Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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.

2

Determining the degree of deformation in rain drainage installations through point cloud modeling

Pawłowicz Joanna A., Skotnicka-Siepsiak Aldona, Serrat Carles

Budownictwo o Zoptymalizowanym Potencjale Energetycznym

|

2023

|

Vol. 12

63--69

EN

Buildings are often complex and hindered by identifying and measuring deformation in both the building itself and its elements. However, we have the assistance of 3D laser scanning technology which allows us to collect geometric data. Scanners are particularly effective for measuring high and hard-to-reach locations. This paper focuses on the measuring and modeling of roof drainage installations, which are usually placed at elevated heights, making it impossible to measure using traditional methods. Rain gutters need constant monitoring in order to fulfill their function and ensure proper drainage of rainwater. Laser scanning produces a point cloud which can be converted in a 3D model using software such as Leica Cyclone, AutoCad and ReCap. This study demonstrates the successful utilization of laser scanning in identifying geometric features and deformations in building installations.

3

Od skanu do wydruku 3D

Czekaj Damian

Geodeta : magazyn geoinformacyjny

|

2021

|

nr 12

44--46

4

3D scan contour de-featuring for improved measurement accuracy – a case study for a small turbine guide vane component

Jamontt Marcin, Pyrzanowski Paweł

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2021

|

Vol. 69, nr 5

art. no. e138815

EN

3D scanning measurements are gaining popularity every year. Quick inspections on already captured point clouds are easy to prepare with the use of modern software and machine learning. To achieve repeatability and accuracy, some surface and measurement issues should be considered and resolved before the inspection. Large numbers of manufacturing scans are not intended for manual correction. This article is a case study of a small surface inspection of a turbine guide vane based on 3D scans. Small surface errors cannot be neglected as their incorrect inspection can result in serious faults in the final product. Contour recognition and deletion seem to be a rational method for making a scan inspection with the same level of accuracy as we have now for CMM machines. The main reason why a scan inspection can be difficult is that the CAD source model can be slightly different from the inspected part. Not all details are always included, and small chamfers and blends can be added during the production process, based on manufacturing standards and best practices. This problem does not occur during a CMM (coordinate measuring machine) inspection, but it may occur in a general 3D scanning inspection.

5

Modeling BIM objects from point clouds. Examples

Kotarska-Lewandowska Bożena

Journal Biuletyn of Polish Society for Geometry and Engineering Graphics

|

2019

|

Vol. 32

55--64

EN

The article presents several ways to obtain BIM (Building Information Modeling) models from point clouds using standard commands in Revit 2018. In Revit geometric forms are possible to obtain in project, family or conceptual environments. Efficient modeling requires knowledge of methods of creating families and components in these environments and ways to combine them. Modeling methods with system and loadable families are presented, however, the main part of the article is modeling of individual forms as In-Place Model, or Conceptual Mass. Drawing model lines on the work plane is facilitated due to a snapping feature in Revit. Point clouds must be limited to allow observation near the work plane. Cloud modeling is labor intensive, therefore knowledge of various techniques is particularly important. In creating reusable BIM objects adding parameterization to already created models has a positive effect on the efficiency of the entire process. Making models from point clouds, even at the initial stage, requires good knowledge of the software, but spatial imagination and knowledge of spatial relations gained from descriptive geometry classes become an asset. Modeling from point clouds can be an interesting alternative to other courses for future engineers in the building sector.

PL

W artykule przedstawiono kilka sposobów uzyskania modeli BIM z chmury punktów za pomocą standardowych poleceń programu Revit 2018. Zaproponowany zestaw przykładów modelowania z chmur punktów może być ciekawą alternatywą na kursach dla przyszłych inżynierów w sektorze budownictwa. Revit jest rozbudowanym programem, w którym modelowanie form geometrycznych jest możliwe w trzech środowiskach: projektu, rodziny, bryły koncepcyjnej. W sprawnym modelowaniu potrzebna jest wiedza do jakich przypadków wykorzystywać te środowiska, jak w nich działać i je łączyć. W budowaniu modelu BIM obiektu budowlanego z chmury punktów dla elementów nadrzędnych wykorzystuje się rodziny systemowe (ang. System families) takie jak ściany, stropy, dachy. Natomiast modelowanie w środowisku rodzin jest w pewien sposób ograniczone ponieważ w programie Revit 2018 nie jest możliwe bezpośrednie wczytanie chmur do rodzin. Dlatego w modelowaniu rodzin wczytywalnych (ang. Loadable families) takich jak np. okna, trzeba przenieść linie charakterystyczne budowanej formy geometrycznej obiektu z chmury punktów widocznej w projekcie do środowiska rodziny. Jak opisano w artykule zapewnia to eksport linii modelu do formatu dwg, a następnie wczytanie pliku w nowej rodzinie. Trzeba jednak stwierdzić, że ta pośrednia metoda zmniejsza efektywność modelowania tego typu elementów. Chmury punktów stanowią reprezentację rzeczywistego obiektu, często o nietypowych kształtach, zdeformowanego, nieidealnego. Powoduje to konieczność utworzenia unikatowych, indywidualnych form. Sposobem na ich uzyskanie jest model lokalny (ang. Model In-Place). Jest on tworzony w projekcie, a zatem w bezpośrednim sąsiedztwie chmury punktów. W artykule opisano metodę tworzenia z modelu lokalnego rodzin i ich parametryzację, która powoduje, ze określone wymiary obiektu są edytowalne. Taki zabieg tworzy możliwość wielokrotnego wykorzystania raz utworzonego modelu i jego modyfikacji wewnątrz projektu, ale również w innych projektach. Z kolei bardziej złożone geometrie wynikające z układu punktów w chmurze mogą być utworzone jako lokalna bryła koncepcyjna (ang. In-Place Mass). Ponieważ bryła ta jest tworzona w środowisku projektu można bezpośrednio dowiązywać się do punków w chmurze. Sposób modelowania i środowisko bryły koncepcyjnej jest odmienne od modelu lokalnego i może dawać dużo większą dowolność form. Początkowo utworzone obiekty lokalnej bryły koncepcyjnej mogą być dalej zmieniane poprzez dodawanie krawędzi i przekrojów oraz modyfikacje więzów. W efekcie końcowym powstają złożone powierzchnie tzw. free form. Fragmenty tych powierzchni mogą być następnie przekształcane w elementy strukturalne budynku, takie jak dach, ściana, strop. Ponieważ modelowanie w chmurach jest pracochłonne dlatego szczególnego znaczenia nabiera znajomość różnych podejść do modelowania a także dodawanie parametryzacji do już utworzonych modeli, co wpływa dodatnio na efektywność całego procesu. Wykonanie modeli z chmur punktów nawet na początkowym poziomie wymaga dobrej znajomości programu, ale dodatkowo niezbędna staje się wiedza w zakresie budowania form i współzależności relacji przestrzennych wyniesiona z zajęć geometrii wykreślnej oraz wyćwiczona na tych zajęciach wyobraźnia przestrzenna.

6

Using Lidar point clouds in determination of the scots pine stands spatial structure meaning in the conservation of Lichen communities in "Bory Tucholskie" National Park

Wężyk Piotr, Hawryło Paweł, Szostak Marta, Zięba-Kulawik Karolina, Winczek Monika, Siedlarczyk Ewa, Kurzawiński Adam, Rydzyk Justyna, Kmiecik Jowita, Gilewski Wojciech, Szparadowska Monika, Warchoł Artur, Turowska Agnieszka

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2019

|

vol. 31

85--103

EN

The aim of the research carried out in 2018 and financed by the Forest Fund was the analysis of biometric features and parameters of pine stands in the area of the "Bory Tucholskie" National Park (PNBT), where a program of active protection of lichen was initiated in 2017. Environmental analyses were conducted in relation to selected biometric features of trees and stands using laser scanning (LiDAR), including ULS (Unmanned Laser Scanning; RIEGL VUX-1) and TLS (Terrestrial Laser Scanning; FARO FOCUS 3D; X130). Thanks to the application of LiDAR technology, the structure of pine stands was precisely determined by means of a series of descriptive statistics characterizing the 3D spatial structure of vegetation. Using the Trees Crown Model (CHM), the analysis of the volume of tree crowns and the volume of space under canopy was performed. For the analysed sub-compartments, GIS solar analyses were carried out for the solar energy reaching the canopy and the ground level due to active protection of lichen. Multispectral photos were obtained using a specialized RedEdge-M camera (MicaSense) mounted on the UAV multi rotor platform Typhoon H520 (Yuneec). Flights with a thermal camera were also performed in order to detect places on the ground with high temperature. Plant indices: NDVI, NDRE, GNDVI and GRVI were also calculated for sub-compartments. The data obtained in 2017 and 2018 were the basis for spatial and temporal analyses of 4-D changes in stands which were related to the removal of some trees and organic layer (litter, moss layer).

PL

Celem badań realizowanych w roku 2018 finansowanych z Funduszu Leśnego, była analiza cech biometrycznych i parametrów drzewostanów sosnowych na terenie Parku Narodowego "Bory Tucholskie" (PNBT), w których w 2017 roku zainicjowano program ochronny czynnej borów chrobotkowych. Analizy środowiskowe prowadzono w odniesieniu do wybranych cech biometrycznych drzew i drzewostanów z wykorzystaniem chmur punktów ze skanowania laserowego (LiDAR), w tym bezzałogowych platform ULS (RiCopter + VUX-1 RIEGL) oraz naziemnych skanerów TLS (FARO FOCUS 3D; X130). Dzięki zastosowaniu technologii LiDAR, w precyzyjny sposób opisano strukturę drzewostanów sosnowych poprzez szeregi statystyk opisowych charakteryzujących strukturę przestrzenną 3D roślinności. Wykorzystując Model Koron Drzew (CHM) dokonano analizy objętości koron drzew oraz objętości przestrzeni podokapowej. Dla analizowanych wydzieleń przeprowadzono analizy solarne GIS pod kątem sumarycznej energii słonecznej docierającej do okapu drzewostanu oraz bezpośrednio do poziomu gruntu co ma duże znaczenie dla ochrony czynnej chrobotków. Dla celów projektu pozyskano także zdjęcia wielospektralne przy wykorzystaniu specjalistycznej kamery RedEdge-M (MiceSense) zamontowanej na platformie BSP wielowirnikowca Typhoon H520 (Yuneec). Przeprowadzono też naloty z kamerą termalną w celu detekcji miejsc z wysoką temperaturą na gruncie, odpowiednich na pionierskich gatunków porostów. Dla wydzieleń leśnych obliczono także wskaźniki roślinne: NDVI, NDRE, GNDVI oraz GRVI. Dane pozyskane w 2017 oraz 2018 roku były podstawą analiz przestrzenno-czasowych 4-D zmian w drzewostanach jakie miały związek z usunięciem części drzew oraz warstwy organicznej (ścioła, warstwa mszaków).

7

A review on point cloud semantic segmentation methods

Lazarek J., Pryczek M.

Journal of Applied Computer Science

|

2018

|

Vol. 26, nr 2

99--105

EN

Semantic segmentation of 3D point clouds is an open research problem and remains crucial for autonomous driving, robot navigation, human-computer interaction, 3D reconstruction and many others. The large scale of the data and lack of regular data organization make it a very complex task. Research in this field focuses on point cloud representation (e.g., 2D images, 3D voxels grid, graph) and segmentation techniques. In the paper, state-of-the-art approaches related to these tasks are presented.

8

Wykorzystanie chmur punktów Lidar w ochronie czynnej borów chrobotkowych w Parku Narodowym "Bory Tucholskie"

Wężyk P., Hawryło P., Zięba-Kulawik K., Kuzera J., Turowska A., Bura M., Wietrzyk P., Kołodziejczyk J., Fałowska P., Węgrzyn M.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2018

|

vol. 30

27--41

PL

Zespół boru chrobotkowego (Cladonio-Pinetum) jest zbiorowiskiem wykształcającym się na suchych i ubogich w biogeny obszarach piaszczystych. Najlepiej zachowane płaty tego zbiorowiska roślinnego w Europie występują w Polsce północnej, w tym na terenie Parku Narodowego "Bory Tucholskie" (PNBT). Celem badań było określenie struktury przestrzennej wybranych drzewostanów sosnowych PNBT, w których zainicjowany został program ochronny czynnej borów chrobotkowych. Obszar badań obejmował część dwóch oddziałów leśnych PNBT z wydzieleniami: 18c, 19d, 19g, 19h, 19i, 19j i 19k. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem lotniczego (ALS) i naziemnego (TLS) skanowania laserowego (LiDAR). Dzięki zastosowaniu technologii LiDAR możliwe było wykonanie bardzo precyzyjnego opisu struktury drzewostanów w przestrzeni 2D i 3D. W wyniku przeprowadzonych analiz określono szereg cech taksacyjnych i parametrów drzewostanów, takich jak: liczba i zagęszczenie drzew w drzewostanie, średnia odległość pomiędzy drzewami żywymi, liczba drzew martwych, pierśnicowe pole przekroju drzew żywych, zwarcie poziome koron, wskaźnik penetracji koron, wysokość górna drzew w wydzieleniu, wysokość podstawy korony drzewa, długość korony drzewa, objętość warstwy koron, powierzchnia 2D i 3D koron drzew, średni promień korony, współczynnik morfometryczny koron oraz zasięg pionowy martwych gałęzi. Opracowano także mapę występowania luk w wydzieleniach o powierzchni większej niż 2 m2. Badania rozpoczęte w 2017 roku są kontynuowane w 2018 roku z wykorzystaniem skanowania z platformy BSP (UAS) oraz TLS, które posłużą precyzyjnej ocenie zmian struktury przestrzennej drzewostanów, w których przeprowadzono cięcia prześwietleniowe.

EN

Forest lichen communities develop on dry and poor in biogens sandy areas. The center of occurrence of this plant community in Europe coincides with Natura 2000 sites located in Poland, including the Bory Tucholskie National Park (BT NP). The aim of the study was to determine the spatial structure of selected Scots pine stands of BT NP, where a program of active protection of lichen communities was initiated. The research area included two forest compartments: 18 and 19. The analysis was performed in the following sub-compartments: 18c, 19d, 19g, 19h, 19i, 19j and 19 k. The research was carried out using airborne (ALS) and terrestrial (TLS) laser scanning (LiDAR). Thanks to the use of LiDAR technology, it was possible to make a very precise description of the structure of stands in 2D and 3D space. As a result of the conducted study, a number of stand parameters have been defined, such as: number of trees, tree density in the stand, number of live trees, average distance between living trees, number of dead trees, basal area, horizontal cover of tree crowns, crown penetration ratio, average height of trees, height of the crown base, tree crown length, crown layer volume, 2D and 3D crown surface, average crown radius, canopy relief ration and vertical range of dead branches. A map of crown gaps with an area of more than 2 m2 was also developed. Research activities with the use of laser scanning technology is continued in 2018 (repeated ALS and TLS scanning). The conducted research will allow to determine the influence of the stand structure on factors influencing the occurrence of lichens, including: shaping of microclimatic conditions.

9

From a point cloud to a 3D model – an exercise for users of AutoCAD and revit

Kotarska-Lewandowska B.

Journal Biuletyn of Polish Society for Geometry and Engineering Graphics

|

2017

|

Vol. 30

17--21

EN

At the Faculty of Civil and Environmental Engineering students learn about various methods of presenting spatial forms - from descriptive geometry to 3D modelling. Both educational and commercial 3D software are continually refined and enriched with everimproving options, this applies also to commonly used Autodesk products such as AutoCAD or Revit. One of these novelties supporting building information modelling is the option to work on point clouds that support the design process by providing the actual context. After attaching a point cloud to a model, it can be used as a drawing aid, viewed in a different mode, etc. Considering the fact that the above-mentioned programs are already used by students in early semesters and that they are a basic tool in the office, it is worth using a new tool in a 3D CAD course. The article presents a basic exercise that may prove to be an interesting alternative to a modelling course as it is used to practice basic skills such as rotation, change of reference, etc. In addition, students gain proficiency in transferring data between a few required programs. This task seems to favour the integration of functional skills into several programs but at a fundamental level and can be a great topic for group projects. The task described in this article required the preparation of a point cloud that was obtained using a Leica P30 laser scanner and then pre-processed in Cyclone software.

PL

Obecnie można zaobserwować wpływ nowych technologii na zmieniający się warsztat inżyniera projektanta w zakresie wytwarzania dokumentacji technicznej. Rozwój technologii BIM służących do wszechstronnego digitalizowania informacji o obiekcie oraz równolegle skaningu laserowego powoduje, że wieloaspektowe działania w gospodarce budowlanej przenoszą się do środowiska cyfrowego. W wielu krajach, w tym w Polsce potrzebne staje się dostosowanie norm i certyfikatów dotyczących dokumentacji budowlanych, ale kierunek transformacji jest już znany i wraz z nim następuje dostosowanie środowiska edukacyjnego. W sektorze budownictwa intensywny rozwój można zauważyć w dziedzinie inżynierii odwrotnej czyli wprowadzenia obiektów rzeczywistych do przestrzeni wirtualnej w celu dalszego przetwarzania. Zadanie to może być realizowane za pomocą urządzeń do mierzenia zdalnego, np. za pomocą skanerów laserowych, których zaletą jest zbieranie dużej liczby różnorodnych informacji o wysokiej jakości w bardzo krótkim czasie. Ponieważ technologie skaningu są coraz szerzej wykorzystywane do prac diagnostyczno-inwentaryzacyjnych, dlatego też w praktyce inżynierskiej pojawiać się będzie coraz częściej konieczność działania w chmurach punktów. W referacie przedstawiono propozycję tematu ćwiczenia dla studentów kierunków budowlanych w ramach zajęć dotyczących modelowania 3D. Zadanie polega na utworzeniu modelu trójwymiarowego na podstawie pomiaru uzyskanego skanerem laserowym Leica P30. Ze względu na maksymalną liczbę punktów w chmurze w prezentowanych programach pliki wyjściowe muszą być odpowiednio wyczyszczone i zmniejszone. Artykuł przedstawia zastosowanie wybranych narzędzi do tworzenia geometrii pod kątem przygotowywanego ćwiczenia w popularnych programach AutoCAD i Revit.

10

A Comparison of Accuracy between Point Clouds from Convergent Images and Spherical Panoramas

Szlapińska S., Tokarczyk R.

Geomatics and Environmental Engineering

|

2017

|

Vol. 11, no. 2

63--72

PL

W pracy przedstawiono wyniki analizy porównawczej chmur punktów opracowanych na podstawie zdjęć zbieżnych oraz panoram sferycznych powstałych ze zdjęć wykonywanych z tego samego środka rzutów. Porównywano wyniki opracowania dla sieci zdjęć zbieżnych i sieci panoram pod względem dokładności, gęstości chmury i ekonomiczności pomiaru. Prace badawcze prowadzono na polu testowym założonym w dużym wnętrzu budynku. Zdjęcia zbieżne oraz panoramy wykonano lustrzanką Canon EOS 5D. Do wykonania panoram użyto głowicy GIGA PAN Epic Pro. Do obliczeń i utworzenia modeli zastosowano program Agisoft PhotoScan, ponieważ ma on funkcję automatycznej orientacji oraz dopasowania obrazów w przypadku panoram sferycznych. Porównanie dokładności chmur punktów, z których odczytywano współrzędne punktów kontrolnych, wykazało, że dokładność modelu utworzonego ze zdjęć zbieżnych wynosi 19 mm, a dokładność modelu z panoram – 73 mm. Ponieważ gorszy wynik dokładności chmury z panoram może być spowodowany jej znacznie mniejszą gęstością, sprawdzono również wpływ dokładności ich wykonania przez analityczne wyznaczenie współrzędnych punktów kontrolnych na etapie orientacji zdjęć i panoram. Przeprowadzona analiza potwierdziła, że model ze zdjęć zbieżnych cechuje się wyższą dokładnością (20 mm) niż model z panoram (36 mm).

EN

The work includes the results of a comparison of point clouds made on the basis of convergent images and spherical panoramas from the photos taken in the same center of projection. The results were compared for the group of convergent photos and panoramas in relation to accuracy, cloud density and measurement economics. The research was carried out on the testfield inside a large building. The convergent photos and panoramas were taken using the Canon EOS 5D camera. The robotic camera mount GIGA PAN Epic Pro was used to make panoramas. For calculations and building models the Agisoft PhotoScan application was selected, as it has a function of automatic orientation and adjusting photos. The comparison of point cloud accuracy, from which the control point coordinates were taken, has shown that the accuracy of the model made from the photos was 19 mm, and the accuracy of panorama model was 73 mm. As the worse result of panorama cloud accuracy may be caused by much lower density, the effect on their accuracy was also checked by making an analytical determination of control point coordinates at the stage of photo and panorama orientation. The analysis has proven that the model made of convergent photos is more accurate (20 mm) than the model made of panoramas (36 mm).

11

Parallel RANSAC for point cloud registration

Koguciuk D.

Foundations of Computing and Decision Sciences

|

2017

|

Vol. 42, No. 3

204--217

EN

In this paper, a project and implementation of the parallel RANSAC algorithm in CUDA architecture for point cloud registration are presented. At the beginning, a serial state of the art method with several heuristic improvements from the literature compared to basic RANSAC is introduced. Subsequently, its algorithmic parallelization and CUDA implementation details are discussed. The comparative test has proven a significant program execution acceleration. The result is finding of the local coordinate system of the object in the scene in the near real-time conditions. The source code is shared on the Internet as a part of the Heuros system.

12

Comparison of the laser scanning solutions for the unmanned aerial vehicles

Ostrowski W., Górski K., Pilarska M., Salach A., Bakuła K.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2017

|

Vol. 29

101--123

EN

This article provides description of new achievements in Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) in the field of photogrammetry and remote sensing related to laser scanning technology. Platforms equipped with laser scanners are becoming a growing trend in UAV mapping. Two perspectives of development, which use laser sensors, as payload are described in this paper. The first solution is related to application of advanced LiDAR sensor, which collects data with simulated Beyond Visual Line Of Sight UAV (BVLOS UAV) platform from high altitude. The second development was less expensive UAV laser scanning system that acquires data from low-altitude Visual Line Of Sight (VLOS) platform. Additionally, state-of-art of LiDAR sensors, which can be mounted on UAVs, is presented, including categorization of ultralight laser scanners, legal restriction related to operating UAVs equipped with LiDAR system. In the experiment described in the article two datasets are introduced, one collected with Riegl VUX-1 UAV mounted on the first platform and the second with YellowScan Mapper that is a part of second UAV system. Captured datasets are evaluated concerning point density, spatial resolution, vegetation penetration and noise of laser beam assessment. The comparison indicates the differences between the platforms, what determines fields of their application. Therefore, conclusion related to the presented perspectives of development of UAV laser scanning can be drawn and possible future applications of both platforms are discussed.

PL

Artykuł zawiera opis koncepcji rozwoju bezzałogowych statków latających (UAV) w dziedzinie fotogrametrii i teledetekcji związanych z technologią skanowania laserowego. Platformy wyposażone w skanery laserowe stają się coraz bardziej zauważalnym trendem w wykorzystaniu UAV w geodezji i kartografii. W niniejszym artykule opisano dwie perspektywy rozwoju tej branży, które wykorzystują sensory laserowe. Pierwsze rozwiązanie jest związane z zastosowaniem zaawansowanego skanera, który zbiera dane z symulowanej w doświadczeniu platformy poza zasięgiem wzroku (BVLOS UAV) z dużej wysokości. Drugą koncepcją rozwoju rynku jest pokazanie przykładu systemu skanowania laserowego UAV, który pozyskiwał dane z platformy w zasięgu wzroku (VLOS) na małej wysokości. Ponadto w artykule przedstawiono najnowocześniejsze skanery LiDAR, które mogą być montowane na UAV, w tym kategoryzację ultralekkich skanerów laserowych oraz prawne ograniczenia związane z eksploatacją UAV wyposażonych w system LiDAR. W opisanym eksperymencie w artykule analizowano dwa zestawy danych: jeden zebrano za pomocą UAV Riegl VUX-1 zamontowanego na platformie w postaci załogowego płatowca i drugiego za pomocą YellowScan Mappera, który jest częścią systemu UAV z platformą wielowirnikową. Przechwycone zestawy danych są oceniane pod względem gęstości punktów, rozdzielczości przestrzennej, możliwości penetracji roślinności i obserwowanego szumu wiązki laserowej. Porównanie wskazuje różnice między platformami, a tym samym koncepcjami i ich możliwymi zastosowaniami w perspektywie rozwoju skanowania laserowego UAV.

13

Wybrane zagadnienia modelowania danych w postaci chmury punktów na przykładzie nadwozia samochodu Mikrus MR-300

Miechowicz S., Płocica M.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 2

114--117

PL

Omówiono wybrane zagadnienia i problemy związane z modelowaniem powierzchni swobodnych na podstawie chmury punktów uzyskanej ze skanowania przestrzennego. Wskazano, jakie warunki powinny spełniać dane wejściowe, aby uzyskać pożądany efekt.

EN

The article discusses some problems associated with modeling of the free access surfaces with reference to the point clouds obtained by 3D scanning. Pointed out are the conditions to be met by the input data to achieve the desired result.

14

Web-based 3D processing and dissemination of multibeam sonar data

Kulawiak M.

Hydroacoustics

|

2016

|

Vol. 19

259--264

EN

The continuous detailed surveys of the various water bodies, over time, produce a large and ever-increasing volume and density of underwater sounding data. Threedimensional data, such as that obtained by multibeam sonar systems, are quite complex to manage; and thus, their growing numbers increase the pressure on the development of new solutions dedicated to processing them. This paper presents a concept system for a web-based dissemination of multibeam data in a geographic context. In order to maintain an easily accessible user interface, processing and distribution of such datasets in the web environment requires the data to be converted into a file format which is fit for processing via a web browser. Because of this, the presented system uses the emerging 3D Tiles open standard for serving multibeam point clouds alongside reconstructed three-dimensional models of shipwrecks, to remote users in a web environment, by means of Cesium, an open source WebGIS library for 3D visualization of geospatial data.

15

Determination of the number of trees in the Bory Tucholskie National Park using crown delineation of the canopy height models derived from aerial photos matching and airborne laser scanning data

Wężyk P., Hawryło P., Szostak M.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2016

|

Vol. 28

137--156

EN

In recent years the term "precise forestry" has been used more and more often, referring to a modern and sustainable model of forest management. Functioning of such management of wood biomass resources is based, among others, on precisely defined and log-term monitored selected forest taxation parameters of single trees and whole forest stands based on modern geoinformation technologies, including Airborne Laser Scanning (ALS) and digital photogrammetry. The purpose of the work was the analysis of the usefulness of the CHM (Canopy Height Model) generated from the image-based point cloud or ALS technology to define the number of trees using the method of the segmentation of single Scots pine (Pinus sylvestris L.) crowns. The study was carried out in the Scots pine stands located in the Bory Tucholskie National Park (Poland). Due to the intentional lack of certain silviculture treatments, over the recent decades, these forest stands have been characterized by relatively high tree density, compared to managed forests. The CHM was generated from digital airborne photos (CIR composition; GSD 0.15 m) and on the other hand - from the ALS point clouds (4 points/m2 ; ISOK project). To generate point clouds from airborne photos using stereomatching method, the PhotoScan Professional (Agisoft) software was applied. The CHM coming from the Image-Based Point Cloud (CHM_IPC; GSD: 0.30 m) and ALS data (CHM_ALS; GSD: 0.75 m) were generated using FUSION (USDA Forest Service) software. The segmentation of tree crowns was carried out in eCognition Developer (TRIMBLE GeoSpatial) software. Apart from height models, also spectral information was used (so-called true CIR orthophotomaps; GSD: 0.3 and 0.75 m). To assess the accuracy of the obtained results, the ground truth data from 248 reference areas were used. The carried out analyses showed that in forest stands of younger age classes (< 120 years) better results were achieved applying the method of image matching (CHM_IPC), while in the case of older stands (> 120 years) the accuracy of the detection rate of tree crowns was the highest when CHM_ALS model was applied. The mean percentage error (defined by the number of trees, based on the detection of single pine crowns), calculated based on 248 ground truth areas was 0.89%, which shows a great potential of digital photogrammetry (IPC) and GEOBIA. In case of almost full nationwide cover in Poland of airborne digital images (present IPC models) and ALS point clouds (DTM and DSM), at almost 71% forest stands in the Polish State Forests National Forest Holding (PGL LP), one can assume wide application of geodata (available free of charge) in precise modelling of selected tree stand parameters all over Poland.

PL

W ostatnich latach coraz częściej w odniesieniu do nowoczesnej i zrównoważonej gospodarki leśnej używa się terminu "precyzyjne leśnictwo". Funkcjonowanie takiego modelu zarządzania zasobami biomasy drzewnej opiera się m.in. na dokładnie określonych i monitorowanych cyklicznie wybranych parametrach taksacyjnych drzewostanów i pojedynczych drzew w oparciu o nowoczesne technologie geoinformacyjne, w tym lotnicze skanowanie laserowe (ang. ALS) oraz fotogrametrię cyfrową. Celem pracy była analiza przydatności Modelu Koron Drzew (ang. CHM) generowanego z chmur punktów pochodzących z automatycznego dopasowania cyfrowych zdjęć lotniczych (ang. Image-Based Point Cloud) lub z technologii ALS w celu określania liczby drzew metodą segmentacji pojedynczych koron sosen. Badania realizowano w drzewostanach sosnowych (Pinus sylvestis L.) na obszarze Parku Narodowego "Bory Tucholskie". Drzewostany te poprzez celowe zaniechanie w ostatnich dekadach pewnych zabiegów hodowlanych charakteryzowały się stosunkowo dużym zagęszczeniem drzew w porównaniu do drzewostanów gospodarczych. Model Koron Drzew wygenerowano w jednym wariancie ze zdjęć lotniczych CIR (GSD 0.15 m) a w drugim z chmur punktów ALS (4 pkt/m2 ; CODGiK ISOK). Do generowania chmur punktów ze zdjęć lotniczych metodą dopasowania zastosowano oprogramowanie Photoscan Professional (Agisoft). Modele Koron Drzew pochodzące z dopasowania zdjęć lotniczych (CHM_IPC; GSD: 0.30 m) oraz z danych ALS (CHM_ALS; GSD: 0.75 m) zostały wygenerowane w oprogramowania FUSION (USDA Forest Service). Segmentację koron prowadzono w oprogramowaniu eCognition Developer. Oprócz modeli wysokościowych wykorzystano także informację spektralną (tzw. prawdziwe ortofotomapy CIR; GSD: 0.3 i 0.75 m). Do oceny dokładności otrzymanych wyników wykorzystano dane pochodzące z 248 powierzchni referencyjnych. Przeprowadzona analiza wykazała, że w drzewostanach młodszych klas wieku (< 120 lat), lepsze wyniki można osiągnąć stosując metody dopasowania zdjęć (CHM_IPC) natomiast w drzewostanach starszych (> 120 lat) dokładność wykrywania koron drzew jest najwyższa przy stosowaniu wariantu CHM_ALS. Średni błąd procentowy określania liczby drzew w oparciu o detekcję pojedynczych koron sosen obliczony na podstawie 248 powierzchni referencyjnych wyniósł 0.89% co świadczy o ogromnym potencjale fotogrametrii cyfrowej (metod dopasowania zdjęć) oraz analizy obrazu (OBIA; Object-Based Image Analysis). W aspekcie niemal całkowitego pokrycia kraju danymi ALS oraz blisko 70% udziału drzewostanów sosnowych w Lasach Państwowych można założyć szerokie wykorzystanie tych nieodpłatnie dostępnych geodanych w celu zbudowania modelu precyzyjnego leśnictwa dla obszaru całego kraju.

16

3D scanning of the painting for the purpose of performing a measurement of deformations of the wooden panel painting support

Lewandowski M., Kubik H., Gębarski K.

Advanced Technologies in Mechanics

|

2016

|

Vol. 3, no. 2 (7)

26--33

EN

The person ordering the research was Mr. Andrzej Cichy of the Faculty of Wood Technology at the Warsaw University of Life Sciences. The painting was made available from his private collection. The aim of the research conducted by SMARTTECH was to study the impact of changes in humidity on the deformation of a wooden panel painting support.

17

Restitution of 3D scenery with coherent and structured light scanner technologies

Gomółka Z., Żesławska E., Twaróg B., Bolanowski M.

Measurement Automation Monitoring

|

2015

|

Vol. 61, No. 9

430--433

EN

In the paper, there is presented the comparison of the quality of three-dimensional object measurement by scanning devices using a coherent light beam and a structured light field. Several selected issues from the fringe pattern analysis, as well as the characteristics of terrestrial laser scanning are also presented. The comparative analysis was performed to scan a crankshaft in order to assess the measurement accuracy of both scanners. By applying the appropriate software for the resulting point clouds we created a three-dimensional model of the crankshaft and made adequate comparative measures.

18

Possibility of convergence measurement of gates in coal mining using terrestrial 3D laser scanner

Kukutsch R., Kajzar V., Konicek P., Waclawik P.

Journal of Sustainable Mining

|

2015

|

Vol. 14, iss. 1

30--37

EN

The application of laser scanning technology has increased recently in many different branches. The presented paper deals with an application of this technology in the mining environment. To verify the spatial changes (movements and deformations) of mining works this technology was deployed in situ at the selected mining workplace in the Czech part of the Upper Silesian Coal Basin. The main purpose of 3D laser scanning at Lazy Mine was to monitor the deformation of the roadway before approaching the longwall face on the selected tailgate. From the results of performed 3D scanning used it was possible to accurately define and quantify the floor lift area in front of the approaching coalface, observe measurable tilt of middle wooden props, capture documentable changes in floor dinting during the period between campaigns and monitor the deformation of steel arch support, confirming the influence of additional stress away from the goaf of previous longwall.

19

Gęstość chmury punktów pochodzącej z mobilnego skanowania laserowego

Warchoł A.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2015

|

Vol. 27

149--161

PL

Dzięki intensywnemu rozwojowi technologia LiDAR (Light Detection And Ranging) jest w ostatnim czasie co raz bardziej popularną metodą pozyskiwania informacji przestrzennej. Rejestrowanie przestrzeni za pomocą skanerów laserowych zamontowanych na mobilnej platformie łączy w sobie szybkość pozyskiwania gęstej chmury punktów z dokładnościami centymetrowymi. Jest to więc bardzo skuteczne rozwiązanie do pozyskiwania informacji o obiektach wydłużonych (liniowych), a także ich otoczeniu. Wynikowa chmura punktów, aby mogła być wykorzystywana do poszczególnych zastosowań, musi spełniać określone parametry, zarówno dokładnościowe jak i jakościowe. Zwykle zamawiający określa wartości parametrów, które w projekcie należy uzyskać. O ile w kwestii parametrów dokładnościowych nie pojawiają się rozbieżności co do metodyki, o tyle w przypadku gęstości chmury punktów sytuacja nie jest jednoznaczna. Ze względu na specyfikę danych MLS (Mobile Laser Scanning), nie można tu zastosować bezpośrednio rozwiązań z ALS (Airborne Laser Scanning). Podawanie również gęstości chmury punktów jako ilorazu liczby punktów przez „płaskie” pole powierzchni powstające z rzutu granicy projektu na płaszczyznę, powoduje mylne wrażenie o gęstości chmury punktów na zeskanowanych obiektach. A właśnie gęstość chmury punktów na obiektach jest kluczowym kryterium w kwestii jej przydatności do dalszego przetwarzania i wykorzystania (np. możliwość rozpoznania obiektów na chmurze). W niniejszym artykule, na trzech polach testowych, zbadano trzy różne metody obliczania gęstości zbioru danych LiDAR dzieląc liczbę punktów: najpierw przez „płaskie” pole powierzchni, następnie przez „trójwymiarowe”, a kończąc na metodzie voxelowej. Najbardziej wiarygodną wydaje się być metoda voxelowa, która oprócz samych lokalnych wartości gęstości, przedstawia ich przestrzenny rozkład.

EN

The LiDAR (Light Detection And Ranging) technology is becoming a more and more popular method to collect spatial information. The acquisition of 3D data by means of one or several laser scanners mounted on a mobile platform (car) could quickly provide large volumes of dense data with centimeter-level accuracy. This is, therefore, the ideal solution to obtain information about objects with elongated shapes (corridors), and their surroundings. Point clouds used by specific applications must fulfill certain quality criteria, such as quantitative and qualitative indicators (i.e. precision, accuracy, density, completeness).Usually, the client fixes some parameter values that must be achieved. In terms of the precision, this parameter is well described, whereas in the case of density point clouds the discussion is still open. Due to the specificities of the MLS (Mobile Laser Scanning), the solution from ALS (Airborne Laser Scanning) cannot be directly applied. Hence, the density of the final point clouds, calculated as the number of points divided by "flat" surface area, is inappropriate. We present in this article three different ways of determining and interpreting point cloud density on three different test fields. The first method divides the number of points by the "flat" area, the second by the "three-dimensional" area, and the last one refers to a voxel approach. The most reliable method seems to be the voxel method, which in addition to the local density values also presents their spatial distribution.

20

A System for Reconstruction of Solid Models from Large Point Clouds

Hussein A. S.

Machine Graphics and Vision

|

2009

|

Vol. 18, No. 3

321-344

EN

This paper presents an integrated system for reconstructing solid models capable of handling large-scale point clouds. The present system is based on new approaches to implicit surface fitting and polygonization. The surface fitting approach uses the Partition of Unity (POU) method associated with the Radial Basis Functions (RBFs) on a distributed computing environment to facilitate and speed up the surface fitting process from large-scale point clouds without any data reduction to preserve all of the surface details. Moreover, the implicit surface polygonization approach uses an innovative Adaptive Mesh Refinement (AMR) based method to adapt the polygonization process to geometric details of the surface. This method steers the volume sampling via a series of predefined optimization criteria. Then, the reconstructed surface is extracted from the adaptively sampled volume. The experimental results have demonstrated accurate reconstruction with scalable performance. In addition, the proposed system reaches more than 80% savings in the total reconstruction time for large datasets of Ο (10⁷) points.