Mediciones de Deformación en Escaneo Láser

La adquisición de datos espaciales 3D de Puentes.

El estado de las técnicas geodésicas y de teledetección puede demostrar su particular potencial a través de aplicaciones de ingeniería. Aquí hablamos de medidas de prueba de carga de los puentes sobre el Danubio. Antes de los proyectos de prospección, el análisis de precisión se realizó en el laboratorio. Se describen las deficiencias y limitaciones de la teledetección y proponer la aplicación conjunta de técnicas tradicionales de teledetección. También ofrecemos recomendaciones para futuras mediciones de deformaciones con escaneo láser en estructuras.

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Fig 1. Localización zona de Estudio


El Escaneo láser terrestre es un estado de la arte-tecnología de la teleobservación que pueden adquirir rápidamente datos espaciales exactos en tres dimensiones (3D). Las principales aplicaciones de ingeniería incluyen el estudio de arquitectura, minería y medición de volumen de análisis complejos sistemas mecánicos para la modelización. Se discute el potencial del escaneo láser en la ingeniería geodésica, es decir, el desplazamiento y deformación de las mediciones. La capacidad tecnológica es validada por mediciones de laboratorio incluyendo el análisis comparativo. El potencial de láser de exploración se muestra en las mediciones de carga de prueba de dos puentes del Danubio. Los resultados demuestran el potencial del escaneo láser terrestre en tales proyectos de ingeniería.

sen00288 Fig 2. Puente Pentele y Estación de escaneo láser

sen00289 Fig 3. Puente Megyeri

La Tecnología

El resultado del escaneo láser es una medición exacta de nubes de puntos 3D que describen el objeto explorado. La gama de escáner láser aplicados actualmente es de 2 800 metros, que, por consiguiente, puede aplicarse en interiores (por ejemplo, pruebas de laboratorio) y en el sitio (por ejemplo, prueba de carga de un puente). El concepto de escaneo láser se basa en la medición de tiempo para emitir un haz de luz que se refleja en el objetivo, permitiendo que la distancia entre el escáner y el objeto se calcule. El punto exacto de ubicación en el espacio, el ángulo de reflexión también se registra.

Laboratorio de Mediciones

A fin de validar la exactitud de los escáneres láser utilizados en el proyecto estudio, se llevaron a cabo mediciones de laboratorio. Para investigar el error medio cuadrático (RMSE) de los que van con escáner láser, se midió la deformación de una placa de acero. Los desplazamientos también se miden con calibre de alta precisión. Los resultados confirmaron que la precisión es de ± 5 mm. En la segunda fase de las pruebas de laboratorio, se llevó a cabo el escaneo con láser a un pequeño edificio de sistemas Lindab (SBS). El desplazamiento de determinados puntos de la estructura se midió por transductores inductivos, mientras que las tensiones se miden por extensímetros. El objetivo principal era medir la carga de cada uno de los casos por láser y escáner para obtener los desplazamientos particulares.

Además, comparando los resultados con los obtenidos a partir de los valores tradicionales de los equipos de alta precisión permitió analizar el potencial para este tipo de proyectos.
Así como comparar los modelos 3D de cada estado, las mediciones directas de las nubes de puntos también fueron validados.

Pest (Riegl Z420i) Island (Riegl Z390i)
Escaners Tiempo Mediciones Resolución (°) Número de puntos Tiempo Mediciones Resolución (°) Número de puntos
Descripción General
1 min 30 seg
0.20
716.604
1 min 29 seg
0.20
713.216
Detalles
21 minutos 4 seg
0.03
5.756.028
21 min 14 seg
0.03
6.407.291

Tabla1, Parámetros de Escaneo Láser

Puente de Pruebas

Durante las pruebas de carga en los puentes, se midieron los movimientos verticales de la cubierta del puente y los esfuerzos (tanto en puntos discretos). Los desplazamientos verticales de la cubierta (y de la viga principal) se miden por la nivelación de alta precisión. Los movimientos 3D de puntos predefinidos de la estructura se determinarán por el total de estaciones, mientras que las tensiones se miden por extensímetros.

Puente Pentele

El puente Pentele consta de tres partes principales: dos partes en la llanura de inundación y la parte principal sobre el río Danubio. El enfoque del estudio es exclusivamente en la parte central del puente, que está sobre el río. Se trata de manejar el arco-puente con un lapso de 307.8 m (el récord mundial en esta categoría) y la altura de 48 m. Dado que la carga, duró sólo un breve período de tiempo (20-30 minutos, el tiempo mínimo necesario para la medición geodésica) y no pueden repetirse, sólo una estación de escaneo láser fue seleccionado (Figura 2) y la resolución de escaneo se redujo. Fueron obtenidos los desplazamientos de los puntos de dos características estructurales (el arco norte y la parte inferior de la viga) cerca del escáner. El conjunto de datos de los desplazamientos estructurales derivados del escaneo láser son muy similares a los obtenidos por las técnicas tradicionales. El desplazamiento vertical máximo calculado es de aproximadamente 35 cm con ambos métodos en el cuarto caso de carga. La razón de la oscilación de las curvas derivadas de los datos escaneados con láser es la reducción de la densidad de puntos. La tendencia de las curvas y el desplazamiento valida los valores de mediciones láser.

Puente Megyeri

Este colgante es el más largo en Hungría (1861 m) y consta de cinco puentes (nueve estructuras). Nos concentramos en la mayor estructura que se extiende por todo el Danubio, con una longitud de 591 m (Figura 3). En esta prueba de carga, dos escáneres láser simultáneamente escanean el proyecto. Se desplegó un sensor Riegl Z420i en la ribera de Pest (Figura 4) y un sensor Riegl Z390i está situado en el lado de la isla Szentendrei (Figura 4, imagen izquierda). Durante la prueba de carga, los láser funcionan con los parámetros indicados en la Tabla 1. La resolución la determinaron el número de puntos de densidad y el punto fue fijado por el tiempo requerido por la nivelación de alta precisión en cada caso de carga.

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Fig 4, Nube de puntos falso color (Puente Megyeri) con las estaciones de escaneo láser

Evaluación de Resultados

El resultado del escaneo láser es una nube de puntos 3D en bruto. Elementos geométricos pueden ser instalados durante el post-procesamiento y análisis, y el plano espacial o modelo del objeto por lo que pueden ser generados. Debido al gran número de puntos y la alta densidad de estos, la visualización de la nube de puntos con la materia prima básica permite definir el desplazamiento y deformación. Para explotar todo el potencial y la gran precisión de la tecnología, se hicieron mediciones a las nubes de puntos. No se predefinieron puntos discretos capturados durante la exploración láser, sino un segmento particular del espacio, se midieron incluso todos los objetos en el rango del escáner. La identificación de los puntos particulares en el caso de los desplazamientos es muy difícil. Para superar este problema, los objetos espaciales fueron instalados en la nube de puntos (por ejemplo, las líneas o los cilindros de los cables), y se ha investigado el movimiento y deformación de estos elementos. En el procedimiento de evaluación, se utilizan como referencia los resultados de la nivelación de alta precisión (RMSE es menos de 1 mm). La clara correlación de los resultados del escaneo láser en comparación con los de la nivelación se muestra en la Figura 5.

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Fig 5, Los resultados agregados

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Fig 6, Desplazamiento de Cables

Cuestiones de aplicación

Las razones de las diferencias en puntos son los siguientes:

– Se midieron los desplazamientos de puntos discretos durante la nivelación, mientras que también se midieron los desplazamientos de los arcos y líneas provistas en el caso de escaneo láser.
– Las mediciones se realizaron desde la cubierta durante la nivelación. Sin embargo, desde las estaciones de escaneado láser, la parte inferior del puente es visto desde abajo, los arcos y líneas están equipados con una cruz en sus estructuras (que se mueven con la cubierta).
– El puente también se trasladó durante la carga. Eso significa que el escáner láser no captura una instantánea, pero la nube de puntos también se describe (menor) que los desplazamientos que se produjeron durante la carga.

El efecto descrito en este último punto se puede observar en la Figura 5: los valores de desplazamiento son más correlacionados en el lado del puente de la exploración que de las mediciones que se han desarrollado. Teniendo en cuenta todas las circunstancias de la medición (ambiente oscuro, los movimientos durante las mediciones y el tamaño de los desplazamientos), la exactitud de ± 5 mm del escáner láser puede considerarse adecuado para describir el desplazamiento de la cubierta. Tenga en cuenta que debido a la menor densidad de puntos, la investigación del segmento medio del puente se ha omitido de la evaluación.

Movimientos de cable

La principal ventaja del escaneo láser se puede observar en las mediciones que no pueden ser ejecutadas por los métodos tradicionales. La cuestión de densidad de nubes de puntos del escaneado láser permite la modelización de los cables y, por tanto, la evaluación de sus movimientos. Estos análisis no son compatibles con los de medición geodésica. Los desplazamientos (con respecto a la descarga del Estado) de los cables de la zona norte de la ribera de la torre Pest se representan en la Figura 6. Se puede ver claramente que los mayores desplazamientos se producen en el más largo de los cables. Estos cables son fijos cerca del muelle y no son capaces de compartir la carga con la cubierta. Debido a la forma de las torres, los cables no se encuentran en un avión. Los movimientos espaciales de los cables, por lo tanto, son representados en la figura.

Potencial de exploración

Sobre la base de los resultados presentados, la exploración terrestre láser ha demostrado su potencial en esta prueba y la deformación de mediciones. La nube de puntos lasér tienen toda la información sobre la parte visible de la estructura. Permite el desplazamiento y las deformaciones que se medirán durante el post-procesamiento, sin el anterior uso de puntos de control. El análisis de los desplazamientos y distorsiones de la estructura 3D proporciona a los ingenieros una investigación del comportamiento estructural. La evaluación de los desplazamientos de los cables y postes demuestra claramente que puede permitir mediciones de exploraciones láser que no son posibles por los métodos tradicionales. Sin embargo, la exploración láser no puede ser evaluada en el mismo nivel de precisión como los tradicionales equipos de alta precisión, sólo debería ser considerado como un método de medición adicional útil.

Fuente:

Gim-International

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