Rapport FÖRSTUDIE VÄGAR NY BRO SKELLEFTEÅ - LASERSKANNING AV OMRÅDET VID NORRA BROFÄSTET. Luleå tekniska universitet/skellefteå Träproduktutveckling

Transkript

1 Rapport FÖRSTUDIE VÄGAR NY BRO SKELLEFTEÅ - LASERSKANNING AV OMRÅDET VID NORRA BROFÄSTET Lars Laitila Niclas Björngrim Olle Hagman Luleå tekniska universitet/skellefteå Träproduktutveckling

2 Sammanfattning Skellefteå kommun utreder möjligheten att anlägga en ny bro över Skellefteälven i syfte att avlasta trafiken på Parkbron och Lejonströmsbron. Bron skall knyta samman Södra Lasarettsvägen i centrum och Karlgårdsleden på södra sidan av älven. Den 13e maj 2013 genomfördes laserskanning av området kring det tänkta norra brofästet i Skellefteå. Området som skannats in sträcker sig längs strandlinjen och upp till ca 20 meter norr om Strandgatan samt att ca 100 meter åt väster och 50 meter åt öster om Lasarettsvägen. De berörda kvarteren är Abborren (med intilliggande Vattenverk), Flundran, Falken och Duvan. Totalt genomfördes 16 separata inskanningar från olika positioner som tillsammans genererade 710 miljoner punkter/koordinater. Alla koordinater har monterats samman till ett stort punktmoln och med stöd av inmätningar med totalstation kunde det sammansatta punktmolnet positioneras i kommunens koordinatsystem SWEREF Det genomsnittliga medelfelet på punktmolnens referensmatchningar är 2,8 mm. Sweco Infrastructure AB kommer att bearbeta punktmolnet till en BIM-modell (Building information Model) så att den framöver blir användbar vid planering och projektering.

3 Innehåll Inledning 2 Bakgrund... 2 Syfte... 2 Det inskannade området... 3 Etablering av totalstation... 3 Montering och inmätning med prisma... 4 Laserskanning med Faro Focus 3DS... 5 Fotografering av området... 6 Referenser... 7 Bilaga 1: Bilder över det inskannade området... 8 Bilaga 2: Specifikation för Faro Focus 3D S Bilaga 3: Kvalitetsrapport för punktmolnsregistrering

4 Inledning Bakgrund Skellefteå kommun utreder möjligheten att anlägga en ny bro över Skellefteälven i syfte att avlasta trafiken på Parkbron och Lejonströmsbron. Bron skall knyta samman Södra Lasarettsvägen i centrum och Karlgårdsleden på södra sidan av älven. En detaljplan skall upprättas för att undersöka brons läge, utformning och anslutningar (skellefteå kommun 2013). Den första delen som utreds är anslutningen av bron på norra sidan, mot Lasarettsvägen. Ett led i detta arbete är att dokumentera området genom inmätning med 3D-teknik, laserskanning. Träproduktutveckling vid Luleå tekniska universitet/skellefteå har från Skellefteå kommun fått uppdraget att, i samarbete med personal från tekniska kontoret i Skellefteå och Sweco Infrastructure AB, genomföra denna 3D-dokumentering. Syfte Ämnet Träproduktutveckling omfattar forskning och utveckling av träprodukter i en empiriskt verifierad modellvärld där slutanvändarens produktkrav integreras med materialegenskaper och tillverkningsprocesser. Ämnet omfattar forskning i och kring en virtuell trävärdekedja för att utveckla integrerade trämekaniska industriprocesser från slutkund till skogsråvara. Vi vill bl.a. utöka och förstärka forskningsverksamheten när det gäller mätning, modellering, simulering och optimering av produkters egenskaper och utformning för trä- och bioprodukter avsedda för slutanvändaren. Ämnet blir ett viktigt komplement till den verksamhet som utvecklats inom trämetriområdet för modellering och simulering av träråvaran och träkomponenter i business to business -segmentet och riktas mot utveckling av produkter för slutkund. Förhoppningen är att den nya bron kommer att byggas i trä, eller åtminstone att stora delar av bron byggs i något trämaterial. I och med att det sammansatta punktmolnet kommer att bearbetas till en BIM-modell (Building Information Model) för användning inom planering och projektering så finns möjligheter för den entreprenör/det företag som bygger bron att utnyttja datat även för deras planering av brobygget. Detta är ett steg i riktningen att utveckla träföretag mot en virtuell trävärdekedja vilket vi eftersträvar och vilket är syftet med detta projekt. 2

5 Det inskannade området Den nya bron kommer in på Lasarettsvägen mellan vattenverket, den stora byggnaden mitt i bild nedan, och fastigheterna Flundran 11 och 8, de två mindre fastigheterna t.h. om Lasarettsvägen. Området som skannats in sträcker sig längs strandlinjen upp till ca 20 meter norr om Strandgatan samt att ca 100 meter åt väster och 50 meter åt öster om Lasarettsvägen (Figur 1). Totalt har 16 skanningar genomförts, positionerna för dessa är markerade med gula cirklar med nummer. Figur 1. Det inskannade området i Skellefteå. Etablering av totalstation Två kända punkter (PVÄ 001 och 033) inom närliggande område (byggnader på kvarteret Flundran och Duvan) har legat till grund för etablering av en totalstation (Leica TCRA1105 plus, Figur 2) innnan skanning påbörjades. Koordinater för dessa punkterkan ses nedan. Arbetet utfördes av personal från Skellefteå kommun, tekniska kontoret. CM PVÄ 001: , , : , ,

6 Figur 2. Leica totalstation och prisma infäst på stativ. Montering och inmätning med prisma När väl totalstationen var etablerad så monterades ett prisma (Figur 2) på fem olika stativ. Koordinaterna (benämnss i denna rapport) för dessa positioner mättes in med totalstationen. Höjden från botten av fästet till prismats centrum mättes till 196 mm. Det är i denna höjdposition som även referensobjekten (sfärerna som använts i projektet) har sitt centrum (Figur 3). Specifikation för en sfär kan ses i Figur 3. Efter inmätning av prisma byttes prismat ut mot referensobjekt som monterades fast med en speciell adapter (inringad i Figur 3) och trefotsfäste (Figur 4). Två sfärer monterades på sophusbyggnaden och 1 sfär på en befintlig stolpe på ett järnstaket på kvarteret Falken. Dessa tre sfärer utgjorde Nyckelreferensobjekt som skulle hjälpa oss att koppla ihop alla moln senare vid bearbetning av data. Monteringsbrickorna för dessa sfärer får sitta kvar och kan användas som referenspunkter i ett senare skede ifall kompletterande skanningar måste genomföras. Figur 3. T.v. den inringade adaptern en beskrivning över det viktiga måttet 196 mm som måste mätas in för prismat så att höjden korrelerar med sfärens centrum. T.h. specifikation på ett referensobjekt. 4

7 Figur 4. T.v. trefotsfäste och t.h. ett referensobjekt/sfär monterat på stativ. Laserskanning med Faro Focus 3D S Skanning har genomförts med en laserskanner av märket Faro Focus 3D S. Skannerns specifika inställningar visas i Figur 5. Mer detaljerad specifikation för skannern finns i Bilaga 2. Omfång: 360 o horisontellt, 305 o vertikalt. Kvalitet: 4 (Varje punkt mäts in 4 ggr och medelvärdesbildas). Upplösning: 1/4 (Avgör, tillsammans med Omfång, antal punkter som mäts in). Inklinometer: Påslagen Fotografering i färg: Påslagen (varje punkt kan vid behandling av punktmolnet tilldelas ett RGB-värde så att den kan visualiseras i färg). (Dessa inställningar genererar ca 44 miljoner punkter och tidsåtgången är ca 10 min/skanning) Figur 5. Faro Focus 3D S laserskanner och valda inställningar. Stativ med sfärer placeras ut på lämpliga ställen mellan varje skanning (Figur 4). Avståndet till dessa från skannern räknat bestämdes till max 40 meter. Detta för att programmet skall kunna registrera sfärerna med bra precision. Minst fyra sfärer har placerats inom räckhåll för skannern vid varje skanning, vissa gånger fler beroende på terräng. För att programmet som används för registrering av sfärer skall kunna placera punktmolnen korrekt krävs att den detekterar och kopplar ihop minst två sfärer mellan varje punktmoln samt att den använder informationen från den inbyggda inklinometern i skannern. Alternativt kan fler sfärer användas istället för inklinometer. Inklinometern i skannern har varit påslagen under alla skanningar vilket underlättat arbetet med positionering av sfärer något. 5

8 Arbetet påbörjades i korsningen Södra lasarettsvägen/strandgatan och genomfördes moturs/ åt väster om vattenverket och ner mot älven. Skanningarna genomfördes i nummerordning enligt Figur 1 ovan. Totalt skannades 8 sfärer in under första skanningen. 3 av dessa utgör referensobjekt som hjälper till att koppla ihop alla moln senare vid bearbetning av datat. Övriga 5 utgör grund för/kopplingar till senare skanningar. De har även utgjort referenser så att vi kunnat positionera alla moln korrekt i förhållande till Skellefteås lokala koordinatsystem SWEREF Dessa referenser återfinns under namnen: i Bilaga 3: Kvalitetsrapport för punktmolnsregistrering. Anm: En av koordinaterna kunde inte användas vid sammansättningen av punktmolnen och ignorerades, därav avsaknaden av denna referens i kvalitetsrapporten. I Bilaga 3 finns all information om punktmolnen, referensobjekt och kopplingar dessa emellan. Här finns även värden på avvikelser mellan referensobjekten. Totaltid för alla 16 skanningar, inklusive omplacering av skanner och referensobjekt, var ca 5 timmar. Det sammansatta punktmolnet innehåller ca 710 miljoner punkter. Fotografering av området Området dokumenterades med digitalkamera. Varje bild är försedd med en siffra som visar i vilken position bilden är tagen (Figur 6). Alla bilder finns i reducerad upplösning i bilaga 1 men Sweco Infrastructure AB som kommer att arbeta vidare med detta har fått tillgång till bilderna i full upplösning. Figur 6. Bilden visar alla kamerapositioner. 6

9 Referenser Skellefteå kommun (2013). PROTOKOLL 11, Bygg- och miljönämnden, Skellefteå kommun. Url: _BMN_ pdf. Tillgänglig den 22 maj

10 Bilaga 1: Bilder över det inskannade området 8

11 9

12 10

13 Bilaga 2: Specifikation för Faro Focus 3D S 11

14 Bilaga 3: Kvalitetsrapport för punktmolnsregistrering Laserskanning_Skellefte_ fws 12

15 Sammanfattning Kvalitet på punktmoln Hög; 9 (56.3%) Medium; 3 (18.8%) Låg; 4 (25.0%) Medelfel på punktmolnens referensmatchningar Orsaker för sänkt kvalitet: Antal distinkta referenser (100.0%) Antal kvadranter fyllda (57.1%) 2.8 mm Kvalitet på referenser Hög (52.6%) Medium (47.4%) Låg (0.0%) Orsaker för sänkt kvalitet: Lågt punktantal (100.0%) Ref-typer använda vid matchning Inmätta (19.3%) Härledda (80.7%) # Punktmoln 7 Punktmoln grupperade enligt antal använda referenser >15 # Ref. Totalt antal punktmoln: Totalt antal referenser: Baserat på workspace: (4 inmätta och 26 härledda) LocalWorkspace_alla.fws ( :49:29)

16 Kvalitetsintervall Mall som använts för kvalitetsintervall: FARO Normal Namn Högre gräns Lägre gräns Kvalitet på punktmoln Intervall för punktavstånd [mm] Hög Medium Intervall för punktdrift [mm] 1 5 Intervall för longitudinellt fel [mm] Intervall för orthogonalt fel [mm] Intervall för inklinometerfel [grad] 1 5 Låg Kvalitet på referenser Intervall för punktantal Intervall för avståndsfel [mm] Intervall för longitudinellt fel [mm] Intervall för orthogonalt fel [mm] Hög > [Högre gräns] >= Medium >= [Lägre gräns] > Låg

17 Punktmoln Namn Pktavst. Ref. Inklin. X Y Z Nybro_ske JA Nybro_ske JA Nybro_ske JA Nybro_ske JA Nybro_ske JA Nybro_ske JA Nybro_ske JA Nybro_ske JA Nybro_ske JA Nybro_ske JA Nybro_ske JA Nybro_ske JA Nybro_ske JA Nybro_ske JA Nybro_ske JA Nybro_ske JA

18 Referenser Namn Typ Storl. X Y Z 9 Sfär Sfär Sfär Sfär Sfär Sfär Sfär Sfär Sphere Sfär Sphere10 Sfär Sphere11 Sfär Sphere12 Sfär Sphere13 Sfär Sphere14 Sfär Sphere15 Sfär Sphere16 Sfär Sphere3 Sfär Sphere4 Sfär Sphere5 Sfär Sphere6 Sfär Sphere8 Sfär Sphere9 Sfär

19 Nybro_ske000 Position (m): , , Orientering: , , Vinkel ( ): (402) 6 (403) Punktavstånd (mm): 0.14 Punktdrift (mm): m [0.1mm] 32.9m [0.1mm] Longitudinellt fel (mm): Orthogonalt fel (mm): 0.10 Vinkelfel ( ): Inklinometerfel ( ): Antal distinkta referenser: 1 + inklin. Inklinometer använd vid matchning: JA Antal kvadranter fyllda: 1 + inklin. Matchade referenser Namn Inmätta Typ Storl. Avst. Long. Orth. dx dy dz 5 (402) + Sfär (403) + Sfär

20 Nybro_ske001 Position (m): , , Orientering: , , Vinkel ( ): Punktavstånd (mm): 5.29 Punktdrift (mm): Longitudinellt fel (mm): Orthogonalt fel (mm): 4.05 Vinkelfel ( ): m [6.5mm] 6 (403) 34.2m [4.0mm] 5 (402) 31.0m 33.8m [6.6mm] [4.1mm] 7 (404) 8 (405) Inklinometerfel ( ): Antal distinkta referenser: 2 + inklin. Inklinometer använd vid matchning: JA Antal kvadranter fyllda: 2 + inklin. Matchade referenser Namn Inmätta Typ Storl. Avst. Long. Orth. dx dy dz 5 (402) + Sfär (403) + Sfär (404) + Sfär (405) + Sfär

21 Nybro_ske002 Position (m): , , Orientering: , , (404) 8 (405) Vinkel ( ): Punktavstånd (mm): m [0.6mm] 29.1m [0.6mm] Punktdrift (mm): Longitudinellt fel (mm): m [1.4mm] 11.6m [2.1mm] Orthogonalt fel (mm): 1.11 Vinkelfel ( ): Sphere11 Sphere16 Inklinometerfel ( ): Antal distinkta referenser: 3 + inklin. Inklinometer använd vid matchning: JA Antal kvadranter fyllda: 2 + inklin. Matchade referenser Namn Inmätta Typ Storl. Avst. Long. Orth. dx dy dz 7 (404) + Sfär (405) + Sfär Sphere11 - Sfär Sphere16 - Sfär

22 Nybro_ske003 Position (m): , , Orientering: , , Vinkel ( ): m 9 [6.3mm] 21.9m [7.1mm] Punktavstånd (mm): 3.59 Punktdrift (mm): m [0.5mm] 27.2m [0.5mm] Longitudinellt fel (mm): 1.96 Orthogonalt fel (mm): (403) 5 (402) Vinkelfel ( ): Inklinometerfel ( ): Antal distinkta referenser: 2 + inklin. Inklinometer använd vid matchning: JA Antal kvadranter fyllda: 2 + inklin. Matchade referenser Namn Inmätta Typ Storl. Avst. Long. Orth. dx dy dz 10 - Sfär (402) + Sfär (403) + Sfär Sfär

23 Nybro_ske004 Position (m): , , Orientering: , , Vinkel ( ): Punktavstånd (mm): 4.91 Punktdrift (mm): Longitudinellt fel (mm): Orthogonalt fel (mm): 4.40 Vinkelfel ( ): m [0.0mm] 5 (402) m [9.2mm] 21.5m 27.4m [7.1mm] [3.3mm] 9 10 Inklinometerfel ( ): Antal distinkta referenser: 3 + inklin. Inklinometer använd vid matchning: JA Antal kvadranter fyllda: 2 + inklin. Matchade referenser Namn Inmätta Typ Storl. Avst. Long. Orth. dx dy dz 10 - Sfär Sfär (402) + Sfär Sfär

24 Nybro_ske005 Position (m): , , Orientering: , , Vinkel ( ): Punktavstånd (mm): 6.18 Punktdrift (mm): m [4.6mm] 7.4m [9.2mm] m [4.8mm] 12 Longitudinellt fel (mm): 2.56 Orthogonalt fel (mm): 4.73 Vinkelfel ( ): Inklinometerfel ( ): Antal distinkta referenser: 3 + inklin. Inklinometer använd vid matchning: JA Antal kvadranter fyllda: 2 + inklin. Matchade referenser Namn Inmätta Typ Storl. Avst. Long. Orth. dx dy dz 10 - Sfär Sfär Sfär

25 Nybro_ske006 Position (m): , , Orientering: , , Vinkel ( ): Punktavstånd (mm): 2.46 Punktdrift (mm): Longitudinellt fel (mm): Orthogonalt fel (mm): 2.12 Vinkelfel ( ): m [4.8mm] 19.4m [1.6mm] 35.2m [1.0mm] Sphere Sphere5 Inklinometerfel ( ): Antal distinkta referenser: 2 + inklin. Inklinometer använd vid matchning: JA Antal kvadranter fyllda: 2 + inklin. Matchade referenser Namn Inmätta Typ Storl. Avst. Long. Orth. dx dy dz 12 - Sfär Sphere - Sfär Sphere5 - Sfär

26 Nybro_ske007 Position (m): , , Orientering: , , Vinkel ( ): Punktavstånd (mm): 3.22 Punktdrift (mm): Sphere 23.2m [1.6mm] Sphere5 12.4m [6.1mm] 16.0m [2.7mm] 19.2m [1.6mm] Sphere6 39.5m [4.2mm] Sphere8 Longitudinellt fel (mm): 0.27 Orthogonalt fel (mm): 3.15 Vinkelfel ( ): Sphere11 Inklinometerfel ( ): Antal distinkta referenser: 3 + inklin. Inklinometer använd vid matchning: JA Antal kvadranter fyllda: 2 + inklin. Matchade referenser Namn Inmätta Typ Storl. Avst. Long. Orth. dx dy dz Sphere - Sfär Sphere11 - Sfär Sphere5 - Sfär Sphere6 - Sfär Sphere8 - Sfär

27 Nybro_ske008 Position (m): , , Sphere5 Orientering: , , Vinkel ( ): Punktavstånd (mm): m [2.2mm] Sphere6 Sphere8 12.7m [2.1mm] 7.6m [1.9mm] Punktdrift (mm): Longitudinellt fel (mm): 0.41 Orthogonalt fel (mm): 1.67 Vinkelfel ( ): m [2.7mm] Sphere m [1.9mm] Sphere16 Inklinometerfel ( ): Antal distinkta referenser: 3 + inklin. Inklinometer använd vid matchning: JA Antal kvadranter fyllda: 2 + inklin. Matchade referenser Namn Inmätta Typ Storl. Avst. Long. Orth. dx dy dz Sphere11 - Sfär Sphere16 - Sfär Sphere5 - Sfär Sphere6 - Sfär Sphere8 - Sfär

28 Nybro_ske009 Position (m): , , Orientering: , , Sphere8 Vinkel ( ): Punktavstånd (mm): 1.66 Punktdrift (mm): Sphere6 21.9m [1.7mm] 20.2m [1.7mm] Longitudinellt fel (mm): Orthogonalt fel (mm): 1.65 Vinkelfel ( ): Inklinometerfel ( ): Antal distinkta referenser: 1 + inklin. Inklinometer använd vid matchning: JA Antal kvadranter fyllda: 1 + inklin. Matchade referenser Namn Inmätta Typ Storl. Avst. Long. Orth. dx dy dz Sphere6 - Sfär Sphere8 - Sfär

29 Nybro_ske010 Position (m): , , Orientering: , , Vinkel ( ): Sphere6 Punktavstånd (mm): 4.57 Punktdrift (mm): m [4.6mm] Sphere5 17.4m [4.6mm] Longitudinellt fel (mm): Orthogonalt fel (mm): 4.55 Vinkelfel ( ): Inklinometerfel ( ): Antal distinkta referenser: 1 + inklin. Inklinometer använd vid matchning: JA Antal kvadranter fyllda: 1 + inklin. Matchade referenser Namn Inmätta Typ Storl. Avst. Long. Orth. dx dy dz Sphere5 - Sfär Sphere6 - Sfär

30 Nybro_ske011 Position (m): , , Orientering: , , Vinkel ( ): Punktavstånd (mm): 2.56 Sphere8 Sphere11 Sphere m [3.9mm] 25.2m [3.5mm] 16.3m [1.3mm] Punktdrift (mm): Longitudinellt fel (mm): m [2.0mm] 34.5m [2.0mm] Orthogonalt fel (mm): 2.32 Vinkelfel ( ): Sphere15 Sphere14 Inklinometerfel ( ): Antal distinkta referenser: 3 + inklin. Inklinometer använd vid matchning: JA Antal kvadranter fyllda: 2 + inklin. Matchade referenser Namn Inmätta Typ Storl. Avst. Long. Orth. dx dy dz Sphere11 - Sfär Sphere14 - Sfär Sphere15 - Sfär Sphere16 - Sfär Sphere8 - Sfär

31 Nybro_ske012 Position (m): , , Sphere13 Orientering: , , Vinkel ( ): Sphere12 Punktavstånd (mm): 1.77 Punktdrift (mm): m [1.5mm] 11.0m [1.5mm] Longitudinellt fel (mm): 0.02 Orthogonalt fel (mm): 1.69 Vinkelfel ( ): Sphere m [2.0mm] 6.0m [2.0mm] Sphere14 Inklinometerfel ( ): Antal distinkta referenser: 4 + inklin. Inklinometer använd vid matchning: JA Antal kvadranter fyllda: 2 + inklin. Matchade referenser Namn Inmätta Typ Storl. Avst. Long. Orth. dx dy dz Sphere12 - Sfär Sphere13 - Sfär Sphere14 - Sfär Sphere15 - Sfär

32 Nybro_ske013 Position (m): , , Sphere9 Orientering: , , Sphere10 Vinkel ( ): Punktavstånd (mm): 1.89 Punktdrift (mm): m [2.3mm] 25.9m [2.3mm] Longitudinellt fel (mm): Orthogonalt fel (mm): 1.73 Vinkelfel ( ): m [1.5mm] Sphere13 9.8m [1.5mm] Sphere12 Inklinometerfel ( ): Antal distinkta referenser: 4 + inklin. Inklinometer använd vid matchning: JA Antal kvadranter fyllda: 2 + inklin. Matchade referenser Namn Inmätta Typ Storl. Avst. Long. Orth. dx dy dz Sphere10 - Sfär Sphere12 - Sfär Sphere13 - Sfär Sphere9 - Sfär

33 Nybro_ske014 Position (m): , , Orientering: , , Vinkel ( ): Sphere3 Sphere4 19.0m 19.6m [1.6mm] [1.6mm] Punktavstånd (mm): 1.93 Punktdrift (mm): Longitudinellt fel (mm): 0.16 Orthogonalt fel (mm): 1.58 Vinkelfel ( ): m [2.3mm] 17.7m [2.3mm] Sphere9 Sphere10 Inklinometerfel ( ): Antal distinkta referenser: 3 + inklin. Inklinometer använd vid matchning: JA Antal kvadranter fyllda: 2 + inklin. Matchade referenser Namn Inmätta Typ Storl. Avst. Long. Orth. dx dy dz Sphere10 - Sfär Sphere3 - Sfär Sphere4 - Sfär Sphere9 - Sfär

34 Nybro_ske015 Position (m): , , Orientering: , , Vinkel ( ): Punktavstånd (mm): 1.58 Punktdrift (mm): m [1.6mm] 10.7m [1.6mm] Sphere4 Sphere3 Longitudinellt fel (mm): Orthogonalt fel (mm): 1.58 Vinkelfel ( ): Inklinometerfel ( ): Antal distinkta referenser: 1 + inklin. Inklinometer använd vid matchning: JA Antal kvadranter fyllda: 1 + inklin. Matchade referenser Namn Inmätta Typ Storl. Avst. Long. Orth. dx dy dz Sphere3 - Sfär Sphere4 - Sfär