny a připojeny k modelu jako poslední. Podélné dřevěné trámy spočívající na příčnících vystupujících z podélné konstrukce nejsou ve výsledném modelu zobrazeny jednotlivě, ale zjednodušeně jako jeden prohnutý dřevěný nosník.

27 Tvorba prostorového modelu Pilíř a pylon Modelování pilíře a pylonu bylo celkem složité, ale zajímavé zároveň. Kotvení pylonu a opěrný systém lávky zajištěný svařenými trubkamy a I profily je vymodelován poměrně detailně. Stejně tak celý válcovitý pylon, naskenovaný ve velkém rozlišení. Při modelování pylonu byla totiž snaha zachytit i jeho pokroucení v důsledku náporu velké vody. Nebyl tedy proložen jedinou válcovou plochou, ale rozřezán na přiližně metrové úseky, které byly teprve nahrazeny válci. U každého válce byly zjištěny dvě úsečky osa válce a jedna povrchová úsečka. Tyto úsečky byly opět exportovány do formátu DXF a zpracovány v programu MicroStation. Po přeměření rozměrů válců bylo zjištěno, že pylon má po celé své délce konstantní průměr. Spojením dvou krajních bodů a středů os válců se tedy vytvořila křivka, podél níž se pomocí funkce Vytáhnout podél trasy (Nástroje 3D hlavní 3D konstrukce) zadáním odměřeného poloměru vytvořilo těleso věrně popisující pokroucený tvar ložený plochami Obrázek 5.8: Segment pylonu pro- pylonu. Současně s prokládáním segmentů válcovými plochami byla vyhodnocena i žebra, která mění v průběhu pylonu svůj tvar. V tomto případě se exportovaly úsečky definující kraje žeber. Z nich se stejným způsobem jako u osy pylonu vykreslily čtyři křivky. Z dvojice protilehlých křivek, jejichž koncové body se spojí úsečkami, budou vytvořeny plochy. Věrně zachycený tvar deformovaného pylonu je vidět na obrázku Plochy a textury Pomocí funkcí Vytvořit uzavřený řet ězec (Nástroje Hlavní Skupiny) a Konstrukce plochy hranami: Plát o n-stranách ( Nástroje Vytvořit plochu Vytvořit plochy) byly drátovým modelům vyplněny stěny. Pro vytvoření plochy lze použít i

28 Tvorba prostorového modelu 21 Obrázek 5.9: Pylon: Drátový model a v režimu Phongovo stínování funkci Smart line, kdy se vykreslená uzavřená křivka automaticky uloží jako plocha. Tam, kde plochy nebyly součástí tělesa, ale jen samotnými pláty (např. žebra pylonu, I profily), se těmto plochám přidala tloušt ka funkcí Vyvořit těleso definováním tloušt ky (Nástroje 3D Hlavní 3D konstrukce). Části lávky byly modelovány systematicky ve vrstvách barevně odlišených. To je výhodné pro práci s modelem, kdy lze některé vrstvy vypnout a ponechat viditelnou jen část, s níž se právě pracuje. Po propojení všech částí mostu do jednoho souboru DGN byly vrstvám přiřazeny materiály (Nastavení Rendering Přiřadit materiály). V okně této funkce se zvolí paleta, z níž bude materiál vybrán (Soubor Otevřít paletu). Palety jsou rozdělené podle druhu materiálu (Metals.pal, Woods.pal,...). Přes menu Funkce Přiřadit výběrem lze materiál přiřadit vrstvě, kterou označíme ve výkresu kliknutím levého tlačítka myši. Materiál je možné i upravit dle vlastní potřeby (Nastavení Rendering Definovat materiály Nový...). Pro povrch lávky z dřevěných fošen byl vytvořen materiál tak, že průhlednost materiálu se nastavila na 0 a v části okna Mapa se jako vzor vybral soubor drevo.jpg zhotovený vyříznutím z fotografie. Některé prvky určitých vrstev se nezobrazily s přiřazeným materiálem. Materiál se tak musel připojit přímo k těmto prvkům. Byly to například žebra, čili složený

29 Tvorba prostorového modelu 22 prvek, který jako celek nepatřil do jedné vrstvy. Obrázek 5.10: Přiřazení materiálu jednotlivým vrstvám Obrázek 5.11: Definování nových materiálů Vizualizace Na závěr bylo nastaveno osvětlení modelu (Nástroje Vizualizace Rendering Vytvořit/Upravit světelné schéma). Zvolí se Celkové světlo a tím se otevře dialogové okno (viz Obrázek 5.12), kde se nastaví intenzita rozptýleného světla, blesku, osvětlení slunce a rozlišení slunečného stínu. Dále se zadají přibližné zeměpisné souřadnice objektu a denní doba. Pro správné natočení ke slunci a zobrazení stínu se ještě ve výkresu definuje směr k severu.

30 Tvorba prostorov eho modelu 23 Prezentace modelu je v digit aln ı podobˇe na CD ve formˇe obr azk u a kr atk eho videa s pr uletem l avkou. Video ve form atu FLC vygenerovan e pˇr ımo z programu MicroStation lze spustit v aplikaci Media Player Classic. Video ve form atu MPEG-4 (prelet.avi ) lze spustit ve vˇetˇsinˇe videopˇrehr avaˇc u, avˇsak jeho kvalita v d usledku ztr aty dat pˇrevodem z FLC je horˇs ı. Obr azek 5.12: Nastaven ı osvˇetlen ı v ykresu Obr azek 5.13: Model l avky s pˇripojen ymi materi aly v Phongovˇe st ınov an ı

31 6. Závěr 24 6 Závěr Cílem práce bylo vytvoření prostorového modelu lávky v Radotíně a zhodnocení přesnosti použitého laserového skenovacího systému Leica HDS Ke zpracování naměřených dat a vytvoření modelu byly použity programy Cyclone 5.6 a MicroStation v.8. Zpracování modelu předcházelo jednodenní skenování v terénu. Přestože bylo během něj znehodnoceno několik vlícovacích bodů kolemjdoucími chodci, měření bylo vyhovující pro vytvoření modelu i pro zhodnocení přesnosti. Pro transformace (tj. registrace) mračen bodů byly použity vždy nejméně 4 body, tudíž proběhlo vyrovnání. Směrodatné odchylky registrací se pohybovaly mezi 1,9-2,6 mm. Výsledek zhodnocení přesnosti laserového skenovacího systému Leica HDS 3000 příjemně překvapil. Ze dvou nezávislých měření se posuzovaly y-ové a z-ové souřadnice 36 identikých bodů ležících na křivce spodní hrany jihozápadní strany mostovky. Směrodatná odchylka v poloze těchto bodů je 1,0 mm. Modelování lávky probíhalo ve dvou fázích. V první fázi byly v programu Cyclone části mračen proloženy plochami, jejichž průsečnice se pak exportovaly do souborů DXF. V druhé fázi se tyto soubory v programu MicroStation převedly do formátu DGN, v nichž se z množin úseček modelovaly jednotlivé části lávky. Všechny soubory se poté propojily do jednoho modelu v souboru lavka Radotin.dgn. Model lze použít k prezentačním účelům, různým vizualizacím a k připojení do aplikací jako je třeba GoogleEarth. Sloužit může jako další dokumentace stavby. Z výsledků hodnocení přesnosti vyplývá, že laserové skenování (konkrétně laserový skenovací systém Leica HDS 3000) je možné využít do jisté míry také ke sledování posunů a deformací. Výhodou je zachycení v krátkém časovém intervalu velké množstní sledovaných prostorových dat, z nichž lze vybírat data ke zpracování, případně některá dodatečně vyhodnotit. Laserové skenování má tedy v budoucnosti geodézie, stavebnictví a dalších oborů

32 6. Závěr 25 techniky jisté uplatnění. Vše však záleží na vývoji počítačové techniky. Oproti velmi rychlé a efektivní práci v terénu je totiž zpracování naměřených dat poměrně zdlouhavé a hlavně náročné na hardwarové vybavení.

33 Literatura 26 Literatura [1] KAŠPAR, Milan, et al. Laserové skenovací systémy ve stavebnictví. [s.l.] : [s.n.], s. [2] BOOTH, Stephen. Measured Building Surveys. Building conservation [online] [cit ].Dostupný z WWW: < measuredbsurveys.htm>. [3] Leica Geosystems AG. Leica HDS3000 Product Specifications [online] [cit ]. Dostupný z WWW: < geosystems.com/hds/en/leica HDS3000.pdf>. [4] JOSEF, Dušan. Encyklopedie mostů v Čechách, na Moravě a ve Slezsku [online] [cit ]. Dostupný z WWW: <

34 Přílohy 27 Přílohy Měřický náčrt

35 Přílohy 28 Registrace Registrace měření na stanoviskách 1 a 2 (registrace 12 ) Status: VALID Registration Mean Absolute Error: for Enabled Constraints = m for Disabled Constraints = m Date: :43:04 Database name : lavka radotin ScanWorlds ScanWorld 1 ScanWorld 2 (Leveled) Constraints Name ScanWorld ScanWorld Type On/Off Weight Error Error Vector Horz Vert TargetID:2002 ScanWorld 1 ScanWorld 2(Leveled) Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2004 ScanWorld 1 ScanWorld 2(Leveled) Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2005 ScanWorld 1 ScanWorld 2(Leveled) Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:1001 ScanWorld 1 ScanWorld 2(Leveled) Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m ScanWorld Transformations ScanWorld 1 translation: ( , , ) m rotation: ( , , ): deg ScanWorld 2 (Leveled) translation: (0.0000, , ) m rotation: (0.0000, , ):0.000 deg Unused ControlSpace Objects ScanWorld 1: Vertex : TargetID : 2001 Vertex : TargetID : 2003 Registrace měření na stanoviskách 3 a 4 (registrace 34 ) Status: VALID Registration Mean Absolute Error: for Enabled Constraints = m for Disabled Constraints = m Date: :46:04 Database name : lavka radotin ScanWorlds ScanWorld 3 ScanWorld 4 Constraints Name ScanWorld ScanWorld Type On/Off Weight Error Error Vector Horz Vert TargetID:2002 ScanWorld 3 ScanWorld 4 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2004 ScanWorld 3 ScanWorld 4 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2005 ScanWorld 3 ScanWorld 4 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:1001 ScanWorld 3 ScanWorld 4 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m ScanWorld Transformations ScanWorld 3 translation: (0.0000, , ) m rotation: (0.0000, , ):0.000 deg ScanWorld 4 translation: ( , , ) m rotation: (0.0001, , ): deg Unused ControlSpace Objects : none Transformace ScanWorldu registrace 34 do nového souřadnicového systému zvoleného ve ScanWorldu registrace 12 Status: VALID Registration Mean Absolute Error: for Enabled Constraints = m for Disabled Constraints = m Date: :24:20 Database name : lavka radotin ScanWorlds ScanWorld [34] novy12(leveled)

36 Přílohy 29 Constraints Name ScanWorld ScanWorld Type On/Off Weight Error Error Vector Horz Vert TargetID:2002 ScanWorld[34] novy12(leveled) Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2004 ScanWorld[34] novy12(leveled) Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2005 ScanWorld[34] novy12(leveled) Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:1001 ScanWorld[34] novy12(leveled) Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m ScanWorld Transformations ScanWorld [34] translation: ( , , ) m rotation: ( , , ): deg novy12(leveled) translation: ( , , ) m rotation: (0.0000, , ):0.000 deg Unused ControlSpace Objects ScanWorld [34]: Vertex : TargetID : 1001 Vertex : TargetID : 2002 Vertex : TargetID : 2004 Vertex : TargetID : 2005 novy12(leveled): Vertex : TargetID : 2001 Vertex : TargetID : 2003 Registrace měření na všech stanoviskách Status: VALID Registration Mean Absolute Error: for Enabled Constraints = m for Disabled Constraints = m Date: :36:16 Database name : lavka radotin ScanWorlds ScanWorld 1 ScanWorld 2 (Leveled) ScanWorld 3 ScanWorld 4 ScanWorld 5 Constraints Name ScanWorld ScanWorld Type On/Off Weight Error Error Vector Horz Vert TargetID:2002 ScanWorld 2(Leveled) ScanWorld 1 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2004 ScanWorld 2(Leveled) ScanWorld 1 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2005 ScanWorld 2(Leveled) ScanWorld 1 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:1001 ScanWorld 2(Leveled) ScanWorld 1 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2002 ScanWorld 1 ScanWorld 3 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2004 ScanWorld 1 ScanWorld 3 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2005 ScanWorld 1 ScanWorld 3 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:1001 ScanWorld 1 ScanWorld 3 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2002 ScanWorld 1 ScanWorld 4 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2004 ScanWorld 1 ScanWorld 4 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2005 ScanWorld 1 ScanWorld 4 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:1001 ScanWorld 1 ScanWorld 4 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2001 ScanWorld 1 ScanWorld 5 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2003 ScanWorld 1 ScanWorld 5 Coincident:Vertex-Vertex Of m ( , , )m m m TargetID:2005 ScanWorld 1 ScanWorld 5 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:1001 ScanWorld 1 ScanWorld 5 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2002 ScanWorld 2(Leveled) ScanWorld 3 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2004 ScanWorld 2(Leveled) ScanWorld 3 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2005 ScanWorld 2(Leveled) ScanWorld 3 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:1001 ScanWorld 2(Leveled) ScanWorld 3 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2002 ScanWorld 2(Leveled) ScanWorld 4 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2004 ScanWorld 2(Leveled) ScanWorld 4 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2005 ScanWorld 2(Leveled) ScanWorld 4 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:1001 ScanWorld 2(Leveled) ScanWorld 4 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2005 ScanWorld 2(Leveled) ScanWorld 5 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:1001 ScanWorld 2(Leveled) ScanWorld 5 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2002 ScanWorld 3 ScanWorld 4 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2004 ScanWorld 3 ScanWorld 4 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2005 ScanWorld 3 ScanWorld 4 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:1001 ScanWorld 3 ScanWorld 4 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2005 ScanWorld 3 ScanWorld 5 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:1001 ScanWorld 3 ScanWorld 5 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:1001 ScanWorld 4 ScanWorld 5 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m TargetID:2005 ScanWorld 4 ScanWorld 5 Coincident:Vertex-Vertex On m ( , , )m m m ScanWorld Transformations ScanWorld 1 translation: ( , , ) m rotation: ( , , ): deg ScanWorld 2 (Leveled) translation: ( , , ) m rotation: (0.0000, , ):0.000 deg ScanWorld 3 translation: ( , , ) m

37 Přílohy 30 rotation: ( , , ): deg ScanWorld 4 translation: ( , , ) m rotation: (0.0000, , ): deg ScanWorld 5 translation: ( , , ) m rotation: ( , , ): deg Unused ControlSpace Objects : none

38 Přílohy 31 Zhodnocení přesnosti - tabulka posunů v osách y a z Měření 1 Měření 2 Rozdíly Bod x [m] y [m] z [m] y [m] z [m] y [m] z [m] p [m] 1 13, , , , ,6385 0,0026-0,0003 0, , , , , ,0302 0,0014 0,0007 0, , , , , ,4604 0,0010 0,0001 0, , , , , ,5162 0,0007 0,0001 0, , , , , ,6026-0,0002 0,0001 0, , , , , ,7042-0,0001-0,0006 0, , , , , ,8005-0,0005 0,0003 0, , , , , ,8878-0,0005-0,0003 0, , , , , ,9772 0,0018-0,0001 0, , , , , ,0705 0,0009-0,0006 0, , , , , ,1529 0,0007-0,0004 0, , , , , ,2343 0,0011 0,0006 0, , , , , ,3123 0,0009 0,0004 0, , , , , ,3725 0,0007 0,0008 0, , , , , ,4295 0,0010 0,0007 0, , , , , ,4771 0,0008 0,0014 0, , , , , ,5061 0,0007 0,0008 0, , , , , ,5239 0,0013 0,0006 0, , , , , ,5289 0,0014 0,0007 0, , , , , ,5211 0,0012 0,0010 0, , , , , ,5008 0,0009 0,0007 0, , , , , ,4735 0,0007 0,0015 0, , , , , ,4352 0,0002 0,0025 0, , , , , ,3845 0,0004 0,0021 0, , , , , ,3329 0,0002 0,0022 0, , , , , ,2687 0,0000 0,0018 0, , , , , ,2003 0,0004 0,0022 0,0022

39 Přílohy 32 Měření 1 Měření 2 Rozdíly Bod x [m] y [m] z [m] y [m] z [m] y [m] z [m] p [m] 28 69, , , , ,1268 0,0003 0,0025 0, , , , , ,0458 0,0001 0,0017 0, , , , , ,9528-0,0004 0,0011 0, , , , , ,8490-0,0009 0,0000 0, , , , , ,7432-0,0005 0,0012 0, , , , , ,6376-0,0006 0,0010 0, , , , , ,5351 0,0006 0,0008 0, , , , , ,4392-0,0002-0,0002 0, , , , , ,3423 0,0002 0,0006 0,0006 Tabulka 6.1: Tabulka posunů v osách y a z

40 Pˇr ılohy 33 Obr azky Obr azek 6.1: Zobrazen ı l avky v reˇzimu Ray Tracing Obr azek 6.2: Zobrazen ı l avky v reˇzimu Phongova st ınov an ı

41 Pˇr ılohy 34 Obr azek 6.3: Rampa na lev em bˇrehu v reˇzimu Phongova st ınov an ı Obr azek 6.4: Prav y bˇreh v reˇzimu Phongova st ınov an ı

42 Pˇr ılohy 35 Obr azek 6.5: Pylon v reˇzimu Phongova st ınov an ı Obr azek 6.6: Detail uloˇzen ı pylonu v reˇzimu Phongova st ınov an ı