CASE STUDY: לכידת המציאות לבדיקה של עיוות במנהרת דחיקה

מקרה בוחן - CASE STUDY:

לכידת המציאות לבדיקה של עיוות במנהרת דחיקה

1. הקדמה

ניטור דפורמציה חיוני להנדסת מנהרה. טכניקות ניטור מסורתיות, כמו שימוש בטוטאל סטיישן, מאפשרות למדוד רק כמה נקודות בודדות, אשר אינן מספיקות כדי להבין את הדפורמציה של המעטפת כולה, וההליך עשוי לקחת שעות או ימים בשטח.

טכנולוגיית סריקת לייזר (TLS), הידועה גם בשם LiDAR, היא טכנולוגיה חדשנית שיכולה לקלוט את הקואורדינטות התלת מימדיות של מיליוני נקודות במהירות גבוהה מאוד באמצעות קרן לייזר. דבר המאפשר להפעיל יישומים מעולים לניטור הדפורמציה במנהרה.

קבוצה של נתוני קואורדינטות תלת ממדיות שנאספו באמצעות TLS נקראת ענן נקודות; ענן הנקודות הגולמי שנאסף מ- TLS אינו מציג את הדפורמציה במנהרה; לכן, אנו משתמשים בתוכנה כדי להפוך את ענן הנקודות שנאסף לתוך מודל תלת ממדי בעל חזות ריאליסטית (MESH); זהו השלב הראשון לפני השוואת מודל זה למנהרה המתוכננת וחקירת הדפורמציות לאורך מקטעים מרובים.

התהליך כולל מודולים לניקוי ענן הנקודות, יצירת מודל תלת-ממד (/MESH), חילוץ ציר המנהרה, בניית מודל תלת-ממד המייצג את המנהרה המתוכננת ולאחר מכן השוואה בין שני המודלים (הרצוי והקיים) לבדיקת העיוותים.

לפנינו מקרה בוחן Case study של צינור (PIPELINE) שבו בוצעה סריקה (TLS) באמצעות סורק לייזר על מנת למדוד את עיוות הצינור במספר מקטעים.

2. מקרה הבוחן

צינור עם קוטר פנימי של 2.75 מ' שיוצר על ידי אורמת טכנולוגיות בע"מ ומיועד להיות חלק ממערכת מורכבת וענן נקודות שנאסף עם השיטה לבדיקת הדפורמציות היחסיות מתוארות בסעיף זה:

2.1 איסוף ענן הנקודות:

ענן הנקודות של המנהרה נאסף על ידי תחנות TLS שהוקמו במספר מיקומים לאורך הצינור. במקרה זה אנו השתמשנו בסורק LEICA RTC360 עם שליטה מרחוק על ידיiPad Pro ויישום Leica Cyclone Field. בוצעו שלוש הצבות שבהן נמדד ענן נקודות מלא (full dome). ענני הנקודות שנמדדו לאורך הצינור חוברו מראש לאותה רשת קואורדינטות באמצעות היישום בשטח. לפיכך, ענן הנקודות של כל תחנה שייך למערכת קואורדינטות עצמאית ויש לאחד ביניהן בתהליך הנקרא רישום. תהליך זה יכול להיעשות באופן חלקי ביישוםLeica Cyclone Field ; בדרך זו המודד שאסף את הנקודות יכול לבדוק האם הצינור נסרק בשלמותו, ללא חלקים חסרים, ולהחליט, במקום, אם יש צורך להוסיף הצבות נוספות כדי להשיג ענן נקודות שיצור מודל ריאליסטי טוב יותר של האובייקט הרצוי.

2.2 הרישום:

ענני הנקודות הגולמיים שנרשמו מראש על ידי הצעדים שביצענו ביישום וכעת מיובאים לתוךLeica Cyclone REG360. מה שנותר לעשות הוא להעלות את העננים לתוכנה ולבדוק את החיבורים (מיקום ואוריינטציה) בין ההצבות השונות. במידת הצורך נוסיף חיבורים בין ההצבות השונות, ונייצא את ענני הנקודות לתוך ענן נקודות מאוחד בפורמט הרצוי; במקרה זה השתמשנו בפורמט pts . ראו באיור 1 את השלבים השונים בתוכנה ואת התוצאה.

איור 1

2.3 בדיקת העיוותים:

השיטה המוצעת משמשת לניתוח של ענן הנקודות של הצינור באמצעות תוכנת 3D Reshaper.

העבודה בתוכנה כוללת 6 שלבים:

ניקוי הרעש של ענן הנקודות
הפיכת ענן הנקודות לרשת MESH
חישוב קו האמצע
יצירת מודל צינור לפי הפרמטרים התיאורטיים
יצירת חתך רוחב
לבסוף, השוואה בין מודל הצינור הבנוי, לבין מודל הצינור התיאורטי.

(1) ניקוי רעש-

אזור הסריקה של TLS Leica RTC360 הוא 360° (אופקי) / 300° (אנכי) ולא ניתן להפחיתו, לכן חלק מענן הנקודות יכיל אובייקטים בלתי רצויים שיש למחוק. יתר על כן, אם יש בתוך הצינור אובייקטים / עצמים נפרדים, יש להסיר אותם לפני יצירת רשת הMESH, אחרת הם ישפיעו על בדיקת העיוות. ב 3D Reshaper קיימות מספר פונקציות אוטומטיות שעוזרות להסיר רעשים ומאפשרות לבחור ולמחוק נקודות שאינן רצויות. ראו באיור מספר 2 את התוצאה.

איור 2

(2) יצירת רשת MESH-

רשת MESH היא מודל תלת ממד של ענן הנקודות. הרשת נוצרת באמצעות טריאנגולציה* בין הנקודות שנמדדו על מנת ליצור אובייקט כמשטח תלת ממדי. כדי לקבל תוצאה ויזואלית טובה יותר רשת הMESH הראשונית שהתקבלה מוחלקת – ראו איור 3.

*טריאנגולציה- שיטה למדידת שטח בה מחלקים את השטח למשולשים*

איור 3

(3) חישוב קו האמצע-

על מנת שנוכל להשוות את הצינור הנמדד לצינור התיאורטי, על שני המודלים להיות חופפים. כדי לעשות זאת, יש לחשב את קו האמצע של רשת הMESH הנמדדת לאורך כל צינור. במידה ואין לנו קו אמצע אחד, ניתן לחשב אותו באמצעות חיבור של מספר קטעים או חלקי קווים. בתוכנת 3D Reshaper יש פונקציה אוטומטית שמחשבת זאת. - ראו איור 4.

4 איור

(4) יצירת רשת הצינור התיאורטי-

כדי ליצור את הצינור התיאורטי, ראשית נבנה מעגל בנקודה מסוימת על קו האמצע בעזרת הרדיוס הידוע (כאן הקוטר הוא 2.75 מטר). לאחר שבחרנו נקודה על קו האמצע ויצרנו עיגול תיווצר הארכה (extrusion). לבסוף תתקבל רשת המייצגת את הצינור התיאורטי - ראו איור 5.

5 איור

(5) חתך רוחב-

ניצור חתך לאורך קו האמצע על הרשת התיאורטית ועל הרשת הנמדדת ואז נשווה ביניהם. המרחק בין החתכים יכול להיות קבוע (למשל כל מילימטר, כל סנטימטר, או כל 10 ס"מ) או יכול להיות רק חתך אחד בנקודה שנבחר. בדוגמה זו החלנו חתכים כל 25 ס"מ.

השוואה אוטומטית מתבצעת בין הרשת התיאורטית לרשת המדודה - ראו איור 6.

את הדו"חות ניתן לייצא כטבלה בקובץ PDF. נקבל טבלה עבור כל חתך, עם הבדלי המקסימום, הבדלי המינימום והסטייה הממוצעת. ניתן לקבל תצוגה דו מימדית (2D) שאפשר לייצא כקובץ DXF ולנתח ב- AutoCAD

6 איור

(6) חישוב סטיית הנפח-

אינטרפולציית* הנפח נגזרת מחתכי הרוחב, ניתן לבדוק ולהציג כרשת תלת ממדית (3D) או לפתוח את הגליל לתמונה דו מימדית (2D) - ראו איור 7.

*אִינְטֶרְפּוֹלַצְיָה (Interpolation בעברית: בִּיּוּן( היא שם כולל לשיטה בתחום האנליזה הנומרית. הרעיון המרכזי העומד מאחורי גישה זו הוא האפשרות לייצר מידע חדש מאוסף נתונים סופי. בפרט, היכולת לשחזר או ליצור פונקציה שערכה או נגזרותיה ידועים בנקודות מסוימות.