Intelligentes Scannen mit Totalstationen unter Einbeziehung von Digitalbildern

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1 Intelligentes Scannen mit Totalstationen unter Einbeziehung von Digitalbiln Zum Zum Begriff des des Intelligenten Scannens Intelligente Tachymetersteuerung Robot-Tachymeter mit mit Bildnutzung

2 Polarmessung Polarmessung bei bei Tachymetrie Tachymetrie und und Laserscannen Laserscannen Messpunkt V S Z H X Y Tachymetrie Tachymetrie punktorientiert punktorientiert Laserscannen Laserscannen Punktwolke Punktwolke Einzelmessung Einzelmessung nicht nicht nutzbar, nutzbar, flächenorientiert flächenorientiert

3 Vergleich Vergleich zwischen zwischen Laserscannen Laserscannen und und Intelligentem Intelligentem Scannen Scannen Gegenstand des Vergleichs Laserscanner Intelligentes Tachymeter / Robot-Totalstation allgemein Messfrequenz hoch + niedrig - Punktbedeutung niedrig, Punktwolke, Zufallsverteilung - hoch, Einzelpunkte bewusste Zuordnung + Erfassung Punktauswahl a posteriori Einzelpunkte nicht anmessbar a priori nur Einzelpunkte Standpunktverknüpfung Zusatznetz aufwändig i.a. einfach entfällt verdeckte Punkte nicht erfassbar teilautomatisiert mit Extrapolationsstab manuelle Messung Fernsteuerung nicht einzubinden teils (?) oft vermeidbar, direkt einzubinden + Arbeitsmodus vollautomatisch manuell/ halbautomatisch Bearbeitung Nacharbeitung Vermaschung aufwändig bei Extraktion von Ecken und Kanten, einfach bei komplexen Formen automatisch entfällt bei einfachen Formen Aufnahme komplexer Strukturen möglich Visualisierung Visualisierung bei unübersichtlichen Strukturen viel Handarbeit parametrische, differentielle Entzerrung, automatisches Renn online möglich Renn differentielle Entzerrung fast automatisch mit 3D-Gitter, manuelle Eingriffe, Renn automatisch Gerätesteuerung per Bild, online möglich Kosten Kosten Anschaffung universelle Verwendbarkeit Gerätehandhabung Arbeit vor Ort / Nacharbeit 100% Spezialgerät vergleichsweise aufwändig 1 / 10 20% - 10% Universal-Vermessungsgerät einfach 1 / 1

4 Totalstation, Totalstation, notebook-gesteuert, notebook-gesteuert, reflektorlos reflektorlos Robot-Tachymeter Robot-Tachymeter = = Intelligente Intelligente Totalstation Totalstation V H S X Messwerte H,V,S Koordinaten X,Y,Z Messpunkt Z Y 1999 Intelligentes Scannen - Intelligente Steuerung a) Exakte Ausrichtung des distanzmessenden Laserstrahls auf vorausberechnete Punkte b) Tachymeter im Regelkreis: Messung Berechnung Steuerung Messung

5 Was Was Laser-Scanner Laser-Scanner nicht nicht können können Punkterfassung mit intelligenten Totalstation Scannen = Aufnahme vieler Punkte Einzelpunkt Linien-Scannen Flächen-Scannen passiv aktiv Hierher Folie was lasesc nicht können - Robottachymeter automatische Fortführung festes Raster indirekt direkt manuelle Verfahren Extrapolationsstab Absteckung Ecken-, Kantenmodus Schnittsuche Bild-Tachym.- Regelkreis Polygon Vertikalprofil Horizontalprofil Punktfolge Totalstation im im Regelkreis: Messung Berechnung Steuerung Messung

6 Beispiel Beispiel zum zum Linienscannen: Linienscannen: Automatische Automatische Messung Messung von von Vertikal- Vertikal-und und Horizontalprofilen Horizontalprofilen Prädizierter, aber wegen Unstetigkeit nicht im Profil liegen Punkt (Außenecke, Totalstation unten im Eckbereich) Ausgewählte Profildicke Position nach Korrektur Das Das Funktionsprinzip: Funktionsprinzip: Prädiktion Prädiktionaufeinan folgen folgen Punkte Punkte und und Verifizierung Verifizierung durch durch Messung Messung Beispiel für den automatischen Messvorgang bei einem weit oberhalb Totalstation gelegenen Horizontalprofil Horizontal- Horizontalund und Vertikalprofile Vertikalprofile als als Vorstufe Vorstufe für für Grund- Grundund und Aufrisse Aufrisse

7 Studie zur Form kannelierter Säulen Variation Form Kannelierung mit dem Säulendurchmesser in unterschiedlicher Höhe 10 cm

8 Aufnahme Aufnahme romanischer romanischer Pilaster-Kapitelle Pilaster-Kapitelle Kapitell links Detailstudien 10 cm Rot: Reale Lage des Profils Vertikalschnitt Vertikalschnitt zur zur Groborientierung Groborientierung beiden beiden Detailschnitte Detailschnitte

9 Modellierung Modellierung einer einer Mauerabbruchzone Mauerabbruchzone Gittermodell auf Grundlage von ca automatischen Einzelpunkten eines Rasters Polygonale Umfahrung des Aufnahmebereichs Oberflächenmodell

10 Präzise Präzise Erfassung Erfassung von von Ecken Ecken und und Kanten Kanten Eine Eine einzige einzige Zielung, Zielung, zwei zwei automatische automatische Folgemessungen Folgemessungen -- genaue genaue automatische automatischebestimmung Zielpunktkoordinaten

11 Extrapolationsstab Extrapolationsstab zur zur Bestimmung Bestimmung verdeckter verdeckter Punkte Punkte B A codierter codierter Stab, Stab, zerlegbar zerlegbar vollautomatische vollautomatische Berechnung Berechnung 3 3 D- D- Koordinaten Koordinaten Stabspitze Stabspitze

12 Fassadenaufnahme Fassadenaufnahme zur zur Aufbringung Aufbringung vorgefertigter vorgefertigter Wärmedämmelemente 3D-Modell Absteckung ohne Nachführung unregelmäßige Wand Absteckebene korrigierte Richtung abzusteckende Richtung Instrumenten- Standpunkt

13 Absteckung Absteckung nach nach vorberechneten vorberechneten Koordinaten Koordinaten Absteckung Absteckung von von Punkten Punkten innerhalb innerhalb eines eines Meterrisses Meterrisses Vertikalschnitte Vertikalschnitte schräg schräg im im Raum Raum liegende liegende Ebenen Ebenen Einzelpunktabsteckung Einzelpunktabsteckung (Aufsuchen (Aufsuchen eines eines Punktes Punktes in in einer einer vorgegebenen vorgegebenen Ebene) Ebene) Bestimmung Bestimmung exakten exakten Lage Lage einer einer Kante Kante im im Profil Profil

14 Module Module Hardware :: Robot-Totalstation Robot-Totalstation plus plus handelsübliches handelsübliches Notebook Notebook plus plus Digitalkamera Digitalkamera Software :: Programmsystem Programmsystem Allgemeine Allgemeine Funktionen Funktionen Grafische Grafische Funktionetionen und und Funk- Bildbearbeitung Bildbearbeitung Spezial-Funktionenenzur zur Architek- Architek- Spezial-Funktioturvermessunturvermessung = Tachymetrische Tachymetrische Objektorientierte Objektorientierte TeilAutomatische TeilAutomatische Laservermessung Laservermessung Methodik :: Entwicklung Entwicklung neuer neuer Vorgehensweisen Vorgehensweisen

15 Funktionen Funktionen des desbildes i.a. i.a. online, online, d.h. d.h. synchron synchron zur zur Erfassung Erfassung Geometrie Geometrie Dokumentation Dokumentation Steuerung Steuerung Visualisierung Visualisierung Photo Photo Archivierung/ Archivierung/ Arbeits- Arbeits- Protokoll Protokoll grundlage grundlage automatisch automatisch // manuell manuell Grobsteuerung Grobsteuerung Panorama Panorama Rektifiziertes Fresko Entzerrung und Orthophoto Feinsteuerung Feinsteuerung Autokalibrierungen Autokalibrierungen 3-D-Modelle

16 Maßstabsgerechte Maßstabsgerechte Entzerrung Entzerrung Orthophotos Orthophotos und und Fassadenpläne Fassadenpläne Korrektur Korrektur Linsenverzeichnung Linsenverzeichnung bei bei bekannten bekannten Kameras Kameras 4-Punkt-Entzerrung entwe über im Bild gemessene Strecken o Koordinaten / 3-Punkt-Entzerrung 4-Punkt-Entzerrung entwe über im Bild gemessene Strecken o Koordinaten / 3-Punkt-Entzerrung Lupen Lupen Die Die Schritte Schritte Punktidentifizierung Punktidentifizierung und und Referenzierung Referenzierung werden werden eingespart. eingespart Nutzung Nutzung Kenntnis Kenntnis geometrischer geometrischer Eigenschaften Eigenschaften (Parallelität, (Parallelität, Rechtwinkligkeit) Rechtwinkligkeit)

17 Von Von Robot-Totalstation Robot-Totalstation zur zur Video-Totalstation Video-Totalstation Zwei Zwei weitwinklige weitwinklige Kameras Kameras unterschiedlicher unterschiedlicher Brennweite; Brennweite; Okularkamera Okularkamera im im Fernrohrgehäuse Fernrohrgehäuse integriert; integriert; Getriebe Getriebe zur zur automatischen, automatischen, notebook-gesteuerten notebook-gesteuerten Fokussierung Fokussierung Okularkamera und automatische Fokussierung Weitwinkelkameras

18 Visuelle Visuelle Steuerung Steuerung über über den den Notebook-Bildschirm Grobzielung Feinzielung Weitwinkelkamera Okularkamera

19 Messbildarchiv Messbildarchiv --Gebrauch Gebrauch in in Praxis Praxis Übersichtsbil Übersichtsbil und und Detailbild Detailbild eines eines natürlichen natürlichen,, bauwerksimmanenten, bauwerksimmanenten, dauerhaft dauerhaft koordinierten koordinierten Punktes Punktes Kein Kein Zweifel Zweifel Über Über die die exakte exakte Punktdefinition Punktdefinition Liste Liste um um beliebige beliebige Angaben Angaben erweiterbar, erweiterbar, auch auch als als DINA4- DINA4- Ausdruck Ausdruck Verknüpfung Verknüpfung mit mit Messung Messung auch auch über über die die graphische graphische Koordinatennetzdarstellung Koordinatennetzdarstellung

20 Dynamisches Dynamisches Messprotokoll Messprotokoll Fortlaufende Fortlaufende Dokumentation Dokumentation Messoperationen Messoperationen und und Verknüpfung Verknüpfung zu zu den den internen internen und und externen externen Biln Biln durch durch dynamische dynamische Bildhinterlegung Bildhinterlegung

21 Nutzung Nutzung intelligenten intelligenten Steuerung Steuerung zum zum Monitoring Monitoring Kontrolle Kontrolle Geometrie Geometrie Kuppel Kuppel durch durch die die automatische automatische Wieholung Wieholung gesamten gesamten Messung Messung in in kürzester kürzester Zeit Zeit (geschätzte (geschätzte Dauer Dauer ca. ca. 2,5 2,5 h) h) Geodäsie im Bauwesen Ruhr-Universität Bochum

22 Erfassung Erfassung kleiner kleiner Formen Formen Strecke Auflösung: vom Durchmesser des Laserflecks abhängig < +1 mm < +1 mm Standard: 6 mm bis 12 mm O d.h. Begrenzung Auflösung auf ca. 3-5 mm Winkel (V,Hz)

23 Steigerung Steigerung Auflösung Auflösung Leica-TCRM im Normalzustand verkleinerter Fleckdurchmesser Scan über horizontale Stufe 3,720 3,715 3,710 3,705 3,700 3, ,720 3,715 3,710 3,705 3,700 3, Scan über Vertikalstufe 3,705 3,710 3,700 3,705 3,695 3,690 3,700 3,695 3,690 3, , Zusammenhänge stark vereinfacht

24 Scannen Scannen von von Details Details Original - Photo Oberflächenmodell (via Programm Surfer) Photo mit überblendeten Einzelpunkten

25 Intelligentes Scannen mit mit elektronischen Tachymetern unter Einbeziehung von von Digitalbiln Fazit 1. LS eignet sich besons zur großformatigen Flächenerfassung, IS zur exakten Punkterfassung. 2. Scannen mit Tachymeter bietet ane Möglichkeiten Objekterfassung als LS, insbesone bei Hinzunahme von Digitalbiln. 3. IS kann LS in einigen Anwendungen ersetzen. 4. LS und IS können einan ergänzen. 5. Ideal wäre die Kombination und Synthese Geräte intelligentestachymeter und Laserscanner. 6. Technologie, Know-How und Software für das kaum eingesetzte intelligente Tachymeter sind vorhanden.