Nowoczesne standardy inwentaryzacji geodezyjnej: Jak technologie Reality Capture zmieniają współczesne pomiary terenowe – na przykładzie urządzenia Topcon CR-H1 oraz aplikacji Pix4Dmatic
Reality Capture w nowoczesnych pomiarach geodezyjnych
Współczesne pomiary geodezje przechodzą obecnie fundamentalną transformację. Stosowane powszechnie tradycyjne metody pomiarowe, które opierają się na punktowej rejestracji danych za pomocą tachimetrów czy odbiorników GNSS mimo wysokiej dokładności posiadają dość istotne ograniczenia. Są czasochłonne, wymagają bezpośredniego dostępu do mierzonego obiektu i dostarczają zwykle wyrywkowej informacji przestrzennej. Dlatego możemy zaobserwować wyraźny wzrost popularności takich systemów jak BIM oraz koncepcji Cyfrowych Bliźniaków (Digital Twins). W związku z czym, inżynierowie czy inwestorzy, oczekują danych kompletnych, bezbłędnych i pozyskanych w jak najkrótszym czasie.
Odpowiedzią na te wymagania jest tzw. technologia Reality Capture - w szczególności wideogrametria wspierana pozycjonowaniem satelitarnym GNSS. W miejsce pomiaru punktowego, który tylko częściowo oddaje faktyczne odwzorowanie danego obiektu, "zamrażamy" rzeczywistość zapisując ciągły obraz wideo, z którego algorytmy obliczeniowe rekonstruują pełnowymiarowe środowisko 3D.
Inwentaryzacja geodezyjna 3D bez konieczności ponownego pomiaru
Rejestrowanie danych 3D zgromadzonych w ten sposób zabezpiecza nas dodatkowo przed omyłkowym „pominięciem” pomiaru istotnych elementów obiektu, lub też daje możliwość wygenerowania dodatkowych informacji o których nie pomyśleliśmy w dniu pomiaru - w późniejszym czasie, bez konieczności powrotu na teren budowy.
Aby zobrazować w jaki sposób wideogrametria optymalizuje i przyśpiesza proces inwentaryzacji prezentujemy przykład, który skupia się na jednym z najbardziej wymagających, a zarazem powszechnych zadań geodezyjnych: inwentaryzacji podziemnej infrastruktury wod-kan przed jej zasypaniem.
Inwentaryzacja podziemnej infrastruktury wodkan
Otwarty wykop wodno-kanalizacyjny z odsłoniętym skomplikowanym węzłem sieci (zasuwy, trójniki kołnierzowe, mufy, czy przewody krzyżujące się pod różnymi kątami) to codzienność dla osób zajmujących się pomiarami geodezyjnymi na sieciach wod-kan w przedsiębiorstwach miejskich czy też w sektorze prywatnym. Często dostęp do takiego miejsca jest ograniczony czasowo, co i w tym przypadku wymagało natychmiastowego działania. Geodeta miał krótką chwilę na wykonanie pomiaru, podczas gdy standardowa inwentaryzacja punktowa zajęłaby kilkukrotnie więcej czasu i nie oddałaby w pełni faktycznego ułożenia i gabarytów kształtek.
Topcon CR-H1 i Pix4Dcatch w mobilnym skanowaniu geodezyjnym
W celu optymalizacji pracy wykorzystano zestaw do mobilnego skanowania i wideogrametrii: urządzenie Topcon CR-H1 – zaawansowany, mobilny system pomiarowy, który integruje pracę smartfona (wymagany iPhone w wersji Pro z wbudowanym LiDAR-em) oraz precyzyjny odbiornik GNSS - HiPer CR. Całość zamontowana jest na ergonomicznym uchwycie dedykowanym do tych urządzeń. System w czasie rzeczywistym korzysta z poprawek RTK, dzięki czemu może pracować z centymetrową dokładnością. Za gromadzenie danych w terenie odpowiada aplikacja Pix4Dcatch.
Pix4Dmatic – przetwarzanie danych i tworzenie cyfrowego bliźniaka wykopu
Za przetworzenie oraz edycję pozyskanych wyników pomiarowych odpowiadało desktopowe oprogramowanie Pix4Dmatic. Jest to nowoczesny program fotogrametryczny, specjalnie zoptymalizowany pod kątem pracy z ogromnymi zbiorami danych. W procesie naszej inwentaryzacji wykopu stanowił „mózg” całego zadania. Program automatycznie połączył wysoką precyzję sygnału RTK z odbiornika GNSS z danymi obrazowymi. Przekształcił surowe nagranie wideo w centymetrowo dokładny cyfrowy bliźniak wykopu, gotowy do natychmiastowej wektoryzacji CAD.
Jak wygląda pomiar wideogrametryczny wykopu?
Metodologia pomiaru uległa całkowitej zmianie w stosunku do klasycznych metod stosowanych w geodezji. Zamiast mierzyć pikiety pojedynczych elementów, operator uruchomił rejestrację w aplikacji Pix4Dcatch na urządzeniu Topcon CR-H1 i przeszedł wzdłuż wykopu. W celu uzyskania jak najlepszego modelu i oddania charakterystyki mierzonych obiektów zalecane jest obejście ich z urządzeniem możliwie z każdej strony – również pod przewodem, jeśli warunki na to pozwalają. Trajektorię przejścia reprezentują zielone znaczniki, które są widoczne na poniższych ujęciach.
Kamera o wysokiej rozdzielczości nieustannie rejestrowała nakładające się na siebie klatki wideo (tzw. wideogrametria), podczas gdy LiDAR wspomagał tworzenie chmury punktów. Równocześnie odbiornik GNSS zapewniał precyzyjne pozycjonowanie RTK.
W celu zwiększenie dokładności wpasowania całego modelu w układ współrzędnych założono 3 fotopunkty, które zostały pomierzone odbiornikiem Topcon HiPer CR.
Bezpieczne wykonywanie pomiarów geodezyjnych w trudno dostępnych miejscach
W tym przypadku zejście do wykopu było stosunkowo łatwe i nie wiązało się z dużym ryzykiem. Często jednak zdarzają się sytuacje, w których pomiar należy wykonać z odpowiedniej odległości, aby ograniczyć narażenie operatora na potencjalny wypadek. Stanowi to kolejną korzyść wynikającą z zastosowania tego typu technologii.
Tworzenie chmury punktów w Pix4Dmatic
Zgromadzony zestaw danych w postaci setek ujęć o wysokiej rozdzielczości trafia następnie na stację roboczą i oprogramowanie Pix4Dmatic. Wyniki dzięki funkcji drag & drop (przeciągnij i upuść) zostały łatwo i szybko zaimportowane do aplikacji. Silnik obliczeniowy programu bez problemu i w krótkim czasie przetworzył dużą ilość informacji pomiarowych. Oprogramowanie połączyło klatki wideo z danymi geoprzestrzennymi, tworząc trójwymiarową, kolorową i poprawnie geometryczną chmurę punktów. Pix4Dmatic zrekonstruował i wyodrębnił załamania terenu, wyraźne obrysy rur sieciowych oraz szczegóły instalacyjnej armatury wod-kan.
Wektoryzacja i analiza danych pomiarowych w Pix4Dmatic
Wygenerowane dane można wyeksportować do niezależnych aplikacji zewnętrznych w postaci np. siatki mesh, chmury punktów czy ortomozaiki (ortofotomapy) wykorzystując najpopularniejsze formaty plików. Niemniej Pix4Dmatic posiada bogatą gamę funkcji rysunkowych i edycyjnych z których skorzystaliśmy, aby dokonać interesujących nas obliczeń oraz zinwentaryzowania obiektów przed zasypaniem wykopu.
Obliczenie powierzchni wykopu
Najważniejsze korzyści zastosowania Topcon CRH1 i Pix4Dmatic
Reasumując, jedną z głównych zalet wykorzystania zestawu Topcon CR-H1 oraz Pix4Dmatic jest "zamrożenie rzeczywistości". Nie dokonujemy pomiaru kilku punktów lecz kopiujemy cały wykop do pamięci swojego komputera. Jeśli za jakiś czas inwestor zapyta nas o średnicę trójnika lub spadek na złączce, informacje te można bez problemu wyciągnąć z chmury punktów.
Klasyczne pomiary geodezyjne dokonane za pomocą zestawu GNSS czy tachimetru (uwzględniając utrudnienia w wykopie) zajęłyby wiele godzin. Topconem CR-H1 zaledwie chwilę. Natomiast czas przetwarzania danych w programie Pix4Dmatic skrócił obliczenia kameralne o blisko połowę w porównaniu do standardowego oprogramowania fotogrametrycznego.
Zastosowanie technologii wideogrametrycznej zupełnie zmieniło podejście do inwentaryzowania obiektu takiego jak wykop wod-kan. Pomiar powykonawczy czy też związany z awarią sieci ze względu na swoją specyfikę nie byłby możliwy do ponowienia w krótkiej perspektywie czasu bądź byłby bardzo kosztowny. Archiwizacja w postaci metadanych wykopu i jego infrastruktury stała się nie tylko fotograficznym udokumentowaniem istniejącego stanu rzeczy, ale przede wszystkim w pełni metrycznym.
Tomasz Witkowski
Regionalny Manager Sprzedaży – Geodezja klasyczna
