Registrácia mrakov bodov
Point cloud registration zarovnáva viacero laserových skenov jednej budovy do jedného súradnicového systému, aby sa každá stena zobrazila raz a na správnom mieste.
Registrácia mrakov bodov je krok, ktorý zarovnáva viacero laserových skenov tej istej budovy, pričom každý sken bol zaznamenaný z vlastného stanoviska, do jedného mraku bodov so spoločným súradnicovým systémom. Jedna pozícia skenera vidí len časť budovy, preto je na zameranie potrebných viacero stanovísk. Každý sken má vlastnú polohu a orientáciu a registrácia vypočíta pohyby, ktoré ich uvedú do vzájomného súladu.
Výsledok je len taký dobrý, ako sú dobré väzby medzi skenmi. Softvér nájde spoločné body cez prekrytie susedných skenov, cez fyzické terče umiestnené v miestnosti, alebo kombináciou oboch spôsobov. Po zarovnaní vzniká jeden dataset, ktorý môže projektant alebo modelár čítať ako celok.
Čo je registrácia mrakov bodov?
Ide o matematické zarovnanie jednotlivých skenov do jedného konzistentného modelu. Každé prepojenie skenov má rotáciu a posun a registrácia ich určí tak, aby sa prekrývajúce sa plochy dvoch skenov zhodovali. Zarovnané dáta potom opisujú celú budovu v jednom súradnicovom systéme, a to je to, čo projektant potrebuje pri meraní otvorov, výšok podláh a tvarov miestností.
Registrácia nehovorí nič o tom, či je budova správne umiestnená na zemskom povrchu. To rieši samostatný krok, georeferencovanie, ktoré je popísané nižšie. Registrácia len zabezpečí, aby sa sken navzájom zhodovali.
Ako sa líši registrácia pomocou terčov a registrácia cloud-to-cloud?
Existujú dva hlavné prístupy. Registrácia pomocou terčov umiestni do scény referenčné objekty, zvyčajne gule alebo ploché terče, a ich polohy použije na prepojenie skenov. Registrácia cloud-to-cloud terče nepoužíva a zhoduje sa priamo podľa povrchov skenov, typicky hľadaním spoločných rovín, hrán a rohov. Za oboma metódami môže nasledovať globálne vyrovnanie, ktoré zvyšnú chybu rozloží na všetky prepojenia skenov namiesto toho, aby zostala sústredená v jednom bode.
| Aspekt | Pomocou terčov | Cloud-to-cloud |
|---|---|---|
| Spôsob prepojenia skenov | Spoločné fyzické terče viditeľné z dvoch alebo viacerých stanovísk | Zhoda geometrie povrchov v prekrývajúcich sa oblastiach |
| Príprava na mieste | Terče musia byť umiestnené a počas merania nehybné | Potrebné je dostatočné prekrytie a stabilná geometria, napríklad steny a podlahy |
| Nezávislá kontrola | Stredy terčov je možné zamerať samostatne, napríklad totálnou stanicou | Závisí od toho, či geodet doplní nezávislé kontrolné body |
| Typické slabé miesto | Terče môžu chýbať, pohnúť sa alebo byť zle umiestnené | Opakujúce sa alebo bezpríznakové priestory sa môžu zhodnúť na nesprávnom mieste |
Žiadna z metód nie je automaticky presnejšia. Porovnávacie štúdie pozemného skenovania zistili, že rozdiel medzi metódami sa môže ťažko oddeliť od chyby samotnej registrácie, preto je potrebné výsledok overiť bez ohľadu na zvolenú metódu. Voľbu zvyčajne urobí geodet na základe miestností, prístupnosti a požadovaného výstupu.
Prečo zle zaregistrované skeny zobrazujú dvojité alebo skrivené steny?
Každé prepojenie skenov prináša malú chybu v rotácii a polohe. Keď sa dva skeny nezhodujú, ta istá stena sa zaznamená dvakrát na mierne odlišných miestach, takže sa v mraku javí ako zdvojený povrch alebo hrubý pás. Najviditeľnejšie je to pri tenkých prvkoch, ako sú ostenia dverí, soklové lišty a hrany omietky, kde je aj malý posun v mraku dobre viditeľný.
Skrivenie je iný druh chyby. Keď sa budova skenuje ako dlhý reťazec stanovísk, každé prepojenie preberá chybu predchádzajúceho. Chyba sa postupne nabaľuje pozdĺž reťazca, takže rovná stena naskenovaná od jedného konca k druhému sa zakrivuje a podlaha sa naprieč miestnosťami odchyľuje od vodorovnosti. Mrak môže byť v každej miestnosti ostrý, a zároveň byť deformovaný cez celú budovu. Preto treba registráciu kontrolovať pre celý projekt, nielen medzi susednými skenmi. Projektant, ktorý odčíta rozmery zo zakriveného mraku, dostane nesprávne rozmery otvorov a tie sa potom prenesú do výkresov.
| Príznak v mraku | Pravdepodobná príčina pri registrácii | Čo skontrolovať |
|---|---|---|
| Zdvojený povrch steny | Dva skeny prepojené s posunom medzi nimi | Odchýlky prepojení uvedené v protokole |
| Skrivená alebo zakrivená stena | Chyba nahromadená pozdĺž reťazca stanovísk | Polohy nezávislých bodov na oboch koncoch budovy |
| Podlaha nie je vodorovná medzi miestnosťami | Výšková chyba unikajúca cez reťazec | Výškové kontrolné body vo viacerých miestnostiach |
| Model posunutý oproti pozemku | Chýbajúce alebo nesprávne georeferencovanie | Súradnicový systém a zoznam kontrolných bodov |
Ako sa zaregistrovaný mrak georeferencuje do S-JTSK?
Registrácia dáva konzistentný model, ten však stále má vlastný lokálny počiatok. Georeferencovanie ho naviaže na známy národný systém. Na Slovensku je týmto systémom S-JTSK, ktorý je založený na Krovákovom zobrazení a v softvéri sa bežne označuje kódom EPSG 5514. Georeferencovanie potrebuje kontrolné body, teda polohy zamerané geodetom v systéme S-JTSK a identifikované v mraku. Transformácia z lokálnych do národných súradníc sa potom vypočíta z týchto bodov.
Kvalita georeferencovania závisí od toho, kde kontrolné body ležia. Body rozmiestnené po celom pozemku, vrátane blízkosti rohov budovy a hranice, obmedzujú transformáciu oveľa lepšie než body sústredené v jednej miestnosti. Súradnice zamerané nezávisle, totálnou stanicou alebo satelitným polohovým určením, sú referenciou, podľa ktorej sa mrak posudzuje. Týmto typom geodetických prác sa zaoberá článok o geodetickom zameraní.
Čo by mal klient požadovať od geodeta v protokole o registrácii?
Vyžiadajte si písomný protokol o registrácii spolu s dodávkou, nielen súbor s mrakom. Použiteľný protokol by mal jasne uvádzať:
- Použitú metódu alebo metódy, či už terče, cloud-to-cloud alebo oboje, a softvér vrátane verzie.
- Počet stanovísk a spôsob ich prepojenia, ideálne zobrazený v schéme.
- Zvyškovú chybu každého prepojenia a chybu celkového vyrovnania, uvedené číselne s jednotkami.
- Ktoré kontrolné body sa použili na georeferencovanie a ktoré sa ponechali ako nezávislé kontroly, spolu s rozdielom medzi ich známymi a vypočítanými polohami.
- Súradnicový systém, výškovú referenciu a dátum, uvedené písomne.
- Oblasti, ktoré neboli zamerané, a dôvod, napríklad sklo, tmavé povrchy alebo nedostupné miestnosti.
Opýtajte sa tiež, či geodet pred odovzdaním overí mrak nezávislým meraním. Ak sa mrak bude používať pre model scan-to-BIM, protokol by mal byť súčasťou modelu, aby tím projektantov videl, ktoré časti sú spoľahlivé.
Aké sú časté mylné predstavy o registrácii mrakov bodov?
- Zaregistrovaný mrak je automaticky presný. Registrácia zabezpečí konzistentnosť skenov navzájom, presnosť však závisí od kontroly.
- Registrácia cloud-to-cloud nevyžaduje žiadnu prípravu. Potrebuje prekrytie a stabilnú geometriu a v opakujúcich sa priestoroch môže driftovať.
- Hladko vyzerajúce steny nie sú dôkazom dobrej registrácie. Lokálna zhoda môže skrývať chybu, ktorá sa nabaľuje cez celú budovu.
- Registrácia a georeferencovanie nie sú ten istý krok. Registrácia zarovnáva skeny navzájom, kým georeferencovanie umiestni model do národného systému.
Často kladené otázky
- Prečo sa dva laserové skeny tej istej steny nezhodujú?
- Každý sken je zaznamenaný z vlastnej polohy a orientácie a prepojenie medzi dvoma skenmi môže niesť malú chybu. Registrácia tieto polohy opraví, ale slabé prepojenie spôsobí, že sa stena zaznamená dvakrát. Rezíduá uvedené v registračnom protokole ukazujú, či možno zarovnaniu dôverovať.
- Je registrácia pomocou cieľov lepšia ako registrácia cloud-to-cloud?
- Predvolene nie je jedna lepšia ako druhá. Ciele poskytujú nezávislé referenčné body a hodia sa do miestností s малým počtom výrazných prvkov. Cloud-to-cloud sa zaobíde bez umiestňovania predmetov do priestoru, ale vyžaduje dobré prekrytie a stabilnú geometriu. Správna voľba závisí od budovy a od toho, ako sa výsledok bude overovať.
- Potrebuje registrovaný bodový oblak georeferencovanie?
- Pri návrhu v rámci jednej budovy často stačí lokálny model, ktorý je konzistentný sám o sebe. Georeferencovanie je nevyhnutné, keď sa oblak musí správne nachádzať na mape, kombinovať s inými zameraniami alebo podporovať úradné konanie. Vtedy sú potrebné riadiace body zamerané v S-JTSK.
- Čo je S-JTSK?
- S-JTSK, Systém jednotnej trigonometrickej katastrálnej siete, je štátny súradnicový systém Slovenska a Českej republiky založený na Krovákovom zobrazení. Softvér ho zvyčajne identifikuje kódom EPSG 5514. Oblak georeferencovaný do tohto systému sa dá umiestniť spolu s katastrálnymi a inými mapovými údajmi.
- Môžem registrovaný oblak odovzdať projektantovi priamo?
- Áno, pokiaľ oblak prichádza spolu s registračným protokolom a uvedeným súradnicovým systémom. Bez protokolu projektant nemôže posúdiť, či je model dostatočne presný na to, aby na ňom mohol zakladať návrhové rozhodnutia.