Terrestrial Laser Scanning (TLS) Ich möchte Sie ganz herzlich zu meinem Vortrag über Terrestrisches Laserscanning begrüssen. Werner Stempfhuber, ETH Zürich 24. Okt. 2008

Ablauf Engineering Geodesy Lab - TLS Kurze theoretische Einführung in TLS Aufnahme eines Objektes (B-Stock, HIL-Gebäude) Auswertung (C71.3) mit Cyclone

Messprinzip Laserstrahl als Trägerwelle von Laserdiode emittiert an Objekten reflektiert in Empfangseinheit ausgewertet Messelemente Schrägdistanz (berührungslose Distanzmessung) Horizontalrichtungen Vertikalrichtungen Intensität Ergebnis: 3D-Punktwolke

Messablauf - Übersicht Vorbereitung: Welcher Laserscanner? Welche Reichweite Welche Genauigkeit Welche Objektauflösung (Punktabstand) Wieviel Zeit steht zur Verfügung (Messfrequenz)? Durchführen der Messungen (Aufnahme) Laserscanning - Aufnahmen evtl. tachymetrische Messungen Aufbereitung der Messungen (Auswertung) Registrierung (Verknüpfung der Scans) Ableitung von geometrischen Informationen (z.B. Abstands- und Volumenberechnung, Dreiecksvermaschung, 3D-Modellierung Verhältnis Aufnahme : Auswertung von 1:3 bis 1:10 (oder mehr)

Workflow Auswahl Registrierung Auswertung Resultate Ist vorhandener Laserscanner geeignet für die Aufgabe? Wahl der Standpunkte Wahl der Referenzpunkte Scannen des Objektes mit entsprechender Auflösung (abhängig von Detaillierungsgrad, Laserstrahldivergenz, Auflösung) Unter terrestrischem Laserscanning versteht man nicht nicht nur die Aufnahme selbst, sondern auch der Prozess der Registrierung, Auswertung und die Präsentation der Resultate. Im Folgenden möchte ich kurz auf die einzelnen Arbeitsschritte eingehen. Vor Messbeginn muss sichergestellt werden, ob mit dem zur Verfügung stehenden Laserscanner die an das Resultat gestellten Anforderungen erfüllt werden können. Man muss genau die Messeigenschaften des entsprechenden Laserscanners kennen. Am Objekt selbst werden anschliessend die nötigen Scannerstandpunkte und Referenzpunkte bestimmt. Dabei sind sicherlich auch wirtschaftliche Aspekte zu beachten. Das heisst, die Anzahl der Standpunkte und Referenzpunkte soll optimiert werden. Anschliessend kann das Objekt und die Referenzpunkte mit gewünschter Auflösung gescannt werden. Die Auflösung wird meist durch die kleinste noch zu erfassende Struktur sowie durch die Möglichkeiten des Laserscanners bestimmt. Abschliessend empfiehlt sich, das Objekt mit einer CCD- Kamera aufzunehmen. Häufig sind ja diese Kameras bereits im Laserscanner integriert. Scannen der Referenzpunkte mit hoher Auflösung Aufnahme von Bildern mit eingebauter CCD-Kamera

Workflow Auswahl Registrierung Auswertung Resultate Registrierungsmöglichkeiten Mittels Referenzpunkten (Targets) Mittels Referenzobjekten (Kugeln, Zylinder, Kegeln, etc.) Überlappende Punktwolken (z.B. Iterative Closest Point) Georeferenzierung Unter Registrierung versteht man die Transformation mehrerer verschieden orientierter Koordinatensysteme in ein gemeinsames Bezugssystem (Translation, Rotation, evtl. Massstab). Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten: mittels Referenzpunkten sogenannte Targets, mittels Referenzobjekten wie Kugeln, Zylinder etc. oder mittels überlappender Punktwolken. Die Registrierung wird meistens in einer vom Hersteller der Hardware zur Verfügung gestellten Software durchgeführt. Durch die Georeferenzierung werden die registrierten Scans in ein übergeordnetes Koordinatensystem transformiert. Häufig werden auch die einzelnen Scans über Referenzpunkte oder Referenzobjekte georeferenziert ohne vorherige gemeinsame Registrierung.

Workflow Auswahl Registrierung Auswertung Resultate Aufbereitung der Punktwolke Fehlmessungen eliminieren Filterung der Daten Formprimitive (Kugeln, Ebenen, etc.) Dreiecksvermaschung direkte Weiterverarbeitung Ableitung einzelner Masse Soll-Ist Vergleich Schnittbildung Digitalisierung … Die Auswertung ist häufig der zeitintensivste Schritt im Workflow von Laserscanning. Zuerst werden die Punktwolken aufbereitet, das heisst, Fehlmessungen werden eliminiert und das Rauschen beispielsweise über Filtertools minimiert. Je nach Software können andere Filter eingesetzt werden. Häufig sind Filter auch gewissermassen gefährlich, da der Benutzer nicht immer nachvollziehen kann, was genau mit den Daten durch die Filterung passiert. Anschliessend kann mit der eigentlichen Modellierung begonnen werden. Dabei werden drei Modellierungsarten unterschieden: Modellierung der Punktwolke durch Formprimitive Modellierung durch Dreiecksvermaschung mit anschliessender Flächenrückführung oder direkte Weiterverarbeitung der Punktwolken ohne grosse Modellierung Die direkte Weiterverarbeitung kann beispielsweise die Digitalisierung oder Ableitung einzelner Masse sein. Dies könnte auch für mögliche Anwendungen in der amtlichen Vermessung bei Aufnahmen von komplexen Bauten eingesetzt werden. So können nach den Aufnahmen im Büro die Koordinaten einzelner Punkte herausgelesen werden. Bei der direkten Weiterverarbeitung ist auch der Soll-Ist Vergleich zu erwähnen. Dies wird insbesondere für Deformationsmessungen eingesetzt.

Workflow Auswahl Registrierung Auswertung Resultate Punktwolke, eingefärbt nach Intensität, Distanz, Höhe, RGB-Farben c d e b h g a f i Punktwolke + geometrische Elemente 3D-Modell Geländemodell (Höhenlinien) Die Präsentation der Resultate ist entscheidend und hat sich häufig nach den Bedürfnissen der Kunden zu richten. Die rohe Punktwolke kann selbst als Resultat betrachtet werden. Diese kann nach Intensitäten oder RGB-Farben eingefärbt werden. Teilweise genügt die Extraktion einzelner geometrischer Elemente oder natürlich mit einer aufwändigeren Auswertung verbunden, die Abgabe eines vollständigen 3D-Modells. Es können auch Geländemodelle oder Schnittlinien aus der Punktwolke berechnet werden. Sehr interessante Informationen liefern Soll-Ist-Vergleiche. In relativ geringer Auswertezeit erhält man sehr informative Daten. Dies muss natürlich nicht nur für Deformationen eingesetzt werden, sondern kann beispielsweise auch zur Bestimmung von Ausbrüchen eingesetzt werden. Sei dies die Detektion von Schadstellen an Fassaden oder Frostsprengungen an Betonbauten. Schnittlinien Differenzmodelle Soll-Ist Vergleich (Profile, flächenhaft)

Ablauf der Übung Kennenlernen des Imager 5006 und ZLS07 Aufnahme des Objektes mit Imager 5006 von Zoller+Fröhlich und ZLS07 (B-Stock, HIL-Gebäude) Auswertung der Daten im C71.3 Verfassung eines tech. Berichts