3D-Measurement of Pipe Geometry with Geosensors
Version: 1.3.8
Introduction
A new generation of pipe inspection cameras allow the operator to record the exact position, situation and the course of a pipeline directly during a standard survey: der camera crawler thus drives through the pipe whereas a built-in geo-sensor is recording the current coordinate position of the camera head in predefined short distance steps. The corresponding X-, Y- and Z-values then are sent directly to the computer, processed by WinCanVX and drawn by the VX modules Map und WinCan 3D.
The result of such a measurement finally provides the pipe course of a section with all the left/right deviations and altitude changes as it would look like in reality. It thus completes sensibly the classic pipe inspection report.
Prerequisites
Mind the following recommendations for hard- and software in order to get the 3D measurement done smootly within WinCanVX:
Hardware:
Processor: INTEL Core i5 or higher
Graphic board: NVIDIA GeForce 9 series or higher, with at least two graphic ports (DVI or Display Port) allowing the connection of two monitors
RAM: 8 GB or more.
Video capture board: VITEC board (PCI or PCI-Express), MobileCap124 (USB) or other WDM based recording devices
Camera equipment: Crawler with built-in 3D-Geosensor (IBAK 3D GS, Rausch Latras or iPEK 3D)
Software:
Operating system: Windows 8 / Windows 10 (64 bit), all updates included.
Software: WinCanVX; version 1.2021.10.3 or higher
Module MapVX: real time drawing of the section geometry, based on the coordinate values.
Module WinCan 3D: drawing and 3D-visualization of the whole pipeline network, based on the coordinate values recorded for each section.
Hardware configuration
The corresponding measuring system has to be configured under Home > Settings. The configurations described below refer to the systems which are currently available and supported by WinCanVX.
Konfiguration im Falle einer Anlage von IBAK:
Run the command Home > Settings, go to the category OSD and select the device EDE 7 as well as the corresponding COM-port (1):
Next switch to the category 3D-Measurement, reselect the same device and activate the option Select start direction. Select compellingly another COM-port (e.g. COM2 or COM3).
Important: in case the virtual device IBAK-SoftControl has been installed, you must select this one in the categories Live-Video, Textgenerator as well as 3D-Measurement.
The option Show button for hydrostatic measurement is only used in case you are asked to provide accurate measurements of the manhole altitudes (i.e. altitude above sea level of the manhole ground).
Finally confirm all settings and restart WinCanVX.
Configuration of an equipment from Rausch:
Run the command Home > Settings, go to the category OSD and select the device Visatec-WKI as well as the corresponding COM-port:
Next switch to the category 3D-Measurement and reselect the same device. The equipment from Rausch works without activation of any additional option (1).
A built-in compass gadget allows the user to get the camera crawler precisely orientated to the north.
Finally confirm all settings and restart WinCanVX.
Software configuration
Sind die Einstellungen korrekt und wird der Lagesensor entsprechend erkannt, startet WinCan VX das 3D Modul nach dem Öffnen oder Erstellen eines Projektes automatisch. Ist dies nicht der Fall, müssen Sie die Konfiguration nochmals prüfen:
Verfügt das Einblendgerät (OSD) nur über einen Distanzzähler, zur Anzeige der Haupt- sowie der SAT-Distanz, müssen Sie das OSD-Fenster über den Konfigurationsmodus (1) um eine zusätzliche Schaltfläche erweitern:
Wählen Sie im darauffolgenden Funktionenfenster die Schaltfläche Distanzzähler nicht umschalten und ziehen Sie diese mit gedrückter linker Maustaste ins OSD-Fenster:
Speichern Sie diese Änderung über den entsprechenden Kontextmenübefehl (3) und betätigen Sie nochmals den Befehl Konfigurationsmodus (4), um diesen zu verlassen.
Die Funktion ist nun einsatzbereit und lässt sich mittels Mausklick ein- und ausschalten:
Benutzen Sie eine Stosskamera mit integriertem Geosensor, müssen Sie diese Schaltfläche immer betätigen.
Messung vorbereiten
Bei den Koordinaten, welche vom Lagesensor geliefert werden, handelt es sich um relative Koordinaten, welche jeweils von einem Nullpunkt (0/0/0) ausgehen.
Wurden die Start- und Endpunkte (Schächte, Anschlusspunkte oder Bauwerke) jedoch über einen Lageplan mit integriertem Koordinatensystem (DXF-Plandatei) oder über eine GIS-Punkteebene (Schachtebene im SHP-Format) manuell gesetzt, erhalten diese automatisch die jeweiligen Koordinatenpositionen.
Schächte und Anschlusspunkte positionieren Sie am leichtesten direkt in WinCan-Map (2-dimensional); WinCan 3D (3-dimensional), ist später ebenfalls in der Lage, diese Position aufgrund der Koordinatendaten korrekt wiederzugeben.
Schächte in Map VX positionieren
Erstellen Sie die zu inspizierenden Haltungen in WinCan und füllen Sie alle gelben Felder aus. Starten Sie anschliessend WinCan Map: Sie werden automatisch nach dem Projektionssystem (Bsp. Schweiz = EPSG:21704 oder EPSG:2056; Deutschland = EPSG:4839 oder EPSG:5243 u.a.) sowie einem DXF-Plan als Referenzebene gefragt. Letztere dient zur genauen Positionsbestimmung der Schächte:
Der DXF-Plan wird nun im Kartenfenster angezeigt. Um Schächte auf dem Plan zu platzieren, gehen Sie wie folgt vor:
Wählen Sie im Legendenfenster die Ebene WinCan_Schächte aus und betätigen Sie anschliessend den Befehl Werkzeuge>Zeichnen (1). Dies blendet den Zeichnungsbereich im rechten Teil des Map-Fensters ein (2):
Markieren Sie nun die gewünschten Schächte aus dieser Gruppe, aktivieren Sie die Funktion Werkzeuge>Einrasten mit und wählen Sie den DXF-Plan als Einrastebene (3) aus:
Aktivieren Sie dann das Zeichnungswerkzeug Punkt zeichnen (4) und zeichnen Sie die Schachposition an der gewünschten Stelle auf dem Plan ein.
Die Schächte sind nun auf der Karte eingetragen und deren Koordinaten in der Datenbank gespeichert.
Wurden in WinCanVX noch keine Schächte erfasst, können Sie einen solchen als neuen Punkt der Ebene WinCan_Schächte in MapVX an der gewünschten Stelle auf dem DXF-Plan einzeichnen und mit dieser Zeichnungsebene einrasten lassen.
Geben Sie dann im nachfolgenden Dialogfenster den gewünschten Schachtnamen ein und bestätigen Sie diesen:
Die Schachtkoordinaten werden in beiden Fällen automatisch dem Projektionssystem des hinterlegten DXF-Plans entnommen.
Vergewissern Sie sich, dass Sie die Kamera im entsprechenden Schacht platziert haben, wo Sie mit der 3D-Verlaufsmessung beginnen wollen und wechseln Sie zum Programm WinCanVX.
Map bleibt dabei geöffnet und wird ihnen in Echtzeit den Messfortschritt anzeigen.
Messung durchführen
Der allgemeine Ablauf bei der 3D-Vermessung gliedert sich in folgende Schritte:
1.) Erstellen Sie ein neues Projekt und legen Sie eine erste Haupthaltung an.
2.) Stellen Sie sicher, dass mindestens die nachfolgenden Haltungs- bzw. Inspektionsfelder ausgefüllt sind:
Haltungsname
Schacht oben (Bsp. T10)
Schacht unten (Bsp. T11)
Profilart (Kreis, Reckteck, Ei…)
Durchmesser
Inspektionsrichtung
3.) Schalten Sie die Kamera ein und betätigen Sie den Aufnahmeknopf, um die Videoaufnahme zu starten. Während der Befahrung zeichnet die Software nun neben der Videoaufnahme in kurzen Abständen die jeweiligen Positionsangaben (X/Y/Z) der Kamera fortlaufend auf.
4.) Betätigen Sie die 3D-Schaltfläche und legen Sie die Messrichtung der Kamera fest (vorwärts oder rückwärts). Dieses Dialogfenster erscheint nur, wenn die Startdistanz grösser als 0 m ist:
5.) Als nächstes erfolgt die Angabe zur Fahrtrichtung, die der Blickrichtung der Kamera im Rohr bei Messbeginn entsprechen muss. Verschieben Sie dazu einfach den Richtungspfeil in Form eines Uhrzeigers mit gedrückte linker Maustaste an die gewünschte Uhrposition:
6.) Bei Kameraanlagen der Firma RAUSCH müssen Sie die Nordrichtung des Fahrwagens über die entsprechende Schaltfläche (4a) kalibrieren.
7.) Erfassen Sie eine erste Beobachtung, um den Haltungsanfang festzulegen.
8.) Fahren Sie durch das Rohr und beschreiben Sie allfällige Schäden wie gewohnt.
9.) Erfassen Sie sämtliche Anschlüsse (Satelliten): die Befahrung dieser Nebenleitungen können Sie nach Abschluss der Befahrung der Hauptleitung vornehmen.
10.) Erfassen Sie eine letzte Beobachtung, um das Haltungsende oder den Abbruch der Inspektion festzulegen: nach der Bestätigung des entsprechenden Beobachtungscodes wird die 3D-Messung automatisch abgeschlossen. Die manuelle Betätigung der 3D-Schaltfläche schliesst die Messung ebenfalls ab.
Messung in beide Richtungen (vorwärts und rückwärts)
Drücken Sie am Rohrende nochmals die 3D-Schaltfläche, um eine zusätzliche Messung in Rückwärtsrichtung durchzuführen. Diese wird automatisch beendet, sobald die Kamera 0 Meter erreicht. Anschliessend erscheint eine Meldung, ob die Rückwärtsmessung als massgebende Geometrie für den Rohrverlaufs verwendet werden soll oder nicht:
Klicken sie auf Nein, wenn Sie die Verlaufsmessung in Vorwärtsrichtung beibehalten möchten. Mit Hilfe des Kontextmenübefehls Haltungsmessungen anzeigen, können Sie jederzeit beide Verlaufsmessungen zur ausgewählten Haltung aufrufen und die massgebende Geometrie entsprechend umschalten:
Während der Inspektion zeichnet Map im Hintergrund den Leitungsverlauf automatisch ein. Ist Map bereits geöffnet, können Sie zudem diese Aufzeichnung auf der Karte in Echtzeit mitverfolgen. Dabei muss zwingend ein Plan im DXF-Format als Hintergrundebene vorliegen:
Fahren Sie mit der Kamera zurück, sobald Sie das Rohrende protokolliert und die Videoaufnahme abgeschlossen haben. Richten Sie beim Zurückfahren Ihr Augenmerk nun auf die Position der vorhandenen Anschlüsse.
Sobald sich die Kamera beim Anschlusspunkt befindet, erscheint eine entsprechende Hinweismeldung auf dem Bildschirm:
Bestätigen Sie diese Meldung und erstellen Sie an der aktuellen Stelle eine neue Anschlussleitung, (1) indem Sie in der SAT-Spalte auf den entsprechenden grauen Punkt (2) doppelklicken:
Das nachfolgende Dialogfenster listet bereits erfasste (jedoch noch nicht verknüpfte) Anschlussleitungen auf und erlaubt Ihnen zudem, einen neuen Anschluss zu erfassen:
Füllen Sie mindestens die nachfolgenden Felder aus und speichern den Datensatz anschliessend:
Haltungsname
Schacht oben
Schacht unten
Profilart
Durchmesser
Inspektionsrichtung
Kontrollieren Sie, ob der Satelliten-Distanzzähler auf 0 gesetzt ist.
Richten Sie vor Beginn der 3D-Messung die Satellitenkamera auf die Achse des Hauptrohrs aus. Der Kamerakopf darf sich keinesfalls bereits in der Anschlussleitung befinden.
Stellen Sie die Blickrichtung der Kamera (1) in unmittelbarer Nähe des Einlaufs wie nachfolgend abgebildet ein:
Starten Sie die 3D-Messung (2) und führen Sie die Kamera erst danach in die Anschlussleitung (3) ein.
1.) Klicken Sie auf die Aufnahmeschaltfläche (1).
2.) Starten Sie die 3D-Messung über die entsprechende Schaltfläche (2).
3.) Geben Sie die Anfangsbeobachtung ein, bewegen Sie den Kamerakopf weiter durch das Rohr und protokollieren Sie alle Schäden.
4.) Tragen Sie am Leitungsende die letzte Beobachtung ein (4).
5.) Schliessen Sie den Messvorgang über die 3D-Messschaltfläche ab (2).
6.) Ziehen Sie nun die Satellitenkamera aus der Anschlussleitung. Sobald der Meterzähler den Wert 0 erreicht, erscheint die nachfolgende Meldung:
7.) Mit einem Klick auf die Pfeilschaltfläche gelangen Sie zurück zur Haupthaltung.
Fahren Sie nun in der Haupthaltung weiter zurück, bis Sie zum nächsten Anschluss gelangen und wiederholen Sie die 3D-Messung.
Fahren Sie nun mit dem Fahrwagen aus der Haupthaltung. Sobald der entsprechende Meterzähler den Wert 0 anzeigt, erscheint die nachfolgende Meldung:
Position von Leitungen und Schächten anpassen
Grundsätzlich liefert der Geosensor verlässliche Daten zum Verlauf der Leitung; diese können Sie dem Endkunden (Ingenieurbüro) im Massstab 1:1 weitergeben.
Unter Umständen müssen Sie jedoch die Position der vermessenen Leitung sowie deren Anschlusspunkte in Bezug auf den verfügbaren Hintergrundplan in Map anpassen. Gehen Sie dazu wie folgt vor:
Wählen Sie in der Legende die Ebene WinCan_Haltungen
Markieren Sie die zu bearbeitende Leitung.
Legen Sie den DXF-Plan als Einrastebene fest.
Wählen Sie das Werkzeug Allgemein>Verschieben, um die gesamte Leitung oder einen Schacht an eine andere Stelle zu schieben.
Wählen Sie das Werkzeug Allgemein>Drehen, um nur den Endpunkt der Leitung an die gewünschte Stelle zu verschieben. Der Startpunkt der Leitung wird somit zum Drehpunkt.
Beim Drehen und Verschieben rastet nun die Leitung oder der Schacht an den entsprechenden Referenzlinien und -punkten auf dem DXF-Plan ein. Geometrie und Länge der Leitung bleiben dabei immer gleich und ergeben sich aus der vorgängig durchgeführten Verlaufsmessung.
Nachbearbeitung in WinCan 3D:
Die digitalisierten Schächte werden nun auch im Modul WinCan 3D an der gewünschten Stelle angezeigt. Wählen Sie die Option Karte>Karte laden, um den DXF-Plan zu hinterlegen.
Die Frage, ob Sie die DXF-Koordinaten übernehmen wollen, müssten Sie mit Ja bestätigen. Dies lässt sich auch nachträglich über den Menübefehl Karte>WinCan MQ-Übersetzung benutzen aktivieren:
Um den gemessenen Leitungsverlauf nachbearbeiten zu können, aktivieren Sie die Auswahlfunktionen (1), markieren Sie mit der rechten Maustaste die gewünschte Leitung (2) und rufen Sie den Kontextmenübefehl Pfad bearbeiten auf:
Auf der rechten Seite (1) stehen nun mehrere Bearbeitungswerkzeuge zur Verfügung. Sobald Sie einen oder mehrere Messpunkte ausgewählt haben, wird die Werkzeugleiste aktiviert. Halten Sie während der Punkteauswahl die Ctrl-Taste gedrückt, um eine Punkteserie auszuwählen.
Um den Originalzustand wiederherzustellen, klicken Sie auf den folgenden Knopf, wählen die gewünschte Messung (vorwärts oder rückwärts) und bestätigen mit OK:
Datenexport
Die Messdaten können als DXF-Datei exportiert werden. Rufen Sie dazu den Menübefehl Datei>DXF-Export auf:
Höhenprofil (2D) anzeigen
Um das Höhenprofil (Z-Koordinate) einer Messung anzuzeigen, wählen Sie als erstes das gewünschte Objekt und klicken anschliessend auf Ansicht->2D Profil anzeigen:
