Laserskanning - ett hjälpmedel vid uppmätning

Kategori: Övrigt

Buskar vid fasaden gör att stengrunden, timmersåtar och knutskallar inte kommer att bli synliga. Här får man komplettera med manuell mätning eller flytta skannern nära. Björs i Stene. Fotograf/Illustratör: Mimmi Göllas

Att mäta upp byggnader är ett handarbete som idag kan ersättas med avancerad laserskanningsteknik. Exakta tredimensionella modeller av hus kan tas fram med hjälp av laserskanner och dator. Det gäller även byggnader med komplicerade strukturer - tekniken är idealisk för stora industrianläggningar. Men hur fungerar lasertekniken på äldre bebyggelse där varje liten detalj är väsentlig för vad den berättar om huset? Och, hur bra laserskannern än är, tekniken kommer inte att kunna genomföra analysen av den byggnad som dokumenteras. Lösningen för kulturmiljövården kan vara en kombination av mänsklig kunskap och erfarenhet på den ena sidan och skannerns exakthet och snabbhet på den andra. På så vis kan arbetet göras kostnadseffektivt och med gott resultat, skriver Mimmi Göllas.

Anledningen till att tekniken med laserskanner utvecklats är önskemålet att komma åt att dokumentera svåråtkomliga strukturer och att göra det snabbt. Från flyg har man kunnat skanna terrängen för att få fram noggranna höjdmodeller. Med markbunden, terrester, skanning har man från mitten av 1990-talet arbetat med kommersiell mätning av dagbrott, tunnlar, byggnader och mindre föremål inom tillverkningsindustrin.
En laserskanner kan ha varierande utseende beroende på fabrikat och användningsområde, men kan snarast liknas vid en stor kamera på stativ. I fält behövs en dator som kopplas till skannern för att kunna göra inställningar och precisera mätområdet. Med en inbyggd digitalkamera kan skanningsområdet fotograferas och utifrån det kan justeringar av mätområdets omfattning göras.

Med en smal laserstråle mäter skannern längden fram till föremålet och varje träff reflekteras tillbaka och genererar en punkt i det punktmoln som utgör skanningens rådata. Mätningen sker i det närmaste i realtid och på dataskärmen kan man se volymen växa allt eftersom laserstrålen rör sig över ytan som ska dokumenteras. Om skannern inte är rundstrålande krävs det att apparaturen flyttas för att få med alla delar av byggnaden. Ett punktmoln erhålles efter varje skanneruppställning och kan förhållandevis enkelt registreras ihop till en tredimensionell modell i fältdatorn. Punktmolnet är i skala 1:1 och mätningar av längder och arealer kan göras direkt.

Laserstrålen reflekterar också intensiteten i materialet den möter och det ger punktmolnet dess färger. Intensitetsfärgerna har inget att göra med de egentliga kulörerna, men det finns skanners som även kan dokumentera kulörer.

Fördelen med laserskannern är att mätningen sker med många mätpunkter där tätheten mellan punkterna ställs in efter behov. Översiktliga mätningar av t.ex. stora markområden görs med längre avstånd mellan punkterna medan mindre föremål, som statyer, mäts med större noggrannhet.

 

I praktiken

Vi ska titta på ett exempel från mina hemtrakter. Ett bostadshus på gården Björs i Stene by i Järvsö socken restaurerades för ett par år sedan. Det är en timrad parstuga med en storlek och ett utförande som var vanligt i trakten omkring sekelskiftet 1800. Det är en s.k. herrstuga, som inte var bebodd året runt utan användes som förrådsutrymme och vid fest. Sättningar i grunden och kraftiga insektsangrepp i fasaden mot norr var orsaken till restaureringen. Björs byggdes år 1804 utan ritningar och syftet med vårt arbete var att upprätta ritningar över byggnaden så som den ser ut idag.

Med hjälp av en laserskanner, av märket Cyrax 2 500, genomfördes uppmätningen under en förmiddag i oktober år 2003. Den enda förberedelse som behövs är att sätta upp reflekterande mätbrickor i ett par fönster för att underlätta hög noggrannhet vid ihopregistreringen. Eftersom skannerns vidvinkel är begränsad och då det växer buskar vid fasaden måste skannern flyttas och mätningar göras ur flera vinklar. För slutresultatet är det är ingen nackdel att laserstrålen går snett mot mätytan.

Efter att bilderna har registrerats ihop till en tredimensionell bild kan bearbetningen av punktmolnet påbörjas. Genom programmet Cloudworx kan punktmolnet laddas upp i t.ex. AutoCad och bearbetas. Med ett kommando går det att skära "skivor" eller sektionssnitt av punktmolnet så att man får fram tvådimensionella plan. Dessa skivor görs i valfri höjd och på valfri plats i det tredimensionella punktmolnet, på så sätt går det att få fram både planer, sektioner och fasader. Längs med dessa utsnitt går det att lägga ut linjer på traditionellt cad-maner efter väggar och fönsteröppningar. Det unika med laserskanningen framgår vid ett tvärsnitt genom gaveln där det med stor tydlighet syns hur gavelröstet på Björs kalvar och hur hela väggen böljar.

Det skulle ta många timmar att med hjälp av lodlinjer och tumstock för hand mäta upp de skevheter i väggfältet som skannern kan registrera under 3-4 minuter. En annan fördel är att takets form och skorstenarnas placering blir exakt trots att ingen skanning görs uppifrån. De svårmätta takpartierna kommer med vid väggdokumentationen genom skannerns räckvidd. För en van cad-ritare tar det inte många timmar att färdigställa ritningar ur ett punktmoln av en så begränsad volym som Björs.

Möjligheter vid uppmätning

Fördelarna med dokumentation med laserskanning är flera:
• exakthet
• snabbhet
• åtkomlighet
• åskådlighet

Den stora fördelen med en dokumentation med laserskanner är att resultatet blir ett exakt punktmoln, en tredimensionell kopia i skala 1:1 av den mätta volymen. Ur punktmolnet kan man sedan hämta den information som behövs t.ex. måttuppgifter, underlag till planritningar på valfri höjd, snitt med valfri placering genom byggnaden eller volymberäkningar. Det går till och med att överföra koordinaterna till en fräs som snidar till en exakt 3d-modell av huset i till exempel plast om man vill ha en fysisk modell. Ett första skede kan till exempel innebära modellering för publicering på en webbsida medan man några år senare vill ta fram ritningar inför en projektering.

Genom skannerns snabbhet kan mycket information om många byggnader samlas in under en kort tidsperiod medan bearbetningen av punktmolnet kan dröja till den dag då informationen behövs. Till exempel skulle en bank med punktmoln kunna byggas upp vid en inventering under sommarhalvåret medan bearbetningen kunde göras inomhus under vinterperioden. Förberedelsetiden för skanningen är kort och därmed går det snabbt att flytta från objekt till objekt. Utrustningen är densamma för inom- och utomhusbruk så det kan göras vid samma tillfälle.

En byggnad som ska mätas är sällan tillgänglig fullt ut. Rum är ofta fyllda av möbler och utvändigt omger växtlighet fasaderna. Byggnadshöjden kan göra det svårt att nå fönster vid manuell uppmätning, vilket försämrar mätnoggrannheten. Icke så med laser, som lätt når de svårtillgängliga partierna. Genom förflyttning av skannern kan även ytor som täcks av föremål dokumenteras genom att strålen får en annan vinkel mot objektet. Repetition av byggnadsdelar, som stenar i en grundmur, är lätta att fånga in och få en exakt placering av. Ibland förekommer ju små förskjutningar som kan vara omständliga att mäta in.

Punktmolnet i sig är möjligt att rotera så att volymen kan ses från alla håll. Hög informationstäthet ger punktmoln som blir tunga att hantera, men om dessa vidarebearbetas kan mindre modeller framställas som kan presenteras via Internet.

Tidsvinsten vid skanning jämfört med att mäta manuellt blir större ju mer komplicerade och större objekten är. Detsamma gäller även vinsten i noggrannhet. För mindre byggnader äter sannolikt kostnaden för apparatur och konsulter upp tidsvinsten.

I exemplet Björs gick det åt fem dagar för manuell uppmätning (noggrann) och fem dagar för renritning (blyerts och tusch), alternativt 2-3 dagar om man använde 2d-cad.

Med skanning tog det en dag att läsa huset, en dag att skanna med fördjupad dokumentation av komplicerade detaljer, en dag att rita.
Båda metoderna kräver komplettering med foto. Man tjänar alltså kanske en vecka i arbetstid men det ska ställas mot merkostnaden för skannern. Vid mer summariska uppmätningar av mindre volymer är den manuella uppmätningen kostnadseffektiv.

Begränsningar vid uppmätning

Det som är skannerns stora fördel är också dess nackdel då exaktheten i mätningen ökar kraven på slutresultatet. Om största delen av fasaden har en mycket hög detaljeringsnivå medan ett parti som dolts t.ex. av vegetation inte har det blir det problem med helhetsredovisningen vid upprättandet av t.ex. en fasadritning. Där kan man gå in manuellt och försöka flytta på grenverk för att komplettera med skisser och egna manuella mätningar. En diffus fläck på en annars detaljerad fasad är inte önskvärd. Skymmande buskar och möbler kan man dock inte skylla tekniken för. Skanningen bör kompletteras med fotografering så oklarheter i punktmolnet kan tolkas med stöd av bilderna istället.

Erfarenheterna från manuell uppmätning talar om att vissa områden är svårare att mäta, som t.ex. fönster, och där gör man normalt en detaljritning med extra skisser på materialmöten och profiler. Skannern har inte samma erfarenheter utan läser av byggnaden med likvärdig intensitet över hela ytan. Då måste den som sköter skannern vara medveten om detta och göra ytterliggare en skanning med högre upplösning på dessa partier. Därför är det en stor fördel med att syftet med uppmätningen är väl definierat mellan beställaren och den som utför jobbet.
En annan nackdel är att apparaturen, både skanner och dator, är väderkänsliga. Regnväder och minusgrader med snö tål en mänsklig "uppmätare" men inte en 1,5-miljoners laserskanner.

Priset för inköp av skanner och programvara att bearbeta informationen med är också en rubrik på minussidan. Men tekniken går snabbt framåt. Om efterfrågan ökar blir utrustningen billigare och kan skräddarsys för olika användningsområden.

Andra tillämpningar

Förutom till försöket med dokumentationen av Björs så har skanningstekniken använts i projektet inom andra områden. Att dokumentera stora industrikomplex med rördragningar och stora magasin har visat sig vara kostnadseffektivt och ge ett bra resultat.
Inom kulturmiljövården har arkeologerna använt tekniken för att dokumentera utgrävningsområden och ta fram såväl detaljerade terrängmodeller över större områden som modeller över enskilda stenar som haft intressanta spår. I en terrängmodell, där buskar och träd har rensats bort, kan man få en exakt bild över lämningarnas placering i förhållande till varandra.
Flera exempel finns redovisade på hemsidan www.hig.se/t-inst/gig.

Är laserskannern något för uppmätning av äldre bebyggelse?

För kulturmiljövården finns möjligheten att snabbt dokumentera ett stort antal värdefulla byggnader och arkivera punktmoln. Tänk att efter en brand inte vara hänvisad till en osäker uppmätningsritning utan kunna plocka upp ett punktmoln av byggnaden i skala 1:1 och göra en rekonstruktion efter en modell som visar hur byggnaden faktiskt såg ut och ! Högt placerade takvalv i kyrkor, stenväggars tjocklek och timmerväggars skevhet och lutning blir plötsligen enkla att dokumentera. Där kan mycket tid sparas och därmed också kostnader.

Utvecklingen gör att tvådimensionella ritningar mer och mer ersätts av tredimensionella modeller. Via databaser och internet kan punktmoln eller modeller av världens alla märkvärdiga byggnader bli lätt tillgängliga.
Framöver kan punktmolnen bli en hjälp vid skötsel och renovering av hus. I kombination med andra tekniska hjälpmedel, t.ex. termografering, kan bilder som visar värmeläckage eller röta "mappas" på punktmolnet. Därmed preciseras skadans läge på byggnaden och den blir enkel att hitta då den ska åtgärdas och enkel att följa upp framöver.

En skanner och en dator kan aldrig ersätta en människas tankeförmåga, men tänk vad härligt att slippa mäta in varenda sten i en stensockel eller enskilda timmerstockars toppning och istället få ägna sig åt manuell uppmätning av intressantare byggnadsdelar!

I Gävle pågår ett tvåårigt EU-projekt benämnt Lägda, Lägesrelaterad datafångst i bebyggd miljö (på GiG, GIS-institutet). Projektets huvudsyfte är att undersöka tekniska möjligheter att dokumentera byggnader och att bygga upp ett nätverk av aktörer som kan använda kunskapen på kommersiell basis. En del i projektet är att arbeta med kulturellt värdefull bebyggelse. För Hälsinglands del innebär det att ett testobjekt, en mindre hälsingegård, har valts ut och dokumenterats genom skanning.

Utgiven i nummer:
3/2004
Författare
Mimmi Göllas

Arkitekt och medlem av Byggnadsvårdsföreningens styrelse.

logotyp byggnadsvardsforeningen
Svenska byggnadsvårdsföreningen, Box 6442, 113 82 Stockholm
Telefon: 08-30 17 85 | Email: kansli@byggnadsvard.se
Svenska byggnadsvårdsföreningen
Box 6442, 113 82 Stockholm
Telefon: 08-30 17 85
Email: kansli@byggnadsvard.se

Cart

Cart offcanvas

Logga in