Seuraa
tiistai, 01 toukokuu 2018 07:13

ZEB-REVO-käsiskannerin soveltuvuus rakennuksen geometrian mittaamisessa

Kirjoittanut
Arvostele tätä artikkelia
(0 ääntä)

Kirjoittaja: DI Aino Keitaanniemi

Viime joulukuussa julkaistiin diplomityö, jossa selvitettiin Geotrimillä myynnissä olevan käsiskannerin ZEB-REVO:n soveltuvuutta rakennuksen geometrian mittaamisessa. Tarkemmin diplomityön tutkimuksessa selviteltiin samanaikaisesti paikantavan ja kartoittavan (SLAM) käsiskannerin soveltuvuutta rakennuksen geometrian mallintamiseen ja tällaisten mallien luomisen nopeuttamiseen. Tutkimuksessa keskityttiin SLAM-menetelmän käsiskannereihin, joista ZEB-REVO oli tutkimuksen kokeellisessa osassa käytetty mittalaite. Lisäksi tutkimuksen kirjallisuustutkimuksessa esiteltiin ZEB-REVO:n toimintaperiaatteita ja muita markkinoilla olevia SLAM-menetelmän käsiskannereita. Kokeellisissa tutkimuksissa selvitettiin useilla erillisillä analyyseillä ja mittauskohteilla ZEB-REVO:n soveltuvuutta BIM-mallinnukseen. Tutkimus ei kuitenkaan sisältänyt BIM-mallin mallinnusvaihetta.

Mutta ennen kuin mennään syvemmälle tutkimuksen tuloksiin, avataan hieman SLAM-menetelmää. SLAM-menetelmässä laite paikantaa itsensä ilman erillistä paikannussensoria kuten GNSS-paikanninta. Tällöin laite kerää havaintoja ympäristöstään erilaisilla sensoreilla ja muodostaa näistä havainnoista kartan. Tämän kartan ja maamerkkien avulla laite paikantaa itsensä ympäristöönsä nähden. ZEB-REVO:n tapauksessa laite sisältää laserkeilaimen ja inertiaaliyksikön, joiden avulla laite havaitsee oman sijaintinsa ympäristössään. Varsinaisen paikannuksen ZEB-REVO tekee jälkilaskennassa, mutta ZEB-REVO:n uudemmassa versiossa ZEB-REVO RT:ssä paikannus toteutetaan reaaliaikaisesti. Tämän SLAM-menetelmän paikannuksen vuoksi ZEB-REVO soveltuu myös GNSS-paikantimien ulottumattomien kohteiden mittaamiseen.

Kokeellisissa tutkimuksissa selvisi ZEB-REVO:n soveltuvan hyvin rakennuksen geometrian mallintamiseen vain optimaalisten kohteiden kohdalla. Tällaisia optimaalisia kohteita ovat kaikki kohteet, jotka eivät ole liian itseään toistavia käytäviä, suuria halleja tai kasvillisuuden peittämiä kohteita. Tulosten pohjalta ZEB-REVO tarjoaa kuitenkin hyvän BIM-mallinnustarkkuuden vaatimaansa ajankäyttöön nähden, koska mittausaika oli vähintään 10 kertaa nopeampi kuin maalaserkeilaimilla mitatessa. Lisäksi tuloksissa verrattiin tarkkuutta amerikkalaisen GSA:n (General Services Administration) ohjeellisiin mallinnusraja-arvoihin, joiden pohjalta havaittiin kohteen vaikuttavan mallinnuksen lopputulokseen. Tällöin optimaalinen kohde tuottaa koko rakennuksesta hyvän BIM-mallin, mutta sisätiloista tarkkuus jää raja-arvojen ulkopuolelle. Kuitenkin epäoptimaalisesta kohteesta, joita ovat SLAM-algoritmille sopimattomat tilat, BIM-mallin tuottaminen on mahdollista selvästi heikommalla tarkkuudella.

Lisäksi tuloksista havaittiin ZEB-REVO:n mallinnuksen ominaisuuksien ja mittausasetusten vaikuttavan lopputulokseen. Tällaisia ominaisuuksia ovat muun muassa ZEB-REVO:n suhteellisen vähäinen kohina, SLAM-algoritmin hyvä paikannustarkkuus eri tilojen kohteiden välillä ja yli 2cm korkeiden yksityiskohtien havaitseminen. Näitä havaintoja hieman tarkentaen voidaan sanoa ZEB-REVO:n kohinan olevan vähäistä, koska se koostuu muutamista selkeistä hajapisteistä. Se on kuitenkin hieman kohinaisempi kuin maalaserkeilain, mutta jos pieni jälkikäsittely ei häiritse niin ajallisesti ZEB-REVO:lla saat kattavan pistepilven huomattavasti nopeammin kuin maalaserkeilaimilla. Lisäksi ZEB-REVO:n paikannustarkkuuteen ei vaikuta siirrytkö mittauksen aikana tilasta toiseen, koska tutkimuksen koetilanteessa siirryttiin sisälle ja ulos mittauksen aikana ja tarkkuus säilyi samana koko mittauksen ajan. Viimeisenä ominaisuutena ZEB-REVO:lla on sen kyky havaita yli 2cm korkeita kohteita. Tällöin kohteen eron ollessa suurempi kuin 2cm sen ympäristöstä, se voidaan havaita myös ZEB-REVO:n pistepilvestä ilman pisteiden väritietoja.

Tutkimuksen tulokset tukevat laitevalmistajan ohjeiden mukaista mittausetäisyyttä ja rauhallista etenemistä. Nämä mittausasetukset ovat parhaimmillaan, kun mittausetäisyys ja etenemisnopeus ovat alle 10m ja hidaskävely. Tällöin hidas etenemisnopeus mahdollistaa laserkeilaimen tiheän havainnoinnin, jolloin pistepilveen ei jää aukkoja. Vastaavasti alle 10m mittausetäisyys mahdollistaa ZEB-REVO:n tarkkuuden pysymisen mahdollisimman tarkkana eli senttimetrien luokassa. Lisäksi tutkimuksessa havaittiin oviaukkojen mittaamisessa kävelytavan olevan vapaasti valittavissa, mutta tarkimman mahdollisen paikannuksen saamiseksi on suositeltavaa mitata oviaukot sivuttain kävellen.

Kaikkien näiden tulosten pohjalta havaittiin SLAM-käsiskannerin soveltuvan hyvin rakennuksen geometrian mallintamiseen. Suurimpina etuina ZEB-REVO:lla on sen mittausnopeus ja helppokäyttöisyys. Mittausnopeudeltaan ZEB-REVO voittaa minkä tahansa maalaserkeilaimen, koska sillä mitatessa mittausaika on vain murto-osa maalaserkeilaimeen verratessa. Helppokäyttöisyyden osalta ZEB-REVO on onnistunut, koska mitatessa käyttö vaatii vain yhden näppäimen painamisen. Lisäksi helppokäyttöisyys jatkuu vielä jälkilaskennassa, kun käyttäjän tarvitsee vain valita haluamansa lopputuloksen asetukset ja loput jälkilaskennasta onnistuu automaattisesti. Näistä syistä SLAM-käsiskannerit ovat hyvä vaihtoehto koko rakennusten geometrian mittaamiseen.

Lisää aiheesta pääsee lukemaan itse diplomityöstä: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201712188002

DI Aino Keitaanniemi

 

Tutkimuksen kohteena olleen Tamminiemen pistepilvet siten, että vasemmalla puolella on integroidulla kameralla värjättynä maalaserkeilattupistepilvi ja oikealla puolella on ZEB-REVO:n pistepilvi.

Analyyseissä Kekkosen työhuoneen seinän kohteita vertailtiin visuaalisesti maalaserkeilauspistepilven ja ZEB-REVO pistepilven välillä. Ylemmässä kuvassa on ZEB-REVO:n pistepilvi ja alemmassa kuvassa on maalaserkeilauksen pistepilvi. Lisäksi kuviin on merkitty valkoisilla nuolilla kohteita, joita eri pistepilvistä voidaan havaita kuten maalaserkeilauspistepilvessä valokatkaisijat ja sohvan selkänojan muodot sekä ZEB-REVO:n pistepilvessä taulu ja kaappi.

Koko ZEB-REVO -aineistoa verrattiin myös maalaserkeilauspistepilveen. Näitä tuloksia edustavat sisätiloissa ylärivin kuvat ja ulkoa alarivin kuvat. Lisäksi kuviin on merkitty suurimmat erot pistepilvien välillä siten, että valkoisella soikiolla on merkitty peilipintojen tai kasvillisuuden aiheuttamat erot ja punaisilla soikioilla on merkitty kohdat, joista ei ollut maalaserkeilausaineistoa tai kohde oli liikkunut mittausten välissä.