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3D-Messung des Leitungsverlaufs mit Geosensoren

Version: 2.4

Datum: 17.08.2023

Einführung

Mit Hilfe einer neuen Generation von Inspektionskameras besteht die Möglichkeit, Position, Lage und Verlauf einer Leitung während der Inspektion punktgenau aufzunehmen: der Kamerafahrwagen fährt dabei durch die Leitung und der integrierte Geosensor ermittelt in genau festgelegten Abständen die aktuelle räumliche Koordinatenposition der Kamera. Die X, Y und Z-Werte werden dann über die Kamera direkt an WinCanVX gesendet und im Hintergrund in den beiden VX-Modulen MapVX und WinCan 3D synchron aufgezeichnet.

Das Resultat einer solchen Messung liefert ein 1:1-Abbild des Rohrverlaufs, wobei jede Krümmung und jede Höhenänderung realitätsgetreu wiedergegeben werden und somit den klassischen Kanalinspektionsbericht sinnvoll ergänzen.

Voraussetzungen

Für die reibungslose Durchführung von 3D-Geodatenaufzeichnungen mit WinCan VX gelten die nachfolgenden Hard- und Softwareanforderungen:

Hardware:

• Prozessor: INTEL Core i5 oder höher

• Grafikkarte: NVIDIA GeForce 9 series oder höher, mit mindestens zwei Ausgängen (DVI oder Display Port) für den Anschluss von zwei Monitoren

• RAM: 16 GB oder höher.

• Videokarte: VITEC Karte (PCI oder PCI-Express), MobileCap124 (USB) oder andere WDM fähige Aufnahmegeräte

• Kamera: Fahrwagen mit integriertem 3D-Geosensor (iPEK 3D, IBAK, 3D GS oder Rausch, Latras)

Software:

• Betriebssystem: Windows 10 / Windows 11, 64 bit, alle Windows-Updates installiert

• Software: WinCanVX; Version 1.2023.15.X oder höher

• Softwaremodule:

  • Map: Modul zur koordinatenbasierten Darstellung des Leitungsnetzwerks

  • WinCan 3D: Modul zur koordinatenbasierten und räumlichen Darstellung des Leitungsnetzwerkes

Einstellungen in WinCan VX

Vor Beginn der eigentlichen Verlaufsmessungen muss der Operateur verschiedene Einstellungen im Programm WinCanVX sowie im Modul Map vornehmen.

Damit ist gewährleistet, dass beide Programme während der Erfassung und Vermessung der Haltungen und Anschlussleitungen jederzeit verlässliche und eindeutig interpretierbare Ergebnisse liefern. Die nachfolgenden Unterkapitel beschreiben als erstes alle nötigen Einstellungen in WinCanVX.

Einstellungen der Hardware

Das Messsystem des Kameraherstellers muss in WinCanVX unter Allgemein > Einstellungen konfiguriert werden. Nachfolgend sind die Einstellungen für alle bislang unterstützten und verfügbaren Anlagen beschrieben:

Anlage von IBAK

Wählen Sie unter Allgemein > Einstellungen > Textgenerator das Einblendgerät EDE 7 sowie den entsprechenden COM-Anschluss aus:

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Wechseln Sie dann zur Kategorie Allgemein > Einstellungen > 3D Messung, wählen Sie dasselbe Gerät nochmals aus und aktivieren Sie die Option Startrichtung auswählen. Wählen Sie zwingend einen anderen COM-Anschluss aus (Bsp. COM2 oder COM3).

Führen Sie nach Abschluss der Konfiguration einen Neustart von WinCanVX durch.

Anlage von iPEK

Wählen Sie unter Allgemein > Einstellungen > Textgenerator das Einblendgerät DCX/VisionControl sowie den passenden COM-Anschluss aus:

Wechseln Sie dann zur Kategorie Allgemein > Einstellungen > 3D Messung und wählen Sie dasselbe Gerät nochmals aus. Die iPEK-Anlage arbeitet ohne die Aktivierung der beiden Zusatzoptionen (1).

Führen Sie nach Abschluss der Konfiguration einen Neustart von WinCanVX durch.

Anlage von Rausch:

Wählen Sie unter Allgemein > Einstellungen > Textgenerator das Einblendgerät WKI sowie den entsprechenden COM-Anschluss aus:

Wechseln Sie dann zur Kategorie Allgemein > Einstellungen > 3D Messung und wählen Sie dasselbe Gerät nochmals aus. Die Rauschanlage arbeitet ohne die Aktivierung der beiden Zusatzoptionen (1).

Eine im Gerät integrierte Kompassvorrichtung ermöglicht Ihnen die genaue Ausrichtung der Kamera nach Norden.

Führen Sie nach Abschluss der Konfiguration einen Neustart von WinCanVX durch.

Einstellung der Benutzeroberfläche

Wurden Textgenerator und Geosensorquelle richtig konfiguriert und vom System erkannt, startet WinCanVX automatisch den 3D-Messassistenten in einem zusätzlichen Fenster.

Sie können das bestehende Benutzerprofil unter Fenstereinstellungen > Measurement 3D jederzeit Ihren Bedürfnissen anpassen und unter einem neuen Namen abspeichern:

Ist entweder die Hardwarekonfiguration oder die Hardware selbst fehlerhaft, liefert der Messassistent einen entsprechenden Hinweis.

Kontrollieren Sie nochmals die Programmeinstellungen, starten Sie dann die Anlage neu und betätigen Sie die Schaltfläche Neu laden (1) im Assistenten.

Einstellung der Datenerfassung

Kontrollieren Sie vor jeder 3D-Verlaufsmessung zusätzlich die nachfolgenden Einstellungen in der Software WinCanVX.

Rufen Sie die Unterkategorie Allgemein > Einstellungen > Allgemein> Allgemeine Einstellungen aufund deaktivieren Sie die unten markierte Option:

Wechseln Sie zur Unterkategorie Allgemein > Einstellungen > Allgemein> Automatische Benennung und aktivieren Sie die unten markierte Option:

Wechseln Sie als letztes zur Unterkategorie Allgemein > Einstellungen > PlugIns, wählen Sie die PlugIn-Groupe AutoCreateConnections und aktivieren Sie die unten markierten Optionen (1 bis 4):

WinCanVX wird somit automatisch einen Datensatz für jeden Anschluss erstellen und diesen entsprechend den obigen Vorgaben benennen, sobald die Sie die Inspektion der Haupthaltung abgeschlossen haben.

Die Erstellung von Anschlüssen basiert auf Beobachtungen, deren OP-Codes auf Anschlüsse verweisen.

Einstellungen in Map

Das Programmmodul Map ist in der Lage den Messvorgang des 3D-Leitungsverlaufs in Echtzeit darzustellen. Zu diesem Zweck verlangt die Software vom Benutzer, dass er die nachfolgend beschriebenen Programmeinstellungen kontrolliert und entsprechend anpasst.

Aktivieren Sie unter Datei > Einstellungen > Allgemein die unten markierte Option (2). Ebenso können Sie den Befehl Ändern betätigen und das Standardprojektionssystem für Ihr Land oder Ihre Region festlegen (1):

Wählen Sie unter Datei > Einstellungen > Schachtvorlagen eine oder mehrere vordefinierten Vorlagen aus. Sobald Sie nun ein neues Objekt in der Schachtebene einzeichnen, erscheint ein angepasstes Dialogfenster mit den wichtigsten standardspezifischen Eingabefeldern:

Stellen Sie sicher, dass das Hauptregister 3D Messung aktiviert bleibt. Darin befindet sich ein begrenzter Satz von Befehlen, die sich einfach und schnell aufrufen lassen, wenn Sie den 3D-Messvorgang in Map vorbereiten oder steuern müssen:

Nachdem Sie ein Map-Projekt erstellt oder geöffnet haben, können Sie die Darstellungsart der Objekte (Bsp. Haltungen, Anschlüsse, Schächte, Inspektionen, Beobachtungspunkte etc.) der jeweiligen Ebenen auf dem Bildschirm auswählen. Dadurch werden die Geodaten sehr viel besser lesbar.

Betätigen Sie den entsprechenden Kontextmenübefehl wie unten abgebildet, um eine Liste vordefinierter Objektdarstellungen (Themen) zu laden und wählen Sie eine Darstellung, die den Kunden in Ihrem Land oder Ihrer Region am besten entspricht:

Der Kontextmenübefehl Thema für alle laden wendet eine ausgewählte Objektdarstellung (Thema oder Design) für alle Ebenen an.

Über den Kontextmenübefehl Eigenschaften anzeigen können Sie die Objektdarstellung für jede Ebene anpassen.

Der Kontextmenübefehl Thema für alle speichern speichert alle geänderten Eigenschaften in allen Ebenen entweder unter einem neuen oder demselben Themennamen.

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. Letzterer dient zur besseren Orientierung bei der 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.

Kontrolle der Höhen- bzw. Tiefenangaben

Eine verlässliche Berechnung des 3D-Rohrnetzes verlangt zwingend gültige Höhen- und Tiefenangaben in allen entsprechenden Haltungs- und Schachtfeldern:

• Tiefe des Rohranschlusses im oberen Schacht (Deckel bis Rohrsohle) (SECTION.OBJ_FromNodeDepth)

• Höhe der Rohrsohle über Meer im oberen Schacht (SECTION.OBJ_FromNodeInvert)

• Tiefe des Rohranschlusses im unteren Schacht (Deckel bis Rohrsohle) (SECTION.OBJ_ToNodeDepth)

• Höhe der Rohrsohle über Meer im unteren Schacht (SECTION.OBJ_ToNodeInvert)

• Höhe des Schachtdeckels über Meer (Z-Koordinate) (NODE.OBJ_Shape_WKT_Z)

• Gesamttiefe des oberen/unteren Schachts (Deckel bis Schachtsohle) (NODE.OBJ_DepthToInvert)

• Höhe der Schachtsohle über Meer für den oberen/unteren Schacht (NODE.OBJ_NodeInvert)

Die unten stehende Skizze zeigt die Bedeutung dieser Felder grafisch auf:

Legende:

Grün = von Ingenieurbüros/Tiefbauämtern gelieferte Werte

Braun = vom Operateur gemessene oder von Ingenieurbüros/Tiefbauämtern gelieferte Werte

Blau = vom Operateur gemessene Werte

Rot = von WinCanVX berechnete Werte (Befehl Werkzeuge > Schachthöhen berechnen)

3D-Verlaufsmessung für Hauptleitungen

Ab der WinCan-Version 1.2023.15.X wurde die Handhabung von Kameras mit 3D-Geosensoren benutzerseitig erheblich verbessert. Alle erforderlichen Vorbereitungen lassen sich über den 3D-Messassistenten schrittweise steuern. Somit stellen Sie sicher, dass die Software alle nötigen Angaben kriegt, um eine verlässliche Messung des 3D-Leitungsverlaufs durchzuführen.

Erstellen Sie ein neues Projekt und legen Sie eine erste Haupthaltung an. Füllen Sie dann alle gemäss Standardvorlage (ISYBAU, DWA oder VSA etc.) erforderlichen Haltungs- und Inspektionsfelder aus. Achten Sie dabei insbesondere auf die Höhen- bzw. Tiefenangaben in den nachfolgend markierten Feldern:

Wechseln Sie zur Objektkategorie Schächte und füllen Sie auch die erforderlichen Schachtfelder aus. Achten Sie wiederum auf die Höhen- bzw. Tiefenangaben in den nachfolgend markierten Feldern:

Nach der Dateneingabe können Sie das Prüfprogramm WinCan Validator starten, um die Gültigkeit der für eine korrekte 3D-Messung erforderlichen Werte zu prüfen. Ansonsten wird Sie der 3D-Messassistent dazu auffordern.

Schalten Sie die Kamera ein und setzen Sie den Hauptdistanzzähler auf 0.00 m. Anschliessend startet der 3D-Messassistent in einem zusätzlichen Fenster. Befolgen Sie zwingend alle darin eingeblendeten Vorschläge und Hinweise:

1.) Legen Sie gemäss den Angaben im Assistenten, sowohl den Einführungspunkt der Kamera als auch Sie die Messrichtung (vorwärts oder rückwärts) fest.

2.) Im nächsten Schritt weist Sie der Assistent darauf hin, allfällige fehlende oder falsche Höhen- bzw. Tiefenangaben zu überprüfen, die das Prüfprogramm WinCan Validator automatisch erkannt hat.

3.) Als nächstes erfolgt die Angabe zur Fahrtrichtung der Kamera bei Messbeginn. Verschieben Sie dazu die Kompassnadel im Assistenten mit gedrückte linker Maustaste an die gewünschte Position und folgen Sie dabei dem roten Richtungspfeil in Map. Als Bezugspunkte dienen dabei die Angaben auf dem DXF-Plan:

4.) Als nächstes müssten Sie die Werte für die OFFSET-Stellung sowie die Vorgabe der Kamera eingeben:

• OFFSET: Distanz zwischen Kamerakopf und Rohranfang.

• Vorgabe: Distanz zwischen Kamerakopf und Startpunkt der Inspektion.

5.) Betätigen Sie im letzten Schritt des Assistenten den grünen START-Knopf für die 3D-Messung und anschliessen den roten Videoaufnahmeknopf:

6.) Geben Sie die Startbeobachtung ein, fahren Sie mit der Kamera durch die Haupthaltung und erfassen Sie allfällige weitere Beobachtungen/Schäden. Während der gesamten Befahrung zeichnet die Software nun neben der Videoaufnahmen in kurzen Abständen die jeweiligen Positionsangaben (X/Y/Z) der Kamera fortlaufend auf.

7.) Geben Sie die Endbeobachtung ein, sobald die Kamera das Rohrende bzw. das Inspektionsziel erreicht hat, und stoppen Sie die 3D-Messung.

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.

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:

3D-Verlaufsmessung für Anschlussleitungen (Satelliten)

Bestätigen Sie diese Meldung und lassen Sie über den Befehl AutoCreate Laterals (1) an den jeweiligen Beobachtungspositionen automatisch eine neue Anschlussleitung erstellen:

Die SAT-Spalte (2) zeigt dann die dazu gehörigen Verknüpfungssymbole an. Ein Doppelklick auf das gewünschte Symbol springt zur Kategorie Anschlüsse und markiert dort die zu inspizierende Leitung:

Schalten Sie die SAT-Kamera ein und setzen Sie den SAT-Distanzzähler auf 0.00 m. Dies startet erneut den 3D-Messassistenten. Befolgen Sie zwingend alle darin eingeblendeten Vorschläge und Hinweise:

1.) Legen Sie gemäss den Angaben im Assistenten sowohl den Einführungspunkt der Satellitenkamera (Bsp. Anschlusspunkt unten) als auch Sie die Messrichtung (vorwärts oder rückwärts) fest.

2.) Als nächstes erfolgt die Angabe zur Fahrtrichtung der Kamera bei Messbeginn. Verschieben Sie dazu die Kompassnadel im Assistenten mit gedrückte linker Maustaste an die gewünschte Position und folgen Sie dabei dem roten Richtungspfeil in Map. Als Bezugspunkte dienen dabei die Angaben auf dem DXF-Plan:

3.) Bewegen Sie den Fahrwagen an die Stelle, wo die Anschlussleitung ins Hauptrohr einmündet, und legen Sie die Blickrichtung der Satellitenkamera fest, wie im Assistenten angezeigt:

4.) Als nächstes müssten Sie die Werte für die OFFSET-Stellung sowie die Vorgabe der Kamera eingeben:

• OFFSET: Distanz zwischen Kamerakopf und Rohranfang.

• Vorgabe: Distanz zwischen Kamerakopf und Startpunkt der Inspektion.

5.) Betätigen Sie den grünen START-Knopf für die 3D-Messung und anschliessend den roten Videoaufnahmeknopf:

6.) Geben Sie die Startbeobachtung ein, stossen Sie die Kamera durch die Anschlussleitung und erfassen Sie allfällige weitere Beobachtungen/Schäden.

7.) Geben Sie die Endbeobachtung ein, sobald die Kamera das Rohrende bzw. das Inspektionsziel erreicht hat, und stoppen Sie die 3D-Messung. Ziehen Sie die SAT-Kamera aus der Anschlussleitung bis zur Ausgangsposition:

Ein Klick auf die Pfeilschaltfläche führt Sie zurück zur entsprechenden Haupthaltung.

Nehmen Sie die Rückwärtsfahrt in der Haupthaltung wieder auf, bis die Kamera die nächste Anschlussleitung erreicht hat und wiederholen Sie die Schritte 1 bis 7.

Eine abschliessende Meldung weist den Benutzer darauf hin, dass der Fahrwagen nun den Startpunkt der Haupthaltung erreicht hat:

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:

1. Wählen Sie in der Legende die Ebene WinCan_Haltungen

2. Markieren Sie die zu bearbeitende Leitung.

3. Legen Sie den DXF-Plan als Einrastebene fest.

4. Wählen Sie das Werkzeug Allgemein>Verschieben, um die gesamte Leitung oder einen Schacht an eine andere Stelle zu schieben.

5. 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.

Darstellung in WinCan 3D:

Das Modul WinCan 3D liefert abschliessend ein dreidimensionales Bild des mit dem GeoSensor inspizierten Rohrnetzwerks. Dies ist vor allem wichtig für die Kontrolle, ob die gemessenen Rohrverläufe auch wirklichkeitsgetreu wiedergegeben werden.

Wählen Sie den Befehl Karte > Karte laden, um dem Rohrnetzwerk einen DXF-Plan zu hinterlegen. Auch wenn dieser nur zweidimensional angezeigt wird, hilft er dem Endbenutzer bei der räumlichen Orientierung sowie der Lokalisierung der inspizierten Objekte:

Datenexport

Die Rohrgeometrie lässt sich über den Befehl Datei > DXF-Export auch als DXF-Datei exportieren.

Höhenprofil (2D) anzeigen

Wählen Sie das gewünschte Objekt (Haltung oder Anschlussleitung) und anschliessend den Befehl Ansicht > 2D Profil anzeigen, um die 2D-Grafik des Höhenprofils (Z-Koordinate) anzuzeigen: