Jak nowoczesne technologie wspierają prace pomiarowe na placu budowy

Rozwój towarzyszy cywilizacji od zarania dziejów i jest jej naturalnym katalizatorem sprzyjającym poprawie standardów życia, wiedzy na różnorodne tematy czy osiąganiu niemożliwych wcześniej zakątków. Na nasze szczęście rozwój dotyka również technologii pomiarowych, dając nam dzisiaj nieograniczone możliwości pozyskiwania informacji na temat otaczającego nas świata. O ile zwykła miarka czy proste narzędzia optyczne jeszcze długo nie odejdą do lamusa to szereg nowinek technicznych pozawala nam zmienić postrzeganie pomiarów i to w każdym istotnym aspekcie. Dzisiaj pomiary możemy wykonywać szybciej, dokładniej, na dłuższych odległościach, bezpieczniej, czy wreszcie, nie skupiając się na jednym punkcie, a przenosząc do wirtualnej rzeczywistości wszystko co nas otacza.  Zacznijmy jednak od początku.

Człowiek z budowaniem związany jest praktycznie od zawsze. Odkąd tylko wyszliśmy z jaskiń, potrzebowaliśmy schronienia. Do tego, w zależności od lokalnych możliwości, wykorzystywano kamienie, gałęzie czy inne specyfiki, która akurat były pod ręką i mogły zapewnić odpowiednie schronienie przed kaprysami pogody i otoczenia. Do dzisiaj imponują nam starożytne budowle, które dalej cieszą nasze oczy mimo czasu jaki upłynął od ich stworzenia. A skoro tak długo zachowały swoją formę ciężko uwierzyć, że były one tworzone metodą „na oko”. Jeśli o oku mowa, należy też oddać hołd morskim nawigatorom, które dzięki układowi gwiazd byli w stanie odpowiednio prowadzić trasę statków pływających po odległych morzach.

Nie trzeba jednak szukać aż tak daleko w historii żeby docenić, z jakim przyśpieszeniem technologicznym mamy do czynienia.  Sam pamiętam czasy, gdy rozpoczynałem przygodę z Geodezją i na pierwszym roku studiów zmuszeni byliśmy wykonywać pomiary tylko za pomocą teodolitu i taśmy mierniczej, wyniki zapisując w notatniku i wszystko samodzielnie licząc. Potem okazało się, że jest coś takiego jak dalmierz, który pomiar odległości wykona sam za nas, a w dodatku są tachimetry elektroniczne, które wszystkie pomiary zapisują – co więcej – są w stanie je przeliczyć do gotowych współrzędnych. Po kilku latach dowiedziałem się również, że są tachimetry robotyczne, które wystarczy odpowiednio ustawić, a one będą nas same śledziły i bez żadnej asysty wykonywały pomiar. Brzmi jak Science-Fiction? No tak! A to jeszcze nie wszystko. Nie długo później odkryłem, że są zadania pomiarowe, gdzie wcale nie trzeba rozkładać tachimetru, nawiązywać się do punktów osnowy, mieć zapewnioną wizurę do mierzonego punktu. Wszystko za sprawą technologii satelitarnej i systemowi GPS. Czy może być aż tak łatwo? Bierzesz tyczkę z odbiornikiem, klikasz „Pomierz” i po kilku sekundach masz pomierzony punkt! Mózg młodego adepta sztuki geodezyjnej wydawał się nie przyjmować więcej takich cudów. Na szczęście nie miał wyjścia. A to za sprawą kolejnej technologii – skaning laserowy. I ten przeskok. Odbiornik GPS pozwala zmierzyć punkt w kilka sekund, a skaner kilkaset tysięcy punktów na sekundę. I tu przejście. Koniec retrospekcji. Zobaczmy jak dzisiaj wygląda technologia skaningu laserowego i w jaki sposób może być wykorzystywana w procesie budowlanym.

Skanery laserowe dzisiaj

Aktualnie skanery laserowe mierzą nawet kilka milionów punktów na sekundę. Zasięg pomiaru ponad 100 metrów to właściwie już standard. Skanery wyposażone są w kamery wykonujące zdjęcia w celu koloryzacji chmur punktów, ale również do tworzenia wirtualnych spacerów generowanych na podstawie takiego pomiaru. I gdy wydawało się, że ciężko będzie wymyślić coś rewolucyjnego, okazało się, że skanowanie może być możliwe dla każdego. Dlaczego? Dawniej praca ze skanerem polegała na kliknięciu przycisku pomiar, zmianie ustawień i przeniesieniu skanera w kolejne miejsce. I tak w kółko. Jeśli pracowaliśmy na dużych obiektach taki proces powtarzalibyśmy nawet kilkaset razy w ciągu dnia nie mając pojęcia o efekcie naszego skanowania. Żeby zobaczyć co zostało pomierzone należało wrócić do biura, zgrać pomiary, przetworzyć skany, żeby z surowych skanów otrzymać chmurę punktów i wykonać rejestracje czyli łączenie stanowisk skanowania. Proces taki mógł trwać nawet kilka dni, aż dowiedzieliśmy się czy na pewno pomierzyliśmy wszystko co nas interesowało i czy w ogóle nasz projekt połączy się w jedną, spójną całość.

Co zmieniło się dzisiaj? Już w trakcie pomiaru widzimy jak wygląda chmura punktów, a komputer polowy łączy stanowiska skanowania od razu po zakończeniu skanu. Pozwala nam to kontrolować kompletność danych, to że projekt będzie połączony prawidłowo, czy chociażby upewnić się, że ktoś nam nie wszedł w pomiar w najważniejszym momencie i nie zasłonił tego co najbardziej nas interesowało. I ten prosty zabieg sprawia, że do wykonywania skanów nie potrzebujemy dużego doświadczenia czy bogatej wyobraźni, żeby dobrze przeprowadzić pomiar. Wszystko mam jak na dłoni, wiemy co zostało zeskanowane, gdzie postawić kolejne stanowisko, gdzie dogęścić skan itp. Spotykając bardzo często osoby, które nie mają żadnego doświadczenia ze skanowaniem i widząc, że są w stanie zrobić to samodzielnie wiem, że jest to bardzo znaczący kamień milowy w rozwoju, a właściwie upowszechnianiu skaningu laserowego.

Co jeszcze zmienia się w skaningu? Mobilność pracy. Dzięki rozwojowi algorytmów SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) skaning laserowy mógł stać się technologią mobilną czyli umożliwiającą pomiar w ruchu. Oczywiście do tej pory było to możliwe, ale przeważnie takie systemy mobilnego skanowania były urządzeniami o dużych gabarytach montowanymi na pojazdach,  wyposażonymi w precyzyjne pozycjonowanie z systemów IMU oraz GNSS. Dzięki algorytmom SLAM, które analizując charakterystyczne obiekty na chmurze punktów obliczają precyzyjnie trajektorię skanera, możliwe jest korzystanie z tej technologii poruszając się ze skanerem w ręce czy na plecaku. Taka metoda pomiaru przyśpiesza pracę nawet 10 krotnie względem skanowania stacjonarnego, ale redukuje dokładność z pojedynczych milimetrów do pojedynczych centymetrów. Jeżeli tylko taka dokładność jest akceptowalna, to jest to narzędzie idealne do szybkiego odwzorowania obiektów nawet najbardziej skomplikowanych jak wielokondygnacyjne budynki, pomieszczenia z wieloma zakamarkami, trudno dostępne piwnice czy tunele. Wszędzie, gdzie szybka informacja ma duże znaczenie jest to najlepsze narzędzie do jej pozyskania. I jest to technologia, która nie tylko znajdzie zastosowanie w budownictwie, ale również w górnictwie, służbach ratunkowych oraz klasycznych pomiarach geodezyjnych.

I z tą technologią wiąże się kolejna funkcjonalność, która niesamowicie mi zaimponowała. Wyobraźcie sobie, że skaner taki może być również zamontowany na dronie ( bliżej do dronów jeszcze w tym tekście wrócimy). Na tym nie koniec. Jeżeli skorzystamy ze skanerów Hovermap od australijskiej firmy Emesent, będziemy mogli przejąć autonomiczną kontrolę nad takim dronem i wykorzystywać go w warunkach, gdzie nie jest dostępny sygnał GNSS (pozycjonowanie satelitarne). W praktyce wygląda to tak, że skaner zainstalowany na dronie wykonuje ciągły pomiar otoczenia budując jego model 3D. W tym samym czasie znając swoją pozycję na tym modelu może sterować dronem w taki sposób aby ten samodzielnie doleciał do wskazanego punktu dobierając optymalną trasę i omijając nawet najmniejsze przeszkody. Dalej brzmi to nieprawdopodobnie? To podejdźmy do tego przykładem z życia. Wyobraźcie sobie że macie hale przemysłową (oczywiście pod dachem) z dużą ilością maszyn. Wypuszczamy dron, na ekranie kontrolera widzimy trójwymiarowy obraz hali. Wybieramy punkt na modelu do którego dron ma lecieć, a on sam dobiera sobie trasę pomiędzy znajdującymi się w tym pomieszczeniu elementami. Mało tego w tym samym czasie skanuje wszystko co znajduje się dookoła. Bo w tym cały urok, że jest to nie tylko narzędzie do latania, ale głównie do pozyskiwania precyzyjnych i wiarygodnych danych – nawet bardzo skomplikowanych elementów. I to właśnie ta wielozadaniowość czyni ze skanera Emesent Hovermap doskonałe narzędzie szczególnie dla użytkowników nie skupiających się na pracach jednego typu, ale potrzebujących wydajnego narzędzia, które poradzi sobie z każdym zadaniem pomiarowym i dotrze w każdy zakamarek.

 

Miało być coś więcej o dronach więc będzie. Osobiście z bezzałogowacami mam do czynienia już od ponad 10 lat i trzeba przyznać, że przez te 10 lat zmieniło się naprawdę wiele i aktualnie jest to chyba najdynamiczniej rozwijająca się gałąź techniczna. Początkowo drony, to była technologia dla wybrańców. Cenowo oraz technicznie. Na sprzęt trzeba było wydać grubo ponad sto tysięcy złotych, obsługa to była wyższa szkoła jazdy a sterowania i lot były bardzo toporne. Dzisiaj drony obecne są w każdej dziedzinie życia. Od latającego aparatu do zdjęć z wakacji po zabójczą broń na pojazdy pancerne na froncie. I właśnie ta popularność stała się największym katalizatorem tej technologii.

Ogromne zainteresowanie sprawiło, że na pokładach bezzałogowców zaczęły pojawiać się nowe sensory, automatyzacja sterowania wyszła na najwyższy poziom sprawiając, że pilotem dzisiaj może zostać każdy, a czas lotów  i osiągi pozwalają wykorzystywać tą technologię w coraz trudniejszych zadaniach. Przy tym wszystkim nie zmienia się jedno. Dron to nośnik dla sensora, który pozwala nam budować modele otoczenia, wykonywać inspekcje i obserwacje nawet na kilkaset metrów czy realizować inspekcje termowizyjne. Sęk w tym, że z czasem może to robić precyzyjniej, szybciej, dłużej i jeszcze wspierać automatyzacją sterowania operatora. Do tego wspomniane sensory są coraz wyższej jakości. Jakby tego było mało to jest ich coraz więcej, a coraz większa liczba producentów miniaturyzuje i dostosowuje do pracy na dronie narzędzia. Co tu dużo mówić. 10 lat temu trzeba było tłumaczyć ludziom, że „zabawka” jest w stanie wykonać dla nich konkretne zadania, dzisiaj ciężko jest znaleźć dziedzinę życia, na którą te „zabawki” nie mają wpływu. Ale drony to nie tylko urządzenia latające. Coraz większą popularność zyskują roboty sterowane zdalnie czy autonomicznie. Doskonałym przykładem jest tutaj SPOT, czyli „robotyczny pies” od Boston Dynamics. I owszem jednym takie maszyny mogą kojarzyć się mało pozytywną – wizją świata zawładniętego przez maszyny z serialu „Black Mirror”, ale w praktyce jest to doskonałe narzędzie, które może zastąpić człowieka w pracy w miejscach niebezpiecznych dla jego zdrowia czy życia. Robot taki może być wyposażony w różnorodne sensory jak kamery, skanery laserowe czy termowizję oraz specjalne ramie do precyzyjnego operowania na otaczających go przedmiotach.

 

Tak więc widzimy, że rozwój technologii nabiera coraz większego przyśpieszenia. Warto wobec tego być na czasie z tym co pojawia się w codziennym użytku i umieć z tego korzystać. Bo w rozwoju technologii nie  chodzi o to, żeby traktować takie nowinki jako ciekawe gadżety, ale umieć z nich sprawnie korzystać i dzięki temu usprawniać i o podnosić jakość  wyników swojej pracy.

PREZENTACJA Z KONFERENCJI PROJEKTOWANIE PRZYSZŁOSCI 2023