ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ KATEDRA SPECIÁLNÍ GEODÉZIE

Diplomová práce

Zaměření a vytvoření prostorového modelu hlavní věže hradu Helfenburk u Úštěka Measurement and Spatial Model Creation of the Main Tower of the Helfenburk Castle near Úštěk

Vedoucí práce Ing. Tomáš Křemen, Ph.D.

prosinec 2014

Bc. 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 panu Ing. Tomáši Křemenovi, Ph.D. za vedení mé diplomové práce a za odborné konzultace během psaní této práce. Dále bych chtěl poděkovat panu Ing. Tomáši Hončovi z firmy Geotronics Praha, s.r.o. za půjčení skeneru Trimble TX5. Poděkování také patří studentům, se kterými jsem spolupracoval především během měřické části této práce. Jedná se o Bc. Petru Dífkovou, Bc. Janu Poesovou, Bc. Alžbětu Prokopovou a Bc. Lukáše Vosyku. Na závěr bych chtěl poděkovat svojí rodině za podporu během celého mého studia.

Abstrakt Tato práce se zabývá zaměřením hradní věže a následným zpracováním naměřených dat. Podrobné zaměření bylo provedeno metodou laserového skenování. První část práce se zabývá postupem při zaměření objektu. Jedná se o volbu stanovisek, přípravu měření na stanovisku a samotné měření. Ve druhé části je popsáno zpracování naměřených dat. Zpracování probíhá v programu Geomagic Studio. Hlavní částí zpracování dat je registrace mračen bodů. Výsledkem práce jsou 3D model interiéru a exteriéru věže ve formě mračna bodů a 2D výkresy věže.

Klíčová slova Skenování, registrace, mračno bodů , hrad Helfenburk

Abstract This thesis deals with measurement of the tower of the castle and with processing of the measured data. For the detailed measurement was used method of laser scanning. The first part of the thesis deals with measurement of the object. This is choice of standpoints, preparing of measurement and the measurement. The second part of the thesis deals with processing of the measured data. Data were processed in the program Geomagic Studio. The main part of the processing is registration of the point clouds. Results of this paper are 3D model of the interior and exterior of the tower in the form of the point cloud and 2D drawings of the tower.

Key words Scanning, registration, point cloud, Helfenburk castle

Obsah Úvod....................................................................................................................................... 9 1.

2.

Hrad Helfenburk ........................................................................................................... 10 1.1

Popis hradu ............................................................................................................ 10

1.2

Historie hradu ........................................................................................................ 11

1.3

Současná dokumentace hradu ............................................................................... 11

Zaměření objektu .......................................................................................................... 13 2.1

2.1.1

Princip laserového skenování ........................................................................ 13

2.1.2

Výhody laserového skenování ....................................................................... 14

2.1.3

Trimble TX5 .................................................................................................. 14

2.2

Příprava měření ..................................................................................................... 15

2.2.1

Rekognoskace terénu ..................................................................................... 15

2.2.2

Vybudování bodového pole ........................................................................... 15

2.2.3

Rozmístění terčů ............................................................................................ 16

2.3

Průběh měření ....................................................................................................... 18

2.3.1

Volba stanovisek ............................................................................................ 18

2.3.2

Příprava měření na stanovisku ....................................................................... 19

2.4

3.

Metoda měření ...................................................................................................... 13

Kontrolní měření ................................................................................................... 21

2.4.1

Kontrolní míry ............................................................................................... 21

2.4.2

Kontrolní body ............................................................................................... 21

2.4.3

Výškové měření pásmem ............................................................................... 24

Zpracování dat .............................................................................................................. 25 3.1

Příprava dat ........................................................................................................... 25

3.1.1

Export v programu Scene .............................................................................. 25

3.1.2

Export v programu Geomagic........................................................................ 25

3.1.3

Výběr skenů ................................................................................................... 27

3.1.4

Čistění skenů .................................................................................................. 27

3.2

Registrace skenů – obecný postup ........................................................................ 28

3.2.1

Manuální registrace........................................................................................ 28

3.2.2

Globální registrace ......................................................................................... 30

3.3

Postup zpracování registrace ................................................................................. 32

3.3.1

Registrace pater a schodiště ........................................................................... 32

3.3.2

Registrace exteriéru ....................................................................................... 34

3.3.3

Redukce dat.................................................................................................... 37

3.3.4

Registrace pater do věže ................................................................................ 40

3.3.4.1

Manuální a globální registrace ............................................................... 40

3.3.4.2

Transformační matice ............................................................................. 41

3.3.5 4.

5.

Registrace schodiště do věže ......................................................................... 44

Tvorba 3D výstupů ....................................................................................................... 47 4.1

Výpočet souřadnic identických bodů .................................................................... 47

4.2

Transformace modelu do souřadnicového systému .............................................. 48

4.3

Kontrola přesnosti modelu .................................................................................... 50

4.3.1

Kontrolní míry – interiér ................................................................................ 50

4.3.2

Kontrolní body ............................................................................................... 52

4.3.3

Výškové kontroly ........................................................................................... 52

4.3.4

Kontrola souřadnic ......................................................................................... 53

Tvorba 2D výstupů ....................................................................................................... 55 5.1

Export bodů ........................................................................................................... 55

5.2

Micro Station ......................................................................................................... 56

5.3

Půdorys .................................................................................................................. 57

5.4

Řez......................................................................................................................... 58

5.5

Pohled.................................................................................................................... 58

Závěr .................................................................................................................................... 59 Seznam obrázků ................................................................................................................... 60 Seznam tabulek .................................................................................................................... 62

Seznam použité literatury .................................................................................................... 63 Seznam příloh ...................................................................................................................... 64 Přílohy.................................................................................................................................. 65

ČVUT v Praze

Úvod

Úvod Hrad Helfenburk je zřícenina nacházející se v Ústeckém kraji, přibližně 2,5 km od obce Úštěk. O hradní komplex se stará skupina dobrovolníků Hrádek. V hradním komplexu je zachováno především hradební zdivo a věž. Pro účel vyhotovení dobových studií či případnou rekonstrukci je potřeba vyhotovit aktuální dokumentaci hradu. Na základě domluvy skupiny Hrádek se zástupci ČVUT vzniklo téma pro tuto práci. Dokumentace je vytvářena pro celý komplex hradu. Tvorba dokumentace se skládá ze dvou částí, zaměření hradu a zpracování naměřených dat. Z důvodu rozsáhlého komplexu bylo zaměření provedeno ve skupině pěti studentů. Zpracování naměřených dat bylo rozděleno mezi skupiny studentů a každý se věnuje zpracování jiné části hradu. V lokalitě probíhala v minulosti dvě zaměření, obě pouze v místním systému. Pro připojení nového měření do souřadnicového systému S-JTSK a výškového systému Bpv bylo nutné vytvořit nové bodové pole. Pro podrobné zaměření hradu byla zvolena metoda laserového skenování. Pro měření byl použit skener Trimble TX5, který pro účely této práce zapůjčila firma Geotronics Praha, s.r.o. V první části diplomové práce je popsán průběh zaměření objektu. Jedná se především o popis podrobného zaměření, volba a rozmístění stanovisek skenování, volba identických bodů, nastavení skeneru před měřením. Krátce je zmíněna i tvorba bodového pole, jeho zaměření a výpočet není náplní této práce. Ve druhé části je popsána tvorba dokumentace hradní věže. Jedná se o registraci dat a tvorbu výstupů (3D mračno bodů, 2D výkresy). Zpracování dat bylo provedeno v programu Geomagic Studio. Je zde vysvětlena příprava dat před registrací, průběh registrace, řešení problémů, které během registrace nastaly a tvorba 2D výkresů. Dále je zde provedeno několik testů pro ověření přesnosti dosažených výsledků. Výstupem této práce je spojené 3D mračno bodů a 2D výkresy dokumentující hradní věž. Jedná se o půdorysy jednotlivých pater, řezy v patrech a pohledy na stěny věže.

9

ČVUT v Praze

1. Hrad Helfenburk

1. Hrad Helfenburk 1.1 Popis hradu Hrad Helfenburk, zvaný také Hrádek, je postaven přibližně 2,5 km východně od obce Úštěk. Helfenburk patří do skupiny tzv. skalních hradů, které jsou typické pro oblast severovýchodních Čech. Hrad je postaven na skalnatém pískovcovém hřebeni nad Rašovickým potokem.

Obr. 1: Hrad Helfenburk [http://www.travelguide.cz]

Hrad je tvořen ze dvou časově i stavebně odlišných celků. Těmito celky jsou vnitřní jádro hradu a vnější opevnění. Vnitřní část hradu byla postavena na vrcholu pískovcového hřebene, který se rozkládá na třech skalních blocích. Na východním a západním bloku není v současné době zachováno žádné zdivo. Na prostředním bloku jsou zachovány pozůstatky zdí paláce. Vnější opevnění obklopuje starší jádro hradu hradební zdí. Na východní straně těchto hradeb je postavena čtverhranná přibližně 30 metrů vysoká věž. Severně od věže se nachází vstupní brána. Vnější opevnění, které bylo postaveno později než vnitřní část hradu, je v současné době nejzachovalejší část hradu. Hlavní hradní věž prošla rekonstrukcí v 19. století [1].

10

ČVUT v Praze

1. Hrad Helfenburk

1.2 Historie hradu Hrad byl postaven Ronovci v průběhu první poloviny 14. století. V roce 1375 koupil hrad pražský arcibiskup Jan Očko z Vlašimi od Jana z Helfenburku. Po jeho koupi učinil z Helfenburku střed nového panství pro všechna arcibiskupská panství na pravém břehu Labe. V letech 1375 – 1379 došlo k první zásadní přestavbě hradu. Hlavním prvkem nové výstavby byly hradby. Délka hradeb činila 277 metrů a výška dosahovala až 12 metrů. Hradby byly zakončeny cimbuřím se střílnami. Arcibiskup Jan z Jenštejna, synovec Jana Očka z Vlašimi, pokračoval ve zvelebování hradu. V letech 1390 – 1395 dal postavit hlavní věž a nové opevnění. V dalších letech byl hrad ještě upravován, ale základní podoba se již nezměnila. Poslední arcibiskup, který seděl na Helfenburku, byl Konrád z Vechty. Konrád byl oblíbencem krále Václava IV. V roce 1421 se přiklonil k husitům. Poté přešel hrad do šlechtických rukou. Na hradě se vystřídalo několik šlechtických rodů. Roku 1592 koupil Hrádek Jan Sezima ze Sezimova Ústí na Úštěku. Jemu byl Hrad v roce 1622 konfiskován za účast na protihabsburském povstání. Hrádek přešel do vlastnictví jezuitů. Na počátku třicetileté války byl Helfenburk opuštěn a během války byl postupně pustošen. Kolem roku 1720 byla na Hrádku zřízena myslivna a počátkem 19. století se stala zřícenina cílem poutníků. Roku 1839 koupil hrad Ferdinand Lobkovic a po něm roku 1871 textilní průmyslník Josef Schroll. V letech 1887 – 1890 byl hrad opravován, zejména hradní věž, ale později se začal hrad znovu rozpadat [1].

1.3 Současná dokumentace hradu První zaměření hradu provedli v roce 1983 M. Záveský a J. Krupka. Zaměření bylo provedeno v místním systému. Výchozím bodem místního systému byl zvolen bod 18 (Příloha A), kterému byly přiřazeny souřadnice 100, 100. Výchozí výškový bod byl zvolen na prvním schodu schodiště do věže, jeho výška byla zvolena 100 metrů. Tento bod v současné době již neexistuje, byl zničen během terénních úprav na nádvoří. Nejprve byl zaměřen polygonový pořad uvnitř a vně hradu. Přehled rozmístění stanovisek, výchozího výškového bodu a vyznačení umístění souřadnicových os je zobrazeno v příloze A. Stabilizace bodů byla provedena pomocí kolíku s hřeby nebo hřeby do skály. Jednalo se pouze o dočasnou stabilizaci a v současné době nejsou tyto body 11

ČVUT v Praze

1. Hrad Helfenburk

dochovány. Měření bylo provedeno pomocí teodolitu s dálkoměrem. Výsledkem měření byl vyhotovený tachymetrický plán v měřítku 1:200 (obrázek 2). V druhé polovině 80. let provedl mapování hradu Ing. Vladimír Kotrejch. Myšlenkou bylo navázání na první měření a podrobnější zaměření nejen terénu ale i stavebních objektů (tvar zdiva, kapsy ve skalách atd.). Původní stabilizace byla stavebními úpravami částečně zničena. Pro měření bylo doplněno bodové pole a připojeno na původní body. Bylo měřeno opět v místním systému. Pro zaměření bylo použito teodolitu, pásma 50 m, nivelačního přístroje. Podrobné měření bylo provedeno v okolí studny, skalní stěna byla měřena protínáním vpřed. Pro zobrazení naměřených dat nebylo k dispozici dostatečné vybavení a měření tak bylo zastaveno. V roce 1988 provedl Ing. Pavel Hlavenka fotogrammetrické snímkování hradu. Výsledek byl připojen do místního souřadnicového systému na základě vlícovacích bodů. Tyto body byly určeny během druhého měření Ing. Vladimírem Kotrejchem. Vyhodnocení leteckého snímkování probíhalo v letech 1988 – 1990. Výsledek leteckého snímkování je uveden v příloze B [2].

Obr. 2: Ukázka výstupu tachymetrie (1983) [2]

12

ČVUT v Praze

2. Zaměření objektu

2. Zaměření objektu Zaměření hradu probíhalo ve dnech 22. – 23. března a 3. – 4. května roku 2014. Pro podrobné zaměření hradu byla zvolena metoda laserového skenování. Předmětem laserového skenování byl celý objekt hradu (hradní věž, hradby, pozůstatky paláce atd.). Skenování hradu provedla skupina 4 studentů (Bc. Petra Dífková, Bc. Jana Poesová, Bc. Alžběta Prokopová a Bc. Martin Toušek). Pro připojení výsledného modelu do souřadnicového systému S-JTSK a výškového systému Bpv bylo vytvořeno a zaměřeno bodové pole. Zaměřením a zpracováním měření pro bodové pole se ve své diplomové práci zabývá Bc. Lukáš Vosyka. V následujících podkapitolách je popsána metoda podrobného měření, včetně popisu použitého přístroje, příprava před měřením, průběh podrobného a kontrolního měření. V tabulce 1 je uveden časový harmonogram jednotlivých prací na hradě. Tab. 1: Časový harmonogram prací

Časový harmonogram prací datum

činnost

11. února 2014

rekognoskace terénu

28. února 2014

vybudování bodového pole

22. – 23. března a 3. – 4. května 2014

zaměření hradního komplexu

19. listopadu 2014

kontrolní měření

2.1

Metoda měření

2.1.1 Princip laserového skenování Metodou

laserového

skenování

jsou

určovány

prostorové

souřadnice.

Tyto souřadnice jsou určovány prostorovou polární metodou na základě měřených úhlů a vzdáleností. Pro určení vzdálenosti jsou u skenerů používány různé technologie (pulsní laserový skener, fázový skener). Pro zaměření hradu Helfenburk byl zvolen fázový skener, kde vzdálenost je určena na základě fázového rozdílu vyslaného a přijatého signálu. Poloha bodů je určována v souřadnicovém systému, jehož počátek je umístěn ve středu skeneru. Pro připojení do konkrétního souřadnicového systému (např.: S-JTSK)

13

ČVUT v Praze


je nutné skenovat body o známých souřadnicích (tzv. identické body). Jako identické body mohou být voleny jednoznačně definovatelné prvky na měřeném objektu (ostré rohy, výstupky atd.), kulové terče, šachovnicové terče atd. Výsledkem laserového skenování je mračno bodů. To je soubor velkého množství bodů, které jsou definovány prostorovými souřadnicemi. Jednotlivá mračna bodů se registrují a dále zpracovávají ve speciálních programech (Geomagic, Cyclone atd.). Výsledkem zpracování mračen bodů je 3D model skenovaného objektu [3]. 2.1.2 Výhody laserového skenování Zaměření metodou laserového skenování má oproti zaměření klasickými geodetickými metodami některé výhody. Mezi hlavní výhody patří:

2.1.3

-

Vysoká podrobnost zaměření stávajícího stavu objektů

-

Rychlé naměření velkého množství dat

-

Zvýšená schopnost měření za plného provozu

-

Komplexní zpracování složitých objektů

Trimble TX5 Pro skenování

hradu

Helfenburk byl

použit

laserový skenovací

systém

Trimble TX5. Skener je schopen měřit až 976000 bodů za sekundu do vzdálenosti až 120 metrů. Tato vzdálenost je uváděna výrobcem, reálný dosah měření je nižší, více v [4] a [5]. Rozsah měření skeneru je 300° ve vertikálním směru a 360° v horizontálním směru. Trimble TX5 je vybaven dvouosým kompenzátorem, který vyrovnává skeny s přesností 54´´.

Obr. 3: Trimble TX5 [3]

14

ČVUT v Praze


Skener Trimble TX5 měří vzdálenosti pomocí neviditelného laserového záření o vlnové délce 905 mm. 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 rozdílu vyslaného a přijatého signálu je zaměřena vzdálenost. Skener Trimble TX5 je vybaven jednoduchým softwarem, který umožňuje nastavení parametrů skenování, prohlížet jednotlivé skeny, vytvářet profily skenování atd. Software se ovládá pomocí dotykového displeje, který je umístěn na boku skeneru. Měřená data jsou ukládána na vloženou SD kartu [4], [6]. Více podrobností o skeneru uvedeno v [5].

2.2 Příprava měření 2.2.1 Rekognoskace terénu Před samostatným zaměřením hradu bylo potřeba provést rekognoskaci terénu. Rekognoskace byla provedena 11. února 2014. Bylo provedeno seznámení s objektem, prohlídka celého hradního objektu a přibližné rozmyšlení postupu měření. Metoda laserového skenování byla zvolena již před rekognoskací. Během rekognoskace byla přibližně odhadnuta náročnost a doba měření a možnosti vybudování bodového pole. 2.2.2 Vybudování bodového pole Bodové pole bylo vybudováno 28. února 2014. Hlavním důvodem vybudování bodového pole bylo připojení modelu hradu do souřadnicového systému S-JTSK a výškového systému Bpv a spojení jednotlivých měření. Model byl připojen do souřadnicového

systému

na

základě

identických

bodů,

které

byly

zaměřeny

z vybudovaného bodového pole. Před vybudováním bodového pole bylo důležité stanovit rozmístění jednotlivých stanovisek bodového pole a dále způsob připojení bodového pole na souřadnicovou síť S-JTSK a výškový systém Bpv. Pro stabilizaci bodového pole byly voleny měřické hřeby a železné roxory. Měřické hřeby o délce 8 cm byly umístěny v místech, kde nebylo možné zabetonovat železné

15

ČVUT v Praze


roxory, tj. do skály nebo do zdiva věže. V ostatních případech byly použity železné roxory o délce 40 cm, které byly zabetonovány do země.

Obr. 4: Železný roxor a hřeb

Základem bodového pole jsou dva nejvýše umístěné body, jeden na hlavní hradní věži a druhý na skalní věži v severozápadní části hradu. Tyto body byly určeny pomocí metody GNSS ve dvou etapách. Z těchto bodů byly vybudovány měřické sítě uvnitř a vně hradu. Obě sítě jsou vzájemně propojeny. Podrobnějším popisem vybudování měřické sítě a jejím výpočtem se zabývá ve své diplomové práci Bc. Lukáš Vosyka. 2.2.3 Rozmístění terčů Závěrečným krokem před počátkem měření bylo rozmístění terčů v měřených částech hradu. Těmito terči byly kulové terče o průměru 200 mm a šachovnicové terče určené pro skenovací systém Trimble TX5. Tyto terče sloužily pro registraci skenů a také pro připojení výsledného modelu do souřadnicového systému S-JTSK.

16

ČVUT v Praze


Obr. 5: Kulové terče

Terče byly rozmístěny rovnoměrně tak, aby na každém skenu bylo několik viditelných terčů. Při rozmisťování terčů bylo důležité dbát na to, aby ze sousedních stanovisek bylo vidět několik společných terčů. Pomocí těchto společných terčů na sousedních skenech se provádí registrace skenů. V místech, kde nebylo možné vidět více společných nebo vůbec žádný terč, byly pro registraci použity společné překryty (část předmětu měření skenovaná zároveň ze dvou sousedních stanovisek). Pro registraci skenů byly používány hlavně kulové terče. Šachovnicové terče měly sloužit pro připojení modelu do souřadnicového a výškového systému. Tyto terče byly rozmístěny s menší hustotou než kulové terče. Šachovnicové terče byly rozmístěny na skalní stěny a na hradby, byly připevněny izolepou. Po jejich rozmístění byly zaměřeny totální stanicí z vybudovaného bodového pole a byly určeny jejich souřadnice.

Obr. 6: Šachovnicový terč

17

ČVUT v Praze


2.3 Průběh měření 2.3.1 Volba stanovisek Správná volba stanovisek při měření byla velmi důležitá pro pozdější registraci. Stanoviska byla volena tak, aby mezi sousedními stanovisky byl vždy buď dostatečně velký překryt nebo několik viditelných terčů (kulové nebo šachovnicové). Rozdílná byla volba stanovisek ve venkovních prostorech hradu a v interiéru věže. Celkem bylo zvoleno 91 stanovisek v exteriéru a 35 stanovisek v interiéru. Rozmístění stanovisek ve venkovních prostorech bylo rozděleno do několika skupin: -

vnitřek hradního paláce

-

vnitřní hrad (nádvoří a okolí)

-

prostor mezi vnitřní a vnější hradbou

-

vnější část vnějších hradeb

U všech skupin byla stanoviska umístěna tak, aby na sousedních skenech byly viditelné společné terče, podle kterých se prováděla registrace. Zároveň bylo nutné propojit jednotlivé skupiny měření dohromady, příkladem jsou kulové terče umístěné na cimbuří hradeb, podle kterých bylo možné propojit vnitřní a venkovní část hradeb.

Obr. 7: Měření exteriéru

V interiéru věže byla registrace prováděna pomocí překrytů, protože z důvodu stísněných podmínek nebylo možné rozmístit kulové terče. Z tohoto důvodu byl způsob volby stanovisek odlišný oproti venkovním prostorům. Hradní věž se skládá ze 4 pater a

18

ČVUT v Praze


střechy, které jsou spojeny točitým schodištěm. Rozdílná byla volba stanovisek v jednotlivých patrech a na schodištích. V jednotlivých místnostech bylo zpravidla voleno jedno stanovisko uprostřed místnosti. Dále byla volena stanoviska u vstupu do místnosti. Tato stanoviska zároveň navazovala na schodiště. Pro výškové usazení jednotlivých pater byla volena stanoviska v oknech. Z oken byla skenována část interiéru a zároveň charakteristické znaky z venkovní části hradu (hradby, část stěny paláce atd.). V případě různých zákoutí, která nebyla viditelná z dosud volených stanovisek, bylo přidáno další stanovisko v potřebném místě. Příkladem může být stanovisko 118 ve druhém patře, které bylo použito k zaměření zákoutí v jižním rohu věže. Přehled stanovisek uveden v příloze C.

Obr. 8: Měření v interiéru

Na schodišti byla stanoviska volena vždy u vstupu do jednotlivých místností a dále s rozestupem po třech schodech. Protože se jednalo o úzké točité schodiště, nebylo při volbě stanovisek mnoho možností. Hlavní otázkou tedy bylo pouze s jakou hustotou stanoviska volit. Při pozdějším zpracování se prokázalo, že hustota po třech schodech byla dostatečná. 2.3.2 Příprava měření na stanovisku Skener byl na jednotlivých stanoviscích umístěn na klasický geodetický stativ s trojnožkou. Pro použití geodetické trojnožky je potřeba ke skeneru připevnit speciální adaptér, kterým je skener vybaven. Pomocí krabicové libely na trojnožce byl skener horizontován.

19

ČVUT v Praze


Po urovnání skeneru byl skener zapnut pomocí tlačítka On/Off, které se nachází v horní části skeneru nad dotykovou obrazovkou. Na všech stanoviscích se měřili skeny v plném rozsahu, nebylo tedy třeba provádět tzv. preview skeny. Před samotným měřením bylo nutné nastavit parametry měření. Parametry skenování se nastavují v menu Parameters – Resolution and Quality. V tomto menu je možné nastavit hodnoty rozlišení a kvality. 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. Na obrázku 9 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. 9: Resolution and Quality

Nastavení parametrů skenování bylo rozdílné pro skenování ve venkovních částech hradu a v interiéru věže. Přehled parametrů skenování je uveden v tabulce 2.

20

ČVUT v Praze


Tab. 2: Parametry skenování

Přehled parametrů skenování Vzdálenost

Rozlišení

Kvalita

exteriér

1/4

3x

6,136

9:52

190

interiér – místnosti

1/5

3x

7,670

5:56

120

interiér – schody

1/8

3x

12,272

1:56

25

bodů [mm]

Čas [min]

Velikost

Místo

dat [MB]

2.4 Kontrolní měření Kontrolní

měření

proběhlo

na

hradě

Helfenburk

19.

listopadu

2014.

Během kontrolního měření byly zaměřeny: kontrolní oměrné pásmem, výškové rozdíly jednotlivých pater a kontrolní body. Pro zaměření bylo použito: -

totální stanice Leica TS06 (v.č. 4507001)

-

2x odrazný hranol a 1x mini hranol

-

3x stativ

-

pásmo

2.4.1 Kontrolní míry V jednotlivých patrech věže byly zaměřeny kontrolní míry pomocí pásma. V každém patře bylo zaměřeno minimálně pět kontrolních měr. Jako kontrolní míry byly voleny vzdálenosti mezi jasně identifikovatelnými body (např. šířka nebo výška dveří, rozměr otvorů pro okna atd.). Na základě zaměřených kontrolních měr a odměřených měr v modelu hradu byla určena přesnost modelu. Výpočet přesnosti modelu je uveden v kapitole 4.3. 2.4.2 Kontrolní body Na hradní věži bylo zaměřeno několik kontrolních bodů pomocí polární metody. Body byly zaměřeny v interiéru i exteriéru věže. Celkem bylo zaměřeno 29 bodů v interiéru a 31 bodů v exteriéru. Jako kontrolní body byly voleny jasně identifikovatelné body na věži (rohy oken, dveří a zdí). Měření bylo připojeno na bodové pole vybudované a zaměřené na jaře roku 2014.

21

ČVUT v Praze


Tyto kontrolní body byly zaměřeny z několika důvodů. Hlavním účelem bylo připojení věže do souřadnicového a výškového systému. Dále kontrolní body sloužily pro určení přesnosti zaměření věže. Měření v exteriéru bylo provedeno ze dvou stanovisek (502 a 506). Rozmístění a připojení stanovisek na ostatní body sítě je zobrazeno na obrázku 10. Ze stanoviska 502 bylo zaměřeno 19 bodů na stěnách B a C (obrázek 10). Ze stanoviska 506 bylo zaměřeno 12 bodů na stěnách A a D (obrázek 10). Kvůli blízkému postavení stanoviska 506 od věže nebylo možné zaměřit body v nejvyšším patře věže (příliš strmé záměry).

Obr. 10: Schéma připojení - exteriér

Měření v interiéru bylo provedeno pouze ve druhém patře věže a na střeše. V ostatních patrech nebylo možné provést připojení z oken na body bodového pole. Ve druhém patře bylo provedeno připojení pomocí vetknutého polygonového pořadu (obrázek 11). V tomto patře bylo zaměřeno 19 bodů. Na střeše bylo provedeno připojení pomocí volného stanoviska (obrázek 12). Na střeše bylo zaměřeno 10 bodů. Přehled umístění kontrolních bodů je uveden v příloze D.

22

ČVUT v Praze


Obr. 11: Schéma připojení - 2. patro

Obr. 12: Schéma připojení - střecha

23

ČVUT v Praze


2.4.3 Výškové měření pásmem Výškové měření bylo provedeno pro určení převýšení jednotlivých podlaží věže. Pomocí pásma spuštěného ze střechy věže byly určeny výšky parapetů v jednotlivých patrech. Dále byly v každém patře určeny výšky parapetů nad podlahou, pro výpočet převýšení jednotlivých pater. V přízemí není žádné okno, proto byla zaměřena výška podlahy před vstupem do věže. Měření převýšení bylo vztaženo k základnímu bodu, který byl zvolen na střeše věže. Jako základní bod byl zvolen bod číslo 20 (příloha D). Tento bod byl určen ve výškovém systému Bpv. Na základě převýšení, které bylo určeno pásmem, bylo možné určit výšky jednotlivých pater v systému Bpv.

24

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

3. Zpracování dat Zpracování dat bylo rozděleno mezi 4 studenty, kteří spolupracovali během měření. Tato diplomová práce se zabývá zpracováním hradní věže. Pro zpracování mračen bodů byl zvolen program Geomagic Studio. V následujících podkapitolách je popsán postup při zpracování dat. V první podkapitole je popsána základní příprava dat před samotnou registrací, jedná se o export naměřených dat, výběr skenů a jejich čistění. Druhá podkapitola se zabývá obecným postupem registrace v programu Geomagic Studio. Ve třetí podkapitole je popsán průběh registrace hradní věže.

3.1 Příprava dat 3.1.1 Export v programu Scene Data naměřená laserovým skenovacím systémem Trimble TX5 se ukládají na SD kartu. Tato karta byla po ukončení měření připojena k počítači a data byla stažena. Data stažená ze skeneru bylo možné otevřít pouze v programu Scene. Program Scene je dodáván ke skeneru Trimble TX5. Tento program slouží pouze pro základní zpravování 3D dat naměřených skenerm Trimble TX5. Scene umožňuje filtrování skenů, automatické rozpoznávání objektů, registraci skenů nebo obarvení skenů. Pro složitější operace s daty je vhodnější export do formátů jako PTS, PTX atd. Podrobněji byl tento program popsán v [5]. Program Scene byl využit pouze pro export dat do formátu PTX. Formát PTX obsahuje 7 údajů o každém bodě -

souřadnice X, Y, Z [metry]

-

intenzitu [0, 1]

-

hodnoty RGB – red, green, blue [0, 255]

3.1.2 Export v programu Geomagic Mračna bodů byla skenována s určitou hustotou podle nastavených parametrů. Hustota naskenovaných bodů je ovšem závislá na vzdálenosti skenovaných předmětů od skeneru. To znamená, že blízké předměty byly skenovány se zbytečně velkou hustotou. Z tohoto důvodu bylo před samotným zpracováním provedeno zředění bodů. 25

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

Zředění bodů bylo provedeno automaticky u všech skenů v programu Geomagic Studio. Automatické zředění bylo provedeno dávkovým zpracováním (Batch Processing). Nejprve bylo nutné vytvořit tzv. Macro. Pomocí Macra byl nahrán proces, podle kterého bylo provedeno automatické ředění bodů. Po ukončení ředění bodů byla velikost dat zmenšena ze 150 GB na 27 GB. Postup ředění bodů pomocí funkce Batch Processing byl následující -

Tools – Macro – Record – zapnutí nahrávání Macra

-

Points – Sample – Uniform – funkce pro ředění bodů, zde byly nastaveny parametry ředění bodů (obrázek 13 – A), funkce více popsána v kapitole 3.3.3

-

Tools – Macro – Stop – vypnutí nahrávání Macra

-

Tools – Advanced – Batch processing – spuštění automatického procesu, před spuštěním se nastaví následující parametry (obrázek 13 – B): o výchozí adresář, kde jsou uloženy všechny skeny o Macro Name – název Macra, podle kterého bude probíhat automatický proces o Save File – Format – formát, v jakém budou ukládány výsledky procesu, v případě této práce byly skeny ukládány ve formátu vtx (formát obsahující 9 informací o bodě – souřadnice XYZ, hodnoty RGB a normály XYZ)

Obr. 13: Proces Batch Processing

26

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

3.1.3 Výběr skenů Během měření bylo pořízeno velké množství dat. Hrad se zaměřoval kompletně celý. Tato práce se zabývá pouze zpracováním hradní věže, proto bylo nutné z naměřených dat vybrat pouze ta data, která se týkala věže. Výběr dat byl odlišný pro interiér a exteriér. V interiéru bylo použito měření na všech stanoviscích v jednotlivých místnostech a na schodišti. Pro zpracování interiéru bylo použito celkem 36 skenů o celkové velikosti 4,2 GB. Skeny v interiéru byly číslovány od 101 do 136. V exteriéru byla vybrána měření na stanoviscích, kde byla nejlépe zaměřená hradní věž. Při výběru stanovisek bylo nutné dbát na dostatečný překryt mezi jednotlivými skeny, aby bylo možné provést registraci vybraných skenů. Pro zpracování exteriéru bylo vybráno celkem 11 skenů o celkové velikosti 3,7 GB. Pro výsledný model exteriéru bylo použito pouze 6 skenů, více v kapitole 3.3.2. Po výběru skenů byl v programu Geomagic Studio vytvořen nový projekt. Jedná se projekt Geomagic Wrap, který umožňuje zpracovávat mračna bodů. Tento projekt je označen koncovkou wrp. Do vytvořeného projektu byly naimportovány všechny vybrané skeny. 3.1.4 Čistění skenů Během skenování bylo mimo objekt měření naměřeno i velké množství bodů, které nejsou důležité pro výsledek, naopak mohou zpracování měření znehodnotit. Jedná se hlavně o vnitřní vybavení místností, lidi, stromy atd. Tyto objekty bylo nutné před samotným zpracováním odstranit. Čistění skenů bylo provedeno v programu Geomagic Studio. Čistění skenů je jednoduchá ale časově náročná úloha. Pro čistění skenů bylo použito základních funkcí programu Geomagic Studio. Body, které bylo nutné odstranit, byly vybrány pomocí některé z výběrových funkcí. Tyto funkce se spouští v záložce Select – Selection Tools (obrázek 14). Nejpoužívanější funkcí při čistění skenů byla funkce Lasso. Vybrané body byly pomocí klávesy delete odstraněny.

27

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

Obr. 14: Selection Tools

Rychlost výpočtů registrace a pohybování v grafickém okně závisí na počtu bodů. Z tohoto důvodu je čistění skenů důležité, čím více nepotřebných předmětů se odstraní před samotným výpočtem, tím kratší výpočet bude. V některých případech může čištění skenů zvýšit přesnost výsledku, konkrétní příklad uveden v kapitole 3.3.1.

3.2 Registrace skenů – obecný postup Registrace skenů je nejdůležitější částí při zpracování naměřených mračen bodů. Při registraci dochází ke spojování skenů pořízených na jednotlivých stanoviscích do společného souřadnicového systému. Pro registraci skenů je možné použít několik způsobů a programů. V případě této práce bylo použito registrace pomocí společných překrytů v programu Geomagic Studio. Registrace pomocí překrytů byla vybrána proto, že v místnostech nebyly během měření rozmístěny kulové a šachovnicové terče. Registrace v tomto programu se skládá ze dvou kroků, kterými jsou manuální a globální registrace. 3.2.1 Manuální registrace Manuální registrace slouží ke spojení dvou skenů, na základě identických bodů označených manuálně. Spouští se v záložce Alignment – Manual Registration (obrázek 15).

Obr. 15: Manual Registration

28

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

Po spuštění funkce je možné v části Dialog nastavit parametry registrace (obrázek 16). Těmito parametry jsou druh registrace (1-point nebo n-point), volba mračna na Fixed a Floating a možnost vytváření tzv. Group.

Obr. 16: Manual Registration - Dialog

Při volbě 1-point Registration dochází ke spojení skenů na základě jednoho identického bodu. Tato volba není vhodná a příliš se nepoužívá. Dochází k velmi hrubému spojení skenů. Při volbě n-point Registration je potřeba ke spojení skenů minimálně 3 identických bodů. Mračno, které je označeno jako Fixed, zachovává souřadnicový systém. Druhé mračno, označeno Floating, se na základě identických bodů transformuje do souřadnicového systému prvního mračna. Při aktivní volbě Grouping jsou dvě mračna po manuální registraci spojena do skupiny (group). Jednotlivé skupiny se od sebe odlišují číslováním. 29

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

Po označení identických bodů dojde k hrubému spojení skenů. Pro přesné spojení skenů je potřeba spustit funkci Register v okně Actions (obrázek 16). V okně Actions se nachází další možnosti. Funkce Unregister zruší poslední provedenou registraci. Clear slouží ke smazání všech zvolených identických bodů. Modife umožňuje ruční posunutí objektů, které jsou označeny Float, po ukončení registrace. Po spuštění funkce Manual Registration se okno Graphics rozdělí na tři části (obrázek 17). V levé horní části je zobrazeno mračno označené Fixed, v pravé horní části je mračno označeno Floating. V těchto dvou oknech se pomocí kurzoru myši označují jednotlivé identické body na obou mračnech. V dolní části okna Graphics je vidět výsledné spojení dvou mračen.

Obr. 17: Graphics

3.2.2 Globální registrace Globální registrace slouží k přesnému spojení dvou a více skenů. Globální registrace se spouští v záložce Alignment – Global Registration (obrázek 18).

Obr. 18: Global Registration

30

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

Během globální registrace dochází ke spojení skenů na základě společných překrytů. Před samotnou globální registrací je nutné přibližně spojit skeny pomocí manuální registrace. Během globální registrace je možné spojit dva nebo i více skenů. Na rozdíl od manuální registrace není žádný sken fixní, ale při výpočtu dochází k pohybu všech skenů vůči sobě. Výpočet globální registrace je časově náročný. Délka výpočtu záleží na množství dat. Po spuštění příkazu Global Registration je možné zvolit dva typy operací, Registration nebo Analysis (obázek 19 - A). Registration slouží k výpočtu globální registrace. Analysis udává rozdíly mezi jednotlivými objekty.

Obr. 19: Nastavení globální registrace

Při volbě Registration je možné provést několik nastavení před výpočtem (obrázek 19 - B): -

Tolerance – udává velikost rozdílu mezi totožnými body na různých skenech, který způsobí přerušení výpočtu

-

Max Iterations – udává maximální počet iterací

-

Sample size – udává počet bodů, které budou zahrnuty do výpočtu. Nižší číslo zrychluje výpočet, vyšší číslo zvyšuje přesnost

31

ČVUT v Praze

-

3. Zpracování dat

Update Display – zobrazení průběhu registrace v grafickém okně v reálném čase

-

Object Colors – barevné odlišení jednotlivých skenů

-

Slip control – automatická forma funkce Limit Translation

-

Limit Translation – manuální forma funkce Slip control. Žádný ze skenů se nemůže hnout o větší hodnotu než je nastavená hodnota Max Translation

Po nastavení jednotlivých hodnot výpočtu se pomocí tlačítka Apply (obrázek 19 - C) spustí samotný výpočet. Po dokončení výpočtu se v tabulce Statistics zobrazí počet iterací, průměrná vzdálenost skenů, standardní odchylka a čísla dvou nejvíce odchýlených skenů. Po ukončení výpočtu se pomocí tlačítka OK (obrázek 19 - C) zavře funkce Global Registration a její výsledek se uloží.

3.3 Postup zpracování registrace V předchozí kapitole byl popsán obecný postup registrace v programu Geomagic Studio. V následujících kapitolách bude popsán konkrétní postup registrace použitý v této práci. Budou zde popsány různé problémy, které nastaly během registrace, a jejich řešení. 3.3.1 Registrace pater a schodiště Nejprve byla zvlášť registrována jednotlivá patra a schodiště. Každé patro a schodiště bylo registrováno do skupiny. Celkem bylo vytvořeno 9 skupin (5 pater a 4 schodiště). Každá skupina se skládá z více skenů, přehled jednotlivých skenů je uveden v tabulce 3. Ve všech skupinách byly nejprve pomocí manuální registrace hrubě registrovány všechny skeny dohromady. V patrech byly pro manuální registraci použity jako identické body např.: charakteristické lomy na zdech, otvory pro okna, erby (2. a 3. patro). Manuální registrace na schodišti byla složitější. Jako identické body byly voleny lomy na schodech, v některých případech okna. Jednotlivé skeny měly pouze malé překryty, bylo tedy obtížné vyhledat dostatečný počet identických bodů. Malé překryty byly způsobeny obtížnými podmínkami během měření.

32

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

Tab. 3: Přehled použitých skenů

Přehled použitých skenů v jednotlivých patrech Patro

Číslo

Čísla skenů

skupiny

Počet bodů před a po redukci [mil]

přízemí

1

101, 102, 103, 104

7,2

3

1. patro

2

107, 108, 109, 110

6,5

2,5

2. patro

3

113, 114, 115, 116, 117, 118, 119

18,9

5,1

3. patro

4

128, 129, 130, 131

10,6

4,0

střecha

5

135, 136

4,1

2,2

Přehled použitých skenů pro jednotlivá schodiště Schody

Číslo

Čísla skenů

skupiny

1. – 2. patro

6

2. – 3. patro

7

3. patro - střecha

8

přízemí – 1. patro

9

Počet bodů před a

111, 112

po redukci [mil] 1,2

1,2

2,4

2,3

132, 133, 134

1,3

1,3

105, 106

0,9

0,9

120, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127

Po ukončení manuální registrace byl proveden výpočet globální registrace. Postup globální registrace byl popsán v kapitole 3.2.2. Časová náročnost výpočtu byla závislá na počtu bodů u jednotlivých skupin a tedy u každé odlišná (tabulka 4). Tab. 4: Čas globální registrace

Čas globální registrace Skupina

Čas [min]

Skupina

Čas [min]

1

40

6

2

2

30

7

1

3

65

8

2

4

50

9

2

5

5

33

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

V registraci jednotlivých pater nastal problém v přízemí. Před první registrací nebyly odstraněny z jednotlivých skenů vstupní dveře do věže. Po výpočtu registrace nebyly výsledky dostačující. Jednotlivé skeny se ve společných místech dostatečně neprolnuly. Následně byly ze všech skenů odstraněny vstupní dveře a při dalším výpočtu již byly skeny registrovány s dostatečnou přesností. Možnou příčinou nepřesných výsledků je to, že během měření bylo se vstupními dveřmi pohnuto a tím byl ovlivněn výsledek registrace. Během registrace jednotlivých částí schodiště bylo nejobtížnější správně vypočítat skupinu 7. Jedná se o schodiště mezi 2. a 3. patrem, které je nejdelší (22 schodů, 8 skenů). Ve spodní části schodiště byla naskenována i část druhého patra, v těchto místech nebyl problém s manuální registrací. V horní části bylo skenováno pouze schodiště. Při přidávání jednotlivých skenů docházelo v horních částech k odchylkám. Výpočet byl tedy opakován vícekrát. 3.3.2 Registrace exteriéru Pro výpočet registrace exteriéru věže byla původně vybrána stanoviska: 201, 202, 221, 222, 224, 225, 226, 230, 231, 232 a 255. Tato stanoviska byla postupně registrována pomocí manuální registrace. Jako identické body byly voleny jasně identifikovatelné lomy na věži, např.: otvory oken. Všechny skeny byly přidávány do skupiny 10. Následně byl proveden výpočet globální registrace. Těchto 11 skenů obsahovalo přibližně 26 miliónů bodů a výpočet globální registrace zabral přibližně 7 hodin. Po ukončení výpočtu byla na základě kontrolních řezů zjištěna nedostatečná přesnost modelu. Největší odchylky byly v rozích věže, kde k sobě nebyly správně registrovány jednotlivé stěny. Ukázka nepřesné registrace je na obrázku 20. Jedná se o vodorovný řez ve druhém patře věže. Každá barva představuje jedno mračno bodů. Z obrázku je patrné, že zejména světle zelené mračno je velmi nepřesně zregistrováno.

34

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

Obr. 20: Nepřesná registrace

Z důvodu velkých odchylek a dlouhé doby výpočtu byl zvolen nový postup registrace exteriéru věže. Věž byla rozdělena na dvě části a byly vytvořeny skupiny 10 a 11. Skupina 10 byla tvořena stanovisky 202, 221, 222, 224 a 255 a znázorňovala stěny B, C a D. Skupina 11 byla tvořena stanovisky 230, 231 a 234 a znázorňovala stěnu A a částečné překryty se stěnami B a D. Postup registrace jednotlivých skupin byl opět stejný, nejprve byla provedena manuální a následně globální registrace. Rozmístění stanovisek a označení jednotlivých stěn je zobrazen na obrázku 21.

35

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

Obr. 21: Rozmístění stanovisek skenování

Po ukončení registrace skupiny 10 byla zjištěna odchylka u skenu 255. Tento sken se odchyloval od věže s rostoucí výškou (obrázek 22). Stanovisko 255 bylo umístěno poměrně blízko od věže a odchylka ve vyšších patrech byla tedy pravděpodobně způsobena příliš strmou záměrou. Pro odstranění této odchylky byla ze skenu 255 odmazána horní část věže a ponechána pouze první dvě patra. Po této úpravě a novém výpočtu globální registrace byly dosažené výsledky dostatečně přesné. Počet bodů a doba registrace je uvedená v tabulce 5. Tab. 5: Skupina 10 a 11

Skupina 10 a 11 Skupina

Počet bodů [mil]

Doba registrace [min]

10

11,0

50

11

6,2

25

36

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

Obr. 22: Odklonění skenu 255

Výsledný model exteriéru byl získán manuální a globální registrací skupin 10 a 11. Výpočet globální registrace těchto dvou skupin nebyl časově náročný. Kratší doba registrace je způsobena tím, že dochází k výpočtu pouze mezi celými skupinami a ne mezi jednotlivými skeny. 3.3.3 Redukce dat Registrace jednotlivých pater a schodiště byla první částí celkového zpracování mračen bodů. Druhou částí zpracování je registrace pater a následně schodiště do věže. Po registraci pater, schodiště a exteriéru byly jednotlivé skupiny tvořeny z několika mračen bodů. Z těchto skupin bylo nutné vytvořit jedno mračno bodů a zredukovat počet bodů v jednotlivých mračnech. Pro spojení více mračen bodů do jednoho byla použita funkce Combine Point Objects. Tato funkce se spouští v menu Points – Combine (obrázek 23 – A). Po spuštění 37

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

funkce se v okně Dialog nastaví parametry spojení mračen bodů (obrázek 23 – B). Mezi nastavované parametry patří: -

Name – název výsledného mračna

-

Create Clusters – při zapnutí této funkce jsou u výsledného mračna v okně Model Manager uvedeny jednotlivé skeny, ze kterých je výsledné mračno složeno

-

Double precision – lze použít pouze v případě, že jedno nebo více mračen obsahuje data s dvojí přesností. V případě této práce nebylo použito

Po nastavení jednotlivých parametrů se tlačítkem Apply spustí výpočet. Po ukončení výpočtu se výsledek pomocí tlačítka OK uloží nebo tlačítkem Cancel se celá operace zruší a neuloží.

Obr. 23: Combine Point Objects

V případě této práce byly jednotlivé skeny sloučeny do jednoho mračna pouze v případě pater a exteriéru věže. Jednotlivé skeny byly pojmenovány Merged Points 1 – 6 (tabulka 6). Při slučování skenů nebyla zapnuta volba Create Clusters. Tab. 6: Přehled sjednocených mračen

Přehled sjednocených mračen skupina

místo

Merged Points 1

přízemí

Merged Points 2

1. patro

Merged Points 3

2. patro

Merged Points 4

3. patro

Merged Points 5

střecha

Merged Points 6

exteriér věže

38

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

Pro redukci dat byla použita funkce Uniform. Tato funkce se spouští v menu Point – Sample (obrázek 24 – A). Po spuštění funkce se v okně Dialog nastaví parametry redukce (obrázek 24 – B). Těmito parametry jsou: -

Input – volba metody redukce o Absolute – nastavení hodnoty rozestupu bodů redukovaného mračna o Define Spacing by Selection – hodnota rozestupu bodů je nastavena výběrem dvou bodů v okně Graphics (First point a Second point) o Define Spacing by Target – nastavení počtu bodů, které má obsahovat výsledné mračno

-

Optimize o Curvature Priority – určuje, do jaké míry jsou zachovány body v zakřivených oblastech o Color Priority – určuje zachování bodů na základě jejich barev o Keep Boundary – určuje, zda se mají zachovat body v blízkosti okraje objektu, bez ohledu na zvolenou metodu redukce

Po nastavení jednotlivých parametrů se tlačítkem Apply spustí výpočet. Po ukončení výpočtu se výsledek pomocí tlačítka OK uloží nebo tlačítkem Cancel se celá operace zruší a neuloží.

Obr. 24: Uniform

39

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

V případě této práce byla použita metoda Absolut, kdy byla zadána hodnota rozestupu bodů 0,01 m. Hodnota Curvature Priority byla nastavena na maximum. Po zředění bodů obsahovala všechna mračna dohromady přibližně 31 miliónů bodů, přehled redukce bodů v jednotlivých skupinách je uveden v tabulce 3. 3.3.4 Registrace pater do věže Registrace jednotlivých pater do věže byla nejobtížnější částí celé registrace. Mezi jednotlivými patry a věží bylo velmi malé množství překrytů. Překryty byly pouze ve vnější části oken, kterými bylo skenováno ven z věže. Pro lepší usazení pater bylo v mračnech ponecháno i okolí věže, které bylo skenováno z oken, jedná se hlavně o zeď paláce a o skalní masiv naproti věži. 3.3.4.1 Manuální a globální registrace Pro registraci byl nejprve zvolen postup jako v předchozích případech, tedy manuální a globální registrace. Pro manuální registraci byly využity jako identické body dobře identifikovatelné hrany ve vnější části oken a významné body na zdivu paláce. Manuální registrací byla nejprve postupně usazena všechna patra (včetně střechy) do věže. Následně byl proveden výpočet globální registrace. Celkové mračno obsahovalo přibližně 31 miliónů bodů. Výpočet globální registrace byl velmi dlouhý, přibližně 8 hodin. Výsledky globální transformace byly kontrolovány pomocí kontrolních řezů, nejlépe v oblasti oken, kde byla jasně viditelná návaznost vnějšku a vnitřku věže. Z obrázku 25 je patrné, že výsledky globální registrace nebyly postačující. Oranžová barva znázorňuje exteriér věže, modrá barva 3. patro. Největší problém nastal ve výškovém usazení pater, kde rozdíl mezi vnějškem a vnitřkem dosahoval až 8 cm.

40

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

Obr. 25: Nepřesná registrace

3.3.4.2 Transformační matice Z důvodu nepřesných výsledků registrace byl zvolen nový postup a to pomocí transformačních matic. Postup spočívá v určení transformačních matic skenů vůči jednomu skenu, který se zvolí jako fixní. V tomto případě byl jako fixní sken zvolen Merge Point 6, tedy sken obsahující exteriér věže (tabulka 6). Transformační matice mají rozměr 4x4 a obsahují v prvních třech řádcích a sloupcích matici rotace, ve čtvrtém sloupci na prvním až třetím řádku hodnoty translace pro osy x, y a z. Poslední řádek je u všech matic stejný, obsahuje třikrát 0 a na v posledním sloupci hodnotu 1. Ukázka transformační matice je na obrázku 26.

41

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

Obr. 26: Transforamční matice

Prvním krokem bylo vytvoření kopií všech skenů, ke každému patru byla vytvořena zvlášť kopie exteriéru. Pro každou dvojici (patro + exteriér) byla vytvořena skupina. V každé dvojici byla nejprve vynulována transformační matice exteriéru. Vynulování transformační matice bylo provedeno pomocí funkce Reorient Model. Tato funkce se nachází v menu Tools - Move – Reorient Model (obrázek 27) a nastaví všechny hodnoty transformační matice na nulu.

Obr. 27: Tools - Move

V jednotlivých skupinách byly postupně odmazány veškeré nadbytečné body a byly ponechány pouze body společných překrytů patra a exteriéru. Po promazání bodů zbyla v jednotlivých skupinách pouze malá část z původního množství bodů, zpravidla 500 000 až 1 000 000 bodů. Tyto body byly registrovány pomocí globální registrace. Hodnota Simple size byla nastavena na maximální hodnotu, tedy 10 000 (nastavení a popis funkce v kapitole 3.2.2). Pro přesné spojení skenů bylo nutné globální registraci opakovat, zpravidla 3x až 4x. V některých případech bylo nutné odmazat část společných bodů, jednalo se zejména o skalní masiv před věží. Nepravidelnost povrchu negativně ovlivňovala výsledek registrace. Na obrázcích 28 a 29 je zobrazeno porovnání dvou skenů před a po globální registraci. Na obrázku 28 vlevo je přízemí před registrací, vpravo po registraci. Oranžová 42

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

barva zobrazuje exteriér věže, žlutá přízemí. Na pravém obrázku je patrné prolnutí obou skenů. Na obrázku 29 je oranžově zobrazen exteriér, modře interiér třetího patra. V levé části jsou vidět skeny před registrací, vpravo je znatelné prolnutí skenů po registraci.

Obr. 28: Přízemí

Obr. 29: 3. patro

Po ukončení globální registrace bylo nutné vyexportovat transformační matice skenů patra a exteriéru. V okně Model Manager bylo označeno mračno, jehož transformační matice byla exportována. Export matice byl proveden v menu Tools – Move – Transform – Save (obrázek 27). Matice byla uložena pomocí tlačítka Save Matrix, kde po otevření dialogu byl vyplněn název matice a ta byla uložena ve formátu tfm.

43

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

Transformační matice byly pojmenovány v závislosti na jednotlivých patrech. Transformační matice pater byly označeny 𝑇𝑥 , kde x je číslo patra (1 – 5). Transformační matice exteriéru byly označeny 𝑇6(𝑥) , kde x je číslo patra příslušící danému exteriéru. Pro výsledné usazení pater do věže bylo nutné vypočítat transformační matice pro jednotlivá patra. Ta byla vypočtena podle vzorce 𝑇𝑥−𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 𝑇6(𝑥) −1 ∙ 𝑇𝑥 Výpočet finální transformační matice byl proveden v programu Matlab, kde byla inverzní matice vypočtena pomocí příkazu 𝑖𝑛𝑣(𝑇6(𝑥) ). Vypočtené finální transformační matice pro jednotlivá patra bylo potřeba nahrát k příslušným skenům. V okně Model Manager byl označen sken, ke kterému byla nahrávána transformační matice. Pomocí funkce Load Matrix, která se nachází v menu Tools – Move – Transform – Load (obrázek 27), byla nahrána příslušná transformační matice. Nové transformační matice byly nahrány pouze ke skenům s patry. Sken s exteriérem věže byl zvolen jako fixní, jeho transformační matice se tedy nezměnila. 3.3.5 Registrace schodiště do věže Posledním krokem registrace dat byla registrace schodiště do věže. Jednalo se o 4 části schodiště spojující jednotlivá patra. Po zkušenosti s registrací pater do věže byla v tomto případě použita opět metoda registrace pomocí transformačních matic. Před samotnou registrací byly provedeny dvě úpravy dat: -

vytvoření jednoho mračna ze skupin

-

redukce dat

Jedno mračno ze skupin bylo vytvořeno pomocí funkce Combine Point Objects (funkce popsána v kapitole 3.3.3). Jednalo se o vytvoření mračen pro jednotlivé části schodiště a exteriér věže s usazenými patry. Jednotlivá mračna bodů byla zředěna pomocí funkce Uniform (funkce popsána v kapitole 3.3.3), kde byla použita metoda Absolut a její hodnota byla nastavena na 1 cm. Výsledky redukce jednotlivých schodišť jsou uvedeny v tabulce 3, u exteriéru věže došlo redukcí ke snížení počtu bodů z 30,9 na 28,7 miliónů. U schodiště nedošlo k velkému snížení počtu bodů během redukce, protože se jedná o točité schodiště a hodnota Curvature 44

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

Priority byla nastavena na max, to znamená, že v zakřivených částech byly body zachovány. Po úpravě dat probíhala registrace stejným způsobem jako registrace pater. Nejprve tedy byly vytvořeny kopie po dvojicích (schodiště, věž). Tato mračna byla promazána a byly ponechány pouze části společných překrytů. Následně byly vyexportovány transformační matice pro dvojici schodiště věž a z nich byla vypočtena finální transformační matice pro jednotlivé části schodiště. Na závěr byly finální transformační matice nahrány k příslušným schodištím. Schodiště byla registrována na základě velmi malých překrytů. Jednalo se o částečné překryty na schodech a část stěn v jednotlivých patrech. Přesnost registrace byla také ovlivněna přesností, které bylo dosaženo během registrace schodiště. Nejhoršího výsledku bylo dosaženo u schodiště spojujícího 1. a 2. druhé patro. Na obrázku 30 je patrné, že spojení na stěně ve druhém patře proběhlo bez problému, naopak spojení skenů v tubusu schodiště není ideální. Žlutou barvou je znázorněn interiér věže, jehož registrace do věže byla popsána v předchozí kapitole. Zelenou barvou je znázorněno schodiště. Na pravé straně obrázku je vidět vodorovný řez schodištěm a je z něj patrné, že nedošlo k přesnému spojení stěn, odchylka v těchto místech je přibližně 1 cm.

Obr. 30: Registrace schodiště

Tímto krokem byla dokončena registrace dat. Z jednotlivých zregistrovaných mračen bylo opět pomocí funkce Combine Point Objects vytvořeno jedno mračno. Na závěr bylo provedeno zředění bodů pomocí funkce Uniform. Pro zředění bodů byla použita metoda Absolut a její hodnota byla nastavena na 1 cm. Po těchto úpravách vzniklo finální mračno bodů, které zobrazuje věž hradu Helfenburk. Ukázka výsledného mračna bodů je na obrázku 31 a dále v příloze E. 45

ČVUT v Praze

3. Zpracování dat

Obr. 31: Ukázka výsledného mračna bodů

46

ČVUT v Praze

4. Tvorba 3D výstupů

4. Tvorba 3D výstupů Výsledným 3D výstupem této práce je mračno bodů, které zobrazuje kompletně hradní věž. Toto mračno obsahuje exteriér i interiér věže. Po registraci všech skenů bylo mračno připojeno do souřadnicového systému S-JTSK a do výškového systému Bpv. Pro připojení modelu do souřadnicového systému byly použity zaměřené identické body. Výpočet identických bodů a připojení modelu je popsáno v následujících kapitolách. Na závěr byly provedeny kontroly přesnosti modelu.

4.1 Výpočet souřadnic identických bodů Zaměření identických bodů bylo popsáno v kapitole 2.4.2. Výpočet souřadnic byl proveden v programu Groma 8. Souřadnice bodů bodového pole byly převzaty z diplomové práce Bc. Lukáše Vosyky. Pro připojení měření byly použity body uvedené v tabulce 7. Tab. 7: Souřadnice bodového pole

Souřadnice bodového pole [m] Bod

Y

X

Z

501

737 946,322

988 448,666

311,984

502

737 978,133

988 481,946

313,104

503

738 001,074

988 456,948

312,948

505

737 994,012

988 411,934

310,529

506

737 932,025

988 469,141

313,134

507

737 964,757

988 488,339

312,913

703

737 984,760

988 428,003

318,585

Nejprve byly vypočteny souřadnice stanovisek 5001 a 5002. Tato stanoviska byla vypočtena jako vetknutý polygonový pořad mezi body 501 a 502. Protokol o výpočtu polygonového pořadu je přiložen v příloze F. Souřadnice stanoviska 5003 byly vypočteny jako volné stanovisko. Pro výpočet volného stanoviska byly použity body 503, 505 a 703. Po určení souřadnic pomocných stanovisek byly vypočteny souřadnice identických bodů. Tyto souřadnice byly vypočteny pomocí funkce polární metoda dávkou. Protokol o výpočtu je uveden v příloze G a výsledné souřadnice v příloze H. 47

ČVUT v Praze


4.2 Transformace modelu do souřadnicového systému Výsledný model hradní věže byl transformován do souřadnicového systému S-JTSK a výškového systému Bpv na základě identických bodů. Transformace byla provedena v programu Geomagic Studio a byla pro ni použita funkce Manual Registration. Pro transformaci bylo vybráno 5 identických bodů z naměřených 62. Byly vybrány takové body, které byly jasně identifikovatelné na modelu věže. Program Geomagic Studio pracuje v kartézském souřadnicovém systému. Před transformací bylo nutné upravit souřadnice identických bodů, které byly vypočteny v systému S-JTSK. Úprava souřadnic spočívá ve vynásobení souřadnic X a Y hodnotou -1 a přehozením pořadí souřadnic. Souřadnice byly redukovány o hodnotu 737 000 v souřadnici Y a 988 000 v souřadnici X. V tabulce

8

jsou

uvedeny

čísla

identických

bodů,

které

byly

použity

pro transformaci. Body jsou uvedeny v pořadí, ve kterém byly přiřazovány během transformace. Tab. 8: Identické body

Souřadnice identických bodů [m] Bod

Upravené souřadnice

S-JTSK Y

X

Z

X

Y

Z

23

737 957.144

988 477.274

344.702

-957.144

-477.274

344.702

38

737 960.278

988 478.368

334.803

-960.278

-478.368

334.803

43

737 960.998

988 470.557

337.692

-960.998

-470.557

337.692

51

737 956.070

988 476.873

337.685

-956.070

-476.873

337.685

13

737 959.727

988 475.978

337.853

-959.727

-475.978

337.853

Upravené souřadnice identických bodů byly uloženy do textového souboru. Textový soubor byl naimportován do programu Geomagic Studio, do projektu, ve kterém byla uložena zregistrovaná věž. Po spuštění funkce Manual Registration bylo jako Fixed označeno mračno bodů s identickými body, jako Floating pak mračno obsahující věž. Dalším krokem bylo označení identických bodů na obou mračnech. Mračno bodů, které obsahovalo identické body, bylo tvořeno pouze pěti body. Rozpoznání, o které body se jedná, nebylo jednoduché. Byl tedy zvolen takový postup, že body byly natočeny tak, aby osa Z směřovala vzhůru. V této pozici bylo možné rozpoznat nejvyšší a nejnižší bod, 48

ČVUT v Praze


tyto dva body byly označeny jako první. Na základě těchto dvou bodů již byla orientace jednodušší a postupně byly označeny zbylé tři body.

Obr. 32: Připojení do souřadnic

Po ukončení registrace byl model připojen do souřadnicového a výškové systému. Pomocí funkce Point Coordinates, která se nachází v menu Analysis – Measure – Point Coordinates, je možné odečítat souřadnice libovolných bodů v modelu. Připojení bylo provedeno pouze na základě bodů na věži. Pokud by byly odečítány souřadnice na objektech mimo věž, přesnost jejich určení nemusí být dostatečná. Ověření přesnosti odečtení souřadnic na věži je uvedeno v kapitole 4.3. Přesnost transformace modelu do souřadnicového systému S-JTSK a výškového systému Bpv byla ověřena v programu XYZTrans v2.1.1., který vytvořil Doc. Ing. Martin Štroner, Ph.D. Do programu byl nahrán vstupní soubor, který obsahoval souřadnice identických bodů v obou soustavách. Dále byl zvolen typ transformace – shodnostní. Tlačítkem Přepočítat klíč byl vypočten transformační klíč a střední chyba jednotková. Hodnota střední chyby jednotkové je 0,0167 m. Ukázka pracovního okna programu je na obrázku 33. Vstupní soubor a výsledný protokol je uveden v příloze I.

49

ČVUT v Praze


Obr. 33: XYZTrans v2.1.1

Při odečítání souřadnic je nutné dbát na to, že se jedná o redukované a upravené souřadnice. Pro získání souřadnic v systému S-JTSK je tedy nutné vynásobit odečtené souřadnice hodnotou -1, prohodit pořadí souřadnic a přičíst hodnotu 737 000 u souřadnice Y a hodnotu 988 000 u souřadnice X.

4.3 Kontrola přesnosti modelu Kontrola přesnosti výsledného modelu byla provedena na základě několika měření v terénu a na modelu. Naměřené hodnoty byly vzájemně porovnány. 4.3.1 Kontrolní míry – interiér První kontrola byla provedena na základě měr, které byly v terénu naměřeny pásmem. Jedná se o kontrolní míry v interiéru věže. Popis zaměření kontrolních měr je uveden v kapitole 2.4.1. Kontrolní míry na modelu byly změřeny pomocí funkce Measure Distance, která se nachází v menu Analysis – Measure – Distance (obrázek 34 – A). Po zvolení této funkce se v modelu označí dva body, mezi kterými je určena vzdálenost 50

ČVUT v Praze


(obrázek 34 – C). V okně dialog jsou zobrazeny souřadnice dvou zvolených bodů (obrázek 34 – B). Přehled naměřených vzdáleností a jejich porovnání s modelem je uvedeno v tabulce 9. Přehled jednotlivých bodů je uveden v příloze D.

Obr. 34: Měření vzdáleností

Tab. 9: Porovnání délek v interiéru

Porovnání délek [m] délka

skutečnost

model

délka

rozdíl

přízemí

skutečnost

model

rozdíl

3. patro

101 – 102

0,692

0,688

0,004

108 – 109

2,191

2,188

0,003

102 – 103

1,801

1,812

0,011

110 – 111

2,200

2,187

0,013

104 – 105

1,210

1,190

0,020

112 – 113

1,868

1,837

0,031

106 – 107

0,311

0,306

0,005

114 – 115

1,952

1,947

0,005

1. patro

2. patro

116 – 117

0,714

0,696

0,018

123 – 124

2,471

2,461

0,010

118 – 119

1,740

1,735

0,005

124 – 125

1,503

1,483

0,020

119 – 120

1,382

1,364

0,018

126 – 127

0,731

0,706

0,025

118 – 120

2,205

2,207

0,002

128 – 129

1,975

1,982

0,007

121 – 122

0,935

0,912

0,023

129 – 14

1,142

1,128

0,014

Aritmetický průměr rozdílů délek je 0,013 metrů.

51

ČVUT v Praze


4.3.2 Kontrolní body Druhým kontrolním měřením bylo porovnání délek vypočtených ze souřadnic s délkami změřenými v modelu. Délky ze souřadnic byly určeny v programu Groma 8 z vypočtených souřadnic (kapitola 4.1), délky v modelu byly odměřeny pomocí funkce Measure Distance. V tomto případě se jedná o délky v exteriéru nebo délky mezi body v exteriéru a interiéru. Pro toto měření bylo zvoleno 16 délek. Porovnání délek je uvedeno v tabulce 10. Přehled čísel bodů je uveden v příloze D. Tab. 10: Porovnání délek v exteriéru

Porovnání délek [m] délka

skutečnost

model

rozdíl

délka

skutečnost

model

rozdíl

50-53

5,630

5,629

0,001

46-45

6,063

6,072

0,009

53-52

3,782

3,805

0,023

45-43

4,731

4,752

0,021

31-41

5,306

5,312

0,006

57-55

2,020

2,000

0,020

41-35

3,379

3,395

0,016

55-61

3,911

3,931

0,020

35-40

2,087

2,097

0,010

61-58

1,432

1,438

0,006

24-44

13,097

13,085

0,012

27-31

14,072

14,072

0,000

6-23

11,589

11,590

0,001

17-58

10,263

10,255

0,008

51-59

7,384

7,394

0,010

9-30

12,760

12,764

0,004

Aritmetický průměr rozdílů délek je 0,010 metrů. 4.3.3 Výškové kontroly Třetí kontrolou bylo porovnání výškových převýšení jednotlivých pater. Výškové měření pásmem bylo popsáno v kapitole 2.4.3. V modelu byla převýšení určena jako rozdíl souřadnic Z v jednotlivých patrech. Souřadnice byly určeny pomocí funkce Point Coordinates. Tato kontrola byla spíše orientační a její výsledky nemohou být brány jako směrodatné. Hlavním důvodem je nepřesnost určení výšek v terénu. Pro měření nebylo použito žádných speciálních pomůcek, pásmo bylo napínáno pouze ručně a výsledky měření jsou tedy pouze orientační. Porovnání výšek v modelu a v terénu je uvedeno v tabulce 11. Převýšení mezi přízemím a prvním patrem nebylo určeno, protože v přízemí není okno, přes které by bylo možné provést zaměření v terénu.

52

ČVUT v Praze


Tab. 11: Porovnání převýšení

Porovnání převýšení pater [m] převýšení

model

skutečnost

rozdíl

1. patro – 2. patro

3,28

3,33

0,05

2. patro – 3. patro

4,31

4,35

0,04

3. patro – střecha

3,88

3,85

0,03

4.3.4 Kontrola souřadnic Čtvrtou kontrolou bylo ověření správného připojení modelu do souřadnicového systému. Pro tento test bylo vybráno 10 kontrolních bodů, které byly zaměřeny v terénu. Pomocí funkce Point Coordinates byly odečteny jejich souřadnice v modelu. Porovnání souřadnic je uvedeno v tabulkách 12 a 13, přehled kontrolních bodů je uveden v příloze D. Tab. 12: Porovnání souřadnic Y a X

Porovnání souřadnic Y a X [m] bod

Yskutečnost

Ymodel

rozdíl

Xskutečnost

Xmodel

rozdíl

19

737 958,913

737 958,931

0,028

988 476,808

988 476,793

0,015

21

737 961,204

737 961,216

0,012

988 476,867

988 479,854

0,013

32

737 961,831

737 961,818

0,013

988 476,828

988 476,853

0,025

39

737 961,684

737 961,668

0,016

988 476,988

988 476,995

0,007

44

737 959,230

737 959,222

0,008

988 468,736

988 468,763

0,027

46

737 962,548

737 962,556

0,008

988 472,222

988 472,231

0,009

50

737 956,072

737 956,064

0,008

988 476,878

988 476,893

0,015

54

737 955,408

737 955,414

0,006

988 476,520

988 476,521

0,001

56

737 956,495

737 956,477

0,018

988 469,484

988 469,492

0,008

59

737 955,210

737 955,190

0,020

988 470,427

988 470,410

0,017

53

ČVUT v Praze


Tab. 13: Porovnání souřadnice Z

Porovnání souřadnice Z [m] bod

Zskutečnost

Zmodel

rozdíl

bod

Zskutečnost

Zmodel

rozdíl

19

337,156

337,168

0,012

46

332,263

332,262

0,001

21

344,931

344,917

0,014

50

335,564

335,545

0,019

32

332,317

332,297

0,020

54

341,179

341,175

0,004

39

335,724

335,728

0,004

56

337,559

337,529

0,030

44

334,395

334,388

0,007

59

341,182

341,177

0,005

Aritmetický průměr rozdílu souřadnic odečtených v modelu a souřadnic zaměřených polární metodou je 0,014 m v souřadnici Y, 0,014 m v souřadnici X a 0,012 m v souřadnici Z.

54

ČVUT v Praze


5. Tvorba 2D výstupů Závěrečným bodem této práce bylo vyhotovení 2D dokumentace hradní věže. Pro vyhotovení výkresů byl zvolen program MicroStation. 2D dokumentace obsahuje 5 půdorysů, 2 řezy a 4 pohledy (tabulka 14). Postup zpracování a obsah výkresů je popsán v následujících podkapitolách. Výkresy byly vyhotoveny podle [7]. Tab. 14: Přehled výkresů

Přehled výkresů Číslo výkresu

Název výkresu

1

Půdorys – přízemí hradní věže

2

Půdorys – 1. patro hradní věže

3


4


5

Půdorys – střecha hradní věže

6

Řez AA´

7

Řez BB´

8

Pohled na jihovýchodní stěnu věže

9

Pohled na jihozápadní stěnu věže

10

Pohled na severozápadní stěnu věže

11

Pohled na severovýchodní stěnu věže

5.1 Export bodů Výkresy byly rýsovány na základě mračen bodů. Pro každý výkres muselo být nejprve upraveno výsledné mračno bodů tak, aby obsahovalo pouze předmět výkresu. Následně bylo upravené mračno vyexportováno do formátu dxf, který je možné otevřít v programu MicroStation. Úprava výsledného mračna byla provedena v programu Geomagic Studio. Byla vytvořena kopie celého projektu, který obsahoval výsledné mračno. V této kopii byly odmazány veškeré nadbytečné body. Po smazání bodů bylo ještě provedeno zředění bodů pomocí funkce Uniform, rozestup bodů byl zvolen 2 cm pomocí metody Absolute (popis funkce v kapitole 3.3.3). Ředění bodů bylo prováděno pouze u mračen, kde počet bodů 55

ČVUT v Praze


přesahoval 500 000 bodů. Při větším počtu bylo po připojení mračna bodů do programu MicroStation jeho ovládání velmi pomalé. Ukázka upraveného mračna v programu Geomagic Studio je na obrázku 35.

Obr. 35: Upravené mračno

Výsledné mračno bodů, podle kterého bylo možné rýsovat výkres, bylo uloženo pomocí funkce save as. Tato funkce umožňuje ukládat data do různých formátů, v tomto případě byl volen formát dxf, který je možné otevřít v programu MicroStation. Pro plynulejší práci s daty byl soubor ve formátu dxf otevřen v programu MicroStation a exportován do formátu dgn. Formát dgn je určen pro práci s programem MicroStation.

5.2 Micro Station Veškeré výkresy byly vyhotoveny v programu MicroStation. Při zakládání nového výkresu byl jako zakládací výkres zvolen seed3d, který slouží pro tvorbu 3D výkresů. Zakládací 3D výkres byl zvolen z toho důvodu, že podkladem bylo 3D mračno bodů. Po vytvoření nového 3D výkresu je základní obrazovka rozdělena na 4 části, ve kterých jsou zobrazeny pohledy shora, zepředu, zprava a izo. Pro tvorbu 2D výkresů se používal vždy pouze jeden pohled v závislosti na typu výkresu. Rýsování ve spravné rovině bylo zaručeno zvolením aktivní hloubky výkresu, která byla nastavena vždy před začátkem rýsování. 56

ČVUT v Praze


Podkladem pro vyhotovení výkresů bylo mračno bodů ve formátu dgn, které bylo k výkresu připojeno jako referenční výkres. Před samotným připojením bylo mračno zpravidla obarveno na hnědou nebo zelenou barvu pro lepší přehlednost během rýsování. Pro tvorbu výkresů byly v programu MicroStation používány základní funkce jako tvorba úsečky, oblouku, kótování atd. Pro větší přehlednost výkresů, byly jednotlivé prvky rýsovány ve vrstvách.

5.3 Půdorys Půdorysy byly vyhotoveny pro každé patro věže, celkem bylo vyhotoveno 5 půdorysů (přízemí, 1. – 3. patro, střecha). Půdorysy byly vyhotoveny v měřítku 1:50 a byly vytištěny na papír formátu A3. V půdorysu byl plnou silnou čarou zobrazen průběh řezu v daném patře. Prvky viditelné pod řezem byly vyznačeny plnou tenkou čarou, prvky pod řezem, které nejsou viditelné, tenkou čárkovanou čarou. Tenkou čerchovanou čarou byly vyznačeny prvky nad řezem. V půdorysu byly vyznačeny silnou čerchovanou čarou průběhy řezů. V půdorysech byly okótovány základní rozměry. Doplňující rozměry byly doplněny pomocí oměrek. Jednotlivé výškové úrovně byly označeny výškovými údaji, které byly vztaženy k základní výšce. Základní výška byla zvolena v úrovni podlahy v přízemí a má hodnotu 328,300 metrů.

Obr. 36: Ukázka výkresu - půdorys 2. patro

57

ČVUT v Praze


5.4 Řez Byly vyhotoveny dva řezy, které byly vedeny v celé výšce věže. Řezy byly vyhotoveny v měřítku 1:50 a byly vytištěny na papír formátu A2. V řezech byl vyznačen plnou silnou čarou průběh řezu. Tenkou plnou čarou byly zobrazeny prvky, které jsou viditelné za řezem. Barevně byly rozlišeny dřevěné prvky (hnědá barva). Řezy byly doplněny o základní kóty vnějšího zdiva a dále o výškové údaje v jednotlivých patrech. Výšky byly vztaženy ke stejné základní výšce jako v půdorysu.

Obr. 37: Ukázka výkresu - řez AA´

5.5 Pohled Pohledy byly vyhotoveny celkem 4 a to na každou stěnu hradní věže. Pohledy byly vyhotoveny v měřítku 1:100. Jihovýchodní a severozápadní pohled, které obsahují také část skály pod věží, byly vytištěny na papír ve formátu A2. Ostatní dva pohledy byly vytištěny na papír formátu A3. V pohledu byla veškerá kresba vyhotovena tenkou čarou. Barevně byly odlišeny různé části výkresu (zdivo věže, okna, hradební zeď atd.). Pohledy byly doplněny o základní výškové kóty, jako výšky jednotlivých pater a významné prvky (okna). Výškové kóty byly vztaženy ke stejné výšce jako u půdorysu.

58

ČVUT v Praze

Závěr

Závěr Cílem diplomové práce bylo zaměření a vytvoření prostorového modelu hradní věže a na jeho základě vytvoření 2D výkresů. Postup prací byl rozdělen do dvou odlišných částí, kterými jsou zaměření hradu a zpracování naměřených dat. Podrobné zaměření hradu bylo provedeno metodou laserového skenování. Zaměření celého komplexu hradu zabralo 4 dny měření. Po vyhotovení výsledného 3D modelu bylo provedeno několik testů přesnosti. Jednalo se o porovnání délek měřených pásmem s délkami měřenými na modelu, porovnání souřadnic zaměřených v terénu se souřadnicemi odečtenými na modelu. Přesnost měření délek byla určena jako aritmetický průměr ze souboru měření, její hodnota je 0,010 metrů. Přesnost v odečtení souřadnic byla vypočtena jako aritmetický průměr z deseti měření, její hodnoty jsou 0,014 m v souřadnicích Y a X, 0,012 m v souřadnici Z. Z těchto výsledků je patrné, že zvolená metoda je pro danou úlohu vhodná. Zaměření hradního komplexu ve stejné podrobnosti pomocí klasických geodetických úloh by bylo časově velmi náročné, v podstatě nemožné. Klasickými metodami by bylo sice možné dosáhnout podobné přesnosti u jednotlivých podrobných bodů, ovšem nelze dosáhnout stejné detailnosti zaměření. Na základě výsledného 3D modelu byly vyhotoveny 2D výkresy, které dokumentují hradní věž. Těmito výkresy jsou půdorysy a řezy pater, pohledy na stěny věže. Výkresy byly vyhotoveny v programu MicroStation.

59

ČVUT v Praze

Seznam obrázků

Seznam obrázků Obr. 1: Hrad Helfenburk [http://www.travelguide.cz] ........................................................ 10 Obr. 2: Ukázka výstupu tachymetrie (1983) [2] .................................................................. 12 Obr. 3: Trimble TX5 [3] ...................................................................................................... 14 Obr. 4: Železný roxor a hřeb ................................................................................................ 16 Obr. 5: Kulové terče............................................................................................................. 17 Obr. 6: Šachovnicový terč ................................................................................................... 17 Obr. 7: Měření exteriéru ...................................................................................................... 18 Obr. 8: Měření v interiéru .................................................................................................... 19 Obr. 9: Resolution and Quality ............................................................................................ 20 Obr. 10: Schéma připojení - exteriér ................................................................................... 22 Obr. 11: Schéma připojení - 2. patro ................................................................................... 23 Obr. 12: Schéma připojení - střecha .................................................................................... 23 Obr. 13: Proces Batch Processing ........................................................................................ 26 Obr. 14: Selection Tools ...................................................................................................... 28 Obr. 15: Manual Registration .............................................................................................. 28 Obr. 16: Manual Registration - Dialog ................................................................................ 29 Obr. 17: Graphics ................................................................................................................. 30 Obr. 18: Global Registration ................................................................................................ 30 Obr. 19: Nastavení globální registrace ................................................................................ 31 Obr. 20: Nepřesná registrace ............................................................................................... 35 Obr. 21: Rozmístění stanovisek skenování .......................................................................... 36 Obr. 22: Odklonění skenu 255 ............................................................................................. 37 Obr. 23: Combine Point Objects .......................................................................................... 38 Obr. 24: Uniform ................................................................................................................. 39 Obr. 25: Nepřesná registrace ............................................................................................... 41 Obr. 26: Transforamční matice ............................................................................................ 42 Obr. 27: Tools - Move ......................................................................................................... 42 Obr. 28: Přízemí ................................................................................................................... 43 Obr. 29: 3. patro ................................................................................................................... 43 Obr. 30: Registrace schodiště .............................................................................................. 45 Obr. 31: Ukázka výsledného mračna bodů .......................................................................... 46 60

ČVUT v Praze

Seznam obrázků

Obr. 32: Připojení do souřadnic ........................................................................................... 49 Obr. 33: XYZTrans v2.1.1 ................................................................................................... 50 Obr. 34: Měření vzdáleností ................................................................................................ 51 Obr. 35: Upravené mračno................................................................................................... 56 Obr. 36: Ukázka výkresu - půdorys 2. patro ........................................................................ 57 Obr. 37: Ukázka výkresu - řez AA´ ..................................................................................... 58

61

ČVUT v Praze

Seznam tabulek

Seznam tabulek Tab. 1: Časový harmonogram prací ..................................................................................... 13 Tab. 2: Parametry skenování ............................................................................................... 21 Tab. 3: Přehled použitých skenů .......................................................................................... 33 Tab. 4: Čas globální registrace ............................................................................................ 33 Tab. 5: Skupina 10 a 11 ....................................................................................................... 36 Tab. 6: Přehled sjednocených mračen ................................................................................. 38 Tab. 7: Souřadnice bodového pole ...................................................................................... 47 Tab. 8: Identické body ......................................................................................................... 48 Tab. 9: Porovnání délek v interiéru ..................................................................................... 51 Tab. 10: Porovnání délek v exteriéru ................................................................................... 52 Tab. 11: Porovnání převýšení .............................................................................................. 53 Tab. 12: Porovnání souřadnic Y a X.................................................................................... 53 Tab. 13: Porovnání souřadnice Z ......................................................................................... 54 Tab. 14: Přehled výkresů ..................................................................................................... 55

62

ČVUT v Praze

Seznam použité literatury

Seznam použité literatury [1]

Hrady.cz. [online]. [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://www.hrady.cz/?OID=356

[2]

KOTREJCH, Ing. Vladimír. Osobní poznámky o zaměření hradu.

[3]

ČSN 01 3420. Výkresy pozemních staveb - Kreslení výkresů stavební části. 2004.

[4]

Trimble

TX5

scanner:

Datasheet.

Dostupné

z:

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

TOUŠEK, Martin. Bakalářská práce: Testování skenovacího systému Trimble TX5. Dostupné

z

:

http://gama.fsv.cvut.cz/~cepek//proj/bp/2013/martin-tousek-bp-2013.pdf [6]

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

[7]

Štroner, M. - Pospíšil, J. - Koska, B. - Křemen, T. - Urban, R. - et al.: 3D skenovací systémy. 1. vyd. Praha: Česká technika - nakladatelství ČVUT, ČVUT v Praze, 2013. 396 s. ISBN 978-80-01-05371-3.

63

ČVUT v Praze

Seznam příloh

Seznam příloh Příloha A – Rozmístění stanovisek – mapování 1983 ......................................................... 65 Příloha B – Výsledek leteckého snímkování ....................................................................... 66 Příloha C – Přehled stanovisek skenování v jednotlivých patrech věže .............................. 67 Příloha D – Přehled umístění kontrolních bodů a kontrolních měr ..................................... 70 Příloha E – Výsledné mračno bodů ..................................................................................... 75 Příloha F – Výpočet polygonového pořadu ......................................................................... 77 Příloha G – Výpočet identických bodů ................................................................................ 79 Příloha H – Souřadnice kontrolních bodů............................................................................ 83 Příloha I – Transformace modelu do souřadnicového systému ........................................... 85 Příloha J – Obsah DVD ....................................................................................................... 86 Příloha K – Výkresová dokumentace .................................................................................. 86

64

ČVUT v Praze

Přílohy

Přílohy Příloha A – Rozmístění stanovisek – mapování 1983

65

ČVUT v Praze

Přílohy

Příloha B – Výsledek leteckého snímkování

66

ČVUT v Praze

Přílohy

Příloha C – Přehled stanovisek skenování v jednotlivých patrech věže

67

ČVUT v Praze

Přílohy

68

ČVUT v Praze

Přílohy

69

ČVUT v Praze

Přílohy

Příloha D – Přehled umístění kontrolních bodů a kontrolních měr

70

ČVUT v Praze

Přílohy

71

ČVUT v Praze

Přílohy

72

ČVUT v Praze

Přílohy

73

ČVUT v Praze

Přílohy

74

ČVUT v Praze

Přílohy

Příloha E – Výsledné mračno bodů

75

ČVUT v Praze

Přílohy

76

ČVUT v Praze

Přílohy

Příloha F – Výpočet polygonového pořadu POLYGONOVÝ POŘAD ================ Naměřené hodnoty: ----------------Bod S zpět S vpřed Úhel V úhlu Směrník vpřed D zpět D Dp - Dz ------------------------------------------------------------------------------------------502 0.0000 17.8423 17.8423 5001 399.9986 163.9641 163.9655 363.9655 7.3955 7.3959 7.3957 -0.0004 5002 0.0006 184.8096 184.8090 348.7745 24.0895 24.0895 501 Identické body: Bod I. Y I. X II. Y II. X -----------------------------------------------------------501 737946.322 988448.666 -21.325 40.787 502 737978.133 988481.946 0.000 0.000 -----------------------------------------------------------Transformační parametry: -----------------------Rotace : 120.7678 Měřítko : 1.000269900219

(27.0 mm/100m)

Bod I. Y I. X II. Y II. X -----------------------------------------------------------5001 737961.227 988476.227 0.000 17.842 5002 737956.584 988470.468 -3.966 24.085 -----------------------------------------------------------Parametry polygonového pořadu: -----------------------------Typ pořadu Délka přadu Polohová odchylka Největší / nejmenší délka v pořadu Poměr největší / nejmenší délka Max. poměr sousedních délek Nejmenší vrcholový úhel

: : : : : : :

Vetknutý, bez orientace 49.3275m 0.0124m 24.0895m/ 7.3957m 1:3.26 1:3.26 163.9655g

Vypočtené body: Bod Y X ---------------------------------5001 737961.227 988476.227 5002 737956.584 988470.468 ---------------------------------VÝŠKOVÝ VÝPOČET POLYGONOVÉHO POŘADU =================================== Bod1 Bod2 Z tam Z zpět dH tam dH zpět dH V dH ---------------------------------------------------------------------------------502 5001 157.1964 24.070 24.070 5001 5002 102.4623 97.5316 -0.286 -0.287 -0.287 0.001 5002 501 148.9556 -24.895 -24.895 ---------------------------------------------------------------------------------Výškový uzávěr:

-0.009

Výškové vyrovnání ----------------Bod1 Bod2 dH dH vyr V dH -----------------------------------------------502 5001 24.070 24.067 -0.003 5001 5002 -0.287 -0.288 -0.001 5002 501 -24.895 -24.899 -0.004 ---------------------------------------------------

77

ČVUT v Praze

Přílohy

Vypočtené výšky: ---------------Bod Výška ------------------5001 337.171 5002 336.883 501 311.984 ------------------Test polygonového pořadu: ------------------------Polohová odchylka [m]: Skutečná Mezní počet bodů : Skutečná Mezní délka pořadu [m]: Skutečná Mezní délka strany [m]: Skutečná Mezní poměr délek : Skutečná

hodnota: 0.0124, Mezní hodnota: 0.1351 hodnota: 2, Mezní hodnota: 3 hodnota: 49.3275, Mezní hodnota: 1500.0000 hodnota: 24.0895, Mezní hodnota: 400.0000 hodnota: 1:3.26, Mezní hodnota: 1:3.00

Mezní odchylky stanovené pro práci v katastru nemovitostí byly dodrženy. Byl překročen geometrický parametr stanovený pro práci v katastru nemovitostí.

78

ČVUT v Praze

Přílohy

Příloha G – Výpočet identických bodů [1] POLÁRNÍ METODA DÁVKOU ========================= Orientace osnovy na bodě 5001: -----------------------------Bod Y X Z --------------------------------------------5001 737961.227 988476.227 337.171 --------------------------------------------Orientace: ---------Bod Y X Z --------------------------------------------502 737978.133 988481.946 313.104 5002 737956.584 988470.468 336.883 --------------------------------------------Bod Hz Směrník V or. Délka V délky V přev. m0 Red. --------------------------------------------------------------------------------502 399.9986 79.2336 -0.0016 17.8423 0.0048 0.003 5002 163.9641 243.1959 0.0016 7.3955 0.0021 -0.002 --------------------------------------------------------------------------------Orientační posun : 79.2334g m0 = SQRT([vv]/(n-1)) : 0.0023g SQRT( [vv]/(n*(n-1)) ) : 0.0016g Test polární metody: -------------------Oprava orientace [g]: Skutečná hodnota: 0.0016, Mezní hodnota: 0.0800 Mezní odchylky stanovené pro práci v katastru nemovitostí byly dodrženy. Podrobné body Polární metoda Bod Hz Z dH Délka Y X Z ------------------------------------------------------------------------------------------1 371.9644 306.3745 0.638 6.3530 737956.651 988471.820 337.809 2 365.9530 301.9446 0.235 7.7064 737956.205 988470.382 337.406 3 365.9814 289.5074 -1.286 7.7308 737956.186 988470.365 335.885 4 360.4953 289.5361 -1.291 7.7817 737956.680 988469.912 335.880 5 360.5617 301.8742 0.229 7.7746 737956.677 988469.923 337.400 6 358.7010 279.4839 -2.144 6.4215 737957.623 988470.912 335.027 7 365.0427 279.3687 -2.139 6.3673 737957.147 988471.339 335.032 8 368.1985 284.9544 -1.529 6.3475 737956.923 988471.561 335.642 9 358.8167 303.0489 0.308 6.4216 737957.613 988470.919 337.479 10 381.0141 277.6303 -2.376 6.4822 737955.968 988472.437 334.795 11 332.8478 305.4859 0.435 5.0372 737960.277 988471.280 337.606 12 362.4299 265.5434 -2.391 3.9768 737958.806 988473.072 334.780 Orientace osnovy na bodě 5002: -----------------------------Bod Y X Z --------------------------------------------5002 737956.584 988470.468 336.883 --------------------------------------------Orientace: ---------Bod Y X Z --------------------------------------------5001 737961.227 988476.227 337.171 501 737946.322 988448.666 311.984 --------------------------------------------Bod Hz Směrník V or. Délka V délky V přev. m0 Red. --------------------------------------------------------------------------------5001 0.0006 43.1959 0.0008 7.3959 0.0016 0.001 501 184.8096 228.0066 -0.0008 24.0895 0.0069 -0.004 --------------------------------------------------------------------------------Orientační posun : 43.1962g m0 = SQRT([vv]/(n-1)) : 0.0012g SQRT( [vv]/(n*(n-1)) ) : 0.0008g Test polární metody: -------------------Oprava orientace [g]: Skutečná hodnota: 0.0008, Mezní hodnota: 0.0800 Mezní odchylky stanovené pro práci v katastru nemovitostí byly dodrženy.

79

ČVUT v Praze

Přílohy

Podrobné body Polární metoda Bod Hz Z dH Délka Y X Z ------------------------------------------------------------------------------------------13 389.8061 90.3437 0.970 6.3433 737959.727 988475.978 337.853 14 396.3431 111.3923 -1.128 6.2348 737960.212 988475.538 335.755 15 399.0155 117.8283 -1.780 6.1901 737960.394 988475.346 335.103 16 5.0892 117.9276 -1.781 6.1566 737960.819 988474.937 335.102 17 5.2097 108.1925 -1.009 7.7970 737961.958 988476.118 335.874 18 399.9827 108.1629 -1.010 7.8322 737961.498 988476.567 335.873 19 379.2107 97.4252 0.273 6.7545 737958.913 988476.808 337.156 Určení výšky: Bod Z dH Váha Zp vZ ----------------------------------------------------------505 128.2495 -33.935 0.0002 344.464 0.004 503 139.6505 -31.520 0.0005 344.468 -0.001 703 129.0475 -25.883 0.0004 344.468 -0.001 ----------------------------------------------------------Volné stanovisko: 5003 Určení výšky: Bod Z dH Váha Zp vZ ----------------------------------------------------------505 128.2495 -33.935 0.0002 344.464 0.004 503 139.6505 -31.520 0.0005 344.468 -0.001 703 129.0475 -25.883 0.0004 344.468 -0.001 ----------------------------------------------------------Transformační parametry: -----------------------Měřítko : 1.000011474232

(1.1 mm/100m)

Souřadnicové opravy na identických bodech: Bod vY vX m0 Red. --------------------------------------------505 0.000 0.001 503 0.000 0.000 703 0.000 -0.001 --------------------------------------------SQRT( [vv]/(n-1) ): mY: 0.000 mX: 0.001 Střední souřadnicová chyba klíče m0: 0.001 Určení výšky: Bod Z dH Váha Zp vZ ----------------------------------------------------------505 128.2495 -33.935 0.0002 344.464 0.004 503 139.6505 -31.520 0.0005 344.468 -0.001 703 129.0475 -25.883 0.0004 344.468 -0.001 ----------------------------------------------------------Výsledné souřadnice: Bod Y X Z --------------------------------------------5003 737960.014 988470.797 344.467 --------------------------------------------Orientace osnovy na bodě 5003: -----------------------------Bod Y X Z --------------------------------------------5003 737960.014 988470.797 344.467 --------------------------------------------Orientace: ---------Bod Y X Z --------------------------------------------505 737994.012 988411.934 310.529 503 738001.074 988456.948 312.948 703 737984.760 988428.003 318.585 --------------------------------------------Bod Hz Směrník V or. Délka V délky V přev. m0 Red. --------------------------------------------------------------------------------505 0.0009 166.6558 -0.0001 67.9754 0.0005 -0.003 0.0003 503 354.0550 120.7095 0.0003 43.3317 0.0009 0.001 0.0000 *

80

ČVUT v Praze

Přílohy

703 399.9684 166.6233 -0.0001 49.4318 0.0019 0.001 0.0003 --------------------------------------------------------------------------------Orientační posun : 166.6548g m0 = SQRT([vv]/(n-1)) : 0.0002g SQRT( [vv]/(n*(n-1)) ) : 0.0001g Test polární metody: -------------------Oprava orientace [g]: Skutečná hodnota: 0.0003, Mezní hodnota: 0.0800 Mezní odchylky stanovené pro práci v katastru nemovitostí byly dodrženy. Podrobné body Polární metoda Bod Hz Z dH Délka Y X Z ------------------------------------------------------------------------------------------20 255.8518 107.0944 -0.711 6.3573 737962.215 988476.761 343.756 21 245.6671 95.2330 0.464 6.1856 737961.204 988476.867 344.931 22 237.5153 105.6134 -0.601 6.7975 737960.459 988477.580 343.866 23 206.7892 97.8908 0.235 7.0841 737957.144 988477.274 344.702 24 174.0837 95.2743 0.507 6.8212 737954.542 988474.870 344.974 25 144.3714 93.8746 0.243 2.5173 737957.534 988471.231 344.710 26 134.8933 103.2455 -0.117 2.2880 737957.727 988470.853 344.350 27 118.3437 104.1725 -0.118 1.7931 737958.270 988470.378 344.349 28 287.4307 93.9797 0.460 4.8482 737963.655 988473.998 344.927 29 221.1576 128.7655 -1.512 3.1155 737959.421 988473.856 342.955 Orientace osnovy na bodě 502: ----------------------------Bod Y X Z --------------------------------------------502 737978.133 988481.946 313.104 --------------------------------------------Orientace: ---------Bod Y X Z --------------------------------------------501 737946.322 988448.666 311.984 507 737964.757 988488.339 312.913 503 738001.074 988456.948 312.948 --------------------------------------------Bod Hz Směrník V or. Délka V délky V přev. m0 Red. --------------------------------------------------------------------------------501 399.9984 248.5635 0.0019 46.0385 -0.0005 -0.006 0.0080 507 79.8100 328.3836 -0.0066 14.8280 -0.0028 -0.005 0.0019 * 503 304.1676 152.7300 0.0047 33.9269 0.0023 -0.013 0.0060 --------------------------------------------------------------------------------Orientační posun : 248.5671g m0 = SQRT([vv]/(n-1)) : 0.0059g SQRT( [vv]/(n*(n-1)) ) : 0.0034g Test polární metody: -------------------Oprava orientace [g]: Skutečná hodnota: 0.0066, Mezní hodnota: 0.0800 Mezní odchylky stanovené pro práci v katastru nemovitostí byly dodrženy. Podrobné body Polární metoda Bod Hz Z dH Délka Y X Z ------------------------------------------------------------------------------------------30 18.8429 57.3431 12.405 15.6562 737964.484 988474.277 327.265 31 30.5709 48.9701 17.434 16.8788 737962.152 988476.513 332.294 32 32.0657 49.3171 17.457 17.0862 737961.831 988476.828 332.317 33 32.0331 47.3549 18.542 17.0622 737961.857 988476.827 333.402 34 30.4717 46.9988 18.517 16.8485 737962.190 988476.498 333.377 35 35.7531 46.1336 19.933 17.6480 737961.018 988477.643 334.793 36 36.6272 46.3809 19.938 17.7912 737960.821 988477.846 334.798 37 37.9062 46.8985 19.881 18.0327 737960.506 988478.143 334.741 38 38.8438 47.1099 19.943 18.2098 737960.278 988478.368 334.803 39 32.7945 43.8536 20.864 17.1797 737961.684 988476.988 335.724 40 29.6832 43.0639 20.856 16.7431 737962.358 988476.336 335.716 41 29.6066 40.4022 22.732 16.7359 737962.371 988476.320 337.592 42 32.6691 41.1487 22.745 17.1603 737961.713 988476.961 337.605 43 14.0893 46.6921 22.832 20.5749 737960.998 988470.557 337.692 44 12.6026 55.2586 19.535 23.0613 737959.230 988468.736 334.395 45 12.1690 56.3757 19.541 23.9069 737958.631 988468.118 334.401

81

ČVUT v Praze 46 47 48

15.9193 33.7580 16.5581

Přílohy 51.7198 52.6920 95.5291

17.403 13.741 1.179

18.3694 14.9556 16.7636

737962.548 737963.750 737963.823

988472.222 988477.847 988473.215

332.263 328.601 316.039

Orientace osnovy na bodě 506: ----------------------------Bod Y X Z --------------------------------------------506 737932.025 988469.141 313.134 --------------------------------------------Orientace: ---------Bod Y X Z --------------------------------------------507 737964.757 988488.339 312.913 501 737946.322 988448.666 311.984 --------------------------------------------Bod Hz Směrník V or. Délka V délky V přev. m0 Red. --------------------------------------------------------------------------------507 0.0000 66.2305 -0.0029 37.9429 0.0038 -0.005 501 94.9694 161.1941 0.0029 24.9706 0.0020 -0.007 --------------------------------------------------------------------------------Orientační posun : 66.2277g m0 = SQRT([vv]/(n-1)) : 0.0041g SQRT( [vv]/(n*(n-1)) ) : 0.0029g Test polární metody: -------------------Oprava orientace [g]: Skutečná hodnota: 0.0029, Mezní hodnota: 0.0800 Mezní odchylky stanovené pro práci v katastru nemovitostí byly dodrženy. Podrobné body Polární metoda Bod Hz Z dH Délka Y X Z ------------------------------------------------------------------------------------------50 13.9542 56.2209 20.750 25.2610 737956.072 988476.878 335.564 51 13.9645 53.1536 22.871 25.2574 737956.070 988476.873 337.685 52 15.4874 51.5653 22.869 24.0221 737955.063 988475.946 337.683 53 13.5040 48.5591 26.377 25.2090 737955.967 988477.032 341.191 54 14.3111 47.6919 26.365 24.5198 737955.408 988476.520 341.179 55 31.0699 51.4439 22.736 23.7912 737955.795 988470.151 337.550 56 32.8806 52.3288 22.745 24.4726 737956.495 988469.484 337.559 57 34.6427 52.5946 23.218 25.1924 737957.215 988468.797 338.032 58 31.5114 46.5619 26.363 23.6593 737955.669 988469.981 341.177 59 30.2462 45.9644 26.368 23.2205 737955.210 988470.427 341.182 60 29.9568 45.7987 26.376 23.1056 737955.089 988470.525 341.190 61 28.6501 45.2027 26.379 22.6752 737954.627 988470.963 341.193 62 32.4042 38.6538 39.429 27.3920 737959.411 988469.730 354.243

82

ČVUT v Praze

Přílohy

Příloha H – Souřadnice kontrolních bodů Souřadnice kontrolních bodů Y X 737 956.651 988 471.820

Z 337.809

2

737 956.205

988 470.382

337.406

3

737 956.186

988 470.365

335.885

4

737 956.680

988 469.912

335.880

5

737 956.677

988 469.923

337.400

6

737 957.623

988 470.912

335.027

7

737 957.147

988 471.339

335.032

8

737 956.923

988 471.561

335.642

9

737 957.613

988 470.919

337.479

10

737 955.968

988 472.437

334.795

11

737 960.277

988 471.280

337.606

12

737 958.806

988 473.072

334.780

13

737 959.727

988 475.978

337.853

14

737 960.212

988 475.538

335.755

15

737 960.394

988 475.346

335.103

16

737 960.819

988 474.937

335.102

17

737 961.958

988 476.118

335.874

18

737 961.498

988 476.567

335.873

19

737 958.913

988 476.808

337.156

20

737 962.215

988 476.761

343.756

21

737 961.204

988 476.867

344.931

22

737 960.459

988 477.580

343.866

23

737 957.144

988 477.274

344.702

24

737 954.542

988 474.870

344.974

25

737 957.534

988 471.231

344.710

26

737 957.727

988 470.853

344.350

27

737 958.270

988 470.378

344.349

28

737 963.655

988 473.998

344.927

29

737 959.421

988 473.856

342.955

30

737 964.484

988 474.277

327.265

Číslo body 1

83

ČVUT v Praze

Přílohy

31

737 962.152

988 476.513

332.294

32

737 961.831

988 476.828

332.317

33

737 961.857

988 476.827

333.402

34

737 962.190

988 476.498

333.377

35

737 961.018

988 477.643

334.793

36

737 960.821

988 477.846

334.798

37

737 960.506

988 478.143

334.741

38

737 960.278

988 478.368

334.803

39

737 961.684

988 476.988

335.724

40

737 962.358

988 476.336

335.716

41

737 962.371

988 476.320

337.592

42

737 961.713

988 476.961

337.605

43

737 960.998

988 470.557

337.692

44

737 959.230

988 468.736

334.395

45

737 958.631

988 468.118

334.401

46

737 962.548

988 472.222

332.263

47

737 963.750

988 477.847

328.601

48

737 963.823

988 473.215

316.039

50

737 956.072

988 476.878

335.564

51

737 956.070

988 476.873

337.685

52

737 955.063

988 475.946

337.683

53

737 955.967

988 477.032

341.191

54

737 955.408

988 476.520

341.179

55

737 955.795

988 470.151

337.550

56

737 956.495

988 469.484

337.559

57

737 957.215

988 468.797

338.032

58

737 955.669

988 469.981

341.177

59

737 955.210

988 470.427

341.182

60

737 955.089

988 470.525

341.190

61

737 954.627

988 470.963

341.193

62

737 959.411

988 469.730

354.243

84

ČVUT v Praze

Přílohy

Příloha I – Transformace modelu do souřadnicového systému Vstupní soubor 5 23 -957.144 12.438 38 -960.278 9.467 43 -960.998 7.227 51 -956.070 13.334 13 -959.727 9.564

-477.274 344.702 -17.663 164.200 -478.368 334.803 -19.257 154.338 -470.557 337.692 -11.794 157.312 -476.873 337.685 -16.936 157.178 -475.978 337.853 -16.803 157.411

Protokol o výpočtu ProgramXYZTrans v2.1.1 , Protokol o výpočtu. Shodnostní Podobnostní transformace Použité identické body : 23,38,43,51,13 Transformační klíč : Matice Rotace : 0,979020810710373 0,203521268400697 -0,0098663825476109 -0,203385066622 0,979008905291924 0,0132694398617738 0,012359889609 -0,0109843828993816 0,999863278884258 Vektor Translace : -964,115148016654 -459,646867298104 180,171057864489 Měřítka v jednotlivých osách (x,y,z): 1,000000000000 1,000000000000 1,000000000000 Střední chyba jednotková:

0,01674755

85

ČVUT v Praze

Přílohy

Příloha J – Obsah DVD -

věž – výsledné mračno bodů ve formátu wrp a wrl

-

wrmlView – program pro prohlížení wrml modelů

-

výkresy – výkresy ve formátu dgn a pdf

-

diplomová práce – ve formátu docx a pdf

Příloha K – Výkresová dokumentace -

Půdorys – přízemí hradní věže

-


-


-


-

Půdorys – střecha hradní věže

-

Řez AA´

-

Řez BB´

-

Pohled na jihovýchodní stěnu věže

-

Pohled na jihozápadní stěnu věže

-

Pohled na severozápadní stěnu věže

-

Pohled na severvýchodní stěnu věže

86

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

Recommend Documents