ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ KATEDRA SPECIÁLNÍ GEODÉZIE

Bakalářská práce

Testování skenovacího systému Trimble TX5 Testing of Trimble TX5 Scanning system

Vedoucí práce Ing. Tomáš Křemen, Ph.D.

květen 2013

Martin Toušek

ZADÁNÍ

Prohlášení Čestně prohlašuji, že jsem tuto práci vypracoval samostatně na základě vlastních poznatků a za použití odborné literatury, která je uvedena v seznamu použité literatury.

V Praze dne …………….

…………………………

Poděkování Tímto bych chtěl poděkovat všem, kteří mě podporovali během psaní této práce. Panu Ing. Tomáši Křemenovi, Ph.D. za vedení mé bakalářské práce, za pomoc při měření pro praktickou část této práce a za odborné konzultace během psaní práce. Dále bych chtěl poděkovat firmě Geotronics Praha, s.r.o. Konkrétně panu Ing. Tomáši Hončovi za zapůjčení skenovacího systému Trimble TX5. Panu Ing. Matěji Černému za poskytnuté informace k práci se skenovacím systémem. Na závěr bych chtěl poděkovat mé rodině za to, že mě po celou dobu studia podporovala.

Abstrakt Tato práce se zabývá testováním laserového skenovacího systému Trimble TX5. V první části práce jsou uvedeny základní informace o laserovém skenovacím systému Trimble TX5, příprava skeneru na stanovisku a základy ovládání skeneru. Dále je popsáno základní ovládání softwaru Scene. Pro potřebu této práce bylo vymyšleno několik testů. Pro tyto testy byla naměřena potřebná data a ta byla následně vyhodnocena. Postupy a výsledky jsou náplní druhé části práce.

Klíčová slova Laserový skenovací systém, Trimble TX5, vyhodnocení, testování

Abstract The topic of this paper is testing of Trimble TX5 scanning system. In the first part is description of basic information about Trimble TX5, how to prepare scanner on the standpoint and basic information about scanner controlling. Next part of the paper is explaining using of the software Scene. Several tests were invented for this paper. These tests were measured and evaluated. Methods and results are subject of the second part of this paper.

Key words Laser scanning system, Trimble TX5, evaluation, testing

Obsah Úvod....................................................................................................................................... 8 1.

2.

Laserový skenovací systém Trimble TX5 ...................................................................... 9 1.1

Obecné informace ................................................................................................... 9

1.2

Práce se skenerem ................................................................................................. 10

1.3

Ovládací software.................................................................................................. 13

1.4

Parametry skenování ............................................................................................. 15

Software Scene ............................................................................................................. 18 2.1

Obecné informace ................................................................................................. 18

2.2

Úvodní obrazovka - Project selection ................................................................... 18

2.3

Prostředí softwaru ................................................................................................. 20

2.4

Práce se softwarem ................................................................................................ 21

2.4.1

Import měřených skenů ................................................................................. 21

2.4.2

Struktura projektu (Structure view) ............................................................... 21

2.4.3

Pohledy .......................................................................................................... 22

2.4.4

Oříznutí skenu ................................................................................................ 22

2.4.5

Vyhodnocování terčů ..................................................................................... 23

2.4.6

Export měření ................................................................................................ 24

2.5 3.

4.

Registrace skenů.................................................................................................... 24

Testování relativní přesnosti měření délek ................................................................... 26 3.1

Princip metody ...................................................................................................... 26

3.2

Interferometr ML10 .............................................................................................. 26

3.3

Příprava měření ..................................................................................................... 27

3.4

Průběh měření ....................................................................................................... 28

3.5

Vyhodnocení měření ............................................................................................. 29

3.6

Výpočet ................................................................................................................. 29

3.7

Dosažené výsledky ................................................................................................ 30

Testování přesnosti měření úhlů ................................................................................... 31

5.

6.

7.

4.1

Princip metody ...................................................................................................... 31

4.2

Příprava měření ..................................................................................................... 31

4.3

Průběh měření ....................................................................................................... 32

4.4

Vyhodnocení měření a výpočet ............................................................................. 32

4.5


Testování součtové konstanty....................................................................................... 35 5.1

Princip metody ...................................................................................................... 35

5.2

Příprava a průběh měření ...................................................................................... 35

5.3

Vyhodnocení měření a výpočet ............................................................................. 36

5.4


Testování dosahu .......................................................................................................... 38 6.1

Princip metody ...................................................................................................... 38

6.2

Příprava měření ..................................................................................................... 39

6.3

Průběh měření ....................................................................................................... 39

6.4

Vyhodnocení měření ............................................................................................. 40

6.5


Vliv nastavení parametrů na výsledek .......................................................................... 43 7.1

Postup měření ........................................................................................................ 43

7.2

Zhodnocení výsledků ............................................................................................ 43

Závěr .................................................................................................................................... 47 Seznam obrázků ................................................................................................................... 48 Seznam tabulek .................................................................................................................... 49 Seznam příloh ...................................................................................................................... 50 Přílohy.................................................................................................................................. 52

ČVUT v Praze

Úvod

Úvod Laserové skenovací systémy jsou přístroje, které měří velké množství bodů v relativně krátkém čase. Tyto přístroje jsou určeny pro širokou škálu aplikací, záleží na jejich technických parametrech a přesnosti. Nejnovějším laserovým skenovacím systémem od firmy Trimble je přístroj s označením Trimble TX5. Servisem a prodejem přístrojů značky Trimble se zabývá firma Geotronics Praha, s.r.o. Ve spolupráci s touto firmou vzniklo téma pro tuto bakalářskou práci, tj. testování skenovacího systému Trimble TX5. Cílem testování je určit přesnost měření skeneru a na základě výsledků určit vhodné použití skeneru. V úvodu práce je popsán skener Trimble TX5. Popis skeneru se týká obecných informací, přípravy skeneru na stanovisku a jeho ovládání. Velmi důležitou částí je nastavení parametrů skenování, které mají velký vliv na výsledek skenování. Další část se věnuje popisu softwaru Scene. Software Scene je dodáván spolu se skenerem a slouží pro počáteční zpracování naměřených dat, jejich registraci a následný export do různých formátů. Popis softwaru se věnuje hlavně těm funkcím, které byly použity při zpracování naskenovaných dat v průběhu testování. Praktická část práce se věnuje testování skeneru. Ve dnech 8. a 9. února 2013 bylo provedeno měření jednotlivých testů. Měření bylo následně zpracováno a byly vyhodnoceny výsledky testů. Dodatečné měření bylo provedeno 3. května 2013. Testy skeneru se věnují přesnosti měření délek a úhlů, součtové konstantě skeneru, dosahu měření a poslední test zkoumá jaký má vliv nastavení parametrů skenování na naskenovaná data. U každého z testů jsou uvedeny dosažené výsledky. Na základě výsledků testů je možné určit, pro jaké aplikace je vhodně tento skener použít.

8

ČVUT v Praze

1. Laserový skenovací systém Trimble TX5

1. Laserový skenovací systém Trimble TX5 1.1 Obecné informace Laserový skenovací systém Trimble TX5 je univerzální skenovací systém pro širokou škálu aplikací (Obr. 1). Tento skener je schopen měřit až 976000 bodů za sekundu a to až do vzdálenosti 120 metrů, kterou uvádí výrobce. Tuto vzdálenost ovšem uvádí výrobce pro ideální podmínky a povrch s odrazivostí 90%. Skener měří body pomocí prostorové polární metody. Skener vysílá infračervený laserový svazek na rotující zrcadlovou jednotku. Zrcadlová jednotka zajišťuje měření bodů ve vertikálním směru. Měření v horizontálním směru je zajištěno otáčením skeneru kolem jeho osy. Po odrazu od povrchu se laser vrací zpět do skeneru. Na základě fázového rozdílů vyslaného a přijatého signálu je zaměřena vzdálenost. Skener je též vybaven integrovanou barevnou kamerou, která snímá obraz s určitým překrytím tak, aby bylo možné výsledný naskenovaný objekt obarvit.

Obr. 1: Trimble TX5[1]

Rozměry skeneru jsou 240 mm x 200 mm x 100 mm a jeho váha 5kg. Pro transport skeneru slouží malá a lehká transportní bedna, ve které je skener dodáván. Součástí bedny je i další příslušenství skeneru. Základem je stručný manuál pro práci se skenerem, CD se softwarem Scene (více popsán v kapitole 2). Dalším příslušenstvím skeneru je SD karta, na kterou jsou ukládána data během měření, a čtečka SD karty, kterou je možné připojit do počítače pomocí USB. Pro ochranu zraku před laserovým zářením jsou v bedně

9

ČVUT v Praze


ochranné brýle. Posledním příslušenstvím jsou dvě baterie, nabíječka a adaptér. Baterie vydrží na jedno nabití až 5 hodin práce a její nabití trvá přibližně jednu hodinu. Skener se ovládá pomocí dotykové obrazovky nebo pomocí vzdáleného zařízení (např.: tablet). Pro připojení tabletu ke skeneru je nutné zapnout WIFI vysílač skeneru, to se provede v menu General Settings → WLAN. Poté je možné tablet připojit ke skeneru. Na tabletu musí být nainstalován ovládací software skeneru. Po propojení tabletu a skeneru a zapnutí ovládacího softwaru je možné ovládat skener pomocí tabletu. Ovládací software v tabletu je stejný jako ve skeneru. Tento software je podrobněji popsán v kapitole 1.3. Skener Trimble TX5 měří vzdálenosti pomocí neviditelného laserového záření o vlnové délce 905 nm. V souladu se standardy IEC 60825-1:2007, Ed 2.0 je Trimble TX5 klasifikován do třídy 3R laserových systémů. V souladu s těmito standardy může být přímý pohled do laseru nebezpečný pro oči. V závislosti na zákonech o bezpečnosti práce země, ve které se pracuje se skenerem, může být povinné nosit během měření ochranné brýle. Na displeji skeneru je vypsána aktuální bezpečná vzdálenost v podobě axiální a radiální délky. Nebezpečná zóna je popsána jako válec kolem osy rotace skeneru, kde radiální délka odpovídá poloměru válce a axiální délka odpovídá výšce osy válce jdoucí od centra zrcadla skeneru (Obr. 2). Hodnoty bezpečné vzdálenosti jsou závislé na zvoleném rozlišení a kvalitě skenování.

Obr. 2: Bezpečná vzdálenost [1]

1.2 Práce se skenerem Před samotným začátkem skenování je nutné připravit skener na stanovisku. Jako první se připraví stativ. Pro skener Trimble TX5 je možné použít dva typy stativu. První možností je stativ se šroubem o průměru 3/8´´, který se používá u fotoaparátů. Skener je na své spodní straně vybaven zdířkou, pomocí které se přišroubuje na stativ. Druhá 10

ČVUT v Praze


možnost je použít klasický geodetický stativ. V tomto případě se na skener přišroubuje speciální adaptér, který je možné umístit do trojnožky. Připevnění adaptéru ke skeneru je pro jednoho člověka trochu problematické, lépe se adaptér připevní ve dvou lidech. Toto může být trochu nevýhoda při použití klasického stativu, naopak výhodou je krabicová libela trojnožky, pomocí které může být skener zhorizontován. Před umístěním skeneru na stativ je dobré se přesvědčit, že je stativ pevně usazen a je přibližně ve vodorovné poloze. Poté je možné skener připevnit ke stativu. Dále je třeba vložit do skeneru SD kartu, na kterou se budou ukládat naměřená data. Ke skeneru je dodávána SD karta o velikosti 32GB. Slot pro SD kartu se nachází na boku skeneru pod dotykovou obrazovkou (Obr. 3). Po otevření slotu se karta vloží dovnitř. Správná pozice karty je naznačena na skeneru. Při umísťování karty do skeneru je třeba dbát na správný postup, při špatném umístění karty může dojít k poškození SD karty nebo slotu pro SD kartu, naměřená data tak mohou být ztracena. Na závěr se opět slot zavře. Pro vyjmutí karty stačí na kartu jemně zatlačit směrem dovnitř a karta se vysune ven.

Obr. 3: Vložení SD karty a baterie [3]

Poté je třeba zajistit napájení skeneru. Zde existují dvě možnosti, a to vložení baterie nebo napájení ze sítě pomocí adaptéru. Baterie se umisťuje do slotu, který je opět na boku skeneru, ale z druhé strany než je slot pro SD kartu (Obr. 3). Po otevření slotu pro baterii je možné vložit baterii do skeneru. Baterie se vkládá tak, aby se dotýkali kontakty baterie a slotu. Při dosednutí baterie je slyšet lehké cvaknutí. Pro vyndání baterie je třeba zmáčknout tlačítko, které baterii uvolní. Použije-li se napájení pomocí adaptéru, je vhodné připevnit napájecí jednotku ke stativu. Tímto se může zabránit poškození kabelových konektorů. Kabel z napájecí jednotky se vloží do skeneru, zdířka pro tento kabel je 11

ČVUT v Praze


umístěna ve spodní části skeneru. Tato část se během skenování neotáčí. Při připojování kabelu se musí dbát na správné umístění kabelu, při špatném zapojení může dojít k poškození kabelu nebo skeneru. Napájecí zdroj se pomocí kabelu připojí do elektrické zásuvky. Při správném zapojení se rozsvítí LED diody v horní části skeneru. Použití napájecího kabelu je doporučené pouze v suchém prostředí, nejlépe uvnitř budovy. Nyní je možné skener zapnout. Skener se zapíná pomocí tlačítka On/Off, které se nachází v horní části skeneru nad dotykovou obrazovkou. Po zmáčknutí tlačítka se spustí bootovací proces, který je signalizován blikajícími LED diodami. Když je skener připraven k práci, diody přestanou blikat a svítí. Na obrazovce se objeví domovská stránka operačního softwaru přístroje, tento software je podrobněji popsán v kapitole 1.3. Celý proces zapínání přístroje je poměrně zdlouhavý, od stisknutí tlačítka do naběhnutí domovské stránky softwaru trvá tento proces minutu a třicet sekund. Tento údaj byl zjištěn během prováděných testů. Před samotným měřením je ještě nutné nastavit parametry skenování. Pro nastavení parametrů existují dva způsoby. První způsob je nastavení parametrů manuálně v menu Parameters → Resolution [MPts], Quality. Druhý způsob umožňuje vytvořit profil skenování, kterému jsou nadefinovány parametry skenování a po zvolení tohoto profilu jsou automaticky nastaveny předdefinované parametry skenování. Ve skeneru je předdefinováno několik profilů, ale každý uživatel si může jednoduše vytvořit svůj vlastní profil v menu Manage → Profiles pomocí tlačítka + v horní části obrazovky. Jednotlivé parametry skenování a hodnoty, které se u nich dají nastavit, jsou rozebrány v kapitole 1.4. Pomocí tlačítka Start scan na displeji skeneru nebo pomocí tlačítka Start/Stop na boku přístroje pod obrazovkou se spustí skenování s nastavenými parametry. Po stisknutí tohoto tlačítka je zapnut laser a začíná proces skenování. Po celou dobu, kdy je laser zapnutý, blikají LED diody červeně. Během skenování se skener otáčí o 180° ve směru chodu hodinových ručiček. Pokud se skenuje s barvami, pokračuje skener v otáčení až do 360° a pořizuje barevné snímky. Během skenování se zrcadlová jednotka otáčí velmi vysokou rychlostí. Před spuštěním skenování je tedy nutné se přesvědčit, že se skener může volně otáčet a že se nic nemůže dotknout zrcadlové jednotky. Na závěr skenování se skener ještě jednou otočí o 360° k zachycení dat o sklonu. Po ukončení procesu se na obrazovce skeneru zobrazí náhled s naskenovanými daty. Po prohlédnutí naskenovaných dat se pomocí tlačítka Home opět zobrazí domovská stránka. Nyní je možné pokračovat v měření nebo skener vypnout pomocí tlačítka On/Off nebo použitím 12

ČVUT v Praze


volby Shut down Scanner v operačním softwaru přístroje, která se nachází v menu Manage. Vypínání skeneru je opět časově náročnější, stejně jako u spouštění, v tomto případě byl také naměřen čas vypnutí minuta a třicet sekund.

1.3 Ovládací software Po spuštění skeneru se objeví domovská stránka ovládacího softwaru skeneru. Tuto obrazovku je možné vidět na obrázku 4. V horní liště je zleva zobrazen název aktuálního otevřeného okna, dále stav baterie a aktuální čas. Pod časomírou je ikona, na které je zobrazen znak otazníku, pod touto ikonou se skrývá „online help“. Ikona pro help se nachází na všech stránkách. Význam „online help“ je použit z toho důvodu, že po zmáčknutí ikony se zobrazí popis práce s aktuální stránkou. Na domovské stránce jsou dále uvedeny: název projektu, zvolený profil, parametry skenování a bezpečná vzdálenost. Ve spodní polovině domovské stránky jsou 4 velké ikony: Start scan, Parametrs, View scan a Manage. Ikona Start scan slouží ke spuštění skenování s aktuálně nastavenými parametry. Pomocí ikony Parametrs se nastavují parametry skenování, toto je podrobněji popsáno v kapitole 1.4. Ikona View scan slouží k prohlížení skenů, které jsou uloženy na SD kartě. Po otevření této ikony se objeví seznam s aktuálně uloženými skeny na SD kartě. V seznamu je pro každý sken uveden název, velikost a datum jeho vytvoření. Po vybrání některého skenu se zobrazí jeho náhled. Zde je možné si obraz přibližovat nebo oddalovat a pohybovat se v obraze. Pomocí tlačítka Info je možné zobrazit vlastnosti daného skenu a pomocí ikony s logem popelnice je možné daný sken vymazat.

Obr. 4: Domovská stránka [1]

13

ČVUT v Praze


Pod ikonou Manage se nachází různá nastavení skeneru: -

Projects

-

Profiles

-

Operators

-

General settings

-

Service

-

Sensors

-

Shut down scanner

Nyní budou postupně popsány možnosti jednotlivých nastavení, prvním z nich je Projects. V záložce Projects je možné zvolit současný projekt, vytvořit nový nebo editovat stávající projekty. Vytváření projektů je dobré pro snazší orientaci ve větším počtu uložených dat na SD kartě. Každý soubor, který je na kartě uložen, se jmenuje podle názvu projektu. Další možností v obrazovce Manage je záložka Profiles. V této záložce se volí současný profil, vytvářejí se zde nové profily nebo editují stávající. Profily, které jsou ve skeneru předdefinovány, nelze mazat ani editovat. Je možné si vytvořit svoje vlastní profily, které již lze libovolně editovat nebo mazat. Nový profil se v nabídce objeví po zadání jeho názvu a nastavení parametrů skenování, se kterými se bude skenovat. V další záložce s názvem Operators je možné zvolit stávajícího operátora, vytvořit nového nebo editovat stávajícího. Po zvolení operátora budou informace o něm uloženy v metadatech pořízených skenů. Tato informace může být důležitá pro zpracovatele, aby věděl, kdo daná data naskenoval. Záložka General settings slouží k obecnému nastavení skeneru. V této záložce se nachází několik dalších podzáložek pro nastavení skeneru: -

Sounds – nastavení zvuku skeneru

-

Power Management – možnost nastavení spořiče obrazovky, stav baterie

-

Display – nastavení jasu obrazovky

-

Date & Time – nastavení data a času a formátu data a času

-

Language – nastavení jazyka skeneru

-

Units – nastavení zobrazovaných délkových jednotek

-

WLAN – spuštění WLAN

Další záložkou na obrazovce Manage je Service. Tato záložka slouží k servisu přístroje, zobrazují se zde různá upozornění, je zde možné stáhnout firemní update pro skener. 14

ČVUT v Praze


Předposlední záložkou je Sensors, ta slouží k zapnutí senzorů skeneru. Skener je vybaven čtyřmi senzory: -

Teploměr

-

Inklinometr – slouží k určení sklonu skeneru s přesností 0,015° (2,6 cm na 100 m)

-

Kompas – slouží k určení polohy skeneru vůči světovým stranám

-

Altimetr – jedná se o barometrický výškový senzor, který určuje relativní výšky

Teploměr slouží k měření teploty skeneru. Po otevření této záložky se zobrazí barevný graf s teplotou skeneru. Graf je složen ze tří barev: zelená, žlutá, červená. Pokud je teplota v kritické hodnotě (žlutá barva v grafu), je možné skenovat, ale teplota může negativně ovlivnit kvalitu skenů. Pokud je teplota příliš vysoká (červená barva v grafu), není možné pokračovat v měření. Pro snížení teploty je možné zapnout integrovaný větrací systém nebo skener vypnout. Poslední volbou v menu Manage je záložka Shut Down Scanner, která slouží k vypnutí skeneru.

1.4 Parametry skenování Parametry skenování se nastavují v menu Parameters. Po jeho otevření se zobrazí roletové menu s několika záložkami, přehled všech záložek je vidět na obrázku 5. Nastavení správných parametrů je důležité pro výsledek skenování. Nastavení různých parametrů také ovlivňuje čas skenování. V záložce Selected Profile je vidět aktuálně zvolený profil skenování. Po kliknutí na tuto záložku, je možné vybrat jiný profil z nabídky. Nové profily se do nabídky přidávají v menu Manage, jak již bylo vysvětleno v kapitole 1.3. Po zvolení některého z profilů se automaticky změní aktuálně nastavené parametry skenování.

15

ČVUT v Praze


Obr. 5: Záložka Parameters [1]

Záložka Resolution and Quality zobrazuje aktuálně zvolené rozlišení a kvalitu. Nastavení rozlišení ovlivňuje výsledné rozlišení skenu. Zadává se pomocí stupnice, na které jsou hodnoty 1/1, 1/2, 1/4… nejnižší možné rozlišení je 1/32. Nastavení kvality má vliv na výslednou kvalitu skenování, čím vyšší kvalita se nastaví, tím více je potlačen šum ve skenovaných datech. Při zvyšování kvality a ponechání stejného rozlišení výrazně stoupá čas skenování. Na obrázku 6 je vidět vzhled záložky Resolution and Quality. Mezi stupnicemi pro nastavení kvality a rozlišení jsou vypsány údaje o čase skenování, velikosti skenu, rozlišení a vzdálenosti bodů. Velikost skenu je udávána vertikálním a horizontálním počtem bodů. Velikost rozlišení je udávána jednotkami MPts (Mega Points), to znamená, kolik miliónů bodů bude přibližně naměřený sken obsahovat. Vzdálenost bodů udává rozestup dvou naskenovaných bodů, které se nacházejí ve vzdálenosti 10 metrů od skeneru.

Obr. 6: Resolution and Quality [1]

16

ČVUT v Praze


V záložce Horizontal and Vertical je zobrazen aktuálně nastavený počáteční a koncový úhel skenování a to v rovině horizontální i vertikální. Hodnota úhlů je dána ve stupních. Po kliknutí na tuto záložku je možné změnit velikost skenované oblasti. Pro nastavení správné oblasti je dobré naskenovat takzvaný Preview scan, to znamená, že se naskenuje sken s parametry nastavenými na nejnižší hodnoty. Tento sken se poté zobrazí v záložce Horizontal and Vertical a podle něho se nastaví rozsah skenování. Nastavení správné velikosti skenu snižuje dobu skenování a velikost naskenovaných dat. Ve spodní části obrazovky (v záložce Horizontal and Vertical) je tlačítko Default Area, které po stisknutí nastaví oblast skenování na původní hodnoty plného skenu, to znamená horizontální úhel od 0° do 360° a vertikální úhel od -60° do 90°. V záložce Select Sensors je možné zapnout nebo vypnout jednotlivé senzory skeneru, které byly popsány v kapitole 1.3. Jedná se o inklinometr, kompas a altimetr. Záložka Scan with Color má pouze dvě funkce, může bát vypnutá nebo zapnutá. V případě, že je tato záložka zapnutá, snímá skener barevné snímky, aby bylo možné obarvit naskenovaná data. V záložce Advanced Settings je možné zapnout dvě volby, těmito volbami jsou Clear Contour a Clear sky. Při zapnutí volby Clear Contour je zapnut filtr, který odstraňuje nesprávná měření. Dochází k odstranění bodů, které vznikly vícenásobným odrazem dálkoměrného svazku, nejčastěji k tomuto jevu dochází v rozích objektů. Volba Clear sky zapíná filtr, který odstraňuje body, které se od ničeho neodrazily, k tomuto jevu nejčastěji dochází při skenování oblohy. V menu Parameters jsou ještě uvedeny hodnoty bezpečné vzdálenosti, času skenování, velikosti dat v Megabytech a velikosti skenu. Tyto hodnoty nelze nijak nastavit, jsou ovlivněny nastavenými parametry skenování. Pro vypracování kapitoly 1 byly použity zdroje [1], [3] a [4].

17

ČVUT v Praze

2. Software Scene

2. Software Scene 2.1 Obecné informace Software Scene je navržen pro prohlížení, správu a základní zpracování 3D dat pořízených laserovým skenovacím systémem Trimble TX5. Pro zpracování dat se používají různé funkce a nástroje, jako například filtrování, automatické rozeznávání objektů, registraci skenů a obarvování skenů. Po přípravě dat v softwaru Scene se data exportují a dále zpracovávají v jiném softwaru. Scene také umožnuje vytvoření dat sdílených na webu. Tato data je možné umístit na internet a mohou být prohlíženy pomocí klasického internetového prohlížeče, který podporuje Adobe Flash. Software Scene je dodáván spolu se skenerem Trimble TX5. Pro instalaci vyžaduje 64 bitový operační systém, minimálně 4 GB volné paměti, procesor 2 GHz, grafickou kartu s pamětí 256 MB a síťovou kartu kvůli licenci. Po nainstalování softwaru je možné používat software po dobu 30 dní bez licence. Po vypršení této doby je nutné nastavit licenci. Nastavení licence je možné provést třemi způsoby a to pomocí klíče produktu, licence přes USB nebo síťová licence. Klíč produktu obsahuje 18 čísel a je možné jej najít na zadní straně obalu od softwaru, klíč se zadá do dialogu Product Activation, který se objeví automaticky po spuštění programu. Pokud je klíč na flash disku, vloží se flash disk do portu USB, klíč se automaticky nainstaluje a je možné spustit program. Při každém spuštění programu je nutné mít flash disk s klíčem vložený v portu USB. Síťová licence je vhodná pro použití na více počítačích, kdy na jednom počítači je nainstalován software, který poskytuje licenci ostatním počítačům v síti. Tento software je obsažen na instalačním DVD se softwarem Scene. Pokud se na jiném počítači v síti spustí Scene, tento počítač si automaticky v síti najde volnou licenci a přes ni se spustí. Po vypnutí programu se tato licence uvolní a je možné ji použít pro jiný počítač v síti. V dalších kapitolách bude popsána práce se softwarem. Popis se bude týkat hlavně funkcí, které byly použity pro zpracování této práce.

2.2 Úvodní obrazovka - Project selection Při prvním spuštění softwaru je nutné zvolit složku, do které se budou ukládat veškeré projekty. Tuto složku je možné kdykoliv změnit v menu Tools → Options → Folder. Po zvolení složky se objeví základní okno softwaru s názvem Project selection. Vzhled tohoto okna je vidět na obrázku 7. 18

ČVUT v Praze

2. Software Scene

Obr. 7: Project selection [2]

V okně Project selection jsou zobrazeny všechny známé projekty. Jednotlivé projekty jsou zobrazeny velkými ikonami (Obr. 7 – a), které obsahují náhled projektu, název a v horní části 3 malé ikony (Obr. 7 – b), které slouží pro přidání projektu mezi oblíbené, editaci informací o projektu a pro ignorování projektu, to znamená, že se nebude v nabídce zobrazovat. V informacích o projektu je možné změnit jméno a zobrazovaný náhled projektu, dále se zde mohou nastavit klíčová slova, popis projektu a lokalita, ke které se projekt vztahuje, ta se zadává pomocí zeměpisné šířky a délky. Po nastavení lokality se přidá k projektu 4. malá ikona, na které je vyobrazena planeta Země a po stisknutí této ikony se otevře Google Earth v místě, ke kterému se daný projekt vztahuje. Ve spodní části obrazovky Project selection jsou zobrazeny informace o projektu (Obr. 7 – c), který je aktuálně označen. V těchto informacích je zobrazen název projektu, datum a čas posledních úprav, klíčová slova a popis. V horní části okna se nacházejí 4 ikony pro rychlé spuštění správy projektů (Obr. 7 – d), přidání existujícího projektu do nabídky, vytvoření nového projektu a obnovení pohledu. V pravé části se nastavují projekty (Obr. 7 – e), které se budou zobrazovat v nabídce, např.: všechny, oblíbené, sdílené na webu atd. Dále je možné seřadit projekty podle oblíbenosti, názvu nebo posledního otevření. Poslední funkcí v této části obrazovky je vyhledávač, který vyhledává projekty podle 19

ČVUT v Praze

2. Software Scene

názvu. Jednotlivé projekty se otevřou kliknutím levého tlačítka myši na ikonu projektu a v následně otevřeném menu se zvolí Open Project.

2.3

Prostředí softwaru Po otevření projektu se zobrazí základní okno softwaru. Toto okno se nechá rozdělit

do pěti základních částí, které jsou označeny v obrázku 8.

Obr. 8: Prostředí softwaru [2]

V první části se nacházejí jednotlivá roletová menu (Obr. 8 – a), která obsahují příkazy pro základní operace. Druhá část obsahuje ikony pro rychlé spuštění nejčastěji používaných funkcí (Obr. 8 – b). Tyto ikony se mění podle zvoleného pohledu, protože některé funkce lze použít pouze v některém pohledu. Více o jednotlivých pohledech je uvedeno v kapitole 2.4.3. Ve třetí části je zobrazena struktura projektu (Structure view) (Obr. 8 – c). V tomto okně jsou zobrazeny všechny soubory a objekty, které daný projekt obsahuje. Okno je možné pomocí ikony zobrazující špendlík (nachází se v pravé horní části) skrýt a získat tak větší prostor pro práci se zobrazenými daty. Ve čtvrté části jsou zobrazeny podrobnosti k jednotlivým funkcím a informace o skenovaných 20

ČVUT v Praze

2. Software Scene

bodech (Obr. 8 – d). Podrobnosti k jednotlivým funkcím se zobrazují v levé části a to po najetí kurzorem myši na ikonu příslušné funkce. V pravé části se zobrazují informace o naskenovaných bodech, např.: číslo řádku a sloupce, souřadnice XYZ určitého bodu. V páté části se zobrazují naskenovaná data (Obr. 8 – e). Zde může být otevřeno více pohledů zároveň a to buď jako jednotlivá okna nebo jako záložky. Tyto funkce se přepínají v menu View → Tabbed Documents. U záložky je vždy zobrazen pouze jeden pohled a to přes celé okno, jednotlivé záložky se přepínají v horní liště tohoto okna. Při otevření jednotlivých oken je možné otevřít více pohledů vedle sebe. Počet současně otevřených oken je limitován velikostí monitoru.

2.4 Práce se softwarem Program Scene nabízí řadu možností práce s naskenovanými daty. Pro vyhodnocení měření k této bakalářské práci byly využity jen některé funkce programu. Použité funkce budou podrobněji probrány v následujících podkapitolách. 2.4.1 Import měřených skenů Po vytvoření a otevření nového projektu je nutné naimportovat měřená data do daného projektu. Data naměřená skenerem Trimble TX5 a uložená na místním harddisku mohou být importována jednoduchým přetažením souboru pomocí kurzoru myši. Do programu Scene mohou být importována i data pořízená jinými skenery. Tento import se provádí pomocí funkce import, nacházející se v menu File → import. Pomocí této funkce mohou být importována data s koncovkami E57, PTZ, PTX a také textový soubor obsahující souřadnice XYZ. Při importování textového souboru se souřadnicemi bodů je nutné dát pozor na správné pořadí souřadnic v textovém souboru. Při špatném pořadí by mohlo dojít ke špatnému načtení dat. Nastavení pro import souřadnic se provádí v menu Tools → Options → Import. 2.4.2 Struktura projektu (Structure view) V okně Structure view je zobrazen přehled o všech objektech, které se nacházejí v pracovní ploše softwaru Scene. Základními složkami jsou: -

Scans – obsahuje skeny, tato složka je pojmenována podle názvu projektu

-

Documentation – obsahuje dokumentace objektů

-

Measurements – obsahuje měřické záznamy

-

Models – obsahuje CAD modely

-

References – obsahuje měřená data a referenční body 21

ČVUT v Praze

2. Software Scene

Ve složce Scans jsou obsaženy všechny informace, které se vztahují ke skenu. Obsahem této složky jsou naskenované body, informace o pozici a orientaci, informace o sklonu skenu, vyhodnocené objekty softwarem Scene a snímky pořízené kamerou skeneru. 2.4.3 Pohledy Pro práci a prohlížení dat slouží v softwaru Scene 3 různé pohledy, těmito pohledy jsou Quick view, Planar view a 3D view. Jednotlivé pohledy se otevírají v okně Structure view. Na daný sken se klikne pravým tlačítkem myši a v nabídce view se zvolí požadovaný pohled, který se má otevřít. Nejjednodušším pohledem je Quick view, tento pohled slouží k jednoduchému prohlédnutí jednotlivých skenů a je dostupný během několika sekund. V pohledu Quick view se pozorují skenované body pouze z pohledu skeneru, nemůže se tedy změnit pozice pozorování, ale může se změnit směr pozorování a měřítko. Měřítko pohledu se mění pomocí kolečka na myši. Rozsah pohledu nemůže překročit 180°. Druhým pohledem je Planar view, který také zobrazuje jednotlivé skeny. Tento pohled se zprvu může zdát zvláštní, protože se jeví jako zkreslený. Pro Planar view používá Scene stejnou techniku, jaká je použitá při zobrazení zemského povrchu v mapách. Stejně jako u pohledu Quick view se skenovaná data pozorují z pohledu skeneru a nelze toto místo pozorování změnit. Může se pouze měnit měřítko a směr pozorování. Posledním z pohledů je 3D view, který zajišťuje nejlepší pohled na skenované body. Tento pohled je možné spustit stejným způsobem jako předchozí pohledy nebo pomocí ikony 3D v horní části obrazovky. Pomocí funkce Camera, která je v menu po kliknutí levým tlačítkem myši do pohledu, je možné přepínat zobrazení pohledu mezi perspektivním a ortografickým. V perspektivním zobrazení pohledu se stejně velké objekty s přibývající vzdáleností zmenšují. U ortografického zobrazení pohledu se stejně velké předměty zobrazují pořád ve stejné velikosti nezávisle na vzdálenosti. V pohledu 3D view je možné pozorovat data z jakéhokoliv bodu. Bod otáčení se zadává pomocí funkce Set rotation point. Pomocí kolečka myši se mění měřítko a pro ovládání pohledu slouží tři různé módy, které se spouští pomocí ikon Fly, Examine nebo Walk. 2.4.4 Oříznutí skenu Pro vyčistění skenů od nepotřebných bodů se používá oříznutí skenů. Tuto funkci je možné použít pouze v pohledu 3D view. Nejprve je nutné určit oblast, která se bude ořezávat. Oblast se vybírá pomocí funkce Polygon selector. Po zvolení této funkce se vyznačí oblast polygonem, který se automaticky uzavře po dvojkliku levým tlačítkem myši. V místě dvojkliku se také vytvoří bod polygonu. Je-li oblast vybrána, klikne se 22

ČVUT v Praze

2. Software Scene

do této oblasti pravým tlačítkem myši a otevře se menu, ve kterém je možné zvolit Delete inside selection, Delete outside selection nebo Remove selection. Tyto funkce slouží ke smazání vybrané oblasti, smazání bodů mimo vybranou oblast nebo ke zrušení vybrané oblasti. Při otevření oříznutých dat v pohledu Quick view a Planar view není pohled úplně čistý, ale jsou zde vidět i oříznutá data zobrazena černě. 2.4.5 Vyhodnocování terčů Jednou z důležitých funkcí je vyhledávání terčů a identických bodů (Obr. 9). Tyto body jsou důležité u registrace skenů. Software Scene nabízí dvě možnosti pro vyhledávání terčů a několik terčů, které je možné vyhledávat. První z možností jak vyhledávat terče je automatické vyhledávání. Automatické vyhledávání je možné najít v menu Operations → Find objects. Toto menu se zobrazí po kliknutí pravým tlačítkem myši na název skenu v okně Structure view. Po otevření tohoto menu se vyberou objekty, které mají být vyhledány. Software Scene umí vyhledávat černobílé šachovnicové terče, kulové terče, rohové body, roviny v podobě čtverců, obdélníky a linie. Po kliknutí na název některého z objektů, se spustí automatické vyhledávání. Druhým způsobem je ruční vyhledání terčů pomocí funkcí, které jsou k tomu určeny. Funkce se spouštějí pomocí ikon v horní části obrazovky. První z funkcí je Mark circular flat target sloužící pro vyhledávání kružnicových terčů. Funkce Mark checkerboard target slouží pro vyhledání šachovnicových terčů. Pomocí funkce Mark registration sphere se vyhledávají kulové terče. Pro vyhledávání kulových terčů se v menu Tools → Options → Matching → Match sphere settings nastaví poloměr vyhledávaného terče. Nastavení poloměru kulového terče je velmi důležité pro přesné vyhodnocení. Poslední funkcí pro vyhledávání terčů je Mark a scan point sloužící pro označení jednoho bodu. Vybrané terče je možné pojmenovat. Název terče se zobrazuje v okně Structure view pod názvem skenu, ve kterém je tento terč vybrán. Po kliknutí pravým tlačítkem myši na název terče se otevře menu, ve kterém se může terč přejmenovat, smazat, zacílit na něj pohled a také se zde můžou otevřít vlastnosti terče. V těchto vlastnostech jsou uvedeny souřadnice středu terče a to buď v globálním systému, nebo v místním systému skeneru, kdy počátek souřadnicového systému leží ve středu skeneru. Vlastnosti slouží pouze pro prohlížení informací, souřadnice nelze přepsat.

23

ČVUT v Praze

2. Software Scene

Obr. 9: Vyhodnocení terčů (kulový, šachovnicový)

2.4.6 Export měření Pro práci s daty v jiném programu je potřeba exportovat data do příslušného formátu, se kterým je možné pracovat v daném softwaru. Export dat se provádí pomocí funkce Export scan points. Po kliknutí pravým tlačítkem myši na název skenu v okně Structure view, se otevře menu s několika záložkami. Pod záložkou Import/Export se nachází funkce Export scan points. Po otevření této funkce se zobrazí okno, ve kterém se nastavují parametry pro export. Nastavuje se složka, do které se exportovaná data uloží. Dále formát, ve kterém se data vyexportují. Mezi podporované formáty patří například PTX, PTC pro použití v softwaru Cyclone, dále formáty DXF, XYZ a další. Dále se nastavuje, jestli se má exportovat celý sken nebo pouze vybraná část. Pokud se exportuje pouze vybraná část skenu, nastaví se tato část pomocí minimální a maximální vzdálenosti.

2.5 Registrace skenů Registrace skenů nebyla pro potřebu této práce použita. Jedná se ale o velmi důležitou funkci softwaru Scene, proto je zde popsána. Pokud je pořízeno více skenů, je každý z těchto skenů pořízen v lokálním souřadnicovém systému, který má počátek v místě, kde laser prochází přes zrcadlo skeneru. Proces, při kterém dochází ke spojení více skenů do jednoho mračna bodů, se nazývá registrace skenů. Pomocí transformace se pak převádí mračno bodů do reálného souřadnicového systému. Pro registraci a transformaci slouží takzvané referenční objekty. Pro transformaci musí být tyto objekty zaměřeny v daném souřadnicovém systému, do kterého se má mračno bodů transformovat. Software Scene 24

ČVUT v Praze

2. Software Scene

používá jako referenční objekty různé body, například kulové a šachovnicové terče, rohové body, plochy a další. Vyhledání těchto bodů bylo popsáno v kapitole 2.4.5. Minimálním počtem pro registraci dvou skenů jsou 3 referenční body. Před samotným zpracováním registrace v softwaru Scene se provádí předzpracování pomocí funkce Preprocess scan. Tato funkce se nachází v menu Operations → Preprocessing, které se otevře po kliknutí pravým tlačítkem myši na název skenu v okně Structure view. Po zapnutí této funkce se objeví okno, ve kterém se zvolí body, které se mají automaticky vyhodnotit. Dále se označí volba pro vytvoření mračna bodů jednotlivých skenů. Potvrzením tohoto nastavení se provede předzpracování, během kterého jsou automaticky identifikovány referenční body. Pokud nejsou identifikovány všechny body, je potřeba tyto zbylé body označit ručně pomocí funkcí, které byly popsány v kapitole 2.4.5. Poté se v menu Tools → Options → Matching vypne funkce Enable fine registration a skeny se automaticky spojí k sobě pomocí funkce Place scans auto, která se nachází v menu Operations → Registration. Po ukončení této operace se otevře okno s výsledky a přesností spojení skenů. Pro upřesnění výsledků se povolí funkce Enable fine registration. Kliknutím pravým tlačítkem myší na Scan manager v okně Structure view se otevřou vlastnosti skenů (Properties) a zde se pomocí volby Optimize tensions provede závěrečná registrace skenů. Pro vypracování kapitoly 2 byl použit zdroj [2].

25

ČVUT v Praze

3. Testování relativní přesnosti měření délek

3. Testování relativní přesnosti měření délek 3.1 Princip metody Princip metody testování relativní přesnosti měření délek spočívá ve dvojím určení stejného délkového rozdílu a vzájemném porovnání. Jako přesný délkový rozdíl se v tomto případě uvažuje délkový rozdíl určený pomocí interferometru. V našem případě se použije interferometr ML10. Práce s interferometrem a jeho technické parametry jsou podrobněji popsány v kapitole 3.2. Délkový rozdíl určený pomocí interferometru se porovnává s délkovým rozdílem, který je vypočten ze souřadnic skenovaných bodů. Testování se provádí v laboratoři na kolejnicové dráze. Na této kolejnicové dráze je umístěn vozík, na kterém jsou připevněny terče a odrazný hranol pro interferometr. Tyto terče se skenují pomocí skeneru Trimble TX5, který zůstává po celou dobu měření na stejném stanovisku. Zároveň je měřena pozice vozíku pomocí interferometru. Pro určení vzdálenosti změřené skenerem je nutné vyhodnotit souřadnice jednotlivých terčů. Vyhodnocení souřadnic probíhá v softwaru Scene. Testování přesnosti měření délek se provádí přibližně na 5, 10, 15 a 20 metrech. Na každé z těchto pozic je naměřeno 11 délek a z nich je určeno 10 délkových rozdílů. Tyto délkové rozdíly jsou porovnány s délkovými rozdíly, které byly určeny na interferometru. Protože přesnost interferometru je o tři řády lepší, než předpokládaná přesnost skeneru, představují odchylky těchto dvou rozdílů skutečné chyby v určení vzdálenosti. Ze skutečných chyb se vypočítá směrodatná odchylka metody. Směrodatná odchylka je určena zvlášť pro každý terč a vzdálenost.

3.2 Interferometr ML10 Laserový měřící systém ML10 je velmi přesný přístroj pro měření délkových rozdílů. Tento přístroj umožňuje měřit délkové rozdíly až do vzdálenosti 40 metrů s přesností

, pro měření používá heliový - neonový laser a je možné s ním měřit

při teplotách od 0° do 40°C. Naměřená data jsou zaznamenávána a zpracovávána v softwaru, který je k přístroji dodáván. Pro potřebu této práce byly měřeny lineární délkové rozdíly. Princip měření pomocí interferometru je patrný z obrázku 10. Ze zdroje laseru vychází laserový svazek, který prochází polopropustným zrcadlem. Tento svazek se zpátky odráží od odrazného hranolu, který je umístěn na vozíku s terči. Poté prochází zpět polopropustným zrcadlem a dopadá na detektor laseru. Pro vypracování kapitoly 3.2 byl použit zdroj [5]. 26

ČVUT v Praze


Obr. 10: Schéma interferometru

3.3 Příprava měření Před začátkem měření bylo třeba připravit skener, vozík s terči a interferometr. Na počátku kolejnice byla připevněna trojnožka. Do trojnožky byl umístěn skener. Pro umístění skeneru do trojnožky bylo nutné použít speciální adaptér, který se přišrouboval ke skeneru. Pozice skeneru se v průběhu celého měření neměnila. Na druhém konci kolejnicové dráhy se nacházel interferometr, který měřil pozici vozíku, a údaje byly zaznamenávány do počítače. Na dráhu se umístil vozík s připevněnými skenovanými terči. Na vozíku bylo celkem 6 různých terčů a to dva kulové terče, dva šachovnicové terče, které se používají jako vlícovací body u skeneru Trimble TX5 a dále dvě odrazné fólie. První kulový terč je určen pro skener Trimble TX5 (Obr. 11 – vlevo), jedná se o kulový terč s průměrem 139 mm. Ve druhém případě se jedná o univerzální kulový terč o průměru 145 mm (Obr. 11 – vpravo). Použité šachovnicové terče jsou určené pro použití u skeneru Trimble TX5. Jedná se o šachovnicové terče. První z terčů je originální (Obr. 11 – vlevo), druhý je okopírovaný na obyčejný papír (Obr. 11 – vpravo). Na vozíku byl připevněn odrazný štítek pro skenovací systém HDS 3000 od firmy Leica a geodetický reflexní terč. Rozmístění terčů na vozíku je možné vidět v přiloženém obrázku 11.

27

ČVUT v Praze


Obr. 11: Vozík s terči

3.4 Průběh měření Po přípravě všech pomůcek bylo možné zapnout skener. Pro určení oblasti skenování byl proveden sken s nastavenými nejnižšími parametry. Po provedení tohoto skenu byla v menu Parametrs → Horizontal and Vertical nastavena oblast skenování, v tomto případě byly nastaveny hodnoty 78° až 103° pro horizontální směr a -23° až 11° pro vertikální směr. Poté byly nastaveny parametry skenování, přehled parametrů skenování je uveden v tabulce 1. Tab. 1: Parametry skenování - testování délek

Parametry skenování Parametr Hodnota 1/2 Rozlišení 2,8 MPts 3,068 Vzdálenost bodů 3x Kvalita 2:29 Čas

Vozík se nastavil do vzdálenosti přibližně 5 metrů od skeneru a provedlo se první skenování. Skenování se spustilo pomocí volby Start scan na displeji skeneru nebo na tabletu.

Zároveň bylo nutné zaměřit pozici vozíku pomocí interferometru.

Na interferometru se zaměřila vzdálenost vozíku od zdroje laseru a tato hodnota byla zaznamenána v počítači. Po ukončení skenování byla změněna poloha vozíku o několik centimetrů (5-10 cm). Poté se opakovalo měření stejným způsobem. Na pětimetrové 28

ČVUT v Praze


vzdálenosti bylo stejným způsobem naměřeno 11 pozic vozíku. Po ukončení měření na pětimetrové vzdálenosti byl vozík posunut postupně na vzdálenost 10, 15 a 20 metrů a na těchto pozicích bylo provedeno měření stejným způsobem.

3.5 Vyhodnocení měření Pro vyhodnocení naměřených dat bylo nejprve nutné tato data uložit do počítače. Ve skeneru jsou data ukládána na SD kartu. Po vypnutí skeneru je možné kartu vyjmout z přístroje a připojit do počítače. Po připojení karty byla naměřená data uložena do počítače. Každé měření bylo uloženo do vlastního souboru, který je pojmenován podle názvu zakázky a pořadovým číslem měření. Zpracování naměřených dat probíhalo v softwaru Scene. Nejprve byla založena nová zakázka a do ní bylo načteno první měření. Poté bylo nutné určit souřadnice jednotlivých skenovaných terčů. K určení souřadnic byly použity funkce pro vyhodnocení referenčních bodů, tyto funkce je možné používat pouze v zobrazení quick view nebo planar view. Pro vyhodnocení kulových terčů byla použita funkce Mark registration sphere. Před samotným vyhodnocením kulového terče se nastavil jeho poloměr v záložce Tools → options → matching → match sphere settings. K vyhodnocení šachovnicového terče byla použita funkce Mark checkerboard target. Odrazná fólie a odrazný štítek se vyhodnocovali pomocí funkce Mark circular flat target, která se používá pro vyhodnocení kružnicových ploch. Když byly vyhodnoceny všechny skenované terče, bylo možné odečíst jejich souřadnice. Souřadnice jednotlivých terčů jsou uvedeny v záložce properties. Tato záložka se nachází v roletovém menu daného terče, které se otevře kliknutím pravým tlačítkem myši na název konkrétního terče ve sloupci structure view. Po odečtení všech souřadnic se přistoupilo k výpočtu.

3.6 Výpočet Veškeré výpočty byly provedeny v programu Matlab R2012a. Princip metody spočívá v porovnání délkového rozdílu určeného pomocí interferometru s délkovým rozdílem určeným pomocí skeneru. Délkový rozdíl určený pomocí skeneru byl vypočten z naměřených souřadnic podle rovnice (1). √

(1)

Stejný délkový rozdíl určený pomocí interferometru byl získán jako rozdíl dvou vzdáleností vozíku od interferometru. Z těchto vypočtených délkových rozdílů byla určena skutečná chyba v zaměření délky skenerem, rovnice (2). 29

ČVUT v Praze


(2) Pro každý testovaný terč bylo na každé vzdálenosti, tj. na 5, 10, 15 a 20 metrech, vypočteno deset chyb, jednotlivé vypočtené chyby jsou uvedeny v příloze A. Z těchto chyb byla určena směrodatná odchylka pro zaměření vzdálenosti pomocí rovnice (3). √

(3)

3.7 Dosažené výsledky Výsledkem testování přesnosti měření délek je určená směrodatná odchylka s jakou skener Trimble TX5 měří vzdálenosti. Test byl proveden pro několik terčů a na čtyři vzdálenosti. Směrodatné odchylky pro jednotlivé terče a vzdálenosti jsou uvedeny v tabulce 2. Tab. 2: Směrodatné odchylky - délky

Terč Vzdálenost 5m 10 m 15 m 20 m

Směrodatné odchylky [mm] Kulový terč Kulový terč Terč (průměr 139mm) (průměr 145mm) (originál) 0,5 0,3 0,4 0,4 0,4 0,5 0,4 0,5 0,4 0,4 0,4 0,5

Terč (kopie) 0,3 0,6 0,6 0,4

Vyhodnocení odrazného štítku a reflexního terče nebylo možné. Odražený signál byl příliš silný a skener není schopný zaměřit přesnou pozici těchto terčů. Z tohoto důvodu není vhodné používat pro měření se skener Trimble TX5 odrazné fólie a štítky. Kulové a šachovnicové terče se ukázaly jako velmi vhodné pro měření se skenerem Trimble TX5.

30

ČVUT v Praze

4. Testování přesnosti měření úhlů

4. Testování přesnosti měření úhlů 4.1 Princip metody Princip této metody spočívá ve dvojím zaměření délkového rozdílu ve směru příčném na směr skenování. Jako přesný délkový rozdíl se uvažuje rozdíl změřený pomocí interferometru. Ten se porovnává s délkovým rozdílem vypočteným ze souřadnic naskenovaných terčů. Rozdíl mezi dvojím určením délkového rozdílu se převede na obloukovou míru a tím je dána přesnost v měření úhlů. V tomto testu se používá stejný vozík s terči, umístěný na kolejnicové dráze, jako u testování přesnosti měření délek. Rozdíl těchto dvou metod spočívá v tom, že při testování přesnosti měření úhlů je skener umístěn z boku kolejnicové dráhy, vozík se tedy skenuje přibližně pod úhlem 90°. Souřadnice jednotlivých terčů se vyhodnocují v softwaru Scene. Pro každý terč je určeno deset délkových rozdílů, z nich je vypočtena směrodatná odchylka v určování úhlů.

4.2 Příprava měření Toto měření probíhalo na stejné kolejnicové dráze a se stejnými terči jako testování přesnosti měření délek. Pro testování přesnosti měření úhlů bylo třeba přemístit skener na nové stanovisko a upravit vozík s terči. Interferometr zůstal na stejném místě. Vozík s terči se musel upravit tak, aby bylo možné skenovat terče z boku. Konstrukce s terči, která byla umístěna na vozíku, byla tedy otočena o 90°. Skener byl umístěn z boku kolejnicové dráhy na stativ a byl horizontován pomocí krabicové libely na trojnožce. Konfigurace měření je znázorněna na obrázku 12.

Obr. 12: Konfigurace měření

31

ČVUT v Praze


4.3 Průběh měření Po připravení všech pomůcek byl zapnut skener. Nejprve byly nastaveny nejnižší hodnoty parametrů skenování a byl proveden první sken. Na základě tohoto skenu byla určena oblast skenování v menu Parametrs → Horizontal and Vertical. Poté byly nastaveny parametry skenování, které jsou vypsány v tabulce 3. V průběhu celého měření zůstaly nastaveny stejné parametry skenování, význam jednotlivých parametrů byl popsán v kapitole 1.4. Tab. 3: Parametry skenování - testování úhlů

Parametry skenování Parametr Hodnota 1/2 Rozlišení 0,9 MPts 3,068 Vzdálenost bodů 3x Kvalita 1:23 Čas

Vozík s terči byl nastaven na první pozici a pomocí tlačítka Start scan bylo spuštěno skenování. Zároveň bylo nutné zaměřit pozici vozíku pomocí interferometru. Ten se ovládal pomocí počítače a naměřená vzdálenost mezi vozíkem a zdrojem laseru byla uložena do počítače. Po provedení prvního měření byl vozík posunut o několik centimetrů do další pozice. Poté se provedlo skenování a měření interferometrem stejným způsobem. Dále pokračovalo měření stejným způsobem. Celkem bylo naměřeno 11 pozic vozíku, ze kterých se určilo 10 délkových rozdílů.

4.4 Vyhodnocení měření a výpočet Po ukončení měření bylo nutné data nahrát do počítače. Ve skeneru jsou data ukládána na SD kartu. Tuto kartu je možné po vypnutí přístroje vyjmout a vložit do počítače a data stáhnout. Vyhodnocení probíhalo opět v programu Scene. Pro tuto úlohu bylo potřeba zjistit souřadnice jednotlivých terčů. Postup vyhodnocení souřadnic terčů je podrobněji popsán v kapitole 2.4.5. Výpočet přesnosti měření úhlů byl proveden v programu Matlab R2012a. Pro určení přesnosti měření úhlu bylo potřeba vypočítat délkové rozdíly určené pomocí interferometru a ze souřadnic skenovaných terčů, dále bylo nutné vypočítat vzdálenost stanoviska skeneru

32

ČVUT v Praze


od vozíku s terči. Délkový rozdíl určený pomocí skeneru ze souřadnic byl vypočten podle rovnice (4). √

(4)

Stejný délkový rozdíl byl určen i pomocí interferometru jako rozdíl dvou vzdáleností vozíku od interferometru. Z těchto dvou délkových rozdílů byla určena délková chyba, rovnice (5). (5) Pro převedení délkové chyby na chybu v zaměření úhlů bylo potřeba vypočítat vzdálenost terče od skeneru. Tato vzdálenost byla vypočtena ze souřadnic terče a stanoviska skeneru. Souřadnicový systém skeneru má počátek ve středu skeneru [0, 0, 0], proto byla vzdálenost terče vypočtena přímo ze souřadnic terče podle rovnice (6). (6)

√ Následně byla délková chyba převedena na chybu úhlovou, rovnice (7).

(7) ̂

Tímto způsobem bylo vypočteno 10 úhlových chyb pro každý skenovaný terč. Jednotlivé vypočtené chyby jsou uvedeny v příloze B. Z těchto úhlových chyb byly vypočteny směrodatné odchylky jednotlivých terčů, rovnice (8).

√

̂

̂

(8)

4.5 Dosažené výsledky Výsledkem testování měření úhlů je směrodatná odchylka, s jakou je možné měřit úhly, pomocí skeneru Trimble TX5. Směrodatná odchylka byla určena pro dva kulové terče a dva šachovnicové terče. Testy byly provedeny v laboratoři na vzdálenost přibližně 16,5 m. V tabulce 4 jsou uvedeny směrodatné odchylky pro jednotlivé terče.

33

ČVUT v Praze


Tab. 4: Směrodatné odchylky - úhly

Směrodatné odchylky Terč Směrodatná odchylka [mgon] 1,29 Kulový terč (průměr 139mm) 0,92 Kulový terč (průměr 145mm) 1,98 Terč (originál) 1,19 Terč (kopie)

Vyhodnocení odrazného štítku a reflexního terče nebylo možné. Odražený signál byl příliš velký a skener není schopný zaměřit správnou pozici terčů. Z tohoto důvodu je použití odrazných štítků a reflexních terčů nevhodné.

34

ČVUT v Praze

5. Testování součtové konstanty

5. Testování součtové konstanty 5.1 Princip metody Pro určení součtové konstanty je nutné naskenovat dva kulové terče postavené v přímce. Terče je nutné naskenovat ze dvou postavení skeneru. První skenování se provádí s postavením skeneru přibližně uprostřed přímky spojující dva kulové terče. Při druhém skenování je skener umístěn v prodloužení spojnice skenovaných bodů. Ze souřadnic skenovaných terčů se vypočte dvakrát vzdálenost mezi nimi. Nejprve se vypočte vzdálenost ze souřadnic, které jsou naskenovány s postavením skeneru uprostřed přímky, tato vzdálenost je zatížena dvojnásobnou součtovou konstantou. Poté se vypočte vzdálenost s postavením skeneru mimo terče, tato vzdálenost není zatížena součtovou konstantou. Po odečtení vypočtených vzdáleností získáme dvojnásobnou součtovou konstantu skeneru.

5.2 Příprava a průběh měření Měření probíhalo na chodbě fakulty stavební v Praze. Před měřením bylo potřeba připravit skener a kulové terče. Pro tento test byly použity kulové terče o průměru 139 mm. Terče byly umístěny do trojnožky a připevněny na stativ. Stativy s terči byly umístěny přibližně 30 metrů od sebe. Na těchto stanoviscích se horizontovala trojnožka pomocí krabicové libely. Během celého měření zůstali kulové terče na stejném místě. Skener byl umístěn na stativ a pomocí krabicové libely horizontován. Pro první měření byl skener umístěn přibližně doprostřed mezi kulové terče. Poté byl skener zapnut a byl pořízen první sken s parametry skenování nastavenými na nejnižší hodnoty. V menu Parametrs se podle tohoto skenu vybrala oblast skenování a byly nastaveny parametry skenování, nastavené parametry jsou uvedeny v tabulce 5. Po nastavení parametrů skenování na prvním stanovisku bylo možné přejít k měření. Měření bylo spuštěno pomocí tlačítka start scan. Po ukončení měření byl skener vypnut a přenesen na druhé stanovisko. Na tomto stanovisku byl opět horizontován pomocí krabicové libely na trojnožce. Poté byl skener zapnut a opět se nejdříve pořídil sken s nejnižšími parametry skenování pro určení oblasti skenování. Poté byly nastaveny parametry skenování. Na tomto stanovisku byly nastaveny jiné parametry než na prvním. Přehled nastavených parametrů na tomto stanovisku je uveden v tabulce 5. Po nastavení parametrů bylo spuštěno měření. 35

ČVUT v Praze


Z časových důvodů byla součtová konstanta ve škole určena pouze jednou. Pro ověření tohoto měření a určení směrodatné odchylky součtové konstanty bylo měření opakováno později. Druhé měření proběhlo 3. 5. 2013 před budovou sídla firmy Geotronics Praha, s.r.o. Toto měření probíhalo stejným způsobem jako ve škole. Rozdílem bylo pouze to, že druhé měření probíhalo venku a byly použity větší kulové terče o průměru 198,8 mm. Parametry skenování byly nastaveny na stejné hodnoty jako u prvního měření. Rozdílné jsou pouze hodnoty MPts a času, tyto hodnoty záleží na nastavení oblasti skenování. Parametry skenování jsou uvedeny v tabulce 5, odlišné hodnoty času a MPts jsou uvedeny v této tabulce v závorce. Tab. 5: Parametry skenování

Stanovisko Parametr Rozlišení MPts Vzdálenost bodů Kvalita Čas

Parametry skenování Uprostřed Hodnota 1/2 4,6 (89,4) 3,068 3x 15:00 (14:48)

Mimo Hodnota 1/1 18,4 (44,4) 1,534 3x 7,29 (8:46)

5.3 Vyhodnocení měření a výpočet Data během měření byla ukládána na SD kartu, která byla po ukončení měření vyjmuta ze skeneru a připojena k počítači. Stažená data se dále zpracovávala v programu Scene. Pro určení součtové konstanty skeneru bylo nutné vyhodnotit souřadnice kulových terčů. Postup vyhodnocení souřadnic je podrobněji popsán v kapitole 2.4.5. Vyhodnocená data byla zpracovávána v programu Matlab R2012a. Pro určení součtové konstanty bylo potřeba určit vzdálenost ze souřadnic, ta byla určena podle rovnice (9). √

(9)

Tento vzorec platí pro vzdálenost měřenou s postavením skeneru mezi terči i mimo terče. Vzdálenost určená s postavením skeneru mezi terči je zatížená dvojnásobnou součtovou konstantou. Vzdálenost určená s postavením skeneru mimo terče není zatížená součtovou konstantou. Z tohoto poznatku je možné určit součtovou konstantu skeneru:

36

ČVUT v Praze


(10) (11) Jednotlivé vypočtené součtové konstanty jsou uvedené v tabulce 6. Tab. 6: Vypočtené součtové konstanty

Součtové konstanty [mm] 0,6 0,5 0,3 0,4 0,3

Z těchto součtových konstant byla určena výsledná součtová konstanta jako průměr. Dále byly vypočteny chyby jednotlivých součtových konstant ( ) jako rozdíl dané konstanty a průměru. Z těchto chyb byla určena výběrová směrodatná odchylka ̅

součtové konstanty podle rovnice 12.

̅

(12)

√

5.4 Dosažené výsledky Měření prokázala, že skener měří s určitou součtovou konstantou. Hodnota součtové konstanty byla určena celkem 5 krát. Výsledkem je průměrná hodnota z těchto měření. Přesnost určení součtové konstanty je dána směrodatnou odchylkou. Tab. 7: Součtová konstanta

Výsledky Součtová konstanta Směrodatná odchylka

0,4 mm 0,06 mm

37

ČVUT v Praze

6. Testování dosahu

6. Testování dosahu 6.1 Princip metody Cílem této metody je určit jak je skener schopný změřit různé typy povrchů (zde reprezentované různými barvami) na různé vzdálenosti. Pro účel této metody je skenována speciální deska s deseti barevnými čtverci. Jedná se o dřevotřískovou desku s bílou plochou. Na tuto plochu je umístěno deset čtverců, každý z těchto čtverců je natřen jinou barvou. Rozmístění barev na desce je viditelné na obrázku 13 a jednotlivé barvy jsou popsány v tabulce 8. Tato deska byla skenována po deseti metrech a to vždy pod úhlem dopadu 45° a 0°. Po ukončení měření bylo provedeno vyhodnocení na základě zaměřených bodů a odražených intenzit od různých barev.

Obr. 13: Deska s barevnými čtverci Tab. 8: Přehled barev

Balakryl Uni Mat Bílá 0100 Šedá 0111 Černá 0199 Oranžová 0750 Modrá 440 Červená 0815 Zelená 0530 Žlutá 0620 Fialová 0320 Hnědá 0230 38

ČVUT v Praze


6.2 Příprava měření Měření probíhalo na chodbě fakulty stavební v Praze. Před měřením bylo třeba připravit skener a desku s barevnými čtverci. Skener byl postaven na stativ a pomocí krabicové libely byl horizontován. Po celou dobu měření zůstal skener na stejném stanovisku. Deska se postavila do vzdálenosti 10 metrů, pod úhlem 0° (kolmý dopad). Oproti skeneru byla deska v průběhu měření přemísťována. Po přípravě skeneru a desky bylo možné zapnout skener a nastavit parametry skenování. Parametry byly nastaveny v menu Parameters a to na hodnoty, které jsou vypsány v tabulce 9 a 10. Po naskenování desky na vzdálenost 30 metrů byly parametry změněny. Parametry bylo třeba změnit, aby na větší vzdálenosti byly skenovány body s dostatečnou hustotou. Význam jednotlivých parametrů byl popsán v kapitole 1.4. Pro všechny skeny bylo nastaveno skenování s barvami. Tab. 9: Parametry skenování (10 - 30 m)

Parametry skenování (10, 20, 30 metrů) Parametr Hodnota 1/2 Rozlišení 2,7 MPts 3,068 Vzdálenost bodů 3x Kvalita 2:20 Čas

Tab. 10: Parametry skenování (40 - 80 m)

Parametry skenování (40 - 80 metrů) Parametr Hodnota 1/1 Rozlišení 10,7 MPts 1,534 Vzdálenost bodů 3x Kvalita 7:35 Čas

6.3 Průběh měření Po nastavení parametrů skenování bylo možné přistoupit k prvnímu měření. Toto měření probíhalo na připravenou desku ve vzdálenosti 10 metrů, pod úhlem 0°. Skenování se spustilo pomocí tlačítka start scan. Po ukončení měření byla deska pootočena tak, aby byla skenována pod úhlem 45°. Po ukončení skenování na vzdálenost 10 metrů byla 39

ČVUT v Praze


deska přesunuta o dalších 10 metrů a měření se opakovalo stejným způsobem. Stejným způsobem pokračovalo měření po deseti metrech až do vzdálenosti 80 metrů od přístroje. Po ukončení měření na 30 metrech byly změněny parametry skenování, popsáno v kapitole 6.2. Zbytek měření proběhl se stejnými parametry skenování.

6.4 Vyhodnocení měření Naměřená data byla částečně zpracována v programu Scene, z něho následně vyexportována a zpracována v programu Cyclone. Do nového projektu založeného v programu Scene byla nahrána data z jednoho měření. Pomocí funkce Apply pictures byla tato data obarvena. Následně byla data vyexportována do formátu ptx. Tento formát obsahuje souřadnice bodů, jejich intenzity a barvy ve formátu RGB. S těmito daty se dále pracovalo v programu Cyclone. V programu Cyclone byla vytvořena nová databáze, ve které byl vytvořen projekt a do něj byla importována naměřená data ve formátu ptx. Po otevření dat v programu Cyclone bylo provedeno oříznutí dat. Z naskenovaných dat byly odstraněny všechny nepotřebné body, to znamená, že po oříznutí zůstala pouze deska s barevnými čtverci. Takto oříznutá data byla rozdělena podle intenzity a to pomocí funkce Cut by intensity, kterou je možné najít v menu Create object → segment cloud. Na základě rozdělení dat podle intenzity bylo možné pozorovat, jak se jednotlivé barvy chovají v jednotlivých vzdálenostech. Na první vzdálenost se každá barva odrazila s jinou intenzitou, ale s přibývající vzdáleností se intenzity odražení téměř nelišily a nebylo tak možné rozeznat jednotlivé barvy. V místech, kde bylo možné rozeznat určitou barvu, byla danými body proložena rovina. Informace o proložené rovině udávají počet bodů, ze kterých se rovina skládá, maximální a průměrnou odchylku bodů od roviny. Rovina byla body proložena pomocí funkce Patch, která se nachází v menu Create object → Fit to cloud. Na obrázku 14 je vidět příklad rozdělení dat podle intenzity, tento konkrétní příklad se týká desky skenované kolmo na vzdálenost 10 metrů.

40

ČVUT v Praze


Obr. 14: Intenzity

6.5 Dosažené výsledky Výsledkem tohoto testu je popis chování odrazu laseru od jednotlivých barevných ploch na jednotlivé vzdálenosti. Výsledky jsou zvlášť zpracovány pro skenování pod úhlem 45° a pro 0°. V tabulce 11 jsou uvedeny vzdálenosti, do kterých je možné danou barvu rozeznat od bílého pozadí. Tab. 11: Dosah při skenování barev

Barva Bílá Šedá Černá Oranžová Modrá Červená Zelená žlutá Fialová Hnědá

Dosah skeneru Úhel 45° Dosah [m] 60 10 20 40 40 30 20 30 70

Úhel 0° Dosah [m] 10 40 40 30 50 50 50 20 50 50

Z tabulky 11 je patrné, že při skenování objektů pod úhlem 0°, je možné barvy rozeznat na trochu větší vzdálenost. Toto pravidlo ale neplatí u hnědé a šedé barvy. V případě těchto 41

ČVUT v Praze


dvou barev bylo možné rozeznat barvy skenované pod úhlem 45° na větší vzdálenost z toho důvodu, že signál byl na větší vzdálenost více pohlcován, tudíž v místě těchto dvou barev byly body naskenovány s menší hustotou. K úplnému pohlcení signálu došlo u šedé barvy na vzdálenosti 70 metrů a u hnědé na 80 metrech. Černá barva při skenování pod úhlem 45° pohltila signál už na vzdálenosti 20 metrů. Bílou barvu nebylo možné rozeznat už při krátké vzdálenosti. Důvodem bylo bílé pozadí desky, laserový svazek se tedy odrážel od bílého pozadí s téměř stejnou intenzitou jako od bílého čtverce. Při narůstající vzdálenosti skenovaných bodů není podstatné, od jaké barvy se laserový svazek odráží. Chování odrazu na větší vzdálenosti od různých barev je téměř stejné, jedinou výjimkou je barva černá, která na větší vzdálenost signál pohltí.

42

ČVUT v Praze

7. Vliv nastavení parametrů na výsledek

7. Vliv nastavení parametrů na výsledek 7.1 Postup měření Cílem tohoto testu je určit vliv nastavení parametrů skenování na dosažené výsledky, časovou náročnost skenování, velikost pořízených dat a plynulost zpracování. Pro účel testu byla skenována část atria stavební fakulty v Praze. V místě skenování se nachází několik vhodných objektů, na kterých je možné dobře porovnat výsledky z různých měření. Skener byl umístěn na stativ ve druhém patře atria v takové pozici, aby bylo skenováno druhé i první patro a schodiště spojující obě patra. Po dobu celého měření zůstal skener na stejném místě. Všechny skeny tedy byly pořízeny ze stejného místa a se stejným nastavením oblasti skenování, která v tomto případě byla nastavena na hodnoty 40° až 160° v horizontálním směru a -60° až 90° ve směru vertikálním. Všechny skeny byly pořízeny s barvami. Přehled jednotlivých parametrů skenování je uveden v tabulce 12. Tab. 12:Přehled parametrů skenování

Číslo skenu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

MPts 2,4 2,4 2,4 3,8 3,8 3,8 9,8 9,8 15,3 15,3 61,2 61,2 244,7

Přehled parametrů skenování Vzdálenost Rozlišení Kvalita bodů [mm] 1/10 3x 15,340 1/10 4x 15,340 1/10 6x 15,340 1/8 3x 12,272 1/8 4x 12,272 1/8 6x 12,272 1/5 3x 7,670 1/5 4x 7,670 1/4 3x 6,136 1/4 4x 6,136 1/2 3x 3,068 1/2 4x 3,068 1/1 3x 1,534

Čas [min] 1:25 1:49 4:13 1:38 2:16 6:02 2:37 4:16 3:31 6:02 11:02 21:03 41:06

Velikost dat [MB] 25 26 69 36 29 100 72 70 97 94 364 354 1370

7.2 Zhodnocení výsledků Zhodnocení výsledků tohoto testu není založeno na přesných výpočtech, ale jedná se zde spíše o subjektivní zhodnocení. Z tabulky 12 je patrné, že rozdíl v čase skenování je závislý na nastavení rozlišení, ale hlavní vliv na dobu skenování má nastavení kvality. Při 43

ČVUT v Praze


kvalitě skenování 3x a 4x v rámci jednoho rozlišení ještě nedochází k velkému časovému rozdílu, ale při nastavení kvality 6x doba skenování výrazně stoupá. Zároveň se zvyšováním času skenování dochází i k výraznému nárůstu velikosti dat. Při porovnání dat, která byla pořízena se stejným rozlišením, ale jinou kvalitou, nebyly zjištěny velké rozdíly v kvalitě dat. Menší rozdíly je možné pozorovat na hranách objektů, kde u vyšší kvality jsou tyto hrany lépe rozeznatelné. Největší vliv na kvalitu dat má nastavení rozlišení skenování. Na obrázcích 15, 16 a 17 je možné vidět porovnání při různě nastavených rozlišeních skenování. Pro srovnání naskenovaných dat s originálem je přiložena fotografie skenovaného schodiště (Obr. 18). Ostatní skeny schodiště jsou přiloženy v příloze C.

Obr. 15: Sken 2 a 5

Obr. 16: Sken 8 a 10

Obr. 17: Sken 12 a 13

44

ČVUT v Praze


Obr. 18: Schodiště

Čísla skenů u obrázků odpovídají jednotlivým číslům skenů v tabulce 12. Na obrázcích můžeme vidět porovnání části schodiště, které bylo skenováno s různými hodnotami rozlišení. Skenované schodiště se nacházelo přibližně 10 metrů od skeneru. Jak je vidět z obrázků skeny číslo 2 a 5 jsou téměř nepoužitelné k další práci. U těchto skenů bylo nastaveno rozlišení 1/10 respektive 1/8. Při použití tohoto rozlišení je čas skenování velmi krátký, ale naskenovaná data mohou být použita jen jako Preview scan. U skenu číslo 8, který byl pořízen s rozlišením 1/5, jsou již patrné jednotlivé schody. Vyhodnocení méně podrobných objektů by za použití tohoto rozlišení již bylo možné, ale pro podrobné vyhodnocení detailů je třeba skenovat s lepším rozlišením. Na skenu číslo 10 jsou již velmi dobře znatelné jednotlivé stupně schodů a tento sken by bylo možné použít pro kvalitní vyhodnocení. Skeny číslo 12 a 13, u kterých bylo nastaveno rozlišení 1/2 respektive 1/1, poskytují velmi podrobná data. Nevýhodou těchto skenů je větší časová náročnost při skenování. Tyto skeny obsahují velké množství bodů (cca 62 respektive 244 miliónů), tento fakt má negativní dopad na dobu zpracování. Při zpracovávání takto obsáhlých skenů v softwaru Scene se práce s programem značně zpomaluje. Na obrázcích 19 a 20 je vidět porovnání skutečného zábradlí s naskenovaným mračnem bodů. Parametry skenování tohoto mračna bodů odpovídají nastavení skenu 7 z tabulky 12. Na těchto obrázcích je možné porovnat zaměření stejného objektu na různé vzdálenosti. Při pozorování těchto dvou obrázků je patrné, že skener má největší problémy se zaměřením černého železného rámu ve spodní části zábradlí. Na vzdálenosti 3 metry je tento rám ještě zaměřen, ale na vzdálenost 15 metrů byl signál pohlcen a tento rám nebyl zaměřen. Svislé sloupky, vyrobené ze stejného materiálu, jsou skenerem zaměřeny 45

ČVUT v Praze


i na vzdálenost 15 metrů. Z tohoto poznatku je patrné, že se signál při odrazu od černé barvy chová velmi nestabilně. Na vzdálenost 15 metrů má skener problém i se zaměřením vrchní části zábradlí, která je vyrobena ze dřeva. Naopak s velkou dřevěnou plochou, v prostřední části zábradlí, neměl skener problém. Na této desce byly zaměřeny body v pravidelném rozestupu. Pro kvalitnější prohlédnutí dat a vytvoření vlastního názoru je v elektronické příloze přiloženo toto mračno bodů ve formátu ptx. Pro porovnání dat, která byla pořízena s nižším nastavením parametrů skenování, jsou přiloženy další obrázky v příloze D. Všechny tyto obrázky jsou uloženy v elektronické příloze.

Obr. 19: Skenované zábradlí (3 m od skeneru)

Obr. 20: Skenované zábradlí (15 m od skeneru)

Na základě těchto poznatků je patrné, že pro větší efektivitu práce je velmi důležité zvážit nastavení vhodných parametrů skenování. Před měřením je třeba uvážit, pro jaké účely bude dané měření použito. Pokud bude měření sloužit pro podrobné vyhodnocení objektů, je třeba nastavit vysoké parametry skenování a počítat s delším časem skenování. Naopak při skenování objektů, kde příliš nezáleží na vysokých detailech, je možné nastavit nižší parametry skenování a výrazně tak zkrátit potřebný čas k měření.

46

ČVUT v Praze

Závěr

Závěr Cílem bakalářské práce bylo otestovat vlastnosti laserového skenovacího systému Trimble TX5. Pro tyto účely bylo naměřeno několik testovacích úloh. Ty byly následně vyhodnoceny. Na základě provedených testů byly zjištěny určité hodnoty, s jakými je skener Trimble TX5 schopen měřit. Přesnost při měření délek je přibližně 0,5 mm v rozsahu měřených délek 5 m až 20 m, tato hodnota byla zjištěna na základě porovnání délkových rozdílů a vztahuje se k měření na kulové a šachovnicové terče. Při měření úhlů lze dosáhnout přesnosti 1,35 mgon. Vzhledem k podmínkám v laboratoři byla přesnost měření úhlů měřena pouze na vzdálenost 16 metrů a pro malé úhlové rozdíly, v řádu desítek vteřin. Po převodu úhlové chyby na chybu příčnou byla určena přesnost měření 0,3 mm. Pro přístroj nebyla ověřena přesnost určení velkých úhlů. Skener měří délky s určitou součtovou konstantou. Test součtové konstanty probíhal měřením na kulové terče a byla naměřena hodnota 0,4 mm. Tato součtová konstanta platí pro celou soustavu skeneru a kulového terče. Všechny určené hodnoty v sobě obsahují přesnost měření a vyhodnocení. Při určování dosahu skeneru byl zjišťován vliv různých barev na kvalitu odraženého signálu. Přibližně od 40 až 50 metrů od skeneru nehrají jednotlivé barvy roli a signál se odráží se stejnou kvalitou od všech testovaných barev. Výjimku tvoří pouze barva černá, která pohlcuje signál už mezi 10 až 20 metry. Práce se skenerem, dle mé osobní zkušenosti získané během měření, je velmi příjemná. Software, pomocí kterého se skener ovládá, je přehledný a intuitivní, základy ovládání je možné se naučit během velmi krátkého času. Práce v ovládacím softwaru je poměrně rychlá a všechny jeho funkce jsou podrobně popsány v manuálu. Výhodou skeneru je určitě to, že je malý a skladný. Skener není vodotěsný, není s ním tedy možné pracovat ani za mírného deště. Při práci se softwarem Scene nebyly využity všechny funkce, které program nabízí. Hlavními funkcemi, které byly použity při vyhodnocování testů, jsou vyhledávání terčů, obarvení skenů a export. Plynulost prohlížení dat je velmi ovlivněna jejich velikostí. Data o objemu bodů přibližně do 40 miliónu se zobrazují plynule, doba jejich načtení není dlouhá. Při načítaní větších dat, se čas prodlužuje. Práce se softwarem Scene není složitá, ale k pochopení základů ovládání je třeba určitý čas. Veškeré funkce jsou také popsány v manuálu. 47

ČVUT v Praze

Seznam obrázků

Seznam obrázků Obr. 1: Trimble TX5[1] ......................................................................................................... 9 Obr. 2: Bezpečná vzdálenost [1] .......................................................................................... 10 Obr. 3: Vložení SD karty a baterie [3] ................................................................................. 11 Obr. 4: Domovská stránka [1].............................................................................................. 13 Obr. 5: Záložka Parameters [1] ............................................................................................ 16 Obr. 6: Resolution and Quality [1] ...................................................................................... 16 Obr. 7: Project selection [2] ................................................................................................. 19 Obr. 8: Prostředí softwaru [2] .............................................................................................. 20 Obr. 9: Vyhodnocení terčů (kulový, šachovnicový) ............................................................ 24 Obr. 10: Schéma interferometru .......................................................................................... 27 Obr. 11: Vozík s terči ........................................................................................................... 28 Obr. 12: Konfigurace měření ............................................................................................... 31 Obr. 13: Deska s barevnými čtverci..................................................................................... 38 Obr. 14: Intenzity ................................................................................................................. 41 Obr. 15: Sken 2 a 5 .............................................................................................................. 44 Obr. 16: Sken 8 a 10 ............................................................................................................ 44 Obr. 17: Sken 12 a 13 .......................................................................................................... 44 Obr. 18: Schodiště................................................................................................................ 45 Obr. 19: Skenované zábradlí (3 m od skeneru) ................................................................... 46 Obr. 20: Skenované zábradlí (15 m od skeneru) ................................................................. 46

48

ČVUT v Praze

Seznam tabulek

Seznam tabulek Tab. 1: Parametry skenování - testování délek .................................................................... 28 Tab. 2: Směrodatné odchylky - délky .................................................................................. 30 Tab. 3: Parametry skenování - testování úhlů...................................................................... 32 Tab. 4: Směrodatné odchylky - úhly .................................................................................... 34 Tab. 5: Parametry skenování ............................................................................................... 36 Tab. 6: Vypočtené součtové konstanty ................................................................................ 37 Tab. 7: Součtová konstanta .................................................................................................. 37 Tab. 8: Přehled barev ........................................................................................................... 38 Tab. 9: Parametry skenování (10 - 30 m) ............................................................................ 39 Tab. 10: Parametry skenování (40 - 80 m) .......................................................................... 39 Tab. 11: Dosah při skenování barev .................................................................................... 41 Tab. 12:Přehled parametrů skenování ................................................................................. 43

49

ČVUT v Praze

Seznam použité literatury

Seznam použité literatury [1]

User guide: Trimble TX5 3D Laser Scanner. 1.00. 2012. Dostupné z: http://trl.trimble.com/docushare/dsweb/Get/Document-633127/USG23645_TX5 UserGuide100A.pdf

[2]

User guide: Trimble TX5 - Scene software. 2013. vyd. Dostupné z: http://trl.trimble.com/docushare/dsweb/Get/Document-659819/TrimbleSCENE5.1 UserGuide-English.pdf

[3]

Trimble

TX5

laser

scanner:

Quick

start

guide.

Dostupné

z:

http://trl.trimble.com/docushare/dsweb/Get/Document-633125/8765510_TX5_QuickStartGuide_EN_Trimble_LR.pdf [4]

Trimble

TX5

scanner:

Datasheet.

Dostupné

z:

http://trl.trimble.com/docushare/dsweb/Get/Document-628869/022504122_Trimble_TX5_DS_1012_LR.pdf [5]

Laserový

systém

ML10

Gold

Standard.

Dostupné

http://resources.renishaw.com/en/ML10+Gold+Standard+brochure(7086)

50

z:

ČVUT v Praze

Seznam příloh

Seznam příloh Příloha A – Skutečné chyby (testování relativní přesnosti měření délek) ........................... 52 Příloha B – Skutečné chyby (přesnost měření úhlů)............................................................ 54 Příloha C – Schodiště – skeny ............................................................................................. 55 Příloha D – Skeny – zábradlí ............................................................................................... 56 Příloha E – Obsah CD .......................................................................................................... 57

51

ČVUT v Praze

Přílohy

Přílohy Příloha A – Skutečné chyby (testování relativní přesnosti měření délek) Testování relativní přesnosti měření délek – skutečné chyby na 5 m [mm] Kulový terč Kulový terč Terč Terč (průměr 139 mm) (průměr 145 mm) (originál) (kopie) -0,02 -0,13 0.00 -0.07 0,29 0,03 0.30 0.25 0,28 0,17 0.12 0.01 0,38 0,32 0.35 0.19 0,73 0,12 0.52 0.17 -0,12 -0,50 -0.12 0.09 -0,66 -0,30 -0.59 -0.41 -0,25 0,22 -0.30 -0.30 0,36 0,58 0.83 0.37 0,74 0,48 0.31 0.36

Testování relativní přesnosti měření délek – skutečné chyby na 10 m [mm] Kulový terč Kulový terč Terč Terč (průměr 139 mm) (průměr 145 mm) (originál) (kopie) -0,41 -0,45 -0,62 -0,49 -0,02 -0,29 0,23 0,69 0,28 -0,23 0,31 -0,55 0,41 0,20 0,29 0,34 0,54 0,75 0,58 0,84 -0,10 0,37 -0,25 -0,20 -0,64 -0,17 -0,78 -0,83 -0,07 -0,57 0,03 0,58 0,34 -0,06 0,21 0,70 0,41 0,45 -0,69 -0,76

52

ČVUT v Praze

Přílohy

Testování relativní přesnosti měření délek – skutečné chyby na 15 m [mm] Kulový terč Kulový terč Terč Terč (průměr 139 mm) (průměr 145 mm) (originál) (kopie) 0,07 0,58 0,20 -0,14 -0,30 0,08 -0,38 -0,52 -0,42 -0,11 -0,36 -0,15 -0,33 -0,02 -0,46 -0,28 0,28 1,18 0,40 0,79 0,09 0,43 0,36 0,73 -0,06 0,14 -0,75 -0,79 -0,80 -0,40 0,27 0,76 0,27 -0,31 -0,16 -0,41 0,65 0,28 0,67 0,87

Testování relativní přesnosti měření délek – skutečné chyby na 20 m [mm] Kulový terč Kulový terč Terč Terč (průměr 139 mm) (průměr 145 mm) (originál) (kopie) 0,12 0,05 -0,39 -0,67 -0,72 -0,25 -0,58 -0,31 -0,08 0,00 0,20 0,15 0,06 -0,61 0,32 0,10 0,34 0,02 -0,45 0,42 0,58 0,49 0,45 0,36 0,05 0,39 -0,25 -0,13 -0,40 0,17 0,57 -0,16 -0,67 -0,57 -0,42 -0,23 -0,55 -0,59 -0,82 -0,80

53

ČVUT v Praze

Přílohy

Příloha B – Skutečné chyby (přesnost měření úhlů) Testování přesnosti měření úhlů – skutečné chyby [mm] Kulový terč Kulový terč Terč (průměr 139 mm) (průměr 145 mm) (originál) -0,71 -0,24 -0,26 0,08 0,27 0,77 0,25 0,03 -0,00 0,07 -0,15 -0,95 -0,31 -0,35 0,27 -0,34 -0,09 -0,44 0,54 0,07 0,27 0,05 -0,25 -0,18 -0,13 0,38 0,74 0,05 -0,24 -0,31

Terč (kopie) -0,38 -0,39 0,15 0,31 0,05 0,16 -0,09 -0,31 -0,30 0,54

Testování přesnosti měření úhlů – skutečné chyby [mgon] Kulový terč Kulový terč Terč Terč (průměr 139 mm) (průměr 145 mm) (originál) (kopie) 2,74 0,92 1,01 1,48 0,30 1,06 3,00 1,52 0,96 0,11 0,01 0,57 0,27 0,59 3,69 1,19 1,19 1,37 1,03 0,21 1,33 0,36 1,71 0,60 2,10 0,25 1,06 0,36 0,20 0,97 0,68 1,19 0,51 1,49 2,89 1,18 0,20 0,91 1,21 2,11

54

ČVUT v Praze

Přílohy

Příloha C – Schodiště – skeny Jednotlivé obrázky odpovídají postupně skenům 1, 3, 4, 6, 7, 9 a 11, jejich parametry jsou uvedeny v tabulce 12.

55

ČVUT v Praze

Přílohy

Příloha D – Skeny – zábradlí Pro porovnání výsledků jsou přiloženy skeny odpovídající skenům 2 a 5 z tabulky 12.

56

ČVUT v Praze

Přílohy

Příloha E – Obsah CD -

Export – mračno bodů ve formátu ptx, které bylo použito pro vyhodnocení zábradlí v kapitole 7

-

Obrázky – obrázky zábradlí pořízené z programu Cyclone

-

Zdroje – použité manuály ke skeneru a softwaru Scene

Z důvodu velkého objemu naměřených dat nebylo možné všechna data nahrát na CD nebo DVD a přiložit k práci. Všechna naměřená data jsou uložena na mém osobním harddisku.

57

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

Recommend Documents