Laserový skenovací systém Cyrax

LEICA Geosystems zařadila nejnovější laserový skenovací systém Cyrax 2500 do své nabídky geodetických a laserových zařízení. Tento systém otvírá nový prostor bezkontaktních měření a 3D modelování. Laserový skener Cyrax 2500 konstruovaný v loňském roce americkou firmou CYRA Technologies Inc. umožňuje nové aplikace a technologie. Tato novinka byla firmou LEICA představena i na světové výstavě BAUMA 2001 v Mnichově [1].

  Firma CYRA Technologies Inc. byla založena v kalifornském městě Oakland (USA) v roce 1993 a po pěti letech vývojových prací byl první výrobek připraven v roce 1998. Dnes jsou tyto přístroje již značně rozšířeny nejen v USA. Poslední model Cyrax 2500 je lehčí a levnější, rychlejší při obsluze než předchozí typy. Jedna z výhod nového typu přístroje proti dříve vyrobeným Cyraxům je podstatně snížená hmotnost a rozměr zařízení. Rozměr přístroje odpovídá velkému monitoru počítače (úhlopříčka 46 cm) s hmotností 20 kg. Přístroj lze umístit na stativ s obsluhou pouze jedné osoby (obr. 1). To umožňuje jednoduchý přesun zařízení podél proměřovaného objektu a lze s laserovým skenerem pracovat v místech, kde dříve nebylo měření možné. Další předností je rychlost vlastního měření.
   3D skenovací systém Cyrax je založen na použití pulsního laseru, který vysílá až 1000 pulsů v jednom sloupci a pro získání vzdálenosti měří tranzitní čas, pro dosažení dané přesnosti je skener schopen měřit čas s rozlišením na pikosekundy. Systém zaostřuje laserový svazek na průměr 6 mm na vzdálenost měření a takto získanými body pokrývá měřený objekt. Mimo tranzitního času systém registruje rovněž intenzitu zachyceného záření. Systém kombinuje nejmodernější pulsní laserovou technologii, která detekuje přirozený povrch na vzdálenost až 100 m s optikou, která umožňuje sto tisíc 3D měření v několika minutách [2]. Při pracovní vzdálenosti 50 m je dosaženo přesnosti 6 mm na jeden měřený bod nebo 2 mm pro modelovanou plochu.
   Tato kombinace rychlosti, přesnosti a velkého dosahu činí Cyrax 2500 ve své třídě nedostižným. Používaný laser zelené barvy (mezinárodní bezpečnostní třída II. dle DIN EN 60825-1) lze použít za jakýchkoliv světelných podmínek (i ve tmě), aniž by bylo nutné omezit nebo zastavit probíhající operace na skenovaném objektu. Rovněž tak lze s laserovým skenerem Cyrax 2500 pracovat za plného provozu i ve městě. Další aplikace lze nalézt například při zakládání staveb, dokumentaci památek a v archeologii, 3D snímky inženýrských a průmyslových staveb nebo při zaměření objektu, kde kontaktní měření je nemožné, nebezpečné nebo obtížné a v mediálních a informačních technologiích [3].
   Virtuální 3D model konkrétního objektu je zobrazen ve tvaru souboru bodů (tzv. »point clouds«). Technologie využívá pulsní laser k rychlému skenování koncentrovaného souboru bodů odraženého od skenovaného povrchu. Z těchto údajů je vytvořen soubor 3D bodů referenčních údajů, které se mohou spojit s ostatními skeny získanými z různých stanovisek. Tato technika může být porovnána s digitální terestrickou fotogrammetrií, ale bez nutnosti předem zaměřených vlícovacích bodů.
   Software Cyklone 3.0 dovoluje pozorovat objekt z libovolné perspektivy a měřit vzdálenost mezi jednotlivými body. Integrovaný software umožňuje individuální modelování sledovaných objektů. Cyklone 3.0 podpoří automatizované modelování geometrických struktur právě tak jako například lícování formovaných kusů v ocelářském a stavebním průmyslu. Výsledky lze přenést do všech známých CAD systémů ve 2D nebo 3D. Snímky z více stanovisek lze spojit pomocí vlícovacích bodů, které slouží také jako georeferenční.
   Nasazení 3D laserového skeneru ukazuje, že je velmi účinný pro průběžné zpracování velkého počtu bodů. Tím stoupá nejen produktivita, ale zvyšuje se i flexibilita projektování. Rychlé a pohotové zcela digitalizované 3D zobrazení systému Cyrax nabízí řadu výhod:
• rychlý postup při projektování,
• vysoká spolehlivost výsledků,
• všestranné zpracování údajů,
• nízké náklady.
   Lze jen uvítat rozhodnutí LEICA Geosystems získat CYRAX Technologies Inc. a nabídnout tuto progresivní technologii i pro evropský trh. Je to podpořeno i poznáním, že Cyrax se může dobře uplatnit i v řadě dalších technologií. Názorné jsou příklady zaměřování potrubí, celé sekce ocelárny, mosty, budovy a podobné další stavební objekty, zaměření infrastruktury jako jsou dálnice a železnice a jejich křížení (nadjezdy, podjezdy), naftových plošin na moři, 3D navigace a obrysy povrchových ploch. Podobně v architektuře, archeologii a strojním inženýrství je uplatňení 3D systému ve spojení s výpočetní grafikou značným přínosem [4] a [5].
   Na obr. 2 – 4 je ukázka zaměření stojírenského zařízení s přístrojem Cyrax 2500. Prvním krokem je vybrat výřez zaměřovaného objektu (obr. 2). Následovně jsou v několika minutách zaměřeny stovky tisíc bodů uvnitř tohoto výřezu s přesností 6 mm.
   Pro vyhodnocení a vizualizaci se používá technika tzv. »mraků bodů« (point - clouds). Mrak je vytvořen na základě měřené intenzity odraženého laserového svazku tak, že se bodům podle intenzity, která jim přísluší, přiřadí stupeň šedi nebo barva pro zobrazení. Tento systém umožňuje odlišovat v obraze objekty s různými povrchy. Skenované objekty jsou pro vizualizaci tvořeny právě shluky bodů, jejichž množství vytváří samotný povrch. Skenované objekty lze přenést do obvyklých CAD systémů, kde lze generovat 3D modely (obr. 4) a z nich dále 2D výkresy. Další příklady aplikací jsou uvedeny v [2].
   V konkrétních praktických aplikacích laserového skenovacího systému Cyrax 2500 dosahují uživatelé této nové technologie v systému 3D a 2D ve stavebnictví a v dalších příbuzných oborech inženýrské geodézie až desetinásobné produktivity proti dosavadním konvenčním metodám. Při konstantní přesnosti měření lepší než 6 mm na vzdálenost záběru 50 m, s rychlostí měření tisíce souřadnic za sekundu, se softwarem Cyklon 3.0 pro vizualizaci a modelování v systému 3D a 2D, představuje tato nová technologie špičkovou úroveň mezi nabízenými podobnými systémy.

Literatura
[1] KAŠPAR, M: Novinky v přístrojové technice na veletrhu Bauma 2001. Stavebnictví a interiér, 9, 2001, č.5, str. 68 – 70.
[2] Firemní literatura LEICA Geosystems a CYRA Technologies Inc.
[3] EDWARDS, R et al.: Scanner opens new doors. Engineering Surveying Showcase April 2001, str. 27 – 28.
[4] KAŠPAR, M. – VOŠTOVÁ, V.: Lasery ve stavebnictví a navigace strojů. ČKAIT, Praha 2001.
[5] GOLDBERG, H.E.: Scan your world with 3D lasers. www.cadalyst.com.

Zpracováno v rámci VZ CEZ:J04/98:210000022.