i3mainz TLS-Datenformat (i3sc) von Prof. Dr.-Ing. Fredie Kern

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1 i3mainz TLS-Datenformat (i3sc) von Prof. Dr.-Ing. Fredie Kern Hochschule Bochum LEHREINHEIT GEOINFORMATIK UND VERMESSUNG

2 Struktur von TLS-Daten 4Byte/Pkt. 8Byte/Pkt. 24Byte/Pkt. Typ A Regelmäßige Gitteranordnung (ohne Achsfehler bzw. Korrekturen) Distanzmatrix GIS-Rasterdaten (PTX-Format) Typ B 2D-Anordnung bzgl. Abtastgitter Einzel-Scan (PTS-Format) (PTX-Format) Auswertung Datenmenge Typ C unstrukturierte 3D-Punktwolke georeferenzierte/ kombinierte Einzelcans PTS-Format xyz-format

3 Anwendungsbereich: Terrestrisches Laserscanning (polares Messverfahren) max. Messvolumen Kugel D=200m Messgenauigkeit σ xyz = 1mm Auflösung 1/10mm bzw. 1/10mgon Datenaustausch und Datenarchivierung ( speicherplatzoptimiert) Punktwolken einer Einzelansicht (max. 1 Milliarde Punkte) Speicherung von originären Daten originäre Messwerte: Koordinaten X, Y, Z und Intensität I (dem Anwender per Export verfügbare Messwerte) ausgehend vom Scannerstandpunkt lassen sich diese verebnen (2,5D) originäre polare Messwerte: verlustfreie Umrechnung X, Y, Z nach Abtastrichtung Hz, V und Raumstrecke D Wertebereich für Hz εr: Wertebereich für V εr: Wertebereich für D εr: Wertebereich für I εn: 0 bis 400gon 0 bis 400gon (I. Lage und II. Lage!) 0 bis m - bis + Quantisierung der originären Messwerte (verlustbehaftet!) Hz und V: 22bit ,0mgon bis ,0mgon Hz=0,0954mgon D: 20bit ,0mm bis ,0mm D=1,907mm I: 32bit float, 6 signifikante Stellen

4 Maximale Positionsfehler aufgrund der Quantisierung durchschnittliche Fehler = ½ max. Fehler

5 Struktur i3sc Dateiendung *.3sc Header 1304Byte Dateikennung Versionsnummer Metadaten Gerätetyp Gerätenummer Projektname Autorname Beobachtername Zeitstempel Parameter der Referenzierung Parameter der Georeferenzierung Anzahl der Punkte Anzahl Blocks n Anzahl Intensitätsstufen Bounding Box Block-Header 12Byte char[4]= i3sc char[4] int char[128] char[256] char[128] char[128] long double[14] double[12] unsigned long unsigned int unsigned int double[6] Anzahl Messpunkte 16bit (max ) z.zt 47 Intensität float Zeiger auf nächsten Block long Flags 8bit Reserve 8bit Block 8Byte Hz 22bit V 22bit D 20bit Header 1. Block-Header 1. Block (vollbesetzt) 2. Block-Header 2. Block (vollbesetzt) m. Block-Header m. Block (vollbesetzt) m+1. Block-Header m+1. Block (teilbesetzt) m+2. Block-Header m+2. Block (teilbesetzt) n. Block-Header n. Block (teilbesetzt)

6 Vorteile weitestgehend hersteller- und gerätetypunabhängig Format ist nutzbar für alle marktgängigen Geräte binäres Format mit guter Komprimierungsleistung (pts: 1,2GByte 3sc: 0,3GByte) Format nutzt die besonderen Eigenschaften von Einzelpunktwolken aus Formatstruktur ist relativ einfach und flexibel (variable Blockgröße) Format kann Metadaten speichern Format ist bereits in C implementiert (4 Dateien, ca Zeilen) _sc.cpp, _sc.h, pts2_sc.cpp, pts2_sc.h Konverter von und nach *.pts sind implementiert schnelle Konvertierungsgeschwindigkeit (40 Mio. Punkte in ca. 120s) Nachteile originäre Messreihenfolge der Messpunkte geht verloren Beschränkung auf Messpunkte, die von ein und demselben Standpunkt gleicher Orientierung aus aufgenommen wurden (Einzelansicht) Ist auf Messentfernung bis 200m beschränkt Quantisierungsfehler für zukünftige TLS mit höherer Genauigkeit inakzeptabel keine Speicherung von RGB-Werten

7 Implementierung: i3mainz 3sc-PTS-Translator

8 A C B D 105,0

9 Weiterentwicklung Version 2.0 entfernungsabhängige Quantisierung Vorschaubild Speicherung von RGB-Informationen Von Anwenderseite zu beantwortende Schlüsselfragen Welchem Zweck soll das Format dienen? (Austausch, Archivierung, Datenorganisation, ) Wie ist das Mengengerüst zu definieren? (Punktanzahl, Messvolumen, Auflösung, ) In welchem Verhältnis stehen die konträren Optimierungsziele Datenkomprimierung und Verarbeitungsgeschwindigkeit zueinander? Welche Bedeutung hat die Speicherung der Messreihenfolge? Bei welchen Anwendungsfällen/Auswertungen wird die Messreihenfolge benötigt? Inwieweit sind Informationsverluste akzeptabel? Welche Informationen sollen zukünftig ausgetauscht werden?

10 Integrationskonzept (i3sc-bibliothek & Konverter) TLS-A Softwaresystem bzw. Sensorsystem Metadaten TLS-B Softwaresystem bzw. Sensorsystem Export/Import Export/Import Format A Standard Format Konverter status quo direkt ohne Konverter Standard Format Format B Export/Import Export/Import DLL DLL-Anbindung Standard Format DLL-Anbindnung Da auch in Zukunft nicht alle Softwaresysteme und Auswertetools eine Standard-Format-Schnittstelle haben werden, sind zusätzliche Konverter notwendig. Verfügbarkeit nicht garantiert Wunschpfade