The use of modern technology in the classical surveying

Abstract

Purpose. The article presents examples of usage of modern technologies to improve classical geodetic measurements. Modern technologies such as 3d scanners or unmanned aircraft vehicles (UAV) can be applied to increase the accuracy of complex monitoring of tall and unreachable objects. There was shown an example of measurement of the wind speed impact on the Gliwice Radio Tower deflection. The Tower is one of the oldest and highest wooden (non-impregnated) towers in Europe and because of the historical past it’s very important object in the worldwide culture. The Tower is located in the open and undeveloped terrain. This means that it is exposed to strong winds. Unfortunately the life of the Tower is estimated at about 15-20 years and because of the fact that it’s very hard to mount on any additional sensor there was an idea to use the UAV to measure the wind speed. So far there was proved by classical tachometric observations and wind speed data adopted from publicly available information that the tower deflects in order to the wind speed and also that the average deflection from several levels of the Tower clearly correlate with the direction of the wind. Another example of utilization of modern technologies relate to the unreachable or hard to reach objects. There was shown an example of usage of UAV with mounted non metric camera to improve monitoring water basins surface in regions where coal extraction took place because of its significant impact on the landscape or agriculture. This paper demonstrates the idea of continuous monitoring of impacts of mining exploitation on location and reach of water bodies shoreline or shape and condition of river channels situated within the mining areas by appropriately equipped quadrotor. The last example presents the usage of 3d scanner and GNSS method to generate spatial map of underground labyrinths of the Fortress Klodzko. The fortress is a historical monument available to tourists, however underground there is a several-kilometer network of walkways. It’s important to inventory them in order to the safety, historical and tourism aspect. Some parts of these walkways are very hard to reach or sometimes even unreachable. By the usage of 3d scanner it was easy and fast to measure ale the nooks and crannies with millimetre accuracy and by binding the underground geodetic traverse with the reference points on the surface by GNSS technology it was easy to orientate the network of measured walkways. The aim of the article is to present possibilities of utilization of modern technologies in typical geodetic measurements on the basis of few examples. They were respectively selected to show that correctly applied technology can significantly improve the accuracy, reduce the time or costs of measurements or even both of them defined as efficiency. W artykule przedstawiono przykłady wykorzystania nowoczesnych technologii do zwiększenia szeroko pojętej efektywności typowych pomiarów geodezyjnych. Nowoczesne technologie pomiarowe jak np. skaning trójwymiarowy lub zastosowanie bezzałogowych obiektów latających (UAV) mogą być wykorzystane z powodzeniem do zwiększania efektywności, w tym także dokładności, kompleksowych pomiarów obiektów wysokich lub obszarów niedostępnych. W artykule został przedstawiony przykład pomiaru wpływu prędkości wiatru na wychylenie Gliwickiej Radiostacji. Radiostacja jest jedną z najstarszych i najwyższych w Eiuopie wież drewnianych (nieimpregnowanych) a ze względu na swoją przeszłość historyczną jest także ważnym obiektem dziedzictwa kulturowego. Wieża zlokalizowana jest w terenie otwartych i słabo zabudowanym. Oznacza to, że jest podatna na działanie silnych wiatrów. Niestety, z obecnych ekspertyz wynika, że trwałość konstrukcji szacowana jest na zaledwie 15-20 lat. Potencjalne wychylenia wieży z uwagi np. na wiejący wiatr dodatkowo osłabiają konstrukcję. Z uwagi na stan obiektu nie jest możliwe częste wchodzenie na obiekt lub montowanie dodatkowych czujników. Z uwagi na wymienione ograniczenia powstała idea pomiaru wychylenia wieży pod wpływem prędkości i kierunku wiatru z wykorzystaniem UAV, jako elementu kompleksowego pomiaru. Dotychczas wykazano pomiarami tachimetrycznymi oraz informacjami o sile wiatru z ogólnodostępnych źródeł informacji, że wieża wychyla się zgodnie z kierunkiem wiatru oraz wychylenie jest większe w zależności od średniej prędkości wiatru. Zaobserwowano jednak, że wychylenia są różne na różnych poziomach wieży. Kolejny przykład wykorzystania nowoczesnych technologii pomiarowych, przedstawiony w pracy, dotyczy monitoringu obiektu niedostępnego lub trudnego do pomiaru klasycznymi metodami. Przykład przedstawia pomiar konturów zalewisk wodnych powstałych jako skutek podziemnej eksploatacji złóż pokładowych. W wyniku obniżeń terenu na powierzchni mogą się tworzyć niecki bezodpływowe, które mają duże znaczenie z uwagi na np. rolnictwo i krajobraz. W artykule przedstawiono sposób systematycznego monitoringu polegający na zastosowaniu bezzałogowego obiektu latającego wyposażonego w kamerę niemetryczną. Z wykorzystaniem prostych zasad fotogrametrycznych w relatywnie prosty sposób można utworzyć metryczną ortofotomapę w celu wyznaczania ewentualnych zmian kształtu i rozmiaru powstałego zalewiska. Ostatni przykład przedstawia wykorzystanie skanera 3d oraz pomiarów GNSS do utworzenia przestrzennej mapy sieci podziemnych korytarzy minerskich w Twierdzy Kłodzkiej. Obecnie Twierdza jest w Polsce znanym zabytkiem historycznym. W podziemiach znajdują się wielokilometrowe chodniki, które udostępnione są turystom tylko w marginalnym stopniu. Kluczowe jest zinwentaryzowanie pozostałej części z uwagi na turystykę oraz aspekt bezpieczeństwa i historyczny. Część z tych chodników jest niemalże niedostępna lub niebezpieczna do wejścia. Z pomocą nowoczesnego skanera 3d o skutecznym zasięgu pomiaru ok. 300 m możliwe było zinwentaryzowanie chodników z dokładnością milimetrową. Natomiast poprzez dowiązanie podziemnej sieci pomiarowej do powier¬zchniowego układu współrzędnych z zastosowaniem pomiaru GNSS możliwe było dalsze zorientowanie sieci korytarzy w przyjętym układzie odniesienia. Celem artykułu było przedstawienie możliwości wykorzystania nowoczesnych technologii, często droższych od klasycznie stosowanych, w typowych pomiarach geodezyjnych na przykładzie kilku realizacji. Przykłady zostały tak dobrane aby wykazać, że prawidłowo dobrana technologia pozwala znacząco zwiększyć dokładność końcowego opracowania, zredukować czas lub koszty pomiarów co w sensie artykułu rozumiane jest jako efektywność pomiarów. Сучасні технології, такі як сканування тривимірних об’єктів або використання безпілотних літальних апаратів (БПЛА), можуть бути успішно впроваджені для підвищення ефективності, зокрема точності комплексних вимірювань високих будівель або недоступних районів. Наведено приклад вимірювання впливу швидкості вітру на коливання радіостанції Глівіце. Радіостанція є однією з найстаріших, найвищою дерев’яною вежею в Європі, а також є важливим об’єктом культурної спадщини. Вежа розташована у відкритому і погано забудованому районі. Це означає, що вона схильна до дії сильних вітрів. На жаль, поточні звіти показують, що стабільність конструкції оцінюється в 15-20 років. Коливання вежі, спричинене вітром, додатково послаблює конструкцію. З огляду на це, виникла ідея виміру коливань вежі під впливом швидкості і напрямку вітру із застосуванням безпілотних літальних апаратів. Досі вимірювання проводили тахеометрами, а інформацію про силу вітру черпали з публічних джерел про те, що вежа нахиляється в напрямку вітру і відхилення буває велике, залежно від середньої швидкості вітру. Зауважено, що коливання різні на різних рівнях вежі. Інший приклад використання сучасних вимірювальних технологій, поданий в роботі, стосується моніторингу недоступного об’єкта або такого, що важко виміряти класичними методами. Подано приклад виміру контурів переливання води внаслідок підземних гірських робіт. Просідання ґрунту може спричинити відтік басейну, що має велике значення для сільського господарства та ландшафту. Подано спосіб систематичного моніторингу, що ґрунтується на застосуванні безпілотних літальних апаратів, споряджених неметричною камерою. За допомогою простих засад фотограмметрії створено ортофотоплан для визначення зміни форми і розміру отриманої заплави. Останній приклад демонструє застосування 3D-сканування і вимірювання GNSS для створення просторової карти мережі підземних коридорів Клодзької фортеці. Сьогодні це добре відомий історичний пам’ятник у Польщі. У підвалі є багато-пішохідних доріжок, чимало коридорів фактично недоступні або небезпечні для входу. За допомогою сучасного 3D-сканера з ефективним вимірюванням дальності близько 300 м можна провести інвентаризацію коридорів з точністю до міліметра, а з використанням вимірювань GNSS - зорієнтувати мережу коридорів у прийнятій системі відліку. Мета - подати можливості застосування сучасних технологій і показати, як правильно обрана технологія дає змогу значно підвищити точність дослідження, скоротити затрати часу і коштів.