+48 794 246 362
Skanowanie 3D zapory i obiektów hydrotechnicznych na przykładzie zapory i zbiornika w m. Nielisz
Wykonując wiele projektów infrastrukturalnych, energetycznych, budowlanych, czy środowiskowych związanych inwentaryzacją budowlaną za pomocą techniki skanowania laserowego spotykamy sporo wyzwań. W ostatnim czasie zrealizowaliśmy skanowanie 3D zapory dla projektu wykonawczego remontu budynku upustów dennych na zaporze czołowej zbiornika wodnego Nielisz w m. Nielisz. Skaning obiektów hydrotechnicznych jest jednym z elementów monitoringu i diagnostyki obiektów hydrotechnicznych, który dostarcza wiedzy z zakresu stanu technicznego obiektu. Celem powyższych procesów jest określenie oceny tego stanu w konkretnym momencie użytkowania. Może się objawiać poprzez zdefiniowanie jego stabilności, a co za tym idzie bezpieczeństwa. W tym artykule skupimy się na działaniach wykorzystujących skan 3D i chmurę punktów z naziemnego skaningu laserowego. Wykorzystano go do celów inwentaryzacji architektonicznej 3D obiektu hydrotechnicznego. Z artykułu dowiesz się jak pozyskujemy i przetwarzamy dane 3D. Jak wykonujemy inwentaryzacje architektoniczno – budowlane obiektów infrastruktury min. zapór czy jazów.
Zasoby wodne w Polsce
Zasoby wód śródlądowych stanowią podstawowy czynnik warunkujący rozwój gospodarczy oraz ważny element systemu ekologicznego. Na podstawie wielkości średniego odpływu rocznego Polskę uważa się za kraj o małych zasobach wodnych. Jest to jeden z niewielu krajów europejskich, który zagrożony jest deficytem wody. O wielkości zasobów wodnych świadczy wskaźnik dostępności wody dla ludności i gospodarki narodowej (wyrażony ilorazem średniego rocznego odpływu), który w Polsce wynosi ok. 1600 m3 /mieszk./r., wobec ok. 4500 m3 /mieszk./r. średnio w Europie. W latach suchych wskaźnik ten spada nawet poniżej 1000 m3 /mieszk./r. Według oceny Międzynarodowego Programu „Populacja i Środowisko” dokonanej w 1993 r. Polska zakwalifikowana została jako jedyny kraj europejski zagrożony deficytem wody. Zagrożenie potęguje nienajlepsza jakość wody w naszych rzekach. Należy podkreślić, że województwo lubelskie ma najmniejsze zasoby wodne wód powierzchniowych w Polsce. Świadczy wymieniony wskaźnik dostępności wody, który wynosi ok. 1300 m3 /mieszk./rok.
Zbiornik wodny i zapora Nielisz
Uwzględniając małe zasoby wodne, szczególną uwagę należy zwrócić na zwiększenie retencji w dolinach rzek w celu poprawy stanu tych zasobów i łagodzenia deficytu wody. Przykładem zwiększenia dyspozycyjnych zasobów wodnych w dorzeczu rzeki Wieprz było wybudowanie zbiornika wodnego w Nieliszu (teren gmin Nielisz i Sułów, powiat Zamość). Zbiornik stanowił priorytetową inwestycję w gospodarce wodnej województwa lubelskiego z uwagi na znaczenie w ochronie przeciwpowodziowej doliny Wieprza i wyrównanie przepływów w jego korycie w okresie niskich stanów wody. Opracowano nowoczesny system komputerowy umożliwiający prowadzenie racjonalnej gospodarki wodnej w zlewni rzeki Wieprz w okresach wezbrań powodziowych i okresach suszy. Teren, na którym wybudowano zbiornik, został zgłoszony do Komisji Europejskiej przez organizacje pozarządowe na tzw. Shadow List jako potencjalny obszar specjalnej ochrony ptaków Natura 2000.
Polskie wielozadaniowe zbiorniki magazynują zaledwie ok. 6,5% objętości średniorocznego odpływu przy możliwościach, jakie dają warunki fizyczno-geografczne retencjonowania wód – ok. 15% odpływu. Uwzględniając realne zagrożenie naszego kraju deficytem wody, należy potraktować w Polsce budowę zbiorników wodnych i obiektów małej retencji wodnej (o objętości do 5 mln m3 ) priorytetowo. Wynika to również z uwarunkowań unijnego prawodawstwa, tj. ramowej dyrektywy wodnej (2000/60/WE Parlamentu Europejskiego i Rady Europy z 23 października 2000 r.) i ramowej dyrektywy powodziowej (2007/60/WE Parlamentu Europejskiego i Rady Europy z 23 października 2007 r. w sprawie oceny ryzyka powodziowego i zarządzania nim). Zbiornik wodny w Nieliszu w dorzeczu rzeki Wieprz ma powierzchnię całkowitą lustra wody 888 ha i objętość całkowitą 19,5 mln m3 .
Skanowanie 3D zapory
Szybki rozwój technologii skanowania 3D spowodował powszechne wykorzystanie tej metodologii do pozyskiwania danych w terenie. Wykorzsytuje się je do modelowania obiektów hydrotechnicznych m.in. skanowania 3D zapór. Zbiór danych określany mianem chmury punktów. Uzyskiwany jest metodą fotogrametrii, lub przy użyciu skanerów laserowych 3D. Dobór właściwej technologii pomiaru, a czasem ich połączenia uzależniony jest o charakteru obiektu i oczekiwanej w danym projekcie dokładności jaką chcemy uzyskać.
Stacjonarny (TLS) lub mobilny (MLS) skaning laserowy 3D jest dokładniejszą metodą pozyskiwania danych niż techniki fotogrametryczne działające w oparciu o wykonywanie fotografii. Skanery 3D realizujące zadania do celów pomiarów infrastruktury hydrotechnicznej osiągają dokładność kilku mm. Fotogrametria znakomicie sprawdzi się w pozyskaniu chmur punktów do NMPT – numeryczny model pokrycia terenu. Będzie dobra wszędzie tam, gdzie milimetrowa dokładność nie jest nam potrzebna, a obiekt nie jest przesłonięty np. drzewami, roślinnością.
Technikę tą stosuje się np. do usytuowania odsłoniętych skarp, dróg technicznych, asfaltu. Większych niczym nie pokrytych powierzchni, lub uzupełnienia pomiarów z TLS lub MLS. W przypadku chęci zebrania danych (+/-kilka cm) na potrzeby uzyskania dokładnego NMT [DTM] – numerycznego model terenu większej powierzchni liczonej w dziesiątkach i setkach ha zdecydowanie lepszą i efektywniejszą metodyką będzie wykorzystanie czujników aktywnych LiDAR umieszczonych na platformach latających UAV (dornach). Ten sposób pozyskania informacji o terenie pozwoli na klasyfikację chmury punktów i łatwą ekstrakcję klasy ground. To bardzo ważny aspekt w projektach hydrotechnicznych.
Metoda skanowania 3D oparta o stacjonarny skaner laserowy jest zdecydowanie najdokładniejszą pośród wymienionych. Znakomicie nadaje się do celów inwentaryzacji architektonicznej budynków i urządzeń hydrotechnicznych. Są nimi np. galerie, zapory, pomieszczenia techniczne. Skanowanie zapory w Nieliszu do celów realizacji precyzyjnej inwentaryzacji budynku wykonaliśmy właśnie tą techniką. Chmura punktów uzyskana ze skanera laserowego daje wysokiej jakości dane, które są opracowywane do modelu 3D lub innej dokumentacji CAD.
Skanowanie 3D zapory – zbiornik Nielisz
Zakres skanowania 3D zapory
Skanowanie 3D zapory w Nieliszu miało kilka wymiarów. Oprócz pomiarów 3D celem projektu było:
- Pozyskanie mapy zasadniczej oraz mapy ewidencyjnej wraz uproszczonymi wypisami z ewidencji gruntów i budynków z rozpatrywanego terenu.
- Wykonanie uzupełniających pomiarów wysokościowych dla rozpatrywanego terenu.
- Wykonanie inwentaryzacji konstrukcji budynku upustów dennych i elektrowni wodnej.
- Wykonanie inwentaryzacji instalacji elektrycznej, sterowniczej i wodno-kanalizacyjnej w budynku upustów dennych i elektrowni wodnej
Elementy budynku upustów dennych na zaporze czołowej zbiornika wodnego Nielisz przewidziane do remontu w zadaniu:
pomieszczenie upustów dennych,
upusty denne wraz z konstrukcja wylotu L=43.50m,
hala turbinowni z mechanizmami sterującymi,
pomieszczenie socjalne
sterownia jazu,
klatka schodowa,
plato na budynku upustów dennych,
pomieszczenie wejściowe do MEW
Skan 3D elektrowni wodnej
Skan 3D obiektu wykonano rozpoczynając od wnętrza budynku małej elektrowni wodnej.
W wyniku zbierania danych 3D uzyskaliśmy chmurę punktów stanowiącą geometryczną reprezentację obiektu.
Realizacja prac z zastosowaniem skaningu laserowego w przypadkach pomiarów inwentaryzacyjnych znacząco różni się tradycyjnego pomiaru za pomocą taśmy, dalmierza. Podstawową zaletą tej techniki jest brak konieczności skupiania się na konkretnych elementach budynku, instalacji które chcemy zinwentaryzować. Dzieje się tak, ponieważ skaner penetruje przestrzeń i “omiata” całość w zakresie 360 stopni. W przypadku skanerów mobilnych dzieje się to dodatkowo w ruchu co znacząco skraca czas pomiaru. Powoduje to jednak pewien spadek dokładności, co w tym wypadku nie było wskazane. Inną nieocenioną zaletą inwentaryzacji budowalnej wykonywanej skanerem jest wynik w postaci rzutów, czy przekrojów powstałych z chmury punktów niemal na miejscu pomiaru! Czasami dla początkowej koncepcji informacja o podstawowej szerokości, wysokości czy zmianach poziomów pomieszczeń jest dla projektanta zupełnie wystarczająca.
Model 3D zapory i infrastruktury technicznej
Celem zadania wykonywanego naziemnym skanerem stacjonarnym było wykonanie modelu 3D budynku. Zawierał on otaczającą infrastrukturą techniczną, instalacje budynkowe zamodelowane do oprogramowania Allplan. Wszelkie elementy modelu przekazane do zamawiającego były edytowalne uwzględniające lokalizację elementów konstrukcyjnych. Min. geometria ścian, otworów, posadzki, stropy, stropodachy, sklepienia, stolarkę okienną i drzwiową, klatki schodowe barierki, balustrady. Elementy konstrukcyjne :belki, podciągi, słupy, urządzenia sanitarne, opis nazw, gzymsy, ornamenty, obróbki blacharskie, odwodnienia i inne elementy wykończenia. Zamodelowano też trasy kablowe, instalacje wentylacji, lampy oświetleniowe.
Wykonanie skanowania 3D i modelu budynku zapory ułatwiło projektantom wykonanie zadania projektu wykonawczego remontu budynku upustów dennych. Pojekt wykonano w założonym terminie na wysokim poziomie jakości opracowania. Elementem dodatkowym pozwalającym przenieść obiekt “na biurko” bez wychodzenia z biura były zdjęcia 3D. Wykonaliśmy je specjalnie dla projektantów. Uławiają dodatkową identyfikację wizualną obiektów, umożliwiając jednoczesne pomiary.
