Flugzeuggetragenes (Airborne) Laserscanning. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 1

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1 Flugzeuggetragenes (Airborne) Laserscanning HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 1

2 Airborne Laser Scanning Das Airborne Laser Scanning System erlaubt die berührungslose Erfassung der Geländeoberfläche mit hoher Präzision. Der Laserstrahl des Scanners wird quer zur Flugrichtung abgelenkt und ein Geländestreifen entlang des Flugwegs mit einer Zick Zack Linie abgetastet. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 2

3 Airborne Laser Scanning Die Entfernung zur Erdoberfläche wird über Laufzeitmessung ermittelt. Die äußere Orientierung, d. h. die Position und die Lage des Sensors im Raum, wird aus GPS und Inertialmessungen berechnet. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 3

4 Zusätzliche Messsensoren Sofern kein aktuelles Luftbild existiert: Digitale Kamera GPS Empfänger IMU Lasersensor HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 4

5 Airborne Laserscanning Im Unterschied zur Photogrammetrie handelt sich dabei um aktive Erfassungssysteme, bei denen von einem Sender ausgestrahlte Laserimpulse verwendet werden. Sender + Empfänger GPS, INS, Bordcomputer z y x Erste Reflexion Z Erste Reflexion Letzte Reflexion Datenerfassung Y X Wald Letzte Reflexion Datenauswertung Haus HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 5

6 Airborne Laserscanning Zur Auswertung können der letzte oder der erste Puls verwendet werden. Variable Punktdichte: 1Pkt/4m² bis 30Pkte/1m² Scanwinkel beträgt ca. 0 bis ±25 Flughöhen variieren von Gerät zu Gerät zwischen 100m und 4000m ALS kann nur bei hindernisfreier Sicht durchgeführt werden (keine Wolken, kein Niederschlag) HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 6

7 Messprinzip Aktives Erfassungssystem durch Lidar Entfernungsmessung: Sensor an Bord Geländeoberfläche (Pulslaufzeitmessung) Gleichzeitige Orientierung des Sensors Variable Parameter: Messrate, Scanwinkel und Scanfrequenz Dichte und Verteilung: Flughöhe über Grund, der Fluggeschwindigkeit und dem Abstand der Fluglinien Punktwolke HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 7

8 Messprinzip Besonderheit: Erste und Letzte Reflektion (Minimumdifferenz) Mehrfachsignale (Leitungen) Messbereich: Nahes Infrarot (1,0 1,5 μm) Scanmuster: Zick Zacklinie, konische Abtastung, parallele Linien Intensität: Grauwerte oder Qualitätskontrolle HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 8

9 Messgeschwindigkeit Beispiele: Korridor von 60 km x 50 m: 1 Flugstunde 80 Millionen Einzelpunkte während eines etwa vierstündigen Flugs Riegl LMS Q680i Leica ALS60 Optech Pegasus HD500 Scanfrequenz (abhängig vom FOV) Linien/ sec Hertz Hertz Pulsrate 400 khz 200 khz khz HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 9

10 Beispiel Polygonspiegelsystem HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 10

11 Airborne Laserscanner (Optech) Der Herstellers Optech Inc. ( ) ist einer der Marktführer im Bereich der Airborne Laserscanner (Airborne Laser Terrain Mapper = ALTM). Entwickler und Dienstleister in Deutschland ist z.b. die Firma TopScan GmbH ( ) ALTM 3100 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 11

12 Airborne Laserscanner (Optech) ALTM 1225 ALTM 2050 ALTM 3100 Baujahr Messrate Hz Hz Hz Messmodi Erster u. letzter Puls Erster u. letzter Puls Max. 4 Pulse Scanwinkel 0 bis ±20 0 bis ±20 0 bis ±25 Flughöhen m m m Intensität Ja Ja Ja Digitale Messkamera Rollei db45 metric Emerge DSS Rollei db45 metric HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 12

13 Airborne Laserscanner (Optech) HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 13

14 Sensoren (Riegl) HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 14

15 Genauigkeit Abhängig von der Flughöhe: Weg durch die Atmosphäre Vergrößerung des Laserfootprints Streuungsverlust Riegl LMS Q680i Optech Pegasus HD500 Genauigkeit 20 mm Horizontalgenauigkeit 1/5.500 x Flughöhe (45 mm) Präzision 20 mm Höhengenauigkeit < 5 15 cm Bemerkung Bei 250 m und Riegl Testbedingungen Bemerkung 50 FOV, Standardatmosphäre HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 15

16 Genauigkeit Leica ALS60 Abschätzung bei 40 FOV und 5 cm GNSS Fehler: Beispiel (ALS50 II): 10 cm GNSS Fehler, max. 40 FOV 1000 m über Grund: 11 cm Höhe, 11 cm Lage 4000 m über Grund: 15 cm Höhe, 44 cm Lage HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 16

17 Airborne Laserscanning Bei allen Laserscannern sind die Parameter Messrate, Scanwinkel und Scanfrequenz variabel einstellbar. Zusammen mit der Flughöhe über Grund, der Fluggeschwindigkeit und dem Abstand der Fluglinien bestimmen sie die Dichte und die Verteilung der Laserpunkte im Aufnahmegebiet. Alle Systeme können mit einer Digitalen Messkamera kombiniert werden. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 17

18 Airborne Laserscanning Die System und Befliegungsparameter werden entsprechend dem Anwendungszweck gewählt, wodurch auf die unterschiedlichsten Anforderungen flexibel reagiert werden kann. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 18

19 Airborne Laser Scanning Die mittlere Lagegenauigkeit liegt bei 1m, Höhengenauigkeit bei 10 cm. Das für viele Anwendungsgebiete sehr wirtschaftliche System besitzt den Vorteil auch in schwer zugänglichen Bereichen, wie z.b. in Waldgebieten, gute Höhenergebnisse zu liefern. Für nicht zu dichte Waldgebiete sind Befliegungen mit dem Airborne Laser Scanner praktisch die einzige Möglichkeit, Höheninformationen zu akzeptablen Kosten zu gewinnen. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 19

20 Airborne Laser Scanning Simulation einer Emsüberflutung im Stadtgebiet von Rheine. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 20

21 Einsatzbereich Frühkeltischer Fürstensitz Heuneburg HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 21

22 Airborne Laser Scanning Anwendungsbereiche: Topographische Geländeaufnahme, auch in Waldgebieten. Vegetationshöhenbestimmung. Wattenmeervermessung und Küstenschutz. Vermessung von Überschwemmungsgebieten. Gletschervermessung. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 22

23 Airborne Laser Scanning Anwendungsbereiche: Erstellung von digitalen Stadtmodellen, z.b. Funknetzplanung und Lärmausbreitungsberechnungen. Trassierung für Straßen und Gleisbau, Pipeline und Leitungsbau. Überwachung von Hochspannungsfreileitungen. Volumenkontrolle, z.b. im Tagebau und bei Deponien. u.a. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 23

24 Airborne Laser Scanning Produkte: Digitale Höhenmodelle in verschiedenen Rasterweiten: der Erdoberfläche, von Objektoberflächen (z.b. Stadtmodelle, Vegetationsmodelle). Perspektiv Ansichten (z.b. als Drahtgitter oder Graustufenbild. Höhenprofile, Höhenpunktraster, Höhenlinien und Höhenschichtenkarten. Ableitung von Sekundärkarten: Hangneigungskarten, Expositionskarten. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 24