AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA ROK AKAD. 2015/16

WYDZIAŁ GEODEZJI GÓRNICZEJ ROK STUDIÓW V

I INŻYNIERII ŚRODOWISKA

KATEDRA GEOMATYKI

Temat 2

Wyznaczenie objętości komory na podstawie chmury punktów

DARIA GRUSZCZYŃSKA

GiGG, AGH

Sprawozdanie techniczne

1. Dane formalno-prawne:

1.1. Zleceniodawca: dr hab. inż. Tomasz Lipecki

1.2. Wykonawca: inż. Daria Gruszczyńska

1.3. Termin oddania zlecenia: 20.01.2016r.

1.4. Przedmiot zlecenia: Wyznaczenie objętości komory na podstawie chmury punktów

1.5. Miejsce wykonania pomiarów: komora Kazanów w kopalni soli w Wieliczce

1.6. Użyte oprogramowanie: Faro Scene, CloudeCompare

1.7. Otrzymane dane:

- Pliki zawierające surową chmurę punków z pomiarów skanerem uzyskane z dwóch niezależnych stanowisk w komorze Kazanów (Wieliczka).

2. Prace pomiarowe:

1) Połączenie skanów przy użyciu programu Faro Scene.

2) Wyświetlenie chmury punktów w programie CloudCompare.

3) Obróbka danych (chmury) w programie CloudCompare -subsampling, przycinanie.

Rys.1. Screen z programu CloudCompare

Chmura punktów została `przycięta' tak aby swoim zakresem obejmowała tylko obszar komory:

Niestety program CloudCompare nie radzi sobie z nieregularnym kształtem komory i powstały w nim mesh mimo licznych prób i kombinacji bardziej przypomina dziury niż mesh z dziurami.

Następnie wyznaczona została objętość komory na podstawie siatki trójkątów - Mesh - w trzech programach:

1)GOM Inspect - Jest to program typu Opensource, który świetnie poradził sobie z chmurą zredukowaną do 1,5 mln punktów. Program posiada jeden algorytm tworzenia edytowalnej siatki mesh. Polega on na poligonizacji chmury punktów i tworzeniu powierzchni 3D. Przed wykonaniem poligonizacji należy ustawić trzy parametry. Pierwszy z nich to minimalna odległość między punktami. Wartość ta definiuje dystans pomiędzy punktami, które będą przetwarzane. Im większa wartość tego parametru tym mesh będzie zgeneralizowany. Kolejną opcją, która należy ustawić są maksymalne szumy. Ta wartość przydatna jest gdy mamy `niewyczyszczony' skan, w tym wypadku wartość. Ostatnim parametrem jest długość krawędzi. Dystans reprezentuje maksymalną długość boku trójkątów po poligonizacji. Wartość nie może być mniejsza od rzeczywistej odległości pomiędzy analizowanymi punktami.

Pomimo że uzyskany mesh posiadał luki program umożliwia ich uzupełnienie ręczne w bardzo prosty i szybki sposób.

Umożliwia również obliczenia na chmurze/meshu m.in. V _komory = 3027,83 m³

2) Program Bentley MicroStation V8i (SELECTseries 3) - program umożliwia import punktów, a następnie automatyczne wykonanie Meshu, który w swoich właściwościach posiada informację o Objętości.

Niestety jest bardzo uzależniony od karty graficznej i nie pozwolił mi na jednorazowe zaimportowanie punktów w ilości większej niż 1700, co doprowadziło również do ciekawych wniosków:

Mianowicie im większa liczba punktów - dokładniejszy model komory tym zaobserwowano wzrost objętości.

Liczba punktów	V [m^3]
916	3001,76
1258	3004,28
1716	3007,03

Zestawiając wyniki z kształtem komory można stwierdzić, że dla nieskomplikowanych brył niekonieczna jest gęsta siatka trójkatów - wystarczy mniejsza liczba punktów.

3) MeshLab - Jest to program typu Opensource, który umożliwia operacje na Meshach jak i ich tworzenie, jednak również ze względu na niską wydajność komputera nie udało mi się wygenerować w nim satysfakcjonującego Mesha.

Zaimportowany jednak został do programu Mesh uzyskany w programie GOM Inspect oraz Microstation i obliczona została objętość każdego z nich:

Program	V [m^3]
GOM Inspect	2822,62
Microstation	3007,03

Jak widać objętość obliczona w programie GOM Inspect różni się od objętości obliczonej w programie Meshlab o 6% , gdzie nie występuje różnica pomiędzy obliczeniami w Meshlab a Microstation.

Podejrzewając że powodem błędu jest zbyt gęsta siatka trójkatów wygenerowany został ponownie w programie GOM Inspect Mesh - tym razem z 3567 punktów o obj - 3004,21 i zaimportowany został do programu MeshLab , w którym uzyskano zbierzny wynik obliczenia objętości.

Wnioski:

Program CloudCompare jest niezastąpiony jeśli chodzi o wstępna obróbkę punktów, ze względu na szybkość jego działania nawet na stosunkowo `słabym' harddrive.
Program MeshLab wyraźnie nie radzi sobie z większą - milionową ilością punktów - ale jest to spowodowane najprawdopodobniej słabą mocą obliczeniową mojego komputera.

Przy użyciu programów Microstation i GOM Inspect pokazane zostało, że dla kształtu komory przy 875 razy większej liczbie punktów różnica w objętości wynosi 0,7 %.

Program	L. pkt'ów do Mesh	V [m^3]
GOM Inspect	~1500000	3027,83
Microstation	1716	3007,03

Ostatecznie objętość komory zostałaby podana jak 3027,83 m³ ze względu na wyższą dokładność chmury.

Opierając się na Rozporządzeniu Ministra Gospodarki z dnia 28 października 2015r. w sprawie dokumentacji mierniczo - geologicznej, które mówi:

„6.10.1. Błąd względny pomiaru objętości zwałów i składowisk nie powinien przekraczać dla objętości:

1. do 20 tys. m³ - 4% objętości; (…) ”

Można stwierdzić, że uzyskany wynik jest zadowalający.

---