УП “Геосервис” – головное изыскательское предприятие республики, имеющее мощную производственную базу и лабораторию. Выполняет большой объем работ, среди которых все виды геодезических, инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий для строительства, инженерно-геологические исследования в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений, наблюдения за деформациями оснований сооружений, а также геологоразведочные, горнопроектные и маркшейдерские работы на месторождениях стройматериалов. В прошедшем году добавился еще один вид услуг – наземное лазерное сканирование.
Лазерное сканирование – новейшая технология, применимая во множестве задач, возникающих на всех стадиях строительства, начиная с изысканий и проектирования, контроля и мониторинга в процессе строительства и заканчивая периодом эксплуатации. Кроме того, сканирование упрощает решение многих задач и помимо строительства, среди которых оценка тепловой реабилитации зданий, реставрационные работы, инвентаризация, основа для создания ГИС, расчет объемов, даже прогнозирование и анализ ситуаций. Эта технология экономит время и трудозатраты и предоставляет намного более высокий уровень точности для любых задач, когда необходимо точно и подробно зафиксировать объект в трехмерной модели.
Безусловно, такие оптимистичные заявления нужно подкреплять конкретными примерами внедрения новых технологий – люди скептически относятся к словам “более”, “намного”, “совершенно иной уровень” и т.д. В этой статье мы подробно расскажем, как используется лазерное сканирование при реставрации.
Специалистами УП “Геосервис” были проведены работы по созданию трехмерной модели исторического объекта – памятника архитектуры XI в. полоцкого Софийского собора.
Софийский собор (2-я половина XI в.) – самый крупный памятник архитектуры барокко на территории Беларуси. Первоначально он имел в объеме форму куба с ребром 26,4 м, венчали его семь шлемовидных куполов. В 1710 г. произошел взрыв порохового склада, древний фундамент и остатки стен и апсид были включены в новую композицию храма, постройка которого завершилась в 1750 г. Собор стал представлять собой трехнефную одноапсидную базилику, ориентированную на север. С южной стороны на высоту 57 м поднялись две симметричные башни. В начале ХХ в. храм капитально ремонтировали, а вскоре после ремонта приспособили под музей, затем под склад. В 1969 г. в Софийском соборе начались реставрационные работы, в 1983 г. здесь открыт концертный зал камерной музыки.
На этапе “полевые работы” было намечено размещение станций сканирования с целью исключения “белых пятен” – неотсканированных участков – и специальных марок – опорных точек, по которым позже производилось совмещение и уравнивание (“сшивка”) сканов. Для получения полной картины станции необходимо было разместить оптимально, кроме того, в каждом скане должны присутствовать минимум три общие марки с соседними сканами (каждой марке задавался свой номер). Полевые работы были выполнены в течение двух дней.
С пяти станций было получено около 10 миллионов точек, плотность задавалась один пикет на 1 см2. Процесс сканирования управлялся с портативного компьютера – задавались область и плотность сканирования, распознавались марки, регистрировались и сохранялись измерения.
Собранная таким образом информация обрабатывалась при помощи программного обеспечения; марки с одинаковыми номерами объединялись в связи, сканы уравнивались в общее облако точек.
Следующий этап – моделирование, на которое уходит основное время работы над проектом. Дело в том, что предыдущие этапы максимально автоматизированы, для моделирования же требуется навык работы с трехмерными моделями. Программное обеспечение предоставляет целую палитру инструментов для обработки полевых данных, тем не менее оператору необходимо вручную обработать каждый элемент объекта, руководствуясь требованиями заказчика к точности и детальности модели. Модель строится при помощи геометрических примитивов, которые вписываются в массив точек (например, трубопровод представляется цилиндрами). Не все объекты, однако, можно описать набором фигур – иногда требуется применение функции построения триангуляционных поверхностей. В нашем случае использовалась именно эта функция: множество архитектурных элементов собора невозможно описать основными геометрическими фигурами, поэтому строилась сложная триангуляционная поверхность. Алгоритм создавал сеть из треугольников, используя в качестве вершин соседние точки в облаке, с условием построения поверхности, максимально приближенной к плоскости.
Готовая модель – это универсальное описание объекта, содержащее информацию о площадях поверхностей стен, потолков – полезная функция для расчета расхода строительных материалов, тепловой реабилитации здания и др. Выделение двухмерной информации из элементов модели – простое и быстрое построение чертежей оконных проемов, карнизов, пилястр. Другие специальные функции позволяют строить точные профили, сечения и разрезы в любой заданной плоскости. Модель собора поможет точно и быстро составить план реставрации, рассчитать необходимые материалы и сроки работ, возможно даже предугадать непредвиденные ситуации, например степень безопасности на высотных работах и др.
Установив высокую плотность сканирования, можно получать подробные модели скульптур, рельефов, прочих сложных интерьерных элементов, которых в исторических архитектурных памятниках великое множество. Создание их модели – это своеобразная консервация таких объектов, полное и точное их описание (ранее были только фотографии, еще раньше – эскизы, которые, разумеется, не гарантируют соответствия с реальным объектом).
К элементам модели прикрепляются аннотации и базы данных – описания произведенных работ, даты, особые замечания.
Можно также создавать упрощенные демонстрационные модели, совместимые с распространенными доступными программами для просмотра, и размещать информацию на туристических сайтах.
Примеров применения трехмерных моделей, с помощью которых решение многих задач значительно упрощается, более чем достаточно. Технология с течением времени будет совершенствоваться, недочеты устраняться, и можно с уверенностью сказать, что будущее геодезии – в лазерных технологиях и трехмерном моделировании. Это вопрос времени, но начинать лучше уже сейчас.
УП “Геосервис”
Республика Беларусь, 220002
г. Минск, ул. Кропоткина, 89
Тел. 293-17-61
Е-mail: [email protected]
]]>www.geoservice.by]]>