Infrastruktura podziemna w 3D

Skanowanie laserowe – wartość dodana

Od tego roku firma Gispro realizuje dla szczecińskiego Zakładu Wodociągów i Kanalizacji duże zlecenie polegające na inwentaryzacji 30 tys. studzienek i komór sanitarnych na terenie Szczecina. Skaner zapewnił szybkość, mobilność i skuteczność.

Skanowanie obiektów znajdujących się pod ziemią nie należy do nowych usług na rynku geodezyjnym. Dość wspomnieć, że kilka lat temu spółka Gispro miała okazję realizować interesujący projekt, którego celem była inwentaryzacja komór i korytarzy podziemnych trzeciego poziomu zabytkowej Kopalni Soli w Wieliczce. W tym roku ponownie zeszliśmy pod ziemię, znowu ze skanerem laserowym. Tym razem w nieco innym charakterze, z nieco innym sprzętem i w nieco innym miejscu.

Szybkość, mobilność, skuteczność

Pomiar geometrii infrastruktury podziemnej może być prowadzony na wiele rozmaitych sposobów. Można korzystać z technik klasycznych, wykonując pomiar bezpośredni, czy z dedykowanych do tego celu sond. Można wreszcie posłużyć się stacjonarnym skanerem laserowym (rys. 1). Do sięgnięcia po ostatnie z wymienionych rozwiązań skłoniły nas jego trzy zalety: szybkość, mobilność, skuteczność.

Rys. 1. Szybka analiza pomiaru w terenie

Szybkość. Kluczowy w realizacji projektu na tak dużą skalę stał się wybór technologii umożliwiającej szybkie pozyskiwanie informacji. Inwentaryzacja dziesiątek tysięcy studni i komór na terenie dużego miasta jest nie lada wyzwaniem. Otworzenie włazu i wykonanie pomiaru to bowiem nie jedyne zadanie zespołu terenowego. Przed tymi czynnościami konieczne jest zadbanie o bezpieczeństwo własne oraz osób postronnych (przechodniów, rowerzystów, kierowców). Niezbędne jest odpowiednie oznakowanie terenu prac oraz wydzielenie strefy chwilowo wyłączonej z użytku publicznego poprzez rozstawienie słupków ostrzegawczych (rys. 2). Czasu poświęconego na te czynności nie da się skrócić, dlatego też „dodatkowych sekund” szukaliśmy w innym miejscu.

Rys. 2. Przygotowanie do wykonania pomiaru – zabezpieczenie terenu prac

Mobilność. Mając na uwadze różne położenie obiektów podlegających inwentaryzacji, tylko przez chwilę zastanawialiśmy się nad wykorzystaniem sensorów dedykowanych do pomiaru studni. Mimo wielu swoich zalet systemy te mają jedną zasadniczą wadę – rozmiar. Większość z nich wymaga instalacji na samochodzie, a co za tym idzie – uniemożliwia pomiar studzienek znajdujących się na terenie prywatnych posesji oraz w wąskich uliczkach.

Wdrożone przez nas rozwiązanie to z kolei jedynie statyw oraz lekki skaner, które można rozstawić w zasadzie wszędzie.

Skuteczność. Inwentaryzacja geodezyjna wymaga zachowania dokładności na poziomie milimetrowym. Spadki w kanalizacji sanitarnej są niewielkie, zatem nie trudno się pomylić i nieprawidłowo skierować bieg cieku. Za cel postawiliśmy sobie zatem zdjęcie z zespołu pomiarowego jarzma nieomylności. Pozyskanie chmury punktów w terenie przenosi wszystkie analizy do przestrzeni biurowej. Co więcej, w razie jakichkolwiek wątpliwości możliwy jest powrót do obiektu (jego cyfrowej wersji) i powtórna weryfikacja. Tym sposobem eliminujemy błędy ludzkie do minimum.

Ze skanerem pod ziemią

Zespoły pomiarowe wyruszają w teren wyposażone w skaner laserowy ze statywem, narzędzia do otwierania włazów, akcesoria zabezpieczające miejsce pomiaru oraz tablet z bazą danych, w której znajdują się obiekty przeznaczone do pomiaru.

Zdecydowanie najtrudniejszym zadaniem, któremu muszą sprostać pracownicy, jest otworzenie – często od dawna przez nikogo niedotykanego – włazu. Jak tylko uda się to zrobić, rozpoczyna się najprzyjemniejsza część pomiaru – skanowanie.

Skaner montowany jest na statywie odwrotnym, przystosowanym specjalnie do pomiaru studzienek. Na potrzeby inwentaryzacji płytkich studzienek wystarczy wykonanie pomiaru z jednego lub dwóch stanowisk. W przypadku głębszych obiektów – trzech, czterech. Każde kolejne stanowisko zwiększa czas pracy w terenie o zaledwie kilkadziesiąt sekund, wliczając w to zmianę pozycji skanera, jego zdalne uruchomienie oraz wykonanie skanu.

Obrana przez nas technologia pozwala dokumentować kilkadziesiąt studni dziennie w różnych warunkach terenowych. Osiągana dokładność oscyluje z reguły w granicach 1-2 mm (rys. 3). Warto też podkreślić, że z uwagi na wysoką odporność skanera na warunki atmosferyczne naszych prac nie wstrzymuje drobna mżawka czy niska temperatura.

Rys. 3. Fragment studni zinwentaryzowanej z wykorzystaniem naziemnego skanera laserowego

Po każdym dniu pracy pozyskane dane trafiają do biura, gdzie pierwszym krokiem jest wzajemne wpasowanie chmur punktów. Następnie z wykorzystaniem połączonych chmur wykonywane są schematy dokumentacyjne według wytycznych zamawiającego (rys. 4). Ostatnim etapem jest zasilenie pozyskanymi informacjami bazy danych przestrzennych. To właśnie ona stanowi finalny produkt opracowania, cel całego przedsięwzięcia.

Rys. 4. Szkic dokumentacyjny według wytycznych zamawiającego wykonany z wykorzystaniem pomiaru skanerem laserowym

Chmura punktów – dobro wspólne

W założeniach realizowanego przez nas projektu chmura punktów nie była wymagana. To nasz autorski pomysł, który spotkał się z entuzjazmem ze strony Zakładu Wodociągów i Kanalizacji w Szczecinie. Nie musieliśmy nikogo długo przekonywać, że proponowana technologia przyniesie wymierne korzyś­ci dla obu stron. Taka otwartość bardzo nas ucieszyła.

Z naszej perspektywy użycie skanera laserowego znacząco usprawnia prace, eliminując w zasadzie do minimum konieczność bezpośredniej penetracji studni i komór przez naszych pracowników oraz redukując czas pomiaru każdego obiektu (rys. 5 i 6). Co jednak cenniejsze, całkowicie zdejmuje z nich obowiązek przeliczania i zapisywania wyników w terenie. Wszystko dzieje się w biurze. Wiele czynnoś­ci wykonywanych jest automatycznie. Wątpliwości interpretacyjne pojawiające się w toku prac mogą być rozwiązywane w komfortowych warunkach przy współudziale wielu osób.

Tym sposobem chmura punktów – produkt uboczny realizacji naszego projektu – paradoksalnie może być jego największą zaletą. Co więcej, jesteśmy przekonani, że tego typu dokumentacja może przynieść znacznie więcej korzyści, o których dzisiaj po prostu jeszcze nikt nie myśli.

Grzegorz Szalast
Gispro

Artykuł pochodzi z bezpłatnego niezbędnika GEODETY „SKANOWANIE LASEROWE 2018”