prof. Ing. Jiří Pospíšil,
CSc.
(homepage)
Vědeckovýzkumná činnost
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. V posledních dvaceti letech jsem
se se spolupracovníky podílel 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 je 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 je 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 je 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 budou 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 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 zabývá 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 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 – měření
teplot, při řešení problematiky bezpečnosti práce
s lasery.