Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Standardisation in 3D building modelling: Terrestrial and mobile laser scanning level of detail

Klapa Przemysław

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2025

|

Vol. 19, no. 3

238--251

EN

The investigation of the standardisation of 3D building modelling based on TLS (Terrestrial Laser Scanning) and MLS (Mobile Laser Scanning) point clouds aims at assessing the possibility of obtaining various levels of detail (LOD) in the context of performance, accuracy, and structure condition evaluation. The two point clouds represent a heritage church in Żmijowiska. TLS generates more detailed data, which supports higher LOD. This characteristic is critical for the precise representation of intricate architectural details and condition monitoring as it facilitates detecting deformations, damage, and signs of material degradation. Although less accurate, MLS offers substantial speed, cost, and hardware availability benefits. Effective and affordable scanning makes this method useful for regular monitoring of building and infrastructure conditions. Moreover, MLS cloud information can be enhanced with auxiliary data, such as images taken with mobile devices (smartphone or camera), to improve model detail and promote better structural evaluation. The results suggest that MLS is more suitable when rapid and cost-effective visualisation and monitoring are important. On the other hand, TLS is advantageous for more detailed reconstructions where high-quality data is required to diagnose infrastructure condition and create high-fidelity digital models of cultural heritage. Therefore, the technology should be chosen depending on the required level of detail and available resources because each offers unique benefits for specific types of projects.

2

Terrestrial laser scanning in the construction of a numerical model geometry related to underground post-mining facility

Bodlak Maciej, Izydorski Jakub

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2024

|

Vol. 46, nr 2

125--134

EN

The procedure of building a quasi-3D geometry of a numerical model of an underground post-mining facility is presented in the article. For this purpose, measurements were made, based on the terrestrial laser scanning (TLS) technology, of a fragment of St. John adit, which is part of the underground tourist route “Geopark” St. Johannes Mine in Krobica in Lower Silesia in Poland, in the neighborhood of Krobica, Gierczyn and Przecznica – the places located in the vicinity of the well-known health resort Świeradów Zdrój. TLS, as one of the most advanced mining surveying technologies, enables accurate mapping of even the most complex geometries of underground mining facilities. This opens wide possibilities in the construction of more accurate numerical models of the behavior of the rock mass around such underground objects. As a result, more reliable calculation results are obtained, which are the basis for designing mining support protection, for example, with rock bolting. This translates into an improvement in the safety of underground excavations, in the conditions of exploitation in mining as well as in historical post-mining excavations made available to tourists. In the construction of the geometry of numerical model, software such as Trimble RealWorks was used to orientate individual “point clouds” from measurement stations. CloudCompare software was also used to generate cross sections to the adit axis, and AutoCad software was used for processing and spatial orientation of a selected characteristic cross section. Using the latest version of the FLAC 3D v.9.0 software, the excavation cross-section geometry obtained from measurements was mapped to and discretized (i.e., meshed), giving it a third dimension at the same time.

3

Geometrization of a 3D numerical model of an underground facility based on the results of terrestrial laser scanning

Bodlak Maciej

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2024

|

Vol. 46, nr 3

184--192

EN

The article proposes a method of combining CloudCompare, RHINO, and FLAC3D software, aimed at building numerical models of underground objects of natural or engineering origin, based on the results of measurements made using terrestrial laser scanning technology. This technology is one of the most advanced in mine survey as it enables accurate mapping of even the most complex geometries of underground facilities. This opens wide possibilities in the construction of more accurate numerical models of the behavior of the rock mass around such underground objects. The results of simulation of the behavior of the rock mass around the analyzed excavations, obtained by performing numerical calculations, allow predicting unfavorable phenomena that may occur as a result of the destruction of the rock mass and which may threaten the safety of users of underground facilities, for example, caves, tunnels, and mining excavations. In this work, we carried out measurements using a terrestrial laser scanner and obtained a “point cloud” that reproduced the geometry of the underground facility. An example is a fragment of the adit St. Johannes, which is part of the underground tourist route “Geopark” St. Johannes Mine in Krobica in Lower Silesia in Poland in the neighborhood of Gierczyn and Przecznica. In the next step, the measurement results were processed, so that it was possible to import the generated geometry into the FLAC3D software and use it to build a numerical model of the adit, based on “brick” zones. The aim of the article is to present in detail the methodology of geometrization of numerical models of underground objects with complex geometry. The author wanted the method to be as easy to use as possible, give full control over the surface structure, and not require many numerical modeling programs.

4

Wykorzystanie techniki naziemnego skanowania laserowego w celu pozyskiwania danych geoprzestrzennych i epigraficznych w dokumentacji cmentarzy żydowskich i zabytkowych obiektów militarnych

Zaczek-Peplinska Janina, Kowalska Maria Elżbieta

Przegląd Geodezyjny

|

2024

|

R. 96, nr 2

31--35

PL

Dokumentacja geoprzestrzenna wykonywana na podstawie wyników pomiarów geodezyjnych obejmuje przygotowanie numerycznych map sytuacyjno-wysokościowych w jednolitym układzie odniesień przestrzennych. Oprócz klasycznej treści na mapę zostają wkreślone lokalizacje poszczególnych obiektów i ich specyficznych zgrupowań, budynków, także w obrębie cmentarza oraz trwałych ogrodzeń. Integralną częścią mapy jest model ukształtowania terenu. Wykonanie mapy numerycznej terenu objętego ochroną jak i obszaru wokół pozwala na analizę przekształceń powierzchni i poszukiwania historycznych granic i pierwotnych lokalizacji elementów zagospodarowania. Inwentaryzacja terenu i obiektów zabytkowych może być wykonana m.in. techniką naziemnego skanowania laserowego 3D. W wyniku skanowania powstaje tzw. chmura punktów przedstawiająca geometrię obiektu. Każdy punkt chmury oprócz danych geometrycznych w postaci współrzędnych przestrzennych zawiera także dodatkową informację spektralną, której analizy pozwalają na określenie stanu technicznego powierzchni, jej zawilgoceń, zabrudzeń oraz pokrycia roślinnością. Na podstawie pozyskanych danych można wykonać szereg analiz geometrycznych oraz pozyskać szczegółowe dane dokumentacyjne, np. wysokości, szerokości, głębokości, nachylenia obiektów, kształtu i charakterystyki powierzchni w tym odwzorowanie zdobnictwa i inskrypcji. Naziemny skaning laserowy jest obecnie szeroko stosowany przez środowiska architektoniczne i archeologiczne. Technologia ta ma ogromny potencjał w dokumentacji zabytków, gdzie tak gęsty zestaw danych może zapewnić wgląd w naturę zjawisk erozyjnych, reologicznych, a także rejestrować skalę i postęp zniszczeń dóbr kultury.

EN

Geospatial documentation performed on the basis of the results of geodetic measurements includes the preparation of numerical situational and height maps in a uniform spatial reference system. In addition to the classic content, the locations of individual objects and their specific groupings, buildings, also within the cemetery, and permanent fences are marked on the map. An integral part of the map is the terrain model. The preparation of a numerical map of the protected area and the area around it allows for the analysis of surface transformations and the search for historical borders and original locations of development elements. An inventory of the area and historic buildings can be made, e.g. 3D terrestrial laser scanning technique. As a result of scanning, the so-called a point cloud representing the object's geometry. Each point of the cloud, in addition to geometric data in the form of spatial coordinates, also contains additional spectral information, the analysis of which allows to determine the technical condition of the surface, its moisture, dirt and vegetation cover. On the basis of the obtained data, a series of geometric analyzes can be performed and detailed documentation data can be obtained, e.g. height, width, depth, inclination of objects, shape and surface characteristics, including representation of ornamentation and inscriptions. Terrestrial laser scanning is now widely used by the architectural and archaeological communities. This technology has great potential in the documentation of monuments, where such a dense set of data can provide insight into the nature of erosive and rheological phenomena, as well as record the scale and progress of damage to cultural heritage.

5

Comparison on Commercial and Free Software for Point Cloud Processing

Antova Gergana, Peev Ivan

Inżynieria Mineralna

|

2024

|

Vol. 1, no. 1

511--519

EN

Terrestrial laser scanning technology is becoming increasingly common for automated spatial data acquisition and digitization in the fields of surveying, civil engineering and architecture. The data from measurements made with terrestrial laser scanners are a huge array of points in space, called a point cloud, which describes the captured surface of the object under study. The point cloud processing is performed in specialized software products for handling measurements from laser scanners, which provide different possibilities for manipulating the point cloud and forming different results. The software available on the market differs according to its data processing capabilities and functionalities, application areas, methods used, manufacturer and cost. To be able to perform spatial data processing and analysis correctly and with high quality, it is important to understand the available functionalities of the different software products and their advantages and disadvantages compared to others. A comparison is made for three software packages for point cloud processing - Autodesk ReCap Pro, CloudCompare and Trimble RealWorks. The different functionalities available in the products are described and presented on small building measurements along with their performance accuracy and efficiency. The strengths and weaknesses of the different software products are identified through the comparison performed. The first section describes the basic principles of the terrestrial laser scanning method. In section two, the different point cloud processing software products on the market are presented, together with a description of the different file formats for data exchange and a theoretical section on point cloud registration, filtering, and modelling. The third section contains a presentation of the main functions and processing capabilities in Autodesk ReCap Pro, CloudCompare and Trimble RealWorks software. The fourth section describes the data used for the study, the measurements performed, their processing and results in the three software, together with an assessment of accuracy by control measurements. Section five contains conclusions and implications.

6

Laser scanning in diagnostics of geometric imperfections of hyperboloid cooling towers

Makuch Maria

Geomatics, Landmanagement and Landscape

|

2024

|

no. 4

105--122

EN

Hyperboloid cooling towers are distinctive tower structures designed to cool industrial waters by discharging their heat into the ambient air. Geometric imperfections of the hyperboloid cooling tower shell are the main, easily measurable symptom of structural strain and a significant factor in the development of safety hazards and failures of these thin-walled shell structures. This article presents an analysis of the use of a ToF and a phase laser scanner in the diagnosis of geometric imperfections of the reinforced concrete cooling tower shell. The reliability of TLS data in mapping the actual shape of the hyperboloid structure was confirmed on the basis of precise reflectorless tachymetry, which serves as reference data. Geometric imperfections of the hyperboloid cooling tower shell were determined by referring the TLS observation sets to a modified model hyperboloid, adjusted to the external surface by taking into account the actual, variable distribution of the shell thickness. Statistically confirmed compliance of the shell geometry analysis results, carried out on the basis of data obtained with two scanners with different parameters, showed no influence of the distance measurement system used in the scanning instrument on the effectiveness of detection of geometric imperfections of the hyperboloid structure. The results of the analyses of the shape of the cooling tower shell were consistent with the information on the geometric state of the structure, collected in the company archive. The imperfection maps generated on the basis of data obtained with the phase and the ToF pulse laser scanner clearly confirmed the deformations of the critical areas of the structure, which do not pose a real threat to the stability of the facility.

PL

Hiperboloidalne wieże chłodnicze to charakterystyczne konstrukcje wieżowe przeznaczone do chłodzenia wód przemysłowych poprzez odprowadzanie ciepła do otaczającego powietrza. Niedoskonałości geometryczne powłoki hiperboloidalnej wieży chłodniczej są głównym, łatwo mierzalnym objawem odkształceń konstrukcyjnych i znaczącym czynnikiem rozwoju zagrożeń bezpieczeństwa i awarii tych cienkościennych konstrukcji powłokowych. W artykule przedstawiono analizę zastosowania ToF i skanera laserowego fazowego w diagnostyce niedoskonałości geometrycznych żelbetowej powłoki chłodniczej. Niezawodność danych TLS w mapowaniu rzeczywistego kształtu struktury hiperboloidalnej została potwierdzona na podstawie precyzyjnej tachymetrii bezreflektorowej, która służy jako dane referencyjne. Niedoskonałości geometryczne powłoki hiperboloidalnej wieży chłodniczej zostały określone poprzez odniesienie zbiorów obserwacji TLS do zmodyfikowanego modelu hiperboloidy, dostosowanego do powierzchni zewnętrznej poprzez uwzględnienie rzeczywistego, zmiennego rozkładu grubości powłoki. Statystycznie potwierdzona zgodność wyników analizy geometrii powłoki, przeprowadzonej na podstawie danych uzyskanych za pomocą dwóch skanerów o różnych parametrach, wykazała brak wpływu układu pomiaru odległości zastosowanego w instrumencie skanującym na skuteczność wykrywania niedoskonałości geometrycznych struktury hiperboloidalnej. Wyniki analiz kształtu powłoki chłodni kominowej były zgodne z informacjami o stanie geometrycznym konstrukcji, zebranymi w archiwum firmy. Mapy niedoskonałości wygenerowane na podstawie danych uzyskanych za pomocą skanera laserowego fazowego i impulsowego ToF jednoznacznie potwierdziły odkształcenia krytycznych obszarów konstrukcji, które nie stanowią realnego zagrożenia dla stabilności obiektu.

7

Error Analysis of Stonex X300 Laser Scanner Close-range Measurements

Abed Fanar M., Jasim Luma K., Bori Marwa M.

Geomatics and Environmental Engineering

|

2024

|

Vol. 18, no. 3

5--24

EN

This research reports an error analysis of close-range measurements from a Stonex X300 laser scanner in order to address range uncertainty behavior based on indoor experiments under fixed environmental conditions. The analysis includes procedures for estimating the precision and accuracy of the observational errors estimated from the Stonex X300 observations and conducted at intervals of 5 m within a range of 5 to 30 m. The laser 3D point cloud data of the individual scans is analyzed following a roughness analysis prior to the implementation of a Levenberg–Marquardt iterative closest points (LM-ICP) registration. This leads to identifying the level of roughness that was encountered due to the range-finder’s limitations in close-ranging as well as measurements that were obtained from extreme incident angle signals. The measurements were processed using a statistical outlier removal (SOR) filter to reduce the noise impact toward a smoother data set. The geometric differences and the RMSE values in the 3D coordinate directions were computed and analyzed, which showed the potential of the Stonex X300 measurements in close-ranging following a careful statistical analysis. It was found that the error differences in the vertical direction had a consistent behavior when the range increased, whereas the errors in the horizontal direction varied. However, it is more common to produce errors in the vertical direction as compared to the horizontal one.

8

TLS measurement automation – case study SITEPLANNER

Warchoł Artur, Baścik Marek, Pietrzyk Artur

Geoinformatica Polonica

|

2024

|

T. 23

113--120

EN

Surveys using LiDAR technology have become very popular over the past several years due to their high accuracy, speed of acquisition and completeness of space capture. Due to the progressive ease of use, these measurements are increasingly being carried out by less skilled field workers. On the other hand, however, more and more knowledge and ‘know-how’ is emerging in the processing stages of the data collected in the field. If both parts of this process are properly organised and supported by technology, satisfactory results can be obtained at the level of efficiency gains in both field work and automatic LiDAR data processing. This analysis presents the results of the work on the SITEPLANNER application developed by 3Deling.

PL

Pomiary przy pomocy technologii LiDAR w ostatnich kilkunastu latach stały się bardzo popularne ze względu na wysoką dokładność, szybkość pozyskiwania oraz kompletność przechwytywania przestrzeni. Ze względu na postępującą łatwość obsługi, coraz częściej pomiary te są wykonywane przez mniej wykwalifikowanych pracowników terenowych. Z drugiej strony coraz większa wiedza i „know-how” pojawia się na etapach przetwarzania danych zebranych w terenie. Jeżeli obydwie części tego procesu będą odpowiednio zorganizowane oraz wspomagane przez technologię, można uzyskać satysfakcjonujące efekty na poziomie wzrostu efektywności zarówno prac terenowych, jak i automatycznego przetwarzania danych LiDAR. W niniejszej analizie przedstawiono efekty prac nad aplikacją SITEPLANNER opracowaną przez firmę 3Deling.

9

Decision-support tools for diagnosing and selecting the optimal method of repairing buildings

Walczak Zbigniew, Ksit Barbara, Szymczak-Graczyk Anna

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2024

|

Vol. 72, nr 6

art. no. e151382

EN

This study introduces an innovative algorithm that leverages terrestrial laser scanning (TLS) and the fuzzy analytic hierarchy process (FAHP) for the optimization of building repair methodologies. Focusing on multi-criteria decision-making (MCDM), itshowcases a methodology for evaluating and selecting the most effective repair strategy for building elements, balancing various conflicting criteria. The research applies TLS for rapid and accurate geometric data acquisition of engineering structures, demonstrating its utility in structural diagnostics and technical condition assessment. A case study on a single-family residential building, experiencing floor deformation in a principal ground-floor room, illustrates the practical application. Maximum deflection and floor deflection distribution were measured using TLS. Utilizing FAHP for analysis, the decision model identifies the most advantageous repair method from a building user’s perspective. This approach not only provides a systematic framework for selecting optimal repair solutions but also highlights the potential of integrating advanced scanning technologies and decision-support methods in the field of building materials and structural engineering.

10

Determining the trend of geometrical changes of a hydrotechnical object based on data in the form of LiDAR point clouds

Kowalska Maria Elżbieta, Zaczek-Peplinska Janina, Piasta Łukasz

Archives of Civil Engineering

|

2024

|

Vol. 70, nr 1

305--323

EN

Monitoring the technical condition of hydrotechnical facilities is crucial for ensuring their safe usage. This process typically involves tracking environmental variables (e.g., concrete damming levels, temperatures, piezometer readings) as well as geometric and physical variables (deformation, cracking, filtration, pore pressure, etc.), whose long-term trends provide valuable information for facility managers. Research on the methods of analyzing geodetic monitoring data (manual and automatic) and sensor data is vital for assessing the technical condition and safety of facilities, particularly when utilizing new measurement technologies. Emerging technologies for obtaining data on the changes in the surface of objects employ laser scanning techniques (such as LiDAR, Light Detection, and Ranging) from various heights: terrestrial, unmanned aerial vehicles (UAVs, drones), and satellites using sensors that record geospatial and multispectral data. This article introduces an algorithm to determine geometric change trends using terrestrial laser scanning data for both concrete and earth surfaces. In the consecutive steps of the algorithm, normal vectors were utilized to analyze changes, calculate local surface deflection angles, and determine object alterations. These normal vectors were derived by fitting local planes to the point cloud using the least squares method. In most applications, surface strain and deformation analyses based on laser scanning point clouds primarily involve direct comparisons using the Cloud to Cloud (C2C) method, resulting in complex, difficult-to-interpret deformation maps. In contrast, preliminary trend analysis using local normal vectors allows for rapid threat detection. This approach significantly reduces calculations, with detailed point cloud interpretation commencing only after detecting a change on the object indicated by normal vectors in the form of an increasing deflection trend. Referred to as the cluster algorithm by the authors of this paper, this method can be applied to monitor both concrete and earth objects, with examples of analyses for different object types presented in the article.

PL

Monitorowanie stanu technicznego obiektów hydrotechnicznych stanowi kluczowe zadanie dla zapewnienia bezpieczeństwa ich użytkowania. Obejmuje ono zwykle zmienne środowiskowe (np. poziom piętrzenie i temperaturę betonu, wskazania piezometrów) oraz zmienne geometryczne i fizyczne (odkształcenie, pękanie, filtracja, ciśnienie porowe itp.). Wyniki monitoringu mogą być prezentowane w postaci wieloletnich trendów tych zmiennych w czasie, dzięki czemu stanowią ważną informację dla zarządców obiektów. Badania nad metodami analizy danych z monitoringu geodezyjnego (manualnego i automatycznego) oraz danych z czujników są ważne w kontekście oceny stanu technicznego i bezpieczeństwa obiektów, szczególnie w przypadku danych rejestrowanych z wykorzystaniem nowych technologii pomiarowych. Nowymi technologiami pozyskiwania danych o zmianach powierzchni obiektów są techniki wykorzystujące skanowanie laserowe (LiDAR) z różnych pułapów: naziemne, z pokładów powietrznych statków bezzałogowych (UAV, dronów), satelitarne wykorzystujące sensory rejestrujące dane geoprzestrzenne i wielospektralne. W artykule zaprezentowano algorytm pozwalający na wyznaczanie trendu zmian geometrycznych w oparciu o dane z naziemnego skaningu laserowego zarówno dla powierzchni obiektów betonowych jak i ziemnych. W pracach nad opracowaniem kolejnych kroków postępowania wykorzystano wektory normalne do analizy występowania zmian oraz obliczenia lokalnych kątów nachylenia powierzchni i zmian obiektu. Wektory normalne uzyskiwano poprzez wpasowanie lokalnych płaszczyzna metodą najmniejszych kwadratów w chmurę punktów. W większości zastosowań analizy odkształceń i deformacji powierzchni wykonywane w oparciu o chmury punktów ze skanowania laserowego sprowadzają się do bezpośredniego porównywania metodą Cloud to Cloud (C2C) i generowania trudnych do interpretacji, rozległych map deformacji. Wstępna analiza trendu zachowania obiektu w oparciu o lokalne wektory normalne pozwala na szybkie wykrywanie ewentualnego zagrożenia. Dzięki temu ogranicza si ę znacząco ilość obliczeń, a w przypadku gdy obiekt nie wykazuje zmian, szczegółowe interpretacje chmur punktów rozpoczyna się dopiero, po wykryciu zmiany na obiekcie wskazanej przez wektory normalne w postaci narastającego trendu wychylenia. Takie podejście może być stosowane zarówno do monitorowania obiektów betonowych jak i ziemnych, przykłady analizy dla różnych typów obiektów zaprezentowano w artykule.

11

Accuracy analysis in determining the location of underground objects using GPR involving lidar data

Lejzerowicz Anna, Czernic Paweł, Pilarska-Mazurek Magdalena, Załęgowski Kamil, Górka Jakub, Bakuła Krzysztof

Archives of Civil Engineering

|

2024

|

Vol. 70, nr 2

611--628

EN

Ground penetrating radar (GPR) is one of the most useful non-destructive techniques for locating underground objects. Advancements in this technology have facilitated the development of new sensors over the past decade. In this paper, an accuracy assessment of the location of underground objects using various GPR antennas is presented. To achieve the stated goals, measurements of 5 concrete slabs, reinforced with steel bars of various diameters and located at variable depths were taken. The experiment includes the usage of three GPR antennas to assess the format, characteristics, and differences of extracted data. This set of antennas from different manufacturers varied in terms of operating frequency. Additional lidar data from TLS (terrestrial laser scanning) was utilized in the methodology to provide precise surface measurements and therefore, external orientation of the surveyed data. The experiment allowed for the determination of vertical and horizontal accuracy for three tested antennas and the assessment of increasing errors value with greater depth of the measured items, which is important for surveying accuracy forecasting.

PL

Georadar jest jedną z najbardziej użytecznych nieinwazyjnych technik lokalizowania obiektów podziemnych. Postęp w tej technologii w ostatniej dekadzie ułatwił rozwój nowych sensorów. W artykule przedstawiono ocenę dokładności lokalizacji prętów zbrojeniowych znajdujących się w obrębie badanego obiektu z wykorzystaniem różnych anten. Aby osiągnąć założone cele, wykonano pomiary 5 płyt betonowych, zbrojonych prętami stalowymi o różnych średnicach i znajdujących się na różnych głębokościach. Eksperyment obejmował wykorzystanie trzech anten o różnej częstotliwości do oceny rozmiaru, charakterystyki i różnic wyodrębnionych danych. W metodyce eksperymentu wykorzystano dodatkowo dane lidarowe z naziemnego skanowania laserowego (TLS), aby zapewnić precyzyjne pomiary powierzchni, a tym samym zewnętrzną orientację przestrzenną pozyskanych danych. Eksperyment pozwolił na wyznaczenie dokładności pionowej i poziomej dla trzech wykorzystanych anten oraz ocenę rosnącej wartości błędów wraz z większą głębokością mierzonych elementów, co jest istotne dla predykcji dokładności pomiarów.

12

Przestrzenna inwentaryzacja komór przepływowych hydrozespołów Elektrowni Wodnej Dębe wykonana techniką naziemnego skaningu laserowego

Pieniak Magdalena, Woźniak Marek, Pasik Mariusz, Łapiński Sławomir, Kowalska Maria, Jastrzębski Sławomir

Przegląd Geodezyjny

|

2023

|

R. 95, nr 6

28--33

PL

Celem niniejszego artykułu jest zaprezentowanie możliwości zastosowania naziemnego skaningu laserowego (ang. TLS terrestrial laser scanning) w inwentaryzacji przestrzennej komór przepływowych hydrozespołów, jak również przedstawienie możliwości jakie stwarza wykorzystanie przestrzennego modelu 3D w analizach wykorzystujących zagadnienie inżynierii odwrotnej. W celu pozyskania informacji przestrzennej obiektu hydrotechnicznego wykorzystano technikę naziemnego skaningu laserowego. Pomiar przeprowadzono z zastosowaniem skanera fazowego średniego zasięgu firmy Z+F Imager 5006h oraz tachimetru Leica TCRP1201+. Przedmiotem pomiaru był zespół czterech komór przepływowych zespołów hydrotechnicznych (hydrozespołów) w Elektrowni Wodnej Dębe, opróżnionych z wody na czas skanowania. Gęstość chmur punktów podczas skanowania w komorach wlotowych oraz rurach ssawnych odpowiadała pojedynczym milimetrom. Pomiar współrzędnych (X,Y,Z) punktów odniesienia (nawiązania), niezbędnych do wykonania ostatecznej przestrzennej orientacji skanów, zrealizowano tachimetrem TCRP 1201+ z błędem średnim nie gorszym niż ±2 mm dla każdej współrzędnej. Maksymalna wartość odchyłki dostosowania dla orientacji wzajemnej poszczególnych skanów dla bardzo trudnych warunków jakie występowały w komorze dolnej zwanej rurą ssawną wyniosła 9,4 mm z błędem średnim ±8,5 mm oraz 4,5 mm z błędem średnim ±3,4 mm w komorze górnej. Dla orientacji zewnętrznej, do wspólnego lokalnego układu współrzędnych, uzyskano odpowiednio maksymalną odchyłkę dostosowania równą 13,4 mm z błędem średnim ±11,3 mm (w komorze dolnej) oraz 4,9 mm z błędem średnim ±6,3 mm (w komorze górnej). Pomimo utrudnień związanych z trudnymi warunkami pomiaru (wilgotność 100% i spływająca po ścianach woda) potwierdzono, że dane z naziemnego skaningu laserowego mogą stanowić kompleksowe źródło wiarygodnych danych o geometrii obiektu. Pozyskany materiał stanowi bazowy materiał do wykonywania analiz merytorycznych przez specjalistów z zakresu budownictwa wodnego i mechaniki budowli. Dane te pozwalają dokonywać oceny stabilności i bezpieczeństwa obiektu oraz prowadzić prace modernizacyjne.

EN

This paper aims to present the possibility of using terrestrial laser scanning (TLS) of medium range in the spatial inventory of hydropower flow chambers of the Kaplan's turbine units and present the opportunities created by using a 3D spatial model in the analysis using the issue of reverse engineering. To obtain spatial information of the hydrotechnical object, terrestrial laser scanning technique was used. The measurement was carried out using a mid-range phase scanner Z+F Imager 5006h and a total station Leica TCRP1201+. The measurement object was a set of four flow chambers of the Kaplan turbine units (hydrosets) at Dębe Hydroelectric Power Plant, emptied of water for the time of scanning. The density of point clouds during scanning in inlet chambers and suction pipes was assumed about 1 mm. The measurement of (X,Y,Z) coordinates of reference points (reference), necessary for the final spatial orientation of the scans, was made with a TCRP 1201+ total station with an average error of not worse than ±2 mm for each coordinate. The maximum value of the adjustment deviation for the mutual orientation of the individual scans for the very difficult conditions in the lower chamber called the suction pipe was 9.4 mm with a standard deviation of ±8.5 mm and 4.5 mm with a standard deviation of ±3.4 mm in the upper chamber. For the external orientation, to a common local coordinate system, a maximum adjustment deviation of 13.4 mm with a standard deviation of ±11.3 mm (in the lower chamber) and 4.9 mm with a standard deviation of ±6.3 mm (in the upper chamber) was obtained respectively. Despite the difficulties associated with the difficult measurement conditions (100% humidity and water running down the walls), it was confirmed that TLS could provide a comprehensive source of reliable data on the object's geometry. The material obtained provides a basis for factual analysis by hydraulic engineering and structural mechanics specialists. This data allows to assess the object's stability and safety and carry out modernisation works.

13

Pomiary inwetaryzacyjne z wykorzystaniem Apple iPhone 13 Pro i zintegrowanej technologii LiDAR

Zaczek-Peplinska Janina, Kowalska Maria Elżbieta

Przegląd Geodezyjny

|

2023

|

R. 95, nr 2

14--17

PL

Pomiary inwentaryzacyjne (architektoniczne, do celów projektowych i powykonawcze) realizowane są za pomocą pomiarów kątowo-liniowych, dalmierzy laserowych, naziemnych skanerów laserowych (TLS) lub ręcznych skanerów laserowych. Wykorzystanie skaningu laserowego w pracach inwetaryzacyjnych umożliwiło uzyskanie quasi-ciągłego modelu obiektu oraz przyspieszenie pomiaru bezpośrednio na obiekcie. Wykorzystanie nowoczesnej technologii pomiarowej powoduje wzrost kosztów wykonywanych prac. Alternatywą stanowiącą kompromis cenowy i dokładnościowy są rozwiązania typowo fotogrametryczne, wykorzystujące zdjęcia cyfrowe do tworzenia modeli obiektów w postaci chmur punktów. Firma Apple Inc. wyprodukowała pierwszy telefon komórkowy z innowacyjnymi rozwiązaniami w postaci wbudowanego czujnika głębokości opartego na detekcji światła i zasięgu (LiDAR), z nowoczesnym oprogramowaniem do przetwarzania zdjęć. Zastosowane przez Apple Inc. rozwiązanie pozwala na uzyskanie kolorowej chmury punktów w skali 1:1. W artykule zaprezentowano podstawowe możliwości techniczne iPhone 13 Pro Lidar w kontekście typowych zadań z zakresu inwentaryzacji obiektów budowlanych.

EN

Inventory measurements (architectural, as-built) carried out using angular-line measurements, laser rangefinders, terrestrial laser scanners (TLS) or handheld laser scanners. The use of laser scanning in the inventory works allowed to obtain a quasi-continuous model and accelerate the measurement directly of the object. The use of modern measuring technology increases the costs of the works performed. An alternative that constitutes a compromise in terms of price and accuracy are typically photogrammetric solutions that use digital photos to create a model of the object in the form of a point cloud. Apple Inc. produced the first mobile phone with innovative solutions in the form of a built-in depth sensor based on light and range detection (LiDAR) and modern photo processing software. Applied by Apple Inc. the solution allows to obtain a colored point cloud in a 1:1 scale. The article presents the basic technical capabilities of the iPhone 13 Pro Lidar in the context of typical tasks in the field of building inventory.

14

Application of terrestrial laser scanning for the evaluation of geokinematics of selected structural phenomena in mine workings in the Rudna mine (SW POLAND)

Sokalski Dominik, Wojewoda Jurand

Mining Science

|

2023

|

Vol. 30

113--133

EN

A series of terrestrial laser scanner measurements were made at selected sites of the Rudna mine. Using the method of differential images, the applicability of scanning was demonstrated for the recognition of the deformations taking place and the destruction of post-mining voids in the rock mass. At the same time, the usefulness of the technique used for the documentation of tectonic phenomena, practically invisible with classical methods of geological documentation, was demonstrated. The structure discovered by the authors, tectonic elongated-helicoidal asymmetric gouge (TEHAG), documents the process of horizontal and parallel to layering tectonic dislocations of rocks.

15

SCAN-TO-BIM method and analysis of measurement accuracy on the example of a historic church

Leśniak Agnieszka, Skrzypczak Izabela, Kruszka Leopold, Jaskowska-Lemańska Justyna

Inżynieria Bezpieczeństwa Obiektów Antropogenicznych

|

2023

|

Nr 4

91--104

EN

Building information modeling (BIM) data for existing buildings based on scans and point clouds acquired from terrestrial laser scanning (TLS) is the basis of the Scan-to-BIM methodology and is becoming common practice. However, work on the accuracy of the resulting model is still desired. The article discusses the possibility of developing a BIM model of a historical building, based on data obtained by terrestrial laser scanning. The subject of the study was the church in Posada Rybotycka (Poland). The mapping reliability studies included PointCab and ReCap point cloud processing, 3D modeling of the object using Revit software, and analysis of the accuracy of distance measurements made by TLS with data obtained from measurements made with traditional methods: total station and laser rangefinder. Based on the conducted research, the possibility of using the BIM with TLS data in the process of reconstructing the geometry of a historic building was evaluated. The results of the study showed that the convergence of the 3D model geometry with the actual course of the structure depends on the development methodology, i.e. the accuracy of 3D data acquisition, the registration process, the filtering procedure, or the parametric structural modeling method used.

16

Detection of rising damp and material changes on hyperboloid cooling tower shells based on the intensity of the reflected laser beam

Makuch Maria

Geomatics, Landmanagement and Landscape

|

2023

|

no. 4

135--156

EN

Using a hyperboloidal cooling tower undergoing repair as an example, the paper examines the possibility of using a laser beam reflectance intensity value for the automated detection of perforations in cooling tower shells and the identification of material changes characteristic of the renovated sections of reinforced concrete structures. Due to the specific geometry of the analysed object, the practical application of the value of the fourth coordinate was preceded by its a priori modification. The applied correction solution made it possible to effectively eliminate the influence of the measurement geometry, adjusting the intensity values to correspond to the properties of the scanned surface. In the usability analyses of the corrected radiometric data, the author’s approach to eliminating information loss was applied, assuming the use of the fourth coordinate values as scalar fields. The proposed methodology was verified by comparing the obtained results with those of the commonly used unsupervised classification. The agreement, based on the similarity of the structures, between the results of the image classification and the areas extracted through the segmentation of the scalar fields, representing the corrected values of the laser beam reflectance intensity, confirmed the reliability of the proposed solutions. The usefulness of the radiometric data in 3D space was confirmed by comparing the obtained results with the analyses of the local surface curvature determined by the point cloud based on principal component analysis. Thanks to the segmentation of the scalar fields, the detection of rising damp and corrosion leaks, consistent with the results of the surface condition assessment based on the local curvature analysis, made it possible to specify the degree of degradation of the hyperboloid shell according to a seven-point scale that is consistent with the industry requirements. The values of the fourth coordinate also allowed the identification of material changes caused by the repair, and their comparison with the shell damage contours extracted from the local curvature analysis made it possible to verify the amount of repair mortar used and to assess the validity of the work carried out.

PL

W artykule, na przykładzie poddawanej naprawie hiperboloidalnej chłodni kominowej, zweryfikowano możliwość wykorzystania wartości intensywności odbicia wiązki lasera do zautomatyzowanej detekcji perforacji powłoki chłodni oraz identyfikacji zmian materiałowych, charakterystycznych dla wyremontowanych fragmentów żelbetowej budowli. Z uwagi na specyficzną geometrię analizowanego obiektu, praktyczną aplikację wartości czwartej współrzędnej poprzedzono jej aprioryczną modyfikacją. Zastosowane rozwiązanie korekcyjne umożliwiło skuteczną eliminację wpływu geometrii pomiaru, sprowadzając wartości intensywności do postaci odpowiadającej właściwościom skanowanej powierzchni. W analizach użyteczności skorygowanych danych radiometrycznych wykorzystano autorskie podejście eliminujące straty informacyjne, zakładające wykorzystanie wartości czwartej współrzędnej jako pól skalarnych. Weryfikację zaproponowanej metodyki zapewniło porównanie uzyskanych wyników z rezultatami stosowanej powszechnie klasyfikacji nienadzorowanej. Ustalona na podstawie podobieństwa struktur zgodność pomiędzy wynikami klasyfikacji obrazów i obszarami wyekstrahowanymi w oparciu o segmentacje pól skalarnych, stanowiących skorygowane wartości intensywności odbicia wiązki lasera, potwierdziła wiarygodność zaproponowanych rozwiązań. Przydatność danych radiometrycznych w przestrzeni 3D potwierdzono zestawiając uzyskane wyniki z rezultatami analiz lokalnej krzywizny powierzchni, wyznaczanej z chmury punktów na podstawie analizy głównych składowych. Bazująca na segmentacji pól skalarnych detekcja zawilgoceń i wycieków korozyjnych, integralna z wynikami oceny stanu powierzchni opartej na analizie lokalnej krzywizny, umożliwiła konkretyzację stopnia degradacji hiperboloidalnej powłoki, według podyktowanej wymogami branżowymi siedmiostopniowej skali. Wartości czwartej współrzędnej pozwoliły również na identyfikację będących wynikiem remontu zmian materiałowych, a ich zestawienie z wyekstrahowanymi na podstawie analizy lokalnej krzywizny konturami uszkodzeń powłoki, umożliwiły weryfikację ilości wykorzystanej zaprawy naprawczej i ocenę zasadności wykonanych prac.

17

Assessing the surface corrosion of a steel railway bridge using an active short-range remote sensing system

Gawronek Pelagia

Geomatics, Landmanagement and Landscape

|

2023

|

no. 4

287--296

EN

The idea of assessing the surface corrosion of a steel railway bridge evolved as a response to an industry need for fast and non-manual confirmation of the progress of surface deterioration of monochromatic bridges. Terrestrial laser scanning is a technology for remote acquisition of information about the geometry of an object in the form of a point cloud, in which the coordinates (X, Y, Z) are recorded for each point and information on the intensity of the reflected beam is also recorded. In addition to the accurate representation of changes in the geometry of an ageing object, represented by the three-dimensional coordinates of the bridge, terrestrial laser scanning provided information about the surface properties of the bridge object in the form of the intensity of the reflection beam. Imaging algorithms enable it to indicate the homogeneous surfaces of the bridge and, therefore, suggest whether they are subject to corrosion processes or not. The intensity of the object’s point cloud, through the use of unsupervised classification tools, ensures the detection of changes in the surface properties of a monochromatic railway bridge. The classification method for the unsupervised raster representation of grey-scale reflectance intensity (generated from TLS data), as in classical remote sensing, provides classes of pixels with similar reflectance properties. The concept for the scientific research on the detection of the corrosion progress of a steel railway bridge using an active short-range remote sensing system involved the development of algorithmic advances that allow the comparison of periodic raster classifications from a point cloud. Thanks to the differentiation of the imaging, it is possible to determine changes in the location and extent of corrosion, the rate of its progress in ageing steel objects, the detection of cracks and fissures as structural hotspots, indicating the filling capacity of the object, as provided for in the technical documentation. The study provided an empirical basis for research on automatic corrosion detection.

PL

Koncepcja oceny korozji powierzchniowej stalowego mostu kolejowego zrodziła się jako odpowiedź na potrzebę branżową szybkiej oraz niemanualnej konstatacji postępów zniszczenia powierzchniowego mostów monochromatycznych. Naziemny skaning laserowy to technologia zdalnego pozyskiwania informacji o geometrii obiektu w postaci chmury punktów, której dla każdego punktu zapisane są współrzędne (X, Y, Z) oraz zarejestrowana jest również informacja o intensywności wiązki odbicia. Poza wiernym odzwierciedleniem zmian geometrii obiektu wiekowego, reprezentowanym przez współrzędne trójwymiarowe mostu, naziemny skaning laserowy dostarczał informacji o właściwościach powierzchni obiektu mostowego w postaci intensywności wiązki odbicia. Może ona, poprzez algorytmy zobrazowania, wskazać może powierzchnie jednorodne mostu, a zatem poddane bądź nie procesom korozji. Intensywność chmury punktów obiektu, poprzez zastosowanie narzędzi klasyfikacji nienadzorowanej zapewnia detekcję zmian właściwości powierzchni mono-barwnego mostu kolejowego. Metodą klasyfikacji nienadzorowanej rastrowej reprezentacji intensywności odbicia w skali szarości (wygenerowanej z danych TLS), podobnie jak w przypadku klasycznej teledetekcji, uzyskuje się klasy pikseli o podobnych właściwościach odbicia promieniowania. Koncepcja badań naukowych nad detekcją postępu korozji stalowego mostu kolejowego z zastosowaniem aktywnego systemu teledetekcji bliskiego zasięgu zakładała opracowanie postępów algorytmicznych pozwalających na porównywanie okresowych klasyfikacji rastrów z chmury punktów. Dzięki różnicowaniu zobrazowań, możliwe jest określenie zmian lokalizacji i zasięgu korozji, tempa ich postępowania w przypadku stalowych obiektów wiekowych, detekcji rys i spękań, jako punktów newralgicznych konstrukcji, świadczących o wypełniających się zdolnościach eksploatacyjnych obiektu, przewidzianych w dokumentacji technicznej. Przeprowadzone opracowanie wskazało empiryczne podstawy do prowadzenia badań nad automatyczną detekcją korozji.

18

3D modelling of historic buildings based on integrated data from airborne and terrestrial laser scanning

Kwoczyńska Bogusława, Nowak Kinga, Woźniak Krzysztof

Geomatics, Landmanagement and Landscape

|

2023

|

no. 4

259--273

EN

Currently, the modelling of historic buildings is most often performed on the basis of data obtained by terrestrial laser scanning. It ensures both the speed of information acquisition and the high accuracy of the final elaboration. However, there are situations in which the terrain layout or the structure of the building limits the possibility of obtaining full information on its shape. In such situations, the solution is to integrate data from various measurement devices. In the case of creating a full 3D model of large buildings, one of the ways to supplement the data, especially the roof of the building, is to use data from airborne laser scanning. The research used the integration of airborne laser scanning data with data recorded with the Leica ScanStation P40 terrestrial laser scanner. Combined point clouds were used for 3D modelling of two different historic buildings in Krakow. Modelling was performed with the Bentley CAD software and in Leica Cyclon 3DR and 3DReshaper. The accuracy of data integration was determined and the advantages and disadvantages of using the above-mentioned software for 3D modelling of architectural objects were shown. The result of the study is a 3D model of St. Florian’s Gate and the Palace of Art in Krakow.

19

Simulation of a cylindrical glass dome negative impact on a 360° field of view 2D laser scanner performance and a method for correction

Wojtanowski Jacek

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2023

|

Vol. 71, nr 3

art. no. e145566

EN

Although laser scanning ideas and hardware solutions are well-known to experts in the field, there is still a large area for optimization. Especially, if long-range and high-resolution scanning is considered, the smallest defects in optical quality should be perfected. On the other hand, the simplicity, reliability, and finally the cost of the solution plays an important role, too. In this paper, a very simple but efficient method of optical correction is presented. It is dedicated to laser scanners operating from inside cylindrical glass domes. Such covers normally introduce aberrations into both the laser beam and receiving optics. If these effects are uncorrected, the laser scanner performance is degraded both in terms of angular resolution and maximum range of operation. It may not be critical for short-range scanning applications; however, if more challenging concepts are considered, this issue becomes crucial. The proposed method does not require sophisticated optical solutions based on aspheric or freeform components, which are frequently used for similar purposes in imaging-through-dome correction but is based on a simple cylindrical refractive correction plate.

20

The Case Study of Using Photogrammetric Systems and Laser Scanning for Three-Dimensional Modeling of Cultural Heritage Sites

Małyszek Hubert Aleksander, Stachula Seweryn, Kępowicz Barbara

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2023

|

Vol. 17, no. 6

345--357

EN

Advancements in digitizing technologies in recent years have enabled the creation of precise three-dimensional models using specialized equipment such as terrestrial laser scanners. Unfortunately, working with a device placed on the ground surface makes it impossible to directly measure roof structures, building vertices and hard-to-reach areas. However, unmanned aerial vehicles equipped with high-resolution cameras and a precise control system that allows maneuvers in the aforementioned places have a chance in this field. This article presents the complete process of digital 3D modeling of the town hall building in Zamość, using a combination of photogrammetry and laser scanning, along with geodetic measurement techniques. The study covers the planning stage, the field stage, and ends with accuracy analyses. Finally, the potential applications of the aforementioned object are discussed. The research identified several challenges during the project, including the need for meticulous planning to ensure optimal data acquisition, dealing with limitations of equipment mobility, and addressing data quality issues such as image blurriness and exposure variations. However, through careful calibration, data filtering, and quality assessment, these challenges were successfully mitigated. The study demonstrated the potential of advanced geodetic techniques in accurately digitizing complex architectural structures with rich historical significance. The detailed 3D model of the Zamość town hall serves as a valuable resource for further research, preservation efforts, and heritage documentation.