Automatisierte Auswertung und Kalibrierung von scannenden Messsystemen mit tachymetrischem Messprinzip

  • Das Aufgaben- und Anwendungsspektrum der geodätischen Mess- und Auswertetechniken umfasst neben den Bereichen Liegenschaftsvermessung, Erdmessung, Photogrammetrie und Fernerkundung auch den Bereich der Ingenieurvermessung. Die Ingenieurvermessung setzt sich mit Fragestellungen auf den Gebieten der Aufnahme, Absteckung und Überwachung von Bauwerken und anderen Objekten auseinander. Zu den auf diesem Gebiet vorhandenen Kernkompetenzen gehören neben den Auswertetechniken auch der Einsatz und die EnDas Aufgaben- und Anwendungsspektrum der geodätischen Mess- und Auswertetechniken umfasst neben den Bereichen Liegenschaftsvermessung, Erdmessung, Photogrammetrie und Fernerkundung auch den Bereich der Ingenieurvermessung. Die Ingenieurvermessung setzt sich mit Fragestellungen auf den Gebieten der Aufnahme, Absteckung und Überwachung von Bauwerken und anderen Objekten auseinander. Zu den auf diesem Gebiet vorhandenen Kernkompetenzen gehören neben den Auswertetechniken auch der Einsatz und die Entwicklung moderner Messverfahren zur Datenerfassung. Die in den letzten Jahren verstärkt in die geodätische Praxis eingeführten scannenden Messsysteme mit polarem Messprinzip, unter die im weitläufigen Sinne alle tachymetrischen Messgeräte, Laserradar und terrestrische Laserscanner fallen, eignen sich im Gegensatz zu herkömmlichen Aufnahmetechniken für eine sehr schnelle Vermessung von einzelnen Objekten, Strukturen und ganzen Bauwerken. Bei der mitunter nur wenige Minuten andauernden Datenerfassung müssen die aufzunehmenden Objekte, wie bei den photogrammetrischen Aufnahmetechniken, nicht zugänglich sein. Die scannenden Instrumente sind jedoch in der Lage, Datenerfassungsraten von > 1000 diskreten Punkten pro Sekunde zu gewährleisten. Neben der Einführung in die Technologie scannender polarer Messsysteme beschäftigt sich die Arbeit mit der Entwicklung geeigneter Algorithmen zur Beschleunigung des Mess- und Auswerteprozesses. Dabei werden spezielle Aspekte in den Teilbereichen der strukturierten Geometriedatenerfassung und der Verknüpfungsproblematik einzelner Instrumentenstandpunkte im Kontext der Kalibrierung scannender polarer Messsysteme mit tachymetrischem Messprinzip behandelt. Als ein zeitraubender Faktor bei der Auswertung von Daten scannender Messsysteme sind die Standpunktverknüpfungen anzusehen, die zur Vereinheitlichung der Messdaten verschiedener Instrumentenstandpunkte in einem übergeordneten System herangezogen werden. Bei Nutzung des in dieser Arbeit beschriebenen Verfahrens lässt sich eine Reduktion der benötigten Auswertezeit erreichen. Durch eine automatisierte Extraktion von Ebenen aus den Punktwolken und einer nachfolgenden Zuordnung der Identitäten durch ein automatisches Verfahren unter Nutzung von projektiven Transformationen können die so bereitgestellten Ebenen zur standpunktweisen verketteten Systemtransformation von verschiedenen Instrumentenstandpunkten herangezogen werden. Eine zusätzliche Markierung und nachfolgende Vermessung von Passpunkten kann somit entfallen. Die Entwicklung eines geeigneten Kalibrierverfahrens für scannende polare Messsysteme mit tachymetrischem Messprinzip ist ein zweiter zentraler Punkt dieser Arbeit. Der Bestimmung von systematischen Abweichungen und von Genauigkeitsangaben für die verschiedenen integrierten Sensoren ist ein Hauptaugenmerk dieser Arbeit gewidmet. Dabei wird durch Erweiterung bestehender Kalibrierverfahren der Weg zu einer Systemkalibrierung eingeschlagen. Aufbauend auf die Algorithmen der Standpunktverknüpfung wird ein Kalibrierverfahren vorgestellt, welches identische Ebenen nutzt und unter Zuhilfenahme der Algorithmen der Ausgleichungsrechnung Kalibrierparameter und Abschätzungen zur Genauigkeit der verwendeten Messinstrumente liefert. Die Leistungsfähigkeit und die Grenzen des Kalibrieransatzes werden anhand von Messwerten zweier verschiedener Laserscanner untersucht und abschließend bewertet.show moreshow less
  • The tasks and application range of geodetic surveying and evaluation techniques cover real estate property surveying, earth measurement, photogrammetry and remote sensing, as well as the field of engineering surveying. Engineering surveys are concerned with questions in the areas of the recording, mapping and monitoring of buildings and other objects. In addition to the data evaluation techniques, the use and development of modern measurement procedures for acquisition are also fundamental in thThe tasks and application range of geodetic surveying and evaluation techniques cover real estate property surveying, earth measurement, photogrammetry and remote sensing, as well as the field of engineering surveying. Engineering surveys are concerned with questions in the areas of the recording, mapping and monitoring of buildings and other objects. In addition to the data evaluation techniques, the use and development of modern measurement procedures for acquisition are also fundamental in this field. Unlike conventional photo techniques, the scanning measuring systems based on polar measuring principles introduced to geodetic surveying practice within the past few years are suitable for the very fast measurement of individual objects, structures and whole buildings. The objects to be measured must not be accessible for the few minutes of continuous data acquisition, as they should be in the case of photogrammetric recording techniques. The scanning instruments are able, however, to ensure data acquisition rates of over 1000 discrete points per second. In addition to the introduction to the technology of scanning polar measuring systems, this work deals with the development of suitable algorithms for the acceleration of the measurement and evaluation process. In the context of the calibration of scanning polar measuring systems with tachymetric measuring principles, special aspects are considered in the sub-field of structured geometry data acquisition, and the difficulties in combining sets of data from individual instrument points of view. The combination of the readings from different instrument points of view in a standard primary system can be seen as a time-consuming factor in the evaluation of data from scanning measuring systems. Through the use of the procedure described in this work a reduction of the required evaluation time can be reached. By an automated extraction of iso-levels from the point clouds and a subsequent automatic assignment of the identities using projective transformations, the resulting iso-levels can be inspected with respect to the linked system instrument points of view. The additional marking and subsequent measurement of reference points can therefore be avoided. The development of an appropriate calibration method for scanning polar measuring systems based on tachymetric measuring principles is a second central point of this work. Special attention is given in this work to the regulation of systematic deviations and the precision details of the various integrated sensors. A system calibration method based on an extension of existing calibration procedures is proposed. Building on the point connection algorithms, a calibration method is introduced. This uses iso-levels and the help of the adjustment algorithm to estimate calibration parameters, as well as the precision of the measuring instruments. In conclusion, the efficiency and bounds of the calibration approach are examined and evaluated using measurements from two different laser scanners.show moreshow less

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Metadaten
Author: Andreas Rietdorf
URN:urn:nbn:de:kobv:83-opus-9135
Title Additional (German):Automatisierte Auswertung und Kalibrierung von scannenden Messsystemen mit tachymetrischem Messprinzip
Advisor:Prof. Dr.-Ing. Lothar Gründig
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2005/02/17
Publishing Institution:Technische Universität Berlin
Granting Institution:Technische Universität Berlin, ehemalige Fakultät VI - Bauingenieurwesen und Angewandte Geowissenschaften
Date of final exam:2004/12/10
Release Date:2005/02/17
Tag:Laserscanner; Standpunktverknüpfung; Systemkalibrierung; polare Messsysteme; strukturierte Geometriedatenerfassung
Institutes:Fakultät VI - Bauingenieurwesen und Angewandte Geowissenschaften -ohne Zuordnung zu einem Institut-
Dewey Decimal Classification:620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht mit Print on Demand (u.a. für Dissertationen empfohlen)