一直以來工程人員對於現場地形勘測的方式,主要都是透過水平儀、經緯儀、全站儀或是捲尺等方式進行工程現地的測量,再對測量後得到的數據進行計算,但是由於這樣的測量方式主要是點對點的測量,其他位置的數據大多是以點與點之間的數據差來進行概估計算,除了逐點收集數據非常繁瑣及耗時以外,產生出來的結果也通常較為不完整或不準確。

對於存在既有建築的工程,測量更是一大挑戰,目前有越來越多的建築和基礎設施正在老化,並有結構或安全上的問題,尤其台灣又位於地震帶上,常常有許多天災,若是在已經發生問題與災害之後,又該如何對現場進行測量。許多老舊建物是在CAD出現之前使用傳統的測量方法建造的,很難人工比對舊圖紙與現場狀況,進行修復或重建工作。例如不久前的統帥大飯店倒塌的時候,由於結構不穩定導致救難無法順利進行,同時蘇花公路中斷,導致結構技師無法前往現場,此時利用了點雲技術,將現場測量狀況蒐集起來,傳送給專業技師進行評估計算,規劃安全搜救方案及臨時補強設施。

而在科技日漸進步的現今,當建築產業在設計與施工前已經開始使用數位化的BIM技術來進行工程的設計與模擬時,測量也開始出現了新的方式,那就是現實捕捉(Reality Capture)技術。透過掃描建築物及地形並生成3D數位模型,使建築師及工程師能夠比以往更快,更準確地獲得現場數據,並將其與數位設計及模擬過程相互連接,以下就讓我們來了解現實捕捉(Reality Capture)的技術和工具。

■ 攝影測量法(Photogrametry)

使用數位相機從不同的位置及角度拍攝建築物或地形,並且照片之間要有部分重疊,就如同人的兩個眼睛,從兩個影像中就會形成立體視覺,透過專業分析建模軟體,就可以快速生成現場的3D數位模型,精細程度與照片數量及解析度成正比,目前常見的攝影測量工具有UAV、Google街景車。 (使用UAV前請先確認是否在禁航區內,請參考本公司「台灣無人機禁航區小知識」一文)

攝影測量法示意圖 - UAV

■ 雷射掃描法(Laser Scanning or LIDAR, Light Detection And Ranging)

對著建築物或地形不斷發射雷射光,並使用感測器來接收物體或地形反射的訊號,再將這些密集的點雲形成3D模型並應用於工程中,常見的雷射掃描工具有LIDAR。

雷射掃描法示意圖 - 設備【圖片來源:wiki】

■ 聲納探測法(SONAR, Sound Navigation And Ranging)

利用聲波在水下的傳播特性,通過電聲轉換和數據處理,來進行水面下的地形探測及掃描,海上工程較為常用之探測方法。

聲納探測法示意圖【圖片來源:British Antarctic Survey】

■ 衛星遙測法(satellite-borne remote sensing)

從人造衛星或飛機對地面觀測,通過電磁波(包括光波)的傳播與接收,感知目標並加以進行分析,主要用於大規模的地圖測繪,全球或國家級的地形測繪,主要工具為衛星與合成孔徑雷達(synthetic aperture radar, SAR),目前台灣自主擁有且運行中的地球觀測衛星為福爾摩沙衛星三號、五號,以及目前研發中的福衛七號。

衛星遙測法示意圖

現實捕捉技術能夠快速準確地讓工程相關人員掌握現場狀況,並將其與BIM建築資訊模型結合來進行工程設計與模擬,使得設計與施工規劃能夠更貼近實際狀況,降低規劃錯誤、提升工程品質。

以上就是我們所彙整的現實捕捉技術,如果有誤及任何問題歡迎各位先進指教或與我們聯繫。