Zabytkowe silosy zbożowe zakonserwowane cyfrowo dzięki zintegrowanemu badaniu UAV i skanowaniu laserowemu 3D

Przegląd projektu

Dzięki dziesięcioleciom doświadczenia w dostarczaniu rozwiązań z zakresu geodezji, mapowania i rejestrowania rzeczywistości w projektach przemysłowych, infrastrukturalnych, związanych z dziedzictwem kulturowym i rewitalizacją miast, Tianbaonet w dalszym ciągu pomaga klientom przekształcać złożone zasoby fizyczne w dokładne modele cyfrowe.

W ramach niedawnego projektu ochrony dziedzictwa kulturowego w regionie Delty Rzeki Perłowej w Guangdong w Chinach firma Tianbaonet pomyślnie przeprowadziła bardzo precyzyjne pomiary geodezyjne i mapowanie elewacji historycznego kompleksu silosów zbożowych, wykorzystując zintegrowany proces gromadzenia danych z powietrza i ziemi.

Projekt obejmował osiem cylindrycznych silosów zbożowych i kilka prostokątnych budynków magazynowych zbudowanych w latach pięćdziesiątych i siedemdziesiątych XX wieku. Jako ważni świadkowie rozwoju przemysłowego i rolniczego regionu, konstrukcje te są obecnie rozważane pod kątem konserwacji, renowacji i ponownego wykorzystania adaptacyjnego. Dokładna dokumentacja geometryczna była zatem niezbędna do przyszłej konserwacji, planowania renowacji i archiwizacji cyfrowej.

Wyzwanie: badanie złożonych struktur historycznych

Klient wymagał dokładnych obliczeń:

• Cylindryczne powierzchnie ścian

• Stożkowe powierzchnie dachowe

• Obwody i wymiary

• Szczegółowe rysunki elewacji każdego silosu

Jednak kilka wyzwań sprawiło, że konwencjonalne metody geodezyjne stały się nieefektywne:

Złożona zakrzywiona geometria

Cylindryczny kształt silosów sprawiał, że tradycyjne pomiary punkt po punkcie za pomocą tachimetru były trudne i czasochłonne. Uchwycenie wystarczającej liczby punktów w celu dokładnego dopasowania krzywej znacznie wydłużyłoby czas pracy w terenie.

Ograniczone warunki witryny

Obiekt przemysłowy charakteryzował się wąskimi drogami dojazdowymi, nierównym terenem, gęstą roślinnością i ograniczonym polem widzenia, co stwarzało przeszkody dla konwencjonalnego sprzętu geodezyjnego.

Niedostępne konstrukcje dachowe

Trudno było bezpiecznie dotrzeć do podwyższonych stożkowych dachów i otworów wentylacyjnych z poziomu gruntu, co utrudniało gromadzenie pełnych danych.

Aby przezwyciężyć te ograniczenia, Tianbaonet zaprojektował kompleksowe rozwiązanie do przechwytywania rzeczywistości, łączące fotogrametrię UAV i ręczny skaning LiDAR.

Rozwiązanie: Zintegrowane badania lotnicze i naziemne

Tianbaonet wdrożył zintegrowany proces pomiarów naziemno-powietrznych w oparciu o chiński system współrzędnych geodezyjnych 2000 (CGCS2000), zapewniając dokładne dopasowanie wszystkich zbiorów danych.

Badanie lotnicze pod kątem całkowitego pokrycia dachu

Do dokumentacji dachu i konstrukcji górnej zespół wykorzystał DJI Mavic 3 Enterprise wyposażony w:

• Szerokokątny aparat 4/3 CMOS

• Mechaniczna migawka

• Moduł pozycjonowania RTK

Misja UAV została starannie zaplanowana, aby zapewnić całkowite pokrycie dachów silosów i górnych fasad.

Kluczowe parametry lotu obejmowały:

• Wysokość lotu przekraczająca otaczające konstrukcje

• 85% nakładania się do przodu i na boki

• Georeferencja z obsługą RTK w ramach krajowych ram współrzędnych

Takie podejście umożliwiło uchwycenie obszarów niedostępnych dla personelu i konwencjonalnego sprzętu przy jednoczesnym zachowaniu dużej dokładności geometrycznej.

Naziemne skanowanie LiDAR w celu uzyskania szczegółowych fasad

Aby uchwycić pionowe konstrukcje i detale architektoniczne, Tianbaonet wykorzystał ręczny skaner laserowy 3D Lingguang L2 Pro.

Skaner zapewnił:

• Pole widzenia 360° * 270°

• Mobilne gromadzenie danych w oparciu o SLAM

• Integracja RTK w czasie rzeczywistym

• Generowanie kolorowych chmur punktów

Operatorzy swobodnie chodzili po silosach, klatkach schodowych, otworach wentylacyjnych i pomieszczeniach wewnętrznych, szybko zbierając dane w postaci chmur punktów o dużej gęstości.

Mobilność systemu sprawiła, że ​​był on szczególnie skuteczny w zamkniętym środowisku przemysłowym, w którym trudno byłoby zastosować sprzęt oparty na statywie.

Przepływ pracy i przetwarzanie danych

Pozyskiwanie danych terenowych

Badanie terenowe obejmowało:

1. Planowanie lotu UAV i wykonywanie zdjęć lotniczych

2. Skanowanie elewacji zewnętrznych

3. Skanowanie wnętrza silosu

4. Ujednolicona kontrola współrzędnych za pomocą CGCS2000

Łącząc zbiory danych lotniczych i naziemnych, Tianbaonet zapewnił pełne pokrycie wszystkich widocznych elementów konstrukcyjnych.

Zdjęcie lotnicze Matrice 3E górnej części silosu zbożowego

Użyj L2pro do przeskanowania spichlerza

Przetwarzanie danych i generowanie modeli

Po zebraniu danych przebieg pracy obejmował:

• Triangulacja lotnicza i rekonstrukcja fotogrametryczna

• Wstępne przetwarzanie chmury punktów LiDAR

• Redukcja i rejestracja hałasu

• Fuzja danych antenowo-naziemnych

• Kompletne generowanie kolorowych chmur punktów

Powstały model zapewnił bardzo dokładną reprezentację cyfrową całego kompleksu silosów zbożowych, w tym niedostępnych wcześniej konstrukcji dachowych.

Po triangulacji lotniczej generowana jest rekonstrukcja 3D i eksportowana jako model LAS.

Kolorowany model chmury punktów silosu zbożowego

Chmura punktów wnętrza silosu zbożowego

Mapa układu silosu zbożowego

Dane chmury punktów z dachów silosów zbożowych zostały pomyślnie zebrane przy użyciu zintegrowanego UAV i skanowania naziemnego.

Produkty inżynieryjne

Połączone dane chmury punktów zaimportowano do oprogramowania CAD w celu szczegółowej analizy inżynierskiej.

Stosując techniki ekstrakcji przekrojowej i dopasowywania geometrycznego, Tianbaonet wygenerował:

• Precyzyjne pomiary obwodu

• Obliczenia powierzchni

• Adnotacje wymiarowe

• Rysunki elewacji elewacji w skali 1:1

Wyniki te dostarczają wiarygodnych danych referencyjnych dla przyszłych działań związanych z renowacją, konserwacją i oceną konstrukcji.

Wyniki projektu

Zintegrowane podejście badawcze przyniosło kilka kluczowych wyników:

Pełna dokumentacja cyfrowa

W ramach projektu pomyślnie uchwycono wszystkie widoczne elementy konstrukcyjne, w tym sekcje dachu, których pomiar tradycyjnymi metodami byłby trudny lub niebezpieczny.

Dokładne obliczenia powierzchni

Dla wszystkich ośmiu silosów zbożowych wygenerowano szczegółowe pomiary ścian cylindrycznych i stożkowych powierzchni dachowych.

Wysokiej jakości rysunki techniczne

Przygotowano kompleksowe rysunki elewacji, układy wymiarowe i adnotacje na obwodach w celu wsparcia zastosowań inżynierskich.

Długoterminowe aktywa cyfrowe

Klient otrzymał kompletny zestaw zasobów cyfrowych, w tym:

• Kolorowe chmury punktów

• Modele 3D

• Rysunki CAD

• Zbiory danych pomiarowych

Zasoby te mogą wspierać przyszłe monitorowanie, planowanie renowacji, projektowanie renowacji i inicjatywy na rzecz ochrony dziedzictwa cyfrowego.

Zintegrowany, naziemny, kolorowy model chmury punktów kompleksu silosów zbożowych

Obliczanie obwodu w CAD

Nieopakowany rysunek elewacji ośmiu cylindrycznych silosów zbożowych

Obliczanie powierzchni cylindrów, stożków ściętych i stożków przy użyciu pełnowymiarowych wymiarów silosu

Dlaczego zintegrowane przechwytywanie rzeczywistości ma znaczenie

Projekt ten demonstruje skuteczność łączenia fotogrametrii UAV z mobilnym skanowaniem LiDAR w trudnych projektach związanych z dokumentacją przemysłową i dziedzictwem kulturowym.

W porównaniu z konwencjonalnymi metodami geodezyjnymi zintegrowany przepływ pracy zapewnił:

• Szybsze gromadzenie danych w terenie

• Zmniejszone ograniczenia dostępu do witryny

• Kompleksowe pokrycie bez martwych punktów

• Dokładność na poziomie centymetra

• Zwiększona wydajność w przypadku zakrzywionych i nieregularnych konstrukcji

Co najważniejsze, umożliwiło utworzenie kompletnego cyfrowego zapisu budynków o znaczeniu historycznym, minimalizując jednocześnie zakłócenia w obiekcie.

O Tianbaonecie

Tianbaonet ma rozległe doświadczenie w dostarczaniu pomiarów geodezyjnych, mapowania, skanowania laserowego 3D, fotogrametrii UAV, przechwytywania rzeczywistości w oparciu o SLAM i rozwiązań cyfrowych bliźniaków w wielu różnych branżach.

Od obiektów przemysłowych i infrastruktury po miejsca dziedzictwa kulturowego i projekty rewitalizacji miast, Tianbaonet pomaga organizacjom rejestrować, zarządzać i wykorzystywać dane przestrzenne z większą wydajnością i dokładnością.

Ponieważ zapotrzebowanie na zarządzanie aktywami cyfrowymi i ochronę dziedzictwa kulturowego stale rośnie, Tianbaonet nadal angażuje się w dostarczanie innowacyjnych technologii geoprzestrzennych, które wypełniają lukę między światem fizycznym a jego cyfrową przyszłością.