Erfahrungen mit einem 3D-Laserscanning- System bei der Erfassung einer Industrieanlage und des Lübecker Holstentores

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1 Hamburger Anwenderforum Terrestrisches Laserscanning 2005 Erfahrungen mit einem 3D-Laserscanning- System bei der Erfassung einer Industrieanlage und des Lübecker Holstentores Diplomarbeit im Sommersemester 2003 Ingo Jahn

2 Inhalt der Präsentation Einführung Das CYRAX D Messsystem Erfassung industrieller Rohrleitungen Erfassung des Lübecker Holstentores Arbeitsaufwand Fazit und Ausblick

3 >>> Einführung Aufgabenstellung Untersuchung des terrestrischen Laserscanners CYRAX 2500 anhand folgender Aspekte: Projektplanung Verhalten bei der Datenerfassung Seite Verknüpfung der Punktwolken (Registration) Modellierung der Messdaten Genauigkeit der erfassten Daten Arbeitsaufwand der einzelnen Schritte

4 >>> Einführung Messobjekte 1. Industrieanlage der Firma Boie Flüssiggaslager in Lübeck 2000 m³ Flüssiggas in 4 Tanks Ca. 200 m Leitungslänge Areal ca. 100 m x 100 m 2. Lübecker Holstentor Erbaut Pfahlgründung in Torf- u. Moorboden Bis zu 3,50 m dicke Backsteinmauern Grundfläche ca. 34 m x 12 m Höhe ca. 39 m

5 >>> Messsystem Das CYRAX 2500 Messsystem Scanner Strom- und Datenkabel Scanner (20,5 kg) Batterien (7,3 kg) Stativ (Cyra) Strom- und Datenkabel Stativ Batterie Laptop Transportbox Cyra Targets Laptop (10/100 Ethernet LAN) c) Half Sphere a) 3x3 inch flach b) 6 inch flach

6 >>> Messsystem Technische Daten des CYRAX 2500 Sichtfeld 40 x 40 Camera-View Scanner Strahlablenkung über zwei Planspiegel Scanner 36 m m 36 m Entfernungsmessung nach dem Impulslaufzeitverfahren Messgeschwindigkeit 1000 Punkte pro Sekunde Messentfernung 1,5 m bis 50 m (max. bis 100 m) Sender Objekt Stoppuhr Impuls Empfänger

7 >>> Messsystem Technische Daten des CYRAX 2500 Auflösung 1,2 mm / 50 m Punktgröße 6 mm / 50 m max x 1000 Punkte pro Scan 3D Genauigkeit ±6 mm / 50 m a x a y Min. Punktabstand: a x,y = 1,2 mm / 50 m Min. Punktgröße: = 6 mm / 50 m 3D Genauigkeit: s = ±6 mm Das Softwarepaket Cyclone (Version 4.0.2): Cyclone Model: Scanning, Registration, Modellierung COE : Datenaustausch mit AutoCAD, MicroStation CloudWorx : PlugIn für AutoCAD bzw. MicroStation

8 >>> Rohrleitungen Erfassung industrieller Rohrleitungen Geodätische Netzmessung in lokalem System Datenerfassung mit Scanner an 2 Arbeitstagen (14 h) 8 Standpunkte mit 20 Scans 8 Cyra Targets im Objektraum zur Georeferenzierung Zusätzlich 6 Cyra Targets als Kontrollpunkte Rasterweite der Aufnahme 1,5 cm Aufnahmeentfernung m 11 Mio. Punkte (257 MByte) Auswertung mit Cyclone

9 >>> Rohrleitungen Registration (Punktwolkenverknüpfung) Verknüpfung überlappender Punktwolken (± 8 mm) Verknüpfung identischer Targets als Verknüpfungspunkte (± 1 mm) Georeferenzierung über gescannte und geodätisch gemessene Targets als Passpunkte (± 1 mm) Genauigkeit in den Kontrollpunkten ±5 mm

10 >>> Rohrleitungen 3D Modellierung manuelle Selektion von Teilbereichen Approximation geometrischer Primitive in die selektierte Punktwolke (± 2 mm) Verbindung der Einzelobjekte Dauer: 111 Arbeitsstunden Genauigkeit (Kontrollpunkte): < 10 mm

11 >>> Rohrleitungen 3D Modellierung FACHBEREICH GEOMATIK

12 >>> Holstentor FACHBEREICH GEOMATIK Erfassung des Holstentores Datenerfassung: 4 Stunden von 5 Standpunkten mit 8 Scanaufnahmen (keine Targets) Rasterweite: 2 bis 3 Zentimeter Aufnahmeentfernung: 24 m bis 60 m Aufgenommene Punkte: 4 Mio. (102 MByte) Registriergenauigkeit: Punktwolken ±8 mm

13 >>> Holstentor Bearbeitungszeit: 17 Stunden 2D-Auswertung in AutoCAD Schnitt Genauigkeit: (Kontrollstrecken) ±2 Zentimeter max. möglicher Maßstab: 1 : 100 Genauigkeitssteigerung durch Verkleinerung der Rasterweite möglich Originaldarstellung im Maßstab 1 : 500 und 1 : 250 Grundriss Ansicht der Westfassade

14 >>> Holstentor Erstellung eines 3D-Blockmodells in AutoCAD Cyclone Punktwolke AutoCAD 3D Modell 3D-Modell mit den wesentlichen Charakteristika Genauigkeit im Dezimeter-Bereich Visualisierung im Internet, Fahrzeugnavigationssysteme...

15 >>> Holstentor 3D-Detaildarstellung eines Fensters Digitales Foto 2D Zeichnung in der Punktwolke Detailkonstruktion aus der Punktwolke Genauigkeit: ±2 Zentimeter Ausarbeitung des Blockmodells 3D Modell

16 >>> Holstentor Virtueller Rundflug durch die Punktwolke Präsentation der Daten in Intensitätswerten oder in den Farben der grobauflösenden Kamera des Scanners Dateigröße: 159 MB (AVI) - komprimiert 3 MB (MPEG)

17 >>> Aufwand Arbeitsaufwand Boie Holstentor Aufnahme: 14 h Auswertung: 111 h Aufnahme: 4 h Auswertung: 33 h Verhältnis Aufnahme / Auswertung: 1 : 9

18 >>> Fazit Fazit und Ausblick Messsystem stabil und einfach zu bedienen Alternative zu Tachymetrie und Photogrammetrie Datenerfassung von außerhalb eines Objektes Primär für Auswertung im Anlagenbau geeignet Hoher Automatisierungsgrad in Erfassung und Registration Weitere Projekte der GDV und der HAW Hamburg: Periodische Überwachungsmessungen am Brodtener Steilufer mit der HAW Hamburg Pilotprojekt Schachtaufmaß mit Zoller+Fröhlich

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit