Μοντελοποίηση γεωμετρικών και μη γεωμετρικών επιφανειών με τη χρήση χωροεικονογεωδαιτικών σταθμών

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μοντελοποίηση γεωμετρικών και μη γεωμετρικών επιφανειών με την χρήση των χωροεικονογεωδαιτικών σταθμών. Για τον σκοπό αυτό έγιναν οι απαραίτητες μετρήσεις και εργασίες γραφείου. Το σύνολο της εργασίας παρουσιάζεται σε έξι κεφάλαια: Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται και αναλύονται οι χωροεικονογεωδαιτικοί σταθμοί που χρησιμοποιήθηκαν για την περάτωση των αναγκαίων μετρήσεων και συγκρίνονται μεταξύ τους. Παρουσιάζονται επίσης τα πλεονεκτήματα τους σε σχέση με τα Laser Scanner. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται η μέθοδος Monte Carlo και γίνεται η εφαρμογή της σε 2 θεωρητικές γεωμετρικές επιφάνειες, μια σφαίρα και ένα επίπεδο. Παρουσιάζονται η αβεβαιότητα προσδιορισμού των συντεταγμένων και οι αβεβαιότητες προσαρμογής επιφάνειας για κάθε μία από τις θεωρητικές επιφάνειες εξαρτώμενες από την αβεβαιότητα του οργάνου και την απόσταση σάρωσης. Τέλος αναλύεται ο υπολογισμός των παραμέτρων σάρωσης. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύεται το πείραμα που πραγματοποιήθηκε σαρώνοντας δυο αντικείμενα, μια σφαίρα και ένα ορθογωνικό δοκίμιο. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα του πειράματος και η σύγκρισή τους με της πρότυπες διαστάσεις τους. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται όλες οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν για την σάρωση του κρατήρα του ηφαιστείου και την δημιουργία του τριδιάστατου μοντέλου του, των κατακόρυφων και των οριζόντιων τομών. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται συνοπτική παρουσίαση της εξέλιξης της ταχείας κατασκευής πρωτοτύπων (τριδιάστατη εκτύπωση), και παρουσιάζεται η κατασκευή του τριδιάστατου μοντέλου του κρατήρα του ηφαιστείου της Νισύρου. Στο έκτο και τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την εκτέλεση της παρούσας διπλωματικής εργασίας, κάποιες προτάσεις καθώς και η χρονική διάρκεια της εργασίας.

The subject of this thesis is the modeling of geometric and non geometric surfaces by using spatial-imaging stations. For these purposes the necessary measurements and the appropriate calculations are carried out. The whole work is presented in six chapters: The first chapter presents, analyzes and compared the characteristics of the spatial-imaging stations that used for the completion of the necessary measurements. The Trimble VX spatial station and the Topcon IS are used. Also a comparison is achieved between the spatial-imaging stations and the Laser Scanners. The second chapter discusses the Monte Carlo method and its application on the geometric surfaces of a sphere and a plane. The uncertainty of the coordinates and uncertainties of area adjustment for both surfaces are calculated based on the theoretical measurement uncertainty of the instrument and the scanning distance. Finally the calculation of the scanning parameters is analyzed namely, the scanning step. In the third chapter the experiment is described. Two objects, a ball and a rectangular specimen are scanned by using both the total stations. The experiment results are presented and a comparison is carried out between the extracted model and the real accurate dimensions of them. The fourth chapter presents all the procedures followed for the scanning of Stefanos crater of Nisyros volcano. The creation of a three-dimensional model and the extraction of the vertical and horizontal cross-sections of the crater in order to compare them to the ones which are measured at the site. The fifth chapter is a summary of the evolution of the rapid prototyping (three dimensional printing) and presents the construction of the three-dimensional model of the crater of the volcano of Nisyros at a scale of 1:2000 in one of these machines. Finally in the sixth chapter the conclusions drawn from the implementation of this thesis, some suggestions, as well as the duration of thesis are presented. 87 Some of the main results are: The theoretical analysis by using the method MC in geometric objects demonstrated that the uncertainty of adjustment ± 16mm can be achieved at scanning distance of 10m. The uncertainty depends on the uncertainty of measurement of angles and distances of the total station that be used, the scanning distance and the size of the object. The scanning of geometric surfaces was made with 3mm vertical and horizontal scanning step, while the theoretical analysis showed that 1cm scanning step is sufficient and can achieve the same uncertainty of adjustment of about ± 5mm. In implementing at the largest crater of the volcano of Nisyros, the choice of scanning step at 1m gave good results both at the crater’s geometry and the terrain’s representation. Nevertheless the use of 2m scanning step gave satisfactorily results, leading to the conclusion that for low accuracy works a large scanning step is sufficient to produce the desired results.