Huomioitavat asiat saneerauskohteen laserkeilausta suunniteltaessa

Miten toteuttaa laserkeilaus saneerauskohteessa?

Saneerauskohteen laserkeilaaminen on helppoa, kun suunnittelet laserkeilauksen tarkasti ja toteutat sen suunnitelman mukaan. Ennen mittausta on hyvä tietää muutamat laserkeilauksen perusperiaatteet. Laserkeilain havaitsee ympäristöään laservalolla liki 360 astetta kaikkiin suuntiin itsensä ympärillä ja vain pieni alue sen alapuolella jää havaitsematta. Lisäksi laserkeilaus voidaan toteuttaa pimeässä, jos lisättyä valoa ei ole saatavilla. Yhtä laserkeilaimen laserkeilaussijaintia kutsutaan laserkeilausasemaksi. Useiden laserkeilausasemien yhdistämisellä saadaan koko kohteen kattava pistepilvi muodostettua. Seuraavaksi käydään vaihe vaiheelta läpi tärkeimmät huomioit laserkeilauksen toteutuksessa saneerauskohteessa.

Suunnittelu

Kuten kaikessa on suunnittelu tärkeässä osassa myös saneerauskohdetta laserkeilatessa. Mikäli laserkeilausta ei ole suunniteltu järjestelmällisesti, voi se aiheuttaa tarvetta kohteen uudelleen keilaamiselle halutun tarkkuuden saavuttamiseksi ja tämä johtaa projektin viivästymiseen. Tästä syystä suunnitelmassa tulee tunnistaa sopivat laserkeilausasemat, niiden määrä, aineiston käyttötarkoitus ja määrittää millaisilla vaatimuksilla projektissa tarvitaan aineistoja. Tällä tavalla voidaan havaita mahdolliset rajoitteet ja niiden vaikutus laserkeilaukseen. Samalla voidaan määrittää tarvittavien laitteiden ominaisuudet.

Aloita laserkeilauksen suunnittelu pohtimalla, mihin pistepilveä käytetään. Toteutetaanko pistepilvestä 2D-piirros, korkeuksia sisältävä 3D-aineisto, 3D-malli vai hyödynnetäänkö sitä vain sellaisenaan. Lisäksi ennen laserkeilausta tulee pohtia, millä tarkkuudella kohde halutaan mallintaa. Mallinnustarkkuus vaikuttaa suoraan laserkeilauksen asetuksien kautta siihen, minkä kokoisia kohteita voimme lopputuotteessa tarkastella. Tarkkuuden lisäksi on hyvä määrittää mitkä kohteet halutaan aineistoon ja mitä ei tarvita. Tarpeettomien kohtien ymmärtäminen parantaa suunnitelman tekemistä, koska mittaus voidaan suunnitella paremmin ja käytetään vähemmän aikaa turhaan mittaamiseen. Kun tavoiteltavat ominaisuudet ovat tiedossa, voidaan kerätä mahdollisimman paljon käyttökelpoista tietoa kohteesta. Esimerkiksi kohteen koko, pintamateriaalit, muoto ja tarkkuusvaatimukset vaikuttavat laserkeilauksen toteuttamisaikaan. Pintamateriaaleissa kannattaa välttää lasi-, peili- ja muita kiiltäviä pintoja, koska niistä laser heijastuu/taittuu satunnaisiin suuntiin ja voi aiheuttaa virhehavaintoja.

Paras tapa suunnitella laserkeilaus on käydä paikan päällä kohteessa. Tällöin kohteen hahmottaa paremmin ja voi huomata piirteitä, joita ei esimerkiksi näy pohjapiirroksissa. Käynnin yhteydessä on hyvä valokuvata kohdetta, koska kuvien avulla voi palata kohteelle tarkempaa suunnitelmaa luodessa. Kohteessa käydessä kannattaa myös merkitä ylös, jos kohteessa on jo ennakkoon mitattuja pisteitä kuten esimerkiksi takymetrillä mitattuja. Mikäli pisteet näkyvät pistepilvessä, voidaan laserkeilauksen ja aikaisempien mittausten tiedot yhdistää.

Suunnitelman aikana kannattaa huomioida myös kohteen muu ympäristö. Kohteen ympäristössä voi olla esteitä, joiden vuoksi kaikkialle ei voi laittaa laserkeilainta tai kohteessa saa olla vain rajoitetun ajan. Lisäksi voidaan havaita turvallisuutta vaarantavia piirteitä, työmaaliikenteen määrä, ympäristön tärinää tai pölyä. On siis hyvä valita keilausajankohta mahdollisimman vähäliikenteiseen aikaan, jotta havainnot saadaan halutuista kohteista eikä keilaukseen kesken kaiken liikkuneesta henkilöstä tai työkoneesta. Lisäksi pöly ja tärinä voivat aiheuttaa virheitä laserkeilaimen havaintoihin kuten heijastaen laserin pölystä tai aiheuttaen tärinän mukaan vääriä havaintoja.

Suunnitelmasta kannattaa luoda visuaalinen kuva, jossa laserkeilausasemat ovat sijoitettuna pohjapiirrokseen. Tässä tulee huomioida laserkeilaimen maksimi mittausetäisyys ja pistepilven tarkkuus. Pistepilven tarkkuuteen vaikuttaa lasersäteen osumakulma kohteeseen ja mittausetäisyys. Tästä syystä laserkeilausaseman sijainti ja tarkkuus ovat toisistaan riippuvaisia. On kuitenkin suotavaa minimoida laserkeilausasemien määrä, koska jokainen asema lisää aineiston kokoa ja mittaukseen käytettävää aikaa. Huomioi seuraavat kuusi asiaa laserkeilausaseman sijainnin suunnittelussa.

1.

Pyri kattamaan mahdollisimman suuri alue kohteesta yhdeltä laserkeilausasemalta siten, että laserkeilauksessa ei ole näkyvyyden esteitä tuottamassa pistepilveen aukkoja.

Kuva 1. Kolmiot kuvaavat laserkeilausasemia ja keltainen alue yksittäisen keilaimen keilausaluetta, kun huomioidaan näkyvyyden esteet. Näkyvyyttä estävät kuvan tilanteessa pilari (neliö), seinän nurkka ja oviaukon sisältävä seinä.

2.

Huomioi laserkeilaimen minimi ja maksimi mittausetäisyys keilausasemissa, koska mitä isompi etäisyys keilaimen ja kohteen välillä sitä heikompi pistetiheys.

Kuva 2. Laserkeilausasema (kolmio) havaitsee 360 asetta ympärilleen (keltainen ympyrä). Kuvassa on lisäksi havainnollistettu yksittäisiä lasersäteitä (keltainen viiva) sekä kohteen pinta (sininen viiva), josta lasersäde heijastuu takaisin laserkeilaimeen. a) Lähellä olevissa kohteissa yksittäisten lasersäteiden välillä on pienempi etäisyysero kuin kauempana olevissa kohteissa. b) Maksimietäisyydellä yksittäisten lasersäteiden etäisyysero kohteen pinnalla on suurin. (kuva on karkea yksinkertaistus)

3.

Vältä laserkeilausasemia, joista lasersäteen osumakulma kohteeseen on pieni. Tällöin lasersäde ei palaa laserkeilaimeen, joten kohteesta ei synny havaintoa.

Kuva 3. Siniset palkit kuvaavat nurkkaa ja kolmio laserkeilausasemaa a) Huono laserkeilausaseman sijainti, koska lasersäteiden kulmat ovat pieniä b) Hyvä laserkeilausasema sijainti.

4.

Pyri mahdollisimman pieneen keilausasemien määrään. Laserkeilausasemia on sopivasti, kun kohde pystytään kattamaan kokonaan, mutta laserkeilausasemien välillä on yhä päällekkäisyyttä. Huomioi samalla näkyvyyden estävät rajoitteet, jotta kaikki halutut piirteet saadaan kartoitettua.

Kuva 4. Laserkeilausasemat ovat sinisiä kolmioita ja keltaisella on merkitty laserkeilaimen näkyvyysalue yhdestä keilausasemasta ja päällekkäisyys toisen laserkeilausaseman kanssa. Pienemmistä huoneista riittää yksi laserkeilausasema, mikäli ne eivät sisällä näkyvyyttä peittäviä kohteita esimerkiksi huonekaluja. Suuremmista tiloista tarvitaan niin monta laserkeilausasemaa, että jokainen nurkka saadaan katettua. Tässä tapauksessa laserkeilausasemia on neljä, koska kaksi pylvästä aiheuttaisi muuten aukkoja aineistoon. Näiden lisäksi kannattaa suunnitella laserkeilausasemia oviaukkoihin tai niiden edustoille, jotta erilliset huoneet saadaan yhdistettyä luotettavasti samaan pistepilveen.

5.

Suunnittele laserkeilauksen korkeus. Tavallisesti laserkeilaus toteutetaan noin silmien korkeudelta. Mikäli kohteessa ollaan kiinnostuneempia esim. lattiasta, on suositeltavaa laserkeilata korkeammalta, jotta lasersäteen osumakulmat olisivat suurempia.

Kuva 5. Samalla tavalla kuin kuvassa 3, etäisyys vaikuttaa lasersäteen osumakulmaan. a) matalammalta osumakulma on pienempi, joten havaintojen saaminen on epätodennäköistä b) korkeammalta osumakulma on suurempi, joten havainnot ovat luotettavampia.

6.

Mikäli laserkeilauksessa käytetään apuna tunnettuja pisteitä tähysten (tähyksistä lisää kohdassa esivalmistelut) avulla, varmista että tähykset ovat havaittavissa myös pistepilvessä

Kuva 6. Tähyksiä tulee olla riittävä määrä, jotta jokaisesta keilausasemasta voidaan havaita vähintään kolme tähystä. Lisäksi tähykset tulee sijoittaa siten, että ne voidaan havaita laserkeilausasemasta. a) laserkeilain pystyy havaitsemaan tähykset (shakkiruudukko) b) laserkeilain ei pysty havaitsemaan kaikkia tähyksiä, koska yksi niistä on maksimietäisyyden ulkopuolella.

Esivalmistelut

Ennen varsinaista laserkeilausta täytyy kohteessa tehdä muutamia valmisteluja. Valitaan ensin millä tavalla erilliset laserkeilausasemat tullaan yhdistämään toisiinsa. Se voidaan toteuttaa pistepilvipohjaisesti (pistepilven geometrian mukaan) tai lisättyjen tähysten avulla (erikseen merkittyjen pisteiden avulla) (kuva 7). Pilvipohjaisessa yhdistämisessä ei tarvitse ennen keilausta lisätä kohteeseen mitään, mutta laserkeilausasemien välillä tulee olla 30-40% päällekkäisyyttä. Lisäksi monet uudet laserkeilaimet yhdistävät laserkeilausasemien pistepilviä jo laserkeilauksen aikana pilvipohjaisesti. Mikäli laserkeilausasemat yhdistetään toisiinsa tähysten avulla, täytyy laserkeilausasemasta nähdä vähintään kolme tähystä. Tähykset tulee sijoitella kohteeseen mahdollisimman kattavasti, jotta edellinen vaade toteutuu. Kattavan asettelun saavuttamiseksi ei riitä pelkkä vaakasuuntainen tähysten sijoittelu vaan tarvitaan myös korkeussuuntaisesti sijoitettuja tähyksiä.

Kuva 7. Tähykset voivat olla tarroja, levyjä tai palloja, jotka voidaan laserkeilaimen lisäksi tarvittaessa mitata takymetrillä tai GPS-vastaanottimella. Tähys voi olla a) shakkiruudukko b) omalla jalalla seisova pyöreä shakkiruudukko tai c) laserkeilaukseen suunniteltu heijastavapintainen pallo.

Laserkeilain vaatii muutamia valmisteluja ennen kohteen laserkeilausta. Ensin tulee asettaa kolmijalka siten, että laserkeilain tulee noin silmien korkeudelle. Tämän jälkeen laserkeilain voidaan asentaa kolmijalalle. Lopuksi ennen keilauksen aloittamista varmista, että keilain on suorassa laserkeilausasemassa. Useissa laserkeilaimissa pienet kaltevuudet kompensoidaan suoraan laserkeilaimen sisällä, mutta suuremmat kallistukset tulee suoristaa manuaalisesti vatupassikuplan avulla.

Laserkeilaimen asentamisen lisäksi ennen laserkeilausta tulee asettaa laserkeilauksen asetukset. Ensin tulee valita, miltä alueelta laserkeilain kerää havaintonsa. Oletuksena on usein 360 astetta keilaimen ympärillä, mutta sen voi myös rajata pienemmäksi tarpeen vaatiessa (kuva 8). Lisäksi toinen tärkeä asetus on resoluutio. Resoluutio kertoo kahden mitatun pisteen välisen etäisyyden eli pistetiheyden. Valittavan resoluution tulee olla sen kokoinen, ettei pienin havaittava kohde jää pisteiden väliin. Lisäksi on hyvä muistaa, että mitä isompi resoluutio on (eli tiheämpi) sitä enemmän pisteitä laserkeilataan ja sen seurauksena kuluu myös enemmän aikaa ja tarvitaan enemmän tallennustilaa.

Kuva 8. Laserkeilain näkee 360 asetta ympärilleen ja melkein 360 asetta pystysuunnassa, kuten kuvassa näkyvä Trimble X7. Laserkeilain ei saa havaintoja suoraan itsensä alapuolelta.

Valittu resoluutio vaikuttaa myös keilausetäisyyksien kautta keilausasemien sijainteihin. Tämä johtuu siitä, että laser hajoaa samalla tavalla kuin muutkin valot valokeilaksi. Valokeilan kasvaessa pisteen tarkkuus heikkenee, koska se muodostuu isommalta pinta-alalta kuin lähempänä laserkeilainta. Tästä syystä laserkeilaimissa ilmaistaan resoluutio etäisyyden suhteessa kohteeseen. Yleinen resoluutioetäisyys on kymmenen metriä. Tässä tapauksessa yli 10 m etäisyydellä resoluutio heikkenee ja alle 10 m etäisyydellä se kasvaa. Toisin sanoen, pistepilven tiheys kasvaa mitä lähempänä ollaan laserkeilainta ja harvenee mitä kauemmaksi siitä liikutaan (kuva 2).

Resoluution lisäksi voidaan valita muita asetuksia kuten suodatus ja pistepilven väri. Suodatukset voivat olla esimerkiksi kuinka monta kertaa laserkeilain tekee yhden havainnon. Esimerkiksi laserkeilauksen aikana laserkeilaimen edestä kävelee ihminen, laserkeilain ehtii havaitsemaan ensin kohteen ja seuraavalla tarkastusmittauksella ihmisen. Tällöin voidaan jälkiprosessoinnissa poistaa ihmisestä syntyneet havainnot ja samalla säilyttää kohteesta saadut havainnot. Lisäksi voidaan valita, että laserkeilaimen sisäänrakennettu kamera ottaa valokuvia laserkeilauksen aikana ja näillä valokuvilla pistepilvi voidaan värjätä todellisilla väreillä. On kuitenkin huomioitava, että jokainen lisäasetus voi vähentää jälkikäsittelyä, mutta samalla ne lisäävät mittausaikaa.

Laserkeilaus

Itse laserkeilaus on automaattista, joten laserkeilaajan tehtävä on vain siirtää laserkeilain uuteen laserkeilausasemaan. Toki tämäkin vaihe voidaan nykyään ulkoistaa robottilaserkeilaimilla, jotka siirtyvät automaattisesti uuteen laserkeilausasemaan. Joissakin laserkeilaimissa on mukana tabletti, jolla voit käynnistää laserkeilaimen kauempaa ja samalla näet heti laserkeilauksen jälkeen visuaalisesti mistä laserkeilain sai havaintonsa. Laserkeilauksen aikana kannattaa pysyä suunnitelmassa, koska ylimääräiset laserkeilausasemat tuottavat helposti kertyessään saman aineiston toistoa, joka pidentää aineiston yhdistämistä. Lopuksi kannattaa tarkistaa kerätty aineisto, ettei se sisällä aukkoja. Tällöin aukot voidaan täydentää saman tien lisälaserkeilauksella eikä tarvitse palata takaisin kohteeseen yhden laserkeilausaseman vuoksi.

Viimeistely

Kohteesta toimistolle palatessa kannattaa tehdä varmuuskopio alkuperäisistä laserkeilausasemista. Lisäksi kannattaa poistaa laserkeilaisasemat, joissa on ihmisen aiheuttama virhe kuten keilaimen liikkuminen tai akun loppuminen mittauksen aikana. Koska useimmat kohteet ovat niin suuria, että niitä ei voi laserkeilata vain yhdeltä laserkeilausasemalta, tulee erilliset laserkeilausasemat yhdistää pistepilveksi. Tätä kutsutaan rekisteröinniksi. Tämä voidaan toteuttaa useissa uusissa laserkeilaimissa automaattisesti tai puoliautomaattisesti erillisessä ohjelmistossa. Lopuksi käyttäjän tulee varmistaa, että rekisteröintivirhe ei ole suurempi kuin suunnittelussa määritetty tarvittava kohteen tarkkuus.

Yhteenveto

Laserkeilauksen toteuttaminen saneerauskohteessa on helppoa, kun huomioi kaikki aikaisemmin mainitut huomiot. Tärkeintä on suunnitella tarkasti mitkä alueet halutaan laserkeilata, millä tarkkuudella ja miten laserkeilausasemat yhdistetään yhdeksi pistepilveksi. Näiden jälkeen on helppo valita käyttötarkoitukseen sopiva laserkeilain ja suorittaa laserkeilaus sopivilta laserkeilausasemilta. Lopuksi aineistot kootaan yhdeksi pistepilveksi automaattisesti tai puoliautomaattisesti erillisessä ohjelmistossa. Tämän jälkeen saneerauskohteesta kerätty pistepilvi voidaan jatkojalostaa erilaisiksi piirroksiksi tai käyttää sellaisenaan.

Ota yhteyttä

Kirjoittaja

Pistepilven tuotantoon:

Aino Keitaanniemi
Tohtorikoulutettava Aalto-yliopistolla. Työskentelee Geotrimillä osa-aikaisena asiantuntijatehtävissä.