Auswahlkriterien für terrestrische Laserscanner

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1 2. Hamburger Anwenderforum Terrestrisches Laserscanning Hafen City Universität Hamburg Auswahlkriterien für terrestrische Laserscanner von Rudolf Staiger Fachhochschule Bochum

2 Inhalte 1. Einleitung 2. Klassifizierung der Laserscanner 3. Technische Daten und ihre Wichtigkeit - Geometrie - LOD 4. Untersuchungen - Dauertest-Wiederholbarkeit - Messrauschen - Reichweite - Genauigkeiten Strecke + Zylinder 5. weitere Kriterien 6. Schlussfolgerung

3 Klassifizierung der Scanner 1 Streckenmessung Kriterium Streckenmessverfahren Pulslaufzeit Phasenvergleichsverfahren Reichweite ~ 1 km ~ 20 bis 100 m Messrate ~ Punkte /s ~ Punkte /s Genauigkeit 5 bis 50 mm Winkelauflösung/ Größe / Gewicht / Preis /. / Messbereich Abhängig von der Strahlablenkung

4 Klassifizierung der Scanner 2 Strahlablenkungssysteme

5 Kriterien 1 Messbereich Winkel-Strecke Punktdichte Punktabstand Hz / V Mess-Genauigkeit Strecke-Winkel Strahldivergenz Spotgröße Reproduzierbarkeit Messrauschen Punktgenauigkeit

6 Genauigkeitsangaben der Hersteller Herst. System Winkel Strecke Position Element Callidus CP 3200 A: 0,009 (V) A: 0,005 (Hz) A 2 : 5 mm A: ±2,5 mm (Fläche 3 ) Leica Smartstation A 1 : 60 µrad A: +-4 mm A: 6 50 m A: 2 mm (Fläche) 7 Faro LS 880 R: 0,0011 (V) R: 0,00076 (Hz) U 4 Trimble GX 200 R: 32 µrad U 5,6 :1,4 6,5 mm T 5,6 :3 10 mm R: m Optech ILRIS-3D A: 10 mm Riegl LMS Z 420 i R: 0,0025 A: 10 /5 mm 6 R: 5 mm Z & F IMAGER 5006 R: 0,007 (V) R: 0,001 (Hz) L: 3 mm 1 : Hz und V 2 : typische Messgenauigkeit 3 : abhängig von Mittelung 4 : bei 84% Reflektivität 5 : zw. 5 und 100 m 6 : gemittelt 7 : für CYRA 2500 A: Genauigkeit P: Präzision L: Linearität R : Auflösung U: Unsicherheit T: Toleranz

7 Qualität der Rohdaten Geometrische Qualität Strecke Winkel 3D-Koordinate LOD- Level of Detail Geometrisches Element Rasterung Punktabstand Auflösung Verknüpfung mehrerer Scans Erfassen von Feinstrukturen

8 Dauertest 1 Ziel der Untersuchung Erkenntnisse über Reproduzierbarkeit der Messwerte Strecke, Horizontalwinkel und Vertikalwinkel Untersuchungen zu verschiedenen TargetTypen Messaufbau und Durchführung 54 Black+White Targets in Entfernungen 2m bis 20m 2 TargetTypen 185 Messreihen Dauer 15h 30 Minuten Auflösungsstufe High chess1 chess2

9 Dauertest 3 Ergebnisse Hz und V 5.5 Zusammenfassung Winkel, Auflösungsstufe HIGH LowEncoder- Target horiz. HighEncoder- Target horiz STD in [0.001 ] Strecke in [m]

10 Bsp. Instrumentenfehler Teilkreisexzentrizität IMAGER 5006 Teilkreisexzentrizität Imager unkalibriert kalibiert 25 dhz [0,001 ] Teilkreisstelle Hz [ ]

11 Streckengenauigkeit 4,0 3,0 Imager 5006 von Zoller & Fröhlich Black White ,0 Abweichung [mm] 1,0 0,0-1,0-2,0-3,0-4,0 Strecke [m]

12 Auflösungsvermögen RIEGL LMS 420i ±1,2cm Häufigkeitsverteilung Riegl LMS 420i Häufigkeit cm 10cm Strecke [mm] 0 4,95 4,97 4,99 5,01 5,03 5,05 5,07 5,09 5,11 5,13

13 Streckengenauigkeit RIEGL LMS 420i Streckengenauigkeiten des LMS 420i von Riegl Ebenenscan Targetscan Abweichungen [mm] Strecke [m]

14 Genauigkeit geometrischer Elemente Zylinder Universität Duisburg-Essen Campus Essen 32 Säulen ca. 5,80 m hoch Ø = 610 mm

15 Zylinder-Ergebnisse Säulendurchmesser Essen Säulendurchmesser LMS Essen 420i Mitte LMS 420i Ecke LMS 420i Kreuzung S1 S1 S3 S3 S5 S5 S7 S7 S9 S9 S11 S11 S13 S13 S15 S15 S17 S17 S19 S19 S21 S21 S23 S23 S25 S25 Abweichung [mm] Abweichung [mm] LMS 420i Mitte IMAGER 5006 Mitte Säule Säule Zielweiten: m 3000 Punkte pro Säule (Riegl) Zielweiten: Punkte m pro Säule (Z+F) S27 S27 S29 S29 S31 S31

16 Reichweite Sprengung Not-Scan Kraftwerk in Gelsenkirchen-Buer

17 Kriterien 2 Messrate? Zeitfenster Farberkennung? Grauwertspektrum 3 min Kombination mit Digitalkamera 45 min Dauer eines Scans?? 8 min 30 min

18 Kriterien 3 Verknüpfung der Punktwolken Verknüpfung der Punktewolken Passpunkte, Tie-Points geometrische Elemente ganze Punktwolken klassisch-geodätisch bekannter Punkt + Orientierungsrichtung Georeferenzierung Tachymetrie einiger Passpunkte Scannerausstattung Zentrierung / Horizontierung / Neigungssensor / Kompensator HW Unterstützung der Registrierung SW!!

19 Der optimale Scanner? Gewünschtes Endergebnis? - 3D-Modelle? Statisch- animiert? - 2D-Pläne? - Schnitte, Flächen, Volumina? - Maße aus der Punktwolke? Was sind die Ziele? Welches Ergebnis wird angestrebt? Auswertung & Visualisierung - Beschreibungssprache? - Modellierung? - Software? Formate? Punktwolke - verknüpfte Punktwolken? - welche Dichte? gleichmäßiges Raster? - georeferenziert? - überlagert mit RGB-Daten? Messobjekt - Reichweite, Genauigkeit, Punktdichte? - Objektausdehnung /Innenraum / Außenraum? - Zeitfenster? welcher Scanner?

20 Zusammenfassung Auswahlkriterien TLS 1. Die Datenerfassung bei TLS funktioniert! 2. Herstellerangaben sind nur Hinweise! Standards? 3. Scanner sind heute im Nahbereich z. T. ebenbürtig mit Tachymeter! 4. Den optimalen Scanner gibt es nicht! 5. Die Auswahl eines geeigneten Scanners hängt vor allem von der Aufgabe bzw. dem gewünschten Ergebnis ab! 6. Bei der Auswahl sind viele Faktoren zu berücksichtigen! Kompromiss Erfahrungsaustausch Hersteller Anwender Hochschulen

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