Laserscanning

Im Scanner wird ein Laserstrahl erzeugt, der mehrfach umgelenkt auf einen rotierenden Spiegel trifft. Dadurch wird der austretende Laserstrahl in der Vertikalachse um 360° verschwenkt, von denen 305° tatsächlich gemessen werden können. Nur der Bereich direkt unter dem Scanner wird nicht erfasst. Der Laserpunkt streicht damit senkrecht über das zu vermessene Objekt. Gleichzeitig erfolgt eine horizontale Verdrehung. So wird die gesamte Umgebung abgetastet.

Für jeden abgetasteten Messpunkt wird ein Horizontal- und ein Vertikalwinkel sowie eine Raumstrecke gespeichert. Aus diesen Informationen werden 3D-Koordinaten zunächst in einem standpunktbezogenen, lokalen Koordinatensystem erzeugt. Zu jeder Punktkoordinate werden zusätzlich Reflektionsinformationen gespeichert.

Objekte im Vordergrund verdecken andere im Hintergrund wodurch hier Messpunkte fehlen. Um Objekte erfassen und dreidimensional modellieren zu können, ist somit die Messung von mehreren Seiten und damit mehreren Standpunkten erforderlich.

Bei bis zu 2.000.000 Messpunkten pro Sekunde entstehen riesige Datenmengen – von uns Punktwolken genannt – die ein exaktes, fotorealistisches Abbild der Realität liefern.

Für jeden Standpunkt wird im Scanner ein lokales Koordinatensystem mit den Koordinaten 0/0/0 für den Scanner selbst angelegt. Die Lage eines jeden Standpunktes im Raum muss somit mit anderen Methoden ermittelt werden.

Die einfachste Methode ist es, jeden weiteren Standpunkt einfach in das Koordinatensystem des ersten Standpunktes zu überführen. Die Verknüpfung der Messungen erfolgt mithilfe von Passpunkten (Kugeln, deren Mittelpunkte berechnet werden oder Zieltafeln mit schwarz-weißen Flächen). Sind in zwei Scannerstandpunkten mindestens drei identische Passpunkte vorhanden, kann der zweite Standpunkt über die Passpunkte lagerichtig zum ersten Standpunkt orientiert werden. Jeder weitere Standpunkt wird dann an den Vorgängerstandpunkt angehängt.

Je größer die Ausdehnung der Anlage, umso mehr können Messungenauigkeiten die Ergebnisse verfälschen. Daher kombinieren wir die schnelle und effiziente Messung des Scanners mit der auch auf große Distanzen hochgenauen Tachymetrie.

Werden die Passpunkte direkt mit dem Tachymeter erfasst und deren Koordinaten in einem gemeinsamen Koordinatensystem bestimmt, so kann jeder Standpunkt auf seine zugehörigen, vorab bestimmten Passpunkte geschoben werden. Dies geschieht ohne Genauigkeitsverlust.

Vorteil dieser Methode ist neben der erheblichen Steigerung der Genauigkeit, die Tatsache dass sämtliche Messdaten direkt im gewünschten Koordinatensystem des Auftraggebers vorliegen.

Die Schrittweite, also die Dichte der Messpunkte auf dem Objekt kann je nach Bedarf eingestellt werden. Je nach Entfernungsbereich sind Abtastraten bis in den Submillimeterbereich möglich. Je kleiner die Auflösung, desto länger dauert der einzelne Scan.

Es ist in einem weiteren Arbeitsgang auch möglich mithilfe der eingebauten Kamera ein Rundumpanoramabild des gescannten Objektes zu erzeugen. Die Farbinformation kann in der Auswertung verwendet werden, um die Messpunkte mit ihrer realen Farbe einzufärben.

Moderne Laserscanner bieten vor Ort die Möglichkeit, die einzelnen Standpunkte miteinander zu verknüpfen. Der Trupp erkennt die Qualität der Ausrichtung zwischen den einzelnen Standpunkten. Basis dieser Berechnungen sind Algorithmen, die die erzeugten Punktwolken untereinander vergleichen (Cloud to Cloud Lösungen).

Theoretisch wären hier keine Passpunkte erforderlich. Die Praxis und der Sachverstand als Vermessungsingenieur sprechen allerdings dagegen z.B. Verknüpfungen mehrerer Etagen nur über ein Treppenhaus auszuführen ohne Passpunkte zu verwenden.

Zudem werden Festpunkte benötigt, wenn unterschiedliche Scanner bzw. Copterdaten oder photogrammetrische Aufnahmen kombiniert werden sollen. Ein weiterer entscheidender Vorteil der Passpunkte ist die Möglichkeit, spätere Messungen z.B. nach Umbauten reibungslos in das gewählte Koordinatensystem einfügen zu können.