地下遺産文書のハンドヘルド 3D レーザー スキャン

現代のテクノロジーを使用して歴史に関する知識を収集、保護、広める

歴史的、教育的、機能的重要性を保存するプロジェクトにおいて、ポーランドの旧鉱山施設をスキャンして安全を確保するために SLAM テクノロジーがどのように使用されたかをご覧ください。

地下文化遺産は、地球の歴史に関する知識に貢献できる、地球の表面の下にある自然および人工の多数の遺跡を表すために使用される用語です。 周囲の環境を保護するには、豊かな幾何学的特徴のある環境、密閉された空間、自然光のない場所を適切な方法で測定し、捉える必要があります。 この記事では、複数の通路と 2 レベルの吹きだまりがあり、そのうちの一部も浸水したポーランドの歴史的な鉱山施設での GeoSLAM Zeb Horizo​​n スキャナーの使用について概要を説明します。

文化遺産は、現代社会において過去についての知識を広めるのに役立つ開発促進要素として国際社会で広く認識されるようになりました。 これに関連して、自然起源と人工起源の両方の地下遺跡は、歴史的、教育的、機能的に重要な意味を持つ可能性があります。 あらゆる種類の採掘活動は、何世紀にもわたって建築と建設の進化に大きな影響を与えてきました。 世界中のかつての鉱山とその坑道や坑道（入り口と通路）を博物館や観光名所に変えることへの関心が高まっていることからも分かるように、このことへの認識は高まっています。

このような変革プロジェクトでは、鉱山を開拓する労働者と、その後鉱山を訪れる観光客の両方の安全を第一に考慮する必要があります。 したがって、遺跡の歴史的重要性を保護し、将来の観光名所の安全性を確保するには、通路上の岩塊の動きを特定し、変形評価を実施し、その他すべての岩塊のプロセスを調査する必要があります。 これらすべてを行うには、大量のデータを収集して管理する必要があります。 これは、エンジニアや研究者が、より効率的な空間マッピングと文書化のソリューションを常に模索していることを意味します。 SLAM テクノロジーがその答えを提供します。

同時位置特定とマッピング (SLAM) テクノロジーは長年にわたって進化しており、現在では多くの分野で応用されています。 SLAM に基づくデバイスは、ローカライゼーション (マップ内で自身の位置を特定する) とマッピング (測定された空間の仮想マップを作成する) を同時に行うことができます。 実際の位置の「最良の推定値」を計算します。 新しい位置情報が数秒ごとに収集され、特徴が調整され、推定が継続的に改善されます。 おそらく SLAM の最大の利点の 1 つは、GPS ではできないことができることです。 GPS は衛星間の三角測量に依存しているため、衛星を「見る」ことができなければなりません。 つまり、地下では機能しないということです。 SLAM では、空間自体内で動作し、周囲の状況を記録し、ルートを記憶するため、この問題は発生しません。

最初のステップでは、GeoSLAM Zeb Horizo​​n ハンドヘルド レーザー スキャナーは、レーザー スキャン データと慣性測定ユニット (IMU) データの両方を利用します。 3D 特徴認識のおかげで、スキャナは測量士が動き回っても、あらゆる空間内でその位置を識別して記録できます。 この場合、「フィーチャ」とは、サイズが少なくとも 1 メートルで、デバイスから 40 メートル以内の距離にある、独自の形状を持つエリアを指します。ただし、GeoSLAM Zeb Horizo​​n の通信範囲はメーカーによれば 100 メートルです。 特徴に基づいて、スキャンは登録され (スキャン間登録)、最終結果として登録された 3D 点群が生成されます。 これにはそれ以上のマッチングは必要ありません。 したがって、SLAM テクノロジーの顕著な利点は、最終的に登録された点群を取得できる速度です。

リーゼ コンプレックスは、チェコ国境近く、ポーランドの下シレジアのフクロウ山脈にあります。 リーゼ (「巨大な」という意味) は、第二次世界大戦中にドイツ人が行った最大規模の採掘および建設プロジェクトの 1 つでした。 この名前の由来が、建設に従事する人の数によるものなのか、使用される予定のコンクリートの量によるものなのか、隣接するインフラの規模によるものなのかは不明です。 プロジェクト全体が極秘であったため、今日に至るまでこの建物の目的は不明です。 その後、6つの地下構造物が発見された。

リーゼの最大のエリアはヴウォダルツ コンプレックスで、地下博物館として観光客に公開されています。 全長 3,000 メートルで構成され、多くの直線通路と 2 層の地下坑道または吹きだまりが含まれており、一部は浸水しています。 したがって、これはスキャナーを使用するには非常に困難な環境でした。

このプロジェクトには、現場でのいくつかの測量技術の使用が含まれていました。 GeoSLAM Zeb Horizo​​n ハンドヘルド レーザー スキャナーでの測定に加えて、チームは Faro Focus 3D、古典的なタキオメトリー、GNSS を使用した地上レーザー スキャン (TLS) を実行しました (言うまでもなく、これは坑外で行われました)。

ハンドヘルドレーザースキャンの場合は、正確な測定を行う前にいくつかの準備を行うことをお勧めします。 準備手順には、プロジェクトに関連したキャプチャ ルートと開始位置と終了位置の計画、スキャン登録に十分な機能があることの確認、ループとループ クロージャの計画、および領域全体を登録するためのスキャン数の見積もりが含まれます。興味。 さらに、各ループは最大 20 分以内に完了する (同じ場所で開始して終了する) 必要があることを覚えておくことが重要です。 ループを閉じることは SLAM の精度にとって非常に重要であり、ループが多いほど精度が向上します。 Włodarz Complex はグリッド レイアウトで配置されているため、各レベルのループを計画するのは簡単でした。 ただし、すべてのレベルの測定とループを計画することが重要でした。 測量士らは、浸水した場合にはボートによる移動も含め、すべての坑道、吹きだまり、水位をカバーする合計 6 つのループを作成した。 ハンドヘルドスキャナーを使用したすべての調査を完了するには、計画の作成とデバイスの使用方法の学習を含め、合計 2 日かかりました。 代わりに固定式スキャナを使用していたら、測定を完了するまでにかなり長い時間がかかっていたでしょう (非常に大規模なサイトの場合、おそらく最大 1 週間)。 最終的に、Zeb Horizo​​n 自体を使用した測量には数時間かかりましたが、GeoSLAM Hub + Draw ソフトウェアでのデータの後処理にはさらに数時間かかりました。

GeoSLAM からのすべてのスキャンは、GeoSLAM Hub + Draw で後処理され、その後 .e57 形式にエクスポートされ、Cloud Compare で視覚化および分析されました (図 3 を参照)。 特定の複合体の体積や面積の計算など、さらなる分析の基礎として、目録に記載された敷地の形状を定義する頂点、エッジ、面の集合である三角形メッシュ モデルが作成されました (図 4 を参照)。 点群、メッシュ、および後処理から得られるすべての情報を表 1 に示します。

建築史と考古学の歴史を文書化することは重要であり、文化遺産、特に地下遺跡は、測定、保護、そして知識の普及という点で特別な扱いが必要です。 レーザー スキャンは、ハンドヘルドであっても TLS であっても、古典的な測地技術と組み合わせることで、地下遺跡の目録に簡単に使用できる普遍的な非接触方式です。 結果として得られる点群により、空間モデルの作成が可能になり、後処理の後、さらなるコンピューター分析がサポートされます。 ハンドヘルド スキャナ (GeoSLAM Zeb Horizo​​n を含む) は、地下文化遺産に関する文書の作成に十分な精度で漂流を再現します。 ただし、高精度の測定が必要な場合（変形評価など）、SLAM の使用は推奨されません。 より正確な測定と分析には、TLS などのより正確で詳細な技術が必要です。 それにもかかわらず、SLAM 地理データは、歴史家、地球物理学者、考古学者、地質学者など、社会的目的を持つ多くの分野の専門家にとって役立つ可能性があり、この種の研究の学際的な性質が強調されます。

参考文献

Hassani F.、文化遺産技術、可能性と制約の文書化、写真測量、リモート センシングおよび空間情報科学の国際アーカイブ、ボリューム XL-5/W7、2015 年、第 25 回国際 CIPA シンポジウム 2015、2015 年 8 月 31 日～9 月 4 日、台湾、台北（2015）

Ochałek A.、Jabłoński M.、Lipeki T.、Jaśkowski W.、歴史的地下物体目録調査の方法論 – 寄稿、Geoinformatica Polonica (2018) doi: 10.5194/isprsarchives-XL-5-W7-207-2015

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Agnieszka Ochałek は、AGH 大学の鉱山測量および環境工学部を卒業しています。

Tomasz Lipecki は、鉱区保護、地理情報学、鉱業学科の教授です。

ヴォイチェフ・ヤシュコフスキは、ポーランドのクラクフにある AGH 科学技術大学の教授です。 採掘...