¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

15 августа 2012

Ћазерное сканирование и 3D-моделирование Ўуховской башни на Ўаболовке

јникушкин ћ. Ќ., Ћеонов ј. ¬.

ќт редакции isicad.ru: Trimetari Consulting — динамично развивающа€с€ компани€, работающа€ в области наземного лазерного сканировани€. Ќаша мисси€ — помогать специалистам из различных отраслей в решении задач, св€занных с комплексными измерени€ми в трехмерном пространстве. ћы публикуем статью об одном из проектов, выполненных Trimetari Consulting. ќригинал статьи опубликован на сайте компании.

Ћеонов јндрей ¬ладимирович, к.ф.-м.н. –уководитель ÷ентра виртуальной истории науки и техники »»≈“ –јЌ
јникушкин ћихаил Ќиколаевич, √енеральный директор ќќќ «“риметари»

–адиобашн€ на Ўаболовке — символ советского радио- и телевещани€, всемирно известный пам€тник архитектуры русского авангарда [1]. —егодн€ еЄ чаще называют Ўуховской башней, по имени еЄ создател€ — выдающегос€ русского инженера, члена-корреспондента и почЄтного члена јкадемии наук ———– ¬ладимира √ригорьевича Ўухова (1853-1939). Ѕашн€ была построена в 1919-1922 годах, трансл€ци€ радиопередач началась 19 марта 1922 года. ¬ 1937-1967 годах башн€ использовалась также дл€ телевещани€.

Ўуховска€ башн€ на Ўаболовке, ћосква

 апитальный ремонт башни не проводилс€ ни разу за 90 лет. «Ўуховска€» несуща€ конструкци€ (шесть гиперболоидных секций) сохранилась практически в первоначальном виде. ¬ разные годы на ней был установлен р€д дополнительных элементов: технологические платформы на разных уровн€х и ферма дл€ подводки фидеров (1937), промежуточные кольца жЄсткости (1973), нова€ надстройка дл€ креплени€ антенн ” ¬-„ћ (1991), грузопассажирский электрический лифт, антенны сотовой св€зи и др.

Ћазерное сканирование Ўуховской башни, отметка 0 м.

 оррози€ стальных конструкций башни достигла угрожающего уровн€ уже в 1991 году [8], но государственные средства на реставрацию были выделены только в 2011 году. —уществует несколько проектов реставрации башни [2]. ¬ насто€щее врем€ (апрель 2012 г.) проводитс€ государственна€ экспертиза проектной документации, подготовленной ќќќ « ачество и надЄжность» в 2011 году, котора€ подразумевает приведение башни к первоначальному виду 1922 года. ѕо этому проекту, в частности, планируетс€ демонтировать и спустить на землю дл€ реставрации четыре верхние гиперболоидные секции башни, а затем смонтировать их заново.

¬ св€зи с масштабными реставрационными работами, запланированными на 2012 год, а также в св€зи с 90-летним юбилеем башни в 2012 году и 160-летним юбилеем ¬. √. Ўухова в 2013 году, в »»≈“ –јЌ в конце 2011 года было прин€то решение о создании точной цифровой 3D-модели башни. ÷ель проекта — сохранить точную и детальную информацию о «шуховской» конструкции до еЄ демонтажа и реставрации, обеспечить доступ к этим данным широкой публике. ѕроект выполн€етс€ ÷ентром виртуальной истории науки и техники »»≈“ –јЌ при поддержке компании «“риметари», г. —анкт-ѕетербург.

Ћазерное сканирование Ўуховской башни, отметка +100 м.

ѕроектна€ и рабоча€ документаци€ по башне практически не сохранилась, в јрхиве –јЌ и –√јЌ“ƒ наход€тс€ четыре разрозненных чертежа [3-5]. ¬ 1947 году был выполнен подробный обмер конструкции башни [6]. ¬ по€снительной записке отмечаетс€: «“ехническа€ документаци€ (технический проект, рабочие чертежи и расчЄты) по башне не сохранились. ¬ 1937 году, дл€ установки антенны телевизионного центра и подводки фидера по высоте башни до вышки, была установлена металлическа€ двухстенчата€ ферма и выполнены три площадки (на отметке 141,768; 144,3 и 148,378 м.) Ќа все металлоконструкции выполненные по реконструкции имеютс€ рабочие

3D сканирование Ўуховской башни, отметка +125 м.

чертежи» [6, черт. 281-3]. ќднако уже в 1971 году документаци€ 1937 года считалась утер€нной: «¬ 1937 году трестом „–адиострой“ была выполнена реконструкци€ башни: установлена металлическа€ двухстенчата€ ферма и выполнены три площадки на отметке 141,768; 144,3 и 148,378 м. “ехническа€ документаци€ на строительство и реконструкцию башни не сохранилась» [7, черт. 569-4].

¬ 1971 году было выполнено определение несущей способности металлоконструкций башни и составлено заключение о возможности еЄ дальнейшей эксплуатации [7]. ¬ по€снительной записке отмечено: «ќсновные геометрические размеры башни, отметки и диаметры опорных колец прин€ты в соответствии с выпуском № 281 ѕроектстальконструкции 1947 г. —ечени€ элементов башни прин€ты на основании выпуска № 281 ѕроектстальконструкции 1947 года и материалов обследовани€ ќ–ѕ— ћинистерства св€зи ———– 1971 г.» [7, 569-5].

ѕодъем 3D сканера на самую верхнюю секцию башни

¬ 1991 году был подготовлен проект надстройки дл€ креплени€ антенн ” ¬-„ћ [8]. ќбща€ схема башни, приведЄнна€ в этом проекте, повтор€ет схему 1947 года [8, лист 2]. ¬ частности, на ней не указаны дополнительные промежуточные кольца жЄсткости, установленные в 1973 году, технологические площадки на уровн€х 50, 75, 100, 125 м и др.

“аким образом, общие сведени€ о геометрии башни, приведЄнные в доступной документации, основаны на обмере 1947 года и не отражают современного состо€ни€ объекта. ѕоэтому основным источником данных дл€ создани€ 3D-модели стали результаты трехмерного лазерного сканировани€ башни, которое было выполнено нами в конце 2011 года. ƒокументаци€ 1947 года используетс€ как вспомогательный материал.

”становка трехмерного сканера на отметке +142 м.

¬ декабре 2011 года нами было выполнено трЄхмерное лазерное сканирование башни с использованием сканеров Leica ScanStation 2 и FARO Focus3D. ѕолевой этап длилс€ три дн€, было сделано семь сканерных станций (три на поверхности земли в 5-10 м от башни, одна на поверхности земли в центре башни, и три на технологических площадках, расположенных на разных уровн€х башни — 100, 125 и 141 м). “очность взаимного ориентировани€ сканов составила 7 мм, итогова€ модель содержит около 100 млн. точек. ћодель была прив€зана к реперам в основании башни, а также к пунктам опорной геодезической сети ћосквы.

—тереовидеосъемка элементов конструкции башни

¬ насто€щее врем€ завершено 3D-моделирование башни, на основе результатов лазерного сканировани€, а также доступной документации [3-8].

ƒл€ точного вписывани€ трЄхмерных моделей в облако точек примен€етс€ следующий метод. »з облака точек выдел€етс€ часть, соответствующа€ отдельному элементу (например, швеллеру). ќпредел€ютс€ кра€ элемента, и проводитс€ средн€€ лини€. ѕерпендикул€рно ей через каждые 2-3 м стро€тс€ секущие слои толщиной 1 см. ѕо точкам, попавшим в секущий слой, вручную выставл€етс€ заранее известное сечение элемента (например, сечение швеллера N 14). “аким образом, получаетс€ набор из 10-12 сечений, по которым затем «выдавливаетс€» профиль. ѕодобный метод позвол€ет моделировать кручение, изгиб металлоконструкций. —редн€€ точность «вписывани€» трЄхмерной модели элемента в облако точек, достигаема€ таким методом, составл€ет 4-8 мм.

ќблако точек — первичный результат лазерного сканировани€

“аким образом, средн€€ точность построенной 3D-модели башни, по предварительным оценкам, составл€ет около 1 см в единой системе координат.

“вердотельна€ модель Ўуховской башни, построенна€ по данным 3D сканировани€

Ћазерное сканирование башни, выполненное в ходе работ, позволило зафиксировать общую геометрию конструкции с высокой точностью и пространственным разрешением. ѕолученное облако точек €вл€етс€ наиболее полной первичной 3D-документацией геометрии башни. 3D-модель башни, котора€ разрабатываетс€ в результате проекта, веро€тно, станет наиболее точной и детальной из существующих моделей.

÷ифрова€ модель, созданна€ в результате проекта по 3D лазерному сканированию, существенно упрощает доступ к данным о конструкции башни, и позвол€ет привлечь широкий круг исследователей, в том числе зарубежных, к историческому и техническому анализу. ¬ частности, она позвол€ет выделить все элементы башни, не отражЄнные в доступной архивной документации, и таким образом поставить р€д вопросов дл€ дальнейшего исторического исследовани€.

“вердотельна€ модель Ўуховской башни, фрагмент

—оздание цифровых 3D-моделей выдающихс€ пам€тников архитектуры, произведений искусства, образцов техники — это мировой тренд. “ехнологии виртуального наследи€ (Virtual Heritage), представленные в данной статье на примере 3D-модели Ўуховской башни, позвол€ют сохранить информацию об уникальных объектах дл€ будущих поколений, внос€т неоценимый вклад в попул€ризацию науки и техники.

3D модель Ўуховской башни, вид снизу

јвторы благодар€т за помощь директора »»≈“ –јЌ ё. ћ. Ѕатурина, генерального директора ћ–÷ –“–—  . “.  удр€вцева, директора ¬√“–  ќ. Ѕ. ƒобродеева, а также —. јлександрова, ≈. Ќ. јшарина, ѕ. ј. »ваницкого, ћ. ё.  аневского, Ћ. Ѕ.  овалЄву, —. ».  отельникова, ¬. ј.  онышева, ƒ. ¬. Ћиновского, ». ј. ѕетропавловскую, √. –. Ўел€пину.

јвторы: јникушкин ћ. Ќ., Ћеонов ј. ¬. ќ первых результатах лазерного сканировани€ и 3D-моделировани€ Ўуховской башни на Ўаболовке (сокращЄнна€ верси€) // “руды XVIII годичной научной конференции, посв€щЄнной 80-летию »»≈“ –јЌ, 17-19 апрел€ 2012 г., ћосква. — 2012. — прин€та в печать.

Ћитература
[1]. ѕетропавловска€ ». ј. Ѕашн€ радиостанции на Ўаболовке // ¬. √. Ўухов (1853‒ 1939). »скусство конструкции / ѕер. с нем. ћ.: ћир, 1994, с. 92‒103.

[2]. ѕетропавловска€ ».ј. Ўаболовска€ башн€ в ћоскве (1919–2013). (ѕроекты реконструкции) // √одична€ научна€ конференци€, посв€щенна€ 120-летию со дн€ рождени€ —.». ¬авилова »»≈“ им. —.». ¬авилова –јЌ (2011). ћ.: »зд-во «янус‒ », 2011, с. 560‒563.

[3]. Ўабловска€ радио-башн€ системы инж. Ўухова. ¬ысота 150 мт. ѕроект 1919 г. // јрхив –јЌ. ‘. 1508. ќп. 1. ƒ. 85. Ћ. 1.

[4]. —етчата€ башн€ системы »нженера ¬. √. Ўухова. ¬ысота башни = 150 metr. дл€ безпроволочного телеграфа. ‘ундамент. 1921 г. // –√јЌ“ƒ. ‘. 166. ќп. 1. ƒ. 36. Ћ. 1.

[5]. ¬ерхнее кольцо 2й секции радио-башни. 1921 г. // –√јЌ“ƒ. ‘. 166. ќп. 1. ƒ. 36. Ћ. 2.

[6]. ќбследование металлоконструкций башни системы Ўухова ћосковского телевизионного центра. 1947 г. // јрхив ÷Ќ»»ѕ—  им. ћельникова. Ўифр 281.

[7]. ќпределение несущей способности металлоконструкций телебашни системы Ўухова и составление заключени€ о возможности еЄ дальнейшей эксплуатации. 1971 г. // јрхив ÷Ќ»»ѕ—  им. ћельникова. Ўифр ќ–»—-569.

[8]. ћеталлоконструкции надстройки башни Ўухова дл€ креплени€ антенн ” ¬-„ћ. 1991 г. // јрхив ÷Ќ»»ѕ—  им. ћельникова. Ўифр 20-‘ 5720-1- ћ.

 омментариев: 2
id 7544     24 августа 2012, 21:20
 a_schelyaev
R сожалению в статье не уделено внимани€ тем инструментам, которые использовались во врем€ полевых работ - лазерным сканерам.
ѕоказаны два основных игрока на рынке сканеров от компаний Faro и Leica. ѕричем, тут можно сравнить размеры обоих сканеров. Ќапример, сканер ‘аро в свое врем€ произвел эффект разорвавшейс€ бомбы, т.к. его габариты были минимизированы очень и очень серьезно и в его классе точности и дальности что-то схожее найти было нельз€.
¬торой компонентной успеха таких решений €вл€етс€ технологи€, где роль человека сводитс€ к роли грузчика. —канер на треноге размещаетс€ вдоль сканируемого объекта и выполн€етс€ несколько сканов. Ќа каждой точке сканируетс€ все в зоне 120 метров. ≈сли нужно сканы сшить, то перед сканированием на объекте размещаютс€ маркеры - магнитные сферы или маркерные рисунки. ѕотом по ним софт автоматически сшивает сканы в единое облако. —канирование на одной точке занимает 2 минуты времени.
—прос на миниатюрные сканеры настолько велик, что сегодн€, например, компани€ Faro имеет очередь заказов на несколько мес€цев вперед, а сами сканеры покупаютс€ промышленностью, перепродаютс€ (!!!) и сдаютс€ в аренду.

ќтветить   ÷итировать выделенное

id 10569     18 апрел€ 2013, 0:13
 јнна
Ѕольшое спасибо јникушкину ћихаилу Ќиколаевичу, √енеральному директору ќќќ Ђ“риметариї за предоставление информации по башне Ўухова в личном пор€дке.
Ётот неоценимый вклад в студенческое моделирование объектов - пам€тников.
јнна, Ќ√ј’ј г. Ќовосибирск

ќтветить   ÷итировать выделенное


ѕол€, помеченные * об€зательны дл€ заполнени€

  »м€ *

  e-mail

  web

¬ы можете ввести не более 3000 символов, осталось:

¬ведите
первые 3 символа:

 *

ќбновить



    


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: ƒети, роботы, труд, май
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2022 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.