CC BY
52
DOI: 10.12845/bitp.43.3.2016.18
mgr inz. Piotr Dronszczyk1 dr hab. inz. Michal Strach2
Przyjfty/Accepted/Принята: 20.06.2016; Zrecenzowany/Reviewed/Рецензирована: 22.08.2016; Opublikowany/Published/Опубликована: 30.09.2016;
Zastosowanie technologii skaningu laserowego i termowizji do inwentaryzacji tunelu i znajduj^cych si^ w nim
urz^dzen przeciwpozarowych3
The Use of Laser Scanning Technology and Infrared Thermography to Survey
a Tunnel and its Fire Protection Devices
Применение технологии лазерного сканирования и термовидения для инвентаризации туннеля и находящегося в нем противопожарного
оборудования
ABSTRAKT
Cel: Celem badan bylo przedstawienie wynikow inwentaryzacji wybranych elementow wyposazenia przeciwpozarowego krakowskiego tunelu szybkiego tramwaju (KST). W pracach doswiadczalnych zostaly zastosowane nowoczesne techniki pomiarowe 3D ze szczegolnym uwzgl^dnieniem skanowania laserowego uzupelnionego o termowizja W celu ulatwienia korzystania z opracowanych obiektow wszystkie dane zostaly udost^pnione zdalnie na portalu internetowym.
Metody: Pomiary inwentaryzacyjne przeprowadzono z wykorzystaniem skanera laserowego 3D - Faro Focus X130. Skaner wykonuje jednoczesnie pomiar k^ta poziomego i pionowego oraz odleglosci do danego punku. Dodatkowo kazdy punkt moze posiadac atrybut koloru rzeczywistego w modelu przestrzeni barw RGB. Mozliwe jest takze wyswietlanie chmur punktow wraz z informaj o intensywnosci odbicia wi^zki w skali szarosci. Zbiory punktow zarejestrowanych na poszczegolnych stanowiskach pomiarowych daj^ w rezultacie chmur^ punktow reprezentuj^c^ geometric obiektu. W ramach badan wykonano uzupelniaj^ce pomiary termowizyjne kamer^ FLIR S60. W nast^pnej kolejnosci skalibrowano ze sob^ obrazy termowizyjne i pol^czono je z chmur^ punktow uzyskan^ ze skanowania laserowego.
Wyniki: Otrzymane wyniki potwierdzily, ze metoda skanowania laserowego, uzupelniona o obrazy termowizyjne, pozwala na uzyskanie bogatej informacji przestrzennej o mierzonym obiekcie. Wsrod zinwentaryzowanych elementow wyposazenia obiektu mozna zidentyfikowac: przewody pr^dowe, oswietlenie, rozdzielnie pr^dowe, przewody wentylacyjne czy tez systemy przeciwpozarowe. Do tych ostatnich mozna zaliczyc: system przeciwdymowy wraz z systemem klap i kanalow.
Wnioski: Wyniki przeprowadzonych badan inwentaryzacyjnych dowodzq, jak bardzo przydatne moze byc pol^czenie technologii skanowania laserowego i termowizji. Jest to szczegolnie istotne w pomiarach obiektow waznych z punktu widzenia bezpieczenstwa pozarowego. Przestrzenna wizualizacja ulatwia i usprawnia pozyskanie informacji oraz jej dalsze wykorzystanie. Zalety tych pol^czonych technik to przede wszystkim uzyskanie pelnej informacji o geometrii obiektu i urz^dzeniach towarzysz^cych. Cennym uzupelnieniem informacji o obiekcie jest wowczas termowizja, dzi^ki ktorej mozna rozpoznac urz^dzenia czy elementy systemow o rozni^cej si£ temperaturze.
Slowa kluczowe: systemy przeciwpozarowe, systemy wentylacyjne, tunel, skanowanie laserowe, termowizja Typ artykulu: oryginalny artykul naukowy
ABSTRACT
Aim: The main aim of the study was to present the results of a survey of a variety of fire-preventive equipment in the Krakow Fast Tram tunnel (KST). Experimental studies involved modern 3D surveying techniques, particularly 3D laser scanning and infrared thermography. In order to facilitate the use of the generated findings, all data have been made available remotely on a web portal.
Methods: Survey measurements were taken using a Faro Focus X130 3D laser scanner. The scanner simultaneously performs vertical and horizontal angle measurements and calculates the distance to a given point. In addition, each point can have a real colour value in RGB space. It is also possible to present point clouds together with the intensity values in grayscale. The collections of points registered at individual vantage points result in a cloud of points representing the geometry of the object. Additional thermal measurements were carried out as part of the study, using a FLIR S60 camera. Finally, thermal images were calibrated and merged with the point cloud obtained from the laser scanning.
Apply Capnor Poland Sp z o.o., Krakow; piotr.dronszczyk@applycapnor.pl; AGH w Krakowie / AGH University of Science and Technology, Poland;
Autorzy wniesli rowny wklad merytoryczny w powstanie artykulu / The authors contributed equally to this article;
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.18
Results: The results confirmed that laser scanning, together with thermal, images allows us to obtain detailed spatial information about the surveyed structure. Among the surveyed elements of the structure's equipment the following can be identified: cable trays, lighting, switchboards, ventilation ducts, and fire-protection systems. The latter include a smoke protection system, together with valves and channels. Conclusions: The results demonstrate the usefulness of combining 3D laser scanning measurements and infrared thermography. This is especially important in the measurement of objects responsible for security and fire safety. Spatial visualisation facilitates and streamlines the acquisition of data and their further use. The primary advantage of combining these two techniques is the acquiring of complete geometrical information on the object and the corresponding devices. Another valuable addition is infrared thermography. It allows the identifying of devices or items in a single system with varying temperatures.
Keywords: fire protection systems, ventilation systems, tunnel, laser scanning, infrared thermography Type of article: original scientific article
АННОТАЦИЯ
Цель: Целью исследования было представление результатов инвентаризации отдельных элементов противопожарного оборудования Краковского туннеля быстрого трамвая (KST). В экспериментальных исследованиях были использованы современные методы 3Б-измерения с особым акцентом на лазерное сканирование, дополненное технологией термовидения. Для того, чтобы облегчить использование разработанных объектов, все данные были опубликованы на веб-портале.
Методы: Инвентаризационные измерения были проведены с помощью лазерного сканера 3D - FARO FOCUS X130. Сканер измеряет одновременно горизонтальный и вертикальный угол и расстояния до заданной точки. Кроме того, каждая точка может иметь фактический цвет модели цветов RGB. Кроме того, можно отобразить облака точек вместе с информацией об интенсивности отражения луча в оттенках серого. Множества точек, зарегистрированных на отдельных измерительных установках, дают в результате облако точек, представляющих геометрию объекта. В рамках исследований были проведены дополнительные измерения термовизионной камерой FLIR S60. Далее были откалиброваны термограммы и соединены с облаком точек, полученных с помощью лазерного сканирования.
Результаты: Полученные результаты подтвердили, что метод лазерного сканирования, дополненный термограммами, позволяет собрать богатую пространственную информацию об измеряемом объекте. Среди инвентаризируемых пунктов оснащения объектов можно выделить: электрические провода, освещение, электрический коммутатор, вентиляционные каналы либо системы противопожарной защиты. Последние могут включать в себя: систему дымоудаления вместе с системой клапанов и каналов. Выводы: Результаты проведенных инвентаризационных исследований показывают на сколько полезным может быть сочетание лазерной технологии сканирования и термовидения. Это особенно важно в измерениях объектов, с точки зрения пожарной безопасности. Визуализация пространственных данных облегчает и ускоряет получение информации и ее дальнейшее использование. Преимущества комбинированной методики это в основном исчерпывающая информации о геометрии объекта и находящихся в ним устройств. Ценным дополнением информации об объекте является термовидение, которое позволяет идентифицировать устройства или компоненты систем с различной температурой.
Ключевые слова: системы пожарной безопасности, системы вентиляции, туннель, лазерное сканирование, термовидение Вид статьи: оригинальная научная статья
1. Wprowadzenie
W ci^gu ostatnich kilkudziesi^ciu lat doszlo do szeregu powaznych incydentow zwi^zanych z pozarami w tunelach. Wypadki te spowodowaly uszkodzenia konstrukcji budowli i doprowadzily do smierci swiadkow tych zdarzen [1]. Do niebezpiecznych, a nawet katastrofalnych zdarzen mozna za-liczyc pozary, ktore mialy miejsce w nast^puj^cych obiektach: w tunelu drogowym Mont Blanc w 1999 roku, w tunelu Frejus w 2005 roku, w tunelu Gleinalm w 2001 roku, czy tez w tunelu Wislostrada w 2011 roku. Najtragiczniejszym w skutkach byl pozar w tunelu drogowym Mont Blanc, w ktorym zgin^lo 41 osob. Po tym zdarzeniu tunel zostal zamkni^ty na dwa lata z powodu uszkodzenia obudowy na odcinku 900 m. Odbu-dowa obiektu po tego typu zdarzeniach jest zazwyczaj cza-sochlonna i kosztowna. Wymaga takze zamkni^cia tunelu na dlugi czas. Zdarza si§, ze pozary w tunelach maj^ wplyw na uszkodzenia budynkow i elementow konstrukcji polozonych nad tunelem [2]. Bezpieczenstwo w tunelu jest priorytetowym zagadnieniem uwzgl^dnianym zarowno podczas projektowa-nia obiektu, jak i w trakcie jego eksploatacji. Jednym z pod-stawowych elementow wplywaj^cych na bezpieczenstwo s^ systemy przeciwpozarowe. Dzieli si§ je na systemy aktywne i pasywne (tabela 1). Osoby przebywaj^ce w zasi^gu pozaru s^ najbardziej narazone na dym oraz toksyczne gazy. Ponad 90% wszystkich ofiar pozarow w budynkach umiera w skutek za-trucia gazami. Z tego powodu stosowane s^ systemy aktywne sluz^ce do odprowadzania dymu i gor^ca. Umozliwiaj^ one sprawne usuwanie lub zmniejszenie koncentracji truj^cych, lotnych zwi^zkow w zagrozonych obszarach. Do elementow
1. Introduction
Several serious incidences of fires in tunnels have occurred in the last few decades. These accidents caused structural damage and led to the deaths of many of their witnesses [1]. Dangerous, even catastrophic, events included fires that broke out within the following structures: the Mont Blanc Road Tunnel in 1999, the Frejus Tunnel in 2005, the Gleinalm Tunnel in 2001 and the Wislostrada Tunnel in 2011. The most tragic of these events was the fire in the Mont Blanc Road Tunnel, which claimed the lives of 41 people. After the incident, the Tunnel was closed for two years due to tunnel casing damage along a 900 m-long section. The reconstruction work following such events is usually time-consuming and expensive. It also necessitates prolonged tunnel closure. Tunnel fires sometimes cause damage to buildings and structural elements located above the tunnel [2]. Safety inside the tunnel is the primary concern at both the design and operational stages. One of the essential safety determinants is the presence of fire protection systems, which are divided into active and passive (Table 1). Persons present within the fire area are the most exposed to smoke and toxic gas. More than 90% of all victims in buildings die of gas poisoning. To prevent this, active systems for smoke and heat extraction are implemented. They effectively extract or reduce the concentration of poisonous volatile compounds in the affected areas. Active systems also include fire sprinklers, water-mist systems, foam systems and smoke protection systems.
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ D01:10.12845/bitp.43.3.2016.18
Tabela 1. Podzial systemow przeciwpozarowych stosowanych w tunelach [3] Table 1. The division of fire protection systems in tunnels [3]
Systemy aktywne / Active systems Systemy pasywne / Passive systems
Grawitacyjne systemy oddymiania / Gravitational smoke extraction systems Zabezpieczenia drewna / Wood protection
Klapy dymowe i okna oddymiaj^ce / Smoke vents and smoke ventilation windows Zabezpieczenia tras kablowych / Cable tray protection
Systemy oddymiania szybow windowych / Smoke control systems in lift shafts Zabezpieczenie konstrukcji stalowych / Protection of steel structures
Systemy nap^dow/ Drive systems Budowa przegrod / Construction of partitions
Systemy blokad drzwi przeciwpozarowych / Locking systems of fire doors Zabezpieczenia systemow wentylacji / Protection of ventilation systems
Systemy sygnalizacji pozarowej (SSP) / Fire-alarm systems Zabezpieczenia szczelin i l^czen / Protection of gaps and joints
Dzwi^kowe systemy ostrzegawcze (DSO) / Voice alarm systems Zabezpieczenia rur palnych i niepalnych / Protection of combustible and non-combustible pipes
Stale urz^dzenia gasnicze / Fixed firefighting devices Zabezpieczenia elewacji betonowych / Protection of concrete facades
systemu aktywnego nalez^ takze: zraszacze wodne, urz^dze-nia generuj^ce mgl§ wodn^, pianowe systemy gasnicze oraz systemy przeciwdymowe.
Z uwagi na bezpieczenstwo konstrukcji budowli poszcze-golne elementy skladowe systemow aktywnych peinig rol§ drugorz^dn^ w stosunku do systemow pasywnych. Te pierw-sze stanowi^ ostateczn^ lini^ ochrony przed uszkodzeniem konstrukcji tuneli. W projektowaniu systemow pasywnych brane s^ pod uwag^ materialy i rozwi^zania konstrukcyjne stanowi^ce bariery ochronne zabezpieczaj^ce konstrukcje tuneli przed pozarem. Co wazne, nie wymagaj^ one zewn^trz-nej aktywacji w przypadku pozaru.
Obiektem poddanym analizom jest tunel tramwajowy
0 dlugosci nieco ponad 1400 m (ryc. 1). Byl on budowany przez 34 lata, a w 2008 roku zostal ostatecznie ukonczony
1 oddany do uzytku. Budowla pozwala na szybkie skomu-nikowanie dworca PKP w Krakowie z polnoc^ i poludniem miasta, l^cz^c dwie trasy Krakowskiego Szybkiego Tramwaju od Kurdwanowa az po Krowodrz^ Gork^ [4]. Obiekt sklada si§ z odcinkow powstalych w roznym czasie i z zastosowa-niem zmieniaj^cych si§ technik budowy. Pomimo tego zostal zrealizowany z uwzgl^dnieniem najwyzszych standardow w zakresie szeroko poj^tego bezpieczenstwa i trwalosci budowli. Jest to tunel plytki i pierwszy tego typu obiekt w Polsce. W tunelu dziala szereg systemow obslugi. t^cznosc radiow^ z tramwajami zapewnia nieekranowany kabel przeci^gni^ty wzdluz komor i podl^czony do anten umieszczonych przy obu wlotach. W celu zapewnienia bezpieczenstwa ruchu wy-korzystywana jest dwustronna samoczynna blokada liniowa. W tunelu dzialaj^ telefony SOS umozliwiaj^ce pol^czenie z dyspozytorem, a we wschodniej cz^sci znajduj^ si§ dodat-kowo klatki ewakuacyjne. W cz^sci zachodniej ich rol§ pelni^ oba przystanki (ryc. 2). Nad bezpieczenstwem podroznych, szczegolnie w zakresie wentylacji oddymiaj^cej, czuwa system zarz^dzania infrastruktur^. Na podstawowy system oddymia-nia sklada si§ 12 rewersyjnych wentylatorow oddymiaj^cych o srednicy od 1600 do 2000 mm. Urz^dzenia zapewniaj^ od-prowadzenie dymu i gazow powstaj^cych podczas ewentual-nego pozaru i zapewniaj^ odpowiedni^ ilosc swiezego powie-trza do przewietrzenia tunelu. Tunel wyposazony jest rowniez w elementy pasywnego systemu bezpieczenstwa. Skladaj^ si§ na nie: bierne zabezpieczenie tras kablowych, system wen-tylacji przeciwdymowej i uszczelnienie przed przenikaniem dymu i gazow [5]. Wspomniane systemy wentylacji, zarowno bytowej jak i pozarowej stanowi^ wazny element bezpieczen-stwa w tunelu. System wentylacji w warunkach normalnej eksploatacji obniza st^zenie zanieczyszczen gazowych i py-
To maintain structural safety, the individual components of active systems are secondary to passive systems. The former represent the final line of defence against structural damage to tunnels. The design process of passive systems takes into account the materials and structural solutions acting as barriers protecting the tunnel structure from fires. Importantly, these systems do not require external activation in the event of a fire.
The analysed structure is a tram tunnel with a length of slightly more than 1400 m (Fig. 1). Its construction took 34 years, and it was completed and opened in 2008. The structure allows quick transport between the train station in Kraków and the northern and southern parts of the city, connecting two routes of the Kraków Fast Tram from Kurd-wanów to Krowodrza Górka stops [4]. The structure is composed of sections completed at various times and using various construction techniques. Despite this, the tunnel was built to the highest standards in general safety and durability. It is a shallow tunnel and the first structure of this type in Poland. A number of service systems are in place in the tunnel. Radio communications with trams is facilitated by an unshielded cable running along the chambers and connected to antennae located at both tunnel entrances. Two-way automatic block signalling is used to ensure traffic safety. SOS phones are available inside the tunnel, allowing connection with a dispatcher, and the eastern section also features escape staircases. In the western section this function is served by both stops (Fig. 2). The safety of passengers, particularly with regard to smoke ventilation, is ensured by an infrastructure management system. The basic smoke-extraction system is composed of 12 reversible fans with a diameter of 1,600 to 2,000 mm. The devices extract smoke and gases emitted in a potential fire and supply the sufficient amount of fresh air to ventilate the tunnel. The tunnel is also equipped with passive safety system components. It includes the passive protection of cable ducts, a smoke ventilation system and seals against smoke and gases [5]. These ventilation systems, for both comfort and fire ventilation, constitute an important element of safety in the tunnel. Under normal operating conditions, the ventilation system reduces the concentration of gas and particulate pollutants and maintains the required visibility. During a fire, the ventilation system is responsible for the effective extraction of smoke and heat. This guarantees the evacuation of people from the tunnel and facilitates rescue and firefighting operations. For the ventilation system to fulfil all the above functions, a sufficient flow of air, in terms of speed and direction, must be maintained in the tunnel. To
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.18
Ryc. 1. Wnçtrze tunelu KST, jednokomorowy fragment tunelu Fig. 1. The interior of a KST tunnel - a single-chamber section Zrôdlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Ryc. 2. Przekroj poprzeczny stacji KST „Dworzec Glowny" - dane projektowe [4] Fig. 2. The cross section of a KST tram stop "Dworzec Glowny" (Central Station) - design data [4]
lowych oraz zapewnia wymagany zasiçg widzialnosci. W warunkach pozaru system wentylacji odpowiada za skuteczne odprowadzanie dymu i ciepla. Gwarantuje on tym samym mozliwosc ewakuacji osob znajduj^cych siç w tunelu oraz ulatwia prowadzenie dzialan ratowniczo-gasniczych. Aby system wentylacji spelnial powyzsze funkcje, nalezy zapew-nic wlasciwy, pod wzglçdem prçdkosci i kierunku, przeplyw powietrza w tunelu. W tym celu projektant posluguje siç spe-cjalistycznym oprogramowaniem, w ktorym uwzglçdniane s^ kubatura obiektu, wielkosc i przekroje kluczowych elemen-tow. W zaleznosci od specyfiki i gabarytow obiektu dobierana jest moc, wielkosc i rozmieszczenie elementow infrastruktury odpowiedzialnej za system wentylacyjny.
2. Metody
W niniejszym artykule oprocz zagadnien teoretycz-nych, zwi^zanych z nowoczesnymi metodami pomiarowymi (skanowanie laserowe i termowizja), przedstawiono takze praktyczne wykorzystanie dostçpnych narzçdzi i aplikacji.
achieve this, designers use specialised software which analyses the structure's volume, and the size and sections of its key elements. The power, size and distribution of the infrastruc-tural elements making up the ventilation system are selected depending on the specific structure and its dimensions.
2. Methods
In addition to theoretical issues connected with modern measurement methods (laser scanning and infrared ther-mography), this article focuses on the practical usage of the available tools and applications. It draws on information from a number of scientific publications and national legal acts. Furthermore, the authors contributed their experience in the field of measurement methods used for tunnel surveying.
2.1. An analysis of the measurement methods used in measuring the Krakow Fast Tram tunnel.
Engineering verification measurements are performed as the construction progresses. Control measurements are also
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
W opracowaniu wykorzystano informacje pochodz^ce z pu-blikacji naukowych oraz krajowych aktow prawnych. Ponad-to autorzy oparli si§ na wlasnym doswiadczeniu zwi^zanym z metodami pomiarowymi na potrzeby inwentaryzacji tuneli.
2.1. Analiza metod pomiarowych zastosowanych w pomiarze w tunelu Krakowskiego Szybkiego Tramwaju
Inzynierskie pomiary weryfikacyjne s^ wykonywane w miar^ post^pu prac budowlanych obiektu. Ponadto pomiary kontrolne s^ realizowane okresowo po zakonczeniu bu-dowy i w trakcie jego uzytkowania w celu sprawdzenia jego stanu technicznego [6-7].
2.1.1. Skanowanie laserowe
Skanowanie laserowe jest bezinwazyjn^ i bardzo szybk^ metod^ inwentaryzacji. Stosuje si§ j^ w szerokim spektrum prac inzynierskich. W tej metodzie powierzchnia jest mierzo-na za pomoc^ wi^zki laserowej. Parametrami rejestrowanymi przez skaner s^: k^ty poziomy i pionowy wi^zki lasera, odle-glosc do obiektu i moc sygnalu odbitego. W efekcie otrzymy-wany jest zbior punktow o okreslonych wspolrz^dnych prze-strzennych. Urz^dzenie analizuje znajduj^ce si§ w przestrzeni pomiarowej obiekty poprzez zbieranie informacji o ich geome-trii, kolorze i intensywnosci odbicia [8]. Pozyskane dane mog^ byc wykorzystane przy tworzeniu dokumentacji cyfrowej w postaci rysunkow dwuwymiarowych lub trojwymiarowych modeli przestrzennych. Dost^pne na rynku urz^dzenia rozni^ si§ szybkosci^ dzialania, zasi^giem czy tez sposobem obslu-gi (tabela 2). Zastosowane w badaniach skanery umozliwialy wykonanie kompletnego pomiaru z pojedynczego stanowiska w ci^gu kilku minut. Ich zasi^g umozliwial pomiar do 100 m z jednoczesn^ rejestraj kolorow rzeczywistych obiektu.
Zalet^ skanowania laserowego jest rejestracja bardzo du-zej liczby punktow z precyzj^ kilku milimetrow w stosunko-wo krotkim czasie. Metod^ mozna porownac do fotografii, z Ц jednak roznic^, ze dodatkowo pozyskiwana jest infor-macja o odleglosci urz^dzenia pomiarowego od mierzonych obiektow. Skaner laserowy realizuje pomiar w polu widzenia urz^dzenia. W zwi^zku z tym zazwyczaj niezb^dne jest wykonanie pracy z wi^kszej liczby stanowisk. Duza szybkosc pracy i wysoka dokladnosc przestrzennego polozenia zinwentary-zowanych obiektow, a takze coraz bardziej przyst^pne koszty stosowania tej technologii sprawiaj^, ze jest ona coraz cz^sciej wybierana do pomiaru budowli tunelowych [9-10].
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.18
performed periodically after the tunnel's completion and during its operation, to verify its technical condition [6-7].
2.1.1. Laser scanning
Laser scanning is a fast and non-invasive surveying method. It is used in a wide range of engineering works. In this method, surfaces are measured using a laser beam. The parameters recorded by the scanner are the horizontal and vertical angle of the beam, distance to object and return signal intensity. This produces a cloud of points with specific spatial coordinates. The device analyses the objects within the measurement space by collecting information on their geometry, colour and signal intensity properties [8]. The obtained data can be used in creating digital documentation in the form of 2D drawings or 3D models. The devices available on the market differ in measurement speed, range and operating methods (Table 2). The scanners used for surveying required several minutes to perform a complete measurement from a single vantage point. Their range allowed surveying up to 100 m while recording the real colours of the object.
The advantage of laser scanning is its capability to record a very large number of points with a precision of several millimetres in a relatively short time. This method can be compared to photography, the difference being that the information obtained relates to the distance of the measurement device from the measured objects. Laser scanners perform measurements within their field of view. Due to this, it is usually necessary to use a number of vantage points to complete the scanning process. The speed and high accuracy of the spatial measurement of surveyed objects, and also the increasing affordability of this technology, make it an increasingly popular choice for surveying tunnel structures [9-10].
2.1.2. Thermal measurements
The laser scanning method in the fire protection infrastructure measurement was supplemented by a thermal camera. Thermographic measurements are another non-invasive and non-destructive technology for obtaining data on physical bodies. This method involves the measurement and recording of the intensity of infrared radiation emitted by physical objects in the temperature ranges encountered under typical conditions (Fig. 3). This technology allows the measurement of object temperatures. Providing an external light source is not necessary.
Tabela 2. Parametry skanerow laserowych Table 2. Laser scanner parameters
Nazwa skanera / Scanner name Zasiçg / Range Maksymalna prçdkosc pomiaru / Maximum measurement speed K^t widzenia (pionowy / poziomy) / Angle of view (horizontal / vertical ) Bl^d pomiaru odleglosci / Distance measurement error Blad wspôlrzçdnej punktu / Point coordinate error
Leica C10 1 - 500 m 50 000 punktow / s (points/s) 270 / 360 4 mm 6mm (1-50 m)
Faro Focus X130 0.6 - 130 m 976 000 punktow / s (points/s) 300 / 360 4 mm N/A
Z+F 5010C 0.3 - 187 m 1 016 000 punktow / s (points/s) 320 / 360 1 mm N/A
Riegl VZ400 1.5 - 600 m 122 000 punktow / s (points/s) 100 / 360 N/A 5 mm (1.5-100 m)
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.18
Ryc. 3. Uproszczony schemat dzialania kamery termowizyjnej [11] Fig. 3. Simplified diagram of the thermal camera operation [11]
2.1.2. Pomiary termowizyjne
Metoda skanowania laserowego w pomiarach infrastruk-tury przeciwpozarowej tunelu zostala uzupelniona poprzez zastosowanie kamery termowizyjnej. Pomiary termowizyjne s^ bezinwazyjn^ i nieniszcz^c^ technologie pozyskiwania da-nych o cialach fizycznych. W metodzie tej prowadzony jest pomiar i rejestracja natçzenia promieniowania podczerwone-go emitowanego przez obiekty fizyczne w przedziale temperatur spotykanych w typowych warunkach (ryc. 3). Technologia umozliwia pomiar temperatury obiektöw. Nie ma takze koniecznosci oswietlania ich zewnçtrznym zrödlem swiatla.
Sposöb pracy i uzyskane wyniki zalez^ od modelu kamery termowizyjnej. Urz^dzenia rözni^ siç miçdzy innymi roz-dzielczosci^ pozyskanych obrazöw, zakresem rejestrowanych temperatur czy sposobem obslugi. Zaleznie od spektralnego zakresu pracy, kamery termowizyjne dzieli siç najczçsciej na sredniofalowe MWIR (zakres pracy 3+5 |im) i dlugofalowe LWIR (8+14 |im).
Diagnostyka aparatami termowizyjnymi pozwala na ba-danie i analizç:
• instalacji i urz^dzen elektrostatycznych, rozdzielni elek-trycznych, sieci przemyslowych [12],
• stanu izolacji termicznej ruroci^göw i sieci cieplowni-czych, wykrywanie wycieköw i nieszczelnosci,
• chlodni przemyslowych, przechowalni i magazynöw z instalaj chlodzenia,
• linii produkcyjnych i procesöw technologicznych oraz wykrywanie usterek maszyn i urz^dzen,
• srodowiska m.in. poprzez analizowanie emisji pylöw, zrzutu cieplej wody i scieköw, lokalizowanie ognisk poza-rowych,
• zagrozen zwi^zanych z mozliwym samozaplonem (skla-dowanie wçgla, zböz itp.) [13],
• stanu kominöw i in [14].
3. Dyskusja nad metodami i wynikami
Niniejszy artykul prezentuje praktyczne mozliwosci za-stosowania metody skanowania laserowego (ryc. 4a) w in-wentaryzacji elementöw tunelu Krakowskiego Szybkiego Tramwaju. W sposöb szczegölny potraktowano wyposazenie przeciwpozarowe w obiekcie. Z tego powodu prace badaw-cze poszerzono o technologie pomiaröw termowizyjnych (ryc. 4b). Wybör drugiej techniki pomiarowej byl szczegölnie przydatny ze wzglçdu na mozliwosci diagnozowania poten-cjalnych zrödel zagrozenia pozarowego.
The working methods and obtained results depend on the thermal camera model. Thermal imaging devices differ in terms of, i.a., the resolution of obtained images, the range of recorded temperatures and the method of use. Depending on their spectral range, thermal cameras are usually divided into MWIR (mid-wave infrared, 3+5 |im range) and LWIR (longwave infrared, 8+14 |im).
Thermal imaging allows the study and analysis of:
• electrostatic systems and devices, electrical switchboards and industrial networks [12],
• the condition of thermal insulation of piping and heat networks, detecting leaks,
• industrial cold stores, storage rooms and warehouses with cooling systems,
• production lines and technological processes, detecting machine and device faults,
• the environment, by, i.a., analysing the emission of par-ticulates, the inputs of hot water and wastewater, locating fire centres etc.,
• hazards connected with potential self-combustion (storage of coal, grain etc.) [13],
• the condition of chimneys and other objects [14].
3. Methods and results overview
This article presents the practical ways of using the laser scanning method (Fig. 4a) in the surveying of elements of the Krakow Fast Tram tunnel. Particular attention was given to the structure's fire protection system. For this reason, the research work was extended to cover thermographic measurement technologies (Fig. 4b). The choice of the second surveying technique was particularly useful, due to its capability of identifying potential fire hazards.
3.1. Field work
The first site survey was performed thanks to the cooperation of the Apply Capnor Poland Company and the AGH University of Science and Technology in Krakow. The surveying work was conducted in November 2014 along the entire length of the tunnel. The measurements took 20 hours and involved nearly 200 scanner vantage points. The resulting point clouds were aligned with the Polish national coordinate system using GPS technology. The second survey stage was completed in April 2016. Its objective was to supplement the data collected previously with details of the fire infrastructure. The selected elements were smoke extraction channels, cable duct locations and switchboards that represented potential
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.18
3.1. Prace terenowe
Pierwszy pomiar inwentaryzacyjny zostal zrealizowany dziçki wspolpracy firmy Apply Capnor Poland oraz AGH w Krakowie. Prace wykonano w listopadzie 2014 roku na calej dlugosci tunelu. Pomiar przeprowadzono w ci^gu 20 godzin i wykonano go na niespelna 200 stanowiskach skanera. Pozy-skane chmury punktow przetransformowano do panstwowe-go ukladu wspolrzçdnych wyznaczonego za pomoc^ techniki GPS. Drugi etap pomiarow zostal zrealizowany w kwietniu 2016 roku. Jego celem bylo uzupelnienie wczesniej zebranych danych o szczegoly zwi^zane z infrastruktur^ przeciwpoza-row^. Wytypowano nastçpuj^ce elementy: kanaly przeciw-dymowe, lokalizacjç tras kablowych i skrzyn rozdzielczych mog^cych stanowic zrodlo potencjalnego pozaru oraz inne drobne elementy wyposazenia tunelu maj^ce wplyw na jego bezpieczne uzytkowanie. Jednoznaczna przestrzenna iden-tyfikacja wspomnianego wyposazenia z pewnosci^ bylaby przydatna dla sluzb odpowiedzialnych za utrzymanie i monitoring obiektu. Pomiary uzupelniaj^ce zrealizowano w trak-cie przerwy eksploatacyjnej tunelu w godzinach od 00:00 do 4:00. Wytypowanych zostalo 26 stanowisk skanera laserowe-
fire hazards, and other small elements of tunnel equipment affecting its safety. A clear spatial identification of the listed equipment would definitely be useful for the services responsible for the facility's maintenance and monitoring. Additional measurements were conducted during the non-operational period in the tunnel between midnight and 4 a.m. 26 laser scanner vantage points were selected (Fig. 4a). The scan was supplemented by 97 thermograms showing objects with higher temperatures relative to their surroundings (Fig. 5).
3.2. Office work
3.2.1. Processing the point cloud
The office work was divided into several stages. The first stage involved the calculation and alignment of the coordinates of the points in the photogrammetric control network (reference points) plotted inside in the tunnel. The network made it possible to transform all point clouds into the common National Coordinate System. In addition, the network served as a basis for conducting an independent audit of the quality and accuracy of links between all point clouds in the tunnel.
a) b)
Ryc. 4. Zastosowane urz^dzenia pomiarowe a) skaner laserowy FARO Focus X130 i b) kamera termowizyjna FLIR S60 Fig. 4. The measuring devices used: a) a FARO Focus X130 Laser Scanner and b) a FLIR S60 thermal imaging camera
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Ryc. 5. Termogramy obiektow o podwyzszonej temperaturze w stosunku do otoczenia a) wylot systemu wentylacyjnego i b) elektryczna skrzynia rozdzielcza Fig. 5. Thermograms of objects with a higher temperature relative to the surrounding conditions a) a ventilation system outlet and b) an electrical box Zrôdlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.18
go (ryc. 4a). Pomiar uzupelniono o 97 termogramöw przed-stawiaj^cych obiekty wyrözniaj^ce siç temperature wyzsz^ od otaczaj^cych obiektöw (ryc. 5).
3.2. Prace kameralne
3.2.1. Opracowanie chmury punktöw
Prace kameralne zostaly podzielone na kilka etapöw. W pierwszym z nich przeprowadzono obliczenie i wyröw-nanie wspölrz^dnych punktöw osnowy fotogrametrycz-nej (punktöw referencyjnych) zalozonej w tunelu. Osno-wa umozliwila przeprowadzenie transformacji wszystkich chmur punktöw do wspölnego, panstwowego ukladu wspöl-rzçdnych. Dodatkowo osnowa byla podstaw^ do przeprowa-dzenia niezaleznej kontroli jakosci i dokladnosci pol^czenia wszystkich chmur punktöw w tunelu.
W kolejnym etapie prac dokonano pol^czenia stanowisk skanera w ukladzie lokalnym, a nastçpnie przeprowadzono transformacje do zewnçtrznego ukladu referencyjnego. Opracowanie zrealizowano w aplikacji Register w oprogra-mowaniu Cyclone firmy Leica Geosystems (ryc. 6). W ramach optymalizacji procesu obliczeniowego, zastosowano wszystkie dostçpne metody l^czenia skanöw: tarcza do tarczy, skan do skanu oraz plaszczyzna do plaszczyzny.
Po przeprowadzeniu niezbçdnych obliczen uzyskano chmurç punktöw zawieraj^c^ dodatkowo parametr inten-sywnosci odbicia, ktöry moze bye zaprezentowany w skali szarosci lub innej gradacji kolorystycznej. Kazda z chmur, za-rejestrowana skanerem laserowym FARO Focus 3D, zawiera okolo 11 mln punktöw. Calkowita chmura wraz ze skanami uzupelniaj^cymi utworzyla bazç danych o liczebnosci prze-kraczaj^cej 2,7 mld punktöw, zajmuj^c okolo 24 GB prze-strzeni dyskowej. Modul Cyclone Register dostarcza szczegö-lowych raportöw z wykazem o jakosci danych i informacj^ o srednim blçdzie kwadratowym pol^czen pomiçdzy chmu-rami punktöw. Otrzymana z rejestracji chmura dla calego obiektu charakteryzowala siç blçdem wynosz^cym 1 mm dla
The next stage involved combining the scanner vantage points within the local coordinate system, and then their transformation into the external reference system. The data were processed in the Register application forming part of the Cyclone software by Leica Geosystems (Fig. 6). All available methods of combining scans, i.e. target-to-target, scan-to-scan and plane-to-plane, were employed to optimise the computing process.
After performing the necessary calculations, a point cloud was derived containing an additional parameter of signal intensity, which can be presented in grayscale or in another gradient. Each cloud, recorded with the FARO Focus 3D laser scanner, contained about 11 million points. The whole cloud, along with the supplementary scans, formed a database of more than 2.7 billion points, taking up about 24 GB of disk space. The Cyclone Register module provides detailed reports, including data quality information and information on the root mean square error of the alignment between point clouds. The cloud obtained from the registration process for the whole structure had an error of 1 mm for active connections and 29 mm for inactive connections. Furthermore, the transformation of the local coordinate system of the point cloud into the National Coordinate System resulted in a root mean square error of 5 mm. This processing resulted in a complete representation of the structure. This allows any spatial analysis to be performed with regard to geometry, i.e. a virtual tour of the structure and orientation. This point cloud can also form the basis for all kinds of design work.
The figures below show the possible modes of viewing the point cloud. Figures 7 and 8 demonstrate a single position, which allows the detailed imaging of even the small details of the tunnel. Fig. 9 shows the complete point cloud representing the whole tunnel. It can be useful in both detailed and general orientation within the structure, but also for conducting large-scale research.
Ryc. 6. L^czenie chmur punktöw w aplikacji Cyclone, widok okna modulu Register Fig. 6. Combining point clouds in the Cyclone application, a view of the Register module window
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
D0I:10.12845/bitp.43.3.2016.18
Ryc. 7. Widok plaski chmury punktow pojedynczego stanowiska skanera w skali szarosci przedstawiaj^cy fragment tunel KST (klapy systemu
oddymiania ¡do lewej stronie)
Fig. 7. Flat view of the point cloud from a single scan vantage point in grayscale from the KST tunnel (smoke dampers on the left side)
Zrôdlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Ryc. 8. Widok perspektywiczny chmury punktow pojedynczego stanowiska skanera w skali szarosci przedstawiaj^cy fragment tunel KST
(klapy systemu oddymiania po lewej stroniet Fig. 8. Perspective view of the point cloud from a single scan vantage point in grayscale from the KST tunnel (smoke dampers on the left side)
Zrôdlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
pol^czen aktywnych oraz 29 mm dla pol^czen nieaktywnych. Ponadto transformacja lokalnego ukladu wspolrzçdnych chmury punktow do panstwowego ukladu wspdlrzçdnych dala sredni bl^d kwadratowy rowny 5 mm. Takprzygotowany material reprezentuje kompletny obraz obiektu. Pozwala na wykonanie dowolnej analizy przestrzennej w zakresie geo-metrii, wirtualnego poruszania siç po obiekcie czy orientacji w terenie. Chmura punktow moze byc takze baz^ dla wszel-kich prac projektowych.
Przedstawione ponizej ryciny ukazuj^ sposoby prezenta-cji chmury punktow. Na rycinie 7 i 8 zobrazowane jest po-jedyncze stanowisko, na ktorym mozliwe jest szczegolowe zobrazowanie nawet niewielkich detali tunelu. Na rycinie 9 znajduje siç kompletna chmura punktow reprezentuj^ca caly
3.2.2. Preparing thermal images and aligning them with the point cloud
The cloud, composed of millions of points with specific spatial coordinates, represents rich material for analysis. It was decided to supplement the research with thermal imaging; aata. An additional parameter was the colour representation of various temperature levels within the camera's frame. Figure 10 presents an example of the identiOied elements of tunnel equipment with higher temperatures. Numerous thermograms were taken during field studies with supplementary laser scans (Fig. 11 and 12). The data was later aligned to obtain the spatial representation of objects along with a thermal information overlay (Fig. 13).
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.18
Ryc. 9. Widok z gory z chmury punktow. Przedstawia caly zakres skanowania od Ronda Mogilskiego az po ul. Kamienn^ Fig. 9. Top view based on the point cloud. It presents the whole scanned area from the Mogilskie Roundabout to Kamienna Street
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
tunel. Moze bye ona uzyteczna zarówno w kompleksowej i ogólnej orientacji na obiekcie ale takze do prowadzenia wiel-koskalowych badan.
3.2.2 Opracowanie obrazów termowizyjnych i pol^czenie ich z chmura punktów
Chmura, zlozona z milionów punktów o okreslonych wspól-rzçdnych przestrzennych, stanowi bogaty material analityczny. W badaniach postanowiono poszerzye informacje o dane pocho-dz^ce z kamery teomowizyjnej. Dodatkowym pcrametiem bylaa kolorystyczna reprezentacja róznych poziomów temp eratur w re-jestrowanym kadrze kamery. Na rycinie 10 costal oaprezentowa-ny przyklad zidentyfikowanych elementów wyposazenia tunelu o podwyzszonej temperaturze. W trakcie badan terenowych wyko-nano liczne zdjçcia termograficzny oraz uzupehiiaj^ceje pomiary skanerem laserowym (ryc. z1 i ^2).Izastç;pnie polz^czono te dane, uzyskuj^c przestrzennaf reprezenincjç obiektów wraz z nak>zon;j informacje o ich rockladzie tetmicynym (ryc. 1i).
W pracach kameralnych przeprowadzono kalibracjç obrazów termowizyjnych z kamery FLIR S60 do stanowisk skanera, z których pomierzono wybrane obiekty. Kalibracja wymagala zdefiniowania punktów transformacji zewnçtrznej obrazu. Konieczne bylo wskazanie co najmniej szesciu punktów wspólnych pomiçdzy termogramem a chmury punktów. W ten sposób uzyskano lokalizacjç przestrzenn^ i kompletn^ informa-cjç geometryczn^ dla widma termicznego badanych obiektów.
3.2.3 Opracowanie przestrzennego modelu 3D
W trakcie dalszych prac wykonano modele przestrzenne 3D elementów systemu przeciwpozarowego oraz urz^dzen towarzysz^cych. Pomiary termowizyjne wskazaly miejsca o podwyzszonej temperaturze. Te z kolei mogly bye poten-cjalnym zródlem pozaru. Dla wyselekcjonowanych obiektów przygotowano modele 3D (ryc. 14). W pracach zastosowano dedykowan^ aplikacjç Cyclone firmy Leica. Narzçdzie sluzy do pracy na chmurach licz^cych miliony punktów. Umozli-wia budowç przestrzennych obiektów brylowych (ryc. 15). Otrzymany w ten sposób model moze bye przekonwertowany do dowolnego srodowiska CAD, m.in. oprogramowania firm: Autodesk, Bentley, Intergraph i innych.
The office work also involved the calibration of thermograms from the FLIR S60 camera with the scanner vantage p oints used to measure the selected objects. This calibration required defining the external transformation points of the image- This required at least six shared points between the thermogram and the point cloud to be indicated and resulted in obtaining the spatial location and complete geometric information for the thermal spectrum of the surveyed objects.
3.2.3. Producing a 3D model
Further wvorld i ncluded the production of 3D models of el-emenfs in the fire protection system and related devices. Thermal measurements allowed the identification of locations with elevated temperatures, representing potential fire hazards. 3D models were produced for the selected objects (Fig. 14). Leica's dedicated applicatif n,Cyclone, was used in the processing. This tool is designed for werking wish clouds made up of millions of points. It allows the construction of 3D solids (Fig. 15). The resultant model fan be converted to any CAD environment, e.g. Autodesk, Bentley, Intergraph and othersoftware suites.
Point-cloud based 3D models can be created manually from scratch or with partial assistance from the application. In recent years a number of algorithms and applications allowing the automatic creation of geometric elements have been released. These are usually confined to the modelling of a limited selection of elements, such as piping, or require additional corrections and data verification [15]. Regardless of the point cloud generalisation method, it is important to realise that this procedure involves the simplification and reduction of information. This has both its advantages and drawbacks, depending on the industry or expected outcome. A 3D model and its parameters has a number of valuable advantages over a point cloud, including:
• Less complex geometry of the represented objects,
• Faster rendering in CAD applications,
• Much smaller file size,
• Greater compatibility with CAD applications,
• Spatial analysis capabilities for processing in specialised engineering systems (e.g., explosion analysis, flow analysis and performance studies).
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ D0I:10.12845/bitp.43.3.2016.18
Ryc. 10. Widok termogramu (dwie skrzynie elektryczne, gdzie ta po lewej stronie jest wyraznie cieplejsza) Fig. 10. Thermogram view (two electrical boxes, the one on the left is substantially warmer) Zrodio: Oprtcowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Ryc. 11. Widok plaski chmury punktow pojedynczego stanowiska skanera w skali szarosci przedstawiaj^cy fragment tunel KST (klatka schodowa systemu ewakuacji wraz z systemem wentylacji po lewej i skrzyniami elektrycznymi po prawej stronie) Fig. 11. Flat view of the point cloud from a single scan vantage point in grayscale from the KST tunnel (a staircase in the evacuation system
and the ventilation system on tire left and electrical boxes on the right s ide) Zrôdlo: Opracowenie wlasne. Source: Own elaboration.
Ryc. 12. Widok elektrycznych skrzyn rozdzielczych z chmury punktow w skali szarosci (powiçkszenie skanu zaprezentowanego na Ryc. 11, na
podstawie termogramu skrzynia po lewej stronie wyraznie cieplejsza) Fig. 12. View of electrical switchboards together with point clouds in grayscale (a zoomed image of the items presented in Figure 11, based on
a thermogram, box on theleft substantiallywarmer) Zrôdlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.18
Ryc. 13. Obraz przedstawiaj^cy chmury punktow wraz ze skalibrowanym termogramem Fig. 13. Image from a point cloud together witha calibrated thermogram Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Przygotowanie modelu 3D w oparciu o chmur^ punktow moze bye realizowane w pelni manualnie lub tez z cz^scio-wym wspomaganiem ze strony aplikacji. W ostatnich latach pojawily si§ algorytmy i aplikacje umozliwiajice automatyczne tworzenie elementow geometrycznych. S^ one zwykle ograni-czone do modelowania w^skiego zakresu elementow, takich jak orurowanie lub tez wymagaj^ dodatkowej pracy w zakresie korekt i weryfikacji danych [15]. Niezaleznie od sposobu gene-ralizacji chmury punktow nalezy miee swiadomose, ze jest to procedura zwi^zana z uproszczeniem i zmniejszeniem infor-macji. Takie post^powanie moze bye zarowno zalet^, jak i wad^ - w zaleznosci od branzy lub oczekiwanego efektu. Model 3D i jego parametry w porownaniu do chmury punktow ma kilka cennych walorow, do ktorych nalezy zaliczye:
• mniej skomplikowana geometria reprezentowanej przestrzeni,
• plynniejsze dzialanie w aplikacjach CAD,
• znacznie mniejszy rozmiar na dysku,
• wi^ksza kompatybilnose z aplikacjami CAD,
• mozliwose wykonywania analiz przestrzennych w spe-cjalistycznych systemach inzynierskich (np. analizy wy-buchow, analizy przeplywow i wydajnosci systemow).
3.2.4. Publikacja danych online
Na podstawie kompletnej chmury punktow, uzupelnionej
0 skalibrowane termogramy oraz modele 3D elementow tu-nelu i jego wyposazenia, przygotowano dane do publikacji. Publikacja okresla si§ proces eksportu danych w formacie pozwalaj^cym na ich udost^pnianie i wspoldzielenie przez internet, a takze umieszczenie ich na specjalnym serwerze dost^pnym online. Dzi^ki temu potencjalni uzytkownicy uzyskuj^ wygodny dost^p do dokumentacji trojwymiarowej. Ponadto mog^ wspolnie pracowae na tych samych danych. Mozliwe jest rowniez wspoldzielenie dodawanych komen-tarzy, wykonywanie zgrubnych pomiarow przestrzennych z uzyciem przegl^darki i ich dalsze udost^pnianie czy zapi-sywanie w pami^ci systemu. Narz^dzie to jest takze latwe
1 wygodne w uzytkowaniu. Cz^se funkcjonalnosci jak na przyklad wirtualne wycieczki i zdj^cia sferyczne z ulic s^ po-dobne do udost^pnianych obecnie przez Google i inne firmy (ryc. 16) [16]. Jest jednak jedna istotna roznica. W rozwi^za-niach wirtualnych firmy Google nie ma mozliwosci wykonywania pomiarow na obrazach sferycznych w przeciwienstwie
3.2.4. On-line data publication
The complete point cloud, together with calibrated thermograms and 3D models of the tunnel elements and its equipment, served as the basis for publication data. Publication is the process of exporting data in a format that allows on-line presentation and sharing, and also uploading on a dedicated on-line server. This is a convenient way of accessing 3D documentation for potential users. This also allows teams to work on the same set of data. Other features include posting comments, performing rough spatial measurements in the browser and their further sharing or saving in the system memory. The tool is easy and user-friendly. Some of its functions, such as virtual tours and spherical panoramas of streets are similar to those provided by Google and other companies (Fig. 16) [16]. However, there is an important difference. Google's virtual solutions do not allow measurements on spherical images, a feature available in online point cloud viewing tools (Fig. 17).
Figures 16 and 17 present published scans in grayscale. Rough measurements can be performed on them, and comments and other markers can be added directly on the displayed images. To view the data and to take advantage of the system's features, you only need a computer with a web browser, an Internet connection and an assigned log-in and password. Publishing colour point clouds and combinations of three-dimensional models and scans are also possible, as shown in Fig 18.
On-line data sharing and exchange brings a number of new opportunities. Above all, it allows the visualising of results and information on any Internet-enabled device. It is also possible to display spherical panoramas by means of virtual reality devices, or VR headsets, which convert and display the image for each eye individually. This is possible with a smartphone with an additional headset. This solution immerses the user in the virtual environment and allows an even greater insight into the collected data.
4. Summary and conclusions
In measurements of long structures, the time required to perform the task and the costs involved play an important role. Access to the surveyed structure is often restricted. This is related to the long distance to the object, the mutual occlu-
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ D01:10.12845/bitp.43.3.2016.18
Fig. 14. Zestaw widokow perspektywicznych prezentuj^cych klatkçewakuacyjn^: a) sam^chmurç punktow, b) chmurç punktow z zamodelowanym system wentylacji i drzwi, c) chmura punktow oraz model wraz z schodami i podestami Fig. 14. A set ofperspective viewsshowing the escape route: a) point cloud only, b)pointcloud with amodelled ventilation system and escape
doors, c) point cloud with a 3D model of the staircase and floor) Zrôdto: Opracowanie wltsne. Source: Own elaboration.
Ryc. 15. Zestaw widokow perspektywicznych prezentujcych fragment tunelu z systemem klap przeciwdymowych: a)chmura punktow z zamodelowanym system wentylacji i klap przeciwdymowych, b) model uzupelniony o sciany, podlog^ wraz z torami i systemem odwodnienia
oraz elementami traseklektycznychi oswietlenia. Fig. a5. A set of perspective views showing a part of the tunnel with smoke dampers: a) point cloud with a ventilation system and smoke damper models, b) a 3D model featuring walls, floo r, rails,drain system, cable routes and lights )
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
do mozliwosci, jakie nios^ ze sob^ narzçdzia do przegl^dania online chmur punktow (ryc. 17).
Na rycinach 16 i 17 Paprezentowano publikacfe skaaZw w odcieniach szarosci. Mozliwe jest prowadzenie na nich zgrubnych pomiarow, a takze dol^czanie komentarzy czy innych oznaczen wprost na wyswietlanycO obracacli. WglC do danych i mozliwosc zastosowania poszczegolnych funkcji wymaga dostçpu do komputera z przegl^dark^ internetow^, dostçpem do internetu, a takze nadanym loginem i haslem. Istnieje takze mozliwosc publikacji kolorowych chmur punktow oraz kombinacji modeli trojwymiarowych wraz ze skana-mi, jak to zostalo przedstawionena rycinie 18.
Udostçpnienie i wymiana danych przez internet stwarza szereg nowych mozhwos ci. Przede wuzystkim p ozwala na wizualizacjç wynikow i informacji na dowolnym urz^dzeniu posiadaj^cym dostçp do internetu. Istnieje takze mozliwosc wyswietlaaia prezentowanych widokow sfeaycznych na urr^-dzeniachwirtualnej rzeczywistdsci, tj. olzularaahwertualnezll, w ktorych obraz jest odpowiednio konwertowany i wyswie-tlany dlla kazdego oka niezaleznie. W tym celu mozliwe jest wykorzystanie smartfona doposaooneno w ogp owieZni zestaw soczewek okularowych. Korzystaj^c z takiego rozwi^-zania, uzytkownik ayskuje wranenie przebywania wewn^tiz wirtualnego srodowiska i moze jeszcze pelniei spozytkowac zebrane informacje.
sion of objects or the lack of illumination. There are also occasional safety considerations relating to performing measurements of live wires or objects in operation. These difficulties are connected with surveys of transport routes, tunnels and utilities. Ground-based laser scanning is increasingly being used in surveying such objects and structures. This modern method offers non-contact, quick, high-resolution and accurate measurements.
One application of laser scanning is the evaluation of the technical condition, structure and geometry of transport tunnels which require periodic surveying. The data obtained from the scan cae also be us ed to identify, sorvey and assess the technical condition and determine the geometric parameters of fire protection system components in tunnels. Thermal imaging is an excellent companion to syatsal point clouds. Images obtained from thermal vision cameras show the potential shnrt circuit and fire hazards in real time. The transformation oethermograms ints a point cloud allows ihe construction of 3D models and the generation of databases forfacility and °re protection infrastructure management.
Ths capability of the pres toted technoloeiet to areate a detailed map of the surveyed structure make a virtual tech-nfcal inspection oh the analyaed facility equally useful to aeal field visits. The advantages of this tnchnology includs saned time and funds and safety and ease of work. It is possible to
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.18
KSZT Ki i^cvw
Ryc. 16. Widok z portalu internetowego - mapa ze zlokalizowan^ publikaj skanowania laserowego z tunelu [17] Fig. 16. A view of the web portal - the location of tunnel laser scanning publication on the map [17]
Fig. 17. Widok z portalu internetowego - pojedynczy skan z okolic przystanku Dworzec Glowny Na widoku zaznaczone pomiary
oraz adnotacje [17]
Fig. 17. A view of the web portal - a single scan from the Dworzec Glowny Station. There are measurements and annotations
marked on the view [17]
Ryc. 18. Widoki z portalo internetowego - pojedyncze skany z ewakuacyjnej klatki schodowej wraz z modelem trojwymiarowym. Na widokach zaznaczone pomiary oraz adnotacje wykonane poprzez przegl^dark^. Fig. 18.A view of theweb portal - sidgle scans from the escape staircase,togetherwith a 3D model. There are measurements and annotations
made by the web browser Zrodlo: Opracowan io wlasne. Source: Own elaboration.
4. Podsumowanie i wnioski
W pomiarach obiektow liniowych duz^ rol§ odgrywaczas potrzebny do zrealizowania zadania i zwi^zane z nim koszty. Cz^sto dost^p do inwentaryzowanego obiektu jest ograniczo-ny. Jest to zwi^zane ze: znaczn^ odleglosci^ do obiektu, wza-
eliminate or reduce the number of field visits to the required minimum. However, data relevance should be taken into account. Point clou ds, as with all other survey results, represent the state as at the time of measurement. For this reason, any presentation of results should include a time reference. Another issue to be considered in working with point clouds is
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
jemnymi przesloniçciami lub brakiem oswietlenia. Zdarzaj^ siç takze problemy zwi^zane z bezpieczenstwem i odnosz^ siç do pomiaru przewodow pod napiçciem lub obiektow w trakcie eksploatacji. Wspomniane niedogodnosci wystçpuj^ w trakcie pomiarow tras komunikacyjnych, tuneli i uzbrojenia terenu. W inwentaryzacji wymienionych obiektow coraz czçsciej sto-sowana jest technologia naziemnego skaningu laserowego. Za wyborem tej nowoczesnej metody przemawia bezdotykowy, szybki, wysokorozdzielczy i precyzyjny pomiar obiektow.
Jednym z zastosowan skaningu laserowego jest ocena stanu technicznego, konstrukcji i geometrii tuneli komunikacyjnych, ktore wymagaj^ okresowych pomiarow inwenta-ryzacyjnych. Pozyskane w trakcie pomiaru dane mozna takze zastosowac do: rozpoznania, inwentaryzacji, oceny stanu technicznego i wyznaczenia parametrow geometrycznych elementow tworz^cych systemy przeciwpozarowe w tunelach. Znakomitym uzupelnieniem przestrzennych chmur punktow jest obraz termowizyjny. Zarejestrowane za pomoc^ kamer termowizyjnych obrazy termalne obiektow ukazuj^ na biez^-co potencjalne miejsca zwarc i pozaru. Transformacja termo-gramow do chmury punktow umozliwia budowç modeli 3D i tworzenie baz danych do zarz^dzania obiektem i infrastruk-tur^ przeciwpozarow^.
Mozliwosci prezentowanych technologii w detalicznym od-wzorowaniu inwentaryzowanego obiektu sprawiaj^, ze wirtual-na wizyta techniczna w analizowanym obiekcie staje siç konku-rencyjna w porownaniu do bezposrednich wizyt terenowych. Wsrod atutow proponowanej technologii jest oszczçdnosc czasu i nakladow finansowych oraz bezpieczenstwo i komfort pracy. Mozliwe jest wyeliminowanie lub zredukowanie do nie-zbçdnego minimum wizyt terenowych. Nalezy miec jednak na uwadze aktualnosc danych. Chmura punktow, podobnie jak kazdy inny wynik inwentaryzacji, jest aktualna w chwili wykonywania pomiaru. Z tego powodu prezentacja wynikow powinna byc odniesiona w czasie. Kolejnym zagadnieniem, na ktore nalezy zwrocic uwagç w trakcie pracy na chmurach punktow jest ich znaczny rozmiar i potrzebna do archiwizacji przestrzen dyskowa. Obsluga tak duzych zbiorow danych po-ci^ga za sob^ koniecznosc posiadana wydajnych komputerow i specjalistycznego oprogramowania.
Artykul opracowano w ramach badan statutowych nr 11.11.150.005 w 2016 roku na Wydziale Geodezji Gorni-czej i Inzynierii Srodowiska, AGH w Krakowie.
Literatura / Literature
[1] Lacroix D., New French recommendations forfire ventilation inroad tunnels, [in:] 9th International Conference on Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels, Aosta, Italy 1997.
[2] Sztarbala G., Oddzialywanie wiatru na przeplyw powietrza w tunelach drogowych wentylowanych naturalnie, „Budownictwo i Architektura" 2013, 12, 157-164.
[3] Rozporz^dzenie MSWiA z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpozarowej budynkow, innych obiektow budowlanych i terenow (Dz. U. 2010 Nr 109, poz. 719).
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.18
their size and disk space needed for storage. Processing such huge data sets requires powerful hardware and dedicated software.
The article was written based on the statutory research no. 11.11.150.005 in 2016 at the AGH University of Science and Technology at the Faculty of Mining Surveying and Environmental Engineering.
[4] Ryz K., Wybrane zagadnienia konstrukcyjno-technologiczne budowy pierwszego w Polsce Tunelu Tramwajowego, „Gornictwo i Geoinzynieria" 2009, 3(1), 338-346.
[5] Promat International NV; 33 [dok. elektr.] http://www.proma.t-tunnel.com/en/references/pl%20-%20tram%20tunnel [dost^p: 15.06.2016].
[6] Jong-Suk Y., Myung S., Lee J.S., Kyu-sung L., Feature extraction of a concrete tunnel liner from 3D laser scanning data, "NDT & E International" 2009, 42(2), 97-105.
[7] Miah M.S., Uus M.A., Liatsis P., Roberts M.S., Twist M.S., Hovens M.M., Nardoni M.G. NDT, Sensor Fusion: Optimisation of NDT Sensor Data Processing Strategies for Road Infrastructure Inspection, [electr. doc.], https://blogs.city.ac.uk/fp7-rpbhealtec/ files/2016/01/RPB_HealTec_UTSG_2016-1-2668woq.pdf [accessed: 15.06.2016].
[8] Lemmon T., Tank inspection and calibration with 3D laser scanning, 2011, 2-3, [electr. doc.], https://www. trimble.com/oil-gas-chemical/pdf/3DLaserScanning_ TankInspectionAndCalibration_Whitepaper_18953_Oct11_ ENG_LR.pdf [accessed: 15.06.2016].
[9] H. Chen, C. Ulianov, R. Shaltout, 3D Laser Scanning techniques for the inspection and monitoring of railway tunnels, "Transport problems" 2015, 10, 2-3.
[10] Strach M., Nowoczesne techniki pomiarowe w procesie modernizacji i diagnostyce geometrii torow kolejowych, „Rozprawy, Monografie" 2013, t. 285.
[11] Madura H., Sosnowski T., Bieszczad G., Termowizyjne kamery obserwacyjne - budowa, zastosowania i krajowe mozliwosci realizacji, „Przegl^d Elektrotechniczny" 2014, 90(9), 5-8.
[12] Laciok L., Rybinski J., Szajewska A., Wykorzystanie kamery termowizyjnej podczas gaszenia pozaru zakladu produkcyjnego, BiTP Vol. 30 Issue 2, 2013, pp. 75-80.
[13] Lewinska P., Integracja Numerycznego Modelu Terenu z powierzchniowym rozkladem temperatury, rozprawa doktorska, AGH w Krakowie, 2016.
[14] Balaras C.A., Argiriou A.A., Infrared thermography for building diagnostics, "Energy and Buildings" 2002, 34(2), 171-183.
[15] Rabbani, T., Automatic Reconstruction of Industrial Installations, "Publication on Geodesy of the Netherlands Geodetic Commission", Vol. 62, Phd thesis, TUDelft, Delft, the Netherlands 2006.
[16] Google Inc.; serwis internetowy, https://www.google.pl/maps/ streetview/ [dost^p: 15.06.2016].
[17] Apply Capnor Poland Sp. z o.o.; serwis internetowy https:// applycapnor.websharecloud.com [dost^p: 15.06.2016].
Artykul zostal przetlumaczony ze srodkow MNiSW w ramach zadania: Stworzenie anglojçzycznych wersji oryginalnych artykulow naukowych wydawanych w kwartalniku „BiTP. Bezpieczenstwo i Technika Pozarnicza - typ zadania: stworzenie anglojçzycznych wersji wydawanych publikacji finansowane w ramach umowy 935/P-DUN/2016 ze srodkow Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyzszego przeznaczonych na dzialalnosc upowszechniaj^c^ naukç.
D0I:10.12845/bitp.43.3.2016.18
•k "k "k
mgr. inz. Piotr Dronszczyk - menedzer operacyjny w firmie Apply Capnor Poland. Absolwent Akademii Gorniczo-Hutniczej Wydzialu Geodezji Gorniczej i Inzynierii Srodowiska oraz Wydzialu Fizyki i Techniki J^drowej na tej samej uczelni. Obszary zainteresowan naukowych: nowoczesne techniki pomiarowe, skanowanie laserowe, fotogrametria, wysokorozdzielcza fotografia sferyczna, rzeczywistosc wirtualna oraz rzeczywistosc rozszerzona, wsparcie projektowania inzynierskiego, big data. Piotr Dronszczyk, M.Sc. Eng. - Operations Manager at Apply Capnor Poland. Graduated from the AGH University of Science and Technology in Krakow, the Faculty of Mining Surveying and Environmental Engineering and the Faculty of Physics and Nuclear Technology. Scientific interests: modern survey techniques, laser scanning, photogrammetry, high-resolution spherical photography, virtual reality and augmented reality, engineering design support, big data.
dr hab. inz. Michal Strach - zatrudniony w Akademii Gorniczo-Hutniczej im. Stanislawa Staszica w Krakowie na Wydziale Geodezji Gorniczej i Inzynierii Srodowiska w Katedrze Geodezji Inzynieryjnej i Budownictwa. Zainteresowania: wykorzystanie nowoczesnych technologii pomiarowych w geodezji inzynieryjno-przemyslowej, autorskie systemy pomiarowe i przyrz^dy do diagnostyki nawierzchni szynowej, zastosowanie skanerow laserowych, instrumentow typu Total Station, systemow GPS/GNNS w pomiarach i projektowaniu obiektow inzynieryjnych ze szczegolnym uwzgl^dnieniem tras szynowych.
Michal Strach, Ph.D. - employed at the AGH University of Science and Technology in Krakow at the Faculty of Mining Surveying and Environmental Engineering, Geodetic Engineering and Construction Department. Interests: the use of modern survey technologies in geodetic engineering, customised survey systems and devices for rail surface diagnostics, the application of laser scanners, Total Station instruments, GPS/GNNS systems in surveying and designing engineering structures with particular focus on rail routes.
