Skanneren lager 3D-modeller mens du går – kan dekke 500 kvm på fem minutter

Nei, det er ikke Google Maps som har forflyttet seg inn i de tusen hjem, det er oppmålingsingeniør Krzysztof Jedrusik, under arbeidet med en studieoppgave om bygg-skannere.

– Det er bare fantasien som setter grenser for hva som kan måles med denne skanneren, mener medstudent Marcus Gimse Blikstad, som fikk jobb i et oppmålingsfirma på Gjøvik rett etter studiene.

I fjor skrev Blikstad, Jedrusik og to andre studenter bachelor-oppgave om skannere på NTNU. Da ble de godt kjent med den bærbare skanneren Navvis VLX, som man rett og slett henger over skuldrene og spaserer rundt i lokalene med.

– Det vanlige er skannere på stativ som tar enkeltmålinger, og som må flyttes rundt og vatres på nytt for hver måling, forklarer Blikstad.

I tillegg tar hver skanning tid, og man må flytte seg ut av laserfeltet mens objektivet roterer.

På den andre siden – det er ikke helt gratis å oppgradere til en ny Navvis: Prislappen ligger på rundt 750.000 kroner.

«Innendørs Google Street View»

En kombinasjon av høyfrekvente målinger, avanserte algoritmer og en kraftig prosessor gjør at datafangsten til den mobile skanneren kan ses live på en skjerm mens du går. Millioner av prikker danner punktskyer med samme form og innbyrdes avstander som virkelighetens objekter. I tillegg tas det vanlige stillbilder i et forrykende tempo.

Stort sett får skanneren med seg det den skal hvis du holder et rolig, bedagelig tempo, forklarer Blikstad. Trapperom, speil og vinduer kan imidlertid være forstyrrende elementer, bemerker han.

– Men du får beskjed hvis du gjør noe feil og må gå tilbake.

Skannerens kombinasjon av teknologier gjør at man kan lage tredimensjonale presentasjoner av bygg der man kan klikke seg rundt i rommene – akkurat som med Google Street View.

Praktisk hvis det for eksempel er noe som skal gjøres i bygget. Skanningene kan simultan-strimes, slik at man kan gå virtuelle befaringer med arkitekter og håndverkere med mobil eller datamaskin.

Skannerne brukes også til å kartlegge tekniske installasjoner, avdekke setninger og avvik over tid og til å lage innendørskart for sykehus og flyplasser. For å nevne tre muligheter.

For historiske og verneverdige bygg kan digitale 3D-modeller være ekstra interessant.

Digitaliserte kirkespir

I en presentasjon fra selskapet Mjøsplan, som har hatt en Navvis-skanner i godt over et år nå, ses innsiden av et kirkespir fra 1100-tallet. Et flettverk av tresøyler stikker opp i spiret som strå på en piassavakost. Dersom denne kirken skulle brenne, ville spiret vært umulig å gjenoppbygge i sin originale form. I hvert fall før kirken ble laserskannet og modellert.

På skjermen til Even Sjøli i Mjøsplan, som vi treffer på et videomøte, kan vi se naglene på hver eneste stokk inne i spiret. Sjøli veksler mellom punktsky- og bildevisning. Det er ingen gulv der inne, og det slår oss at den som har skannet dette, må være god til å klatre.

– Dette hadde ikke gått med en tradisjonell skanner, fastslår Sjøli, som er innehaver og «kreativ gubbe» i Mjøsplan.

Her er en videopresentasjon av kirkeprosjektet:

Sjøli forklarer at mens tradisjonelle skannere krever relativt store koordinater eller fastmerker (targets) med en bestemt utforming, klarer den mobile skanneren seg med et blyantkryss på en teip-bit.

– Her er det altfor mange skygger for en vanlig skanner. Det ville heller ikke vært mulig å sette fra seg stativet der inne, heller, innskyter Håvard Aas, avdelingsleder i Mjøsplan.

Gjenkjenner og fjerner folk

Moelven-selskapet har rukket å bruke den nye skanneren til et tredvetall jobber, ifølge Aas. Alt fra kummer og kulverter til veier, fotballbaner, brannruiner, festninger, boliger og hoteller er blitt foreviget på denne måten.

Aas beskriver overgangen fra stasjonær til mobil skanner som en befrielse. Det beste er at det går så mye fortere, mener han, samt at skanneren «ser» omtrent det samme som brukeren. Sensorene sitter på magen, brystet og over hodet.

Han hevder attpåtil at den mobile nyvinningen er nesten like nøyaktig som de tradisjonelle skannerne, ned mot fem millimeter avvik.

– Og den gir mindre støy, bemerker Aas.

Han sikter til visuelle forstyrrelser i form av punkter som ikke skal være med i visualiseringen, og som må slettes manuelt.

Bevegelige objekter utraderes visstnok automatisk av den nye skanneren.

– Tidligere måtte vi fjerne folk og biler som kom i veien, sier Aas.

Even Sjøli forteller om mennesker som skanneren oppfattet som en del av veggen bak.

– Hvis personen sto et stykke foran bygningen, ble vedkommende drapert på veggen. Det så ut som en diger reklameplakat, sier Sjøli.

600.000 målinger i sekundet

I dag modelleres alle større bygg i 3D før de oppføres, men for bare 10–15 år siden var det bare de mest innovative som lagde såkalte BIM-modeller.

Å lage grunnlag for BIM-modeller til eksisterende bygningsmasse, er noe av det laserskannere brukes mest til. Det gjør at man kan man prosjektere videre digitalt ved rehabilitering eller påbygging.

Grunnen til at man ikke trenger å stanse opp underveis med en Navvis VLX, slik man må med trillende og bakkemonterte skannere, er at kameraene og lidarene, som sender ut laserstrålene, er særdeles løse på avtrekkeren. 600.000 målinger i sekundet kan den klare. I alt er skanneren utstyrt med fire kameraer og 32 avstandslasere (lidarer).

– Det ikke helt riktig å kalle dette en skanner, egentlig. Det er SLAM-teknologi den bruker, påpeker Even Sjøli i Mjøsplan.

SLAM-teknologi

SLAM-teknologi står for simultaneous localization and mapping – samtidig lokalisering og kartlegging. Det er mulig ved å synkronisere flere teknologier.

Lidarer måler avstanden til objektene rundt seg ved å måle tiden på reflektert lys. Dette brukes til å lage 3D-fremstillinger.

En IMU (inertial measurement unit) består av gyroskop og aksellerometer og av og til et magnetometer, måleinstrumenter som forteller om de fysiske kreftene et objekt er utsatt for. Dette gir informasjon om enhetens vinkel og orientering i rommet. Ved hjelp av algoritmer kan den produsere kart fortløpende ut fra sensordata og maskinlæring.

Maskinen begynner med en antagelse om hvor den befinner seg i det lokale universet. Etter hvert som nye data tilflyter, korrigeres posisjoneringen, som raskt blir mer nøyaktig. Dermed blir også kartene den tegner mer riktige.

Kombinerte mobil og bakkemontert skanner

Marcus Blikstad forklarer at man vanligvis setter opp tre koordinatsatte merker (targets) for aksene i rommet før man begir seg ut på tur med en mobil skanner. Merkene blir utgangspunktet for punktskyens koordinater.

– Man kan fint skanne og utarbeide en modell uten targets, men dersom man skal ha punktskyen georeferert, må man ha minst tre targets i et ønsket koordinatsystem, utdyper han.

Grunnen til at TU tok kontakt i utgangspunktet, var at vi kom over en oppgave Blikstad og tre andre studenter ved NTNU Gjøvik publiserte i fjor: «Sammenlikning av produksjonsløyper for kombinert bruk av mobil- og bakkebasert laserskanning».

I oppgaven testet de ulike kombinasjoner av den mobile Navvis VLX-skanneren og en bakkemontert Leica laserskanner – og målte nøyaktigheten til de ulike løsningene.

– Bakkemontert best til nøyaktighetsarbeid

Oppgaven til de fire geomatikkstudentene er ikke skrevet for hvermansen og byr på passasjer som «for alle ICP-registreringene ble differanse i kvadratisk middelforskjell (RMS) brukt som iterasjonsgrense, med RMS differanse på 1.0e-07 for de enkeltstående TLS-punktskyene mot MLS-punktskyer».

Vel, la oss hoppe til konklusjonen:

– Alt kommer an på bygget som skal skannes. For et stort bygg er det best å bruke georeferert, mobil skanner til for eksempel korridorer og store, åpne arealer, men bakkemontert skanner der man ønsker høy kvalitet og nøyaktighet, svarer Blikstad.

– Vi fikk også gode resultater ved å gjøre det motsatt. Altså med georefererte punktskyer av interesseområder skannet med bakkebasert skanner kombinert med en punktsky av bygget uten targets fra en mobil skanner.

Blikstad understreker at den mobile skanneren var nesten like presis som den bakkemonterte, og at det ofte er unødvendig å bruke to skannere.

– I veldig mange tilfeller får man godt nok resultat med mobil skanner alene, sier Blikstad.

– Og på mindre arealer kan en bakkemontert skanner gi tilfredsstillende resultat og effektivitet alene, tilføyer han.