iGREEN

معرفی تکنولوژی لیزر اسکن در مستندنگاری بناها

previewمهندس مریم انجم شعاع

لیزر اسکنرها و اسکنرهای سه بعدی به عنوان فناوریهایی نسبتا نوین در زمینه نقشه برداری، روز بروز در حال توسعه و پیشرفت هستند و با نیازهای روز نقشه برداری ارتباطی نزدیک دارند طوریکه نقش آنها نیز با گذشت زمان در پروژه های نقشه برداری بخصوص پروژه های سازمان میراث فرهنگی محسوستر می گردد.

لیزر اسکنرها اساسا برای جمع آوری اطلاعات زمینی بکار می روند و یکی از محاسن این سیستم ها این است که اطلاعات را بصورت آنی و با مقیاس حقیقی جمع آوری می کنند. این خصوصیت در مورد مدلسازی اشیاء پیچیده بسیار حائز اهمیت می باشد. از این جهت که می توان تمام جزئیات شیء موردنظر را به طور دقیق برداشت نمود.

3DLS-K2-L

 ابر نقطه بدست آمده از لیزر اسکنر را می توان بخوبی با عکسهای رقومی تلفیق نمود، بطوری که داده های جمع آوری شده از این دو روش برای مقاصد تبدیل به نقشه کاملا روی هم قرار می گیرند و امکان استفاده از دو تکنولوژی در یک زمان ایجاد می گردد.

پروژه مستند نگاری مصلی بزرگ تهران

مستند نگاری پروژه مصلی بزرگ تهران توسط شرکت مهندسین مشاور ژیزمان بوسیله لیزر اسکن انجام شده است. برداشت میدانی این پروژه حدود دو ماه بطول انجامیده است و از دستگاه لیزر اسکن leica  مدل scanstation2  با طول برد 250 متر و دقت 1 میلی متر استفاده شده است.

Mosalla

این مدل دستگاه لیزر اسکن دارای طول برد  250 متر و دقت 1 میلی متر می باشد و شامل اجزای زیر است:

- دستگاه لیزراسکن
- دوربین VGA معمولی
- Case یا جعبه دستگاه
- سه پایه
- باطری ( دارای 2 باطری است)
- کابل برق ( این دستگاه شامل 2 خروجی برق است که اگر یک باطری در حال تمام شدن بود قابلیت اتصال همزمان باطری دوم را دارد، در اینصورت طی 5 ثانیه باید کابل اتصال باطری اول را خارج کرد.)
- کابل شبکه برای اتصال به رایانه
- قفل دستگاه ( زمانی که دستگاه خاموش است می چرخد، اما هنگامیکه قفل می شود ثابت است و نمی چرخد، هنگام اتصال کابل برق دستگاه نباید قفل باشد.)
- تراز دستگاه
- دریچه خروجی لیزر (شامل دو دریچه خروج لیزر یکی در قسمت بالا و دیگری در قسمت جلوی دستگاه است)

th3
 روند انجام پروژه لیزر اسکن مصلی بزرگ تهران
الف. برداشت داده های خام
1. استقرار
با توجه به فضای مورد نظر کارفرما برای برداشت استقرار صورت می گیرد. در واقع دستگاه باید این فضا را بطور کامل ببیند و برداشت کند. حداقل تعداد استقرار یک بار است. اگر با یک استقرار برداشت کامل انجام نشود به تعداد بیشتری استقرار برای برداشت نیاز است. در واقع مکان استقرار بصورت تجربی با توجه به سوژه مورد نظر برای برداشت مشخص می شود.
حداقل فاصله دستگاه لیزراسکن تا عارضه باید 2 متر باشد. تا آنجا که ممکن است برداشت نباید زاویه دار انجام شود.
دستگاه لیزر اسکن از لحاظ سخت افزاری بسیار حساس است و نسبت به گرد و خاک، آب، آینه و ... آسیب پذیر است. شدت نور و گرما نیز در هنگام برداشت باید کنترل شده باشد. بنابراین در هنگام استقرار باید شرایط جوی مناسب را فراهم کرد.
همچنین تعداد تارگت مشترک با استقرار دیگر هم عامل تعیین کننده مکان استقرار است. حداقل باید سه تارگت مشترک با استقرار دیگر وجود داشته باشد.
 وسعت دید و شرایط جوی مناسب و تعداد تارگت مکان استقرار دستگاه را مشخص میکند.

2. تعیین محل تارگت ها و دادن مختصات به آنها
اساس هر کار نقشه برداری ایجاد bench mark  قبل از انجام هر کاری است.
Target ها در واقع همان B.M  در لیزر اسکن هستند. تارگت ها نقاط ثابتی هستند که میتوانند در بدنه بنا، زمین یا در محیط بکار گذاشته شوند و در استقرار های مختلف باید برداشت شوند تا بتوان خروجی حاصل از دو استقرار مختلف را با هم merge کرده و ابر نقطه یکپارچه را بدست آورد. از طریق خود لیزر اسکن به تمام نقاط برداشت شده مختصات x,y,z داده میشود. برای انتقال مختصات نمیتوان از مختصات ابر نقطه استفاده کرد بلکه باید از مختصات تارگت ها استفاده شود. بعد از انتقال مختصات به تارگت ها به فضای داخلی نیز توسط تارگت ها مختصات داده میشود.
با تعیین مکان ها ی موردنیاز برای استقرار تارگت ها توزیع میشوند. این توزیع میتواند در قسمتهای مختلف با توجه به دید از استقرار های دیگر متفاوت باشد.
تارگت ها نباید بصورت خطی قرار بگیرند بلکه باید بصورت پراکنده باشند تا مثلث تشکیل دهند، هرچه مثلث ها دارای استحکام بیشتر باشند دقت register کردن بالا می رود.
 در مصلی از تارگت های آهنربایی استفاده شده که در محیط پخش شده اند، همچنین تارگت قرمز رنگ سه پایه که خود آن شامل دو تارگت است.
 محل قرارگیری تارگت ها باید بطور دقیق مشخص شود تا در استقرارهای بعد دقیقا تارگت ها در همان موقعیت قبلی قرار بگیرند.در غیر اینصورت جابجایی تارگت ها باعث میشود که در انتها ابر نقاط حاصل از یک استقرار با ابر نقاط حاصل از استقرار دیگر تداخل پیدا کنند یا بین آنها فاصله بیفتد که این دو مانع merge  شدن ابرنقاط و یکپارچه شدن ابر نقاط نهایی میشود.
 تعداد تارگت های مشترک با یک استقرار دیگر مهم است. حداقل به سه تارگت مشترک با استقرار دیگر نیاز است.در هر استقرار باید 7-8 تارگت مشترک با استقرار بعدی باشد.تا در صورت خطای بالای چند تارگت یه تارگت مشترک با دقت مطلوب وجود داشته باشد تا بتوان دو استقرار را merge کرد.

3. عکسبرداری 360 درجه از محیط توسط دوربین دیجیتال داخلی دستگاه لیزر اسکن
اولین کار بعد از استقرار و تارگت گذاری، عکسبرداری از محیط توسط دوربین داخلی دستگاه بصورت 360 درجه است. در غیر اینصورت دستگاه توجیه نیست که اسکن را از کجا شروع کند.
این عکسبرداری توسط دوربین VGA  داخلی دستگاه صورت میگیرد. به جز شعاع 1 متری دستگاه و ارتفاع 1.5 متر پایین خود دستگاه که قابل دیدن توسط دوربین نیست بقیه محیط بصورت 360 درجه و کروی عکسبرداری میشود.
برای آغاز کار بعد از استقرار و تعیین تارگت ها مراحل زیر طی میشود:
1. برنامه cyclone را باز میکنیم  و به ترتیب:
2. Configure- database- add- new folder- file name (اسم فایل را مشخص میکنیم) - open (بر روی اسمی که گذاشتیم کلیک میکنیم) - .imp اسم فایل با پسوند- ok
3. پنجره ای باز میشود که در جلوی اسم فایل  نمایان میشود.
4. نام scanner تعریف میشود.
5. با اتصال کابل برق، دستگاه شروع به توجیه داخلی خود نسبت به محیطی که در آن قرار گرفته میکند و بعبارتی کالیبره میشود. چراغ اول دستگاه شروع به چشمک زدن میکند. بعد از گذشت چند ثانیه چراغ دوم نیز روشن میشود و پس از آن چراغ اول سبز میشود. بعد از سبز شدن چراغ اول کابل اتصال به لبتاپ را وصل میکنیم.
6. محیط نرم افزار cyclone را باز میکنیم.
7. در پنجره select object، فایلی که در ابتدا نامگذازی کردیم را انتخاب کرده و گزینه create را زده و اسمی برای آن تعریف میکنیم (اغلب تاریخ روز ) و سپس ok  را انتخاب میکنیم.
8. محیط cyclone  باز میشود. گزینه connection  ارتباط دستگاه لیزر اسکن با نرم افزار را برقرار میکند.
9. با انتخاب گزینه all target و کلیک بر روی image در پایین صفحه دستگاه شروع به عکسبرداری از تمام  محیط اطراف خود می نماید. مدت زمان تقریبی برای اتمام عکسبرداری نیز در صفحه نمایش داده میشود.

4. برداشت بنا با استفاده از لیزر اسکن زمینی و تشکیل همزمان ابر نقطه یکپارچه در نرم افزار cyclone
پس از اتمام عکسبرداری برای scan  کردن عارضه موردنظر مراحل زیر را طی میکنیم:
1. در قسمت range فاصله تقریبی تا عارضه مورد نظر را مشخص میکنیم.
2. در قسمت sample spacing دقت مورد نیاز برای scan را مشخص مینماییم.واحد آن قابل تغییر است.(mm , cm,…)
3. قسمت مورد نظر برای برداشت را crop  میکنیم یا اگر برداشت کل محیط مورد نظر باشد all target  را انتخاب میکنیم.
4. در پایین پنجره با انتخاب گزینه scan  دستگاه شروع به scan مینماید.
Scan word تعداد استقرار در یک تاریخ را نمایش میدهد. در واقع نشان میدهد که در یک تاریخ معین چندمین scan  در حال انجان شدن است.
 پنجره bubble level تراز دستگاه را نشان میدهد. هرچه خطا به صفر نزدیکتر باشد نتیجه قابل قبول تر است.
 در حین برداشت با انتخاب گزینه show model space ابر نقاط برداشت شده قابل مشاهده است.
 هرچه رنگ ابر نقطه به سبز نزدیک باشد دقت برداشت بالاتر و ابر نقاط متراکم تر است و هرچه به قرمز متمایل باشد دقت پایین تر و تراکم ابر نقاط کمتر است.
 هرچه دقت بالا رود عوارض بیشتری برداشت میشود و این امر در مواقعی مشکل ساز است چون حجم ابر نقطه را بالا میبرد.
 عملکرد دستگاه لیزر اسکن دقیقا مانند چشم انسان است و هرآنچه را که می بیند برداشت میکند. و اگر عارضه یا مانعی مابین دستگاه و سوژه موردنظر باشد آن را برداشت نخواهد کرد.(در مصلی به علت وجود داربست ها و کانکس ها در زیر گنبدخانه برداشت با مشکل مواجه شد و scan  ستون های آن به درستی انجام نشد چون در اصل این موانع برداشت شدند و آنچه پشت آنها بوده برداشت نشده بود. پس از پاکسازی فضا از این موانع برداشت مجددا انجام شد.)
 هرچه موانع کمتر باشد تعداد برداشت ها کمتر و دقت یکپارچه سازی ابر نقاط بالاتر میرود.
 زمانی که استقرارها زیاد است برخی نواحی در استقرارهای قبلی برداشت شده و نیازی به برداشت مجدد آنها نیست. برای بالابردن سرعت و راندمان کار از crop کردن عکس برای scan  استفاده میکنیم.

5. برداشت تارگت ها با دقت مطلوب و نامگذاری آنها
بعد از آنکه scan  تمام شد تارگت ها را میخوانیم. یعنی تارگت ها را مجددا با دقت بالاتر که مد نظر است scan مینماییم.(گاهی ممکن است تارگت ها را بعد از عکسبرداری مشخص کنیم.)
تارگت ها را باید با بالاترین دقت دستگاه برداشت کنیم تا دقت کار بالا رود. حجم ابر نقطه تارگت ها در واقع متراکم تر از بقیه محیط  scan  شده است.
دقت 1 میلی متر یعنی دستگاه کل تارگت را به مربع های یک در یک تقسیم میکند و هر یک از این مربع ها را برداشت مینماید. در واقع با تعیین دقت scan  یک سری مربع برای برداشت مشخص میشود که ابعاد آن ها همان دقت کار را مشخص مینماید.
زمانی که یک تارگت میزان خطای بالایی داشته باشد آن را از مدار خارج میکنیم یعنی آن تارگت را OFF میکنیم و آن را مدنظر نمیگیریم. چون وقتی که یک تارگت خطا داشته باشد این خطا به تارگت های دیگر هم اعمال می شود ولی وقتی آن تارگت را حذف می کنیم خطای بقیه کم می شود و به آن دقتی که مدنظر ماست خواهیم رسید.
تارگت ها باید نامگذاری شوند تا برای register  کردن از این اسم ها استفاده نماییم.در هنگام merge کردن ابر نقاط استقرار های مختلف، دستگاه نمیتواند خود را توجیه کند که کدام نقاط ثابت بوده و باید بر روی هم منطبق شوند. با نام گذاری تارگت ها این امکان شناسایی به نرم افزار داده میشود.
در مصلی سه نوع تارگت بصورت قراردادی نامگذاری شده است:
تارگت A : تارگت های مربع شکل
تارگت B : تارگت های دایره ای
تارگت  C : تارگت سه پایه

6. ذخیره ابر نقطه و داده ها بر روی صفحات فشرده و تحویل به دفتر به منظور پردازش

th4
ب. پردازش
کار نقشه برداری چه زمینی و چه لیزر اسکن بصورت نقاط با مختصات X,Y,Z است.در برداشت با دوربین های نقشه برداری تعداد نقاط محدود است.( نهایتا 100 نقطه در یک برداشت)
اما در برداشت با لیزراسکن با ابر نقاط، یعنی بیشمار نقطه مواجهیم که حجم بسیار بالایی دارند. این ابر نقاط هنگام برداشت با اتصال به لبتاپ، به نرم افزار منتقل میشوند. این داده ها چون حجم بالایی دارند باید ویرایش گردند. این ویرایش در کامپیوتری که از نظر فنی مشخصات قابل قبولی داشته باشد انجام میشود.
این عملیات توسط نرم افزار cyclone انجام میشود که وابسته به دستگاه لیزر اسکن leica  است.
مراحل پردازش داده ها به شرح زیر است:

1. انتقال داده ها به نرم افزار cyclone
استقرارهای مختلف روزانه تعداد زیادی  داده خام تولید میکند. این داده های کوچک را در نرم افزار cyclone ویرایش میکنیم.
Data ها را add میکنیم. این data  پسوند .imp دارد.

2. Register کردن ابر نقاط با دقت مطلوب
در هر استقرار image  و scan  داریم که بصورت 360 درجه است. برای آنکه روی data  ویرایش انجام دهیم باید ابر نقاط مختلف حاصل از استقرارهای مختلف را با هم با دقت مطلوب کارفرما تلفیق کنیم.
در همه استقرار ها تعدادی تارگت وجود دارد. تارگت ها باید بین دو برداشت مختلف مشترک باشند. تارگت در واقع نقاط اتصال برداشت های مختلف هستند. برای اینکار تارگت های یک استقرار مشخص را register  میکنیم. تارگتی که خطای بالاتری دارد را off میکنیم تا register  با دقت مطلوب انجام شود.باید حداکثر خطا کمتر از میلی متر باشد تا همپوشانی مطلوب باشد.در این مرحله برای انجام register ، حداقل به سه تارگت درست نیاز داریم.

3. ویرایش داده ها و حذف موانع و اطلاعات زاید و بدست آوردن ابر نقاط خالص
Data را ویرایش میکنیم. یعنی عوارض و موانع نامطلوب (مانند انسان، داربست و ...) را حذف میکنیم تا data خالص بدست آید.

4. تلفیق ابر نقاط با عکس دارای رنگ و متریال و بدست آمدن ابر نقاط همرنگ و همشکل سازه اصلی
همان طور که گفته شد دستگاه لیزر اسکن پیش از شروع scan کردن از کل محیط عکس 360 درجه تهیه میکند. بعد از بدست آوردن ابر نقاط یکپارچه میتوان عکس و ابر نقطه را با هم تلفیق نموده و ابر نقاط همشکل و همرنگ با سازه اصلی را بدست آورد.

5. انجام عملیات موردنیاز کارفرما بر روی ابر نقاط
با توجه به خواسته کارفرما عملیات مختلفی میتواند بر روی ابر نقاط صورت بگیرد:
- Snapshot: عکس هایی که دوربین میگیرد از استقرارهای مختلف است، این عکس ها میتوانند بهم متصل شوند، نرم افزار با تناظر یابی رنگی در عکسها ، آنها را به هم مرتبط میکند و میتوانیم با اتصال آنها عکس کل سازه را داشته باشیم.
- True view: کل منطقه و استقرارهای مختلف را نشان میدهد
- Fly: ساخت انیمیشن از دیدهای مختلف در media player ، این عملیات برای مجموعه بناها یا بافت شهر انجام میشود که میهواهیم کل مجموعه را از زوایای مختلف ببینیم.
- ایجاد منحنی برروی ابر نقاط
- Mesh : مانند ساخت پوشش برای آثار باستانی
- کم کردن حجم data  و وارد کردن آنها به نرم افزار AutoCAD و ترسیم پروفیل های افقی و عمودی از ابر نقاط. ( برای اینکار نصب نرم افزار را باید عوض کنیم تا وارد cad بشود.)
- استفاده از نرم افزار microstation  برای تهیه نقشه از ابر نقاط


 کد: 1819

به اشتراک بگذارید

اضافه کردن نظر

کد امنیتی
تازه کردن

راهنمای ارسال مقاله برای سایت

A D V E R T I S M E N T

تبلیغات در معماران

بنر