Ukázka laserového skenování krovů

Laserové skenování

Pro vyhotovení dokumentace objektů využíváme i metodu laserového skenování, která nám umožní během krátké chvíle zaregistrovat tvar a podrobnosti daného objektu a umožňuje tak následně v etapách vyhotovovat různé výstupy aniž je nutné provádět opětovné doměřování. Výsledkem měření je totiž tzv. mračno bodů, které obsahuje miliony bodů, které definují jednotlivé prvky objektu. Metodu lze použít jak pro tvorbu klasické stavební dokumentace objektu, tak pro tvorbu 3D modelu objektů a lze dojít až do velkých podrobností. My jsme tuto metodu využili jak při dokumentaci 4 pražských synagog (skenování hlavních lodí) tak pro tvorbu dokumentace a 3D modelu kostela Sv. Mikuláše na Staroměstském náměstí v Praze (kompletně skenované) 1 2 3 4 5. Metodu lze použít i pro získání prostorových dat z nedostupných oblastí nepravidelného charakteru (skály, lomy apod.)

V levé části hotový 3D model nevizualizovaný, v pravé části surová laserová data (mračno bodů).

Ukázka ze zpracování Kostela Sv. Mikuláše na Staroměstském náměstí.

Laserové skenovací systémy (LSS) jsou systémy, které umožňují na základě určení prostorových souřadnic bodů na objektu sestavit jeho 3D virtuální podobu. Tato neselektivní metoda měření souřadnic bodů obecně využívá laserový dálkoměr (impulzový či fázový), kterým jsou zaměřovány podrobné body na objektu dle předem nastavených parametrů skenování a to v rastru ve sloupcích a řádcích, přičemž je měřen horizontální, vertikální úhel a šikmá vzdálenost. Výsledkem skenování objektu jsou tzv. mračna bodů, která se následně zpracovávají ve specializovaných softwarech, kde se vytváří z mračen bodů prostorový model objektu a to prokládáním geometrických útvarů (matematicky jednoduše definovatelných), pomocí trojúhelníkové sítě nebo jiných matematických postupů. Výsledný model je možné vizualizovat a též k němu připojit textury pořízené přímo při skenování digitální kamerou propojenou s LSS. Software umožňuje též v průběhu zpracování dat spojovat jednotlivá mračna bodů pomoci lícovacích bodů nebo na základě překrytů (pokud je provedeno skenování z více stanovisek), upravovat mračna bodů (odstraňování nadbytečných bodů, přiřazování skutečných barev bodům dle fotografií), úpravy trojúhelníkových sítí apod.

Parametry, které se při skenování zadávají, jsou velikost a poloha skenovaného prostoru, hustota skenování, možnost snímkování digitální kamerou, měření intenzity odrazu apod. Jednotlivé skenery se od sebe liší umístěním skeneru při skenování statické (3D skenery), kinematické (řádkové skenery), měřícím principem (polární skenery, skenery se základnou), zorným polem (kamerové, panoramatické), rychlostí (od systémů s velmi vysokou rychlostí  – více jak 1 000 000 bodů za sekundu až po systémy s nízkou rychlostí – do 10 bodů za sekundu), dosahem (od systémů s velmi krátkým dosahem – 0,1 – 2,0 m až po systémy s dlouhým dosahem – až do řádu několika kilometrů) a přesností určení polohy bodu (které je závislé na dosahu skeneru, kde např. systémy s krátkým dosahem a vysokou přesností  – 0,01 až 1,00 mm;  přes terestrické systémy s dlouhým dosahem a přesností - 1 mm až 100mm až po letecké systémy, kde se uvádí absolutní přesnost určení bodu 0,01 m až několik metrů, dle použitého LSS.

Využití LSS v praxi

Kde se v současnosti můžeme setkat s LSS? LSS se dostávají do různých odvětví geodézie a najdeme je jak při kontrolním měření či dokumentaci tunelového ostění, kontrole průjezdných profilů, dokumentaci skutečného provedení stavby jak pro nové tak historické stavby, až po sběr dat pro 3D modely soch a podobných objektů. Velmi významnou oblastí je rovněž dokumentace archeologických nalezišť. Lze je využít ale i pro určování kubatur v lomech a dolech, sběru dat pro GIS např. pro lesní hospodářství. Jednou z neposledních aplikací laserového skenování je mapování výškopisu, které je dnes prováděno pro celou Českou republiku.

Informativně se dále zaměříme a aplikaci terestrických statických LSS (existují i terestrických kinematické LSS pro tzv.mobilní mapování a letecké LSS).

Terestrické statické LSS

Terestrický statický LSS je skenovací systém, kdy je skener umístěn pevně na Zemi. V současnosti se v ČR laserovým skenováním zabývá několik předních geodetických firem. Každý využívá laserové skenery od různých výrobců a různých typů. V praxi se můžeme většinou setkat s polárními terestrickými skenery např. Callidus CPW8000, Faro Photon 80 (fy. Faro), I-Site 4400LR, Leica HDS 6000, Leica ScanStation C10 (fy. Leica), MDL LaserAge Scanner, Riegl LMS-Z420i (fy.Riegl), Trimble GX (fy.Trimble), ILDIS-3D (fy. Optech), Z+F Imager 5006 apod. Všechny uvedené lasery fungují na stejných principech, liší se od sebe převážně konstrukcí, možnostmi a parametry skenování. My máme zkušennosti a využíváme systémy od fy. Farro a Leica.

Možnosti využití terestrických statických LSS jsou velmi rozmanité, převážně je lze využívat ve stavebnictví a příbuzných oborech, kdy nasazení LSS umožňuje rychlé získání 3D informací o tvarově složitém objektu, jež by bylo klasickými metodami obtížné určit. Jedná se například o využití

• při zaměřování složitých technologických celků a konstrukcí a potrubních systémů v průmyslových podnicích, 
• zaměřování skutečného stavu stavebních konstrukcí a stavebních objektů např. geodetickou dokumentaci skutečného stavu nebo pro 3D vizualizaci
• topografické mapování složitých terénních útvarů (lomy) a vytváření digitálních modelů terénu a následné jejich zpracování např. výpočty kubatur,
• využití v podzemních prostorách např. k zaměřování stavu tunelů, profilů během ražby, zaměření primárního ostění tunelu a následný výpočet množství využitého betonu nebo tvorba podélného profilu stavby,
• dokumentace historických budov, kde z naměřených dat je vytvořena jak dokumentace skutečného stavu objektu, tak mohou být data použita pro tvorbu 3D modelu objektu a jeho vizualizaci,
• zaměřování objektů v oblasti archeologie – zaměřování nálezů v archeologických výzkumech,
• měření posunů a přetvoření objektů, kde ale technologie skenování nedosahuje takové přesnosti, jaké je možné docílit v případě použití přesných TS, avšak tento nedostatek vyvažuje vysokou rychlostí měření bodů a komplexností zachycení povrchu,
• zaměřování tvaru přírodních památek a památných stromů, apod.