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Bahntrassee Flexibilität Tunnel Genauigkeit Fabrikhalle Produktivität Fabrikationsgebäude Effizienz "Kinematisches Laser Scanning: Anwendungen aus der Praxis" 24.07.2014 2
Kinematisches Laser Scanning Die Technologie Das Verfahren Das System Abläufe Datenerfassung Datenauswertung Anwendungsbeispiele Schlussbemerkungen 24.07.2014 3
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Die Idee und die Technologie Volle Freiheitsgrade 24.07.2014 5
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 24.07.2014 6
Die Technologie (x o, y o, z o ) t Yaw O t C t Roll Pitch (x c, y c, z c ) t IMU 24.07.2014 7
Herausforderungen (x o, y o, z o ) t Yaw O t C t Roll Pitch Drift ist ein Problem!!! (dm s nach 20 30 ) (x c, y c, z c ) t IMU 24.07.2014 8
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Ein Positions-Update alle 8 12 Sekunden Alignment 5 Minuten Ein Track 8 12 Sekunden Alignment 5 Minuten 24.07.2014 10
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 24.07.2014 11
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 24.07.2014 12
Ein Positions-Update alle 8 12 Sekunden Alignment 5 Minuten Bekannte Punkte (x,y,z) 8 12 Sekunden Alignment 5 Minuten 24.07.2014 13
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ProScan und p3dsw Das Rig Das GNSS Der Laser Scanner Der Trag-Arm Der Controller Die IMU Der Trolley p3dsw ProScan Der Laser 24.07.2014 15
Die p3dsw 24.07.2014 16
ProScan Box 1 Box 1, Layer 2 Box 2, Layer 2 ProScan Box 2, Layer 1 24.07.2014 17
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Datenerfassung End Alignment 5 1 Auswahl der App 2 Track Beschreibung Start Alignment 3 Messung in der Bewegung 4 24.07.2014 19
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Datenauswertung TPS Trajektorie 1 TPS Dateneingabe Punktwolke *.pts 2 Berechnung der Trajektorie 3 Berechnung der Punktwolke 4 Inspektion der Punktwolke 24.07.2014 21
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Das Projekt Ort: Utrecht, Holland Datum: 16.12.2013 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 24.07.2014 23
Datenerfassung und Datenauswertung Tracks Track Länge Fläche (± 30m) Messdauer Auswertedauer # Punkte Gesamtprojekt [ ] [m] [min] [m 2 ] [min] [M] [h] g1 413 22 24 800 25 32 (5) Feld (2er Team): g2 1 370 43 82 200 50 76 (5) 20 g5 431 15 25 860 20 14 (5) Auswertung: t2 129 18 7 740 20 30 (5) 5 t3 280 24 16 800 28 39 (5) Total 2 623 122 157 400 143 191(5) 955 (1) 25 24.07.2014 24
Track g2: GPS Support Track: g2 Länge: 1 370 m Messzeit: 43 Minuten Sampling: 1 x # Punkte: 76 Millionen Auflösung: 15 mm 24.07.2014 25
Track g2: Details 24.07.2014 26
Track g2: Details 24.07.2014 27
Metrics des Projektes Gesamtlänge: 2 623 m Gesamtfläche: 157 400 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: 1 875 EUR Systemamortisation (1 Tag): ProScan: 1000 EUR (3 Jahre, 50 Tage) Gesamtkosten: 2 875 EUR Gesamtkosten: 0.02 EUR/m 2 24.07.2014 28
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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 24.07.2014 30
Datenerfassung und Datenauswertung Tracks Fahrt ZUPT Track Länge Messdauer Auswertedauer Auflösung Ground Control [ ] [s] [s] [m] [min] [min] [mm] [min] t7 5 5 106 15 17 4 5 t9 5 5 212 28 30 6 5 t10 10 5 217 17 19 7 5 Total 531 60 66 15* *Ground Control war vorhanden! 24.07.2014 31
Punktwolken t9: Übersicht 212 m 24.07.2014 32
Punktwolken: Details Track: t9 Länge: 212 m Messzeit: 27 Minuten Sampling: 1 x # Punkte: 541 Millionen Auflösung: 6 mm Targets an den Tunnelwänden 24.07.2014 33
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 24.07.2014 34
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 24.07.2014 35
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 24.07.2014 36
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: 1 025 EUR/km Genauigkeit x,y,z(σ): 5 mm 24.07.2014 37
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Das Projekt Ort: Detroit, MI, USA Datum: 8. 11. 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 24.07.2014 39
Daten Erfassung Track Name Length [m] Dimension in y / z [m] Speed [m/min] Area [1000xm2] Capturing Time [Min] Pure Measuring Time 24.07.2014 40 Pure INS Working Time [Min] a11 543.31 15x15 25.8 8.1 21-37% 22 32 aa11a 269.47 15x15 18 4.0 15-56% 16 26 aa68 257.99 15x15 25.5 3.9 10-42% 11 21 aa70 255.72 15x15 22.1 3.8 11,5-51% 12 22 aa72 261.51 15x15 30 3.9 8,5-32% 10 20 aa74 261.34 15x15 26.7 3.9 9,4-39% 10 20 aa102 494.94 15x15 20.1 7.4 24-42% 26 36 t1 122.61 15x15 16.2 1.8 7,5-53% 8 18 t2 207.87 15x15 23.3 3.1 9-37% 10 20 t100 241.61 15x15 15.8 3.6 15-46% 16 26 t101 310.55 15x15 17.9 4.7 17,5-43% 21 31 t102 156.37 15x15 13.6 2.3 11,5-58% 12 22 t104 269.99 15x15 15.8 4.0 17-35% 17 27 t105 263.15 15x15 15.8 3.9 16,5-50% 18 28 t107 352.39 15x15 24.6 5.3 14-40% 15 25 tt103 361.71 15x15 14.1 5.4 21-41% 23 33 tt105 217.38 15x15 23.8 3.3 9-44% 10 20 u1 247.74 15x15 18.8 3.7 13-47% 14 24 u2 355.44 15x15 20.8 5.3 17-46% 18 28 v1 331.13 15x15 20.8 5.0 16-47% 17 27 w1 230.26 15x15 19.8 3.5 11,5-49% 16 26 x1 402.87 15x15 16.4 6.0 24,5-50% 26 36 y1 397.94 15x15 23.8 6.0 16,5-39 17 27 z3 359.2 15x15 20 5.4 18-42% 18 28 Sum/Middle 7172.49 15 20.39583333 107.6 44% 380 620 24 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: 107 000 m 2 (doppelt aufgenommen) Gesamtarbeitszeit: 58.5 h ( time on site ) Messteam: 2 Leute
Daten Auswertung Track Name PTS Batch # Points Processing [M] Time [Min] Data size (PTS) [GB] Data size (RCS) [GB] a11 35 300 11.1 4.5 aa11a 17 151 5.6 2.3 aa68 13 121 4.5 1.8 aa70 14 119 4.4 1.8 aa72 17 119 4.4 1.8 aa74 14 124 4.6 1.9 aa102 24 328 12.1 4 t1 10 82 3 1.1 t2 14 130 4.8 1.7 t100 20 181 6.7 2.6 t101 22 206 7.6 2.9 t102 14 121 4.5 1.8 t104 26 252 9.3 2.9 t105 20 187 6.9 2 t107 20 182 6.7 2.7 tt103 27 270 10 3.8 tt105 13 112 4.1 1.7 u1 16 149 5.5 2 u2 18 190 6.5 2.7 v1 19 175 6.5 2.6 w1 15 123 4.6 1.8 x1 26 258 9.6 3.7 y1 20 214 7.9 3.1 z3 23 219 8.1 3 PTS Batch Import in Recap [Min] Sum/Middle 457 4,310 152 57.9 16h 24 Tracks Auswertung im Batch Modus Dauer der Auswertung: 457 Min. Datenmenge: 4 300 Millionen Punkte Datenvolumen (*.pts): 152 Giga Bytes Datenvolumen (*.rcs): 58 Giga Bytes Einlesen der Daten in ReCap: 16 h 24.07.2014 41
Die Gesamte Fabrikhalle 425 m 267 m Statisches Scanning 24.07.2014 42
Bilder und Punktwolken 24.07.2014 43
Details Sampling: 10 x 24.07.2014 44
Tracks 30 m 267 m Track: a11 Länge: 523 m Fläche: 8100 m 2 Messzeit: 32 Minuten Sampling: 10 x # Punkte: 300 Millionen 24.07.2014 45
Tracks 24.07.2014 46
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] 129.2 Working hours [h] 10.3 Working Days (...) [wd] 14.35 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% 24.07.2014 47
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: 158.5 Std Kosten (75 EUR/Std): ~ 15 keur Kosten/m 2 (kinem.): 0.15 EUR 24.07.2014 48
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 24.07.2014 49
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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 24.07.2014 51
Lokales Koordinatensystem ( ad hoc mit Näherungsposition) z Robotic Total Station y x WGS-84, UTM, 24.07.2014 52
Tracks 24.07.2014 53
Punktwolke 24.07.2014 54
Grundriss aus der Punktwolke Track: t1 und t3 Länge: 420 m + 228 m Fläche: 6480 m 2 Messzeit: 51 Minuten Sampling: 1 x # Punkte: 382 Millionen 24.07.2014 55
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): ~ 1 333 EUR Kosten/m 2 (kinem.): 0.20 EUR 24.07.2014 56
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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 24.07.2014 58
Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Bahntrassee Flexibilität Tunnel Genauigkeit Fabrikhalle Produktivität Fabrikationsgebäude Effizienz "Kinematisches Laser Scanning: Anwendungen aus der Praxis" 24.07.2014 59