Введение 3
Глава 1. Информационное моделирование зданий, сооружений и лазерное сканирование 7
1.1 Информационное моделирование зданий и сооружений. Методы создания 7
1.2 Методы лазерного сканирования 10
1.3 Технология лазерного сканирования при информационном моделировании зданий.... 18
1.4 Сканирующие устройства, применяемые в наземном лазерном сканировании 21
1.5 Сканирующие устройства компании Trimble 26
1.6 Программное обеспечение, используемое для обработки полученных данных наземного
лазерного сканирования 32
1.7 Программное обеспечение для информационного моделирования зданий 37
Глава 2. Создание информационной модели здания кафедры астрономии и космической геодезии для сравнения сканирующих устройств
43
2.1 Выполненные работы по лазерному сканированию кафедры астрономии и космической геодезии .43
2.2 Порядок выполнения работ по лазерному сканированию здания Казанской городской
астрономической обсерватории 47
2.3 Интегрированная съёмка Trimble Integrated Surveying на примере сканирующего
тахеометра Trimble SX 10 50
2.4 Обработка данных лазерного сканирования в программном обеспечении Trimble
RealWorks и Trimble Business Centre 52
2.5 Подготовка обработанных данных сканирующего тахеометра Trimble SX 10 в ПО
Autodesk ReCap для создания геометрической основы ИМЗ 57
2.6 Построение информационной модели кафедры астрономии и космической геодезии в
ПО Autodesk Revit 61
2.7 Оценка достоверности моделей, построенных в ПО Autodesk Revit 74
2.8 Сравнение сканирующих устройств по техническим характеристикам и построенным
моделям ..87
Заключение 92
Список использованных источников 95
Приложение 97
Использование сканирующих устройств, при создании информационной модели здания (ИМЗ) является актуальной геодезической отраслью. Прогресс отрасли геодезического оборудования и развитие информационных технологий, увеличение вычислительных мощностей современных компьютеров привели к появлению сканирующих устройств и различного специализированного программного обеспечения (ПО). Соответственно, появились новые методы работы, целью которых в том числе является создание ИМЗ, которое, в свою очередь, повлияла на качество проектно-строительной отрасли.
Информационная модель зданий и сооружений используется для проектно-строительной отрасли строящихся зданий, а также уже построенных зданий или консерваций. Для построенных зданий сутью информационного моделирования является получение информации взаимосвязанной модели объекта: размеры, формы, геометрические характеристики различных сложных элементов здания - что в дальнейшем может нам позволить улучшить эксплуатационные характеристики, добавить какие - либо изменения и посмотреть, к чему они приведут до того, как они будут воплощены на строительной площадке.
В начале 21 века началось активное внедрение технологии информационного моделирования зданий и сооружений. Данная технология развивается не только в усовершенствовании приборов, но и программ для обработки результатов. На сегодняшний день выделяют несколько методов построения информационной модели здания:
• лазерное сканирование (ЛС);
• фотограмметрическая съёмка;
• исполнительные схемы, обмерные чертежи, проектная документация в бумажном и проектном виде.
ЛС проводится с помощью специализированного лазерного сканера или же сканирующего тахеометра. Результатом ЛС являются пространственные координаты точек, именуемые как «облако точек». Оно позволяет построить 3D- модель как геометрическую основу информационной модели.
Цель моей работы заключается в: сравнении лазерного сканера Trimble TX 8, сканирующих тахеометров Trimble SX 10 и Trimble VX, используемых при информационном моделировании здания кафедры астрономии и космической геодезии (КАиКГ) Казанского (Приволжского) Федерального университета. Для этого нам понадобится решить некоторые задачи. Выбранный объект хорошо подходит для информационного моделирования зданий в частности, для сохранения исторически-архитектурного облика обсерватории, что позволит в будущем использовать ИМЗ для реставрации. И к тому же имеется множество материалов по лазерному сканированию проделанные в предыдущие годы.
Исходный материал ЛС выполненный в 2015 и 2017 годах лазерным сканером Trimble TX 8 и сканирующим тахеометром Trimble SX 10 был получен благодаря очень большим усилиям одного из сотрудников КАиКГ - доцента, кандидата физико-математических наук Загретдинова Рената Вагизовича и специалистов компании - производителя геодезического оборудования Trimble. В 2017 году сканирующим тахеометром Trimble VX выпускником 4-го курса и нынешним магистром второго курса КАиКГ Сибгатуллиным Инсафом Фаридовичем была выполнена работа по лазерному сканированию части здания Казанской городской астрономической обсерватории, также именуемая как «Спутник»
Задачи, стоящие передо мной:
• освоить технологию информационного моделирования зданий;
• рассмотреть методы лазерного сканирования;
• изучить сканирующие устройства, применяемые при информационном моделировании зданий;
• собрать данные лазерного сканирования проделанные в предыдущие годы;
• сравнить предварительную обработку результатов лазерного сканирования;
• построить информационную модель здания и его отдельных частей по данным сканирующих тахеометров Trimble SX 10 и Trimble VX;
• выполнить оценку достоверности полученной модели по данным ЛС сканирующих тахеометров Trimble SX 10 и Trimble VX и лазерным сканером Trimble TX 8;
• сравнить сканирующие устройства по техническим характеристикам и построенным моделям.
Сравнение сканирующих устройств, применяемых при создании ИМЗ, для современной геодезии является актуальным и востребованным, так как геодезия - наука о прецизионных измерениях и ее целью является получение пространственных характеристик объектов. Иными словами, данная наука всегда была тесно связана с возведением новых сооружений и зданий. ЛС - это источник прецизионных геодезических измерений. Оно используется для решения различных инженерно-геодезических задач: получение исходных данных для проектирования, мониторинг деформаций зданий и сооружений, крупномасштабные топографические съёмки и т.д.
Моя бакалаврская работа состоит из двух глав: в первой главе дипломной работы приводятся теоретические сведения о создании информационной модели зданий, сооружений, что такое 3D модель, каково значение ИМЗ и 3D модели. Технология наземного ЛС при трехмерном моделировании. Сканирующие системы, применяемые в наземном лазерном сканировании (НЛС). Проводится сравнительный анализ сканирующего тахеометра Trimble SX 10, Trimble VX и лазерного сканера Trimble TX 8. Кроме этого, представлен обзор ПО для ЛС компании Trimble Business Centre, Trimble Real Works, Autodesk - Recap. Так же представлен обзор различного ПО который используется для ИМЗ.
Во второй главе рассмотрена практическая часть моей ВКР. Описание выполненные работ по ЛС полученными Trimble TX 8, Trimble VX, Trimble SX
10. Сравнение методов выполненных работ по лазерному сканированию здания Казанской городской астрономической обсерватории. Интегрированная съёмка на примере Trimble SX 10. Обработка данных лазерного сканирования в программном обеспечении Trimble RealWorks и Trimble Business Centre. Обработка облака точек в ПО Autodesk - Recap, построение ИМЗ в программном обеспечении Autodesk - Revit. Сравнив в ПО Autodesk Revit полученные информационные модели здания с помощью сканирующего тахеометра Trimble SX 10, Trimble VX и лазерного сканера Trimble TX 8, приведены графики оценки достоверности построенных моделей. Сравнение сканирующих устройств по техническим характеристикам и построенным моделям.
Все больше строительных организаций переходят на применение технологии информационного моделирования зданий и сооружений. Это связано с тем, что данная технология может решить ряд проблем: удорожание объекта строительства или реконструкций, задержки сроков строительства, поиск планов и информации о здании для его реставрации. Данные проблемы могут принести финансовые потери заказчику.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы были изучены теоретические основы информационного моделирования зданий, сооружений и примеры использования данной технологии. Выполнен обзор лазерного сканирования как одного из методов создания пространственной основы ИМЗ. Исследованы сканирующие устройства, применяемые при информационном моделировании зданий и сооружений. Приведен обзор программного обеспечения для обработки полученных данных наземного лазерного сканирования и построения ИМЗ.
Целью исследовательской работы являлось изучение и сравнение сканирующих устройств, применяемых при информационном моделировании зданий. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
Trimble SX 10, Trimble VX и лазерным сканером Trimble TX 8. Оценка достоверности моделей была выполнена в ПО Autodesk Revit путем сравнения геометрических размеров различных элементов здания и выполненных рулеткой обмеров. Оценка достоверности высчитывалась средним квадратическим отклонением по генеральной совокупности. Минимальное СКО составило 5.31 мм, а максимальное СКО 6.29 мм, а максимальная и минимальная разность измерений составила 11 мм и 0 мм. из чего можно сделать вывод о высокой точности созданных моделей.
• Выполнено сравнение сканирующих устройств по техническим характеристикам и построенным моделям. Из сравнения технических характеристик следует, что для разных геодезических задач необходимо использовать соответствующее оборудование, но целесообразнее всего использовать сканирующий тахеометр Trimble SX 10 потому, что некоторые из характеристик равны, но в основном остальные характеристики такие как: дальность, угловая точность, рабочий диапазон температур, стоимость, время, затраченное на выполнение сканирования лучше. Из сравнения построенных моделей следует, что лучше всего модель получилась по данным сканирующего тахеометра Trimble SX 10, так как модель фасада здания и «Спутника» имеет наименьшее СКО равное 5.31 мм и 5.5 мм. У модели «Спутника» построенной по данным сканирующего тахеометра Trimble VX получилось наибольшее СКО равное 6.29 мм. Модели фасада здания и «Спутника», построенные по данным лазерного сканера Trimble TX 8 получились с СКО равным 5.67 мм и 5.78 мм.
В связи с этим можно сделать вывод, что для разных геодезических задач необходимо использовать соответствующее оборудование, но для лазерного сканирования КАиКГ целесообразнее было использовать сканирующий тахеометр Trimble SX 10, хоть и при такой маленькой скорости сканирования можно получить достаточно плотное облако точек.
Так же можно отметить, что метод наземного лазерного сканирования дает полную и точную информацию о форме и размерах зданий и сооружений, и в дальнейшем может быть использован для построения информационной модели здания и используемое для этих задач программное обеспечение Autodesk Revit обладает всеми необходимыми инструментами, адаптирован к требованиям и стандартам России, а также понятен и легок в освоении.
Построенные информационные модели фасада КАиКГ и фасада «Спутника» имеет множество применений. Благодаря тому, что вся информация собрана в одном проекте и из неё можно получить интересующую нас различного рода информацию, в дальнейшем можно использовать архитектурностроительным фирмам для работ, связанных с реконструкцией здания или её монтажа.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
