Empirical investigation of a stochastic model based on intensity values for terrestrial laser scanning

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Nelly Holtzer
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1 Empirical investigation of a stochastic model based on intensity values for terrestrial laser scanning Tomke Lambertus 1,2, David Belton 1 & Petra Helmholz 1 1 Curtin University Perth, Australien; 2 Jade Hochschule Oldenburg;

2 Surveying Expedition, Western Australia 2016 Auf dem Weg Geländeaufnahme Das Team Dank an die Sponsoren und Mentoren der Surveying Expedition! Folie 2

3 Surveying Expedition, Western Australia 2016 Auf der Suche nach Grenzpunkten Messprojekt Niagara Staudamm GNSS-Messung Das Camp Folie 3

4 In diesem Beitrag Vorstellung der empirischen Untersuchungen Auswertung und Ergebnisse Stochastische Modellierung für den Leica C10 Laserscanner Einfluss der Scangeometrie Zusammenfassung und Ausblick Leica C10 Folie 4

5 Empirische Untersuchung Distanzen von 1 m bis 50 m in 1 m-intervallen (und kürzer) Auftreffwinkel von 0 bis 80 in 5 -Intervallen 20 Segmente pro Scan von Weiß zu Schwarz (~10x10 cm) ca Scans und verschiedene Aufnahmevariationen Kombinierte Punktwolke Verwendete Zieltafel Folie 5

Empirische Untersuchung Aufteilung der Zieltafel in einzelne Segmente Ebenenschätzung pro Segment Daten zur Auswertung pro Segment: Mittlere Intensitätswert und deren

6 Empirische Untersuchung Aufteilung der Zieltafel in einzelne Segmente Ebenenschätzung pro Segment Daten zur Auswertung pro Segment: Mittlere Intensitätswert und deren Standardabweichung RMS aus Ebenenschätzung Mittlere Distanz und Auftreffwinkel Anzahl Punkte RMS = i=1 n 2 v Disti n Mit orthogonalem Punktabstand v Dist zur Ebene für n Punkte pro Segment Folie 6

7 Stochastische Modellierung Hier nur rechtwinklig gescannte Segmente! Alle Segmente! Folie 7

8 Stochastische Modellierung beste Scangeometrie schlechteste Scangeometrie Folie 8

9 Stochastische Modellierung Folie 9

10 Einfluss der Scangeometrie Scangeometrie beeinflusst die Präzision einzelner Punkte in einer bestimmten Richtung, z. B. in Objektnormale Folie 10

11 Messunsicherheit beim Einzelpunkt Footprint Footprint Objektebene Messrauschen Messrauschen Annahme Winkelgenauigkeit: 12 und Streckengenauigkeit: 4 mm nach BAE et al Folie 11

12 Messrauschen im Experiment Bestätigt zuvor berechnetes Messrauschen Folie 12

13 Messunsicherheit beim Einzelpunkt Auftreffwinkel Distanz Annahme Winkelgenauigkeit: 12 und Streckengenauigkeit: 4 mm nach BAE et al Folie 13

14 Gültigkeit in der realen Welt? Beispiel Bauwerksüberwachung Niagara Staudamm in Westaustralien schlechteste Scangeometrie: flacher Winkel, längste Distanz Nasse und schwarze Oberfläche schwache Intensitätswerte Folie 14

5 x 4 m -Ausschnitt Eingeteilt in ein 10x10 cm -Raster a priori Präzision (RMS) abgeleitet

15 Gültigkeit in der realen Welt? Beispiel Bauwerksüberwachung Niagara Staudamm in Westaustralien 8.5 x 4 m -Ausschnitt Eingeteilt in ein 10x10 cm -Raster a priori Präzision (RMS) abgeleitet aus Intensitätswerten& Winkel Tatsächliche erreichter RMS aus Best Plane Fit mittels PCA, direkt abgeleitet aus Rohdaten Intensitätswerte als Prädiktor für Präzision? Folie 15

16 Zusammenfassung Intensitätswerte sind aussagekräftig für die Präzision der Streckenmessung, die Schlüsselkomponente oder Elementarbeobachtung in TLS Einflüsse von Oberflächeneigenschaften (Farbe, Material, Feuchtigkeit) auf die Präzision der Streckenmessung beeinflussen gleichermaßen auch die Intensitätswerte Präzisionsinformationen werden repräsentativ in einer Messgröße für jeden Punkt zusammengefasst Komplexe Einzelmodellierung aller möglichen Fehlereinflüsse ist nicht nötig Vorgestelltes Experiment bestätigt die Gültigkeit des stoch. Modells für den 1D-Fall von WUJANZ et al., Oldenburger 3D-Tage 2017 Scangeometrie sollte dennoch berücksichtigt werden, die Präzision in Objektnormalenrichtung ist abhängig vom Auftreffwinkel und kann sich ggf. bei flachen Auftreffwinkeln verbessern Folie 16

17 Ausblick Kombiniertes stochastisches Modell: Intensitätswert weiterhin als Basis Zusatzparameter Winkel für Präzisionsbestimmung in gewünschter Richtung Allgemeingültigkeit prüfen Übertragung auf andere Laserscanner Modelle Mögliches Modell RMS = f (Intensität, Winkel) Folie 17

18 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Empirical investigation of a stochastic model based on intensity values for terrestrial laser scanning Tomke Lambertus: tomke.lambertus@student.jade-hs.de David Belton: d.belton@curtin.edu.au Petra Helmholz: petra.helmholz@curtin.edu.au Folie 18

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