Tunnelmetingen – De Laserscanning benadering M25-tunnels Bell Common en Hatfield (Verenigd Koninkrijk) Opdrachtgever: Highways Agency Uitvoerders: TerraImaging en Mason Land Surveys
De vraag naar meet-informatie In 2005 is een project van start gegaan van de Highways Agency, het Engelse equivalent van Rijkswaterstaat, om het interieur van een aantal tunnels in de ringweg, de M25, rond Londen te vernieuwen. In dit artikel wordt de aanpak van de metingen in twee van deze tunnels besproken: de M25 Bell Common tunnel en de A1 (M) Hatfield tunnel. Het project betreft de voorbereiding van de vervanging van verlichting, vangrail en andere infrastructuur in de tunnels. Daarnaast zullen ook versleten onderdelen worden vervangen en zal nieuwe infrastructuur worden aangebracht om de veiligheid in de tunnels te verbeteren. Om er zeker van te zijn dat de nieuwe infrastructuur precies past in de tunnels is een 3D-model van de tunnels met de bestaande infrastructuur nodig. Omgeving van de tunnels De M25 snelweg is één van de drukste snelwegen van het Verenigd Koninkrijk. Daarom was een belanrijke eis dat de verkeersstroom zo min mogelijk werd gehinderd. Daarbij stond voorop dat de meetploeg in de beperkte ruimte van de tunnels op een veilige manier kon werken. De ideale manier zou zijn om te werken op die momenten dat de verkeersstroom het laagst was en om een meetmethode te gebruiken waarmee op een snelle manier alle benodigde data kon worden verzameld. Laserscanning als oplossing TerraImaging BV, dat een vijf-jarig contract heeft met de Highways Agency voor laserscanning en luchtfotografie, heeft samen met Mason Land Surveys aan Highways Agency een oplossing voor het inmeten van de tunnels voorgesteld die aan bovengenoemde eisen voldoet. Deze oplossing is gebaseerd op het gebruik van terrestrische scanners gedurende nachtelijke sluitingen van de tunnelbuizen of de sluiting van een aantal rijbanen. Figuur 1 laat de opstelling van een laserscanner in de tunnel zien.
Figuur 1: Metingen in tunnelbuis met laserscanner
Het principe van laserscanning Laserscanning is een relatief nieuwe methode voor datainwinning. Commerciële laserscanners zijn als sinds circa acht jaar beschikbaar en hebben zichzelf inmiddels ruimschoots bewezen.
-1-
Een terrestrische laserscanner (figuur 2) zendt meer dan 1000 laserpulsen per seconde uit. Hierbij wordt de laserscanner gericht op het oppervlak dat ingemeten gaat worden waarbij de laser over het oppervlak heen scant. De teruggekaatste pulsen worden geregistreerd en omgezet naar een punt met een x-, y- en z-coördinaat. Het geheel van alle punten vormt een puntenwolk. Deze puntenwolk is een weergave van het ingemeten oppervlak met een bepaalde puntdichtheid. De punten worden in een notebook opgeslagen en kunnen in het veld op de PC driedimensionaal worden weergegeven en gecontroleerd.
Figuur 2: Terrestrische laserscanner
Tijdens een meting wordt als eerste begonnen met het nemen van een digitale foto door de scanner. De foto wordt gebruikt om de scanner goed te richten op het object dat dient te worden ingemeten. Door van verschillende posities een object in te meten, waarbij de scans elkaar gedeeltelijk overlappen, kan de data, opgenomen van verschillende posities, worden samengevoegd tot een driedimensionele puntenwolk van het object. Deze puntenwolk dient als basis voor de modellering. Om de metingen in de tunnels zo snel mogelijk uit te voeren zijn er twee laserscanners ingezet. De opstelling van laserscanners is schematisch weergegeven in figuur 3. Met deze opzet kon zonder onderbreking 200 meter tunnelbuis per nacht worden ingemeten.
Figuur 3: Schematische meetopzet
Nadat de data is ingewonnen, vindt de verwerking van de data op kantoor plaats. Hier wordt het grootste deel van de doorlooptijd van het project aan besteed. Door het gebruik van terrestrische
-2-
laserscanners is er een zeer grote hoeveelheid data beschikbaar waarvan een voor de klant bruikbaar model wordt vervaardigd. Het model wordt opgebouwd uit elementen zoals lijnen, vlakken en cylinders in een twee- of driedimensionaal CAD-model (figuur 4). In het model van de tunnels wordt op deze wijze het wegdek, de wanden, het plafond en het meubilair weergegeven.
Figuur 4: Rechtsboven is een tweedimensionaal CAD-model weergegeven met linksboven de bijbehorende foto en onder de laserscandata
-3-
Naast het twee- en driedimensionaal CAD-model zijn er ook iedere 5 meter dwarsprofielen gemaakt (figuur 5).
Figuur 5: Boven: een dwarsdoorsnede van de laserscandata, onder: CAD-model van de dwarsdoorsneden
TerraImaging en Mason beschikken beiden over een team van medewerkers die, hetgeen cruciaal is, zeer ervaren zijn in het bewerken van laserscandata. De voordelen van terrestrische laserscanning Deze moderne meetmethode biedt een aantal voordelen die zeer goed aansluiten bij de omstandigheden in de tunnels. Het eerste voordeel van de terrestrische laserscanner is dat zeer snel een grote hoeveelheid data wordt verzameld. Vergeleken met een traditionele methode is de tijd die een meetploeg nodig heeft sterk gereduceerd met als bijkomend voordeel dat ook het aantal sluitingen van de tunnel lager is. Het tweede voordeel is dat het gebruik van een terrestrische laserscanner een veiligere meetmethode is dan conventionele meetmethoden. Met een terrestrische laserscanner kan men namelijk van een afstand metingen verrichten zonder dat de meetploeg in de nabijheid van objecten die ingemeten worden hoeft te komen. Zo kan bijvoorbeeld een tunnelwand worden gemeten terwijl er verkeer door de tunnel rijdt en zonder dat iemand de rijbaan over hoeft te steken. Het derde voordeel is dat de ingewonnen data direct op een notebook wordt opgeslagen, zodat de landmeter deze direct kan controleren. Dit minimaliseert de kans dat er objecten worden gemist en daarmee ook de noodzaak om nogmaals terug te keren naar dezelfde locatie.
-4-
Conclusie Laserscanning voorziet in een zeer effectieve methode om benodigde meetinformatie te genereren. De veldwerkzaamheden kunnen met deze methode snel en veilig worden uitgevoerd. De methode is zeer kosteneffectief, omdat de benodigde tijd voor het uitvoeren van de metingen op locatie veel lager is dan in het geval van een traditionele meetmethode. Hierdoor zijn er ook minder sluitingen van tunnels en rijbanen nodig, dat ook nog eens kosteneffectief is. Doordat alle oppervlakken en objecten van de tunnel met de laserscanner zijn ingemeten kann aanvullende informatie worden verkregen op elk gewenst later tijdstip zonder dat de tunnel opnieuw hoeft te worden betreden. SAMENVATTING In 2005 is een project van start gegaan van de Highways Agency, het Engelse equivalent van Rijkswaterstaat, om het interieur van een aantal tunnels in de ringweg, de M25, rond Londen te vernieuwen. Het project betreft de voorbereiding van de vervanging van verlichting, vangrail en andere infrastructuur in de tunnels. Om er zeker van te zijn dat de nieuwe infrastructuur precies past in de tunnels is een 3D-model van de tunnels met de bestaande infrastructuur nodig. Het 3D-model is door TerraImaging en Mason Land Surveys gemaakt met behulp van laserscanning. Gebleken is dat laserscanning voorziet in een zeer effectieve methode om benodigde meetinformatie te genereren. De veldwerkzaamheden kunnen met deze methode snel en veilig worden uitgevoerd. De methode is zeer kosteneffectief, omdat de benodigde tijd voor het uitvoeren van de metingen op locatie veel lager is dan in het geval van een traditionele meetmethode. Hierdoor zijn er ook minder sluitingen van tunnels en rijbanen nodig, dat ook nog eens kosteneffectief is. Meer informatie: TerraImaging B.V. www.terraimaging.nl
[email protected]
TerraImaging B.V. Groenewoudsedijk 40 3528 BK Utrecht Nederland Tel.: +31 (0)30 686 61 60 Fax: +31 (0)30 686 61 66 E-mail:
[email protected] Web: www.terraimaging.nl
-5-
TerraImaging B.V. Berlin Köpenicker Str. 10a 10997 Berlin Duitsland Tel.: +49 (0)30 53 21 77 20 Fax: +49 (0)30 53 21 77 26 E-mail:
[email protected] Web: www.terraimaging.de
