Mūsdienīgas uzmērīšanas tehnoloģijas

Šobrīd arvien vairāk tiek runāts par BIM (Būves informācijas modelēšana) un regulētu būvniecību. Būvniecības izpētē BIM tehnoloģijas ieviešana nozīmē augstākas prasības uzmērīšanas datu kvalitātei. Lai izstrādātu BIM projektu, ir nepieciešami precīzi izejas dati 3D formātā, kas patiesi raksturo esošo situāciju. To iegūšana ar tradicionālām uzmērīšanas metodēm ir ļoti laikietilpīga vai vispār neiespējama. No izejas datu kvalitātes ir atkarīga gan projekta, gan būvniecības kvalitāte.

Tādēļ SIA "Latvijasmernieks.lv", sadarbībā ar Igaunijas uzņēmumu "Reaalprojekt OÜ" un Somijas uzņēmumu "VRT Finland Oy" veicina mūsdienīgu uzmērīšanas tehnoloģiju ieviešanu.

Papildus ierastajām darbībām, tiek attīstīti trīs darbības virzieni:
- 3D lāzerskenēšana;
- aerouzmērīšana ar droniem;
- zemūdens konstrukciju izpēte.

Lai izvēlētos katram konkrētam gadījumam piemērotāko tehnoloģiju, ir labi zināt to darbības pamatprincipus un izmantošanas iespējas.

3D lāzerskenēšana
Lāzerskenēšanas tehnoloģija ir pastāvējusi jau gadu desmitiem, bet tikai pēdējo desmit gadu laikā ir notikusi strauja lāzerskeneru un to programmatūru attīstība, pateicoties kurai šī uzmērīšanas metode ir sākusi aizstāt tradicionālās uzmērīšanas metodes. Galvenokārt tas notiek situācijās, kad par objektu ir nepieciešama detalizēta informācija. Tradicionālās metodes vēl joprojām ir aktuālas, ja nepieciešams uzmērīt atsevišķu punktu atrašanās vietas vai attālumus, jāveic atzīmēšanas darbi būvlaukumā u.tml.

Atkarībā no pielietošanas mērķa, tiek ražoti ļoti dažādi lāzerskeneri. Būtiska lāzerskenera sastāvdaļa ir lāzera attāluma mērītājs, kas noraida lāzera starus un, balstoties uz to atstarojumu, nosaka attālumu līdz objektam. Ja ir zināmas lāzerskenera atrašanās vietas koordinātes, kā arī lāzera stara virziens attiecībā pret koordinātu sistēmu, iespējams noteikt arī uzmērāmā punkta koordinātes. 

Mūsdienīgs lāzerskeneris ļauj izsūtīt līdz 1 000 000 lāzera impulsus sekundē un tādā veidā uzmērīt apkārtējo vidi ar ātrumu līdz 1 000 000 koordinēto punktu sekundē. Būtiski zināt, ka lāzerskeneris "neredz" aiz stūriem vai cauri objektiem. 

Var izdalīt trīs lāzerskenēšanas veidus:
1. Lāzerskenēšana no fiksētas pozīcijas (Terrestrial laser scanning) – uzmērīšanas brīdī lāzerskeneris atrodas uz stacionāras pamatnes (statīva). Kad vienā vietā uzmērījums ir veikts, lāzerskeneris tiek pārvietots uz jaunu vietu un tā vairākas reizes, līdz viss objekts ir noklāts ar "punktu mākoni".
Šī metode ir galvenokārt piemērota kompaktu objektu uzmērīšanai, piemēram, ēkas, tilti, stāvvietas, īsāki ceļa posmi utt. Tiek nodrošināta dažu milimetru precizitāte. 
2. Mobilā lāzerskenēšana (Mobile laser scanning) – lāzerskeneris atrodas uz kustīgas pamatnes (automašīna, vagons, laiva, ATV). Arī kustīgas iekārtas gadījumā katrā uzmērīšanas brīdī ir būtiski zināt lāzerskenera atrašanās vietu, tādēļ lāzerskenerim jābūt sinhronizētam ar GPS vai IMU iekārtu (Global Positioning System un Inertial Measurment Unit). Tas gan paaugstina uzmērīšanas sistēmas izmaksas.  
Mobilā lāzerskenēšanas metode ir piemērota lieliem līnijveida objektiem, piemēram, šosejām, dzelzceļiem, ielu tīkliem, ostu piestātnēm, krasta līnijām utt. Tiek nodrošināta precizitāte centimetros.
3. Aerolāzerskenēšana (Aerial laser scanning) – tās gadījumā bieži vien tiek izmantots termins LIDAR (no vārdiem Light un Radar). Iekārta ir piestiprināta lidmašīnai, helikopteram vai dronam. 

Aerolāzerskenēšana ļauj iegūt informāciju arī par augsni zem augu valsts, ko nenodrošina aerofotografēšana, jo daļa lāzera staru starp augiem nonāk līdz zemes virsmai. Tiek nodrošināta precizitāte decimetros.

Lāzerskenēšanas rezultātā tiek iegūts punktu mākonis (point cloud), kas apstrādes gaitā tiek izveidots par punktu mākoņa modeli un piesaistīts koordinātu sistēmai (georeferencing). Punktu mākonis sastāv no miljoniem punktu, katrs punkts satur informāciju par savas atrašanās vietas koordinātēm un signāla atstarojuma intensitāti, bieži vien arī RGB informāciju (ja vienlaikus ar skenēšanu ir veikta arī fotografēšana).

Punktu mākonis ir dokuments par uzmērītās teritorijas vai objekta aktuālo stāvokli. Punktu mākoni var izmantot dažādos veidos un dažādiem mērķiem:
- punktu mākonis kā projektēšanas izejas dati, kā fona references informācija izstrādājamā projekta modelim;
- no punktu mākoņa var izveidot 2D griezumus un, balstoties uz tiem, izstrādāt 2D rasējumus;
- no punktu mākoņa var izstrādāt dažādus 3D modeļus (augsnes modeļi, solid-modeļi);
- izmaiņu monitorings – salīdzinot dažādos laika brīžos iegūtus punktu mākoņus, iespējams konstatēt notikušās izmaiņas;
- kontrolmērījumi – salīdzinot kontrolmērījumos iegūtos punktu mākoņus ar projektu, var konstatēt novirzes no projekta;
- infrastruktūras inventarizācija un analīze – punktu mākonī iespējams filtrēt ceļazīmes, barjeras, ceļa apzīmējumus utt., un analizēt ceļa seguma un ceļa apzīmējumu stāvokli, veikt satiksmes drošības analīzi u.tml. 
- kā arī daudz ko citu.

Bieži vien vienlaikus lāzerskenēšanai tiek veikta arī fotografēšana. Tā rezultātā tiek iegūts punktu mākonis ar reālajām krāsām, kas, piemēram, mobilās un aeroskenēšanas gadījumā atvieglo informācijas apstrādi.

Lāzerskenēšanas rezultātu precizitāte un kvalitāte ir atkarīga no daudziem apstākļiem, piemēram, no izvēlētās iekārtas un metodes, no pamattīkla un kontrolpunktu skaita, izvietojuma un precizitātes, no laikapstākļiem utt. Visbūtiskākais ir darba īstenotāja zināšanas un pieredze. Jārēķinās ar to – jo precīzākus rezultātus vēlamies iegūt, jo dārgāk tas izmaksās. Praksē bieži vien ir vēlme saņemt datus ar 1 mm precizitāti, lai gan patiesībā pilnīgi pietiktu arī ar 1 cm precizitāti. 

Latvijasmernieks.lv izmanto lāzerskeneri "Leica ScanStation P20". Galvenokārt to izmantojam kā fiksētas pozīcijas iekārtu, lai gan to iespējams izmantot arī kā mobilās iekārtas daļu. Sadarbībā ar mūsu Somijas partneriem (VRT Finland) Latvijā un Anglijā esam īstenojuši vairākus ostu būvju mobilās skenēšanas projektus (lāzerskeneris tika piestiprināts laivai un sinhronizēts ar GPS un IMU iekārtām, kā arī ar sonāru).

Mūsu mātesuzņēmumam Igaunijā "Reaalprojekt OÜ" ir aerolāzerskenēšanas pieredze Rail Baltic Igaunijas trases uzmērīšanā. Sadarbībā ar Igaunijas Zemes dienestu tika īstenota gaidāmo Rail Baltic Igaunijas trašu variantu aeroskenēšana un fotografēšana (joslas platums 1 km un kopējais garums vairāk nekā 200 km). Lai iegūtu M1:1000 topogrāfisko pamatni, papildus tika veikti virszemes uzmērījumi (caurtekas u.c. detaļas, kas netika iegūtas no lidmašīnas). Aerofotogrāfiju un LIDAR datu apstrāde tiek veikta sadarbībā ar Francijas uzņēmumu "FIT-Conseil".

Lāzerskenēšanā iegūtais punktu mākonis Kazanas baznīcai Tallinā       











3D BIM modelis Tallinas ostas terminālim











Aerouzmērīšana no drona
Aerofotogrammetrijas uzmērīšanas metode ir tikpat sena kā aviācija. Vēl nesen tā bija ļoti dārga metode un attaisnoja sevi tikai lielu apjomu gadījumā. Dronu tehnoloģiju, digitālās fotogrāfijas un datu apstrādes attīstība ir padarījusi aerouzmērīšanu par pieejamu visiem un par ekonomiski izdevīgu arī mazāku projektu gadījumā. 

Bezpilota lidaparāti (droni, UAV, UAS) iedalās multirotoru lidaparātos (helikopters) un lidaparātos ar spārniem (lidmašīna), kas savukārt darbojas vai nu ar akumulatoru, vai iekšdedzes dzinēju. Lai veiktu uzmērīšanu, dronam tiek piestiprināta kamera (papildus parastajai kamerai, multi-kamera vai hiperspektrālā kamera) un/vai lāzerskeneris (Lidars). Vieglie, droniem piemērotie Lidari ir tirgū ienākuši pāris pēdējo gadu laikā.

Aerofotogrammetrijas pamatprincips ir tāds, ka objekts tiek "nosegts" ar attēliem, kas savstarpēji pārklājas (vismaz par 60%). Objektā tiek uzstādīts virszemes kontrolpunktu tīkls, kam ir zināmas koordinātes, kas tiek atsevišķi iezīmētas uz fotogrāfijām (balti kvadrāti, krusti). Vēlākas apstrādes gaitā no iegūtajām fotogrāfijām tiek izveidots ortofoto un reljefa modelis. Rezultātu precizitāte un mērogs ir atkarīgs no kameras rezolūcijas, lidojuma augstuma, virszemes tīkla blīvuma u.c. faktoriem. 

Uzmērīšanas no fotogrāfijām trūkums ir tas, ka augstuma/dziļuma koordinātes (Z, H) nav tik precīzas kā plaknes koordinātes (X, Y). Tāpat fotogrāfijās nevar izšķirt zemes virsmu, kas atrodas zem augu valsts. Lidars dod precīzākas augstuma/dziļuma koordinātes, jo tās tiek mērītas uzreiz ar lāzera staru. Lidara priekšrocība ir tā, ka daļa lāzera staru starp augu valsti nonāk līdz zemes virsmai. Lidara trūkums ir šobrīd vēl ļoti augstā cena.

Infrastruktūru būvniecības nozarē aerouzmērīšana tiek izmantota topogrāfiskajā uzmērīšanā, apjomu noteikšanā (digitālais reljefa modelis), būvniecības posmu dokumentēšanā. Veicot topogrāfisko uzmērīšanu, jārēķinās ar to, ka kaut kādā mērā jāveic arī papildu virszemes uzmērījumi (caurtekas, komunikācijas utt.).

3D modelis karjeram "Lendži"











Ortofoto kinopilsētiņai "Cinevilla"












Drons aerofotografēšanas darbu veikšanai











Zemūdens konstrukciju izpēte
Latvijasmernieks.lv, sadarbībā ar Somijas uzņēmumu "VRT Finland", Latvijā un Lietuvā piedāvā zemūdens konstrukciju izpēti. Parasti šādu izpēti veic ūdenslīdēji, kas ir ļoti laikietilpīgs process un rezultāts nav tik precīzs. VRT ir izstrādājis risinājumu, kurā uzmērīšana balstās uz multibeam sonāru, GPS un IMU iekārtas sinhronizētu darbu, un dati tiek apstrādāti ar unikālu VRT izstrādātu programmatūru. 

Šādas uzmērīšanas rezultāts ir augstas rezolūcijas (2–5 cm) vienotas koordināšu sistēmas punktu mākonis. Balstoties uz punktu mākoņa analīzi, būvinženieri var izvērtēt konstrukciju stāvokli un iespējamās riska vietas. Šādā veidā tiek pārbaudītas vecas konstrukcijas, lai noteiktu to stāvokli, tikko pabeigtas būves, lai pārbaudītu darbu īstenošanas kvalitāti, kā arī veikti monitoringi – atkārtotas uzmērīšanas gadījumā iespējams konstatēt starplaikā notikušās izmaiņas.

Pastāvošajai sistēmai esam pievienojuši lāzerskeneri, ar kuru, vienlaikus ar zemūdens uzmērījumiem, var veikt to pašu konstrukciju virs ūdens esošo daļu uzmērīšanu. Apkopojot punktu mākoņus, tiek iegūta vienota informācija par stāvokli gan zem ūdens, gan virs ūdens. Šādā veidā, sadarbībā ar "VRT Finland Oy", ir uzmērītas vairākas Saimas kanāla slūžu sistēmas un tilti Somijā, kā arī ostas būves Latvijā un Anglijā.

Latvijā, sadarbībā ar "VRT Finland Oy", esam veikuši Rīgas ostas un "Latvenergo" Rīgas hidroelektrostacijas zemūdens konstrukciju izpēti.

"VRT Finland" izstrādāto tehnoloģiju var pielietot arī tiltu, zemūdens cauruļvadu un citu zemūdens objektu izpētē. 
Pateicoties visu aprakstīto metožu pārzināšanai, mēs jebkurā situācijā spējam atrast klientam optimālo risinājumu. Bieži vien vislabākais risinājums ir savstarpēja dažādo metožu kombinācija.

Hidroelektrostacijas zemūdens apsekošana











Tilta balsta zemūdens apsekošana












 
Rinalds Smilga, SIA "Latvijasmernieks.lv" valdes loceklis un 
Juri Partna (Jüri Pärtna), "Reaalprojekt OÜ" attīstības vadītājs

"Latvijasmernieks.lv", SIA
E.Smiļģa 2a, Rīga, LV-1048
Tālrunis 67821956
E-pasts: info@latvijasmernieks.lv
Publicitātes foto
 
=

* Lūdzu aizpildi summu vārdiski latviešu valodā ar visām garumzīmēm!

Komentēšanas noteikumi!