Informace o připravované knize »Laserové skenovací systémy ve stavebnictví«

Jak jsme Vás informovali v dřívějších číslech časopisu Stavebnictví a interiér 10/2002 a 4/2003, připravuje kolektiv pracovníků Stavební fakulty ČVUT v Praze ve spolupráci s firmou Geodis Brno s.r.o. materiály pro vydání monografie »Laserové skenovací systémy ve stavebnictví«. V tomto sdělení Vás seznámíme s ukázkami této knihy a recenzním posudkem. Vydavatelství VEGA a.s. slíbilo připravit vydání k mezinárodnímu veletrhu For Arch, který se bude konat v Praze – Letňanech v září 2003.

Ukázka z kapitoly 2.
Fyzikální principy laserových skenovacích systémů
Lasery se nejčastěji třídí podle aktivního prostředí nebo podle vlnové délky emitovaného záření. Podle aktivního prostředí je možné lasery zhruba rozdělit na lasery v pevné fázi, plynové, kapalinové, chemické a polovodičové. V současné době jsou využívány u laserových skenovacích systémů polovodičové lasery, které budou blíže ukázány.
Funkce polovodičového laseru je založena na vzniku stimulované emise záření v aktivním polovodičovém materiálu při kvantových přechodech elektronů z vlastního do valenčního energetického pásu a existenci zářivé rekombinace nosiče nábojů (obr. 2.3).
Hlavní předností polovodičových laserů je jejich kompaktnost, možnost přeladění v širokém spektrálním pásmu a pomocí výběru aktivního prostředí generace záření vlnových délek v širokém spektru. Nevýhodou je rozbíhavost generovaného záření a velká závislost parametrů generovaného záření na teplotě aktivního polovodičového materiálu. Polovodičové lasery pracují v neviditelném spektru (780 až 815 nm, blízká infračervená oblast) i ve viditelné oblasti spektra (632 až 635 nm a 650 nm = červená, 532 nm = zelená). Polovodičový laser má nízkou spotřebu elektrického proudu, vysokou účinnost, malé rozměry a nízkou citlivost na zacházení.

Ukázka z kapitoly 3.
Základní typy skenerů
Mezi důležité vlastnosti 3D laserových skenovacích systémů patří tvar zorného pole. Zorné pole je maximální úhlový rozdíl krajních výstupních laserových svazků paprsků. Udává se ve stupních v horizontálním a vertikálním směru. Tato vlastnost je úzce spjata s tím, jakým způsobem je naváděn laserový svazek do bodů rastru. 3D laserové skenery obecně fungují tak, že laserový svazek je naváděn podle programu na body rastru ve sloupcích či řádcích, přičemž je měřen horizontální a vertikální úhel a vzdálenost. U některých modelů je tak činěno pomocí systému dvou zrcadel nebo hranolů se vzájemně kolmými osami otáčení. Tento systém umožňuje rozmítat laserový svazek do relativně malého zorného pole, podobného jako u fotoaparátu nebo kamery (obr. 3.6 vlevo). Tyto skenery se nazývají kamerové (LUHMANN, 2002). U panoramatických skenerů je otáčeno celou dálkoměrnou součástí pomocí servomotorů, což umožňuje postihnout téměř celé okolí (obr. 3.6 vpravo). Těmto skutečnostem je třeba přihlédnout při volbě stanovisek. Kamerový systém se s výhodou uplatní při skenování vzdálených objektů kdežto panoramatický skener nalezne spíše uplatnění při skenování interiérů.

Ukázka z kapitoly 4:
RIEGL Laser Measurements Systems GmbH
Systém LMS-Z360 (obr. 4.7) je panoramatický skener s rozsahem měření od 1 m do 200 m. Měření je založeno na principu 3D polární metody. Zorné pole skeneru je 90° × 360°. Divergence laserového svazku je přibližně 2 mrad. Rychlost měření je 8 000 nebo 12 000 bodů za sekundu v závislosti na přesnosti skenování. Přesnost měření je 6 mm pro mračno bodů (pro jeden bod 12 mm). Skener používá laser s vlnovou délkou blízkou infračervenému světlu v bezpečnostní třídě 1 (IEC60825-1:2001). Hmotnost skeneru je 13 kg a je napájen z externího zdroje.
Skener ovládá a zpracování dat umožňuje balík programů RIEGL 3D-RiSCAN. Tyto programy umožňují nastavit konfiguraci skeneru pro skenování, získání dat, jejich zobrazení, zpracování, archivaci a export v různých formátech (Firemní literatura Riegl).

Ukázka z kapitoly 5:
Využití v podzemních prostorách
Velmi široké je uplatnění laserových skenovacích systémů v podzemním stavitelství jako je zaměřování stavu tunelů, sledování strmých svahů v kamenolomech i přírodních skalních stěn, při mapování v dolech a v jeskyních.

Tunely
Využití laserových skenovacích systémů při práci v tunelech se soustřeďuje do několika oblastí. Zaměřování profilů během ražby slouží k vypracování dokumentace a přesných výpočtů kubatur nadvýrubů či podvýrubů, k okamžité korekci skutečného stavu výrubu podle požadavku projektu i k optimalizaci návrhu ostění tunelu. Dokumentace čelby a nevystrojeného líce výrubu se provádí na základě vypracování trojrozměrného modelu geologických struktur v čelbě a v přilehlém nevystrojeném líci výrubu.
Při ražbě tunelů jsou velmi důležité údaje o tloušťce ostění, které se získají srovnáním dvou sad měření provedeného před a po zabudování ostění. Toto měření je nedestruktivní a umožňuje velmi přesně dokumentovat skutečnou tloušťku ostění v libovolném místě podélného profilu tunelu (viz obr. 5.27 d)).

Obr. 5.27 d)

Ukázka z kapitoly 6.
Systémy pro letecké laserové skenování
S rozvojem technických možností a zlevňováním nejnovějších technologií dochází k jejich zavádění do běžné praxe. V současné době je technologie leteckého laserového skenování již běžná v zemích Evropské unie a Spojených státech.
Původně vojenská technologie je známa již dvě desetiletí. Do civilní praxe byla uvolněna koncem 80. let dvacátého století, ale masivní rozvoj proběhl až během posledních pěti let, kdy se letecké laserové skenování dostalo i na území České a Slovenské republiky.

Ukázky jednotlivých aplikací leteckého laserového skenování
Elektrické vedení
Pohled na výstup vodičů z rozvodny je na obr. 6.14. Jde o klasifikované body pořízené aparaturou firmy Fugro. (zdroj: GEODIS BRNO, s.r.o.).
Na obr. 6.15 je zobrazen stožár elektrického vedení v programu FLIP7 (FLIMAP) ve dvou oknech, které mají na sebe kolmou osu pohledu. Lze tak velmi přesně vektorizovat např. napojení vodiče na izolátor. (zdroj : GEODIS BRNO, s.r.o.).

Ukázka z kapitoly 7:
Ekonomické přínosy
Laserové skenování patří k nejnovějším metodám pro pořizování prostorových dat. Přesto, že je již nějakou dobu v praxi běžně využíváno, pořád nelze tvrdit, že se podařilo objevit všechny praktické aplikace této metody. Laserové skenování poskytuje data v takové hustotě a přesnosti, že v některých aspektech neexistuje srovnání se stávajícími metodami měření a je možné, že vývojem času se objeví další oblasti využití.
Laserové skenování lze charakterizovat těmito základními rysy:
• Přesnost.
• Vysoká hustota měřených bodů.
• Krátká doba potřebná pro pořízení velkého množství dat.
• Vysoká automatizace zpracování měřených dat.

Ukázka z kapitoly 8.
Zásady bezpečnosti práce s laserovými přístroji
Ochranu zdraví, především očí, ulehčuje zařazení laserů do tříd podle stupně nebezpečnosti jejich záření. V České republice je spolu s přípustnými hodnotami a dalšími opatřeními stanoví Směrnice č. 61 ministerstva zdravotnictví ČSR z roku 1982. Citovaná směrnice je závazná a ukládá výrobci (případně dovozci) postarat se o správné zařazení laseru do příslušné třídy. Provozovateli pak je ve směrnici uložena povinnost projednat s příslušným orgánem hygienické služby provozní řád. Kromě uvedené hygienické normy byla vydána i velmi obšírná technická norma ČSN EN 60825 a nařízení vlády č. 480/2000 Sb. o ochraně zdraví před neionizujícím zářením.
Lasery, které se používají v geodézii, patří zpravidla k třídám II a IIIa (PEKÁREK, 1999). Jejich používání při pozorování laserového světla pouhým okem nevyžaduje zvláštní opatření. Při používání dalekohledů a podobných optických zařízení však je bezpečný jen laser třídy II nebo I. Používání laserů třídy IIIb a IV však speciální ochranu zpravidla vyžaduje. Používají se například ochranné brýle tvarované tak, aby oko chránily i při dopadu záření šikmo ze stran, se skly, která téměř úplně pohltí nebo odrazí záření s vlnovou délkou laseru, avšak světlo jiných vlnových délek propustí bez podstatného zeslabení. Brýle tohoto typu využívají interference záření na vrstveném materiálu. Jejich výroba je nákladná.

Ukázka z kapitoly 11.
Apendixy
Vlastnosti laserových dálkoměrů při měření na rozhraní dvou různě umístěných ploch
Podle známých skutečností je rozložení zářivého toku svazku laseru ve stopě nejlépe aproximováno dvourozměrným Gaussovým rozdělením.

kde x, y jsou osy pravoúhlé soustavy,
sx, sy jsou parametry rozdělení v jednotlivých směrech x,y. Při sx = sy je laserová stopa kruhová, při sx ą sy je laserová stopa eliptická,
xa, xb, ya a yb jsou hraniční hodnoty intervalů pro výpočet pravděpodobnosti v definované oblasti. Při xa = xb = ya = yb= Ą je hodnota F2(x,y) = 1. Na obr. 11.7 je znázorněno Gausovo těleso definující rozložení zářivého toku laserové kruhové stopy (sx = sy).
Knihu recenzoval Doc. Ing. Aloiz Kopáčik, PhD., STU Bratislava, člen FIG Commision 6, WG 6.2 Engineering Surveys for Industry and Research, který podal několik podnětných připomínek ke zpracování tématu. Některé části posudku jsou zajímavé i pro odbornou veřejnost a proto je se svolením autora (recenzenta) zde otiskujeme.

Tematika monografie je výrazne aktuálna, pre prax nachádzajúcu sa v štádiu postupného nasadzovania technológie laserových skenerov vítaná a užitočná. Monografia prináša súborné spracovanie tematiky laserových skenerov a ich využitia v geodézii a stavebníctve. Kolektív autorov tvoria kolegovia, s dlhoročnou výskumnou a publikačnou činnosťou, ako aj s bohatými skúsenosťami v oblasti laserov a ich využitia. Príprava monografie, ktorá je venovaná problematike laserových skenovacích systémov je z pohľadu odbornej verejnosti činnosť veľmi záslužná a cenná.
Členenie monografie na 11 kapitol je prehľadné a čitateľovi prístupné. Netradičné je vyňatie častí textu a ich premiestnenie do príloh (appendix), po vymedzení predpokladaného okruhu čitateľov monografie v predslove, akceptovateľné. Navrhujem však označiť túto kapitolu ako prílohy.
Veľmi cenná je pre čitateľa informácia obsiahnutá v kapitole č. 3.3. Názorný spôsob prezentácie rozdielov umožní čitateľovi jednoducho a rýchle sa orientovať v problematike, ako aj v uvedomení si základných rozdielov, výhod a nevýhod laserových skenovacích systémov.
Pre budúceho používateľa laserových terestrických skenovacích systémov, je najzaujímavejšia kapitola č. 5 monografie. Prináša veľké množstvo aplikácií takmer zo všetkých oblastí, v ktorých boli laserové skenery použité. Cenná je najmä skutočnosť, že veľká väčšina týchto aplikácií je doplnená aj obrazovou dokumentáciou.
Presvedčivo vyznieva kapitola hodnotiaca ekonomický prínos aplikácie laserových skenerov. Najkratšia kapitola monografie však má neoceniteľný význam z hľadiska osvety, presadzovania moderných technológií v podmienkach kapitálovo podhodnoteného trhu. Argumenty zhrnuté na dvoch stranách jednoznačne dokladujú výhody skenerov a potrebu ich ďalšieho rozširovania.
Technológia laserových skenerov prináša revolučné zmeny do technológie zberu údajov. Je možné ju zaradiť medzi míľniky v geo-dézii, akými boli eletro-optické meranie dĺžok a uhlov alebo GPS. Nový spôsob zberu údajov determinuje aj nový prístup k interpretácii údajov, ktorý monografia správne naznačuje. Táto oblasť bude v budúcnosti ešte hodne diskutovaná.
Monografia »Laserové skenovací systémy ve stavebnictví« je neoceniteľným príspevkom pre vzdelávanie širokej odbornej verejnosti pôsobiacej v oblasti geodézie a stavebníctva. Je prvou publikáciou svojho druhu v ČR a na Slovensku. Po doplnení, prípadne akceptovaní návrhov odporúčam monografiu uverejniť. Kolektívu autorov sa podarilo, už opakovane, vytvoriť aktuálnu publikáciu, ktorá osloví svojim obsahom široký okruh odborníkov, študentov i laikov.