Základy automatizace v IG - 154YZAG Návod na cvičení: Výpočet objemové bilance a rozdílového modelu terénu ze dvou etap zaměření půdní deponie Ing. B. Koska 21. 11. 2008
Výpočet objemové bilance a rozdílového modelu terénu ze dvou etap zaměření půdní deponie 1. Zadání Vypočtěte objemovou bilanci zeminy mezi dvěma zaměřeními půdní deponie. Vytvořte rozdílový digitální model terénu a vhodnou formou jej prezentujte.
2. Podrobné informace k zadání První zaměření bylo provedeno skenovacím systémem Leica HDS3000 a doplněno měřením globálním navigačním systémem GNSS/GPS Trimble G8 GNSS. Měření provedené skenovacím systémem je nutné očistit od bodů, které nejsou zájmem našeho měření (lidé, vozidla, stromy,…) a zredukovat na smysluplné pravidelné rozlišení. Druhé měření bylo provedeno globálním navigačním systémem Trimble G8 GNSS a totální stanicí Trimble S6, u které byla pro zaměření členitých ploch využita funkce skenování. V obou etapách byl k určení vlícovacích bodů v S-JTSK použit globální navigační systém Trimble G8 GNSS.
3. Poznámka k souřadnicovým soustavám V softwaru Atlas je možné pracovat s levotočivou (geodetickou) i pravotočivou souřadnicovou soustavou. Z důvodu standardu daného národním souřadnicovým systémem S-JTSK bude v softwaru Atlas použita levotočivá souřadnicová soustava X. V softwaru Cyclone je možné pracovat pouze s pravotočivou x (matematickou) souřadnicovou soustavou. Vlícovací body jsou dány v S-JTSK. Pro potřeby transformace (registrace) v softwaru Cyclone je nutné převést vlícovací body do pravotočivé soustavy jednoduchým převodem x = -Y, y = -X a z = Z (například v softwaru Microsoft Excel). Při exportu ze softwaru Cyclone je nutné body převést zpět od levotočivé soustavy X = -y, Y = -x, a Z = z.
4. Cyclone V oblasti laserového skenování se termínem registrace nazývá proces transformace dat z jednotlivých stanovisek (ScanWorldů) do jediného souřadnicového systému. Registrace a export se provádí v modulech softwaru Cyclone: Cyclone – Registr a Cyclone – Model.
1
4.1. Registrace 1. Vyberte použitý projekt: Cyclone – Navigator → Servers → HDS3000_P838 (unshared) → "použitá databáze" → "použitý projekt". 2. Vyberte registraci: V místní nabídce na našem projektu zvolte Create → Registration. 3. Otevřete Registration (místní nabídka, dvoj-klik) a vyberte ScanWorld → Add ScanWorld. 4. Vyberte ScanWorldy (stanoviska), které chcete registrovat a potvrďte výběr. Jedná se o ScanWorldy s měřením podrobných bodů a ScanWorld s vlícovacími body. 5. Nastavte jako Home ScanWorld ten, který obsahuje vlícovací body. Volba Home ScanWorldu se provádí na kartě "ScanWorlds Constraints" jeho výběrem a volbou: ScanWorld → Set Home ScanWorld. Poznámka: Home ScanWorld je stanovisko, do jehož souřadnicové soustavy se budou ostatní ScanWorldy transformovat. Implicitně se jako Home ScanWorld nastaví ten, který je uveden ve stromové struktuře projektu jako první. 6. Vyberte Constraints (podmínky): Constraint → Auto-Add Constraints (vybrané constraints jsou vidět na kartě "Constraint List") 7. Proveďte registraci: Registrace → Register. 8. Kontrola hrubých chyb: Na kartě "Constraint List" zkontroluji odchylky na jednotlivých bodech. Pokud jsou některé odchylky výrazně větší než 2 cm, je to pravděpodobně způsobeno hrubou chybou například v označení identických bodů při měření. Oprava chybně označených bodů je složitější operací a proto je nutná asistence vyučujícího. 9. Nová registrace v případě vyloučení hrubých chyb: Registrace → Register. 10. Zhodnocení průměrné absolutní odchylky: Registration → Show Diagnostics… . 11. Kontrola odlehlých bodů: Pokud odchylky na bodech nepřekračují hodnotu 2 cm, ale některý bod(y) (v jedné nebo více podmínkách) má výrazně větší odchylku než ostatní, je možné, při dostatečném množství identických bodů, jeho vyloučení: Místní nabídka na zvoleném bodě a volba Disable. 12. Nová registrace v případě vyloučení odlehlých bodů: Registrace → Register. 13. Zhodnocení průměrné absolutní odchylky a uložení protokolu o registraci: Registration → Show Diagnostics… → Save. 14. Tvorbu sloučeného mračna: Registration → Create ScanWorld/Freeze Registration. 15. Aby bylo možné s registrovanými daty pracovat, je nutné vytvořit nový ModelSpace volbou: Registration → Create ModelSpace. 16. Zavřete modul Registration.
4.2. Import měření z GNSS Pro zaměření některých vzdálenějších částí deponie byl použit globální navigační systém Trimble G8 GNSS. Tato měření je nutné do registrovaného ScanWorldu importovat. 1. Vyberte použitý projekt: Cyclone – Navigator → Servers → HDS3000_P838 (unshared) → "použitá databáze" → "použitý projekt" → "ScanWorld s registrací". 2. Importujte data: V místní nabídce na našem ScanWorldu zvolte: "Import ..." a vyberte soubor "gps_podrobne.xyz" v adresáři zadání úlohy. V následujícím dialogu zvolte intenzitu "No intensities".
2
4.3. Očištění mračna 1. Zobrazení registrovaných mračen: V příslušném registrovaném ScanWorldu vybereme ModelSpace: "název registrovaného ScanWorldu" → ModelSpaces → ModelSpace. V místní nabídce volíme "Create and Open ModelSpace View". 2. Práce v ModelSpace: Tři základní módy: pick mode, view mode a a seek mode (klávesové zkratky 'p', 'v' a 's'). Pick mode slouží k výběru (bodu, mračna, vertexu – vlícovacího bodu), seek mode slouží k určení bodu, kolem kterého se provádí otáčení pohledu, a view mode slouží k základnímu pohybu v 3D prostředí. Ve view modu slouží levé tlačítko myši k otáčení mračna, střední s posunem myši dopředu a dozadu k zvětšování a zmenšování obrazu a pravé k posunu. nebo ortogonální . 3. Zobrazení prostoru může být perspektivní Perspektivní zobrazení je vhodnější pro orientaci v 3D prostoru a ortogonální pro výběry jeho částí. 4. Vyberte zájmovou oblast a zkopírujte ji do nového ModelSpacu: Pomocí funkce ohrady (fence) vyberte zájmovou část mračna a v místní nabídce zvolte "Copy Fenced to New ModelSpace".
Obr. 1 – Celek s vyznačenou oblastí zájmu 5. Manuální očištění mračna: V dalším okně (ModelSpace View) proveďte manuální očištění mračna bodů od předmětů, které nejsou součástí vyhodnocení viz obr. 2 (lidé, vozidla, stromy, příslušenství skeneru,…). Manuální čištění spočívá ve výběru nevhodných bodů ohradou a jejich vymazání funkcí v místní nabídce "Fence → Delete Inside". 6. Očištění mračna je vhodné provádět po částech (například po čtvercích přibližně 10 x 10 metrů). Nejprve se vybere ve vhodném pohledu (většinou shora) část k
3
očištění ohradou. Dále se volí "Selection → Select All", v místní nabídce "Segment Cloud → Cut by Fence", znovu v místní nabídce "Copy Selection to New ModelSpace" a po návratu do původního okna (ModelSpacu) se provede smazání překopírované oblasti klávesou "Delete".
Obr. 2 – Předměty, které nejsou součástí vyhodnocení 7. V novém ModelSpacu se provedou potřebné úpravy v souladu s bodem č. 5 – "Manuální očištění mračna". Při zavírání okna s novým ModelSpacem se objeví dialog:
Obr. 3 – Dialog zavírání nového ModelSpacu V dialogu volíme podle obrázku (Sloučit s původním ModelSpacem, Smazat po zavření).
4.4. Sjednocení vzorkování Po očištění vybrání a očištění celé zájmové oblasti proveďte sjednocení vzorkování mračen bodů. Jedná se o funkci, která sníží počet bodů v původních 4
mračnech tak, že jejich střední vzdálenost bude přibližně rovna zadané hodnotě. Tím získáme mračno, které bude z hlediska hustoty bodů homogenní a jehož velikost (počet bodů) bude většinou výrazně menší než u původního mračna. Hlavním důvodem většinou zbytečně velké hustoty mračna bodů v blízkosti stanovisek je nastavení pravidelného úhlového kroku skenování. Zvolte funkci "Tools → Unify Clouds…" a v následujícím dialogu zvolte požadovaný střední rozestup bodů např. 0.3 metru.
4.5. Export výsledného mračna 1. Výběr mračen pro export: V pracovním ModelSpacu vyberte mračna pro export (nejlépe všechny volbou Selection → Select All, protože zobrazená jsou již jen očištěná zájmová mračna). 2. Export bodů: Vyberte: File → Export… . Jako typ souboru vyberte TXT formát, pojmenujte soubor, v dialogu "Export Options" vyberte volby tak, aby vybraná mračna byla zahrnuta a potvrďte. V dalším dialogu nadefinujte výstupní formát (nejlépe souřadnice XYZ oddělené mezerami na čtyři desetinná místa). 3. Při exportu ze softwaru Cyclone je nutné body převést zpět od levotočivé soustavy volbou výstupního formátu: X = -y, Y = -x, a Z = z. 4. Zavřete všechna okna softwaru Cyclone.
5. Práce v softwaru Atlas V software Atlas je určen k práci s digitálními modely terénu dále DMT.
5.1. Vytvoření dokumentu a listu Při spuštění Atlasu se otevře dialog umožňující nám otevřít existující nebo nový dokument. Volíme nový dokument, který není založený na vzoru. V dalším dialogu volíme vlastnosti listu dokumentu. Vhodné nastavení je například: Velikost stránky – A4 na šířku, složení listu z tiskových stránek – List složen z několika tiskových stránek – 2 x 2 (Na šířku x Na výšku). Potvrdíme . vytvoření listu. List si zobrazíme na celé pracovní okno Atlasu tlačítkem Vytvořený dokument si uložíme: Soubory → Uložit dokument Jako... .
5.2. Generace modelů terénu Proveďte generaci modelů terénu: DMT → Úlohy nad DMT → Operace s modelem → Generace modelu terénu. V následujícím dialogu nastavte: Model terénu – Vyberte název a umístění vygenerovaného modelu terénu (nejprve například model z první etapy měření skenovacím systémem), Vstupní data bodů : → Přidat… – vyberte vstupní soubor, tlačítko "Fmt" → Údaje v souboru: – volím XYZ. Spustíme generaci tlačítkem "Start". Stejným postupem provedeme generování modelu terénu pro druhou etapu a uzavřeme dialog.
5.3. Zobrazení modelů terénu Volíme: DMT → Vložit model terénu → Založit i s půdorysem. Vybereme DMT k zobrazení a zvolíme souřadnicovou soustavu 0 – JTSK. Pro zobrazení DMT se dá volit celá řada vlastností. Nejprve je vhodné zvolit vlastnosti půdorysu – vlastnosti vyvoláme dvoj-klikem na obdélníku (půdorysu)
5
kolem DMT. Z vlastností půdorysu je pro nás nejdůležitější karta "Výřez" na které je možno zvolit měřítko – pole "Měřítko 1 : ", karta "Popis", na které lze volit zobrazení a popis rámových značek a souřadnicových křížků a dále karta "DMT", na které je možné vyvolat vlastnosti DMT. U každého DMT je možné volit detailní nastavení zobrazení. Autorovi návodu se subjektivně jako nejvhodnější zobrazení zdá "Plošky" ve formě "Hypsometrie ostrá" s volbou intervalů v celých metrech (rozhraní intervalů odpovídá vrstevnicím) např. viz obr. 4. Ostatní volby (vrstevnice, hrany, body) jsou vypnuty.
Obr. 4 – Nastavení vlastností DMT Nastavení všech vlastností DMT je možné uložit do souboru tlačítkem ve vlastnostech DMT a aplikovat na další modely (druhou etapu) tlačítkem . Hypsometrické zobrazení je vhodné doplnit legendou: DMT → Objekty → Legenda hypsometrie. Nastavení zobrazení legendy je možné modifikovat po vyvolání jejich vlastností dvoj-klikem.
6
Obr. 5 – Vhodné zobrazení DMT a legendy hypsometrie
5.4. Výpočet rozdílového modelu Plošné zobrazení zemních prací je možné prezentovat formou rozdílového digitálního modelu. Ten je možné v Atlasu vytvořit dvěma nástroji 1. DMT → Úlohy nad DMT → Výpočty → Pokles nebo 2. DMT → Úlohy nad DMT → Výpočty → Prolínání dvou sítí. Druhá volba je výhodnější, protože vzdálenost digitálních modelů terénu počítá ve všech bodech obou DMT a současně vytvoří rozdílový model pouze v oblasti plošného průniku obou DMT. V dialogu nástroje "Prolínání dvou sítí" zvolte jako "Model 1" DMT z druhé etapy a jako "Model 2" DMT z první etapy (od Modelu 1 je odečítán Model 2). Výsledný rozdílový model zobrazte obdobně jako modely z první a druhé etapy zaměření. V hypsometrickém zobrazení je vhodné pro kladné a záporné intervaly volit odlišné barvy v různých odstínech a v intervalu v blízkosti nuly je vhodné volit jinou barvu (aby byla rozpoznatelná plocha, kde nedošlo k zemním pracím) například jako na obr. 6.
7
Obr. 6 – Vhodné zobrazení rozdílového DMT
5.5. Výpočet objemové bilance Z rozdílového DMT je možné snadno vypočítat objemovou bilanci zemních prací. Zvolte DMT → Úlohy nad DMT → Výpočty → Výpočet objemu. "Hlavní – Model terénu" je rozdílový DMT, "Srovnávací" bude rovina" v nulové výšce a "Výstup" bude textový soubor s protokolem o výpočtu.
8
