كاربرد دستگاه‌هاي اسكنر ليزري سه بعدي درعمليات نقشه‌برداري سازه‌ها

كاربرد دستگاه‌هاي اسكنر ليزري سه بعدي درعمليات نقشه‌برداري سازه‌ها

دستگاه‌هاي اسكنر ليزري قادر هستند...

الف-معرفي دستگاه
دستگاه‌هاي اسكنر ليزري قادر هستند كه تصاوير سه بعدي پانوراميك ديجيتالي كاملاً رنگي و اتوماتيك از كليه تأسيسات صنعتي و عمراني تهيه نمايند، به شكلي ‌كه تمامي نقاط در اين‌گونه تصاوير داراي مختصات دقيق X,Y,Z ‌باشند. خطاهاي استاندارد آنها درحد بسيار مطلوب بوده، به صورتي‌كه دستگاه GS100- MENSI، با حداكثر فاصله از موضع موردنظر، جهت ثبت اطلاعات تا يك‌صد متر و حدود 3 ميلي‌متر خطا، مي‌تواند كليه نقاط موردنظر را به صورت سه بعدي اسكن نمايد. بنابراين مشاهده مي‌شود تحولي عظيم در تهيه نقشة سازه‌هاي صنعتي و عمراني ايجاد گرديده به طوري‌كه در پروژه‌هاي خودروسازي، كشتي‌سازي، صنايع هواپيماسازي و كارخانه‌هاي صنعتي و تأسيسات عظيم پتروشيمي، نفت، گاز و پروژه‌هاي عمراني از قبيل پل، تونل، سد، همچنين به منظوركنترل سازه‌ها با طراحي اوليه مي‌توان از اين نوع دستگاه‌ها جهت تهيه نقشه‌هاي ديجيتالي سه بعدي استفاده نمود.
در خصوص نحوة استفاده از دستگاه‌هاي اسكنر ليزري 3D، با توجه به اينكه پرتوافكني آن به صورت كاملاً ديجيتالي است در نتيجه............

برای دیدن متن کامل روی ادامه مطلب کلیک کنید

كاربرد دستگاه‌هاي اسكنر ليزري سه بعدي درعمليات نقشه‌برداري سازه‌ها

دستگاه‌هاي اسكنر ليزري قادر هستند...

الف-معرفي دستگاه

دستگاه‌هاي اسكنر ليزري قادر هستند كه تصاوير سه بعدي پانوراميك ديجيتالي كاملاً رنگي و اتوماتيك از كليه تأسيسات صنعتي و عمراني تهيه نمايند، به شكلي ‌كه تمامي نقاط در اين‌گونه تصاوير داراي مختصات دقيق X,Y,Z ‌باشند. خطاهاي استاندارد آنها درحد بسيار مطلوب بوده، به صورتي‌كه دستگاه GS100- MENSI، با حداكثر فاصله از موضع موردنظر، جهت ثبت اطلاعات تا يك‌صد متر و حدود 3 ميلي‌متر خطا، مي‌تواند كليه نقاط موردنظر را به صورت سه بعدي اسكن نمايد. بنابراين مشاهده مي‌شود تحولي عظيم در تهيه نقشة سازه‌هاي صنعتي و عمراني ايجاد گرديده به طوري‌كه در پروژه‌هاي خودروسازي، كشتي‌سازي، صنايع هواپيماسازي و كارخانه‌هاي صنعتي و تأسيسات عظيم پتروشيمي، نفت، گاز و پروژه‌هاي عمراني از قبيل پل، تونل، سد، همچنين به منظوركنترل سازه‌ها با طراحي اوليه مي‌توان از اين نوع دستگاه‌ها جهت تهيه نقشه‌هاي ديجيتالي سه بعدي استفاده نمود.
در خصوص نحوة استفاده از دستگاه‌هاي اسكنر ليزري 3D، با توجه به اينكه پرتوافكني آن به صورت كاملاً ديجيتالي است در نتيجه، ثبت تصاوير از موضع موردنظر با دقت بسيار بالا انجام خواهد گرفت و در حقيقت تصاوير تهيه شده به صورت ابري از نقاط داراي مختصات خواهند بود، كه پس از پردازش در نرم افزار كامپيوتري، اين نقاط، به صورت ديجيتالي ثبت خواهند گرديد.
با توجه به اينكه سرعت اسكن نمودن تصاوير در دستگاه‌هاي مختلف اسكنر ليزري متفاوت مي‌باشد وليكن، در هرحال، از نظر زماني سريع‌تر و با دقت بالاتري نسبت به روش‌هاي معمول نقشه‌برداري ژئودتيك وميكروژئودزي، در تهيه نقشه‌هاي ديجيتالي، مي‌تواند مورد استفاده قرار گيرد. ضمناً امكانات نرم افزاري ACAD , 3D MAX و استفاده از شبيه‌سازي در اين‌گونه تصاوير ديجيتالي سه بعدي و كنترل نقشه‌هاي طراحي شده اوليه با سازه اجراء شده و همچنين تعيين دقيق تغيير شكل‌ها و جابجايي‌ها در اين‌گونه تأسيسات با استفاده از اين‌ نوع دستگاه‌ها امكان‌پذير مي‌باشد.
ب- كارائي دستگاه اسكنر ليزري در تهيه نقشه‌هاي ديجيتالي سازه‌ها
مزيت استفاده از دستگاه‌هاي اسكنر ليزري 3D به شرح ذيل مي‌باشد.
1- سرعت بسيار بالا در اسكن نمودن و تهيه نقشه‌هاي ديجيتالي و رنگي سه بعدي.
2- عدم نياز به استفاده، و كنترل دائم، نقاط ثابت و متغير، در عمليات ميكروژئودزي.
3- عدم نياز به استفاده از عمليات نقشه‌برداري زميني در مورد سازه‌هايي‌ كه به صورت دورهيك، مي‌بايست از نظر جابجايي كنترل گردند. (از قبيل سدها)
4- پردازش اتوماتيك تصاوير سه بعدي اسكن شده در دورههاي زماني مختلف با استفاده از نرم‌افزارهاي موجود.
5- دسترسي سريع به اطلاعات نرم‌افزاري حاصل از اسكن ليزري سه بعدي.
6- امكان اسكن نمودن حجم عظيمي از اطلاعات با مختصات بسيار دقيق.
ج- محدويت دستگاه
يكي از محدوديت‌هاي كاربرد اين دستگاه‌ها، محدوديت بْرد آنهاست. به طوري‌كه براي فواصل صد متر، در GS100 ، مي‌بايست از ايستگاه كمكي براي ثبت باقي‌مانده تصاوير ديجيتالي رنگي (حاوي مختصات ) استفاده نمود. البته اين محدوديت در دستگاه‌هاي مختلف متفاوت مي‌باشد.
د- كاربرد دستگاه دربخش صنعت
در مرحله نصب دستگاه‌ها و قطعات مكانيكي در كارخانه‌ها و نيروگاه‌ها و غيره، دستگاه اسكنر ليزري3D مي‌تواند كارايي بسيار بالايي داشته باشد و هرگونه تغيير شكل و جابجايي در مرحله نصب و يا ايراد فني را با مختصات بسيار دقيق مشخص نمايد. تعداد پرسنل فني كه با اين دستگاه مي‌بايست كار كنند 3 تا چهار نفر مي‌باشند كه هركدام مسؤوليت خاصي را در مراحل مختلف عهده‌دار خواهند بود، كه دوره آموزشي مخصوص آنرا مي‌بايست به صورت عملي و تئوري تعليم ديده باشند.
ه - پردازش اطلاعات اسكن شده
اصولاً اين دستگاه بر مبناي TIME OF FLIGHT (زمان پرتوافكني) قابليت اندازه‌گيري قسمت‌هاي برجسته و يا فرورفته اجسام مختلف را دارد و امكان تهيه تصاوير ديجيتالي رنگي با يك دوربين ويدئويي با قابليت ZOOMبالا را در دريافت و تلفيق با اطلاعات اسكن شده دارد. اين اطلاعات در نرم‌افزار نصب شده در رايانه دستگاه، به اطلاعات ديجيتالي تبديل شده كه با آناليزهاي مستقيم به صورت مختصات X,Y,Z در خواهند آمد. اصولاً ميكروسيستم دستگاه با نام‌هاي كوتاه شده PDMS وPDS شبيه قطره‌هاي باران ژئوماتيكي و استوديو مكس سه بعدي عمل مي‌نمايد.
در ميكرو ژئودزي و يا نقشه‌برداري ژئودتيك ايجاد شبكه‌هاي ثابت ايستگاه‌هاي زميني از اصول اوليه كار است در حالي‌كه در روش استفاده از اين دستگاه، گوي‌هايي به منظور توجيه نسبي دستگاه از نظر مختصاتي در اطراف نقاط تعريف شده قبلي سازه تعبيه گرديده كه دستگاه در هنگام اسكن نمودن، كاملاً آنان را شناسايي نموده و نسبت به مختصات از قبل معرفي شده توجيه نسبي مي‌گردد. در نتيجه در هنگام اسكن نمودن از موضع سازه موردنظر كليه فواصل اندازه‌گيري شده تا نقاط سازه را به صورت سه بعدي، با اين نقاط مرجع آناليز و تحليل عددي مي‌نمايد. بنابراين استقرار پايه دستگاه نازل اسكنر ليزري در هر موقعيتي امكان‌پذير بوده و مي‌بايست بهترين نتيجه را از نظر پوشش تصاوير ثبت شده از سازه موردنظر داشته باشد. اگرچه اجباري در استفاده از ايستگاه‌هاي ثابت شبكه ميكروژئودزي نيست، ليكن تعبيه و نصب گوي‌هاي شناسايي دستگاه، در محل‌هاي موردنظر سازه، اهميت زيادي دارد به طوري‌كه توجيه نسبي دستگاه از نظر مختصاتي، به دقت بكار رفته در مرحله نصب اين نشانه‌ها (گوي‌ها) بستگي تام دارد.
و- جدول مشخصات فني دستگاه‌هاي اسكنر ليزري
جدول مشروحه ذيل اطلاعات و مشخصات فني دستگاه‌هاي اسكنر ليزري MENSI را نشان مي‌دهد.
ز- خطاهاي مجاز دستگاه در برداشت و ثبت ديجيتالي تصاوير سه بعدي
طبق مشخصات فني، كاتالوگ دستگاه GS 10 – MENSI ميزان خطاي مجاز در تعيين موقعيت هر نقطه حدود 21/0 ميلي‌متر در هر ده متر طول مي‌باشد و اين مقدار در دستگاه GS 25 حدود 6/0 ميلي‌متر است. البته اين مقادير، ميزان خطا را در شرايط ايده‌آل نشان مي‌دهد. و به هرحال در هنگام تهيه تصاوير سه بعدي مي‌بايست ميزان جابجايي نقاط در دو دوره زماني مختلف به حدي باشد كه از ميزان خطاهاي مجاز دستگاه كوچك‌تر نباشد زيرا در اين صورت اسكن‌هاي تهيه شده تغييرات محسوسي را نشان نخواهند داد.
رفتارسنجي سازه‌هاي بلند مرتبه بوسيله اسكنرهاي ليزري سه بعدي
با توجه به اين كه اسكنرهاي ليزري سه بعدي نوع ROOM SITE قادر هستند كه از مواضع آسيب‌ديده در ساختمان‌هاي بلندمرتبه اسكن ديجيتالي سه بعدي تهيه نمايند، بنابراين با دقتي حدود 2/0 ميلي‌متر تا 8/0 ميلي‌متر با توجه به نوع اسكنر و فاصله از موضع موردنظر مي‌توان تصاوير ديجيتالي دقيقي را تهيه نمود كه در مرحله پردازش در نرم افزار رايانه دستگاه، كليه نقاط آن داراي مختصات X,Y,Z دقيقي باشند. لذا در صورتي‌كه هرگونه تغيير شكل و يا جابجايي در قطعات و اعضاء اصلي سازه بوجود آمده باشد با مقايسة دو تصوير سه بعدي در دو دوره زماني مختلف مي‌توان جهت و مقدار تغييرات نقاط مختلف را به صورت گرافيكي نيز نمايش داد. در نتيجه ميزان آسيب‌ديدگي بوجود آمده در سازه مزبور را مشخص نمود. در برخي موارد ميزان آسيب‌ديدگي‌ها درحد جزئي بوده وليكن با توجه به جهت و مقدار تغيير شكل‌هاي آنها، مي‌توان ميزان گسترش آسيب‌ديدگي‌هاي بعدي را در آينده به صورت گرافيكي نمايش داد. و در نتيجه پيش‌بيني‌هاي لازم جهت پيشگيري از روند تخريب و توسعه‌ آسيب‌ديدگي‌ها در آينده را بعمل آورد. در اسكنر ليزري GS 100 باتوجه به اين كه زاويه چرخش براي زمينه ديد 360 درجه است و تا 60 درجه به صورت زاويه قائم (از صفحه افق به طرف پائين و يا بالا) قادر به برداشت و اسكن نمودن تصاوير سه بعدي مي‌باشد. با استقرار يك نوبت پايه دستگاه، مي‌توان كليه سطوح قائم و كف را برداشت نمود و در صورت وسعت منطقه موردنظر جهت تأمين پوشش لازم از نقاط كمكي نيز استفاده نمود.
حجم ديتاهاي ورودي به كامپيوتر بسته به نوع عوارض و (كنتراست‌)هاي تصاوير متغير بوده وليكن اصولاً كامپيوتر مورد استفاده مي‌بايست حافظة بالايي دارا بوده و اسكن‌هاي انجام شده بروي CDهاي موردنياز ذخيره گردند. ضمناً در صورت نياز مي‌توان جهت بالابردن دقت تصاوير سه بعدي و همچنين تعيين مختصات دقيق‌تر از موضع موردنظر دو بار اسكن ليزري تهيه نمود. كه با تلفيق اين دو بار، اسكن انجام شده، تصاوير واضح‌تر و با مختصات دقيق‌تري از كليه نقاط را بدست آورد.
جدول ميزان جابجايي گره‌هاي سازه بر حسب دوره زماني متناوب
رديف شماره گروه مختصات دوره آبان 1378 مختصات دوره ارديبهشت 1379 DX DY DZ
X Y Z X Y Z
1 p-11 200.000 700.143 800.436 200.014 700.150 800.450 14 7 14
2 p-12 760.897 540.789 690.900 760.889 540.800 690.897 -8 11 -3
3 p-13 650.678 560.785 690.990 650.680 560.800 691.012 2 15 22
4 p-14 800.789 560.760 800.446 800.780 560.800 800.449 -9 40 3
5 p-15 900.890 1200.656 700.789 900.980 1200.652 700.798 90 -7 9
6 p-16 900.780 560.764 700.768 900.789 560.750 700.779 9 -14 11
7 p-17 800.870 1200.669 750.750 800.867 1200.647 750.743 -3 -22 -7

مشخصات فني دستگاه
1- Mesh Module
اصولاً با يك Mesh Module ديتاهاي ورودي به وسيله معادلات پارامتريك و مثلث بندي‌ها به صورت مدل سه بعدي اتوماتيك به مختصات سه بعدي تبديل مي‌شود. ضمناً تصاوير را مي‌توان با كيفيت عالي Render نمود.
2- Image Module
مشخصات فني تصاوير از نوع Alpha بوده و قابليت انطباق با نرم‌افزار CAD را دارد. ضمناً فرمان اسكن نمودن و تعيين فريم تصوير از طريق رايانه دستگاه مشخص و Setup گرديده و به قسمت اسكنر صادر مي‌گردد.
3-Advanced Out put
اطلاعات خروجي بر مبناي CAD و براساس & PDS PDMS مي‌باشند.
4- راهنماي فايل‌هاي فرمت
1- Auto Cad (dxf)
2- Rod Cad (rf) 3Dipsos (ips)
3- Acis (sat) 3Dipsos Catalogs
4- Plant View (mac) JPEG
5- Maya (obj) PBM
6- IGES Real Work
7- ASC II (neu)
8-Post script (ps)

اين دستگاه مي‌تواند به صورت Multi –Users در يك يا چند پروژه به صورت توأم مورد استفاده قرار گيرد.

5- تهيه نقشه‌هاي چون ساخت (AsBuilt)
تهيه نقشه‌هاي چون ساخت (AsBuilt) سازه‌ها و كنترل آن با طراحي اوليه به كمك دستگاه اسكنر ليزري 3D با سرعت و دقت بسيار بالايي انجام خواهد گرديد و هرگونه جابجايي و يا تغيير شكل در سازه را با مختصات دقيق مشخص و ميزان خسارات وارده به سازه با دقت كافي قابل برآورد مي‌باشد.

يك پاس
اسكن ليزري

+ + + + + +
+ + + + + +
+ + + + + +
+ + + + + +
+ + + + + +
+ + + + + +
+ + + + +
+ + + + +
+ + + + +
+ + + + +
+ + + + +
+ + + + +
+ + + + +
نحوه اسكن كردن تصاوير در پاس‌هاي مختلف اسكن ليزري

در صورت ايجاد گپي در تصاوير اسكن شده در رايانه دستگاه مي‌توان نقاط گپي را مجدداً اسكن نموده و كليه مواضع موردنظر را اسكن سه بعدي نمود.
قبل از اجراي عمليات اسكن ليزري مي‌بايست طرح اوليه‌اي از نحوه اسكن نمودن سازه موردنظر را طراحي نمود به طوري‌كه در عمل بهترين پوشش تصويري از كليه مواضع در سازه مذكور حاصل گردد.
ضمناً سعي شود كه از تكرار عمليات پرهيز گردد. زيرا اسكن نمودن مجدد، نياز به بار مالي اضافي به لحاظ تكرار برخي از مراحل عملياتي دارد. بنابراين طرح اوليه اسكن، حائز اهميت ويژه‌اي است و بايد محل استقرار اسكنر ليزري به خوبي از نظر ديد كلي مورد ارزيابي قرارگيرد و لوازم و ابزار اضافي موجود در محيط كه وجود آنها ضروري نيست حذف گردد و ديد اصلي دستگاه متوجه مواضع اصلي سازه باشد. در هنگام فعال بودن دستگاه به هيچ وجه اشياء متحرك يا اشخاص رفت و آمد ننمايند. زيرا در صورت برخورد پاس‌هاي عبور ليزر به موانع متحرك، تصاوير دچار اشكال خواهند شد كه در آن صورت مي‌بايست مجدداً عمليات را تكرار نمود.
ضمناً از تكان‌هاي شديد پايه اسكنر، به طور جدي مي‌بايست اجتناب شود. كاليبراسيون اين دستگاه تخصصي بوده و مي‌بايست در دوره‌هاي زماني مختلف توسط كارخانه سازنده كاليبره شود.
6- كاربرد اسكنر ليزري 3Dدر نحوه كاركرد مطلوب دستگاه‌هاي مكانيكال
يكي ديگر ازموارد كاربرد اين دستگاه، بررسي چگونگي راندمان كاركرد دستگاه‌هاي مكانيكي از قبيل موتورها، الكتروپمپ‌ها و غيره مي‌باشد، به طوري‌كه در هنگام كاركردن مجموعه دستگاه‌هاي نصب شده عمليات اسكن ليزري انجام گرديده و در نتيجه هر نوع لرزش و يا تغيير شكل قسمت‌هاي نصب شده را مي‌تواند به صورت تصاوير سه بعدي تمام رنگي ديجيتالي تهيه نمايد و با اين روش از راندمان مطلوب كار مجموعه دستگاه‌هاي نصب شده مكانيكي اطمينان حاصل نمود.
در نقشه هاي ديجيتالي سه بعدي تهيه شده به اين روش اصولاً هرگونه تغيير شكل ناشي از كاركرد ناصحيح مجموعه موردنظر مشخص گرديده و كليه ايرادهاي فني در نحوه نصب دستگاه‌ها و يا اتصالات مربوط به آنها را مي‌توان توسط متخصصان ذي‌ربط بررسي نمود.
Spot Size نور ليزري در دستگاه‌هاي اسكنر ليزري سه بعدي برحسب فاصله از موانع موردنظر متفاوت مي‌باشد. به طوري‌كه قطر آن در فاصله 50 متري در دستگاه GS 100 حدود 3 ميلي‌متر است بنابراين دقت برداشت نقاط نيز بستگي مستقيم به ميزان فواصل از موضع موردنظر دارد.
اصولاً سيستم اسكنر ليزري بيشتر در مواردي استفاده مي‌شود كه نياز به كسب اطلاعات ژئومتري موجود و همچنين از نحوه ارتباطات فيزيكي بين دستگاه‌هاي مختلف موردنظر ‌باشد. بنابراين در مواردي كه استفاده از روش‌هاي معمول نقشه‌برداري مقدور نبوده و يا غيرقابل دسترس و غير عملي ‌باشد از اسكنر ليزري 3D استفاده مي‌شود. هرچند در حال حاضر استفاده از اين نوع تكنولوژي در كشور عزيز ما، متأسفانه به علت محدوديت‌هاي خاصي امكان‌پذير نبوده وليكن اميدواريم با توجه به پيشرفت‌هاي روز افزون در كليه مراحل، در آينده نزديك از اين‌گونه دستگاه‌‌ها در امر تهيه نقشه‌هاي ديجيتالي تمام رنگي سه بعدي درسازه‌ها و پروژه‌هاي خاص استفاده نمود.