Cyrax 2500 Laserscanner- Feldprüfverfahren und Verifizierung

Transkript

1 Cyrax 2500 Laserscanner- Feldprüfverfahren und Verifizierung Eine Diplomarbeit von Martin Würsch & Dominic Müller... Abb.1: Vom realen Objekt über die 3D-Punktwolke zum vektorisierten Masten Bodengestütztes Laserscanning ist dank der steigenden Nachfrage nach 3D-Daten und der rasanten Entwicklung im Sensor- und Softwarebereich zur ernstzunehmenden Alternative für verschiedenste Vermessungsaufgaben geworden. Fundierte Kenntnisse über Genauigkeiten und Fehlerhaushalt der Sensoren sind zurzeit jedoch nur spärlich vorhanden oder schwer zugänglich, wären aber für korrekte Planungen und Durchführungen von Projekten von Vorteil. Zudem müssen geeignete Prüfverfahren existieren, mit denen der Auftragnehmer im Sinne der Qualitätssicherung die Leistungsfähigkeit seines Sensors überprüfen kann. Aufgabenstellung Die Diplomarbeit greift die oben angesprochenen Themen auf. Ziel ist das Erarbeiten von fundierten Aussagen über die Genauigkeiten des CYRAX 2500 Laserscanners unter verschiedenen Einsatzbedingungen, und das Erstellen eines Konzepts für ein praktikables, systemunabhängiges Feldprüfverfahren für Laserscanner. Feldprüfverfahren Die Durchführung eines Feldprüfverfahrens für Laserscanner hängt von Faktoren ab wie dem

2 zu prüfenden System und der Auswertemöglichkeit der Messungen. Kriterien wie Systemunabhängigkeit, Distanzunabhängigkeit, Kontrolle aller Messelemente, Aussagekräftigkeit und vor allem Wirtschaftlichkeit müssen für den Erfolg des Prüfverfahrens gewährleistet sein. Nach der Erstellung diverser Konzepte und einer anschliessenden Evaluation resultieren zwei Verfahren. Das Feldprüfverfahren Viereck' für Sensoren, die man um 90 auf die Seite legen kann, und das Feldprüfverfahren Fixdistanz' für Systeme, bei denen dies technisch nicht möglich ist. Mit den vorgestellten Lösungen und dem Entscheidungsbaum sind alle vorkommenden Szenarien berücksichtigt.

3 Abb.2: Entscheidungsbaum Prüfung Laserscanner

4 Prüfvarianten: Abb.3: Feldprüfverfahren 'Viereck' Abb.4: Feldprüfverfahren 'Fixdistanz' Bei beiden Prüfverfahren werden alle Messelemente unabhängig geprüft und beide Verfahren sind innerhalb von 40 Minuten durchführbar. Systemgenauigkeit Bei diversen Genauigkeitstests wurde das System sowohl als Ganzes in Referenznetzen getestet als auch dessen Einzelkomponenten wie Distanz-, Horizontal- oder Vertikalgenauigkeit getrennt ermittelt. Zudem wurden ausgewählte Genauigkeitstests parallel mit zwei CYRAX 2500 Sensoren durchgeführt, um die erzielten Resultate zu belegen und um eventuelle Genauigkeitsunterschiede festzustellen. Dabei wird zwischen Vertexmessung (automatische Zielmarkenbestimmung unter Einbezug mehrerer Einzelmessungen) und der Einzelpunktbestimmung unterschieden. Aus diesen Tests resultiert eine durchschnittliche Wiederholbarkeit (3D) von ±2mm für Zielmarkenbestimmungen (Vertex) und ±3mm für Einzelpunkte bis 60m. Bei der Absoluten Genauigkeit resultiert ±6mm in der Position (3D) für Einzelpunkte

5 bis 60m. Beim Vergleich der Sensoren wurde bei einem Modell ein Massstab in der Einzelpunkt-Distanzmessung von -250ppm detektiert. Der Sensor ist vor der Sonne zu schützen! Die Erwärmung des Sensors bewirkt eine Drift des Instrumenten-Nullpunktes und die Streuung der Koordinaten (vor allem in Vertikalrichtung) vergrössert sich. Bleibt die Temperatur konstant, bleibt auch der Nullpunkt über Stunden hinweg konstant. Weitere Tests die wir durchgeführt haben: Reflexionsverhalten auf verschiedene Oberflächen, auf verschiedene Distanzen und Einfallswinkel. Wiederholbarkeit von Kugelbestimmungen: Sind billige Styropor-Kugeln eine Alternative zu Cyra-Targets? Stabilität des Instrumenten-Nullpunktes, durchgeführt mit zwei Sensoren. Anwendungsbeispiele: Scannen und Auswerten eines Strommastes. Verknüpfen von mehreren Scanworlds. Fazit Die Systemgenauigkeit entspricht den Herstellerangaben und lässt den Einsatz in verschiedensten Vermessungsaufgaben zu. Die Zuverlässigkeit des Systems ist noch nicht optimal, Abstürze des Systems kommen vor. Es ist sinnvoll und notwendig, die Funktionsfähigkeit eines Laserscanners vor dem Einsatz mittels Feldprüfverfahren zu überprüfen. In Zukunft wird Laserscanning bei der Erfassung von 3D-Daten eine bedeutende Rolle spielen....kontaktpersonen Autoren: Martin Würsch Dominic Müller

6 Examinator: Prof. Dr. Reinhard Gottwald Experten: Dipl. Ing. Clemens Denier Firma Terra Data AG Dipl. Ing. Fred Müller Firma Emch+Berger AG