Mobile Laser Scanning Anwendungen

Transkript

1 Mobile Laser Scanning Anwendungen Oldenburger 3D Tage 2007 Nikolaus Studnicka Peter Rieger Andreas Ullrich RIEGL Laser Measurement Systems GmbH

2 Mobile Laser Scanning Anwendungen Grundlagen Mobile Laser Scanning am Auto (2D Scanner, Japan) Mobile Laser Scanning am Auto (3D Scanner, Österreich) Airborne Laser Scanning kombiniert mit Terrestrischem Laser Scanning (Österreich) Mobile Laser Scanning am Boot (2D Scanner, Frankreich) Inhalt

3 TLS Terrestrisches Laser Scanning MLS Mobiles Laser Scanning ALS Airborne Laser Scanning Datenformat Bild basierend Linien basierend Linien basierend Registrierung Per Reflektoren oder Nutzdaten online per INS/GPS Aufnahme Sensoren wie z.b. Rad Sensor online per INS/GPS Aufnahme der Trajektorie Messentfernung 1m 1000m typ. bis 200m 500m 1500m Registriergenauigkeit typ 5mm typ 2cm (DGPS) typ 10cm (bis 2cm bei ICP auf Referenzmodelle) Aufnahmeart stop-and-go go Einteilung TLS / MLS / ALS

4 TLS Terrestrisches Laser Scanning MLS Mobiles Laser Scanning ALS Airborne Laser Scanning Registrierung mit vielen Reflektoren (per Totalstation ect.) mit einem Reflektor (back sighting) & Eigenposition ohne Reflektoren per ICP (iterative closest point) Algorithmus ect. Aufnahme der Laser Daten inklusive Zeitstempel Aufnahme der Trajektorie (per INS/GPS) Verbesserung der Registrierung durch Ausgleichung an stationär aufgenommenen Referenzobjekten Aufnahme der Laser Daten inklusive Zeitstempel Aufnahme der Trajektorie (per INS/GPS) Verbesserung der Registrierung durch Streifenausgleich: 1. Zur internen Systemkalibrierung (6 Parameter) 2. Nutzdatenverbesserung (3 Translation- & 3 Rotations Parameter je Flugsteifen) 3. Ausrichtung an stationär aufgenommenen Kontrollobjekte Definition Trajektorie: Ort und Orientierung als Funktion der Zeit (zeitdiskret) Registrierung TLS / MLS / ALS

5 MLS System Konfiguration

6 MLS Workflow

7 MLS Trajektorie - Definition

8 MLS Beispieldaten

9 Punktewolkendaten, aufgenommen von einem Helikopter

10 MLS 2D Laser Scanner Q560 am Auto (Japan)

11 Fallbeispiel MLS am Auto

12 GPS Laser Scanner Q560 IMU Applanix Team & System Konfiguration

13 Applanix View of Trajectory Trajektorie RiSCAN PRO View of Trajectory Main Street West Street Main Street East

14 Moving Car Direction y x z Trajektorie

15 Transformation Matrix IMU / Scanner Own Coordinate System = = z y z y x x C TRA TRA T T T TRA SOCS IMU x y z x z y Yimu Zimu Ximu Xsc Ysc Zsc delta Ximu 0.33m Translation Rotation

16 Trajectory of the Car Trajektorie

17 Trajectory of the Car & Main Street West MLS Scan

18 Trajectory of the Car & Main Street West & Street MLS Scan

19 Main Street East Trajectory of the Car & Main Street West & Street &

20 Erstes Ziel Full Waveform Analyse

21 Letztes Ziel Full Waveform Analyse

22 Alle anderen Ziele Full Waveform Analyse

23 Erstes & Letztes Ziel Full Waveform Analyse

24 Alle Ziele Full Waveform Analyse

25 Full Waveform Analyse

26 Maximale Reichweite zu Hochspannungleitungen (50kHz)

27 MLS 3D Laser Scanner Z420 am Auto (Österreich)

28 GPS 3D Laser Scanner Z420i Rad Sensor MLS 3D Laser Scanner Z420 am Auto IMU Applanix

29 MLS 3D Laser Scanner Z420 am Auto

30 ALS 2D Laser Scanner Q560 kombiniert mit TLS 3D Laser Scanner Z420 (Österreich)

31 Schlüsselfertiges System für ALS 1-2 Laser Scanner INS/GPS System Mittelformatkamera Flugzeug (DA42)

32 Request for Airborne Laser Scanning Survey GPS Network Hardware Software Survey Planning Aircraft + Training Base Station Network + Support Laser Scanner INS / GPS Subsystems Digital Camera (optional) Data Storage Operator s Workstation Flight Guidance System Control Coverage Monitoring Flight Guidance ALSS Turnkey Solution Data Processing Environment Data Processing Airborne Laser Scanning Data in WGS84 ALS System Komponenten

33 Specifications RIEGL LMS-Q560 Measurement range Ranging accuracy multi-target resolution Measurement rate Scan range Scan speed Synchronization Size / weight Laser safety 30 m m at ρ = 80% 30 m m at ρ = 20% 20 mm down to 0.5 m meas/ss (burst rate) up to meas/ s (average) 45 (up to 60 ) Up to 160 lines / sec GPS PPS & serial IF 560 x 200 x 217 mm / 20 kg Laser class 1 / wavelength near infrared Maximum Measurement Range vs Target Reflectivity and Measurement Rate Laser Scanner Spezifikation RIEGL LMS-Q560

34 DSM 0.25 m flight path scan line Darstellung der Echosignale pro Scanlinie

35 ALS Fallbeispiel aus dem Paper Full-waveform airborne laser scanning as a tool for archaeological reconnaissance In: Campana S., Forte M. (eds.), FRom Space to Place. Proceedings of the 2nd International Conference on Remote Sensing in Archaeology. BAR International Series 1568, 2006, Autoren: Michael Doneus [michael.doneus@unvie.ac.at] Christian Briese [ cb@ipf@tuwien.ac.at] ALS Fallbeispiel mit Full Waveform DSM

36 ALS Fallbeispiel mit Full Waveform DSM

37 ALS Fallbeispiel mit Full Waveform DSM

38 3D-Ansicht von runden Wällen- DSM

39 3D-Ansicht von runden Hügelgräber - ungefiltertes DTM

40 3D-Ansicht von runden Hügelgräber - gefiltertes DTM (Impulsbreite)

41 3D Punktwolke nach Entfernung von Echo Signalen mit großer Impulsbreite in ein Luftbild eingeblendet

42 Runde Hügelgräber - Querschnitt

43 Request Survey Planning Evaluation Execution for Airborne flight actual point height intensity Laser strips density flight color-coding Scanning of lines laser Survey data (DSM) surveying area Beispieldaten

44 Turnkey Solution for Airborne Laser Scanning aircraft air speed laser scanner spatial density, 40 m/s (2 laser 2 x 50 khz 2 x 100 khz 2 x 200 khz PRR storage capacity ranging accuracy geo-referenced accuracy approvals Diamond DA42 MPP 40 m/s - 80 m/s RIEGL LMS-Q560, full waveform capabilities AGL = 500 m 3 meas / m² 6 meas / m² 12 meas / m² > 8 hours of full waveform data recording 2 cm AGL = 800 m 1.8 meas / m² 3.6 meas / m² 7.2 meas / m² 10 cm experimental data: less than 3 cm (1σ) with reference objects, after post-processing certification category EASA part 23 (Europe), FAR23 (USA), enables worldwide operation Spezifikation des ALS Gesamtsystems

45 ALS & TLS Gesamtsystem (11. & )

46 LOAG Flugplatz Krems Gneixendorf / Österreich

47 LOAG Flugplatz Krems Gneixendorf / Österreich

48 Plane Patches vor dem Streifenausgleich, Punktewoken

49 Plane Patches vor dem Streifenausgleich, schattierte Ansicht von oben

50 Vor simultanem Streifenausgleich

51 Nach simultanem Streifenausgleich und Einbaulage-Kalibrierung

52 Nach simultanem Streifenausgleich und Einbaulage-Kalibrierung

53 TLS (Echtfarbe) kombiniert mit ALS (farbkodiert)

54 3D CAD Modellierung mithilfe von 3D Monoplotting (Phidias)

55 3D CAD Modell aus TLS und ALS Laser Scandaten

56 Beispiel TLS Scan 3D Modell

57 MLS 2D Laser Scanner Q240 am Boot (Frankreich)

58 MLS am Meßschiff (Hafen von Marseille)

59 GPS 2D Laser Scanner Q240 IMU IXSEA MLS am Meßschiff (Hafen von Marseille)

60 Google Earth: Hafen von Marseille

61 RiSCAN PRO: Hafen von Marseille

62 MLS Meßdaten mit Trajektorie des Meßschiffes

63 MLS Meßdaten mit Trajektorie des Meßschiffes

64 MLS Meßdaten

65 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Herzlichen Dank für die Kooperation und Zusammenarbeit an Milan Flug GmbH (Frauenkirche) Port of Marseille (Hafen von Marseille)