Лазерное 3D-сканирование прибрежных зон
Трехмерное лазерное сканирование играет центральную роль в крупных исследовательских проектах по изучению прибрежных зон и их инфраструктуры на примере района Оксфорда.
К югу от города Оксфорд расположена компания HR Wallingford, специализирующаяся на исследованиях и консультациях в области гражданского строительства и гидравлики. Компания является признанным международным лидером в прикладных исследованиях прибрежных зон и осуществляет консультации по этим вопросам. Ключом к успеху компании является современный комплекс моделирования физических объектов, расположенный в Виллингфорде. Этот комплекс включает в себя шесть бассейнов для изучения и моделирования волн размером от 25 х 32 до 75 м х 32 м и три искусственных канала длиной от 45 до 100 метров.
Эти бассейны размещены в специально построенном зале для моделирования, и используются для изучения влияния прибрежных волн на волнорезы и другие прибрежные структуры. Кроме влияния обычных волн здесь осуществляется изучение воздействие волн, образующихся в результате ураганов и бурь. Волны могут быть смоделированы до 0,25 м в высоту (в масштабе), что позволяет инженерам HR Wallingford оценить способность каждой конструкции противостоять повреждениям и обеспечить их достаточную защиту. Эти критерии лучше всего тестировать путем создания масштабной физической модели рассматриваемой конструкции, путем воздействия на них волн в обычных и штормовых условиях, с последующим высокоточным измерением результата. В этих целях HR Wallingford использует лазерный сканер FARO Focus3D, позволяющий с точностью до миллиметра осуществлять сканирование до и после воздействия волн, а также контролировать движущиеся элементы береговых сооружений или слои грунта.
Вступив в компанию HR Wallingford в 1973 году, инженер Эндрю Стил (Andrew Stee) сумел реализовать проект в рамках группы по исследованию прибрежного пространства. Он говорит: "Мы содаем уменьшенные в масштабе модели, которые имитируют реальные жизненные ситуации в прибрежной зоне, будь то существующие сооружения, или новые строящиеся конструкции порта. В зависимости от масштаба в наших бассейнах возможно исследовать объекты от 100 м до 2 км, с предельно точным воссозданием батиметрии морского дна и характера волн".
"Наша компания имеет клиентов по всему миру, и они предоставляют нам все необходимые данные для воссоздания береговой линии в виде модели. На это уходит, как правило, около 2-3 недель. После этого еще 3-5 недель занимает построение и проверка береговых сооружений в волновом бассейне. Например, при построении мола, мы создаем его в точности так же, как и в реальном мире, начиная с наименьшего элемента объекта. Затем мы добавляем несколько слоев из больших по размеру камней и завершаем работу созданием базового каменного или бетонного слоя. Именно на этой стадии тестирования используются лазерные сканеры Focus3D".
"Ранее мы фиксировали каждое движение в моделируемой структуре либо с помощью ручных методов, либо с помощью старого сканера с колеблющимся лучом, но оба этих процесса были медленны и морально устарели", поясняет Эндрю. "Когда KOREC показал нам первый FARO Focus3D, сразу стало очевидно, что он будет работать в 100 раз быстрее, чем наши старые ручные методы и минимум в 10 раз быстрее, чем существующие сканеры.
Кроме феноменальной скорости Focus3D отличается компактностью и легким весом, что значительно упрощает его перемещение по пространству комплекса моделирования. Мы обычно используем сканер на наивысших значениях разрешения, потому что, как правило мы изучаем движения порядка 2 -3мм. С учетом масштаба в реальном пространстве это составляет в районе 60 -180мм". Сканер работает от простого нажатия на спусковую кнопку, и сотрудники HR Уоллингфорд смогли легко ввести его в эксплуатацию всего за один день обучения, которое в основном заключалось в подготовке и анализе данных для создания деталей, необходимых для процесса моделирования. Хотя большая часть работы Группы является строго конфиденциальной, Эндрю Стил в качестве примера использования лазерного сканера приводит проект Великобритании по оценке степени размыва морского дна под воздействием ветра, необходимой для разработки фундаментов.
Исследование прибрежной зоны под ветряные электростанции
В рамках перспективного исследовательского проекта в области энергетики (2016) Future Energy Solutions о всасывании в областях кессонных фундаментов прибрежных ветровых турбин, компанией HR Уоллингфорд были исследованы объемы размыва морского дна, которые могут происходить вокруг них. Тестирование физических моделей помогает определить степень всасывания размытий вокруг кессонных фундаментов в результате воздействия волн и течений в морской среде. Тестирование проводилось в бассейне на моделях, выполненных в масштабе 1:40.
В тестировании использовались данные за 1 год по высоте и периоду нерегулярных волн, а также стандартные пиковые потоки, характерные для британских прибрежных вод. Волны генерировались под углом 90 градусов к направлению потока. Песчаный слой представлял собой модель реальных донных отложений, выполненных в масштабе. Во время тестирования была проверена эффективность верхнего защитного слоя. Полученные результаты являются общими и носят исследовательский характер. Было проведено тестирование масштабов размыва для четырех различных конструкций фундаментов на моделях, полученных с помощью лазерного сканирования, и результаты этих тестов были подвергнуты сравнительному анализу. В 2012 году компания HR Уоллингфорд приобрела второй лазерный сканер FARO Focus3D.