Vědecko-výzkumná činnost – prof. Ing. Jiří Pospíšil, CSc.

~Homepage~

Na výzkumném pracovišti katedry speciální geodézie jsem se podílel na rozvoji vrtné modifikace metody radiovlnového prozařování hornin v geologické prospekci (do roku 1990). Jako spoluřešitel jsem se svými spolupracovníky vypracoval řadu publikací a výzkumných zpráv v daném oboru. Od přijetí na katedru se zabývám problematikou speciálních optických a elektronických měření v inženýrské geodézii a ve stavebnictví. Podílel jsem se se spolupracovníky  na řešení těchto úkolů základního výzkumu:

• „Měřické metody s využitím laserové techniky v různých atmosférických podmínkách“, 1986 – 1990.
• „Metody radiotechnického prozařování hornin“, 1986 – 1990.
• „Faktory ovlivňující zvýšení účinnosti měření ve viditelné i neviditelné oblasti“, 1991 – 1993.
• „Speciální postupy inženýrsko – průmyslové geodézie a jejich vyhodnocení pro sledování stavebních a strojních konstrukcí“, 1994 – 1996.
• „Vývoj optických metod pro prostorové určení polohy strojírenského objektu“, 1994.
• „Optické metody měření geometrických parametrů a změn stavebních a strojních konstrukcí a prvků s uvážením vlivu okolního prostředí na měření“, 1995 – 1997.
• „GPS v inženýrské geodézii – účelové sítě a radiové problémy“, 1996 (řešitel).
• „Bezkontaktní metody měření statických a dynamických tvarových změn stavebních a strojních konstrukcí“, 1999 – 2001.
• „Laserové systémy a jejich aplikace – Laserové systémy v průmyslové metrologii“, 2000 – 2004.
• „Funkční způsobilost a optimalizace stavebních konstrukcí – Výzkum a aplikace geodetických metod pro zabezpečování jakosti a spolehlivosti stavebních objektů“, 2000 – 2004.
• „Systém sledování technického stavu historických budov a predikce jeho vývoje s aplikací na území Pražského hradu“, 2001 – 2003.
• „Moderní optoelektronické metody topografie ploch“, 2002- 2004 (řešitel).
• „Využití 3D skenerů v geodézii a památkové péči“, 2004 -2006.
• „Vliv použití progresivní techniky na urychlení technologických a měřicích procesů“, 2006 – 2008.
• „Zpracování a analýza produktů hromadného sběru 3D dat terestrickými skenovacími systémy“, 2006 – 2008 (řešitel).
• „Udržitelná výstavba“, 2005-2011.
• „Technologie a systém určující fyzikální a prostorové charakteristiky pro ochranu a tvorbu životního prostředí a pro zvýšení potenciálu energetických zdrojů“, 2011-2014.

    Výsledky vědecko-výzkumné činnosti byly publikovány v celé řadě prací, mezi které patří i monografie „Využití laserové techniky v investiční výstavbě“ (spoluautor M. Kašpar), NADAS 1989 oceněná tvůrčí prémií Českého literárního fondu za práci z oblasti vědecké a odborné literatury v roce 1990, monografie „Laserové skenovací systémy ve stavebnictví“(4 spoluautoři),Vega 2003, monografie „Laser Scanning in Civil Engineering and Land Surveying“ (4 spluautoři), Vega 2004. Monografie „Terestrické skenovací systémy“ (spoluautor M. Štroner), ČVUT Česká technika 2008. Monografie „Geodetická měření při požární zkoušce na experimentálním objektu v Mokrsku“ (3spoluautoři), ČVUT Česká technika 2008, monografie „ Fire Test on an Administrative Building in Mokrsko“ (8 spoluautorů) Česká technika – nakladatelství ČVUT, 2010, „ 3D skenovací systémy“ (6 spoluautorů), Česká technika – nakladatelství ČVUT, 2013.

Projekty

• V roce 1996 jsem byl koordinátorem interního grantového projektu ČVUT 3096304 „GPS v inženýrské geodézii – účelové sítě a radiové problémy“. Ze strany FSv se na řešení podílel kolektiv Ing. M. Bajer, CSc., Doc. Ing. Z. Novák, CSc., Ing. D. Pospíšilová, Ing. J. Procházka, CSc., Doc. Ing. M. Švec, CSc. Ze strany FEL byl spolunositelem Prof. Ing. F. Vejražka, CSc. s kolektivem : Doc. Ing. Hrdina, CSc., Ing. Seidl, Ing. Špaček.
  • Dosažené výsledky: teoretický rozbor mnohacestného šíření dálkoměrných signálů systému GPS a algoritmů zpracování těchto signálů, prokázání možnosti získání srovnatelných výsledků i bez nutnosti měřit pozemní meteodata, jestliže se troposférické zpoždění určuje z vyrovnání při použití meteodat standardní atmosféry a prokázání skutečnosti, že nejsou – li troposférické parametry určovány z vyrovnání, zavedení měřených pozemních meteodat způsobí dvojnásobné zpřesnění.
• Ve všech řešených výzkumných úkolech, grantových projektech a ve výzkumném záměru jsem byl zástupcem vedoucího tvůrčího kolektivu (Doc. Kašpara). V období 1986 až 2004 se to týkalo těchto úkolů převážně základního badatelského výzkumu :
  • „Měřické metody s využitím laserové techniky v různých atmosférických podmínkách“ 1986 až 1990,
  • „Metody radiotechnického prozařování hornin“ 1986 až 1990,
  • „Faktory ovlivňující zvýšení účinnosti měření ve viditelné i neviditelné oblasti“ 1991 až 1993,
  • „Speciální postupy inženýrsko – průmyslové geodézie a jejich vyhodnocení pro sledování stavebních a strojních konstrukcí“ – IFG 2093, 1994 až 1996,
  • „Vývoj optických metod pro prostorové určení polohy strojírenského objektu“ – IFG 2094, 1994,
  • „Optické metody měření geometrických parametrů a změn stavebních a strojních konstrukcí a prvků s uvážením vlivu okolního prostředí na měření“ – GAČR 103/95/0068, 1995 až 1997,
  • „Bezkontaktní metody měření statických a dynamických tvarových změn stavebních a strojních kontrukcí“ – GAČR 103/99/0021, 1999 až 2001,
  • „Laserové systémy a jejich aplikace – laserové systémy v průmyslové metrologii“ – Výzkumný záměr J04/98:210000022, 2000 – 2004.¨
• „Systém sledování technického stavu historických budov a predikce jeho vývoje s aplikací na území Pražského hradu“ – GA ČR 103/01/1045, 2001 – 2003. Vedoucí skupiny družicových měření.
• „Inovace a rozvoj laboratoří pro praktickou výuku stavební geodézie“, FRVŠ – H2397, 2003 (řešitel). (Ing. M. Štroner, Ph.D., Doc. Ing. J. Procházka, CSc. ) Cílem projektu byla inovace laboratorního vybavení pro praktickou výuku posluchačů všech oborů Stavební fakulty ve studijních programech “Stavební inženýrství” a “Architektura a stavitelství” v povinném předmětu Stavební geodézie. Na základě interního výběrového řízení před podáním projektu byla vybrána nabídka fy. Geodis Brno na totální stanice Topcon GPT-2006 a příslušenství. Hlavními kritérii při výběru byly technické parametry, cena a rozsah dodávaného příslušenství. V návaznosti na zakoupení popsaného vybavení byla modernizována náplň laboratorních a praktických cvičení. Studenti se na přístrojích seznámí se základními principy měření a naučí se řešit praktické geodetické úlohy obvyklé ve stavebnictví, tj. vyhotovování polohopisných a výškopisných plánů, základní vytyčovací práce, základy zaměřování památkových objektů apod. Přístrojové vybavení bylo zavedeno do výuky v zimním semestru 2003/2004 s přispěním „Fondu ČVUT v Praze na podporu celoškolských aktivit“ (vytvoření  a vydání učebního textu pro praktickou výuku).
• „Moderní optoelektronické metody topografie ploch“, GA ČR 103/02/0357, 2002- 2004 (řešitel) (Doc. RNDr. A. Mikš, CSc., Doc. Ing. M. Kašpar, CSc., Dr. Ing. K. Pavelka, Ing. M. Štroner, Ing. T. Křemen, Ing. J. Novák ). Odborný přínos projektu je zejména ve vývoji prototypů laserových skenovacích systémů pro snímání drobných předmětů a pro snímání rozměrných předmětů. Byl vyvinut software pro měření, jeho zpracování a vyhodnocení, dále proběhlo testování a vyhodnocení komerčně dostupných laserových skenovacích systémů. Testování bylo zaměřeno zejména na schopnosti skenerů měřit různé druhy materiálů (barevný tón, sytost, lesklost či matnost povrchů, drsnost atd.) při různé geometrii povrchu měřeného předmětu a uspořádání měření. Také byla analyzována problematika skenování hran a rohů předmětů a možnosti multipath šíření. Dosažené výsledky jsou přínosem pro dokumentaci předmětů ve stavebnictví a architektuře, strojním průmyslu, ale i archeologii a dalších oborech, při výuce metrologie. V rámci řešení grantového projektu byly vydány dvě monografie. První monografie vyšla v roce 2003 česky, vzhledem k zájmu i ze strany zahraničních pracovišť byla v roce 2004 vydána aktualizovaná a upravená anglická verze. Dalším výstupem je  17 příspěvků v českých časopisech a 17 příspěvků na konferencích.
• „Využití 3D skenerů v geodézii a památkové péči“,GA ČR  205/04/1398, 2004 -2006. Vedoucí skupiny laserového skenování.
• „ Laboratoř laserového skenování“, FRVŠ – Aa271, 2006 (řešitel). ( Ing. M. Štroner, Ph.D. ) Cílem projektu bylo zřízení laboratoře laserového skenování pro praktickou výuku a experimentální činnost posluchačů na oborech Stavební fakulty Architektura a stavebnictví, Informační systémy ve stavebnictví, Konstrukce a dopravní stavby, Inženýrství životního prostředí a Geodézie a kartografie. Na základě interního výběrového řízení před podáním projektu byla vybrána nabídka fy Gefos a.s. na sestavu Leica HDS3000 pro 3D skenování. Hlavními kritérii při výběru byly technické parametry, cena a rozsah dodávaného příslušenství. V návaznosti na zakoupení popsaného vybavení byla modernizována náplň laboratorních a praktických cvičení. Studenti se seznamují se základními princip měření a možnostmi zpracování a výstupů ve specializovaných aplikacích s ohledem na jejich zaměření.
• „Zpracování a analýza produktů hromadného sběru 3D dat terestrickými skenovacími systémy“,GA ČR 103/06/0094,2006-2008 (řešitel).(prof. Ing. A Čepek, CSc., Ing. M. Štroner, Ph.D., Ing. B. Koska, Ing. T. Křemen, Ing. J. Pytel). Projekt byl zaměřen na vývoj volně šiřitelného softwaru pro vyrovnání a analýzu geodetických měření s výraznou orientací na zpracování výsledků měření 3D skenovacích systémů.
  • Hlavním cílem projektu je vytvořit softwarový produkt, který by kromě standardního zpracování dat umožňoval i využití k rozborům přesnosti měření analýzou naměřeného mračna bodů. K plnému využití obrovského množství informací uložených v takovémto mračnu je třeba pokročilejších nástrojů, které umožňují podrobnou analýzu, kompletní zpracování a následnou prezentaci naměřených dat. Základním požadavkem na analýzu a zpracování dat je spojování mračen bodů, prokládání geometricky přesně definovaných prostorových útvarů metodou metodou nejmenších čtverců (MNČ), vytváření nepravidelných trojúhelníkových sítí a na takto vytvořených plochách aplikování různých pokročilejších výpočtů.
  • Veškerý software vytvořený v tomto projektu bude zveřejněn pod všeobecnou veřejnou licencí GNU GPL.
  • Cílem projektu bylo také v rámci vývoje volně šířitelného geodetického softwaru podpořit a rozvíjet mezinárodní spolupráci doktorandů studijního oboru geodézie a kartografie stavební fakulty ČVUT v Praze.
  • Dílčí projekty:
    • Spatfig je knihovna tříd a funkcí zabezpečujících ortogonální prokládání geometrických útvarů v 2D (přímka, kružnice, …) a 3D (rovina, přímka, koule, válec, kužel, …) podle metody nejmenších čtverců. V knihovně jsou řešeny odhady směrodatných odchylek vyrovnaných určovaných parametrů, jejich kovarianční matice a jsou uvažovány případné kovarianční matice měření. Knihovna je napsaná v jazyce C++ a je dostupná pod všeobecnou veřejnou licencí GNU. Byl vytvořen jednoduchý konzolový program pro použití této knihovny.
    • PointClouder je program pro prohlížení, úpravy a výpočty z mračen bodů získaných terestrickými 3D laserovými skenovacími systémy. Program je vyvíjen v objektově orientovaném programovacím jazyce Borland Delphi. Pro zobrazování prostoru je využito rozhraní OpenGL (Open Graphics Library).
    • Alltran je knihovna pro výpočet transformačního klíče a transformaci souřadnic pro různé transformace založené na metodě nejmenších čtverců. Knihovna obsahuje zejména transformace používané v rámci oborů geodézie a fotogrammetrie. Knihovna je napsaná v jazyce C++ a je dostupná pod všeobecnou veřejnou licencí GNU. Byl vytvořen jednoduchý konzolový program pro použití této knihovny a pro testování vhodnosti jednotlivých transformací.
    • LORS2 je modulární základnový 3D skenovací systém určený k zaměřování povrchů předmětů velikosti až 2,2 x 1,6 x 1,4 m (šířka, výška, hloubka). Označení LORS2 je akronymem z názvu “Laserový a optický rotační skener” a číslice “2” označuje vývojovou verzi. Hardwarové komponenty jsou digitální kamera, laserový modul vytvářející rovinu a rotační platforma Na jednom okraji pevné přibližně metrové základny je umístěna digitální kamera. Na druhém okraji je umístěna rotační platforma, na které je upevněn laserový modul. Softwarové komponenty zajišťují ovládání systému při měření a následně výpočet 3D souřadnic podrobných bodů. Principem určení souřadnic podrobných bodů je prostorové protínání z úhlů ze známé základny. Konkrétně jde o protínání laserové roviny a přímky definované obrazem laserové stopy v digitální kameře. Podrobné body mají přirazenu RGB barvu.
    • VLS je knihovna tříd, která umožňuje generovat mračno bodů včetně simulace chyb měření a nastavování směru laserového skeneru. Princip simulace měření spočívá v generování jednotlivých směrů měření ze stanoviska skeneru definovaných směrem a zenitovým úhlem vysílaného měřicího svazku paprsků a následně výpočet souřadnic průsečíku takto definované přímky s matematicky definovanou plochou.
• „Udržitelná výstavba“,VZ04,MSM 6840770005, 2005-(2011). Vedoucí skupiny geodetických měření.
• „Laboratoř speciálních geodetických měření“, FRVŠ – Aa857, 2009 (řešitel). (Ing. M. Štroner, Ph.D., Ing. Z. Vyskočil). Cílem projektu bylo zřízení společné výukové laboratoře speciálních geodetických měření pro praktickou výuku a experimentální činnost posluchačů na akreditovaném studijním programu Geodézie a kartografie. Na základě interního výběrového řízení před podáním projektu byla vybrána nabídka fy. Geodis Brno na šest totálních stanic Topcon GPT-7501 se základním příslušenstvím. Hlavními kritérii při výběru byly technické parametry, cena a rozsah dodávaného příslušenství. Přístroje jsou studenty využívány v průběhu bakalářského i magisterského studia včetně výuk v terénu.
• „Rozšíření a rozvoj laboratoře pro výuku Stavební geodézie“ FRVŠ – 529/2012/A/a, 2012 (řešitel). (Ing. M. Štroner, Ph.D.) “. V přímé souvislosti s novou akreditací programu Stavební inženýrství, která byla schválena v roce 2012, došlo ke změně hodinové dotace praktického cvičení pro předmět Stavební geodézie – SGE z jedné hodiny na tři hodiny týdně (nový předmět Stavební geodézie SG01). Ve stávajících laboratořích toto navýšení nebylo lze kapacitně ani přístrojově zvládnout. Cílem projektu bylo tedy rozšíření stávajících dvou laboratoří B967 a B969 o jednu novou (B972), kterou bylo třeba kompletně vybavit odpovídající přístrojovou technikou, konkrétně stavebními totálními stanicemi a stavebními nivelačními přístroji se základním příslušenstvím. Kromě tohoto rozšíření bylo cílem inovace stávající náplně předmětů a vybavení Stavební geodézie – SGE na programu Stavební inženýrství a Stavební geodézie – SGEA na programu Architektura a stavitelství, a to zavedením praktické výuky studentů s globálními navigačními satelitními systémy – GNSS, neboť doposud tato výuka na uvedených studijních programech citelně chyběla, v praxi se tato technologie běžně využívá. Získané vybavení 6x totální stanice Trimble M3 s příslušenstvím (hranol, výtyčka, stativ, přepravní box), 5x nivelační přístroj Spectra Precision AL120 s přílušenstvím (teleskopická nivelační lať, stativ, přepravní box), 5x GNSS přijímač Trimble GeoExplorer 6000 s příslušenstvím (výtyčka, externí anténa, přepravní box, kabeláž). Pořízené z prostředků katedry, resp. využito ze stávajícího vybavení: 1x nivelační přístroj Spectra Precision AL120 s přílušenstvím (teleskopická nivelační lať, stativ, přepravní box),- 12x teodolit Zeiss Theo 020 se stativy, výkonný počítač na zpracování měření.
• Od roku 2003 do roku 2008 vedoucí výzkumného týmu Laserové skenery a skenování ( Ing. M. Štroner, Ph.D., Ing. B. Koska, Ing. T. Křemen). Ocenění z fondu rektora ČVUT v r. 2005.Tým se zabýval vývojem prototypu laserového a optického rotačního skeneru LORS.  Jedním z požadavků na systém byla nižší cena než u komerčních skenerů. Systém byl v první fázi navržen pro skenování malých předmětů a skládal se z digitální kamery umístěné na teodolitu, laserového modulu vytvářejícího rovinu laserového záření a točny. Zaměřovaný předmět je umístěn na točnu, kterou prochází vertikální rovina laserového záření. Na základě znalosti geometrických parametrů všech složek systému a snímkových souřadnic  stopy je možné vypočítat 3D souřadnice bodů na povrch objektu. V řešení LORS2 byla změněna metoda určení prvků vnitřní a vnější orientace digitální kamery pomocí vyvinuté kalibrační klece. Dále byla navržena a realizována nová koncepce systému nazvaná LORS3. V této verzi je na konce pevné metrové základny umístěna točna a digitální kamera. Na točnu je upevněn laserový modul. Tímto systémem je možné skenovat objekty rozměrů až 1,5mx2mx1m (šířka, výška, hloubka) a získat z jediného snímku barevnou informaci pro všechny vypočtené 3D souřadnice bodů. V testu s původním kalibračním přípravkem byla dosažena směrodatná odchylka jednotková aposteriorní 0,4 mm.

Spolupráce se zahraničím

Na uvedené laserové a skenovací problematice jsem spolupracoval s MIIGAiK Moskva (prof. Ing. CH. K. Jabajev), UeL Londýn (prof. B. Gorham), RFWU Bonn (prof. Dr.-Ing. B. Witte) a  institut i3mainz Mainz (prof. Dr. – Ing. W. Böhler).

Spolupráce s praxí

Spolupracoval jsem s řadou podniků při uvádění výsledků základního výzkumu do praxe : Závody rudných dolů a geologického průzkumu, Vodní stavby Praha, IDS Metro, DS Olomouc, VÚIS Bratislava, TZÚS Teplice. Jednalo se zejména o spolupráci při vývoji systému směrového řízení razících strojů, při řízení protlačovacích souprav, při statických a dynamických zatěžovacích zkouškách komorových mostů (např. mosty z předpjatého betonu v Teplicích, Děčíně, Třebčicích, Trmicích a u Poděbrad a ocelové mosty u Třebušic, v Lounech a ve Škodě Plzeň), při měření deformací Karlova mostu – nedestruktivní měření teplot mostní konstrukce .