RIEGL VZ-4000 Was bleibt da auf der Strecke?

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1 1 RIEGL VZ-4000 Was bleibt da auf der Strecke? Andreas GEIER und Thomas MARTIENßEN Zusammenfassung Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit Untersuchungen terrestrischer Long-Range Laserscanner. Im Frühjahr 2016 wurde für diese Studie dem Institut für Markscheidewesen und Geodäsie von der Firma RIEGL dankenswerter ein Laserscanner RIEGL VZ-4000 zur Verfügung gestellt. Im ersten Teil des Beitrages wird das über Tage realisierte Messkonzept und die Ergebnisse eines Soll-Ist-Vergleiches vorgestellt. Hierbei kommt es zur Gegenüberstellung von Strecken bis auf etwa 2.4 km Länge. Die bei der globalen Referenzierung auftretenden Widersprüche werden diskutiert. Für den zweiten Teil des Beitrages wurde die Streckenmessung des RIEGL VZ-4000 auf der vom Institut für Markscheidewesen und Geodäsie betriebenen untertägig gelegenen EDM- Prüfstrecke (Elektrooptische Distanzmessung) des Lehr- und Forschungsbergwerkes der TU Bergakademie Freiberg überprüft. Diese ca. 300 Meter lange Prüfstrecke wird kurz vorgestellt und die Ergebnisse aus der Überprüfung präsentiert. 1 Einleitung Seit mehreren Jahren sind Long-Range Laserscanner mit Reichweiten von mehreren Kilometern auf dem Markt erhältlich. Die Entfernungsmessungen mit Laserscannern unterliegen den gleichen äußeren Einflüssen wie die Entfernungsmessungen mit Totalstationen oder Tachymetern. Es spielen geometrische sowie physikalische Einflussgrößen eine wichtige Rolle. Bei klassischen Vermessungsinstrumenten ist es üblich im Zuge der Koordiantenberechnung an den polaren Beobachtungsgrößen Korrekturen anzubringen, z.b. wegen Erdkrümmung, Refraktion, Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchte. Somit steht die Frage: Wie gehen die Hersteller von terrestrischen Laserscannern mit dieser Thematik um? Der vorliegende Beitrag stellt sich dieser Fragestellung. Über einen Soll-Ist-Vergleich kommt es erstmalig zu einer Gegenüberstellung von absoluten Entfernungsmessungen im Long-Range Bereich. Der Beitrag erläutert den übertägigen Versuchsaufbau und stellt die Ergebnisse der am Institut für Markscheidewesen und Geodäsie der TU Bergakademie Freiberg durchgeführten Untersuchungen an einem Laserscanner VZ-4000 der Firma RIEGL vor. Zur Absicherung der Ergebnisse wurde der Scanner in einem weiteren Messeinsatz auf der untertägigen Prüfstrecke für EDM getestet.

2 2 A. Geier und T. Martienßen 2 Überprüfung des RIEGL VZ-4000 über Tage 2.1 Messkonfiguration Für die Untersuchungen ist die Aussichtsplattform auf dem Altan des Hauses 1 des Institutes für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (Gebiet Reichen Zeche Freiberg) bestens geeignet. Der erhöhte Standpunkt bietet einen 360 Grad Rundumblick (Abbildung 1), so dass Visuren in alle Richtungen über mehrere Kilometer hinweg möglich sind. Abb. 1: Aufbau des RIEGL VZ-4000 und Blick vom Altan des Hauses 1 in Richtung des Förderturms des Lehr- und Forschungsbergwerkes Reiche Zeche und auf die Stadt Freiberg Auf dem Altan wurde eine bereits bestehende Punktvermarkung verwendet. Dieser zentrale Beobachtungspunkt (A) bietet die Möglichkeit 12 Punkte mit Zielweiten von einigen Kilometern über den Horizont verteilt festzulegen (Abbildung 2). Einer dieser Punkte befindet sich auf dem Dach des Karl-Kegel-Baus der TU Bergakademie Freiberg, von dem aus zum Altan eine direkte Sichtverbindung besteht. Dieser dient seit 2010 als GNSS-Referenzstation für RTK-Messungen im Übungsbetrieb des Institutes. Die anderen 11 Punkte sind neu vermarkte Bodenpunkte. Je nach Örtlichkeit wurden Betonsteine, Nägel oder Rohre mit Kappen verwendet, die für den Untersuchungszeitraum eine sichere Vermarkung garantieren. Hauptkriterium für die Festlegung der Ziele war deren Sichtverbindung zum Altan. Gleichzeitig war darauf zu achten, dass die Entfernungen für die Bestimmung der Sollstrecken nicht zu groß gewählt wurden.

3 Beispieldokument für Tagungsband 3 Abb. 2: Verteilung der 12 Zielpunkte um den zentralen Beobachtungspunkt A Für die Ermittlung der Sollstrecken wurde neben GNSS-Beobachtungen (Global Navigation Satellite System) auf EDM-Messungen zurückgegriffen. Dazu wurden die beiden am Institut vorhanden Präzisionsinstrumente TCA 2003 der Firma Leica und S8 der Firma Trimble eingesetzt. Leica gibt als maximale Reichweite für die Totalstation TCA 2003 bei Messungen auf ein Prisma 2500 m und Trimble für die Totalstation S8 im Standardmessmodus 3000 m an. 2.2 Messkonzept Im März 2016 wurde dem Institut für Markscheidewesen und Geodäsie von der Firma RIEGL ein Long-Range-Laserscanner VZ-4000 (Abbildung 1) zur Verfügung gestellt. Dieser Laserscanner besitzt je nach Messmodus eine Reichweite von bis zu 4000 m (RIEGL 2015). Aufgrund der großen Zielweiten (ca m) mussten im Vorfeld der Messungen spezielle Zieltafeln in der Größe 40 x 40 cm realisiert werden. Diese sind für die Aufnahme in Zeiss- Dreifüßen ausgelegt. Die exakte Zentrierung und Horizontierung ist mittels optischer Lote

4 4 A. Geier und T. Martienßen möglich und im Wechsel mit den Zeiss-Prismen erfolgte die Arbeitsweise in Zwangszentrierung. Abbildung 3 zeigt die über dem Zielpunkt 2 für das terrestrische Laserscanning (TLS) aufgebaute Zieltafel. Abb. 3: Die über den Zielpunkt 2 für das TLS aufgebaute 40 x 40 cm große Zieltafel Das Messkonzept sah vor Soll- und Ist-Strecken an zwei aufeinander folgenden Tagen zu erfassen. Die Ermittlung der Sollstrecken wurde dabei auf zweierlei Weise abgesichert. Einerseits durch den Einsatz verschiedener Messprinzipien, nämlich GNSS und EDM, sowie andererseits in Form von zwei voneinander unabhängigen Messkampagnen. Um mit GNSS-Beobachtungen höchste Genauigkeiten zu erreichen, sind lange Beobachtungszeiträume einzuplanen, so dass hierfür jeweils ein kompletter Tag veranschlagt wurde. Die GNSS-Einsätze erfolgten am 10. und 16. März 2016 und die EDM- und TLS-Messung am 9. und 17. März Sollstreckenbestimmung Ableitung der Sollstrecken durch GNSS Für die Bestimmung der Sollstrecken mit GNSS wurden Empfänger der Firmen Leica und Trimble eingesetzt. Die am Institut vorhandene Technik spiegelt sehr unterschiedlichen Entwicklungsstufen der Empfänger wieder. In den Punktbesetzungen wurden sowohl ältere Instrumente mit neuen Instrumenten als auch Leica mit Trimble Empfängen kombiniert. Die jeweiligen Beobachtungszeiten langen zwischen 60 und 90 Minuten und jeder Zielpunkt wurde 3- bis 4-mal besetzt. Die Auswertung der registrierten Rohdaten erfolgte im Post-Processing. Hierzu wurden präzise Ephemeriden und vier SAPOS Referenzstationen, die das Untersuchungsgebiet umschließen, zusätzlich in die Auswertung eingebunden und die Möglichkeit der virtuellen Vernetzung genutzt. Abbildung 4 zeigt die Netzkonfiguration.

5 Beispieldokument für Tagungsband 5 Abb. 4: Darstellung des GNSS Netzes vom mit Trimble Business Center (TBC) Die GNSS-Beobachtungen wurden zwei Mal unabhängig voneinander ausgewertet und kontrolliert. Jede Messkampagne wurde nicht nur mit TBC prozessiert, sondern auch ein zweites Mal mit der Software Leica-Geo-Office (LGO). Interessant sind die systematischen Abweichungen in den berechneten Längen der Basislinien. LGO liefert im Durchschnitt 2 mm längere Basislinien, unabhängig von deren Beobachtungszeit und ihrer Länge. Zu berücksichtigen ist, dass diese Differenzen deutlich unter der 3D Qualität der Lösungen liegt, die die Softwareprodukte selbst angegeben Ableitung der Sollstrecken aus EDM Zusätzlich sollten die Sollstrecken durch eine direkte Streckenmessung, ähnlich dem TLS, ermittelt werden. Hierfür kamen die beiden Präzisionstachymeter TCA 2003 und S8 des Institutes zum Einsatz. Das S8 wird mit einer Streckenmessgenauigkeit nach ISO von 1 mm + 2 ppm und das TCA 2003 mit einem Wert von 1mm + 1 ppm angegeben. Die EDM-Messungen erfolgen immer unmittelbar nach oder vor dem TLS, so dass sich die atmosphärischen Bedingungen gegenüber dem TLS glichen. Außerdem wurde nach dem Prinzip der Zwangszentrierung gearbeitet, so dass im Vergleich der Distanzen aus EDM und TLS der Zentrierfehler vernachlässigt werden kann. Aus den jeweils 12 Einzelmessungen (3 Vollsätze bei einer Wiederholung) werden Mittelwerte für die Vergleichsstrecken S berechnet. Bekannt ist, dass die meteorologischen Bedingungen mit zunehmender Streckenlänge einen immer größeren Einfluss auf das Messergebnis einer Distanzmessung besitzen. Aus diesem

6 6 A. Geier und T. Martienßen Grund wurden die atmosphärischen Größen Luftdruck p und Temperatur T nicht nur am Beobachtungspunkt (A), sondern auch an ausgewählten Zielen aufgezeichnet Festlegung der Sollstrecken Der Einsatz unterschiedlicher Messmethoden an unterschiedlichen Messtagen und die Wiederholung der Untersuchungen in einer zweiten Messkampagne, erfordert die Festlegung der Vergleichsgröße, sprich der Basis, an denen sich der Vergleich ausrichtet. Als die für die Vergleiche maßgeblichen Sollstrecken, werden die Raumstrecken S zwischen den vermarkten Bodenpunkten definiert (Abbildung 5). ς Abb. 5: Prinzip der Streckenkorrektur für GNSS, EDM und TLS Dies ist sinnvoll, da aufgrund verschiedener Messmethoden die Höhen im Standpunkt (Instrumentenhöhe i) und in den Zielen (Zielhöhen z) variierten. Außerdem kommen in den GNSS-Messkampagnen die unterschiedlichen Antennenhöhen im Beobachtungspunkt (A) und den 12 Zielpunkten hinzu. Die Überleitung der gemessenen Strecken S in Sollstrecken S erfolgt nach (1). S = S 2 + Δh 2 2 S Δh cos(ς) (1) In diesem Ansatz wird angenommen, dass die Stehachsen im Stand- und Zielpunkt parallel verlaufen. Diese Annahme ist berechtig, da eine Nichtparallelität der Stehachsen ihre Ursache in Änderungen des Quasigeoidverlaufes haben. Im Untersuchungsgebiet ist dies nicht der Fall und wurde anhand bekannter globaler Modelle abgeschätzt. Die Ausprägung des Quasigeoides um Freiberg entspricht einer im Raum schräg gestellten Ebene. Dies wirkt im Stand- und in den Zielpunkten gleichartig und ändert nichts an der Stehachsparallelität. Die Umrechnung von S auf S ergibt die Werte in Tabelle 1. Bei Vergleich der EDM- und GNSS-Strecken sowie zwischen Kampagne 1 und 2 ist zu beachten, dass die Aufstellfehler (Horizontierung, Zentrierung) weiterhin enthalten sind. Werden die Distanzen der Länge nach sortiert, fällt auf, dass mit zunehmender Länge die Differenzen zwischen EDM und

7 Beispieldokument für Tagungsband 7 GNSS größer werden. Weiterhin wurde festgestellt, dass die in TBC ausgewiesenen Qualitäten der Lösungen der Basislinien mit zunehmender Länge abnehmen. Tabelle 1: Zusammenstellung der Sollstrecken aus GNSS und EDM Kampagne 1 Kampagne 2 Punkt EDM GNSS EDM GNSS S σ S σ S σ S σ / m / / mm / / m / / mm / / m / / mm / / m / / mm / Einsatz des RIEGL VZ-4000 über Tage Auch wenn der Betrieb des RIEGL VZ-4000 prinzipiell ohne zusätzliche Peripherie möglich ist wurde zur sicheren Registrierung der Tafeln die Streckenmessung in Kombination mit einem extern angeschlossenen Notebook und der Software RiSCAN PRO ausgeführt. Für jeden der beiden Messzyklen einer Messkampagne wurde eine neue Scanposition definiert. Zur sicheren Erfassung der die Tafeln in fast 2500 m Entfernung wurden diese nach einem Übersichtsscan mit einer Laserpulswiederholrate (Laser Pulse Repetition Rate PRR) von 30 khz registriert (RIEGL 2015). Die Listen der Tiepoints enthielten letztlich zu jedem Ziel jeder Messkampagne zwei bis sechs registrierte Finescans. Aus diesen Einzelmessungen wurden Mittelwerte und deren Genauigkeiten berechnet. Für die Vergleichbarkeit der Strecken wurde wieder der Umstand berücksichtigt, dass an beiden Messkampagnen der Scanner unterschiedlich hoch über dem Beobachtungspunkt (A) aufgebaut wurde und sich die Zielhöhen der Tafeln voneinander unterscheiden. Somit wurden im Fall des TLS die gemessenen Strecken S in die Vergleichstrecken S nach (1) umgerechnet. Tabelle 2 fasst die Ergebnisse zusammen.

8 8 A. Geier und T. Martienßen Tabelle 2: Ergebnisse des TLS aus erster und zweiter Messkampagne Kampagne 1 Kampagne 2 Punkt Differenz S' d S' d / m / / mm / / m / / mm / / mm / Die Gegenüberstellung der Differenzen zwischen der ersten und der zweiten Messkampagne zeigen deutliche Unterschiede. Eine Abhängigkeit von der Streckenlänge kann nicht festgestellt werden. Im Gegenteil, die kürzeste Strecke zum Punkt 1 hat mit 14 mm eine sehr große Abweichung und die Differenz zum entferntesten Punkt 5 ist zufällig Null. Um auf die Ursachen dieser Widersprüche schließen zu können, werden gegenwärtig die Finescans des TLS näher untersucht. 2.5 Gegenüberstellung der Ergebnisse Streckenvergleich In diesem Abschnitt werden die aus dem TLS ermittelten Strecken den Strecken der EDM- Messung gegenübergestellt. Die Rahmenbedingungen sind: Die EDM-Strecken werden als Sollstrecken angenommen. Um diese im Sinne fehlerfreier Vergleichstrecken als Sollwerte zu definieren, müssten diese mindestens das zehnfache genauer bestimmt worden sein. Erst dann wäre man berechtigt die Differenzen ausschließlich dem TLS zuschreiben. Leider ist dies nicht der Fall. Die aus der Wiederholungsmessung abgeleiteten Genauigkeiten liegen im ungünstigsten Fall bei 2 mm (Tabelle 1). Die Streckenbestimmung aus GNSS liefert ebenfalls keine echten Sollstrecken im Sinne von zehnfach genauer bestimmten Vergleichsstrecken. Schon die unterschiedliche Auswertung der GNSS Beobachtungen mit zwei unterschiedlichen Softwarelösungen zeigen Differenzen von bis zu 4 mm. Weitere Faktoren kommen hinzu. So wurde durch die GNSS-Messeinsätze über dem Beobachtungspunkt (A) und über den Zielpunkten immer wieder neu zentriert und horizontiert, so dass hier zusätzlich Aufstellfehler wirken.

9 Streckendifferenz [ mm ] Beispieldokument für Tagungsband 9 Abbildung 6 zeigt in einer Gegenüberstellung die Differenzen zwischen den Ergebnissen aus dem TLS und den Vergleichsmethoden der EDM- und GNSS-Beobachtungen. Die Auswertungen der Ist-Strecken des TLS verkörpern ein Zwischenergebnis. Gibt man bei der Suche nach Reflektoren in den Finescans unterschiedliche Parameter in der Eingabemaske an, erhält man sehr unterschiedliche Ergebnisse, die unter Umständen zu falschen Schlüssen führen können. In der Darstellung des Diagrammes in Abbildung 6 betrifft das die kürzeste Strecke und die zweitlängste Strecke der Messkampagne 2. Hier sind weitere Untersuchungen nötig, bevor eine abschließende Bewertung vorgenommen werden kann. Die Firma RIEGL gibt im Datenblatt des RIEGL VZ-4000 in der technischen Spezifikation für die einfache Genauigkeit der Entfernungsmessung auf 150 m einen absoluten Wert von 15 mm und in der Präzision den Wert 10 mm an (RIEGL 2015). Diese Größen werden als Qualitätsmerkmale nach MÖSER (2012) verstanden. Accuracy steht für die Genauigkeit und Precision für die Präzision. Streckendifferenzen des TLS zur EDM und dem GNSS 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0-5,0-10,0-15,0-20, Streckenlängen [ m ] EDM / Kampagne 1 GNSS / Kampagne 1 EDM / Kampagne 2 GNSS / Kampagne 2 Abb. 6: Vergleich der Streckendifferenzen aus dem TLS zur EDM und dem GNSS Zukünftig ist das EDM dem GNSS als Vergleichsverfahren vorzuziehen, weil es einerseits nach dem Prinzip der Zwangszentrierung für das TLS identische Strecken garantiert und unter gleichen Messbedingungen ebenfalls ein direktes Messverfahren verkörpert. Verzichtet man auf GNSS, verkürzt sich zudem der Messeinsatz auf einen Tag Globale Referenzierung Der zweite Schwerpunkt der übertägigen Untersuchungen wurde auf die globale Referenzierung der Position des RIEGL VZ-4000 gelegt. Grundlage hierfür waren die geozentrischen Koordinaten beider GNSS-Messkampagnen (Abschnitt 2.3.1). Bewusst wurde auf die Defi-

10 10 A. Geier und T. Martienßen nition eines Landeskoordinatensystems verzichtet, um Änderungen in den Koordinaten infolge der Anwendung von Transformationen und Projektionen auszuschließen. Die Koordinaten der Bodenpunkte wurden lediglich auf das Niveau der Tafeln angehoben, da die Auswertesoftware RiSCAN PRO keine Zielhöhen berücksichtigt. Abbildung 7 zeigt beispielhaft die Restklaffen (Spalten ΔX, ΔY, ΔZ) nach der 6-Parametertransformation zwischen den Laserscannerkoordinaten und den Koordinaten des Projektkoordinatensystems, welches wiederum aus dem globalen Koordinatensystem (GNSS) abgeleitet wurde. Auffällig sind die Restklaffen in Z-Richtung. Gleiches war bei allen vier Kampagnen zu beobachten. Abb. 7: Sortierte Liste der 12 korrespondierenden Verknüpfungspunkte (Tiepoints) Die Ursache hierfür wird in der fehlenden Berücksichtigung von Erdkrümmung und Refraktion durch die Software RiSCAN PRO gesehen und hat originär nichts mit dem RIEGL VZ-4000 zu tun. Verglichen mit dem Verfahren der trigonometrischen Höhenübertragung, sind die Höhen, im vorliegenden Fall die Z-Komponente, entsprechend zu korrigieren. Abbildung 8 verdeutlicht den Sachverhalt. Mit dort angegeber Formel wird die gemessene Höhe korrigiert, indem der Einfluss der Refraktion subtrahiert und der Einfluss der Erdkrümmung addiert wird. Da der Refraktionskoeffizient für das TLS nicht bekannt ist, kann dieser nicht weiter betrachtet werden. Auf dessen Korrektur wird verzichtet, zumal sein Einfluss im Vergleich zur Erdkrümmung deutlich kleiner ausfällt.

11 Beispieldokument für Tagungsband 11 Abb. 8: Einfluss von Erdkrümmung und Refraktion bei der trigonometrischen Höhenübertragung (NEUBERT 1964) Um dieser Vermutung nachzugehen, wurde die Vermessungssoftware CAPLAN (2016) herangezogen. Mit ihrer Hilfe wurde folgendes Experiment durchgeführt: Im Ersten Schritt wurden die ursprünglichen, lokalen Koordinaten der Laserscannerposition exportiert. Mit der Messung in Zwangszentrierung stand der Laserscanner über dem Beobachtungspunkt (A) fast senkrecht. Vor dem Import der Daten in CAPLAN sind die Koordinaten lediglich anhand der Scanner-eigenen SOP-Matrix (Orientierungsmatrix) korrigiert worden. Die SOP-Matrix wird vom Laserscanner über interne Neigungssensoren und den eingebauten Kompass generiert. Nach dieser Transformation wird angenommen, dass der Laserscanner ähnlich einer Totalstation horizontal aufgebaut ist. Im nächsten Schritt wurden in CAPLAN zwei Projekte angelegt. Die geozentrischen GNSS- Koordinaten des ersten Projektes verkörpern das globale Referenzkoordinatensystem. Das zweite Projekt enthält die lokalen Koordinaten der Laserscannerposition. In beiden Fällen wurde mit einer lokalen Netzdefinition gearbeitet, um auch hier dem Umstand der Änderung von Koordinaten durch Transformationen und Projektionen aus dem Weg zu gehen. Abbildung 9 zeigt in Rot für alle vier Laserscannerpositionen das Ergebnis der 6-Parameter-Transformation. Es sind die Restklaffen in Z-Richtung aufgetragenen. Die roten Geraden stellen die berechneten Verläufe als lineare Trendfunktion dar. Dieses Vorgehen bestätigt die Ergebnisse aus RiSCAN PRO. Zur Untersuchung des Einflusses der Erdkrümmung auf das Transformationsergebnis, wurden aus den zuvor genutzten lokalen Koordinaten der Laserscannerposition Beobachtungsgrößen Schrägstrecke (Range), Horizontalwinkel (Phi) und Vertikalwinkel (Theta) berechnet. Diese Größen wurden im Anschluss wie klassische Beobachtungen eines Tachymeters

12 Restklaffen in Z-Richtung / m / 12 A. Geier und T. Martienßen in CAPLAN weiterverarbeitet, also u.a. um die Beträge der Erdkrümmung korrigiert. Nachdem aus den Messwerten Koordinaten berechnet wurden, erfolgte wie oben beschrieben eine 6-Parameter-Transformation. Differenzen in der Z-Komponente 0,30 0,20 0,10 0,00-0,10-0,20-0, Entfernung / m / Messreihe 1 Koordinaten Messreihe 2 Koordinaten Messreihe 3 Koordinaten Messreihe 4 Koordinaten Messreihe 1 Beobachtungen Messreihe 2 Beobachtungen Messreihe 3 Beobachtungen Messreihe 4 Beobachtungen Abb. 9: Darstellung der Restklaffen in Z-Richtung an den 12 Tiepoints Abbildung 9 zeigt in Grün die Restklaffen an den Verknüpfungspunkten in Z-Richtung. Die grünen Geraden repräsentieren wieder die abgeleiteten linearen Trendverläufe. Zu sehen ist, dass der Anstieg die Richtung gewechselt hat und im Trend deutlich kleiner ausfällt. Es wäre vorstellbar, dass mit Anbringen einer Refraktionskorrektur der Trend vollständig verschwindet. Die oben festgestellten und beschriebenen Effekte werden gegenwärtig mit der Firma RIEGL diskutiert. 3 Überprüfung des RIEGL VZ-4000 unter Tage Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten lag in der Überprüfung der Entfernungsmessung des RIEGL VZ-4000 auf der EDM-Prüfstrecke unter Tage im Lehr- und Forschungsbergwerk Reiche Zeche der TU Bergakademie Freiberg. Hierzu wurde die Prüfstrecke bereits zu den 10. Oldenburger 3D Tagen 2011 ausführlich beschrieben, die Herleitung der Sollstrecken mit einem Mekometer 5000 erläutert und die Ergebnisse aus der Untersuchung eines VZ-400 präsentiert (MARTIENßEN 2011). Das in MARTIENßEN (2011) beschriebe Regime der Überprüfung in Hin- und Rückmessung wurde für die Überprüfung des RIEGL VZ-4000 beibehalten, so dass diese Messungen als voneinander unabhängig betrachtet werden können. Abbildung 10 stellt die Ergebnisse dar.

13 Verbesserungen / mm / Beispieldokument für Tagungsband Entfernung / m / Differenzen Hinmessung Differenzen Rückmessung Abb. 10: Darstellung der Verbesserungen zwischen den Soll- und Ist-Strecken in der Gegenüberstellung von Hin- und Rückmessung Das Diagramm zeigt ausgehend vom Nullpunkt sowohl in Hin- und Rückmessung einen Anstieg der Differenzen im Sinne von Verbesserungen (Soll-Ist). Dieser schwingt im Bereich von 5 bis 8 mm. Die Hinmessung (blaue Punkte) wird durch die Rückmessung (braune Punkte). Die dargestellten Punkte verkörpern jeweils Mittelwerte aus drei Einzelmessungen. Insgesamt zeigt das Diagramm, dass die Entfernungen, welche der RIEGL VZ-4000 für die registrierten Targets bestimmt, zu kurz gemessen werden. Die rote und blaue Linie, zeigen die Genauigkeit der Messung im Hin- bzw. Rückweg. Auch diese Ergebnisse bewegen sich innerhalb der Spezifikation und wurden dem Hersteller vorgelegt. 4 Zusammenfassung Ziel des vorliegenden Beitrages war es, Laserscanner im Long-Range Bereich näher zu untersuchen. Hierfür stand dem Institut für Markscheidewesen und Geodäsie für zwei Wochen ein RIEGL VZ-4000 zur Verfügung. Das Instrument wurde über und unter Tage in Bezug auf seine Streckenmessgenauigkeit auf retroreflektierende Ziele überprüft. Im Ergebnis der Untersuchungen konnten die Angaben des Herstellers für Genauigkeit und Präzision, die für Einzelmessungen auf 150 m gelten, (RIEGL 2015) bis in eine Entfernung von ca m bestätig werden. Größere Abweichungen ergaben sich im Verlauf der Georeferenzierung der Laserscannerpositionen. Auffällig sind entfernungsabhängige Abweichungen in Z-Richtung. Hier vermuten

14 14 A. Geier und T. Martienßen die Autoren eine fehlende Berücksichtigung von Erdkrümmung und letztlich auch der Refraktion. Der Hersteller wurde von den festgestellten Ergebnissen und Effekten informiert. Dieser prüft den Sachverhalt im Zusammenhang mit dem von RIEGL eingesetzten Geo-Sys-Manager. Zusammenfassend zeigen die vorgelegten Ergebnisse allen Anwendern und Herstellern von Laserscannern vor Augen, dass im Long-Range-Bereich, also in Messentfernungen von über 500 m, neben atmosphärischen auch geometrische Korrekturen an den Messwerten anzubringen sind. Erst im Anschluss können diesen Daten in die Koordinaten der landesspezifischen Systeme überführt werden, denn die folgenden Projektionen gehen von gekrümmten sphärischen oder ellipsoidischen Bezugsflächen aus. Literatur RIEGL, Laser Measurement Systems GmbH (2015): tx_pxpriegldownloads/datasheet_vz-4000_ pdf Möser, M., Hoffmeister, H., Müller, G., Staiger, R., Schlemmer, H.& Wanninger, L. (2012): Handbuch Ingenieurgeodäsie; Grundlagen. 4. Völlig neu bearbeitete Auflage, Wichmann VDE Verlag GmbH, Berlin CAPLAN (2016): Software zur Auswertung und Planerstellung geodätischer Messungen. Cremer Programmentwicklung GmbH, Pfaffenhofen, Neubert, K. (1964): Markscheidewesen. Band II, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, S Martienßen, T. (2011): Eine Prüfstrecke für terrestrische Laserscanner unter Tage. Photogrammetrie, Laserscanning Optische 3D-Messtechnik; Beiträge der Oldenburger 3D- Tage 2011, Wichmann VDE Verlag GmbH, Berlin, S

15 Beispieldokument für Tagungsband 15 Informationen zu den Autoren: Geier, Andreas TU Bergakademie Freiberg, Institut für Markscheidewesen und Geodäsie Freiberg -Adresse: Martienßen, Thomas TU Bergakademie Freiberg, Institut für Markscheidewesen und Geodäsie Freiberg -Adresse: