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2 TLS Mess-und_Auswerteprozesse - Hochschule Bochum

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Terrestrisches Laserscanning
(TLS)
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
1
Terrestrisches Laserscanning
 Grundlagen
 Technische Aspekte marktgängiger Systeme
 Darstellung von Mess- und Auswerteprozessen
 Vergleich des TLS mit aktuellen
geodätisch-photogrammetrischen Verfahren
 Anwendungen
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
2
Terrestrisches Laserscanning
Darstellung von Mess- und
Auswerteprozessen
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
3
Software
Produkte unterstützen den kompletten Mess- und
Auswerteprozess:
– Datenerfassung (Scan)
– Orientierung (Registrierung) der Punktwolken
– Objektbildung
– Datenaustausch mit 3rd party Produkten, z. B.
• Scan-Import über PTS/PTX-Formate
• Export von Punktwolken
(zur Modellbildung im CAD)
• Export von Objekten (zur CAD Aufbereitung)
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
4
Software
3rd Party
Producer
Type
Link to Producer
Inn.Tec s.r.l.
Reconstructor,
Surveyor
www.topotek.it
InnovMetric Software
Polyworks Modeler
www.innovmetric.com
INUS Technology
RapidForm
www.rapidform.com
Instituto Universitario di
Architettura di Venezia
OrthoLaser
www.iuav.it
kubit GmbH
PointCloud
www.kubit.de
metrologic group
Metrolog II
www.metrologic.fr
Quelle: http://scanning.fh-mainz.de
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
5
Software
Producer
Type
Link to Producer
Leica Geosystems
Cyclone / Cloud
Works
www.leica-geosystems.com
Paraform
Paraform
www.paraform.com
Raindrop Geomagic
Geomagic Studio
www.geomagic.com
SDRC
Imageware Surfacer
www.sdrc.com
Z+F UK Ltd.
Light Form Modeller
www.zf-uk.com
Hersteller
Quelle: http://scanning.fh-mainz.de
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
6
Hersteller-Software Z+F
Scannersteuerung
LR Control + LR Viewer  ZF
LaserControl
Registrierung
(Targetmessung)
ZF LaserControl(D)
LFM (UK)
Georeferenzierung
ZF LaserControl / Neptan (D)
LFM (UK)
Objektbildung
LFM und LFM Server (UK)
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
7
Hersteller-Software Z+F
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
8
Z+F Lasercontrol
 Bedienung über Notebook/PC
 Visualisierung und Kontrolle der Scandaten
 Direkte Messfunktionen
 Verknüpfung von digitalem Bildmaterial
 Umfangreiche Exportfunktion
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
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Z+F Light Form Modeler Familie
LFM Modeller
 Erstellen von 3D Modellen
 Leistungsstarker Modellieralgorithmus
 Diverse Exportschnittstellen
LFM Server
 Generieren von Datenbanken
 Kollisionsprüfung zwischen Punktwolke und 3D- Modell
 Erstellen von Rohrleitungen
Optional:
 Autodesk AutoCAD / Bentley Microstation
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
10
Z+F Light Form Modeler Familie
LFM NetView
 Datenaustausch via Internet
 Kommunikationstool
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
11
VSF & JRC 3D Reconstructor
Visual Sensor Fusion®:
 Verknüpfung von 3D-Punktwolken mit 2D-Fotos
 Bestimmung der Tätergröße
JRC 3D Reconstructor®:
 Messfunktionen
 Punktwolkencolorierung / Textuierung
 Soll-Ist-Vergleich
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
12
Z+F Software: Datenformate
 AutoCAD 3D
 Microstation SE & J & V8
 Autoplant (Intelligent)
 PDS via Microstation
 AVEVA PDMS (11.6) & AVEVA Review (6.3)
 Smart Plant Review
 Bentley Plantspace über Microstation
 Factory CAD
 Envision/IGRIP
 Cyclone, Leica
 Alle anderen Systeme die einen Import von ASCII Daten
unterstützen
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
13
Leica Geosystems
Scannersteuerung
Cyclone Scan
Registrierung
(Targetmessung)
Cyclone Register
Georeferenzierung
Cyclone Register
Objektbildung
Cyclone Model /
Cloudworx
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
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Leica Cyclone Module
SCAN
REGISTER
VIEWER
SURVEY
MODEL
SERVER
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
15
Leica Cyclone 7.0 – Scan
Erfassen von Laserscans
 SmartScan Technology
 Georeferenzierung im Feld
 Autom. Zielmarkenerkennung, -extrahierung und -prüfung
 Prüfung der Scans durch externe Messungen
 Polygonierung, Freie Stationierung, Absteckung,
 Aufstellung über bekanntem Punkt (ScanStation C10)
 Automatische Punktwolkeneinfärbung
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
16
Leica Cyclone 7.0 – Scan
Erfassen von Laserscans
 Steuerung der Scanauflösung über Laptop
 automatische Zielmarkenerfassung,
 Polygonierung & Freie Stationierung
 Kalibrierungstest, Kontrolle durch
Zwei-Achs-Kompensator,
 Steuerung von Leica Scannern
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
17
Leica Cyclone 7.0 – Register
Verknüpfung und Georeferenzierung
 Unterstützt Daten von Leica Geosystems
HDS-Scannern und anderer Hersteller
 Automatische Verknüpfung von Zielmarken oder
3D-Objekten
 Einfache Georeferenzierung zu Vermessungs- oder
Kontrolldaten
 Punktwolken-Registrierung
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
18
Leica Cyclone 7.0 – Register
Verknüpfung und Georeferenzierung
 Kombination aller möglichen Registrierungsarten
− Zielmarken,
− Punktwolken
− Objekte
 Funktionsgestützte systematische Bedienung
 Detaillierte Statistiken und Histogramme
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
19
Leica Cyclone 7.0 – Register
Verknüpfung und Georeferenzierung
 Objektdatenbank-Technologie für
effiziente Datenverwaltung

Registrierung durch Methoden
der Bündelblockausgleichung
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
20
Leica Cyclone 7.0 – Model
Bearbeitung von Punktwolken
 Mehrere Visualisierungsmodi
 Texture Mapping und Orthophotos
 Objektbearbeitung Architektur und Anlagenbau:
− “Best-Fit”-Modellierung,
− Objektkataloge,
− Kollisionserkennung
− Automatisierte Modellierung von Rohrverläufen
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
21
Leica Cyclone 7.0 – Model
Bearbeitung von Punktwolken
 Hoch-/Tiefbau und andere Branchen:
− “As-Built”-Dokumentation,
− Höhenlinien und Querprofile
− Vermaschung, Volumina, Flächen, Durchfahrtshöhen
 Zahlreiche Import-/Exportmöglichkeiten
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
22
Leica Cyclone 7.0 – Model
Bearbeitung von Punktwolken
 Messen
 Bearbeiten großer Punktwolken
 Visualisierung
 3D-Modellierung
 Bearbeitung von Rohrsystemen
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
23
Leica Cyclone 7.0 – Server
Paralleles Bearbeiten von Laserscandaten
 Shared/Unshared Modus
 Single/multi-processor computers
 Bis zu 10 gleichzeitig arbeitende Benutzer
 Server verhindert Datenredundanzen
 Unterstützt alle Cyclone u.
CloudWorx Anwendungen
Simultaner „multi-user access“
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
24
Leica Cyclone 7.0 –
Datenaustausch
Import
 Daten von CAD über COE
(Cyclone Object Exchange)
 Kontrolldaten aus ASCIIFormaten
 X-Function DBX
Export
 Punktdaten in Standardformaten:
XYZ, PTS, PTX, DXF
X-Function DBX, Land XML
 Punktdaten in speziellen Formaten:
PTG, PTZ, ZFS, TOPO pci & cwf
 Bild- und Modelldaten:
COE, BMP, JPEG, TIFF
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
25
Leica Cyclone 7.0 - VIEWER
 Kostenfreie Software zur Navigation in 3D
Punktwolken und 3D Modellen
 Zahlreiche Funktionen, wie
− das Messen von Distanzen,
− Markieren und
− Beschriften
 Cyclone Objektdatenbank ermöglicht gleichzeitiges Bearbeiten von Laserscandaten
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
26
Leica True View
 Leica TruView ist eine Software zur Betrachtung und
Durchführung von Messungen innerhalb großer Punktwolken,
auch ohne Erfahrung im Laserscanning, in CAD oder 3DTechnologie.
 Erlaubt einfaches Messen, Markieren und Bemaßen
 TrueViews werden aus Cyclone heraus erstellt
http://www.leica-geosystems.com/de/Leica-TruView-Cyclone-PUBLISHER_64524.htm
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
27
Leica True View
http://www.leica-geosystems.com/de/Leica-TruView-Cyclone-PUBLISHER_64524.htm
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
28
Projektablauf
Erfassung
Objektbildung
Modellbildung
Scannen
Verknüpfen der Scans
Tachymetrie
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
29
Örtliche Aufnahme
Scannersteuerung
LaserControl / LR Viewer
ZF
Registrierung
(Targetmessung)
LR Viewer (D)
ZF
Georeferenzierung LR Viewer / Neptan (D)
Objektbildung
Cyclone Model /
Cloudworx
Modellbildung
MicroStation / Sketchup
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
ZF
LG
B/GE
Mess- und Auswerteprozesse
30
Projektablauf:
Örtliche Aufnahme
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
31
Targetmessung
Scannersteuerung
LaserControl / LR Viewer
ZF
Registrierung
(Targetmessung)
LR Viewer (D)
ZF
Georeferenzierung LR Viewer / Neptan (D)
Objektbildung
Cyclone Model /
Cloudworx
Modellbildung
MicroStation / Sketchup
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
ZF
LG
B/GE
Mess- und Auswerteprozesse
32
Targetmessung
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
33
Georeferenzierung
Scannersteuerung
LaserControl / LR Viewer
ZF
Registrierung
(Targetmessung)
LR Viewer (D)
ZF
Georeferenzierung LR Viewer / Neptan (D)
Objektbildung
Cyclone Model /
Cloudworx
Modellbildung
MicroStation / Sketchup
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
ZF
LG
B/GE
Mess- und Auswerteprozesse
34
Georeferenzierung
 Jede Laserscanner-Aufnahme
befindet sich zunächst in einem
lokalen Koordinatensystem.
Z
Z
Y
X
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
 Ziel: Georeferenzierung aller
Scans in einem übergeordneten
Y
Koordinatensystem.
 Für die Transformation der
X
einzelnen lokalen Systeme
müssen pro Scan mindestens 4
Targets gemessen werden
Mess- und Auswerteprozesse
35
Georeferenzierung
 Bestimmt werden in Bezug auf das übergeordnete
XYZ-System für jeden Scan:
– 3 Standpunktskoordinaten → Translationen
(Ursprung des jeweiligen Scanner-Systems)
– 3 Drehwinkel → Rotationen
 3-D Helmert-Transformation (6 Parameter,
Maßstab = 1)
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
36
Georeferenzierung
 Mit dem in Z+F LaserControl integrierten System
NEPTAN ist eine simultane Bestimmung der
Transformationsparameter aller Scans möglich.
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
37
Georeferenzierung
37 verknüpfte
Punktwolken in der
3D Ansicht nach
räumlicher
Blockausgleichung
mit dem System
NEPTAN
Scannerpositionen
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
38
Georeferenzierung
BA-Arbeit 2011: A. Lendzian & S. Räder
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
39
Georeferenzierung
 Lokale Systeme (L1-L4) in
benachbarte lokale Systeme oder
 Globales System (G)
 Einzel-Scan: Verknüpfung über
räumliche Helmert-Transformation
(6 Parameter, Massstab=1) oder
 Gesamtheit der Scans:
Räumliche Block-Ausgleichung, d.h.
simultane Bestimmung der
Transformationsparameter
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
40
Georeferenzierte Punktwolke
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
41
Georeferenzierte Punktwolke
BA-Arbeit 2011: A. Lendzian & S. Räder
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
42
Georeferenzierte Punktwolke
Eigenschaften:
– Einheitliches Datum
– Basis für ausgewählte Messungen
(elektronischerZollstock)
– Basis für lokale oder ganzheitliche Objektbildung
– i.d.R. kein Endergebnis!
Cyclone Viewer kostenlos!
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
43
Auswertung (Objektbildung)
Erfassung
Objektbildung
Modellbildung
Gefilterte Scan-Daten
Ableiten
geometrische Elemente
Werkzeug:
Cyclone, Cloudworx…
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
44
Objektbildung
Scannersteuerung
LaserControl / LR Viewer
ZF
Registrierung
(Targetmessung)
LR Viewer (D)
ZF
Georeferenzierung LR Viewer / Neptan (D)
Objektbildung
Cyclone Model /
Cloudworx
Modellbildung
MicroStation / Sketchup
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
ZF
LG
B/GE
Mess- und Auswerteprozesse
45
Objektbildung
Cyclone CloudWorx for AutoCAD
AutoCAD users can work efficiently with large point
clouds directly using AutoCAD tools and commands!
The Cyclone CloudWorx application adds simple tools
for viewing and working with slices of point cloud data
to speed up 2D drawing creation. Powerful new
modeling tools enable as-built piping models to be
created from point cloud data in the AutoCAD
environment.
Vergleichbare Produkte z. B. auch für Z&F „Light Form Modeler“
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
46
Objektbildung
Bentley CloudWorx (MDL-Applikation)
Bentley CloudWorx features powerful new tools to
improve the workflow and reduce the time to work with
point clouds and generate deliverables. Server and
database configuration, point cloud management, and
modeling of cylinders from point clouds all contribute
to the process of working with point clouds in the CAD
environment.
Vergleichbare Produkte z. B. auch für Z&F „Light Form Modeler“
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
47
Prinzip der Objektbildung
 Jedes Objekt kann durch Regel-Geometrien
beschrieben werden, z. B. Zylinder, Kugeln, Ebenen,…
 Das Objekt wird durch best angepasste Geometrie aus
der Punktwolke modelliert:
– die Regel-Geometrie wird vom Anwender in der
Auswertesoftware vorgegeben,
– deren Lage, Größe und Orientierung wird durch einen
Kleinste-Quadrate Schätzung berechnet.
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
48
Objektbildung: Beispiel
Schritt 1
Schritt 2
Schritt 3
EBENE
Punktwolke
Auswahl der
Regelgeometrie
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Objektbildung“Ebene“
in der Punktwolke
Mess- und Auswerteprozesse
49
Objektbildung:
Athribis Tempel
Georeferenzierte Z+F Punktwolken in Cyclone (Leica Geosystems)
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
50
Objektbildung:
Athribis Tempel
Punktwolke und modellierte Objekte in Cyclone
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
51
Datentransfer
 Bidirektionaler Transfer der ausgewerteten Objekte
(COE-Schnittstelle)
– Von Cyclone ⇒ CAD
– Vom CAD ⇒ Cyclone
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
52
Software
– Cyclone COE Data Transfer for AutoCAD or for
MicroStation
Efficient Software Utility for Robust Two-Way Data Transfer
 Cyclone™ Object Exchange (COE) Data Transfer is a free software
utility for exchanging data between Cyclone software modules and
– AutoCAD (2000 or higher) and
– MicroStation (SE, /J and V8) software.
 This robust data transfer software minimizes data compatibility
issues and reduces time-consuming office work that might
otherwise be required to process models generated from point
clouds within AutoCAD or MicroStation.
 The two-way data transfer provides convenient workflow options.
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
53
Modellierung: Beispiel
Erfassung
Objektbildung
Modellbildung
Gefilterte Scan-Daten
Ableiten
geometrische Elemente
Werkzeug:
Cyclone, Cloudworx…
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
54
Modellierung: Beispiel
Optimiertes Flächenmodell in MicroStation V8 (Bentley Systems)
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
55
Modellierung: Beispiel
Schritt 1
Schritt 2
Punktwolke
Objektbildung „Ebene“
in der Punktwolke
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Schritt 3
Texturiertes 3D-Modell
im CAD-System
Mess- und Auswerteprozesse
56
Modellierung: Lucius-Kirche
BA-Arbeit 2011: A. Lendzian & S. Räder
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
57
Modellierung mittels
Dreiecksvermaschung
 Kleine Modelle (max. 5 Mio. Punkte) können über eine
Dreiecksvermaschung digitalisiert werden
 RapidForm 2004PP2 (INUS Technologie) ist ein
Softwarepaket zur Erstellung geometrischer
Volumenmodelle auf der Basis von
Dreiecksvermaschungen
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
58
Modellierung mittels
Dreiecksvermaschung
 Eine automatisierte Bearbeitung der Daten ist nur
teilweise möglich und bedarf einer aufwändigen
manuellen Nachbearbeitung
– Hole-Filling (Löcher schließen)
– Smoothing (Glättung der Oberfläche)
– Tweaking Polygon (Iterative Annäherung des Modells an
Punktwolke)
– Simplification (Reduktion der Oberflächeninformationen)
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
59
Dreiecksvermaschung:
Beispiel
Bei dem Volumenmodell handelt es sich um ein
archäologisches Objekt
 5 Scans mit Überlappungsbereich
 10 Targets zur Verknüpfung der
Punktwolken
 keine Tachymetrie
 Datenvolumen: ca. 5,2 Mio Punkte
 Dateigröße: ca. 180 MByte
Animierte Punktwolke
farblich codiert
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
60
Dreiecksvermaschung:
Beispiel
Bearbeitung der Punktwolke in RapidForm
Schritt 1
Schritt 2
Schritt 3
Hole-Filling -
Smoothing -
Tweaking Polygon
rot markierte Löcher
werden gefüllt
Glättung der
Oberfläche
Iterative Annäherung
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
61
Texturemapping
Über Verknüpfungspunkte
im Bild und im Modell kann
das Objekt texturiert
werden
Struktur und Form des
Objektes haben Auswirkung
auf die Qualität der
Texturierung
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
62
Projektablauf
Erfassung
Objektbildung
Modellbildung
Geometrische Elemente
3D-Modell
Punktwolke vs. Modell
Orthophoto
Höhenlinienplan
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Mess- und Auswerteprozesse
63
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