CZ2014489A3

CZ2014489A3 - Způsob měření, zpracování a využívání dat digitálního modelu terénu pro objektivní hodnocení geometrických parametrů měřených objektů a měřící zařízení pro provádění uvedeného způsobu

Info

Publication number: CZ2014489A3
Application number: CZ2014-489A
Authority: CZ
Inventors: Marek Přikryl; Lukáš Kutil; Vítězslav Obr
Original assignee: R.O.G. S.R.O.
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2015-10-14
Also published as: US10191183B2; CA2953205C; EP3169972A1; US20170205534A1; WO2016008459A1; PL3169972T3; CA2953205A1; CZ305470B6; EP3169972B1

Abstract

Způsobem měření, zpracování a využívání dat DMT se získají digitální modely terénu s garantovanou stejnou výškovou přesností vzhledem k výškovému souřadnicovému systému v libovolném místě měřeného objektu, přičemž měření se provádí v n po sobě následujících cyklech pomocí přístrojů měřícího zařízení, které jsou v době měření v klidu a které se mezi jednotlivými cykly měření přemisťují jako celek za sebou; přičemž n cyklů tvoří jednu etapu měření; kde n je počet cyklů měření. Při každém cyklu měření se měří poloha přijímače (221) GNSS, čímž se zároveň určí pozice laserového skeneru (210), dále se zaměří poloha alespoň jednoho stabilizovaného nebo nestabilizovaného identického bodu (252) pomocí přístroje (222) GNSS; dále se při tomto cyklu zaměří výšky pomocí cílových zařízení (232) výškového pořadu těchto alespoň dvou stabilizovaných i nestabilizovaných identických bodů přístrojem (231) pro záměru výšky vždy jako alespoň jednu záměru vzad a alespoň jednu záměru vpřed. Po ukončení měření respektive v průběhu měření se data o poloze přijímače (221) GNSS, data o pozici laserového skeneru (210) a data o poloze a výšce stabilizovaných či nestabilizovaných identických bodů (252) ukládají. Ve stejném čase každého cyklu se zároveň provádí podrobné měření povrchu laserovým skenerem (210), čímž se získá tzv. mračno bodů; a pomocí pozemního dopravního prostředku (291) pro záměru vpřed se postupně zaměří alespoň jeden identický bod (252) vztahující se k danému cyklu. V dalším cyklu, se současně přemístí celé měřící zařízení v řadě, střední prostředek (290) na nové místo sběru podrobných bodů, koncový prostředek (292) na novou záměru vzad na stabilizovaný identický bod (252) a přední prostředek (291) na novou záměru vpřed, kdy se provede stabilizace identického bodu (252) a následně na ostatní identické body. V každém cyklu se naměří mračna bodů povrchu měřeného objektu v souřadnicovém systému laserového skeneru (210), takto získaná data se ukládají pro další zpracování do počítače (240) na sběr dat. Po ukončení jedné etapy měření následuje vyhodnocení prostorových souřadnic podrobných bodů z laserového skeneru (210) za pomoci prostorových souřadnic pozice laserového skeneru (210) a pozice identických bodů (252) a následuje transformace do globálního souřadnicového systému, čímž se získá konečná poloha a orientace a přibližná výška a náklon mračna bodů jednotlivé skenpozice laserového skeneru (210) a následuje zpřesnění dat pomocí měřených stabilizovaných i nestabilizovaných identických bodů (252) výškově a náklonem transformovaných, pro dosažení vyšší výškové přesnosti, výstupních dat. Získaná a zpřesněná data se zpracují do digitálního modelu průběhu skutečné topografické plochy měřeného objektu na základě naměřených dat, přičemž digitální model představuje body na povrchu měřeného objektu s garantovanou výškovou přesností povrchu v daném čase měření jedné etapy.

Description

Způsob měření, zpracování a využívání dat digitálního modelu terénu pro objektivní hodnocení geometrických parametrů měřených objektů a měřící zařízení pro provádění uvedeného způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu měření, zpracování a využívání dat digitálního modelu terénu pro objektivní hodnocení geometrických parametru měřených objektů, způsobu zpracování naměřených dat a využití výstupů pro hodnocení a porovnání měřených objektů např. povrchů silnic, letištních ploch, halových podlah a jiných zpevněných povrchů, nebo s možností uplatnění jako navigace frézy při realizaci oprav těchto povrchů, jako navigace pro kontrolu geometrických parametrů, jako nástroj k objektivnímu určení objemu materiálu např. pro výkaz výměr a pro systém hodnocení staveb a jejich zhotovitelů. Předmětem vynálezu je dále měřící zařízení pro provádění uvedeného způsobu. Vynález je použitelný ve fázi plánování, realizace a kontroly výstavby a opravy povrchů.

Dosavadní stav techniky

Původcům není známo, že by bylo prováděno získávání digitálního modelu terénu (dále jen DMT) podle vynálezu pro objekty staveb a rekonstrukcí silnic, letištních ploch, halových podlah a jiných zpevněných povrchů s garantovanou stejnou výškovou přesností povrchu charakterizovanou výškovou směrodatnou odchylkou od do Šmm vzhledem k výškovému souřadnicovému systému a s hustotou bodů od 25|bedtt/m1 do 2000bodů/m²nebo vyšší v libovolném místě měřeného objektu pro objektivní určování geometrických parametrů s možností uplatnění jako kvalitativního ukazatele pro systém hodnocení, porovnání staveb a žebříček kvality práce zhotovitelů staveb anebo navigace pro realizaci oprav nebo navigace pro kontrolu kvality.

Obecně se pro určování geometrických parametrů nejčastěji používá kontaktních měřících přístrojů, kdy operátor měření zajišťuje přímý kontakt měřicího přístroje s měřeným objektem. Nejčastěji se jedná o tachymetrické měření totálními stanicemi nebo měření přijímači globálního družicového polohového systému (dále jen GNSS - zkratka pro Global Navigation Satellite Systém GNSS). Při zaměřování terénu těmito přístroji je volen rastr bodů např. po 20^430hi nebo bo(iy v řezech po ^jzlofn, a nedosahuje hustoty digitálního modelu terénu 2^rodů/m4 -ÚŽOOObodů/m² nebo vyšší. Jedná se o selektivní metody, které jsou subjektivně závislé na operátorovi měření, má nedostatečnou hustotu měřených bodů pro podrobné vystižení objektu měření a přesnost měření na nezpevněném terénu může ovlivnit zabodávání hrotu výtyčky (spodní konec výtyčky) do povrchu měřeného objektu. Měření nelze vzhledem selektivnímu výběru bodů ověřit po zakrytí konstrukční vrstvy. Tyto metody neeliminují vliv chyb operátora měření a jsou tedy subjektivní.

Výšky lze také určovat v kombinaci s výše uvedenými kontaktními měřicími přístroji metodou přesné nebo velmi přesné nivelace za použití přesných nivelačních přístrojů. Tyto metody vykazují vysokou přesnost určování výšek (ÍOrrwf resp. lmm). Použití metody přesné « I * < « · * * a velmi přesné nivelace v kombinaci s měřením totálními stanicemi nebo měřením přijímači GNSS je časově náročné, vyžaduje stabilizaci měření podrobných bodů, které se měří ve dvou etapách (jednou poloha, podruhé výška), využitelnost je pouze na zpevněném terénu při zajištění omezení rušivých vlivů (např. zajištění dopravního omezení záborem pokud je silnice v provozu).

V současné době se tyto kontaktní metody nahrazují bezkontaktními metodami, spočívající v nepřímém kontaktu měřicího přístroje s měřeným objektem. Do této skupiny nejčastěji patří technologie laserového skenování. Laserový skener je aktivní senzor, který vysílá laserové paprsky. Při měření je skener na jednom místě v klidu, nebo kdy skener je při měření v pohybu. Tyto metody jsou bezkontaktní, mají vysokou hustotu měřených bodů a jde o neselektivní metodu měření (podrobné měřené body nejsou vybírány operátorem měření).

Při měření v pohybu jsou měřená data vztažená k poloze trajektorie měření a k náklonům měřícího systému. Poloha trajektorie měření je určena z přijímače GNSS a zpřesněna inerciální jednotkou. Inerciální jednotka s odometrem také zaznamenává náklon a stočení měřícího systému. Metoda je rychlá, ale nedosahuje výškové směrodatné odchylky od 2|rw| do Smm vzhledem k výškovému souřadnicovému systému v libovolném místě měřeného objektu. Měření nemá stejnou přesnost výstupu v každém místě měřeného objektu. Tedy při opakování měření nedojdeme ke stejnému výsledku.

Při měření v klidu probíhá sběr dat z tzv. skenpozice, tedy měřená data jsou vztažená k poloze, orientaci a náklonu skeneru. Poloha, orientace a náklon skeneru (souhrnně registrace skenpozice) se určuje buď přímou metodou^nebo jednou ze tří nepřímých metod: registrace pomocí identických bodů, registrace pomocí korelace mračen, registrace pomocí podobnosti geometrických tvarů.

Obě metody registrace skenpozice vyžadují přímou nebo nepřímou kombinaci s jinými geodetickými metodami jako je měření GNSS, tachymetrické měření totální stanicí, měření nivelací, laserové skenování, měření kompasem, sklonoměrem a podobně. Postup je zdlouhavý a pro garanci stejné přesnosti výstupu vzhledem k výškovému souřadnicovému systému v každém místě měřeného objektu je potřeba používat správné kombinace metod. Kombinování metod je ale časově náročné a probíhají v jiných časech vzhledem k rozdílné rychlosti metod měření a tím tedy často v odlišných atmosférických podmínkách. Při zpřesňování, použitím kontaktní metody, je nutný přímý výskyt operátora měření na silnici. Tím jsou, při měření na zprovozněné silnici, nutné bezpečnostní opatření záborem. To je také velmi organizačně a časově náročné. Původcům není známo, že by metoda statického laserového skenování byla používána pro tvorbu DMT podle vynálezu.

Z dokumentu GB 2 434 269 je známé laserové měřicí zařízení pro mapování. Toto měřfcí zařízení je koncipované jako mobilní, tedy obsahuje jeden nebo dva laserové skenery a zařízení pro určení polohy a orientace dopravního prostředku za jízdy. Přesnost polohy je dána použitými technikami určení polohy a orientace jako je diferenciální GPS, inerciální měřící jednotka, gyroskopy a akcelerometry. Při použití těchto metod určení polohy a orientace lze dle dokumentu stanovit nejistotu měření pod 1 metr na pouhých 10 cm. Není známo, že by popsaným zařízením bylo prováděno získávání absolutních podrobných

digitálních modelů objektů staveb a rekonstrukcí silnic s garantovanou stejnou výškovou přesností povrchu charakterizovanou výškovou směrodatnou odchylkou od do 5mm vzhledem k výškovému souřadnicovému systému v libovolném místě měřeného objektu pro objektivní určování geometrických parametrů s možností uplatnění jako kvalitativního ukazatele pro systém hodnocení, porovnání staveb silnic a žebříček kvality práce zhotovitelů staveb anebo s možností uplatnění jako navigace frézy při realizaci oprav silnic a s možností navigace pro kontrolu geometrických parametrů (tedy DMT podle vynálezu).

V současné době se pro frézování při realizaci oprav silnic využívá systém automatického řízení výšky a příčného sklonu frézovacího válce. Frézování se systémem dálkového řízení frézy má velmi vysokou přesnost a je řízeno na základě vytvořeného digitálního modelu projektu, trojrozměrné projektové dokumentace řídícím počítačem ovládáním frézovacího válce, kdy přes hydrauliku stroje počítač neustále automaticky navádí a udržuje frézovací válec v požadované výšce a příčném spádu. Řídící počítač zpracovává měřená data z totální stanice, která je umístěná v souřadnicovém systému stavby a nepřetržitě sleduje odrazný hranol, který je na stožáru umístěný nad frézovacím válcem a řídící počítač porovnává naměřené hodnoty pozice frézovacího válce s uloženými projektovanými hodnotami v řídícím počítači. Tato metoda je přesná, rychlá s minimem chyb zapříčiněných lidským faktorem, ale také náročná na podmínky stavby a přípravu. Pro tuto metodu je nezbytné vybudovat vytyčovací síť stavby a zajistit v každém místě frézování přímou viditelnost mezi totální stanicí a odrazným hranolem. Tato podmínka je časově náročná pro přípravu a v mnoha situacích nepoužitelná (např. v případech zastínění nebo ztížené přímé viditelnosti mezi totální stanicí a frézou způsobené stromy, stísněným prostorem v intravilánu, členitým terénem nebo na vysokých násypech, na mostech, v případech ohrožení bezpečnosti okolním provozem, apod.). Celková technická náročnost popsaného zařízení automatického řízení výšky a příčného sklonu frézovacího válce však přináší i velmi vysoké finanční náklady na pořízení a rovněž na instalaci takového zařízení, navíc tato technologie musí být po celou dobu provádění stavebních prací na stavebních strojích.

Podstata vynálezu

Účelem předkládaného vynálezu je překonat výše uvedené nedostatky popsaných metod a měřících přístrojů, jejich použití a tvorbu výsledku využitím rychlého, přesného, bezpečného, kompaktnějšího a povrch lépe vystihujícího měřícího zařízení, se kterým lze vytvořit DMT podle vynálezu. Minimalizovat subjektivní vliv měřiče, vliv teploty a tlaku na měřené veličiny např. úhly a délky. Vynález přináší měření ve stejném časovém úseku tj. měření jednoho cyklu bezprostředně v krátkém časovém období, kdy lze předpokládat stejné atmosférické podmínky; dále jen „ve stejném časovém úseku a registrace dat s důrazem na výškovou přesnost povrchu umožňující vytvořit podrobný DMT s garantovanou výškovou přesností povrchu charakterizovanou výškovou směrodatnou odchylkou od do 5mm vzhledem k výškovému souřadnicovému systému v libovolném místě měřeného objektu, a to opakovaně. Za předpokladu dalšího vývoje v přesnosti bezkontaktních měřících zařízení a vytvoření kvalitnějších modelací fyzikálních funkcí atmosféry lze získat dokonce DMT podle vynálezu s vyšší přesností než 2mm.

Při využití přesnějších bezkontaktních měřících zařízení například některé fázové skenery, nebo optické skenery využívající trigonometrický princip měření, nebo jiné specializované

přístroje pro měření topografie ploch, než jsou pulzní laserové skenery a vytvoření kvalitnějších modelací fyzikálních funkcí atmosféry lze získat dokonce DMT podle vynálezu s vyšší přesností než 2mm.

DMT podle vynálezu je základní výstup měření, který je následně použit k objektivním výpočtům, objektivní kontrole měřeného objektu nebo navigaci pro realizaci oprav silnic případně navigaci pro kontrolu kvality. Předkládaný vynález zajistí zcela nové možnosti objektivního hodnocení kvality stavebních prací silničních staveb a jejich zhotovitelů, které do dnešní doby nebyly možné. Základem vynálezu je zajištění objektivní skutečné informace o geometrických parametrech měřených objektů a je na ní založena unikátnost využitelnosti výsledku vynálezu.

První část předkládaného vynálezu se týká způsobu měření, zpracování a využívání dat DMT pro objektivní hodnocení geometrických parametrů měřených objektů povrchů konstrukčních částí např. silnic a jiných povrchů, kterým se získají digitální modely terénu s garantovanou stejnou výškovou přesností vzhledem k výškovému souřadnicovému systému v libovolném místě měřeného objektu, jehož podstata spočívá vtom, že se měření provádí vn po sobě následujících cyklech pomocí přístrojů měřicího zařízení, které jsou v době měření v klidu a které se mezi jednotlivými cykly měření přemisťují jako celek za sebou; přičemž n cyklů tvoří jednu etapu měření a kde n je počet cyklů měření. Při každém cyklu měření se provádí měření polohy přijímače GNSS, čímž se zároveň určí pozice laserového skeneru, dále se zaměří poloha alespoň jednoho stabilizovaného nebo nestabilizovaného identického bodu pomocí přístroje GNSS. Dále se při tomto cyklu zaměří výšky pomocí cílových zařízení výškového pořadu těchto alespoň dvou stabilizovaných i nestabilizovaných identických bodů přístrojem pro záměru výšky vždy jako alespoň jednu záměru vzad a alespoň jednu záměru vpřed. Po ukončení měření respektive v průběhu měření se data o poloze přijímače GNSS, data o pozici laserového skeneru a data o poloze a výšce stabilizovaných či nestabilizovaných identických bodů ukládají. Ve stejném čase každého cyklu se zároveň provádí podrobné měření povrchu laserovým skenerem, čímž se získá tzv. mračno bodů. Pomocí pozemního dopravního prostředku pro záměru vpřed se postupně zaměří alespoň jeden identický bod vztahující se k danému cyklu. V dalším cyklu, se současně přemístí celé měřicí zařízení v řadě, střední dopravní prostředek na nové místo sběru podrobných bodů, koncový dopravní prostředek na novou záměru vzad na stabilizovaný identický bod a přední dopravní prostředek na novou záměru vpřed kdy se provede stabilizace identického bodu a následně na ostatní identické body. V každém cyklu se naměří mračna bodů povrchu měřeného objektu v souřadnicovém systému laserového skeneru a takto získaná data se ukládají pro další zpracování do počítače na sběr dat. Po ukončení jedné etapy měření, tedy n cyklech měření, následuje vyhodnocení prostorových souřadnic podrobných bodů z laserového skeneru za pomoci prostorových souřadnic pozice laserového skeneru a pozice identických bodů a následuje transformace do globálního souřadnicového systému, čímž se získá konečná poloha a orientace a přibližná výška a náklon mračna bodů jednotlivé skenpozice laserového skeneru a následuje zpřesnění dat pomocí měřených stabilizovaných i nestabilizovaných identických bodů výškově a náklonem transformovaných, pro dosažení vyšší výškové přesnosti, výstupních dat. Získaná a zpřesněná data se dále zpracují do digitálního modelu průběhu skutečné topografické plochy měřeného objektu na základě naměřených dat, přičemž digitální model představuje body na povrchu měřeného objektu s garantovanou výškovou přesností povrchu v daném čase měření jedné etapy.

Je výhodné, když stabilizované identické body jsou body výškového pořadu a zároveň společně s nestabilizovanými identickými body se použijí pro výškové zpřesnění podrobných dat z laserového skenování.

Výhodně se při měření klasického připojovacího výškového pořadu stabilizované i nestabilizované identické body připojí na množinu výškových geodetických bodů pro případ, že dojde k poškození některého výškového bodu v čase.

Ve výhodném provedení každá etapa měření začíná a končí cykly měření na shodných výškových geodetických bodech o známých a stabilních nadmořských výškách.

V každém cyklu měření se výhodně před záměrou vpřed provádí stabilizace identického bodu na povrchu měřeného objektu, na který se provede záměra vpřed a v následujícím cyklu se na stejný identický bod provede záměra vzad, přičemž stabilizace se provádí pro jeden identický bod nastřelovacími hřeby nebo jinou vhodnou stabilizací pro daný povrh, identický bod se signalizuje reflexní barvou pro vyhledání při dalším cyklu se záměrou vzad.

Výhodně se před započetím etapy měření obě nivelační latě srovnají, na základě znalosti hodnot délek laťových metrů, čímž se omezí případná chyba zavedením korekce z nesprávné délky laťového metru, což umožní přemisťování přístrojů měřícího zařízení v po sobě jdoucích přestavách jako celku za sebou.

Ve výhodném provedení se měření polohy a výšky laserového skeneru a polohy a výšky identických bodů provádí přijímači GNSS a nivelačním přístrojem nebo geodetickou totální stanicí nebo nivelačním rotačním laserem jako ekvivalentu výškového pořadu ve stejném časovém úseku každého cyklu.

Je výhodné, pokud se jednotlivé etapy měření opakují v určených časových intervalech zejména po jednotlivých vrstvách konstrukce měřeného objektu z důvodu změn způsobených postupem výstavby měřeného objektu případně opravy měřeného objektu a jiných povrchů nebo z důvodu vertikálních posunů měřeného objektu, čímž se získají přesně definovaná, objektivně určená a zpětně matematicky ověřitelná data o tvaru, sklonu, objemu, prostorové změně vdaném časovém intervalu jedné nebo dvou etap měřeného objektu nebo jeho části.

Při vyhodnocování naměřených dat prostorových souřadnic podrobných bodů z laserového skeneru za pomoci prostorových souřadnic pozice skeneru a pozice identických bodů se výhodně provádí výškově a polohově zpřesnění registrace dat z podrobného měření mračna bodů, přičemž data se pomocí měřených stabilizovaných i nestabilizovaných identických bodů výškově a náklonem transformují, pro dosažení vyšší výškové přesnosti výstupních dat, provádí se geometrická transformace, při které se na základě podobnosti sklonu a polohy trojúhelníků mění pozice skenpozice podrobných bodů z laserového skeneru, přičemž z naměřených mračen bodů se vytvoří trojúhelníková síť představující první transformační model; dále se z naměřených identických bodů vytvoří pravidelné šestiúhelníky, představující druhý transformační model, přičemž všechny body šestiúhelníku mají stejnou měřenou výšku; každá skenpozice se zpřesní na základě alespoň 3 výhodně 6 až 16 identických bodů podle hustoty identických bodů na měřeném objektu.

Ve speciálních případech se výhodně použije i geometrická transformace založená na jiných geometrických tvarech než trojúhelníky např. čtverce, obdélníky, mnohoúhelníky, koule, kvádry, krychle a jiné 2D a 3D tvary.

Z každé jednotlivé etapy měření se vytvoří digitální model terénu představující body na povrchu měřeného objektu s garantovanou výškovou přesností povrchu charakterizovanou výškovou směrodatnou odchylkou od Z^w^xSmm vzhledem k výškovému souřadnicovému systému v libovolném místě měřeného objektu, přičemž digitální modely terénu z jednotlivých etap měření se použijí k porovnání s digitálními modely projektu nebo s digitálním modely terénu z jiných etap měření.

Rozdílový model mezi DMT stávajícího povrchu měřeného objektu např. silnice a digitálních modelů projektu jednotlivých konstrukčních částí se používá k objektivnímu určení objemu materiálu vybraných položek např. výkazu výměr.

Ve výhodném provedení se výpočty geometrické statistiky úseku měřených stavebních objektů použijí pro kontrolu shody skutečných geometrických parametrů s digitálním modelem projektu v tabulkové bilanci nebo v grafické ilustraci a určení kubatur skutečně provedených prací nebo rozdílu k projektovaným kubaturám.

V dalším výhodném použití slouží rozdílový model mezi DMT stávajícího povrchu silnice a digitálního modelu projektu k navigaci pro frézování při opravách silnic.

Při realizaci oprav měřených objektů např. u oprav silnic se výhodně informace z rozdílového digitálního modelu terénu o hloubce frézování přenese na místo realizace projektu navigací v telefonu nebo i geodetickým přístrojem, kdy se vysoce přesná informace o výšce DMT v určitém místě měřeného objektu např. silnice nebo jiné stavební konstrukce získá přiřazením vysoce přesné výšky z DTM a pomocí určení polohy přístrojem nižší přesnosti např. přijímačem GNSS v mobilním telefonu, profesionálním geodetickým přístrojem GPS nebo totální stanicí nebo geodetickým jedno frekvenčním LI GPS.

V dalším výhodném provedení se rozdílový model mezi DMT stávajícího povrchu měřeného objektu např. silnice a digitálního modelu projektu použije pro objektivní kontrolu kvality geometrických parametrů měřených objektů např. silnic nebo k navigaci pro kontrolu geometrických parametrů.

V dalším výhodném provedení se geometrické statistiky měřených objektů jednotlivých staveb využijí k objektivnímu hodnocení a porovnání staveb a rekonstrukcí měřených objektů a jejich zhotovitelů.

Druhá část předkládaného vynálezu se týká měřícího zařízení k provádění způsobu měření a následného určování prostorových souřadnic povrchu objektu pro provádění způsobu měření, zpracování a využití dat, jehož podstata spočívá vtom, že zahrnuje sestavu tří pozemních dopravních prostředků. Tato sestava zahrnuje střední dopravní prostředek * t ' určený pro sběr podrobných bodů a obsahující zařízení pro sběr podrobných bodů, kterým je např. alespoň jeden laserový skener, zařízení pro měření polohy zařízení pro sběr podrobných bodů, kterým je zejména přístroj GNSS, zařízení pro měření výšky na cílových zařízeních, kterým je např. nivelační přístroj, totální stanice, nebo nivelační rotační laser, a zařízení pro sběr a ukládání naměřených dat ze zařízení pro sběr podrobných bodů.

Koncový dopravní prostředek pro záměru vzad obsahuje cílová zařízení pro měření výšek identických bodů, kterým je např. nivelační lať; a přední dopravní prostředek pro záměru vpřed obsahuje cílová zařízení pro měření výšek identických bodů, kterým je např. nivelační lať a zařízení pro měření polohy cílového zařízení, kterým je např. přístroj GNSS.

Pozemní dopravní prostředky jsou automobily, zejména osobní automobily, nákladní auto, pásák, dálkově naváděné modely, přívěsy, návěsy, jiné tažné nebo vlečné platformy, apod., přemísťující se kompaktně jako celek za sebou v průběhu etapy měření.

Využitelnost výsledků vynálezu je v následujících hlavních oblastech. První využitelnost výsledku vynálezu je pro hodnocení kvality staveb a jejich zhotovitelů. V současné době se s dosavadním stavem techniky nejčastěji hodnotí výběrové geometrické parametry dané projektovou dokumentací a smluvními podmínkami. Např. u silnice to je nejčastěji v řezech po 5^ až 20m na krajích a uprostřed. Tyto hodnocení jsou zatíženy subjektivním vlivem operátora měření (operátor měření vybírá podrobné měřené body) na výsledky a nedávají jistotu hodnocení o dodržení kvality danou projektovou dokumentací a smluvními podmínkami. Z toho důvodu se dosud ani nepoužívají pro žebříček hodnocení staveb a jejich zhotovitelů. Výsledky vynálezu oproti dosavadnímu stavu techniky umožňují přesné, objektivní, zpětně matematicky ověřitelné hodnocení kvality provedení rekonstrukce a tím zamezení jakýchkoli sporů. Opakovanými kontrolami se stanoveným časovým intervalem lze dále určit množství a velikost prostorových změn povrchu v závislosti na čase, a tak získat přesně definovatelnou a objektivně měřitelnou charakteristiku skryté kvality nebo i množství provedené práce.

Další využitelnost výsledku vynálezu je jako navigace frézy při realizaci oprav silnic. V současné době má nejčastěji zadavatel hrubou představu o opravě jak dlouhý úsek silnice opravit, k plánování se nejčastěji používají zjednodušená data ve formě stanovení tloušťky vrstvy k odfrézování a následné pokládce nové vrstvy, čemuž většinou odpovídá i způsob projektování a provádění. Obsluha frézy provádí nejčastěji frézování manuálním procesem nastavování hloubky a sklonu frézování vzhledem ke stávajícímu povrchu silnice. To může vést k výškovému nerovnému frézování v závislosti na nerovnostech stávajícího povrchu silnice, dále může vést k chybám při frézování nesprávných tlouště^a to se projeví vyššími náklady zhotovitele nebo snížením životnosti oprav v důsledku nedostatečných tlouštěk konstrukčních vrstev pro zadavatele.

Přehled-obrázkúna-vykresechH

Předložený vynález bude nyní podrobně vysvětlen a popsán s ohledem na připojené obrázky, na kterých:

Obr. 1 ukazuje schématické znázornění měřícího zařízení obsahující měřící přístroje a jejich kompaktní propojení podle předloženého vynálezu.

it»

Obr. 3 ukazuje určení finální polohy a orientace a přibližné výšky a náklonů jednotlivé skenpozice.

Obr. 4 ukazuje zpřesnění a určení finální výšky a náklonů jednotlivé skenpozice.

Obr. 5 zobrazuje geometrickou transformaci (digitální model terénu a identický bod reprezentovaný osmiúhelníkem).

Obr. 6 zobrazuje digitální model terénu.

Obr. 7 zobrazuje kontrolu kvality provedených prací na silnici - barevný rozdílový model terénu, řez vozovkou a jednotlivé vrstvy, graf geometrické kvality provedení prací.

Obr. 8 je příkladným provedením přesné navigace pro frézování při opravách silnic použitím mobilního telefonu nebo jiného zařízení.

Obr. 9 je schematickým příkladem provádění měření jedné etapy měření objektu např. silnice, která se skládá z připojovacího měření, a cyklů měření jednotlivých přestav měřícího zařízení.

y uskutecnam

PříkladBájtaovedeRf vynálezu ť -r

Nyní bude popsáno měřicí zařízení, které se skládá ze třech částí (0br. 1 a $br. 2):

První část měřícího zařízení se skládá ze středního pozemního dopravního prostředku 290, kde jsou umístěny laserový skener 210 pro podrobné měření povrchu, anténa a geodetický přijímač GNSS 221 pro určení polohy laserového skeneru 210, přístroj 231 pro určení výšek a počítač 240 pro sběr dat (a základní zpracování dat). Případně mohou být jednotlivé části měřícího zařízení již od výrobce sdruženy v jednom přístroji (např. laserový skener sGNSS anténou). Přístroje první části měřícího zařízení jsou umístěny a vzájemně propojeny na platformě. Tato platforma se při zastavení vozidla stabilizuje pevně s terénem a jednotlivá zařízení mohou měřit bez okolních vlivů (např. chvění dopravního prostředku v důsledku okolní dopravy) náklonů středního dopravního prostředku 290. Výhodně se jako přístroj 231 pro určení výšky využije nivelační přístroj.

Druhá a třetí část měřícího zařízení se skládá z dvou doplňkových pozemních dopravních prostředků 291 a 292, kde na předním dopravním prostředku 291 je umístěna anténa geodetického přijímače 222 GNSS pro určení polohy identických bodů 252, na obou doplňkových dopravních prostředcích 291 a 292 jsou umístěna cílová zařízení 232 např. nivelační latě pro odečtení výšky nivelačním přístrojem 231 a určení výšek identických bodů 252. Latě nivelačního přístroje jsou přichyceny polohově variabilní mechanickou svorkou, která umožňuje položení latě na stabilizovaný identický bod 252.

Měřící zařízení je možné operativně kombinovat a měnit pro dosažení vyšší rychlosti měření, vyšší přesnosti dat, nebo zajištění bezpečnosti práce těmito variacemi:

Nivelační přístroj 231 lze alternativně nahradit totální stanicí a nivelační latě 232 odraznými hranoly nebo lze alternativně nahradit nivelačním rotačním laserem a laserovými přijímači. Měření polohy a výšky identických bodů 252, případně i polohy a výšky laserového skeneru 210 se provede trigonometricky pomocí klasické geodetické metody.

Případně lze provádět zaměření polohy a výšky identických bodů 252 časově nezávisle na zaměření podrobných bodů na povrchu laserovým skenerem 210. Samostatně se měří podrobné body na povrchu laserovým skenerem 210 s určením polohy skeneru přijímačem

221 GNSS pouze první částí měřícího zařízení a samostatně se měří poloha a výška identických bodů 252 nivelací nebo trigonometrickou metodou (tachymetrické měření totální stanicí).

Data jsou ukládána do počítače 240 na sběr dat (a základní zpracování) přímo v terénu při měření nebo následně při kancelářském zpracování. Počítač 240 zajištuje komunikaci s laserovým skenerem 210 pro určení podrobných bodů povrchu, dále zajišťuje komunikaci s přijímačem GNSS 221 pro určení polohy laserového skeneru 210, dále zajišťuje komunikaci s přijímačem GNSS 222 pro určení polohy identických bodů 252 a dále zajišťuje komunikaci s nivelačním přístrojem 231 pro určení výšek identických bodů 252.

Dále bude popsán způsob provádění měření, získání a zpracování dat. Způsob obsahuje kroky montáže přístrojů v jedno měřící zařízení, kompaktní použití měřícího zařízení (využití všech částí jako celku) ve stejném časovém úseku, zpřesnění určení pozice, orientace a náklonů laserového skeneru 210, výšková a polohová zpřesnění registrace dat z měření identických bodů 252.

Měřicí zařízení je vhodné pro zjišťování absolutních (nevýběrových) geometrických parametrů (rovinatost, sklony, tloušťky, kubatury, apod.) pro plánování, realizaci a kontrolu výstavby a oprav silnic.

Měření se provádí v klidu, kdy jednotlivé přístroje měřícího zařízení, umístěné na pozemních dopravních prostředcích nebo samostatně, tvoří při měření i přemisťování jeden celek. Při jednom cyklu měřícího zařízení se provádí určení pozice přijímače GNSS 221 a tím určení pozice laserového skeneru 210. Dále určení polohy dvou a více stabilizovaných nebo nestabilizovaných identický bodů 252, na které se pokládá nivelační lať 232 umístěná na koncovém a předním dopravním prostředku 291). Dále se provede určení výšky dvou a více stabilizovaných i nestabilizovaných identických bodů 252 nivelačním přístrojem 231 pomocí nivelačních latí 232. Stabilizované identické body 252 jsou body výškového pořadu a zároveň společně s nestabilizovanými identickými body 252 slouží pro výškové zpřesnění podrobných dat z laserového skenování.

Samotné měření začne na výchozím výškovém geodetickém bodě, což je bod stavby, vytyčovací sítě nebo státní sítě, o známé a stabilní nadmořské výšce, ze kterého vychází výškový pořad s přestavovými body shodnými s identickými body. Na výchozím výškovém geodetickém bodě se umístí zkalibrovaná nivelační lať a měří se klasický připojovací výškový pořad až k zájmovému místu měření např. objektu silnice. Je vhodné připojení na více výškových geodetických bodů pro případ, že dojde k poškození nějakého výškového bodu v čase. V momentě, kdy je přestavový bod na měřeném objektu např. silnici, použije se měřící zařízení podle vynálezu. Záměra vzad bude na první zkalibrovanou nivelační lať 232, záměra vpřed bude na druhou zkalibrovanou nivelační lať 232, které budou umístěny na pozemních dopravních prostředcích 291 a 292 (to představuje cyklus měření v jedné přestavě měřícího zařízení podle vynálezu). Komparací obou nivelačních latí 232 na základě znalosti hodnot délek laťových metrů lze omezit případnou chybu zavedením korekce z nesprávné délky laťového metru, která má vliv pouze ve velmi členitém terénu a při běžnějším použití nivelace se zanedbává. Z toho důvodu není nutné střídání latí 232 tam zpět. Tím je umožněno měřícímu zařízení, respektive třem jeho pozemním dopravním í »» * prostředkům 290, 291 a 292 kompaktní přesun bez nutnosti střídání a tedy předjíždění pozemních dopravních prostředků. Následují další cykly měření v dalších přestavách měřicího zařízení podle vynálezu. Nutností je stabilizace identických bodů 252 například nastřelovacími hřebíky do povrchu silnice. To provádí obsluha předního pozemního dopravního prostředku 291. Obsluha koncového pozemního dopravního prostředku 292 zajišťuje bezpečnost výstražným označením v zadní části pozemního dopravního prostředku v případě, že se provádí měření na zprovozněné silnici a pozoruje provoz na komunikaci. Obsluha prostředního pozemního dopravního prostředku 290 obsluhuje přístroje měřícího zařízení počítačem pro sběr dat a provádí základní zpracování dat. Měřící zařízení jako celek umožní určení pozice laserového skeneru 210, určení pozice nivelačních latí 232 umístěných na identických bodech 252 přijímači GNSS 221 a 222 a nivelačním přístrojem 231. Ve stejném časovém úseku při jednom zastavení tedy v jedné přestavě měřícího zařízení, se provede podrobné měření terénu laserovým skenerem 210 a získá se tzv. mračno bodů. Měření se ukončí na výškovém geodetickém bodě o známé a stabilní nadmořské výšce. Tím je provedena jedna etapa měření objektu silnice, která se skládá z připojovacího měření, a n cyklů měření jednotlivých přestav měřícího zařízení 0br. 9.

Etapy se mohou opakovat v určených časových intervalech po jednotlivých vrstvách konstrukce silnice, z důvodu změn způsobených postupem výstavby případně opravy silnice a jiných povrchů nebo z důvodu vertikálních posunů objektu. Počet etap měření a interval mezi nimi určí projektová dokumentace, potřeba zadavatele prací nebo zjištěné vertikální posuny nebo změny objektu.

Při další etapě měření je potřeba připojit výškové geodetické body na shodné body z první etapy.

Způsob podle vynálezu je také charakterizován tím, že před započetím vlastního měření se důsledně komparují nivelační latě 232 pro určení délky laťových metrů. Pro zachování bezpečnosti na zprovozněné silnici není poté nutné střídání latí 232 tam - zpět a měřící zařízení se přemisťuje kompaktně jako celek. Pro zpřesnění určení pozic identických bodů 252 se provádí stabilizace identických bodů 252 například nastřelovacími hřebíky do povrchu silnice.

V jednom cyklu provádí podrobné měření povrchu laserovým skenerem 210, který vytváří tzv. mračno bodů o hustotě minimálně 500 bodů na m². Změřené data se ukládají na počítač 240 pro sběr dat nebo alternativně do paměťových jednotek měřících přístrojů, externí paměti nebo do centrálních úložišť na síť apod. Nivelační přístroj 231 lze alternativně nahradit totální stanicí a nivelační latě odraznými hranoly nebo nivelačním rotačním laserem a laserovými přijímači. Pozemní dopravní prostředky 290, 291 a 292 lze alternativně nahradit jinými nosiči, pokud to bezpečnostní požadavky povolují a je zachováno měření ve stejném časovém úseku. Měřicí soustava může být výhodně rozšířena o zařízení INS/IMU, pro on-line registraci prvků vnější orientace (orientace a příčného a podélného sklonu) laserového skeneru. Toto zařízení se umístí na dopravní nosič společně s laserovým skenerem 210. Taková měřicí soustava je schopna provádět skenování a měření zároveň s přejezdem dopravního zařízení mezi skenpozicemi. Tímto postupem lze zvýšit hustotu a rovnoměrnost měřicích bodů a zároveň i zpřesnit přímé určení prvků vnější orientace laserového skeneru 210 na skenpozici při měření v klidové (nepohybující) poloze.

Způsob podle vynálezu je charakterizován tím, že se přímým způsobem určí poloha a přibližná výška laserového skeneru 210 přijímačem GNSS 221. Následně se přímým způsobem určí přibližná horizontace laserového skeneru 210 elektronickou libelou. Posledním krokem je určení přímým způsobem přibližné orientace zařízením na určení orientace laserového skeneru 210.

Vyhodnocení souřadnic probíhá v následujících krocích:

Určení polohy a orientace dat jednotlivých skenpozic (®br. 3). Mračna bodů povrchu vozovky jsou naměřena v souřadnicovém systému laserového skeneru 210 počátek ve středu 310 laserového skeneru 210. Data se pomocí měření polohy laserového skeneru 210 (GNSS 221 nebo tachymetricky totální stanicí), korelace mračen (algoritmus opakované transformace pro minimalizaci rozdílu mezi mračny bodů), a dat ze zařízení pro určení orientace transformují do globálního souřadnicového systému. Tímto přímým postupem získáme finální polohu a orientaci a přibližnou výšku a náklon mračna bodů jednotlivé skenpozice.

Poté se ^zpřesní výšková pozice laserového skeneru 210 a náklonu dat jednotlivých skenpozic (0br. 4). Data se pomocí měřených stabilizovaných i nestabilizovaných identických bodů 252 výškově a náklonem transformují, pro dosažení vyšší výškové přesnosti výstupních dat. Výpočet je založen na geometrické transformaci (optimalizovaný vyrovnávací výpočet) kdy se na základě podobnosti náklonu a polohy trojúhelníků mění pozice skenpozice. Z měřených mračen bodů je vytvořena trojúhelníková síť (TIN - nepravidelná trojúhelníková síť) tedy první model 520 k transformaci (®br. 5). Z naměřených identických bodů 252 jsou vytvořeny pravidelné osmiúhelníky 510 (osm trojúhelníků), tedy druhý model k transformaci, všechny body mají stejnou měřenou výšku. Každá skenpozice. je zpřesněna na základě minimálně třech identických bodů 252 (optimální je použít 8/Í2 identických bodů). Lze použít i geometrickou transformaci založenou na jiných geometrických tvarech než trojúhelníky např. - čtverce, obdélníky, mnohoúhelníky, koule, kvádry, krychle a jiné 3D tvary.

Polohově i výškově určená mračna bodů se následně klasifikují do jednotlivých skupin tak, aby výsledkem byla pouze mračna bodů na povrchu měřeného objektu. Klasifikovaná data povrchu se dále filtrují na potřebnou hustotu. Filtrací se odstraní šum dat z laserového skenování, zvýší se absolutní přesnost bodů reprezentujících povrch a data se objemově zmenší pro standardní výpočetní, grafické a projektantské softwary. Vektorizace hran tedy povinných spojnic pro výsledný model terénu se provádí ručním výběrem nebo automatizovaným procesem založeném na změně směru modelu terénu nebo na základě barevného rozhraní (intenzita odrazu dat) měřených dat. Ze získaných a zpracovaných podrobných bodů a povinných spojnic na povrchu terénu lze vytvořit DMT podle vynálezu (0br. 6).

Výsledkem měření a zpracování je tedy DMT, který představuje digitální reprezentaci průběhu skutečné topografické plochy objektu na základě měřených dat s garantovanou výškovou přesností povrchu charakterizovanou výškovou směrodatnou odchylkou od do 5mm vzhledem k výškovému souřadnicovému systému v libovolném místě měřeného • 9 objektu. Výškové směrodatné odchylky od do 5'mm je dosaženo při použití buď nivelovaných identických bodů 252, nebo při použití trigonometricky zaměřených identických bodů 252. Za předpokladu dalšího vývoje v přesnosti laserových skenerů a vytvoření kvalitnějších modelací fyzikálních funkcí atmosféry lze získat vyšší přesnosti jak ^mm. Polohová směrodatná odchylka měření je dána přesností zaměření polohy skeneru metodou GNSS nebo trigonometrickou metodou.

Způsob podle vynálezu je také charakterizován tím, že je umožněna opakovatelnost měření jako jedna z nutných podmínek pro objektivitu výsledků. Objektivita výsledků je zajištěna připojením na shodné výškové geodetické body ve všech etapách měření, měřícím zařízením podle vynálezu a následným postupem registrace mračen bodů podle vynálezu. Základním předpokladem pro využití tohoto způsobu je vhodný výběr měřících přístrojů. Druhým základním předpokladem je dodržování obecně známých zásad pro přesná geodetická měření.

Tímto způsobem lze získávat výsledek rozsáhlé sítě silnic a jiných povrchů s vysokou přesností určování výšek charakterizovanou výškovou směrodatnou odchylkou vůči bodovému poli od do 5mm. A to s minimalizací vlivu teploty, tlaku, subjektivní činnosti operátora měření a bezpečnostních rizik na výsledek. Výhodou řešení je vznik DMT podle vynálezu a to opakovaně.

Třetí část předloženého vynálezu se týká využitelnosti výsledku měření a zpracování dat. Základním předpokladem je využití kroků zpracování dat. Využitelnost výsledku obsahuje objektivní hodnocení a porovnání měřených objektů tedy staveb a rekonstrukcí povrchů a jejich zhotovitelů, navigaci pro frézování při opravách silnic nebo navigaci pro kontrolu geometrických parametrů. Jeden ze základních výstupů je vzájemné porovnání DMT podle vynálezu mezi sebou nebo s digitálním modelem projektu. Výstupy porovnání lze vizůalizovat rozdílovým modelem terénu, grafem nebo řezem (®br,7).

Využitelnost digitálního modelu terénu podle vynálezu

Projekční podklady - využitelnost DMT podle vynálezu pro tvorbu digitálního modelu projektu pro opravy, rekonstrukce, modernizace nebo výstavby nových silnic, letištních ploch, halových podlah a jiných zpevněných povrchů (0br. 6) a následně k objektivnímu určení objemu materiálu (množství prací) vybraných položek např. výkazu výměr.

Kontrola kvality - využitelnost DMT podle vynálezu pro kontrolu geometrických parametrů a mocností konstrukčních vrstev silnic a ostatních povrchů. Porovnáním zaměřeného povrchu s digitálním modelem projektu nebo s předchozí etapou, lze získat informace o dodržení rovinatosti, tvaru, sklonu a objemu použitého materiálu. Dále lze kontrolovat nerovnosti povrchu na základě analýz rovinatosti jako je simulace pokládání měřické latě, porovnání s referenční rovinou a podobně. Výsledek podle vynálezu je možno použít k objektivním výpočtům geometrické statistiky úseku stavebních objektů on-line nebo pro celé stavební objekty na počítači v programech firem v oboru dostupných, objektivní kontrole měřeného objektu,^ k objektivnímu hodnocení a porovnání staveb a rekonstrukcí silnic a jejich zhotovitelů (Qbr. 7). Opakovanými kontrolami se stanoveným časovým intervalem lze dále určit množství a velikost prostorových změn povrchu v závislosti na čase, a tak získat přesně definovatelnou a objektivně měřitelnou charakteristiku skryté kvality provedené práce.

Určování kubatur - využitelnost DMT podle vynálezu pro objektivní určování kubatur (množství odvedené práce, které je definováno projektovou dokumentací např. ve výkazu výměr) jednotlivých vrstev konstrukcí pozemních komunikací (od cementobetonové stabilizace až po obrusnou vrstvu), nebo jiných vrstev zaměřených povrchů.

Navigace fréz a navigace kontroly geometrických parametrů - využitelnost DMT podle vynálezu pro navigaci frézy při realizaci oprav silnic, cílem je nahradit manuální proces frézování nebo doplnit anebo nahradit složitý a náročný systém automatického řízení výšky a příčného sklonu frézovacího válce jednoduchou metodou bez časově náročné přípravy při využití dostupných technologií (např. mobilní telefon nebo jiné zařízení s displejem pro zobrazování grafických výstupů mapy frézování a s přijímačem GNSS) a dostupné aplikace pro navigaci. Tuto navigaci využije obsluha frézy k nastavení hloubky frézování a sklonu v daném místě. Na zařízení se kontinuálně mění hloubka frézování a sklon vzhledem k měnící se poloze frézy určovanou přístrojem GNSS v navigaci. To umožní operátorovi frézy získávat přesnou/skutečnou informaci o hloubce frézování z digitálního modelu projektu vytvořeného na základě vzniklého DMT podle vynálezu. Nebo při jiném použití umožní operátorovi kontrolovat kvalitu zobrazením skutečných geometrických parametrů objektu silnice (tloušťky, sklony a jiné rozměry objektů silnic). Do zařízení 600 jako je např. mobilní telefon jiné zařízení s displejem pro zobrazování grafických výstupů mapy frézování a s přijímačem GNSS (0br. 8) se nainstaluje programová aplikaci navigace 620, kde je možné nahrát a zobrazit DMT převedený do mapy, kde se zobrazují hodnoty vdaném místě (např. hloubka frézování pro dané místo vypočítaná z digitálního modelu projektu frézování). Unikátnost této kombinace spočívá vtom, že se jedná o kombinaci určení polohy přijímačem GNSS s přijímačem 610 s nižší přesností v navigaci nebo v jiném zařízení 600 a přiřazení výšky (případně výškového rozdílu) 640 z rozdílu DMT podle vynálezu k digitálnímu modelu projektu frézování (vznikne tzv. mapa frézování). Touto unikátní kombinací může být navigace s GNSS přijímačem s nižší přesností použito jako přesná navigace využitím DMT s garantovanou výškovou přesností povrchu charakterizovanou výškovou směrodatnou odchylkou od 5mm vzhledem k výškovému souřadnicovému systému v libovolném místě měřeného objektu (DMT podle vynálezu).

Webové aplikace - využitelnost DMT podle vynálezu pro transformaci do rastrového formátu pro webové mapové aplikace, mapové servery a mobilní aplikace s možností vizualizace. V těchto aplikacích se data rozdělí do vrstev, se kterými můžeme provést porovnání s digitálním modelem projektu, případně s daty z předchozí etapy měření a použít funkce on-line výpočtů geometrické statistiky úseku stavebních objektů pro kontrolu shody skutečných geometrických parametrů s digitálním modelem projektu v tabulkové bilanci nebo v grafické ilustraci a určení kubatur skutečně provedených prací nebo rozdíl k projektovaným kubaturám (dále jen „3D informace).

Porovnání kvality staveb - využitelnost DMT podle vynálezu pro zjištění objektivních 3D informací lze využít pro systém hodnocení a porovnání staveb silnic a ostatních zpevněných povrchů vzhledem k různým parametrům (zhotovitel, typ stavby, projektu, rozsah, lokalita, ...) nejčastější je využití parametru hodnotící geometrickou kvalitu zhotovitelů pro žebříček kvality práce zhotovitelů staveb. Na základě hodnocení zhotovitelů a žebříčku kvality práce zhotovitelů staveb lze objektivněji vybírat zhotovitele pro nové zakázky výstaveb a rekonstrukcí silnic nejen na základě ceny a záruční doby na dílo, ale i podle kritéria geometrické kvality jako jednoho z průvodních a v tomto případě objektivních znaků hodnocení jakosti.

Konkrétní příklady provedení vynálezu:

Způsob vynálezu byl ověřen již na několika stavbách v České republice, Švédsku, Norsku a zde jsou uvedeny příklady:

Příklad 1

Zaměření vozovky Stop&go metodou laserového skenování na stavbě silnice Jinočanské spojky, Praha 5. Investor stavby bylo Hlavní město Praha - Odbor městského investora, měření bylo provedeno dne 24. 9. 2013 a bylo připojeno na vytyčovací síť dodanou investorem. Podrobné měření bylo provedeno laserovým skenerem Riegl VZ-400, poloha skeneru byla určena GNSS Trimble R5800, 4700 (Base - Rover). Přibližná horizontace skeneru byla provedena interním senzorem skeneru VZ-400, přibližná orientace byla provedena externím kompasem. Zpřesnění dat bylo provedeno na základě identických bodů, které byly zaměřeny z polygonového pořadu provedeného totální stanicí Leica TRC 1103, navázaného na bodové pole. Měření podrobných bodů bylo provedeno laserovým skenerem umístěným na osobním autě, bylo zaměřeno mračno bodů s minimální hustotou 2000bodů/m² nebo vyšší. Zaměření identických bodů bylo provedeno nezávislé na podrobném měření ve stejný den totální stanicí Leica TRC 1103. Výsledkem měření je DMT, který byl následně využit pro kontrolu geometrických parametrů, zjištění odtokových poměrů, dokumentace skutečného provedení pro uplatnění reklamačních nároků a také byla data zpřístupněna investorovi ve webovém rozhraní. Výsledná výšková směrodatná odchylka DMT vzhledem k výškovému souřadnicovému systému vytyčovací sítě je 4Ínm, pro výpočet bylo použito 199 kontrolních bodů. Tato výsledná odchylka byla ověřena a potvrzena nezávislými odborníky z katedry speciální geodézie K154 z ČVUT v Praze.

Příklad 2

Zaměření vozovky Stop&go metodou laserového skenování na dálnici D47 (Dl - úsek 353.185 - 359.639km). Investor stavby bylo Ředitelství silnic a dálnic ČR, měření bylo provedeno 30. 10. 2013, 2. 11. 2013 a bylo připojeno na vytyčovací síť dodanou investorem. Podrobné měření bylo provedeno laserovým skenerem Riegl VZ-400, poloha skeneru byla určena GNSS Trimble R8 (Base - CZPOST Ostrava). Přibližná horizontace laserového skeneru byla provedena interním senzorem skeneru VZ-400, přibližná orientace byla provedena pomocí korelace mračen na data z okolních skenpozic. Zpřesnění dat bylo provedeno na základě identických bodů, které byly zaměřeny polohově metodou GNSS a výškově přesnou nivelací navázanou na vytyčovací síť. Měření podrobných bodů bylo provedeno laserovým skenerem umístěným na osobním autě, bylo zaměřeno mračno bodů s minimální hustotou is :

* · ♦ · · * · · «·· »

2000bodů/m² nebo vyšší. Zaměření identických bodů bylo provedeno nezávisle na podrobném měření. Výsledkem měření je DMT, který byl následně využit pro kontrolu geometrických parametrů, porovnání z předchozí etapou měření a digitálním modelem projektu, dokumentace skutečného provedení pro uplatnění reklamačních nároků. Výsledná výšková směrodatná odchylka DMT vzhledem k výškovému souřadnicovému systému vytyčovací sítě je 2 mm, pro výpočet bylo použito 658 kontrolních bodů. Tato výsledná odchylka byla ověřena a potvrzena nezávislým koordinátorem investora.

Příklad 3

Zaměření průmyslové podlahy skladovací haly ve Švédsku - Schenker, ARLANDA STÁD, Stockholm metodou statického laserového skenování. Investor stavby bylo Arlanda Hall, měření bylo provedeno 14. 11. 2010 a bylo připojeno na místní bodové pole. Podrobné měření bylo provedeno laserovým skenerem Leica HDS 6100, poloha skeneru byla určena totální stanicí Leica TCR 1203+. Přibližná horizontace a orientace laserového skeneru byla provedena pomocí korelace mračen na data z okolních skenpozic. Zpřesnění dat bylo provedeno na základě identických bodů, které byly zaměřeny polohově trigonometrickou metodou totální stanicí Leica TCR 1203+ a výškově přesnou nivelací navázanou na bodové pole strojem NA3003. Měření podrobných bodů bylo provedeno laserovým skenerem umístěným na stativu, bylo zaměřeno mračno bodů s minimální hustotou 5000 bodů/m². Zaměření identických bodů bylo provedeno nezávisle na podrobném měření. Výsledkem měření je DMT s hustotou 400 bodů/m², který byl následně využit pro kontrolu geometrických parametrů, dokumentace skutečného provedení pro uplatnění reklamačních nároků. Výsledná směrodatná odchylka DMT vzhledem k výškovému souřadnicovému systému bodového poleje pod 2mm.

i

Uvedené příklady dokumentují použitelnost předkládaného řešení v praxi na praktických zakázkách ověřených podle ISO 4463 a směrnice generálního ředitele ŘSD ČR č. 8/2011. Další části řešení, které nejsou ověřeny v příkladech, byly ověřeny dílčími testovacími měřeními, vědeckými rozvahami a výpočty. Všechny jednotlivé měřicí části zařízení jsou aparáty firem v oboru dostupných.

Průmyslová využitelnost

Geometrická kvalita (shoda výsledku v rámci geometrických mezních odchylek stanovených projektovou dokumentací) je jedním z parametrů, jenž se významně podílí na výsledné kvalitě díla. Nespornou výhodou je, že geometrická kvalita je přesně definována projektovou dokumentací, a tím pádem i jednoznačně prokazatelná a kontrolovatelná. Navíc lze kontrolu provádět absolutně/podrobně (ne pouze výběrově, jako tomu bývá u jiných kvalitativních parametrů) a lze ji proto oprávněně považovat za jeden z průvodních znaků hodnocení jakosti.

Využitelnost DMT podle vynálezu pro tvorbu digitálního modelu projektu a nový způsob objektivního určení objemu materiálu (množství prací) vybraných položek např. výkazu výměr výrazně zpřesňuje podklady pro zadávání zakázek, pro kalkulace cenových nabídek a tím minimalizuje chybovost a rizika víceprací.

• 4 * J * * ’ * ’ 1**1* ···«·· · · 4 4·· ·

Nový způsob objektivního hodnocení kvality zhotovitelů a žebříček zhotovitelů může být zaveden jako jeden parametr hodnotícího kritéria „kvalita v rámci procesu výběru zhotovitele objednatelem.

Nový způsob navigace kontroly geometrických parametrů radikálně zpřesňuje a zjednodušuje práci objednatelů při procesu přebírání objektů silnic nebo celého díla novostavby nebo rekonstrukce.

Nový způsob navigace frézy při realizaci oprav silnic podstatně zpřesňuje a zjednodušuje práci při opravách silnic oproti tradičnímu způsobu nebo modernímu způsobu, který je ale v mnoha situacích nepoužitelný nebo složitě použitelný. Námi navrhovaný způsob navigace frézy při realizaci oprav silnic využívá jednoduššího a levnější technologie a při tom dosahuje stejných nebo lepších výsledků. Zároveň tato technologie nemusí být po celou dobu rekonstrukce umístěná na stavebních strojích a může být používána na dalších projektech. Tím se snižují náklady o několik řádů.

* ·

23' « ♦ » · · * * » » » · * » i · · · » · »

Seznam vztahových značek:

200- schématický příklad provedení jedné etapy měření

210- laserový skener

220- přístroje určování poloh

221- přijímač GNSS

222- přijímač GNSS

230- přístroje určování výšek

231- přístroj pro záměru výšky

232- cílová zařízení

240- počítač

252- identické body

290- dopravní prostředek

291- dopravní prostředek

292- dopravní prostředek

310- střed laserového skeneru

510- pravidelné šestiúhelníky

520- první model k transformaci

600- zařízení pro zobrazování grafických výstupů mapy s přijímačem GNSS

610- přijímač GNSS s nižší přesností v zařízení pro zobrazování grafických výstupů mapy

620- programová aplikace navigace

630- bod výškového rozdílu

640- hodnota výškového rozdílu

17 ť -ť	· · I · · · . · ·..··..· ·Ει
PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob měření, zpracování a využívání dat digitálního modelu terénu (dále jen DMT) pro objektivní hodnocení geometrických parametrů měřených objektů povrchů konstrukčních částí např. silnic a jiných povrchů, kterým se získají digitální modely terénu s garantovanou stejnou výškovou přesností vzhledem k výškovému souřadnicovému systému v libovolném místě měřeného objektu,vyznačující se tím, že měření se provádí v n po sobě následujících cyklech pomocí přístrojů měřícího zařízení, které jsou v době měření v klidu, a které se mezi jednotlivými cykly měření přemisťují jako celek za sebou; přičemž n cyklů tvoří jednu etapu měření; kde n je počet cyklů měření;

při každém cyklu měření se provádí měření polohy přijímače (221) globálního družicového polohového systému (Global Navigation Satellite Systém dále jen GNSS), čímž se zároveň určí pozice laserového skeneru (210), dále se zaměří poloha alespoň jednoho stabilizovaného nebo nestabilizovaného identického bodu (252) pomocí přijímače (222) GNSS;

dále se při tomto cyklu zaměří výšky pomocí cílových zařízení (232) výškového pořadu těchto alespoň dvou stabilizovaných i nestabilizovaných identických bodů (252) přístrojem (231) pro záměru výšky vždy jako alespoň jednu záměru vzad a alespoň jednu záměru vpřed; po ukončení měření respektive v průběhu měření se data o poloze přijímače (221) GNSS, data o pozici laserového skeneru (210) a data o poloze a výšce stabilizovaných či nestabilizovaných identických bodů (252) ukládají;

ve stejném čase každého cyklu se zároveň provádí podrobné měření povrchu laserovým skenerem (210), čímž se získá tzv. mračno bodů;

a pomocí pozemního dopravního prostředku (291) pro záměru vpřed se postupně zaměří alespoň jeden identický bod (252) vztahující se k danému cyklu;

v dalším cyklu, se současně přemístí celé měřící zařízení v řadě, střední dopravní prostředek (290) na nové místo sběru podrobných bodů, koncový dopravní prostředek (292) na novou záměru vzad na stabilizovaný identický bod (252) a přední dopravní prostředek (291) na novou záměru vpřed, kdy se provede stabilizace identického bodu (252) a následně na ostatní identické body;

v každém cyklu se naměří mračna bodů povrchu měřeného objektu v souřadnicovém systému laserového skeneru (210), takto získaná data se ukládají pro další zpracování do počítače (240) na sběr dat;

po ukončení jedné etapy měření následuje vyhodnocení prostorových souřadnic podrobných bodů z laserového skeneru (210) za pomoci prostorových souřadnic pozice laserového skeneru (210) a pozice identických bodů (252) a následuje transformace do globálního souřadnicového systému, čímž se získá konečná poloha a orientace a přibližná výška a náklon mračna bodů jednotlivé skenpozice laserového skeneru (210) a následuje zpřesnění dat pomocí měřených stabilizovaných i nestabilizovaných identických bodů (252) výškově a náklonem transformovaných, pro dosažení vyšší výškové přesnosti, výstupních dat;

získaná a zpřesněná data se dále zpracovávají do digitálního modelu průběhu skutečné topografické plochy měřeného objektu na základě naměřených dat, přičemž digitální model představuje body na povrchu měřeného objektu s garantovanou výškovou přesností povrchu v daném čase měření jedné etapy.

2. Způsob měření, zpracování a využití dat DMT pro objektivní hodnocení geometrických parametrů měřených objektů povrchů konstrukčních částí např. silnic a jiných povrchů podle nároku 1,vyznačující se tím, že stabilizované identické body (252) jsou body výškového pořadu a zároveň společně s nestabilizovanými identickými body (252) se použijí pro výškové zpřesnění podrobných dat z laserového skenování.

3. Způsob měření, zpracování a využití dat DMT pro objektivní hodnocení geometrických parametrů měřených objektů povrchů konstrukčních částí např. silnic a jiných povrchů podle nároku ^vyznačující se tím, že při měření klasického připojovacího výškového pořadu se stabilizované i nestabilizované identické body (252) připojí na množinu výškových geodetických bodů pro případ, že dojde k poškození některého výškového bodu v čase.

4. Způsob měření, zpracování a využití dat DMT pro objektivní hodnocení geometrických parametrů měřených objektů povrchů konstrukčních částí např. silnic a jiných povrchů podle nároku ^vyznačující se tím, že každá etapa měření začíná a končí cykly měření na shodných výškových geodetických bodech o známých a stabilních nadmořských výškách.

5. Způsob měření, zpracování a využití dat DMT pro objektivní hodnocení geometrických parametrů měřených objektů povrchů konstrukčních částí např. silnic a jiných povrchů podle nároku 1 .vyznačující se tím, že v každém cyklu se před záměrou vpřed provádí stabilizace identického bodu (252) na povrchu měřeného objektu, na který se provede záměra vpřed a v následujícím cyklu se na stejný identický bod (252) provede záměra vzad, stabilizace se provádí pro jeden identický bod (252) nastřelovacími hřeby nebo jinou vhodnou stabilizací pro daný povrh, identický bod (252) se signalizuje reflexní barvou pro vyhledání při dalším cyklu se záměrou vzad.

6. Způsob měření, zpracování a využití dat DMT pro objektivní hodnocení geometrických parametrů měřených objektů povrchů konstrukčních částí např. silnic a jiných povrchů podle nároku 1,vyznačující se tím, že před započetím etapy měření se obě cílová zařízení (232) tvořená nivelačními latěmi srovnají, na základě znalosti hodnot délek laťových metrů, čímž se omezí případná chyba zavedením korekce z nesprávné délky laťového metru, což umožní přemisťování přístrojů měřícího zařízení v po sobě jdoucích přestavách jako celku za sebou.

7. Způsob měření, zpracování a využití dat DMT pro objektivní hodnocení geometrických parametrů měřených objektů povrchů konstrukčních částí např. silnic a jiných povrchů podle nároku ^vyznačující se tím, že měření polohy a výšky laserového skeneru (210) a polohy a výšky identických bodů (252) se provádí přijímači (221, 222) GNSS a nivelačním přístrojem nebo geodetickou totální stanicí nebo nivelačním rotačním laserem (231) jako ekvivalentu výškového pořadu ve stejném časovém úseku každého cyklu.

8. Způsob měření, zpracování a využití dat DMT pro objektivní hodnocení geometrických parametrů měřených objektů povrchů konstrukčních částí např. silnic a jiných povrchů podle nároku l_/vyznačující se tím, že jednotlivé etapy měření se opakují v určených časových intervalech zejména po jednotlivých vrstvách konstrukce měřeného objektu z důvodu změn způsobených postupem výstavby měřeného objektu případně opravy měřeného objektu a jiných povrchů nebo z důvodu vertikálních posunů měřeného objektu, čímž se získají přesně definovaná, objektivně určená a zpětně matematicky ověřitelná data o tvaru, sklonu, objemu, prostorové změně v daném časovém intervalu jedné nebo dvou etap měřeného objektu nebo jeho části.

♦««···

9. Způsob měření, zpracování a využití dat DMT pro objektivní hodnocení geometrických parametrů objektů povrchů konstrukčních částí např. silnic a jiných povrchů podle nároku 1, vyznačující se tím, že při vyhodnocování naměřených dat prostorových souřadnic podrobných bodů z laserového skeneru (210) za pomoci prostorových souřadnic pozice laserového skeneru (210) a pozice identických bodů (252) se provádí výškově a polohově zpřesnění registrace dat z podrobného měření mračna bodů, přičemž data se pomocí měřených stabilizovaných i nestabilizovaných identických bodů (252) výškově a náklonem transformují, pro dosažení vyšší výškové přesnosti výstupních dat, provádí se geometrická transformace, při které se na základě podobnosti sklonu a polohy trojúhelníků mění pozice skenpozice podrobných bodů z laserového skeneru (210), přičemž z naměřených mračen bodů se vytvoří trojúhelníková síť představující první transformační model; dále se z naměřených identických bodů vytvoří pravidelné šestiúhelníky, představující druhý transformační model, přičemž všechny body šestiúhelníku mají stejnou měřenou výšku; každá skenpozice se zpřesní na základě alespoň 3 výhodně 6 až 16 identických bodů (252) podle hustoty identických bodů (252) na měřeném objektu.

10. Způsob měření, zpracování a využití dat DMT pro objektivní hodnocení geometrických parametrů objektů povrchů konstrukčních částí např. silnic a jiných povrchů podle nároku 1 a 9, vyznačující se tím, že ve speciálních případech se použije i geometrická transformace založená na jiných geometrických tvarech než trojúhelníky např. čtverce, obdélníky, mnohoúhelníky, koule, kvádry, krychle a jiné 2D a 3D tvary.

11. Způsob měření, zpracování a využití dat DMT pro objektivní hodnocení geometrických parametrů měřených objektů povrchů konstrukčních částí např. silnic a jiných povrchů podle nároků 1 až 10_zvyznačující se tím, že z každé jednotlivé etapy měření se vytvoří digitální model terénu představující body na povrchu měřeného objektu s garantovanou výškovou přesností povrchu charakterizovanou výškovou směrodatnou odchylkou od 2jfiwí x 5/rim vzhledem k výškovému souřadnicovému systému v libovolném místě měřeného objektu, přičemž digitální modely terénu z jednotlivých etap měření se použijí k porovnání s digitálními modely projektu nebo s digitálními modely terénu z jiných etap měření.

12. Způsob měření, zpracování a využití dat DMT pro objektivní hodnocení geometrických parametrů měřených objektů povrchů konstrukčních částí např. silnic a jiných povrchů podle nároků 1 až 11 _f vyznačující se tím, že rozdílový model mezi DMT stávajícího povrchu měřeného objektu např. silnice a digitálních modelů projektu jednotlivých konstrukčních částí se používá k objektivnímu určení objemu materiálu vybraných položek např. výkazu výměr.

13. Způsob měření, zpracování a využití dat DMT pro objektivní hodnocení geometrických parametrů měřených objektů povrchů konstrukčních částí např. silnic a jiných povrchů podle nároků 1 až ll_z vyznačující se tím, že výpočty geometrické statistiky úseku měřených stavebních objektů se použijí pro kontrolu shody skutečných geometrických parametrů s digitálním modelem projektu v tabulkové bilanci nebo v grafické ilustraci a určení kubatur skutečně provedených prací nebo rozdílu k projektovaným kubaturám.

_ - i4 S ·

20 : · ,. ·····:.. · * · - » > * »« * » ♦ · ζ 9 ·· φ >

·*»«·· 1 » φ · ζ φ · ·*_β<»···*

14. Způsob měření, zpracování a využití dat DMT pro objektivní hodnocení geometrických parametrů měřených objektů povrchů konstrukčních částí např. silnic a jiných povrchů podle nároku 1 až 11,vyznačující se tím, že rozdílový model mezi DMT stávajícího povrchu silnice a digitálního modelu projektu se používá k navigaci pro frézování při opravách silnic.

15. Způsob měření, zpracování a využití dat DMT pro objektivní hodnocení geometrických parametrů měřených objektů povrchů konstrukčních částí např. silnic a jiných povrchů podle nároku 14_zvyznačující se tím, že při realizaci oprav měřených objektů např. u oprav silnic se informace z rozdílového digitálního modelu terénu o hloubce frézování přenese na místo realizace projektu navigací v telefonu nebo i geodetickým přístrojem, kdy se vysoce přesná informace o výšce DMT v určitém místě měřeného objektu např. silnice nebo jiné stavební konstrukce získá přiřazením vysoce přesné výšky z DTM a pomocí určení polohy přístrojem nižší přesnosti např. přijímačem GNSS v mobilním telefonu, profesionálním geodetickým přístrojem GPS nebo totální stanicí nebo geodetickým jedno frekvenčním LI GPS.

16. Způsob měření, zpracování a využití dat DMT pro objektivní hodnocení geometrických parametrů měřených objektů povrchů konstrukčních částí např. silnic a jiných povrchů podle nároků 1 až 15_;vyznačující se tím, že rozdílový model mezi DMT stávajícího povrchu měřeného objektu např. silnice a digitálního modelu projektu se použije pro objektivní kontrolu kvality geometrických parametrů měřených objektů např. silnic nebo k navigaci pro kontrolu geometrických parametrů.

17. Způsob měření, zpracování a využití dat DMT pro objektivní hodnocení geometrických parametrů měřených objektů povrchů konstrukčních částí např. silnic a jiných povrchů podle nároků 1 až l^vyznačující se tím, že geometrické statistiky měřených objektů jednotlivých staveb se využijí k objektivnímu hodnocení a porovnání staveb a rekonstrukcí měřených objektů a jejich zhotovitelů.

18. Měřící zařízení k provádění způsobu měření a následného určování prostorových souřadnic povrchu objektu pro provádění způsobu měření, zpracování a využití dat podle nároků 1 až 16, obsahující pozemní dopravní prostředky vybavené měřicími přístroji a příslušenstvím _t vyznačující se tím, že měřící zařízení zahrnuje sestavu tří pozemních dopravních prostředků (290, 291,292); přičemž sestava zahrnuje střední dopravní prostředek (290) určený pro sběr podrobných bodů a obsahující zařízení (210) pro sběr podrobných bodů, kterým je např. alespoň jeden laserový skener, zařízení (221) pro měření polohy zařízení pro sběr podrobných bodů, kterým je zejména přístroj GNSS, zařízení (231) pro měření výšky na cílových zařízeních (232), a zařízení (240) pro sběr a ukládání naměřených dat ze zařízení pro sběr podrobných bodů;

koncový dopravní prostředek (292) pro záměru vzad obsahující cílová zařízení (232) pro měření výšek identických bodů (252); a přední dopravní prostředek (291) pro záměru vpřed obsahující cílová zařízení (232) pro měření výšek identických bodů (252), a zařízení (222) pro měření polohy cílového zařízení (232), kterým je např. přístroj GNSS.

19. Měřící zařízení podle nároku 18, vyznačující se tím, že pozemní dopravní prostředky (290,291,292) jsou automobily, zejména osobní automobily, nákladní auto, pásák, dálkově

2Ϊ . - , ₄, . ’ . . · * , >· i · ♦ · . ♦ ·· ·· · · t *· * ! ..

, · · .· *·· t · · · * *, naváděné modely, přívěsy, návěsy, jiné tažné nebo vlečné platformy, apod., přemístující se kompaktně jako celek za sebou v průběhu etapy měření.