Capturing the World in 3D. p3dsystems

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2 Bahntrassee Flexibilität Tunnel Genauigkeit Fabrikhalle Produktivität Fabrikationsgebäude Effizienz "Kinematisches Laser Scanning: Anwendungen aus der Praxis"

3 Kinematisches Laser Scanning Die Technologie Das Verfahren Das System Abläufe Datenerfassung Datenauswertung Anwendungsbeispiele Schlussbemerkungen

4

5 Die Idee und die Technologie Volle Freiheitsgrade

6 Die Technologie (x o, y o, z o ) t Yaw O t C t Roll z y Pitch (x c, y c, z c ) t x

7 Die Technologie (x o, y o, z o ) t Yaw O t C t Roll Pitch (x c, y c, z c ) t IMU

8 Herausforderungen (x o, y o, z o ) t Yaw O t C t Roll Pitch Drift ist ein Problem!!! (dm s nach ) (x c, y c, z c ) t IMU

9

10 Ein Positions-Update alle 8 12 Sekunden Alignment 5 Minuten Ein Track 8 12 Sekunden Alignment 5 Minuten

11 Ein Positions-Update alle 8 12 Sekunden GPS, GLONASS, Alignment 5 Minuten Positions Update 1 5 x pro Sekunde 8 12 Sekunden Alignment 5 Minuten

12 Ein Position -Update alle 8 12 Sekunden Alignment 5 Minuten Robotic Total Station Positions Update 1 5 x pro Sekunde 8 12 Sekunden Alignment 5 Minuten

13 Ein Positions-Update alle 8 12 Sekunden Alignment 5 Minuten Bekannte Punkte (x,y,z) 8 12 Sekunden Alignment 5 Minuten

14

15 ProScan und p3dsw Das Rig Das GNSS Der Laser Scanner Der Trag-Arm Der Controller Die IMU Der Trolley p3dsw ProScan Der Laser

16 Die p3dsw

17 ProScan Box 1 Box 1, Layer 2 Box 2, Layer 2 ProScan Box 2, Layer

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19 Datenerfassung End Alignment 5 1 Auswahl der App 2 Track Beschreibung Start Alignment 3 Messung in der Bewegung

20

21 Datenauswertung TPS Trajektorie 1 TPS Dateneingabe Punktwolke *.pts 2 Berechnung der Trajektorie 3 Berechnung der Punktwolke 4 Inspektion der Punktwolke

22

23 Das Projekt Ort: Utrecht, Holland Datum: Objekt: Bahntrassee Zweck: Erfassung der Topographie und der Infrastruktur entlang einer im Bau befindlichen Bahnstrecke als Ergänzung zu Mobile Mapping Ziel: Digitales Geländemodell Methode: Kinematisches Laser Scanning mit GPS und TPS Support

24 Datenerfassung und Datenauswertung Tracks Track Länge Fläche (± 30m) Messdauer Auswertedauer # Punkte Gesamtprojekt [ ] [m] [min] [m 2 ] [min] [M] [h] g (5) Feld (2er Team): g (5) 20 g (5) Auswertung: t (5) 5 t (5) Total (5) 955 (1)

25 Track g2: GPS Support Track: g2 Länge: m Messzeit: 43 Minuten Sampling: 1 x # Punkte: 76 Millionen Auflösung: 15 mm

26 Track g2: Details

27 Track g2: Details

28 Metrics des Projektes Gesamtlänge: m Gesamtfläche: m 2 Reine Messdauer: 122 Minuten Gesamtzeit im Feld: 10 Stunden Effektive Arbeitszeit: 20 Stunden (2er Team) Auswertung: 143 Minuten (Punktwolke) Zusatzarbeiten: 3 Stunden Totale Arbeitszeit : 25 Stunden Kosten pro m 2 : Arbeitszeit: EUR Systemamortisation (1 Tag): ProScan: 1000 EUR (3 Jahre, 50 Tage) Gesamtkosten: EUR Gesamtkosten: 0.02 EUR/m

29

30 Das Projekt Ort: Schweiz Datum: 5. Dezember 2013 Objekt: Eisenbahntunnel Zweck: Erfassung des aktuellen Ausbaus zur Bestandesaufnahme für spätere Vergleiche Ziel: Daten für spezielle Tunnel Software bereitstellen Methode: Kinematisches Laser Scanning mit TPS Support

31 Datenerfassung und Datenauswertung Tracks Fahrt ZUPT Track Länge Messdauer Auswertedauer Auflösung Ground Control [ ] [s] [s] [m] [min] [min] [mm] [min] t t t Total * *Ground Control war vorhanden!

32 Punktwolken t9: Übersicht 212 m

33 Punktwolken: Details Track: t9 Länge: 212 m Messzeit: 27 Minuten Sampling: 1 x # Punkte: 541 Millionen Auflösung: 6 mm Targets an den Tunnelwänden

34 T7: Extrahierte Punkte im Vergleich zum ground truth 30 Punkte mit Cyclone aus der Punktwolke des Tracks 7 extrahiert Verglichen mit eingemessenen Punkten (+/- 3 mm) Standardabweichung: y: 3.8 mm x: 3.7 mm z: 4.6 mm y m = 1.5 mm x m = -4.7 mm z m = -2.6 mm

35 T9: Extrahierte Punkte im Vergleich zum ground truth 30 Punkte mit Cyclone aus der Punktwolke des Tracks 9 extrahiert Verglichen mit eingemessenen Punkten (+/- 3 mm) Standardabweichung: y: 5.4 mm x: 7.8 mm z: 4.9 mm y m = 0.0 mm x m = -4.6 mm z m = -1.6 mm

36 T10: Extrahierte Punkte im Vergleich zum ground truth 29 Punkte mit Cyclone aus der Punktwolke des Tracks 10 extrahiert Verglichen mit eingemessenen Punkten (+/- 3 mm) Standardabweichung: y: 2.9 mm x: 3.8 mm z: 4.6 mm y m = -5.4 mm x m = -2.7 mm z m = -1.2 mm

37 Metrics des Projektes Gesamtlänge: 531 m Reine Messdauer: 60 Minuten Zusatzarbeiten: Ground Control vorhanden" Gesamtzeit im Tunnel: 3 Stunden Effektive Arbeitszeit: 6 Stunden (2er Team) Auswertung: 66 Minuten (Punktwolke) Arbeitszeit pro km: 7 Stunden Kosten pro km: Arbeitszeit: 525 EUR/km Systemamortisation: ProScan: 400 EUR/km TPS: 100 EUR/km Gesamtkosten: EUR/km Genauigkeit x,y,z(σ): 5 mm

38

39 Das Projekt Ort: Detroit, MI, USA Datum: Mai 2014 Objekt: Produktionsanlage für Getriebe Zweck: Erfassung des Istbestandes für Restaurierungsarbeiten Ziel: CAD Model erstellen Methode: Kinematisches Laser Scanning mit TPS Support, Ergänzungen mit Statischen Scans

40 Daten Erfassung Track Name Length [m] Dimension in y / z [m] Speed [m/min] Area [1000xm2] Capturing Time [Min] Pure Measuring Time Pure INS Working Time [Min] a x % aa11a x % aa x % aa x ,5-51% aa x ,5-32% aa x ,4-39% aa x % t x ,5-53% 8 18 t x % t x % t x ,5-43% t x ,5-58% t x % t x ,5-50% t x % tt x % tt x % u x % u x % v x % w x ,5-49% x x ,5-50% y x , z x % Sum/Middle % Tracks Jeder Track hin und zurück Längster Track: 540 m Kürzester Track: 122 m Gesamtdistanz: 7.2 km Messdauer: 620 Min. Davon Initialisierung: 240 Min. Reine Messdauer: 380 Min. Fläche: m 2 (doppelt aufgenommen) Gesamtarbeitszeit: 58.5 h ( time on site ) Messteam: 2 Leute

41 Daten Auswertung Track Name PTS Batch # Points Processing [M] Time [Min] Data size (PTS) [GB] Data size (RCS) [GB] a aa11a aa aa aa aa aa t t t t t t t t tt tt u u v w x y z PTS Batch Import in Recap [Min] Sum/Middle 457 4, h 24 Tracks Auswertung im Batch Modus Dauer der Auswertung: 457 Min. Datenmenge: Millionen Punkte Datenvolumen (*.pts): 152 Giga Bytes Datenvolumen (*.rcs): 58 Giga Bytes Einlesen der Daten in ReCap: 16 h

42 Die Gesamte Fabrikhalle 425 m 267 m Statisches Scanning

43 Bilder und Punktwolken

44 Details Sampling: 10 x

45 Tracks 30 m 267 m Track: a11 Länge: 523 m Fläche: 8100 m 2 Messzeit: 32 Minuten Sampling: 10 x # Punkte: 300 Millionen

46 Tracks

47 Kinematisches vs. Statisches Laser Scanning Static Scanning p3ds ProScan Useful Scanning Distance: D u [m] 15 Scanning Speed (walking) [km/h] 1.9 Scanning Overlap at D u (< 200%) [%] 148% Recommendation [km/h] 1.8 Time per Scan [min] 4 Useful Scanning Distance: D u [m] 10 Time for setting up per Scan [min] 1 Overlap of tracks (<200%) [%] 70% Overlapping Distance [m] 22.2 Split track every x minutes [min] 20 Distance between scans [m] 7.8 Initialization time [min] 5 Number of Scans [1] 1470 Closure time [min] 5 # of Rows [1] 49 Stops every x meters [m] 2 # of Lines [1] 30 Recommendation [m] 5 Walking time [min] 399 Stops for y seconds [s] 3.0 Area per Scan [m2] 68 Overlapping Distance [m] 7 Area per Scan [sqf] 732 Distance between Tracks [m] 13.0 # of Horizontal Lines [1] 19 Total Tracking Distance [m] 7,240 # of different Tracks [1] 21 Statisches Scanning: 14.3 Total Alignement Tage(17.3 Time Tage) [min] 210 Total # of stops [1] 3,619 Time between Stops [s] 4 Kinematisches Scanning: time on the 1.2 move Tage [min] 229 Total length of all stops [min] 181 Total Scanning Time [min] 7,749 Total Scanning Time [min] 620 Working hours [h] Working hours [h] 10.3 Working Days (...) [wd] Working Days (...) [wd] 1.15 Square meter per min [m 2 /min] 13 Square meter per min [m 2 /min] 161 Gain [min] 7,130 Percentage to complete [%] 8.0%

48 Kinematisches Scanning Reine Messzeit: 10.5 Std Zeit on site : 58.5 Std (Do So / 2x) Auswertezeit: 7.6 Std Einlesen der Daten: 16 Std (ReCap) Sonstiges: 18 Std Totale Arbeitszeit: Std Kosten (75 EUR/Std): ~ 15 keur Kosten/m 2 (kinem.): 0.15 EUR

49 Statisches Scanning Reine Messzeit: 40 Std (4 Scanner) Zeit on site : 200 Std (3x) Auswertezeit (8 /Scan): 200 Std (1500 Scans) Einlesen der Daten: 16 Std (ReCap) Sonstiges: 50 Std Totale Arbeitszeit: 866 Std Kosten (75 EUR/Std): ~ 65 keur Kosten/m 2 (statisch): 0.65 EUR Kinematisch: Kosten (75 EUR/Std): ~ 15 keur Kosten/m 2 (kinem.): 0.15 EUR

50

51 Das Projekt Ort: Los Angeles, CA, USA Datum: 22. Mai 2014 Objekt: Mehrstöckiges Industriegebäude Zweck: Erfassung des Istbestandes für Restaurierungsarbeiten Ziel: CAD Model erstellen Methode: Kinematisches Laser Scanning mit TPS Support in einem lokalen Koordinatensystem

52 Lokales Koordinatensystem ( ad hoc mit Näherungsposition) z Robotic Total Station y x WGS-84, UTM,

53 Tracks

54 Punktwolke

55 Grundriss aus der Punktwolke Track: t1 und t3 Länge: 420 m m Fläche: 6480 m 2 Messzeit: 51 Minuten Sampling: 1 x # Punkte: 382 Millionen

56 Kinematisches Scanning Reine Messzeit: 51 Min Zeit on site : 3 Std (2x) Auswertezeit: 1 Std Einlesen der Daten: 1 Std (ReCap) Systemamortisation : ProScan (1/3 Tag): 333 EUR (3 Jahre, 50 Tage) Sonstiges: 0 Std Totale Arbeitszeit: 8.9 Std Kosten (75 EUR/Std): ~ EUR Kosten/m 2 (kinem.): 0.20 EUR

57

58 Zusammenfassung und Ausblick Das Kinematische Laser Scanning ist einsatzbereit! KLS hat signifikante Vorteile gegenüber konkurrierenden Technologien und Verfahren: Enormer Produktivitätsgewinn Time to results wird um Faktoren reduziert Benutzerfreundlichkeit Flexibilität und Einsetzbarkeit Qualität der Punktwolke: Detaillierungsgrad Homogenität KLS ist eine attraktive Lösungfür die Erfassung von 3D Daten im Innen und Aussenbereich

59 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Bahntrassee Flexibilität Tunnel Genauigkeit Fabrikhalle Produktivität Fabrikationsgebäude Effizienz "Kinematisches Laser Scanning: Anwendungen aus der Praxis"

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