Laserscanning Flashcards
Wie funktioniert ein Laserscanner?
Ein terrestrischer Laserscanner (TLS) funktioniert fast identisch wie ein Tachymeter.
Der Scanner sendet einen pulsierenden Laserstrahl, der in horizontaler und vertikaler Richtung abgelenkt wird. Dabei werden Horizontalrichtung, Zenitwinkel und Schrägentfernung bestimmt.
Die Ablenkung in der Vertikalen erfolgt meist durch einen rotierenden Spiegel innerhalb vom Scanner.
Die Ablenkung in der Horizontalen erfolgt durch die Drehung des Scanners um ihre eigene Horizontalachse.
Wie funktioniert die Entfernungsmessung bei einem Laserscanner?
Es wird ein Laserstrahl ausgesendet und empfangen, während der Spiegel vertikal rotiert.
Bei jedem Impuls wird die Polarkoordinate eines Punktes auf dem Objekt aufgenommen. In jedem Punkt werden Hz, V und S bestimmt.
Die Entfernungsmessung erfolgt über das Impulsverfahren oder dem Phasenvergleichsverfahren.
Impulsverfahren:
Beim Impulsverfahren werden die Lichtimpulse auf Trägerwellen modelliert. Es folgt eine Zeitmessung zwischen Sendung und Empfang.
Wie funktioniert das flugzeuggestützte Laserscanning?
Beim flugzeuggestützen Laserscanning (Airborne Laserscanning bzw. ALS) ist ein 3D-Laserscanner am Flugzeug so montiert, dass der Impuls zur Entfernungsmessung nach unten gerichtet ist. Durch einen Spiegel wird der Laserstrahl senkrecht zur Flugrichtung abgelenkt. Im ALS-Verfahren werden zur Positionierung bzw. Orientierung des Laserscanners folgende Hauptkomponenten benötigt:
- 1 Rotation
- Position des Flugzeugs mittels GNSS
- Orientierung des Flugzeugs mittels Inertialer Messeinheit (IMU)
- Eingemessene Passpunkte am Boden
Durch die Vorwärtsbewegung des Flugzeugs wird der Laserstrahl über das Aufnahmegebiet in Zick-Zacklinien geführt.
Welche Produkte können durch das flugzeuggestütze Laserscanning erzeugt werden?
Durch das flugzeuggestütze Laserscanning (ALS) können folgende Produkte abgeleitet werden:
Digitale Geländemodelle (DGM):
Ein DGM beschreibt die natürliche Geländeform der Erdoberfläche durch georeferenzierte Höhenpunkte. Es wird die tatsächliche Geländeoberfläche ohne Bauwerke und Bewuchs erfasst. Ein DGM dient der Ableitung von Höhenlinien, sowie Längs- und Querprofilen und der Entzerrung von Luftbildern. DGM werden mit den Strukturinformationen als Vektordaten gespeichert.
Um ein DGM erzeugen zu können, müssen massenhaft Punkte erfasst werden mittels Tachymeter oder GNSS.
Für ein landesweites DGM werden Befliegungen mit einem Laserscanner durchgeführt. Dabei wird die Erdoberfläche mit dem Laser abgetastet. Aus der Reflektion des Lasers lassen sich Lage und Höhe des Punktes bestimmen.
Im primären DGM sind eine Vielzahl an Lage- und Höhenpunkten enthalten, jedoch sind sie ungleichmäßig verteilt. Aus einem primären DGM kann ein sekundäres DGM erzeugt werden, welches gitterförmig angelegt wird (Gitter-DGM). Die Höhen für die Gitterpunkte werden aus dem primären DGM interpoliert.
Digitale Oberflächenmodelle (DOM):
Ein DOM beschreibt den Verlauf der Erdoberfläche mit ihren Bauwerken und Vegetation.
Ein DOM enthält First/Last-Pulse-Punktwolken. Der First/Last-Pulse ist ein Punkt, welches vom ersten/letzten reflektierten Laserstrahl entstand.
Welche Informationen werden benötigt, um aus Luftbildern Punktwolken bzw. DGM oder DOM zu erzeugen?
Um aus Luftbildern ein Geländemodell zu erzeugen, werden Passpunkte verwendet, die sowohl lagemäßig als auch höhenmäßig bekannt sind. Des Weiteren werden Verknüpfungspunkte und die Parameter der inneren und äußeren Orientierung benötigt.
Wie werden aus den Scans 3D-Modelle erzeugt?
3D-Modelle können aus Punktwolken abgeleitet werden. Punktwolken werden erzeugt, indem die erfassten Polarkoordinaten in kartesische XYZ-Koordinaten eines übergeordneten Systems berechnet werden.
Zur übersichtlichen Darstellung der unterschiedlichen Objekte kann die 3-dimensionale Punktwolke mit Falschfarben kodiert werden. Anhand von Fotos können Objekte realistisch dargestellt (= texturiert) werden.
Was muss man bei der Messung mit Laserscannern beachten, wenn das Objekt von mehreren Standpunkten aus aufgenommen wird?
Wird das zu scannende Objekt von mehreren Standpunkten aus aufgenommen, ist es wichtig, die Scans miteinander zu verknüpfen.
Die Verknüpfung erfolgt über die Koordinaten der Stand- und Passpunkte. Die Passpunkte müssen so weit verteilt sein, dass derselbe Passpunkt in mindestens zwei Scans enthalten ist. Generell sollten in jedem Scan mindestens 3 Passpunkte vorhanden sein.
Wo wird terrestrische Laserscanning hauptsächlich angewendet?
- Aufnahme von Innenräumen
- Aufnahme von Fassaden
- Monitoring
- Denkmalschutz
Weitere Bereiche sind:
- Industrie
- Archäologie
- Kriminalitätsaufklärung
- Stadtplanung
Finale Karte
Ein terrestrischer Laserscanner (TLS) funktioniert fast identisch wie ein Tachymeter.
Der Scanner sendet einen pulsierenden Laserstrahl, der in horizontaler und vertikaler Richtung abgelenkt wird. Dabei werden Horizontalrichtung, Zenitwinkel und Schrägentfernung bestimmt.
Die Ablenkung in der Vertikalen erfolgt meist durch einen rotierenden Spiegel innerhalb vom Scanner.
Die Ablenkung in der Horizontalen erfolgt durch die Drehung des Scanners um ihre eigene Horizontalachse.
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Es wird ein Laserstrahl ausgesendet und empfangen, während der Spiegel vertikal rotiert.
Bei jedem Impuls wird die Polarkoordinate eines Punktes auf dem Objekt aufgenommen. In jedem Punkt werden Hz, V und S bestimmt.
Die Entfernungsmessung erfolgt über das Impulsverfahren:
Impulsverfahren:
Beim Impulsverfahren werden die Lichtimpulse auf Trägerwellen modelliert. Es folgt eine Zeitmessung zwischen Sendung und Empfang.
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Beim flugzeuggestützen Laserscanning (Airborne Laserscanning bzw. ALS) ist ein 3D-Laserscanner am Flugzeug so montiert, dass der Impuls zur Entfernungsmessung nach unten gerichtet ist. Durch einen Spiegel wird der Laserstrahl senkrecht zur Flugrichtung abgelenkt. Aus der Zeitdifferenz zwischen gesendetem und empfangenem Signal lässt sich die vom Lichtstrahl zurückgelegte Strecke berechnen. Im ALS-Verfahren werden 3 Hauptkomponenten benötigt:
- Laserscanner
- GNSS-Empfänger
- Inertiales Messsystem (IMS, eng. IMU)
Durch die Vorwärtsbewegung des Flugzeugs wird der Laserstrahl über das Aufnahmegebiet in Zick-Zacklinien geführt.
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Durch das flugzeuggestütze Laserscanning (ALS) können folgende Produkte abgeleitet werden:
Digitale Geländemodelle (DGM):
Ein DGM beschreibt die natürliche Geländeform der Erdoberfläche durch georeferenzierte Höhenpunkte. Es wird die tatsächliche Geländeoberfläche ohne Bauwerke und Bewuchs erfasst. Ein DGM dient der Ableitung von Höhenlinien, sowie Längs- und Querprofilen und der Entzerrung von Luftbildern. DGM werden mit den Strukturinformationen als Vektordaten gespeichert.
Um ein DGM erzeugen zu können, müssen massenhaft Punkte erfasst werden mittels Tachymeter oder GNSS.
Für ein landesweites DGM werden Befliegungen mit einem Laserscanner durchgeführt. Dabei wird die Erdoberfläche mit dem Laser abgetastet. Aus der Reflektion des Lasers lassen sich Lage und Höhe des Punktes bestimmen.
Digitale Oberflächenmodelle (DOM):
Ein DOM beschreibt den Verlauf der Erdoberfläche mit ihren Bauwerken und Vegetation.
Ein DOM enthält First/Last-Pulse-Punktwolken. Der First/Last-Pulse ist ein Punkt, welches vom ersten/letzten reflektierten Laserstrahl entstand.
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Um aus Luftbildern ein Geländemodell zu erzeugen, werden Passpunkte verwendet, die sowohl lagemäßig als auch höhenmäßig bekannt sind. Des Weiteren werden Verknüpfungspunkte und die Parameter der inneren und äußeren Orientierung benötigt.
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3D-Modelle können aus Punktwolken abgeleitet werden. Punktwolken werden erzeugt, indem die erfassten Polarkoordinaten in kartesische XYZ-Koordinaten eines übergeordneten Systems berechnet werden.
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Wird das zu scannende Objekt von mehreren Standpunkten aus aufgenommen, ist es wichtig, die Scans miteinander zu verknüpfen.
Die Verknüpfung erfolgt über die Koordinaten der Stand- und Passpunkte. Die Passpunkte müssen so weit verteilt sein, dass derselbe Passpunkt in mindestens zwei Scans enthalten ist. Generell sollten in jedem Scan mindestens 3 Passpunkte vorhanden sein.
Sie sollen zur Umgestaltung den gesamten Innenraum eines Bürogebäudes erfassen
Sie haben die Wahl zwischen einem Tachymeter und einem terrestrischen Laserscanning System mit einer ähnlichen Genauigkeit
Welches Verfahren wählen Sie und warum?
Tachymeter:
Ein Tachymeter benötigt einen Vermesser. Die Punkte werden reflektorlos mittels menschlicher Intelligenz angezielt
- Vorteile
- Direktes Messergebnis
- Nachteile
- langsame Messung
- evtl. Nachmessen
Laserscanner:
Ein Laserscanner wird von einer geschulten Person bedient. Die Punkte werden ohne Steuerung der Person erfasst.
- Vorteile
- Erfassung billiger
- sehr schnelle Messung
- Nachmessung im Büro
- Automatische Modellierung
- Nachteile
- Fehler in der Messung
- zu viele Details
Wie erfolgt die Weiterverarbeitung von gewonnenen terrestrischen Laserscanningdaten?
- Registrierung
→ Ergebnisse werden zusammengeführt über eine Transformation der Standpunkte in ein Koordinatensystem um einen einheitlichen Bezug zu erstellen
- Berechnung von Normalvektoren
→ Es werden senkrechte Vektoren auf der Tangente der Oberfläche gebildet
- Segmentierung
→ Es werden ähnliche Bestandteile innerhalb der Punktwolke analysiert
- Oberflächenrekonstruktion
→ Es wird die Oberfläche grob gestaltet, indem z.B. die Vektoren verbunden werden
- Modellierung
→ 3D Modell anfertigen
Wie funktioniert die Ableitung von Oberflächenmodellen aus dem ALS? o
Verbindung der Punkte und somit Bildung mehrerer Ebenen
Dreiecksvermaschung (Dreieecke aus den Kanten benachbarter Punkte bilden)
