2.3 Một số thông tin về giải pháp công nghệ sử dụng
2.3.3 Công nghệ 3D Laser Scanning
Công nghệ 3D Laser Scanning với tốc độ thu thập dữ liệu nhanh, mật độ điểm thu được siêu cao và số liệu thu được với độ chính xác cao, việc đo đạc khối lượng công việc hoàn thành thành (về diện tích hay thể tích...) các công tác phần thô như đổ bê tông hay công tác hoàn thiện như xây, tô tường, ốp lát gạch hay thi công trần... trở nên nhanh chóng, dễ dàng và chính xác hơn.
Hình 2.2 Công nghệ 3D Laser Scanning trong xây dựng [14]
Thiết bị 3D Laser Scanning (Hình 2.3) hoạt động bằng cách xoay một ánh sáng laser ở tốc độ cao và đo các xung phản xạ bằng cảm biến. Thiết bị tự động xoay quanh trục thẳng đứng của nó và một gương phản chiếu sẽ di chuyển chùm tia lên xuống, kết quả là quét chùm tia qua khu vực cần thu thập dữ liệu. Khi ánh sáng laser chiếu vào các vật thể hoặc vật liệu, nó sẽ ghi chú vị trí của chúng so dựa trên thời gian cần thiết để mỗi xung ánh sáng bị dội ngược lại. Cho rằng ánh sáng di chuyển với tốc độ không đổi và đã biết, có thể dễ dàng tính toán khoảng cách giữa thiết bị và vật thể. Ngoài ra, dữ liệu về góc ngang của laser và góc dọc tương ứng của gương xoay cũng được ghi lại. Kết quả là một vị trí phối hợp X, Y và Z tương ứng cho mỗi 'điểm'. Những điểm này, bắt đầu được thu thập khi thiết bị hoạt động, một đại diện 3D chính xác của cảnh đang được quét bắt đầu xuất hiện. Vì ánh sáng laser phát ra chỉ có thể truyền theo đường thẳng, nên sẽ cần thực hiện một loạt các vị trí khác nhau, để đảm bảo phạm vi bao phủ hoàn toàn.
Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động của công nghệ 3D Laser Scanning [15]
Khi đã tạo ra được Point cloud dưới dạng 3D chi tiết, dữ liệu thu được có thể được xuất sang nhiều phần mềm khác nhau như Autocad hay Revit... để xây dựng mô hình 3D, mô hình BIM chuyên dụng có mức độ phức tạp cao hơn.
Những lợi thế chỉ riêng có trong công nghệ 3D Laser Scanning phải kể đến:
o Tốc độ thu thập số liệu nhanh chỉ có với laser – Giúp giảm thời gian và chi phí tại thực địa;
o Đo đạc và thu thập số liệu từ xa – Thế mạnh này đặc biệt quan trọng đối với các khu vực nguy hiểm, các khu vực không thể tiếp cận đồng thời cũng tăng cường một cách đáng kế hiệu quả làm việc trên thực địa;
o Mật độ điểm đo dày đặc mà ít có phương pháp đo nào khác có được – Đảm bảo mức độ hoàn chỉnh của khối số liệu, phục vụ cho tất cả các lĩnh vực ứng dụng thực tiễn;
o Khối số liệu hoàn chỉnh thu được bằng công nghệ quét laser cho phép lấy mẫu và phân tích chính xác cấu trúc, hình dạng hình học của tất cả các đối tượng đã quét;
o Mật độ điểm siêu cao, số liệu thu được với độ chính xác tốt nhất – Cho phép thực hiện các phép đo đạc trực tiếp;
Khả năng hiển thị dữ liệu 3D cho phép người sử dụng lập lại chính xác mô hình ảnh các đối tượng trong thực tiễn, phù hợp với hiện trạng ở những giai đoạn khác nhau.Các ứng dụng cơ bản và nổi bật của công nghệ 3D Laser Scanning trong ngành Xây dựng phải kể đến:
v Thu thập số liệu độ chính xác cao, chi tiết và hình ảnh 3D:
Không chỉ đầy đủ, chi tiết và chính xác phương pháp đo này còn cung cấp khối số liệu 3 chiều hoàn chỉnh phục vụ cho đo đạc của tất cả các ngành trong thực tiễn như thiết kế, kiến trúc, xây dựng, nhà máy, danh lam thắng cảnh …
v Thiết kế và xây dựng công trình dân dụng, công nghiệp:
Bắt đầu từ giai đoạn khảo sát sơ bộ, khảo sát mặt bằng phục vụ thiết kế, theo dõi thi công theo giai đoạn, xây dựng hồ sơ hoàn công, theo dõi tiến độ, lập hồ sơ phục vụ cho xây dựng hệ thống thông tin BIM, tính toán bề mặt, khối lượng đào đắp, xây dựng mô hình
an toàn thi công, đo đạc đường giao thông ở những khu vực khó khăn, xây dựng cầu đường
… công nghệ 3D Laser Scanning là một trong những công cụ hiệu quả nhất để triển khai.
v Lập hồ sơ hoàn công:
Từ các bản vẽ thi công qua quá trình thi công đến giai đoạn hoàn thành, các công trình thường có những khác biệt. Nhiệm vụ xây dựng hồ sơ hoàn công là nhiệm vụ rất quan trọng, không chỉ phục vụ cho việc kiểm tra, đánh giá khối lượng hoàn công … mà còn là cơ sở dữ liệu thông tin quan trọng phục vụ cho việc quản lý, vận hành và bảo dưỡng suốt vòng đời của công trình. Công nghệ 3D Laser Scanning là phương pháp xây dựng hồ sơ hoàn công có độ chính xác cao, nhanh và hiệu quả nhất, phục vụ cho cả quá trình vận hành trong tương lai [16].
ỉ Dữ liệu Point cloud
Khi sử dụng 3D Laser Scanning nó sẽ ghi lại một số lượng lớn các điểm dữ liệu được trả về từ các bề mặt trong khu vực đang quét. Chúng có thể bao gồm các cấu kiện tại công trình như cột vách, tường, cửa sổ, ống dẫn... hay các máy móc, thiết bị và con người xuất hiện trong phạm vi của máy quét.
Point cloud (Hình 2.4) cũng tương tự như một đám mây thông thường- đám mây thông thường được tạo thành từ những giọt nước nhỏ, tinh thể nước hoặc các hóa chất khác nhau. Theo cùng một cách, Point cloud là một số lượng lớn các điểm dữ liệu nhỏ tồn tại trong không gian ba chiều dưới dạng tập hợp toạ độ, trong các phần mềm chuyên dụng ta có thể đi xuyên qua các đám mây điểm đó. Point cloud mà máy quét thu được là một không gian mô tả chính xác vật thể được quét, nó được lưu dưới dạng một số lượng rất lớn các điểm bao phủ bề mặt vật thể (tùy thuộc vào máy quét và điều kiện xung quanh mà mật độ điểm ảnh thu được sẽ khác nhau).
Hình 2.4 Point cloud thu được từ 3D Laser Scanning [17]
Để thu được Point cloud đầy đủ toàn bộ hình dạng của vật thể quét thì cần phải thực hiện thu thập dữ liệu nhiều mặt và nhiều vị trí khác nhau. 3D Laser Scanning chỉ thu thập được thông tin bề mặt của vật thể mà tia laser đi qua, rất nhiều thông tin của vật thể quét thu được trong đó quan trọng nhất là tọa độ không gian ba chiều và màu sắc của các điểm trên bề mặt của vật thể. Các thông tin này giúp cho việc xây dựng mô hình từ Point cloud dễ dàng hơn.