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Einschätzung der Leistungsfähigkeit des Blewitt
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1. Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb 1 Ansicht auf die S dseite des HKB 1 ooooonocccinocccconacononaconanononanonononononoconn nono nn nono no conc nr eran an 2 2 Ba des HKB UM T964 Ali ti ati 3 3 Foyer des AR EEN EEN 4 4 Einzelbildaufnahme IO 9 5 Stereobildaufnahme 191 9 6 Konvergente Aufnahmeanordnung 191 10 7 Prinzip des terrestrischen Laserscannings 7 ssmessessesrsrsssrerrsrsresrnesrrsseenrssrernrsrernrrrrsrnr ennen nr rn rn nen 11 8 Anwendungen des Laserscannings 331 12 9Aufnahmewinkel von Kamera Hybrid und Panoramascanner v l n r 22 12 10 Aufbau von Panoramalaserscanner 32721 13 11 Zylinderstumpf mit 45 geneigter Fl che DI 14 12 Messprinzip beim Laserscanning 372 15 13 Impulsmessverfahren 3721 16 14 Phasenvergleichsverfahren 22 essomssssressssrrereerreneerresrerersrerrrsrrsrerrrerrer ns no cono sn nac n rra rr rn nr nr rn anna 18 15 Triangulationsverfahren 24 1 20 16 Diffus Retro und Totalreflexion vlnr 24 17 Eindringen des Laserstrahls 22 sm sssossesssssosssreresesrerrnrsrrsrnesrrerrernrssrernssrernr sr ere rr nere nooo noc no co ennen anna 25 18 Mebhrwegausbremmg sisi a aaa NESER E A E ea Re TEn a aT 26 VIENDO PA U A A ir E E E EE 27 20 unterschiedliche Reflexionsfl chen 3721 28 21 Fehlereinfl sse Kippachsfehler Zielachsfehler und Zielachsexentrizit t v l n r
2. ne zus tzliche MaBe zu bestimmen Die einzelnen Etagen wurden separat bear beitet Durch die somit bewahrte Ubersichtlichkeit erleichterte sich das Model lieren Nachdem das Zeichnen der einzelnen Bauelemente abgeschlossen ist wird die Textur auf die Objekte gebracht Daf r werden die Aufnahmen der FARO Farboption verwendet Diese werden als Textur in SketchUp eingelesen ber verschiedene Werkzeuge zum Entzerren Verschieben und Skalieren k n nen die Texturen an das Modell angepasst werden Datei mn beiten Ansicht Kamera Zeichnen Tools Fenster Hilfe AOS PGEBLRSFBHZAA TABLA ETE ena E Ausw hlen Bea rbeiten e gt eelere D LG W hlen Sie Objekte aus Dr cken Sie die Umschalttaste um die Auswahl zu erweitern Ziehen Sie mit der Maus um mehrere Objekte Ma angaben Abb 60 Texturierung des Objektes Nachdem beide Geschosse fertig modelliert waren wurden sie zu einem Objekt zusammengef gt Auf Seite 79 ist das komplette Modell abgebildet SketchUp enth lt ein Werkzeug um Schnitte durch ein Objekt zu definieren Dieses wurde zur Erstellung eines Horizontalschnittes durch das Erd und Ober geschoss eines Vertikalschnittes sowie zur Erstellung von Schnitten der Ver bindungstreppe von Erd und Obergeschoss und der Kellertreppe verwendet 79 S mtliche Schnitte wurden auch in SketchUp verma t Alle erstellten Pl ne be finden sich in digitaler Form
3. 9 29 22 Einzel Distanz Verfahren 331 32 23 Doppel Distanz Verfahren 393 32 24 Dreiecks Verf hren a 33 25 FARO Focus DI Senne 35 O FARO O a ai 40 Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb 85 257 POM A ARO 41 28 Web EXPO n za eaten ri a a tdt 43 ER e E E 44 SU Polito nda 46 31 Blumenkubel im EG un OG da 49 32 Mobelstucks m EG iria dias 49 33 Verteilung der Spheren mila iii ride deet 50 34 Prdgeschoss iia ad a SAR 52 NODO EE 52 36 Hauptmen nz i sae nana E EE O ET E IE E E EE EE 54 II Verwal E 54 38 OCAMPO rt AN a ANG 55 39 Aufl sung und Qualit t rassier iia caia 55 40 Projekt bersicht EE 58 41 Bestimmung der SPherfeD s s4 issssidrstelsdierssssde i a ein E eis ns decidi 60 42 ScanFit f r Kugel und Ebhenenbestmmung rn nn re ennen ennen 62 ASI CAM EE 63 AA SCHHEI A 64 45 1ngef rbter Scan u a A eric 65 46 ohne Filter 0 1 Range from Scanner or Scanpoint Distance u l Uniform u r 66 47 Selektions Werkzeug 1 Paint Werkzeug Ir 67 48 Definition yon Ebenen tidad ont E dia 68 49 Darstellung des Autos in Pointools ueseesssessseesseenseennnennnennnennnennnnnnnenennnnnseennennse ons rn nen ann 69 EUR See 70 ST Importieren der SCan ale EE 71 52 E E EE 72 53 Definition Von SChNitten seen khaltune
4. Durch die kompakte und leichte Bauweise ist diese Serie viel einfacher zu h ndeln So sind keine kr ftigen M nnerh nde von N ten um den Scanner auf das Stativ zubringen Das neu integrierte Touchscreen erleichtert den Umgang und erspart das hinzuziehen eines Laptops 37 http www faro com focus de 36 Alle erforderlichen Einstellungen k nnen direkt am Scanner vorgenommen wer den Weiterhin kann durch den im Geh use integrierten Bildschirm Touchscreen direkt im Anschluss eines Scanvorgangs die Scanwolke auf eventuelle Fehler hin berpr ft werden Die Stromversorgung wurde im aktuellen Ger t intern verbaut wodurch keine externe Versorgungseinheit mitgef hrt werden muss Die verbauten Akkus weisen eine hohe Laufzeit auf Selbst bei widrigen Umge bungstemperaturen ist ein Betrieb bei vollem Leistungseinsatz ber mehrere Stunden hinweg m glich Sollte die Bedienung des Scanners ber das Touch screen durch die rtlichkeit beschr nkt sein besteht auch die M glichkeit den TLS ber eine WLAN Schnittstelle zu bedienen was aber das Vorhandensein eines Laptops voraussetzt Durch verschiedene Innovationen wurde die Scanzeit nochmals deutlich reduziert Der Focus ist mit Multisensoren ausgestattet Durch den Einsatz dieser Sensoren wird der Aufwand f r die automatische Re gistrierung der Scans drastisch verringert ber den integrierten Kompass den H hensensor und den Zweiachskompensator werden Information
5. Es besteht die M glichkeit f r die Ausgabe der Daten in diverse CAD Formate Daneben existiert die Option Bin rdaten online zu einem weiteren CAD Programm zu bertragen Daf r wird eine Verbindung zu einem entspre chenden Programm eingerichtet beispielsweise AutoCAD Werden die Kontu ren verschiedener Objekte in Scene nachgezeichnet erfolgt eine berf hrung der gezeichneten Elemente direkt in AutoCAD Es k nnen bestimmte Bereiche oder aber auch definierte Schichten eines Scans exportiert werden Im Pro gramm selber ist es m glich Fehlmessungen Rauschen oder nicht relevante Daten aus der Scanwolke zu entfernen Dadurch reduziert sich die Datenmenge und die Rechenprozesse laufen schneller ab Um Kunden die Ergebnisse des Scannens entsprechend zu pr sentieren besteht die M glichkeit der WebShare Funktion Die Scandaten werden auf einem Web Server ver ffentlicht Dadurch ist der Kunde in der Lage selbstst ndig auf Scans mit einem Standard Internet Browser zu zugreifen 40 Der Programmaufbau ist einfach und bersichtlich realisiert Die Men und Symbolleisten sind im oberen Bereich des Programmfensters vorhanden Direkt unterhalb der Symbolleisten sind die Scan Werkzeuge angeordnet Die Struktur ansicht bildet den linken Bereich des Arbeitsfensters In der Strukturansicht wird ein berblick ber die im Projekt vorhandenen Arbeitsbereiche gew hrt Nach der berf hrung aller Scans in ein einheitliches System werden zudem d
6. bersichtlichkeit zu behalten kann der Layerma V 43 44 nager eingesetzt werden Der positive Aspekt der Software ist die sehr schnelle und einfache Erlernung Es ist innerhalb k rzester Zeit m glich ein dreidimensionales Modell z B eines Hauses zu erstellen ohne gro e Vorkenntnisse zu besitzen 6 4 Pointools Edit Pro Pointools ist vordergr ndig eine Software zur Visualisierung der Scandaten Zur Pr sentation der erfassten Daten k nnen Animationen in Form von Durchfl gen durch die Punktwolke erzeugt werden Mit Hilfe der sogenannten Vortex Anzeigemaschine wird das Arbeiten mit sehr gro en Punktwolken erm glicht ber verschiedene Filter und Selektionswerkzeuge k nnen St r bzw Fehl messungen sehr schnell und einfach erkannt und entfernt werden Au erdem erm glicht das Programm eine RGB Farbanpassung an die Umgebung Poin tools bietet mehrere f r unterschiedliche Bereiche konzipierte Varianten des Programms an Bei Pointools View Pro steht die Visualisierung im Vorder grund Pointools Edit Pro wurde f r die Bearbeitung insbesondere f r die Auf wertung der Punktwolken also der Elimination von St rmessungen der Farban passung von unterschiedlichen Scans und zu kleineren Analysen konzipiert Pointools Suite ist eine Zusammenstellung aus Pointools Edit und vielen Plugins f r g ngige CAD Anwendungen wie AutoCAD oder Rhino 43 Vgl http de wikipedia org wiki SketchUp_ 28Software 29 44 Vel http sketchup goo
7. nnen 2 Das Messobjekt 2 1 Messobjekt Das Haus der Kultur und Bildung ist ein multikulturelles Zentrum in der Stadt Neubrandenburg Das Geb ude besteht aus vier unterschiedlich konzipierten Fl geln welche in Form und Gr e variieren Der S dfl gel umfasst ein Foyer sowie eine Ausstellungshalle An die Ausstellungshalle schlie t sich ein Mehr zwecksaal mit Platz f r bis zu 450 Menschen an Im Ostfl gel des Zentrums ist die Regionalbibliothek Neubrandenburg untergebracht Weiterhin geh rt dem Geb udekomplex das turm hnlich errichtete Hochhaus an im Volksmund auch Kulturfinger genannt Neben einer Aussichtsplattform von der aus nahezu ganz Neubrandenburg berblickt werden kann befinden sich auch eine Cock tailbar und ein Cafe im Turm Abb 1 Ansicht auf die S dseite des HKB 1 Vgl http deu archinform net projekte 13838 htm Literatur 2 Vgl http de wikipedia org wiki Haus_der Kultur und Bildung 2 2 Geschichte Die Stadt Neubrandenburg wurde w hrend des zweiten Weltkrieges fast voll st ndig zerst rt Gro e Teile der Altstadt fielen den Angriffen der Alliierten zum Opfer In den Folgejahren wurden unterschiedliche Konzepte zum Wiederauf bau der Stadt entwickelt Der Aufbau der Innenstadt sollte im Zeitraum zwi schen 1952 und 1960 umgesetzt werden Weitere Opfer des zweiten Weltkrieges waren unter anderem das Rathaus und der herzogliche Palais welche sich auf dem Markt befanden Somit galt e
8. 54 L S Schritt a Batch Liste hinzuf gen 73 CIO aas d Sinit Parameter a sv el S x H i Unker Punkt 08785 i Rechter Punkt 2 5174 Zentrum 5 5380 S wekel 297 Seet aere 3 000 sorting Eracr nkungen Frei x or Sweden NM Se Sen EN EEN 1000 E Im Arashi Dupkserung 1E Namensgebung Ne be Beginnen bei of Sovit ar saldria handen j Zoom Strg Pfeie Verschieben Abb 53 Definition von Schnitten Skizze Werkzeug Custom lse gl H 5 H j E 177 R mm p a 1 6 8798 X m 5 2 7944 Y m m 3 z ud e E sE 5z 3 ve ev 7 Hg Hi L y Ze Zoe VC y 3 Bl KZ s Ri A Ef fm Abb 54 Bestimmung von geometrischen Ma en in den Schnitten 74 8 4 Bearbeitung mit SketchUp SketchUp ist eine reine Modellierungssoftware Das Programm erm glicht neu en Anwendern aufgrund der simplen und bersichtlichen Programmoberfl che einen einfachen Einstieg Vorkenntnisse von AutoCAD k nnen von Vorteil sein da die eine oder andere Funktion daran angelehnt ist Das Ziel war ein ma stabsgerechtes fotorealistisches dreidimensionales Modell des Foyers zu erstel len 8 4 1 Import Als Grundlage werden die mit PointCab generierten Pl ne in SketchUp impor tiert Da sich der Grundriss des Erdgeschosses aus mehreren Detailpl nen zu sammensetzt m ssen die Eckkoordinaten der Pl ne bekannt s
9. 8 049m 4 833m RGB 127 125 141 Abb 45 eingef rbter Scan Mittlerweile sind die Rechenprozesse f r das Einf rben der Scans so fortge schritten dass keine langen Wartezeiten berbr ckt werden m ssen W hrend des Prozesses des Einf rbens ist es nicht m glich mit dem Programm weiterzu arbeiten 8 2 Bearbeitung mit Pointools Pointools ist ein Programm zur Erstellung von Animationsfl gen durch Punkt wolken Nach unz hligen Versuchen ein Flug durch die Scanwolken des Foyers zu erzeugen ist man zum Entschluss gekommen dass dies mit einer entspre chenden Qualit t nicht zu realisieren ist 66 8 2 1 Import Pointools ist in der Lage verschiedene Scanformate zu importieren Neben den Scandaten von Riegl Leica und Topcon k nnen auch Scandaten von FARO ein gelesen werden Es besteht die M glichkeit eine einzelne Scanwolke oder einen gesamten Workspace einzulesen Da der Workspace des Foyers jedoch eine gro e Anzahl an Scans aufweist wurden aus Zeitgr nden einzelne Scans impor tiert Beim Import werden die Scandaten in das Pointools Format pod konver tiert Auf die zu importierenden Dateien k nnen drei verschiedene Filter ange wendet werden Abb 46 ohne Filter 0 1 Range from Scanner o r Scanpoint Distance u l Uniform u r Aus den Abbildungen wird ersichtlich wie welcher Filter wirkt F r den Import der Scandaten des Foyers wurden die Filter Scanpoint Distance und Uniform aktiviert um das R
10. Durch diesen Effekt ergeben sich unzul ssige Ausrundungen Diese k nnen aber im Auswerteprozess durch eine entsprechende Modellbildung wie das Verschneiden zweier Ebenen beseitigt werden Mischergebnisse Mischergebnisse A ee XA Misch ergebnisse Abb 20 unterschiedliche Reflexionsfl chen 29 4 5 4 instrumentelle Fehlereinfliisse Im Vermessungswesen setzen sich mittlerweile Laserscanner mit tachy metrischen Aufbau gegen ber andersartig konstruierten Scannern durch Auf Grund des dem Tachymeter stark hnelndem Aufbaus k nnen instrumentelle Fehlereinfl sse des Tachymeters f r diese Scanner abgeleitet werden Aus den Messungen von Richtungen Winkel und Strecken werden Koordinaten berech net Weist der Scanner z B Achsfehler auf werden die Richtungs und Winkel messungen verf lscht wodurch es zur Berechnung fehlerhafte Koordinaten kommt Im Folgenden werden verschiedene instrumentelle Fehlereinfl sse be trachtet Mechanische und optische Achsen unterliegen den bekannten Fehlereinfl ssen wie der Nichtorthogonalit t zueinander Exzentrizit ten und eventuell Taumel fehlern Drehachse 1 Kippachse h ist fo Zielachse ist Abb 21 instrumentelle Fehlereinfl sse Kippachsfehler Zielachsfehler und Zielachsexentrizit t v l n r Der Kippachsfehler beschreibt die Tatsache dass die Kippachse nicht recht winklig zur Steh bzw Drehachse liegt Nach NEITZEL 2006b ist der Kipp ac
11. Erfahrung das Doppel Distanz Verfahren favorisiert Die berpr fung eines TLS hinsichtlich des Taumelfehlers ist einfach zu reali sieren Um zu pr fen ob die Stehachse bei der Rotation ihre Lage im Raum streng beibeh lt wird ein Pr zisions Neigungssensor auf den TLS aufgesetzt Es werden in regelm igen Abst nden verschiedene Drehkreisrichtungen ber den Horizontalteilkreis verteilt angefahren und jeweils die Neigungen des aufge setzten sowie des internen Neigungssensors des Scanners detektiert Es existie ren verschiedene Auswertemethoden zur Bestimmung des Taumelfehlers Eine Methode zur Auswertung ist in NEITZEL 2006b aufgef hrt Weitere Untersuchungen zur Streckenmessgenauigkeit Rechtwinkligkeit der Aufsatzfl che zur Stehachse Zielgeometrie und zum Messrauschen werden in der Diplomarbeit von M Frohriep und F Zimmermann 2008 beschrieben 35 Vgl TLS 2008 S 98 ff 36 Vgl Frohriep Zimmermann Diplomarbeit S 60 35 5 Hardware 5 1 FARO Focus 3D Der FARO Focus 3D ist die neueste auf dem Markt befindliche Serie von TLS des Unternehmens FARO Abb 25 FARO Focus 3D Der Focus ist ein Hochgeschwindigkeits 3D Scanner zur detaillierten Mes sung und 3D Dokumentation Der Focus ist wesentlich kompakter im Aufbau als sein Vorg nger der Photon 120 Seine Abmessungen betragen 24 x 20 x 10 cm und mit einem Gewicht von nur 5 kg ist er auch deutlich leichter als seine Vorg ngerversionen
12. gt 411 Scangr e Pkt S Sensoren w hlen gt 10240 x 4267 z MPkte 299 Mit Farbe Scannen 43 7 Punktabstand Augensicherheitsabst axial 6 60 1 32 mm 10m radial 2 40 e 6 136 Abb 38 Scanparameter Abb 39 Aufl sung und Qualit t F r die Messung im Foyer des HKB wurde mit einer Aufl sung von Y und mit einer Qualit t von 2x gescannt Die Aufl sung beschreibt den Abstand der Messpunkte bei einer Distanz von 10 m Die Qualit t sagt etwas ber die H u figkeit aus mit der ein bestimmter Bereich gescannt wird Das bedeutet je h her die Qualit t gesetzt wird umso langsamer rotiert der Scanner in der Hori zontalen womit dieselbe Stelle mehrmals erfasst wird Damit einhergehend wird das Rauschen vermindert Je nach Auswahl der beiden Parameter ndern sich die Scandauer die Scangr e die Messpunktanzahl sowie der Messpunktabs tand Sind alle Parameter entsprechend eingestellt kann der Scan gestartet wer den F r den Scanvorgang ffnet sich ein neues Fenster in dem die verbleibende Scanzeit die Scanparameter und der einzuhaltende Augensicherheitsabstand eingeblendet werden Nach Beendigung des Scans wird die Punktwolke im Dis play als Vorschau angezeigt Diese dient als Sichtkontrolle um den Scan auf grobe Fehler zu berpr fen Die Scandaten werden auf einer SD Karte im Scan ner gespeichert 56 Wie schon mehrmals in dieser Arbeit angesprochen kann der FOCUS 3D mit Hilfe eine WLAN Verbindung ber eine
13. photogrammetrisch aufgenommenen Bildern durch Bildmessung die Form Lage und Orientierung von Objekten bestimmt wird F r die Bestimmung dieser Parameter liegt das mathematische Modell der Zentralperspektive zu Grunde Dabei wird das drei dimensionale Objekt in eine Ebene abgebildet Das photogrammetrische Messverfahren kann in drei Bereiche aufgeschl sselt werden 1 Erfassung des Objektes Um das Objekt fachgerecht aufzumessen ist eine gr ndliche Planung notwendig Ist diese abgeschlossen werden Passpunkte bestimmt und berechnet Anschlie end erfolgt die Aufnahme der Bilder 2 Auswertung der Daten Nach Beendigung der Erfassung des Objektes werden die Bilder orien tiert die Projektionszentren und deren Lage im bergeordneten System berechnet 3 Darstellung Mit Hilfe der ausgewerteten Messdaten k nnen Grundrissdarstellungen mit H henlinien Aufrisse und Abwicklungen von Bauwerksfassaden r umliche Modelle von Bauk rpern sowie Oberfl chenmodelle zur Massenermittlung abgeleitet werden 9 Vel B Witte H Schmidt 2000 S 484 10 Vgl Sch n Masterarbeit S 19 Bei der Erfassung k nnen verschiedene Verfahren zum Einsatz kommen Die Wahl welches Verfahren angewendet wird richtet sich nach der Aufgabenstel lung und dem geforderten Ziel F r das Erfassen von ebenen Geometrien wie z B Fassaden wird die Einzelbildphotogrammetrie eingesetzt Der Kamera standpunkt wird so gew hlt dass bei m glichst s
14. 24 5 3 DLPOSA LL Aa Es E Os S fal 400 eg ge O 7 TO d Ke ew S Bus HKB008 x e E Workspace eg i E Scans 50 HKB008 EA AutoFeatures AO SphereContainer SphereContainerFit BO Sphere Scans SphereS SphereFit E BO Sphere E e BO Spheres 8 Globale Koordinaten 7 BO Spheres CR Kugelname Sphere5 Globale Koordinaten H HO Sphere Name Spherefit Ebenenname A Pictures Had 1173 Z ker PlaneEx adius Im PlaneExFit 9 PlaneExFit E 5 806133 4 067766 0 348179 In 0 94023651 0 34051921 0 00140873 Models CT Scanpunktzahl 500 E 6 607225 2 538327 1 659417 Im Radiusabweichung H el Randinien 1 8 578468 7 983302 2 144665 ml punkte Z 8 499228 7 764473 2 136653 Positionsabweichung 3 333672 mm 8 38 5 le 4 8 494183 7 75017 2046859 Scanpunktabweichung 1 529317 Imm 8 5 8 453046 7 636626 2 057003 6 8 473386 7 593068 2 124391 B Scanpunktabstand 0 248915 Im amp 7 8 372796 7 415006 2048498 GPS Position der Kuget E Scanpunktzahl 217846 D Transversale Abweichung der o 230637 nn alen L ngsabweichung der 0 02522 na Normalen Scanpunktabweichung 1 66487 mm H Selection Sphere5 SphereFit Zeile 1732 Spalte 10031 353 56 29 074 d 9 906m XYZ 8 597m 1 002m 4 818m RF 1765 Abb 42 ScanFit fiir Kugel und Ebenenbestimmung Die Namensgebung der Referenzen wird mit der automatische Korres pon
15. 68 LD Punktabweichung 9 119868 mm Punktabstand 0 mm D Distanzabweichung 1 898362 mm Winkelabweichung 0 061089 Orthogonale Abweichung 7 718778 ol Abweichung 2 Neigungssensor 2 8 Objekt Dist mm Long mm Winke L AutoFeatures Sphere 6 3362 6 0981 D 00 AutoFeatures Sphere 5 3479 2 8394 0 021 AutoFeatures Sphere 6 4609 3 2445 0 037 D Ansicht ae Abb 44 ScanFit Mit Hilfe des ScanFits k nnen die betroffenen Referenzpaare ausfindig gemacht und bei einer Neuberechnung der Stationierung ausgeschlossen werden Dieser Prozess wird so lange fortgef hrt bis die Ampel f r die Stationierung auf gr n schaltet F r mehrere Scans im Erdgeschoss mussten ber die Decken und W n de Ebenen definiert werden die dann in den Stationierungsprozess mit einflos sen Die Konstellation der Spheren war scheinbar so ung nstig dass kein aus reichendes Ergebnis f r die Referenzierung erreicht werden konnte Das Einf r ben der Scans wird automatisch durch Scene bernommen Es muss lediglich ber das Kontextmen SCAN OPERATIONEN FARBE BILDER BILDER 65 ANWENDEN ausgew hlt werden Dadurch werden jedem einzelnen Scanpunkt die entsprechenden Farbinformationen zugeordnet Um die Bilder zu betrachten sind diese im Arbeitsbereich im jeweiligen Scan in einem Unterordner abgelegt Selection Zeile 4000 Spalte 7244 127 74 19 727 d 14 133m XYZ 6 084m
16. 7 4 5 3 4 Divergenz und Feinstr kt ren s ocssssesserssrrssrsrsrsrrssrsnnrsrrssrernrsrrsrrrrnrsrnsrrrrnrrnrna 28 4 5 4 instrumentelle Fehlereinfl sse sr nr sn rr nrsr nr nr rn n 29 4 5 5 berpr fung von terrestrischen Laserscannern smssssssssssessrsssrssersner nn 30 4 5 5 1 Einzel Distanz Verlahren a 31 4 5 5 2 A 32 4 53 3 3 y Dteiecks Verfahren A ns A a E A 33 Se E EE 35 dl FARO Focus eher 35 EE 39 6 FARO Scene eebe Eder 39 6 2 POMADA 41 E E Re EE 44 64 Pomtools Edit Praia ida 45 7 Aufnahme mit dem FARO FOCUS 3D iii ale 48 TE Vorbereitina der Messi A dietas 48 7 2 Messung mit dem FARO FOCUS 3D uan tai ita 50 8 Auswertung der cd e dio 57 8 1 Bearbeitung mit FARO Scene anna ae 58 8 1 1 MO E 58 8 1 2 Stationierung der SCANS anna ek EE 59 8 2 gt Bearbeitung mit Ponto ria da ini 65 8 2 1 TIP e EE 66 8 222 A EE 67 83 Bearbeitung e EE 71 8 3 1 Import 832 BEACH UND rats ake sn r O EE EN EE EE 8 4 1 Import SAD EUREN ee SEENEN 10 Schlussfolgerung Kurzfassung F r die Planung von Bauwerkssanierungen ist es zun chst notwendig Informa tionen ber den Bestand einzuholen Da jedoch f r sehr alte Geb ude meist kei ne Unterlagen mehr existieren m ssen vor der Planung aktuelle Bestandspl ne erstellt werden Das terrestrische Laserscanning bietet dabei eine Alternative zu den konventionellen Messverfahren Diese Masterarbeit befasst sich mit der Er stellung eines dreid
17. Bereich des Foyers garantierte diese Wahl f r jeden Standpunkt eine Sichtverbindung zu mindestens drei Refe renzpunkten Die brigen Spheren wurden f r jeden einzelnen Scan so platziert dass diese in der Auswertung entfernt werden konnten ohne dass in diesen Be reichen Messschatten entstanden In Fragen Stromversorgung konnte auf im Fo yer vorhandene Steckdosen zur ckgegriffen werden Aufgrund des leistungs starken Akkus des FOCUS 3D musste davon kein Gebrauch gemacht werden Einzig der f r das Scannen verwendete Laptop musste an das Stromnetz ange schlossen werden Der Scanner kann v llig autark betrieben werden Aufgrund 50 des wesentlich gr eren Bildschirms des Laptops wird dieser bevorzugt Zudem kann eine Kontrolle eines fertiggestellten Scans auf dem Laptop besser vollzo gen werden Abb 33 Verteilung der Spheren 7 2 Messung mit dem FARO FOCUS 3D Vor Beginn der Messung mit dem FOCUS 3D wurde mit der Verteilung der Spheren entlang des Gel nders im Obergeschoss begonnen Diese wurden gleichm ig auf die gesamte L nge des Gel nders positioniert Die Spheren be stehen aus Styropor und weisen einen Radius von 6 cm auf Ein Teil der ver wendeten Referenzmarken kann ber einen entsprechenden Adapter auf Fotosta tive montiert werden Die am Gel nder postierten Spheren besitzen einen Plaste fu der durch ein zus tzliches Gewicht einen sicheren Stand garantiert Im glei chen Zuge erfolgte das Anbringen der Bla
18. Distanzmessung Wie bereits in Abschnitt 4 1 erl utert wird bei den Laserscannern in Bezug auf die Methode der Entfernungsmessung zwischen den polar messenden Scannern und den Triangulationsscannern unterschieden 4 4 1 Impulslaufzeitverfahren Das Prinzip dieses Verfahrens ist die Messung der Laufzeit eines Laserimpulses Ein Laserimpuls wird von einer Sendeeinheit ausgesendet von der Objekt oberfl che bzw einem Prisma reflektiert und von einer Empfangsvorrichtung detektiert mpf nger paee e e D SE gt Abb 13 Impulsmessverfahren Die gesuchte Distanz kann direkt aus der gemessenen Laufzeit des Signals abge leitet werden D xt 1 1 2n mit Goar Lichtgeschwindigkeit n Brechzahl der Atmosph re 17 Mit Hilfe des Brechungsindex wird der atmosph rische Einfluss auf die Licht geschwindigkeit beriickichtigt Die Signallaufzeit ergibt sich somit als c 1 2 dadurch folgt D 1 3 Die St rke des Impulsmessverfahrens liegt darin dass innerhalb kurzer Zeit eindeutige Entfernungsmessungen mit einer sehr hohen Aufl sung realisiert werden k nnen Es werden aufgrund der energiereichen Impulse gr ere Reichweiten als bei der Phasenmessung umgesetzt Der Nachteil dieses Verfahrens ist der hohe technische Aufwand zur Erfassung der atmosph rischen Einfl sse Aufgrund von Sicherheitsbestimmungen sind die Energiegehalte der Laser nur bis zu einer bestimmten Grenze zul ssig Gegen ber de
19. Hochschule Neubrandenburg University of Applied Sciences Fachbereich Landschaftsarchitektur Geoinformatik Geod sie Bauingenieurwesen Masterarbeit 3D Modellgenerierung des Foyers vom Haus der Kultur und Bil dung in Neubrandenburg unter Verwendung des Panorama Laserscanner FARO FOKUS 3D urn nbn de gbv 519 thesis 2012 0189 7 zum Erlangen des akademischen Grades Master of Engineering M Eng vorgelegt von Mirko Huntz Betreuer Prof Dr Ing H J Larisch bVI Dipl Ing FH Rainer Lessner Neubrandenburg August 2012 Inhaltsverzeichnis Inhaltsyerzeichns a ANN TIAS ONO lisas IV AOS A AS IV h Einleitung SO RA E BRIT a RANA R 1 ll ZE ER es 1 2 Das Messobje E 2 2 MA a A O 2 2 27 EE 3 3 Messverfahren der BALI AIM le an a geed 5 3A GE Eug O 5 3 2 LACA MES NN A 7 33 CPI ss 8 EE 11 4 1 Klassifizierung terrestrischer Laserseanner ennen 11 4 2 SAUDAU SR EE 13 IN A NT 15 4 4 Prinzipien der Distanzmessing a AA tios 16 4 4 1 AA Ee 16 4 4 2 E EE u aa nee ass 18 44 3 Triangulo vel een 19 4 44 Pulse Wave V ear ss 21 4 5 Fehlereinflissse beim Laserscanmmg nono conocio co ns rr rn ren nna 22 4 5 1 Atmosph rische Einfl ssen shake 22 4 5 2 Material und Objekfeisenschaften anna en a Be 23 4 3 2 1 Oberfl chenbeschaffenheit tar ds 23 4 3 2 2 Ob rfl chenfarbe usada 24 4 5 2 3 E Eer GE 25 E EE 26 4 3 3 Mehrwesausbreilune anne LE 26 E RE Ee E 26 e Eitfallswinke EE 2
20. Manager Scanergebnisse Referenzspannungen Venwaltete Passungen Y Gewichtete Spannungen Vollst Hierarchie Objekt anpassen Durchs Scan Oluster Referenz Spa Scan1 Scan2 fscanft 0 0073 HKB008 9 Sphere9 0 0281 HKBO10 HKBO16 scannt 0 0063 HKBO10 a Sphere16 0 0251 HKB007 HKB008 Scant 0 0059 HKB009 El a Sphere26 0 0250 HKB008 HKB010 Bscanre 0 0055 mn a Sphere12 0 0249 HKBO10 HKBOT1 Bscanra 0 0054 HKB015 a Sphere22 0 0249 HKEDOS HKBO14 Bop 0 0052 HKBO12 a Sphere9 0 0241 HKB008 HKBO16 LES 0 0051 HKBOOO Sphere20 0 0223 HKB005 HKB009 Bscanre 0 0051 HKBOOG a Sphere18 0 0219 HKB009 HKB012 LES 0 0048 HKB007 a Sphere5 0 0207 HKEO02 HKB003 Bnp 0 0048 HKBO13 a Sphere12 0 0205 HKBO11 HKBO24 Scant 0 0045 HKBO16 a Sphere15 0 0199 HKB003 HKB007 Bscanre 0 0043 HKBOO1 a Sphere29 0 0199 HKBO13 HKBO16 L I 0 0041 HKB003 a Cobham An oo uvome uvonnn z L Ascanr _0 0040 _HKB023 Gewichtete Statistiken annur ieren Mttewet 00044 Abweichung 0 0052 pemeran epin l Komespondenzansicht Min 0 0000 Max 0 0281 Mead Anwenden Lal Abtrechen De Anwenden CS Abbrechen Abb 43 Scanmanager Sollte es zu Problemen bei der Stationierung gekommen sein k nnen mit Hilfe des Scanmanager die Referenzen mit den gr ten Spannungen ausgemacht wer den Die Spannung beschreibt die Diskrepanz im Gesamtkoordinatensystem zwischen der Position und Orientierung der zwei korrespondierenden Refe renzobj
21. SphereContainerFit BO Spherel2 a 80 Sphere BO spherel3 a 1O Sphere BO spherel4 BO Spheres BO spherelS o IO Spheres BO Spherel6 BO Spheres BO Spheret7 Pictures BO Sphereis Models BO spherel9 BO Spherezo BO Spherez1 BO Sphere BO Sphere23 BO Spherez4 BO Sphere25 BO zech BO Sphere27 BO sphere28 BO Spherezo O Spheres IO Sphere BO Sphere31 BO Spherez BO sphere33 BO Sphere BO Sphere35 O Spherezo BO Sphere37 BO Sphere BO Sphere39 BO Spheres BO Sphere HO Spherett e IO Spheret2 BO Spheres Filter Verarbeite Daten Zeile 2588 Sp Filter Verarbeite Daten Abb 41 Bestimmung der Spheren 61 Das Programm vergibt bei der Referenzsuche automatisch Namen Im Arbeits bereich werden diese dann mit einem Basisnamen Sphere einer fortlaufenden Nummer und einem Kugelsymbol aufgef hrt Die Qualit t der Kugelpassung wird mit Hilfe des Ampelsystems signalisiert Sobald die Ampel gelb oder rot anzelgt sollte das Referenzobjekt von der Stationierung ausgeschlossen werden hnlich erfolgt die Bestimmung der Black amp White Targets Diese erhalten im Workspace den Basisnamen Checkerboard und einer fortlaufende Nummer Kugeln eignen sich aufgrund ihrer geometrischen Form besser zum Scannen als die Checkerboards ber den Radius wird der Mittelpunkt einer Kugel be stimmt Daher ist es unerheblich aus welchem Blickwinkel die Kugel erfasst wird die Kugelpassung variiert minimal Die Checkerboards soll
22. alien ein Das bedeutet dass der Laserstrahl tiefer in por se Oberfl chen eindringt als z B in metallende Ober fl chen Bei por sen Oberfl chen wird aufgrund des Eindringens die Strecke zu lang gemessen Im Wesentlichen hat die Materialstruktur Einfluss auf die Ge nauigkeit mit der das Objekt erfasst wird Dabei m ssen Erscheinungen wie Ab sorption Reflexion und Refraktion ber cksichtigt werden Absorption Gro e Anteile des Signals k nnen in Abh ngigkeit von der Ein dringtiefe und den Reflexionsrichtungen im Innern des Materials absorbiert werden Dieser Vorgang beeinflusst die Intensit t und die Reichweite Reflexion Durch die sich im Material befindenden Partikel wird der ein dringende Laserstrahl diffus reflektiert Die von der Empfangseinrichtung aufge nommenen reflektierten Teilstrahlen aus dem Materialinnern weichen somit von den reflektierten Strahlen der Objektoberfl che bez glich der L nge ab Refraktion Dringt der Laserstrahl in das Material ein wird der Laserstrahl zum Lot hin gebrochen da es das optisch dichtere Medium ist Diese Brechung wirkt 25 wie ein Querversatz Reflexion gebrochener Strahl Partikel Abb 17 Eindringen des Laserstrahls 24 Vel Bianca Gordon Dissertation S 32 25 Vgl Joeckel Stober 2008 5 336 26 4 5 3 Geometrie Die geometrischen Beziehungen wirken sich auf die Genauigkeit Aufl sung und die Reichweite wie alle bisher genannten Effekte beim Laserscanning a
23. assung der Schr gdistanz sowie der beiden Ablenkwinkel f r jeden Messpunkt Sie errech net daraus dreidimensionale kartesische Koordinaten Zus tzlich wird die Inten sit t des eingehenden Signals detektiert und gespeichert 13 Vgl Dissertation Bianca Gordon S 20 14 Vgl Joeckel Stober 2008 S 328 15 Vgl Dissertation Bianca Gordon S 20 15 4 3 Funktionsprinzip Wie bereits erw hnt dient das Laserscanning als Aufnahmeverfahren bei der dreidimensionalen Erfassung von Objekten durch zeitlich versetzte Abtastung mit Hilfe von Lasertechnologie F r die Abtastung wird von einem Sensor ein Laserstrahl ausgesendet Dieser wird von der Objektoberfl che reflektiert und ber eine Empfangseinrichtung im Laserscanner detektiert Die Erfassung des Messobjektes mit dem Laser wird automatisch und st ckweise durchgef hrt Dabei wird der Laserstrahl in einem dichten polaren Raster ber das Objekt ge f hrt Die Dimension der einzelnen Rasterfl chen ist durch eine vorgegebene konstante Winkelschrittweite in horizontaler und vertikaler Richtung festgelegt Die Abtastung erfolgt zeilenweise entlang der Vertikalen Durch die Drehung des Scanners um die Stehachse wird das gesamte Objekt sukzessiv erfasst Aus den polaren Messdaten werden die dreidimensionalen Koordinaten sowie der Intensit tswert abgeleitet Abb 12 Messprinzip beim Laserscanning 16 Vgl http home arcor de laserscanner index html 16 4 4 Prinzipien der
24. auf dem Datentr ger im Anhang Map Abb 61 Innenleben des Foyers Abb 62 Fassade des Foyers Da mit Pointools keine Animation erstellt werden konnte wurde durch Sket chUp diese Aufgabe bernommen hnlich wie in Pointools werden hier die Po 80 sitionen der Kamera auf dem Bildschirm mit der Maus angefahren und abge speichert Am Ende werden alle Szenen zu einer Animation zusammengef gt Die Optionen f r die Animierung sind nicht so ausf hrlich wie bei Pointools dennoch ist das Ergebnis ansprechend Die erstellten Videos befinden sich eben falls auf dem Datentr ger im Anhang 9 Interpretation der Ergebnisse Aufgrund des umfangreichen Einsatzgebietes des Laserscannings ergeben sich verschiedenste Auswertem glichkeiten Damit besteht auch eine hohe Anforde rung an die Softwarel sungen zur Auswertung der Scandaten Da jedoch nicht eine Software das komplette Pensum der verschiedenen Disziplinen abdecken kann muss f r den jeweiligen Aufgabenbereich die entsprechende Software l sung gefunden werden Nach heutigen Anforderungen muss die Software schnell zu erlernen sein leicht bedienbar und an sie gestellte Aufgaben in einem kurzen Zeitraum erledigen In Anbetracht der enormen Punktmengen stellt die schnelle Abwicklung eine gewaltige H rde dar Allerdings gilt auch hier der Grundsatz Zeit ist Geld Die mit den FARO Scannern ausgelieferte Software FARO Scene dient in erste re Linie der Referenzierung der Scanwo
25. auschen der Scans zu minimieren Das Importieren nimmt eine gewisse Zeit in Anspruch 67 8 2 2 Bearbeitung Nachdem Import einiger Scans wurden in den Uberschneidungsbereichen starke farbliche Variationen festgestellt Auf unterschiedliche Art und Weise und mit Hilfe verschiedener Werkzeuge wurde versucht die farblichen Unterschiede zu korrigieren Teilweise gelang dies konnte jedoch nicht zu hundert Prozent um gesetzt werden Als erstes wurde probiert mit Hilfe der im Programm integrier ten Funktionen die Farbunterschiede zu beseitigen Der erste Versuch bestand darin ber das Selektionswerkzeug die entsprech enden Scanpunkte zu markieren und aus den Scandaten zu entfernen Dazu wird mit dem Werkzeug Colour Match die Farbe der Scanpunkte ausgew hlt welche entfernt werden sollten Anschlie end wird der Bereich in dem sich die Farbva riationen befinden markiert Dadurch werden alle Scanpunkte mit diesem Farb ton selektiert und k nnen entfernt werden Bis zu einem gewissen Grad ist das realisierbar Um aber einen einheitlichen Farbton beispielsweise f r den Fu bo den zu erzielen wurden durch diese Variante zu viele Scanpunkte entfernt wo durch L cher im Boden entstanden Abb 47 Selektions Werkzeug l Paint Werkzeug r Die zweite Variante bestand darin die andersfarbigen Scanpunkte mit den rich tigen Farbwerten einzuf rben Um den richtigen Farbwert aus den Scandaten auszuw hlen wurde wieder das Werkzeug Co
26. bestimmt Da bei spielt die Rauigkeit der Oberfl che eine wichtige Rolle blich ist eine leicht raue Oberfl che an der eine diffuse Reflexion auftritt Abb 16 links Bei dieser Art der Reflexion sollte unabh ngig vom Eintrittswinkel ein Signal zur Emp fangseinheit des Scanners reflektiert werden Die Rauigkeit der Oberfl che legt die effektive R ckstrahlfl che fest welche die Reflektivit t beeinflusst Die Ref lektivit t beschreibt die Signalst rke bzw den Intensit tswert des eingegange nen Signals wovon unter anderem die maximal zu erreichende Entfernung ab h ngig ist Eine weitere Reflexion ist die Retroreflexion Abb 16 Mitte Bei lackierten Oberfl chen mit tropfenf rmigen Einschl ssen tritt diese Form der Reflexion auf Bei kurzen Visuren trifft ein sehr intensit tsstarkes Signal auf den Empf nger woraus grobe Distanzfehler resultieren Sogenannte L cher entste hen h ufig bei der Total oder Spiegelreflexion Abb 16 rechts Spiegelnde Oberfl chen lenken den Laserstrahl mit einem dem Einfallswinkel entsprechen den Ausfallwinkel ab Die Empfangseinheit erh lt somit kein Signal es ist scheinbar kein Objekt vorhanden 24 VA de wi EI EU ADAN EE Abb 16 Diffus Retro und Totalreflexion v l n r Ein weiterer die Intensit t beeinflussender Effekt sind eventuell auftretende In terferenzen Diese entstehen in Abh ngigkeit von der Wellenl nge des Laser lichtes der Oberfl chenrauigkeit und des Ei
27. bjekte aus Dr cken Sie die Umschalttaste um die Auswahl zu erweitern Ziehen Sie mit der Maus um mehrere Objekte Ma angaben Abb 56 Importieren der Detailpl ne 76 8 4 2 Bearbeitung Nachdem der Import abgeschlossen ist werden die Pl ne gruppiert Daf r wer den alle Pl ne markiert und ber die rechte Maustaste wird der Befehl GRUP PIEREN ausgew hlt Um ein Modell zu strukturieren werden in SketchUp Gruppen und Komponenten gebildet Geometrien die weder einer Gruppe noch einer Komponente angeh ren werden immer mit anderen Geometrien zusam mengef hrt Das hat zur Folge dass diese verschmolzene Geometrie sich immer gemeinsam verh lt Bei Ver nderung nur einer Linie werden alle anderen Be standteile mit ver ndert obwohl das nicht beabsichtigt ist Durch das Gruppie ren mehrerer Bestandteile in dieser Geometrie kann diese Gruppe getrennt von der brigen Geometrie bewegt werden Komponenten gruppieren ebenfalls eine bestimmte Auswahl von Elementen in einem Modell Eine Komponente geh rt einem Sortiment in einer Bibliothek an Sie ist immer wieder verwendbar Wird eine nderung an einer Komponente im Modell vorgenommen wirkt sich diese nderung auf alle anderen im Modell verwendeten Komponenten aus Stan dardelemente wie z B Fenster eines Hauses lassen sich mit dieser Funktion einfach und effizient ndern atei Bearbeiten Ansicht Kamera Zeichnen Tool B Eeer HTAH TUE SG eege nm ice a Elementinf
28. cht dargestellt werden sollten Die Entscheidung fiel dahin gehend aus die Spheren beim Scannen so zu positionieren dass f r die Anima tion jeder Bereich des Foyers ohne Vermessungsmarken dargestellt werden kann So wurde garantiert dass in keinem der Scans aufgrund der Referenzen Messschatten auftraten Bei der Begehung des Objektes konnte sich ein erster berblick verschafft wer den Der Aufbau des Foyers gestaltet sich einfach und weist keine komplexen Strukturen auf Einzig die Blumenk bel im Erd und Obergeschoss sowie ein 49 zelne M belst cke stellten Sichthindernisse dar Diese konnten aber w hrend des Messvorgangs so bewegt werden dass keine Messschatten f r den Scanner in diesen Bereichen entstanden Abb 31 Blumenk bel im EG und OG Abb 32 M belst cke im EG Um das Foyer vollst ndig aufzumessen wurde ein Arbeitstag veranschlagt Sollte jedoch unerwartet der Messvorgang nicht in dieser Zeitspanne abgeleistet werden k nnen sollten Black amp White Targets an mehreren Stellen im Foyer verteilt angebracht werden Mit Hilfe dieser Marken die tachymetrisch aufge messen wurden h tten die einzelnen Scansessions in ein System berf hrt wer den k nnen ber die Verteilung der Spheren wurde bereits im vorherigen Ab schnitt diskutiert Als praktikable L sung erwies es sich einen Teil der Spheren entlang des Gel nders im Obergeschoss des Foyers zu verteilen W hrend des Scannens im unteren und im oberen
29. ck amp White Targets im Foyer Die Black amp White Targets wurden mit entsprechend extra stark haftendem Klebe band an geeignete Oberfl chen im Objekt verteilt angebracht Die Ausr stung zum Scannen des Foyers bestand aus e Scannerkoffer Inhalt FARO FOCUS 3D SD Karte Stromkabel Laserschutzbrille 51 e Stativ e Transportwagen f r Scanner e Referenzobjekte Spheren Black amp White Targets e Stromversorgung Akku Verteiler Verl ngerungskabel e Panzertape Anbringen der Zielmarken Vor dem Start des ersten Scans wurden die Spheren auf Fotostativen so im Erd geschoss des Foyers verteilt dass vom aktuellen dem folgenden wenn m glich auch dem darauf folgendem Standpunkt die Spheren erfasst werden konnten Ebenso wie bei der freien Stationierung in der Tachymetrie m ssen die An schlusspunkte geometrisch gut verteilt liegen Das bedeutet dass sie ber den Horizont in alle Himmelsrichtungen verteilt sein und in der H he variieren soll ten Durch die Verwendung von Fotostativen f r die Kugeln erfolgt eine Vertei lung der Referenzpunkte in h henm ig variierenden Ebenen Dieses Prinzip f r die Verteilung der Referenzpunkte l sst sich jedoch beim Scannen nicht immer bzw nur eingeschr nkt bedingt durch die R umlichkeiten einhalten Unter die sen Umst nden muss darauf geachtet werden dass eventuell in der Auswertung Ebenen ber Mauern bzw Decken und B den definiert und in die Stationierung mit einbezogen we
30. denzsuche realisiert Diese sucht nach hnlichen Konstellationen in den Scans bestimmt korrespondierende Referenzobjekte und benennt diese entspre chend Die Bezeichnung der Referenzen ist dabei nicht unbedingt von Bedeu tung Weisen zwei Referenzen dieselbe Bezeichnung auf bedeutet das nicht dass diese im Stationierungsprozess als bereinstimmend betrachtet werden Andererseits werden die Referenzobjekte trotzdem als korrespondierend ange sehen sollte die automatische Namensvergebung nicht durchgef hrt werden k nnen Der Stationierungsprozess wird ber einen Rechtsklick auf den obersten SCANORDNER IM ARBEITSBEREICH OPERATIONEN STATIONIE RUNG SCANS STATIONIEREN AUTOMATISCH gestartet Diese Berech nungsmethode zur Bestimmung der Scannerposition und orientierung wird als B ndelausgleichung bezeichnet Soll das Koordinatensystem eines spezifischen Scans als bergeordnetes System dienen muss dieser Scan im Vorfeld als Refe 63 renzscan definiert werden Ansonsten wird der zuerst get tigte Scan als solcher deklariert Nach der Durchf hrung der Verkn pfung gibt es durch den Scanma nager die M glichkeit das Ergebnis der Stationierung zu betrachten Die hier dargestellten Spannungen sind aber nur Wahrscheinlichkeitswerte Um diese Werte einordnen zu k nnen wird hilfsweise eine Ampel dargestellt Scans ScanManager AE Scans ScanManager II la Scarbanager Scanergebnisse Referenzspannungen Scan
31. ein In der log Datei sind die Koordinaten der Eckpunkte aufgelistet Die Datei wird bei der Generierung eines Layouts mit angelegt 7 Layout Editor PX Datei Bearbeiten Format Ansicht Laserscanning Europe Layout Version 1 2 Type LAYOUT Number of Tiles U Number of Tiles V View Top Resolution 0 005 3 3 Scan Domain 15 ReverseIntensity 1 IntensityUse 0 ColorUse 0 ImageDepth 8 BackGroundColor 255 255 255 255 Clipping Low 17 Clipping High 17 Projection Motion 1 0 0 0 10 00 01000 01 Thumbnail Layout_overview png le Name Layout_0_ 20_ 40 png comment X Y Z image coordinates left bottom 40 0 corner LB right upper corner RU ile Name Layout_3_ 20_ 20 png comment X Y Z image coordinates left bottom corner LB 00 r ght upper corner RU Scans used 0 comment Tile 2 Tile Name Layout_6_ 20_00 png comment X Y Z image coordinates left bottom corner LB right upper corner RU OD m Zeile 25 Spalte1 Abb 55 log Datei eines Layouts Zu Beginn wird in der Datei die sogenannte Tile Size aufgesucht Diese be schreibt die Dimension der einzelnen Detailpl ne Die Detailpl ne sind quadra 75 tisch aufgebaut F r dieses Layout betr gt die Seitenl nge eines Quadrates 20 m Der erste Detailplan tr gt die Bezeichnung Tile 0 Der untere linke Eckpunkt hat die Koordinaten 20 40 0 und der rechte obere lie
32. ekte in Scan 1 und Scan 2 Bei Referenzpunkten dient die Distanz zweier Referenzpunkte als Input f r die Berechnung der Spannung Bei Ebenen W n den oder Zylindern dienen die Position und Richtung der Objekte als Input f r 4 die Berechnung dieses Wertes Im Reiter Scanergebnis werden die Spannungen der einzelnen Scans beginnend mit der gr ten Spannung aufgelistet Im Reiter Referenzspannungen sind die Spannungen der Spheren bez glich zweier Scans aufgeschl sselt In der Statis tiktabelle sind die gr ten Spannungen ganz oben aufgef hrt 47 FARO Scene Benutzerhandbuch Version 5 0 Februar 2012 64 Treten bei der Stationierung Probleme auf k nnen aufgrund der Referenz spannungen die Referenzobjekte mit den gr ten Spannungen identifiziert wer den Zur Beseitigung dieser Fehler werden die betroffenen Scans untersucht Im ScanFit sind die Stationierungsergebnisse des jeweiligen Scans zusammengetra gen Im unteren Bereich des ScanFits sind die f r die Stationierung herangezo genen Spheren und die dazu geh rigen Differenzen aufgef hrt Bei Stationie rungen mit guten Resultaten m ssen die Differenzen sehr klein sein Scans HKBO08 ScanFit 2 Globale Koordinaten v Scanname HKB008 Name ScanFit Neigungssensor Y Scan gem Neigungssensor ausrichten Position 8 328088 4 17131 0 002823 m Drehachse 0 0020104717 0 0037775372 0 999 Winkelmab 101 491896 H Normalisierte Spannung 9 1198
33. em bisherigen Innenhof entstehen der den Alten an H he ber ragt Des Weiteren sind Ver nderungen der Fassadenansichten an den Nord Ost und Westfl geln geplant Ob es zu Umbauma nahmen an der zum Markt platz liegenden Hauptfassade kommt und wie diese aussehen werden wurde noch nicht entschieden Der Beschluss zur Erhaltung des Foyers hat aber festen Bestand und ist als positiver Aspekt f r die Denkmalpflege zusehen Abb 3 Foyer des HKB 5 Vgl http www nordkurier de cmlink nordkurier lokales neubrandenburg das hkb und seine geschichte n 1 400929 3 Messverfahren der Bauaufnahme Die Bauaufnahme beschreibt den Vorgang der Bestandsaufnahme Dokumenta tion eines Bauwerkes Die Erfassung von Bauwerken kann aus unterschiedlichs ten Interessen hervorgehen Entweder sollen bauliche Umbauma nahmen vor genommen werden oder sie dient zur Sicherung des Bestandes zum Verkauf zur Bauforschung und Denkmalpflege oder zur Wertermittlung Im weiteren Verlauf sind die g ngigen Verfahren zur Bauaufnahme aufgef hrt Es ist nicht un blich dass einzelne Verfahren miteinander kombiniert werden 3 1 Handaufmaf Das Handaufma geh rt zu den traditionellen Verfahren der Bauaufnahme Hierbei werden die Messpunkte und Ma e des Objektes mit Hilfe einfachster Messinstrumente erfasst Die verwendeten Instrumente reichen vom Glieder ma stab ber das Messband bis hin zum heute oft genutzten Distometer Um Aufnahmepunkte in eine Messungs
34. en ber die Scan Ausrichtung die H he sowie ber die Horizontierung des Scans geliefert Eine weitere wichtige Entwicklung ist die verbaute Farbkamera So muss f r die Farboption keine externe Kamera mit gef hrt werden Die Kamera besitzt eine maximale Aufl sung von 70 Mio Pixel wodurch fotorealistische Scans erstellt werden k nnen Ein weiterer Vorteil ist dass die integrierte Kamera auf den Scanner kalibriert ist wodurch eine parallaxenfreie Farb berlagerung realisiert werden kann Bei den Vorg ngermodellen kam es zu Offsets zwischen den Bil dern und den Scans durch die manuelle Positionierung der Kamera ber dem Scannerursprung Das Sichtfeld des Focus liegt bei 300 in der Vertikalen und 360 in der Hori zontalen Damit wird das Sichtfeld des Vorg ngers in der Vertikalen bertrof fen da dieser im Zenit noch einen Messschatten aufwies Es ist auch bei dieser Version m glich dass Messobjekt nur partiell zu erfassen und einen spezifi schen Ausschnitt zu definieren Dadurch kann der Aufwand f r das Scannen re 37 duziert werden und anstatt eines 360 Scans wird das Objekte nur partiell ver messen Die minimale Reichweite liegt bei 0 6 m die maximale Reichweite bei 120 m Der systematische Distanzfehler betr gt 2 mm Der Distanzfehler ist der maximale Fehler in der Reichweite gemessen durch den Scanner zu einem ve 38 definierten Punkt auf einer ebenen Zielfl che In folgender Tabelle ist das Rauschverha
35. en freigeschaltet Um Objekte zu erzeugen oder zuzuweisen um spezifische Scanpunkte gesondert darzustellen oder zu ex portieren kann im Ansichtsfenster die rechte Maustaste eingesetzt werden oder es wird auf die Symbolleisten zur ckgegriffen 6 2 PointCab PointCab ist eine Software zur schnellen und effektiven Auswertung von Laser scandaten Aufgrund der vollautomatisierten Datenauswertung ist ein Leichtes Grundrisse Schnitte und Orthofotos in k rzester Zeit zu erstellen Es entstehen aussagekr ftige Ergebnisse mit einer hohen Detailtreue durch die Erfassung aller Einzelpunkte aufgrund des von PointCab verwendeten Algorithmus Mit Hilfe des Batch Modus k nnen mehrere Aufgabenstellungen simultan verarbeitet werden Durch die Stapelverarbeitung reduziert sich die Arbeitszeit immens PointCab ist in der Lage Laserscandaten verschiedenster Scanner unter anderem FARO Leica Riegl und Zoller Fr hlich einzulesen Gleiches gilt f r die Ausgabe der erzeugten Daten S mtliche g ngige CAD Systeme k nnen ber entsprechende Schnittstellen die generierten Pl ne Schnitte oder Ansichten im portieren Das Programm ist sehr bersichtlich und modular konzipiert Datei Werkzeuge Optionen Hilfe TT a D Grundriss Schnitt Skizze Web Export Merger Stapelverarbeitung Einstelungen Start Grundriss Werkzeug ex Schritt 1 Schritt 2 On rn 33 POINTCAB 900090 SE SOFTWARE seess l Scanprojekt ffnen y Abb 27 PointCab D
36. enkrecht zur Fassade weisender Aufnahmerichtung diese vollformatig erfasst wird A B e Abb 4 Einzelbildaufnahme Gilt es r umliche Objektstrukturen zu extrahieren kommt die Stereophotog rammetrie zum Einsatz Bei diesem Verfahren erfolgt die Aufnahme von min destens zwei Aufnahmepunkten Es ist darauf zu achten dass die Bildpaare sich zu f nfzig Prozent berlappen die Aufnahmerichtungen nahezu parallel und die Objektentfernung unver ndert bleiben So werden gleiche Bildma st be garan tiert Kor 0 WIR INI I ANY d WA A Wd N Abb 5 Stereobildaufnahme 10 Von Mehrbildphotogrammetrie spricht man wenn die Aufnahmepunkte konver gent angeordnet sind und der um ein Objekt gelegte Bildverband mittels einer B ndelblockausgleichung ausgewertet sowie in einem einheitlichen Koordina tensystem orientiert wird Bei der B ndelblockausgleichung werden simultan die Daten der verwendeten Kameras auch als innere Orientierung die Aufnah mepunkte und richtungen als u ere Orientierung bezeichnet sowie die Koor dinaten der Objektpunkte berechnet F r die Berechnung ben tigte Informatio nen sind die Bildkoordinaten von den Objektpunkten sowie die Objektkoordina ten der Passpunkte Abb 6 Konvergente Aufnahmeanordnung 11 Vel Sch n Masterarbeit S 19 ff 11 4 Laserscanning Laserscanning ist ein Verfahren f r die dreidimensionale ber hrungslose Erfas sung von Messobjekte
37. enzt Die L nge der Basislinie liegt zwischen einigen Zentimetern bis Dezimetern Mit zunehmender Entfernung schleifen die Schnitte der Objektpunkte immer st rker 19 und werden damit ungenauer 4 4 4 Pulse Wave Verfahren Hierbei werden das Impulslaufzeitverfahren und das Phasenvergleichsverfahren kombiniert Durch die hohe Energiebiindelung der Einzelimpulse werden gro e Reichweiten erzielt Zur Erh hung der Genauigkeit werden die festen Phasenbe ziehungen in der Impulsfolge genutzt Durch das Impulsmessverfahren werden optimale Reichweiten m glich und durch das Phasenvergleichsverfahren hohe Genauigkeiten erzielt Diese Kombination findet bei der Firma CALLIDUS 20 21 Anwendung 19 20 Vgl Joeckel Stober 2008 S 41 ff 21 Vgl Sch n Masterarbeit S 28 22 4 5 Fehlereinfl sse beim Laserscanning Die Genauigkeit beim Laserscanning unterliegt dem Einfluss unterschiedlicher Faktoren In den folgenden Abs tzen sollen die wichtigsten aufgef hrt werden 4 5 1 Atmosph rische Einfl sse Bei allen elektrooptischen Distanzmessungen muss der Einfluss der Atmosph re ber cksichtigt werden Luftdruck Temperatur und Luftfeuchte sind die Einfl s se durch welche die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Laserstrahls beeintr ch tigt wird F r die Bestimmung der Distanz wird oftmals die vordefinierte Aus breitungsgeschwindigkeit im Vakuum c genutzt Um die Ausbreitungsge schwindigkeit im jeweiligen Medium c zu berechnen is
38. er f r diese Arbeit nicht weiter von Belang gewesen weshalb sie nicht weiter vertieft werden Der Umgang mit Pointools gestaltete sich etwas schwieriger Die Software ist nur auf Englisch verf gbar und eine Anleitung ist in der Testversion nicht ent halten Die Programmoberfl che ist recht einfach gehalten dennoch gab es Schwierigkeiten mit mehreren Funktionen Nach einer gewissen Einarbeitungs zeit versteht man die Philosophie des Programmes und kann die Scandaten f r eine Visualisierung aufarbeiten Nachdem der Versuch ein Simulationsflug durch das Foyer des HKB zu erstellen gescheitert ist wurden Bem hungen an gestellt eine Animation eines kleineren Objektes zu generieren Das Ergebnis ist akzeptabel ist jedoch ausbauf hig Die Werkzeuge zur Bearbeitung der Scans sowie zur Animation sind sehr effizient und einfach zu handhaben Es ist jedoch festzuhalten dass bei umfangreicheren Objekten mit gro en Punktmengen die M ngel bei der Visualisierung berwiegen PointCab hat sich darauf spezialisiert Grundrisse und Schnitte zu generieren Die Verfahren die die Software zur Erstellung der Pl ne einsetzt sind ausgereift und sehr effizient Von sehr umfangreichen Objekten k nnen in k rzester Zeit vollst ndige Grundrisse erzeugt werden Um aussagekr ftige Schnitte der Ob jekte auf der Grundlage des Grundrisses anzufertigen sind nur wenige Schritte 82 erforderlich Als Ergebnis erh lt man ma stabsgetreue Pl ne in g ngige
39. erfahren f r Laserscanner unterliegen keiner einheitlichen Vorgabe Daher existieren mehrere verschiedene Pr fverfahren um Laserscanner auf die bereits genannten instrumentellen Fehlereinfl sse hin zu untersuchen Einige m chte ich in den folgenden Abs tzen vorstellen Bez glich der berpr fung der Genauigkeit der Streckenmessung wurden im DVW Seminar Terrestrisches Laserscanning TLS 2008 einfache Feldpr f verfahren vorgestellt 29 Neitzel 2006b S 4 30 Vgl Neitzel 20066 31 Feldpr fverfahren sollen wie der es schon sagt einfach und schnell im Felde zu realisieren sein Der Anwender muss in der Lage sein m glichst schnell einfach und sicher das Messsystem vor einem Einsatz hinsichtlich verschiedener Ger te spezifikationen pr fen zu k nnen Auf der Grundlage der ISO 17123TLS wur den f r Feldpr fverfahren folgende Rahmenbedingungen abgeleitet e Unabh ngig vom Funktionsprinzip des TLS PanoramaScanner e Sichere Erkennung systematischer Messabweichungen bei Distanz und Richtungen e Verwendung des mitgef hrten Standardzubeh rs Stative Keine Ver wendung von anderen Referenzsensoren speziellen Pr fwerkzeugen oder fest installierter Pr feinrichtungen oder Pr ffeldern e Die gesamte Pr fung inklusive der Auswertung darf nicht l nger als eine Stunde dauern Bei allen Verfahren wird von dem Grundgedanken ausgegangen dass sich die Sensorko
40. erscanner lassen sich nach ihrem angularen Messfeld in drei Gruppen unterscheiden Der Kamerascanner auch als Fensterscanner bezeich net tastet nur ein bestimmtes Fenster ab das hei t es wird nur ein Kugelaus schnitt der Umgebung erfasst Der Hybridscanner vollzieht eine komplette Dre hung um die Stehachse wobei aber der H henmessbereich eingeschr nkt ist Der Panoramascanner welcher auch Gegenstand dieser Arbeit ist weist das gr te Messfeld auf Er erreicht eine nahezu Rundum Erfassung seiner Umge bung welche nur durch den Messschatten im Bereich des Stativs beschr nkt 12 ist TLL LP Abb 9Aufnahmewinkel von Kamera Hybrid und Panoramascanner v l n r 12 Vgl Joeckel Stober 2008 S 325 ff 13 Man unterscheidet im Weiteren zwischen polar messenden Laserscannern die ber die elektrooptische Entfernungsmessung die Distanz zur Objektoberfl che messen und Scanner die die Strecke ber das Triangulationsverfahren ermitteln F r die Distanzbestimmung verwenden die polar messenden Systeme das Im pulslaufzeitverfahren oder das Phasenvergleichsverfahren Auf die Entfernungs bestimmung der jeweiligen Verfahren wird im Folgenden noch eingegangen 4 2 Aufbau Der Panoramalaserscanner ist dem Aufbau eines reflektorlos messenden Ta chymeters nachempfunden Das Oberteil auch als Alhidade bezeichnet welches um die Z Achse drehbar gelagert ist sowie die mitgedrehte Kippachse f r die Vertikalauslenkun
41. et ein Ampelsystem um eine Aussage ber die G te der einzelnen Ergebnisse zu treffen Liegt das Ergebnis innerhalb der vorgegebenen Grenzen erscheint eine gr ne Ampel Eine rote Ampel signalisiert eine Grenz berschreitung Die Schranken sind programmintern festgelegt und k nnen nicht manipuliert werden 8 1 2 Stationierung der Scans Die einzelnen Scans besitzen lokale rechtwinklige Koordinatensysteme deren Ursprung sich im Schnittpunkt von Kipp und Stehachse des Scanners befindet Um die Scans in ein bergeordnetes System zu berf hren erfolgt eine Trans formation Um diese durchzuf hren m ssen mindestens drei Passpunkte bzw Referenzobjekte im lokalen System des Scanners sowie im bergeordneten Sys tem vorhanden sein Das bergeordnete System kann als System eines Referenz scans in der Workspace oder ber tachymetrisch bestimmte Passpunkte mit z B Gau Kr ger Koordinaten definiert werden Liegen mehr Passpunkte vor k n nen die berbestimmungen zur Verbesserung der Berechnung der Transforma tionsparameter verwendet werden Abh ngig vom Stationierungsergebnis k n nen einzelne Punkte bei einer erneuten Berechnung ausgeschlossen werden Um die Stationierung zu berechnen m ssen in allen Scans die Referenzobjekte be stimmt werden Dazu muss jeder Scan separat ge ffnet werden Beim ersten 60 ffnen werden automatisch Standardfilter auf den Scan angewendet Diese die nen dazu Fehlmessungen zu entfernen und da
42. ets freundlichen und fachlichen Unterst tzung 91 Eidesstattliche Erkl rung Hiermit versichere ich die vorliegende Masterarbeit ohne Hilfe Dritter und nur mit den angegebenen Quellen und Hilfsmitteln angefertigt zu haben Alle Stel len die aus den Quellen entnommen wurden sind als solche kenntlich gemacht worden Diese Arbeit hat in gleicher oder hnlicher Form noch keiner Pr fungs beh rde vorgelegen Neubrandenburg den 09 10 2010 Du Er Er Er Er Er Er Er Mirko Huntz Anhang Datentr ger 3D Modell skp Detailpl ne skp Animationen avi Trimble SketchUp 92
43. everfahren wird ein Tachymeter verwendet welches die Messpunkte nach dem Polarverfahren bestimmt Es werden die Hori zontalrichtung der Vertikalwinkel und die Schr gstrecke erfasst und abgespei chert Bei der tachymetrischen Aufnahme wird zun chst ein Netz von Festpunk ten um und im Objekt geschaffen Durch dieses Netz k nnen alle folgenden Messungen in ein System berf hrt werden Das Tachymeter hat den Vorteil dass es ber hrungslos misst So k nnen nicht zug ngliche Punkte erfasst wer den Bei der Objektaufnahme wird das Instrument so im Raum aufgestellt dass zu allen geometrisch relevanten Punkten eine Sichtverbindung besteht Durch die Orientierung zu den im Vorfeld bestimmten Festpunkten wird der Anschluss an das bergeordnete System garantiert Die zu messenden Punkte werden ber das Polarverfahren koordinatenm ig bestimmt Vorteil der tachymetrischen Aufnahme ist die hohe Genauigkeit selbst bei ausgedehnten komplexen Objek ten Die Punkte werden hierbei dreidimensional bestimmt und mit Hilfe eines digitalen Feldbuches k nnen die Messdaten vor Ort ausgewertet werden Nach teil dieses Verfahrens ist dass die Messungen zu den Aufnahmepunkten nicht kontrolliert sind da keine berbestimmung vorliegt Weiterhin f hren Punkt verwechslungen und fehlerhafte Anzielungen zu nicht feststellbaren Fehlern 8 Vgl Schmidt Schumacher Diplomarbeit S 4 3 3 Photogrammetrie Die Photogrammetrie ist ein Messverfahren bei dem aus
44. g hneln dem tachymetrischen Aufbau Hauptbestandteile sind die Entfernungsmesseinheit eine vorgesetzte Strahlablenkeinheit die den Sende und Empfangsstrahl in zwei Dimensionen ablenkt und eine Steuer und Aufzeichnungseinheit Durch den Entfernungsmesser wird die Schr gstrecke zum Objekt erfasst Die Ablenkeinheit f hrt den Laserstrahl in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen ber das Objekt und erfasst es so in einem re gelm igen Gitter Die Ablenkung wird ber die Rotation zweier zueinander orthogonal ausgerichteter Achsen realisiert Spiegel geneigt zur xy Ebene S nderung in ay erzeugt vertikale Laser Ebene y Stehachse z Mes als Drehachse es Abb 10 Aufbau von Panoramalaserscanner 14 Es wird zwischen der prim ren und der sekund ren Rotationsachse unterschie den wobei die prim re Achse horizontal und die sekund re Achse vertikal an geordnet ist Bei Laserscannern der Hersteller ZOLLER FR HLICH CALLIDUS und FARO wird die Ablenkung des Laserstrahls ber einen l ngs um die Kippachse rotierenden Zylinderstumpf erreicht Die Zylinderfl che ist dabei um einen Winkel von 45 gegen die Zylinderachse geneigt und stellt einen mitrotierenden Planspiegel Abb 11 dar Dieser Planspiegel enth lt den Schnittpunkt von Kipp und Stehachse Laserstrahl Abb 11 Zylinderstumpf mit 45 geneigter Fl che Die Steuer und Aufzeichnungseinheit ist verantwortlich f r die Erf
45. g ein grenzt Dieser wird in den Reitern untere Schranke und obere Schranke festge legt Zuletzt k nnen noch das gew nschte Bildformat sowie die Hintergrundfar be ausgew hlt werden Vorab Date Werkzeuge Zeen me E Be HM aa eege Same Ze obori Moge terna berechnen AAA ox Auttr ge Bi osowesoren Ihres lee rag Ne Scanner Portionen ofze Kucheh rtde ee Eat Fee Fute Untere Chppimgebene Obere Clppimgebene Bid Fermat Hintergrundlarbe spensi eremm Proa I H I 10 II EE Ise za zl gt PECTED DC lr rea nero voce vorne Win 7 o Abb 52 Stapelverarbeitung Um die Berechnung zu starten wird der START Button gew hlt Nachdem der Rechenprozess f r die Generierung des Grundrisses abgeschlossen ist wird die ser im Ansichtsfenster dargestellt Im Grundriss kann der Nutzer je nach Interes se Schnitte definieren Abb 53 Unter Verwendung der erweiterten Schnittein stellungen k nnen die Schnittparameter ver ndert sowie die Anzahl der Schnitte angegeben werden Um den Schnitt der Stapelverarbeitung zu bergeben wird der Speicherort angegeben Zur Berechnung des Schnittes muss in die Stapel verarbeitung gewechselt werden Dort wird wieder der START Button verwen det Im Reiter Skizze k nnen die Ergebnisse betrachtet werden In den Schnitten k nnen unter anderem L ngen Fl chen und Winkel abgefasst werden Die geo metrischen Ma e lassen sich nicht nur abgreifen sondern k nnen in die Zeich nung bertragen werden Abb
46. gle com intl de product index html 46 Pointools Edit Pro baut auf View Pro auf wobei neue Funktionen zur Bearbei tung der Scandaten implementiert wurden Wie schon angedeutet dienen diese Funktionen zur S uberung der Scandaten Der Punkt Layer eignet sich in Kom bination mit anderen Werkzeugen sehr gut um Rauschpunkte zu selektieren und anschlieBend zu eliminieren Durch das Sperren von Layern k nnen Punkte die auf diesen Layer ausgelagert wurden nicht ver ndert bzw gel scht werden Ein sehr effizientes Arbeiten ist mit den Selektionswerkzeugen m glich Abb 30 Pointools Neben den Standardwerkzeugen zur Selektierung werden der 3D Besen und ein Ebenen Tool angeboten Dadurch k nnen in komplizierten Umgebungen auf einfache Art und Weise Rausch oder St rpunkte selektiert werden Punkte k n nen aber nicht nur ber ihre Geometrie sondern auch mittels ihrer Farbwerte ausgew hlt werden F r die Manipulation der RGB Werte in den Punktwolken kann wieder der 3D Besen diesmal mit einem anderen praktischen Hintergrund verwendet werden Es k nnen unter anderem Helligkeit Kontrast Farbton und die S ttigung in den Scandaten ver ndert werden Dar ber hinaus kann ein Farb ton in der Punktwolke abgegriffen und auf andere Bereiche in der Punktwolke 47 bertragen werden Neben diesen Funktionen zur Bearbeitung der Scandaten dient Pointools Edit auch zur Erstellung von Animationen Dadurch k nnen die ges uberten Punktwol
47. gt bei 0 20 0 Der linke unte re Eckpunkt des n chsten Planes liegt bei 20 20 0 und der rechte obere Eck punkt bei 0 0 0 Anhand dieser Koordinaten kann gefolgert werden dass die Pl ne nebeneinander liegen wobei der Plan Tile 0 links einzuordnen ist Diese Prozedere k nnte umgangen werden indem die Funktion Merger in PointCab verwendet w rde Aufgrund eingeschr nkter Lizenzrechte stand diese aber nicht zur Verf gung Mithilfe dieses Werkzeuges k nnen die einzelnen Detailpl ne zu einem Gesamtplan zusammengef hrt werden Um die Pl ne in SketchUp einzu laden wird ber das Pull Down Men DATEI die Funktion IMPORTIEREN ausgew hlt Nachdem der Einf gepunkt definiert ist wird die Dimension des Planes angegeben Beim Einf gen des n chsten Detailplanes brauchen nur noch die Eckpunkte des ersten Planes ausgew hlt zu werden ber diese Eckpunkte werden die Lage und der Ma stab des einzuf genden Planes definiert Alle im portierten Pl ne werden im Layer Manager auf dem Layer 0 abgelegt Datei Bearbeiten Ansicht Kamera Zeichnen Tools Fenster Hilfe y ZBOCSIPBLAOFHZRKA FUEL Er eege ng IS Elementinformationen f Layer Layero Aufl sung 4000 x 4000 Pixel Breite 20 000m q H he 20 000m I Ausgeblendet Schatten werfen IV Schatten empfangen PS NON AONA 99014 R73ROPDINRAO O 0 w hlen sie O
48. hn 1 5 19 Zur eindeutigen Ermittlung der Strecke ist es notwendig das Wellenrestst ck AX und die Anzahl N der vollen Wellenl ngen zu bestimmen Durch eine Fein und Grobmessung werden diese Parameter ermittelt Die Feinmessung liefert mit einer kleinen Ma stabswellenl nge mit hoher Aufl sung das Wellenrestst ck ber die Grobmessung wird die Anzahl der ganzen Wellenl ngen abgeleitet Diese Messung wird mit einer gro en Ma stabswellenl nge durchgef hrt und muss l nger als das Doppelte der gemessenen Strecke sein um N eindeutig be stimmen zu k nnen Gegen ber dem Impulslaufzeitverfahren ist diese Art der Streckenmessung das schnellere Verfahren mit Genauigkeiten von 3 mm und besser Es ist eine ausge reifte Methode welche unempfindlich gegen kurzzeitige Messstrahl unterbrechungen ist Die enge Strahlenb ndelung mit Durchmessern von 3 mm und die kleinen Divergenzwinkel von 0 25 mrad erm glichen eine Erfassung von Objekten mit sehr hoher Detaildichte Allerdings weist dieses Verfahren ein geringes Signal Rausch Verh ltnis auf was Auswirkungen auf die erzielbaren Reichweiten hat Weiteren Einfluss hat der Effekt dass die Strahlenb ndelung sich auf gro e Distanzen deutlich verschlechtert wodurch die Reichweiten ge 3 e 18 ringer als beim Impulsmessverfahren sind 4 4 3 Triangulationsverfahren Das Verfahren der Laser Triangulation beruht auf dem Prinzip des Vorw rts schnittes Der Triangulationslaser besteht aus ei
49. hsfehler der Winkel zwischen der Kippachse des Umlenkspiegels und der Normalen zur Drehachse gemessen in der Ebene aufgespannt durch Dreh und Kippachse Beim Zielachsfehler ist die Zielachse nicht orthogonal zur Kippachse gelagert beschreibt dem zu Folge den Winkel zwischen der Zielachse und der Normalen zur Kippachse gemessen in der Ebene aufgespannt durch Kipp und Ziel 30 29 achse Geschuldet sind diese Unzul nglichkeiten den Verschlei effekten Verunreinigungen im Ger t aber auch den Fertigungsungenauigkeiten bei der Produktion Laut NEITZEL 2006b ist die Exentrizit t der Zielachse der Radius des Krei ses um den Teilungsmittelpunkt M des Drehkreises den die Zielachse als Tan gente bei der Drehung des Oberbaus beschreibt Ein weiterer instrumenteller Fehlereinfluss beim Laserscanning ist der Taumel fehler Durch einen Taumelfehler der Stehachse taumelt diese bei der Rotation der Alhidade um eine Mittellage und h lt ihre Lage im Raum nicht streng ein Aufgrund des Taumelfehlers der Stehachse beziehen sich die Drehkreisrichtun gen und Kippwinkel einer Punktwolke nicht auf ein einheitliches lokales Sys tem wodurch falsche Koordinaten folgern Ebenso wie in der Tachymetrie ist auch beim Laserscanning die Strecken messung durch eine Additionskonstante und einen entfernungsabh ngigen sys tematischen Fehleranteil beeinflusst 4 5 5 berpr fung von terrestrischen Laserscannern Pr fv
50. ie Sta tionierungsergebnisse eingeblendet Den gr ten Anteil nimmt das Ansichts fenster in Anspruch Im Ansichtsfenster kann zwischen verschiedenen Ansich ten gew hlt werden Es besteht die Wahl zwischen der fl chenhaften der Struk turansicht sowie der 3D Ansicht In den verschiedenen Ansichten sind bestimm te Bereiche des Scans besser und eindeutig zu erkennen wenn es um die Bear beitung der Scanwolke geht S ScanProject EG SCEN Datei Bearbeiten Ansicht DrawToCAD Extras Fenster 3 08 88 03820 eva ER 39382 Pe Aufn N gt 23 EN HKB000 x FF Workspace SR Scans 89 ScanManager 5 0 HKB000 89 ScanFit 3 0 AutoFeatures BO SphereContainer 9 SphereContainerfit A Spheres IDE aB SphereContainer3 o gt SphereContainer SphereContainer5 1 3 HKB009 W HKBO10 53 HKBO11 to Ea HKBO12 La HKBO13 1 La HKBO14 D HKBO15 a Ea HKBO16 1 La HKB017 to 3 HKBO18 8 HKBO19 m HKB020 1 E HKBO21 bo La HKB022 La HKB023 483 HKB024 6 823 HKBO25 PA Dtmranene ir Selection SphereContalner Spheres Ansicht 67 3 w 74 Pos 1 26 3 02 0 00 Laden beendet Detail 100 Subsample 1 Pkte 178M Abb 26 FARO Scene Wichtige Operationen zur Bearbeitung werden ber die rechte Maustaste aufge rufen Diese Option ist in der Strukturansicht sowohl aber auch im Ansichtsfens ter verf gbar In der Strukturansicht werden Operationen zum Laden Stationie 41 ren Einf rben oder zum Exportier
51. ie einzelnen Module zur Bearbeitung der Scans sind im Programmfenster unter der Men zeile zu finden Um einen ma stabsgetreuen Plan oder Schnitt 41 Vgl http www faro com focus de software 42 zu erstellen arbeitet man sich von links nach rechts durch die reihenhafte An ordnung von Buttons Grundriss Werkzeug Zu Beginn der Auswertung wird ein Grundriss aus den Scandaten berechnet Die Resultate sind Orthofotos wie z B Geschosspl ne einzelner Stockwerke Wie bereits angesprochen ist es m glich mit den generierten Daten in beliebigen CAD L sungen weiter zuarbeiten Schnitt Werkzeug Um Schnitte im Grundriss zu generieren steht das Schnitt Werkzeug zur Verf gung Wo wie und wie viele Schnitte erzeugt werden sollen sind dem Anwender frei Die Berechnung der Schnitte erfolgt v llig automatisch Merger Werkzeug Mit Hilfe dieses Werkzeuges werden einzelne Detailpl ne zu einem Plan ver schmolzen Aufgrund der Dimension mancher Scanprojekte werden anstatt eines Gesamtplanes mehrere Einzelpl ne berechnet Da diese L sung nicht praktika bel ist wurde dieses Werkzeug zur Vereinigung der Einzelpl ne zus tzlich in die Software integriert ber die koordinatenm ig bekannten Eckpunkte der Pl ne k nnen diese ma stabsgetreu und lagerichtig in die jeweils genutzte CAD Software eingelesen werden Skizze Werkzeug Um einzelne Ma e oder Fl chen in den erzeugten Grundrissen oder Schnitten zu bestimmen bietet sich das Ski
52. imationsfluges Im Anhang befinden sich die Detailpl ne in digitaler Form Das 3D Modell so wie die Animation sind auch digitaler Form auf dem Datentr ger enthalten 8 1 Bearbeitung mit FARO Scene 8 1 1 Import Der Transfer der Scandaten wird mit Hilfe einer SD Karte vom Scanner zum Rechner realisiert In der 5 0 Version von FARO Scene erfolgt eine automa tischen Erkennung der SD Karte und eine Abfrage zur Aktualisierung der Da tens tze Nachdem das Projekt ausgew hlt und ge ffnet wurde erscheint das Bearbeitungsfenster In der Strukturansicht werden alle in dem aktuellen Projekt S Mei SCENE ED KIEA Datei Beurbeiten Ansicht DrawToCAD Scanner Extras Fenster DER O DAA e Project Selection x Eu X BEES Lokale Projekte Abb 40 Projekt bersicht 59 vorhandenen Scans dargestellt F r eine grofe Anzahl von Scans bietet es sich an mit sogenannten Clustern zu arbeiten Dadurch werden Unterordner bei spielsweise f r die jeweiligen Etagen des Messobjektes angelegt und die ent sprechenden Scandateien dorthin verschoben Um den Rechner nicht zu berlas ten erfolgte die Bearbeitung des Erd und Obergeschosses des Foyers in separa ten Arbeitsbereichen Anschlie end wurden beide in einen Arbeitsbereich ber f hrt und miteinander verkn pft W ren alle Scans in ein Workspace geladen worden h tte das ffnen und Speichern der Daten enorme Zeitspannen in An spruch genommen Das Programm verwend
53. imensionalen fotorealistischen Modells des Foyers des Haus der Kultur und Bildung aus Laserscandaten Mit Hilfe des Modells k nnen ver schiedene Schnitte des Geb udes generiert werden Ein weiterer Bestandteil die ser Arbeit war die Erstellung eines Animationsfluges durch das Foyer W hrend zu Beginn Grundlagen und der Messablauf er rtert werden besch ftigt sich der Hauptteil mit der Auswertung der Scandaten Dabei wurde mit den Software programmen FARO Scene Pointools PointCab und Trimble SketchUp gearbei tet Abstract Before planning the reconstruction of buildings it is necessary to gather infor mation about the structure of the building Yet in particular for very old build ings original documentation of the buildings structure is often non existent Therefore architects need to draw up latest as built documentations from the building considered for reconstruction The terrestrial laser scanning offers an alternative to conventional methods of measurement for as built documenta tions This thesis deals with an as built documentation of a heritage building based on laser scan data At the beginning of the thesis methodological basics and the test sequence of laser scanning are explained The main part of the thesis focuses on the data analysis Finally the as built documentation with outline sections and the 3d model of the heritage building is provided for future plan ning of reconstruction 1 Einleitung 1 1 Zielstell
54. jekten wirkt sich die ung nstige Fehlerfortpflan zung zu stark auf die Genauigkeit aus Nachdem einzelne R ume eines Objektes aufgemessen sind werden die Ma e entsprechend verkettet Dabei k nnen berdimensionierte Wandst rken zwischen den R umen entstehen Die Anlage eines geod tischen Netzes kann dem entgegenwirken Das Aufkommen der so genannten Distometer erleichterte dieses Vorgehen deutlich Nicht jeder Mess punkt muss mehr direkt erreichbar sein Mit den neuesten auf dem Markt befind lichen Ger ten ist es m glich Distanzen bis zu 200 m mit einer Genauigkeit von wenigen Millimetern zu bestimmen wobei nur ein Mitarbeiter ben tigt wird Ein weiterer Vorteil ist dass die digital erfassten Daten direkt in einen Feldrechner importiert und ausgewertet werden k nnen Weist das zu vermessende Objekt komplizierte Strukturen auf speziell Variationen in der H he ist das Handauf ma aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht zu empfehlen Das Einrichten des Bezugssystems w re zu aufwendig und zu kostenintensiv Andere Verfahren zur Bauaufnahme w rden sich schneller und g nstiger realisieren lassen 7 Vgl A Wiedemann 2004 S 114 ff Das Verfahren des Handaufma es wird oftmals in Verbindung mit anderen Messverfahren der Bauaufnahme angewendet Nicht selten wird es dabei als Er g nzung herangezogen und dort eingesetzt wo Messpunkte f r die anderen Ver fahren nicht messbar sind 3 2 Tachymetrie Bei diesem Aufnahm
55. ken in geeigneter Form pr sentiert werden 45 Vgl http www laserscanning europe com de software pointools 48 7 Aufnahme mit dem FARO FOCUS 3D 7 1 Vorbereitung der Messung Jeder eingegangene Auftrag zur Vermessung eines Objektes wird mit der Vorbe reitung und Planung der Messaufgabe begonnen Das bedeutet dass der Ver messer sich im Klaren dar ber sein muss was mit welcher Genauigkeit gemes sen werden soll Das Ziel muss klar vom Auftraggeber definiert sein Nach die sen Zielvorgaben erfolgt die Entscheidung dar ber welches Messverfahren zum Einsatz kommt In der Mehrheit wird eine Kombination aus mehreren Verfahren genutzt Nach dieser Entscheidung wird die Ausr stung zusammengestellt Um instrumentelle Fehler auszuschlie en wird das Instrumentarium vor dem Mes seinsatz einer berpr fung unterzogen Ziel der Messaufgabe war die Generierung eines 3D Modells des Foyers vom HKB mit einem Animationsflug Bei dieser Art der Aufgabenstellung bietet sich das Laserscanning an Es ist die effizienteste und schnellste Methode alle rele vanten Punkte vom Foyer aufzunehmen Im gleichen Zug mit der Vorbereitung m ssen berlegungen zur Auswertung angestellt werden Unter anderem geht es darum mit welchen Programmen die Zielstellung umgesetzt werden kann Spe ziell wegen des Animationsfluges gingen berlegungen in die Richtungen dass im Animationsfilm die Vermessungsmarken in Form von Black amp White Tar gets und Spheren ni
56. l erstellt 8 3 1 Import PointCab ist in der Lage Formate der Scanner von Leica Riegl Zoller amp Fr h lich sowie FARO einzulesen und auszuwerten E Lee 22 POINTCAB ee LSE SOFTWARE eo Abb 51 Importieren der Scandaten Ohne gro e Vorkenntnisse ist es m glich anhand der Programmoberfl che die Scandaten auszuwerten Was wann zutun ist wird aus der Programmoberfl che ersichtlich Im ersten Schritt muss die Scandatei ausgew hlt und anschlie end die Speicheradresse vergeben werden Da in FARO Scene zwei Cluster f r je weils ein Stockwerk angelegt wurden werden diese dementsprechend eingele sen und ausgewertet Es w rde kein Sinn machen dass gesamte Projekt einzule sen da alle Daten bei der Berechnung f r den Grundriss auf eine Ebene proji ziert werden In diesem Grundriss w rde nichts zu erkennen sein Daher werden die Stockwerke separat bearbeitet 8 3 2 Bearbeitung Als n chstes wird die Stapelverarbeitung ausgew hlt Abb 52 In dieser k n nen verschiedene Einstellungen zur Erstellung des Grundrisses vorgenommen werden Nicht relevante Scans des Scanprojektes k nnen von der Berechnung 72 des Planes ausgeschlossen werden In den folgenden Reitern werden die Aufl sung sowie die Rastergr e des Grundschnittes definiert Weiterhin lassen sich Einstellungen zur Intensit t und Farbe der Scandaten vornehmen Sehr wichtig ist die Definition des Bereiches welcher die Scanpunkte zur Berechnun
57. linie orthogonal einzubinden werden Dop pelwinkelprismen und Fluchtst be eingesetzt ber Schn re und Lote wird ein Bezugsnetz vor Ort realisiert F r die H henbestimmung wichtiger Elemente des i 6 Bauwerkes werden Nivelliere verwendet F r den Messtrupp ist es vorteilhaft wenn ein Vermessungsriss mit geod tisch bestimmten Punkten vorliegt auf welche die Messungslinien bezogen werden k nnen Beim Handaufma ist es typisch dass Wandpunkte als Bezugspunkte des bergeordneten Netzes dienen Diese Bezugspunkte fungieren dabei als An fangs und Endpunkte von Messungslinien Die Messungslinien werden ber Schn re realisiert So ist es ein Einfaches Punkte auf die Linie einzumessen Voraussetzung dabei ist dass das Schnurnetz dementsprechend angelegt wurde 6 Vgl Schmidt Schumacher Diplomarbeit S 3 das hei t alle relevanten Punkte m ssen in die Messungslinie einbezogen wer den k nnen Mit Hilfe einer ebenen Transformation werden diese dann in ein bergeordnetes System berf hrt Als Passpunkte dienen die geod tisch be stimmten Punkte Im g nstigsten Fall befinden sich die Schnursysteme in der horizontalen und vertikalen Schnittebene Vor Ort wird die Skizzierung des Ob jektes durchgef hrt da mitgef hrte Pl ne falsch interpretiert werden k nnten woraus dann falsche Ma ketten resultieren w rden Genauigkeiten im cm Bereich lassen sich hierbei nur auf kurze Distanzen reali sieren Bei ausgedehnten Ob
58. lken Zur Verkn pfung der Scans beste hen verschiedene M glichkeiten wobei die eine mehr die andere weniger gut geeignet ist Das h ngt von der Art des Messobjektes ab Positiv zu bewerten ist dass in der Auswertung ber W nde und Decken Ebenen definiert werden k n nen die anschlie end Verwendung in der Stationierung finden Somit k nnen die Stationierungsergebisse einzelner Scans gest tzt bzw verbessert werden Der Vorgang des Referenzierens kann in einem angemessenen Zeitraum durch gef hrt werden Bei fr heren Versionen von Scene hat das Texturieren der Scans sehr viel Zeit in Anspruch genommen Der Nachteil beim Texturieren ist dass mit dem Programm w hrend dieses Vorgangs nicht weitergearbeitet wer 81 den kann In der fiir diese Arbeit verwendeten Version 5 0 sind die Rechenope rationen f r das Einf rben der Scanpunkte soweit fortgeschritten dass keine langen Wartezeiten berbr ckt werden m ssen Hierbei ist zu erw hnen dass die Bearbeitungszeit stark von der Rechenkapazit t des Rechners abh ngt Je leistungsst rker dieser ist umso schneller werden die Rechenoperationen durch gef hrt Scene bietet weiterhin M glichkeiten zur Modellierung einfacher geo metrischer Formen ber eine Verbindung zu AutoCAD Linienelemente zu ber tragen und Schichten aus den Punktwolken zu exportieren Diese k nnen in CAD Programme eingeladen werden und zur Erstellung eines Grundrisses die nen Die genannten Optionen sind ab
59. lour Match verwendet Anschlie 68 Bend konnte der ausgew hlte Farbton mit dem Paint Werkzeug auf die entspre chenden Scanpunkte bertragen werden Dabei trat aber ein Problem auf Je mehr Scanpunkte eingef rbt wurden desto schlechter wurde die Darstellung insgesamt In manchen Bereichen der Scandaten besa en die Scanpunkte keine Farbinformation mehr Daher wurde diese Variante auch abgelehnt Daraufhin wurden berlegungen angestellt die Aufnahmen der Farboption zu bearbeiten bevor diese in FARO Scene als Textur verwendet werden Die Bearbeitung der Bilder erfolgte mit Adobe Photoshop Jedoch konnten damit auch keine nen nenswerten Ergebnisse erzielt werden Bei einer Nachfrage direkt beim Soft wareentwickler von Pointools wurde nur auf die Option verwiesen die Farbe der zu entfernenden Scanpunkte mit Hilfe des Colour Match auszuw hlen und an schlie end alle Scanpunkte mit dieser Farbe zu selektieren und zu entfernen Wie bereits beschrieben stellte sich diese Variante als nicht geeignet heraus Ein Werkzeug zur Bearbeitung der Scans m chte hier noch erw hnt sein W hrend des Durchfluges sollten keine Spheren zusehen sein Um diese zu entfernen eignen sich das Ebenenselektions Werkzeug und der Layer Manager hervorra gend Nachdem das Werkzeug zur Ebenenselektion ausgew hlt ist kann die Schichtdicke bestimmt werden Anschlie end werden Punkte auf z B dem Fu boden angefahren welche die Ebene definieren Abb 48 Defini
60. lten f r unterschiedliche Distanzen dargestellt Es ist deutlich zu erkennen dass das Rauschen stark von den Eigenschaften der Objektoberfl che abh ngt Rauschen 10m 10m gefiltert 25m 25m gefiltert 90 refl 0 6mm 0 3mm 0 95mm 0 5mm E 10 refl 1 2mm 0 6mm 2 20mm 1 1mm Tabelle 2 Rauschverhalten Das Entfernungsrauschen wird definiert als Standardabweichung der Entfer nungswerte ber die Best Fit Ebene Ein Algorithmus zur Rauschkompression kann aktiviert werden um Punktes tze von 4 oder 16 zu ermitteln Dadurch wird das Rauschen um den Faktor 2 oder 4 reduziert Diese Angaben k nnen ohne Ank ndigung nderungen unterliegen hnlich wie der Photon 120 besitzt der Focus auch verschiedene Aufl sungsstufen die je nach Genauigkeitsanforderung des Auftraggebers gew hlt werden k nnen Bei der h chsten Aufl sungsstufe werden bis zu 976 000 Punk te pro Sekunde erfasst Neben den Aufl sungsstufen kann die X Control mani puliert werden Das beeinflusst die Qualit t der Scanwolke Je h her diese ge w hlt wird umso langsamer ist die Drehgeschwindigkeit des Scanners wodurch derselbe Objektteil in einem dichteren Raster bzw mehrmals erfasst wird Die vertikale und horizontale Aufl sung betr gt 0 009 Somit k nnen jeweils 40 960 3D Pixel auf 360 erfasst werden 38 39 http www faro com focus de 40 Vel http www faro com focus de 38 Zubeh r Um reibungsfrei arbeiten zu k nnen soll
61. m Phasen vergleichsverfahren ist die Messgeschwindigkeit geringer und die zu erreich enden Genauigkeiten um 0 5 bis 2 cm geringer Aufgrund des Strahlen durchmessers von 0 5 bis 1 5 cm am Ger teausgang und der Divergenz von 0 2 bis zu 1 5 mrad sinkt die Genauigkeit der Detaildichte erheblich und liegt somit auch unter der Detaildichte des Phasenvergleichsverfahrens 17 Vel Joeckel Stober 2008 S 18 ff 18 4 4 2 Phasenvergleichsverfahren Bei diesem Verfahren der Distanzmessung wird von einer Sendeeinheit kontinuierlich eine Tr gerwelle ausgesendet der ein sinusf rmiges Tr gersignal aufmoduliert ist Das aufmodulierte Signal wird dabei als Ma f r die Streckenmessung verwendet Durch die Vorgabe einer festen Modulations frequenz und ber die Kenntnis der Lichtgeschwindigkeit wird die Wellenl nge klar definiert el 1 4 Die von einer Sendeeinheit unter einem bestimmten Phasenwinkel 91 ausge sandte kontinuierliche harmonische Welle wird an der Oberfl che oder durch ein Prisma reflektiert und von einer Empfangseinrichtung unter einem Phasen winkel 92 aufgenommen Die ber die doppelte Distanz gelaufene Welle wird mit einer Phasenverschiebung gegen ber der ausgesandten Welle im Ger t de tektiert Abb 14 Phasenvergleichsverfahren Die Strecke l sst sich aus der Anzahl N der ganzen Wellenz ge der Modulati onsfrequenz A und dem der Phasenverschiebung entsprechenden Wellenrest st ck AA ableiten Da
62. mponenten Distanz und Raumrichtung gegenseitig kontrollieren hn lich der Software FARO Scene wird f r die Auswertung ein Ampelsystem heran gezogen wobei Rot au erhalb der Spezifikation und Gr n innerhalb der Spezifikation bedeutet 4 5 5 1 Einzel Distanz Verfahren F r dieses Verfahren wird eine Testlinie 1 2 angelegt deren L nge im Messbe reich des TLS liegt Der erste Scannerstandpunkt wird dabei in Verl ngerung von 1 2 gew hlt Der zweite Standpunkt bildet mit der Testlinie ein gleichseiti ges Dreieck 31 32 33 34 TLS 2008 S 98 32 ber den Differenzbetrag der ermittelten Strecken l sst sich pr fen ob die Ab weichungen innerhalb oder au erhalb der Spezifikation liegen Station2 _ Messung Station Y La N 71 Z2 a Abb 22 Einzel Distanz Verfahren 4 5 5 2 Doppel Distanz Verfahren Es werden zwei zueinander orthogonale Testlinien 1 2 und 3 4 ausgesteckt Die L ngen der Linien liegen wieder im Erfassungsbereich des Scanners Die erste Stationierung erfolgt in Verl ngerung der Linie 1 2 F r den zweiten Standpunkt wird eine Position in Verl ngerung der Linie 3 4 gew hlt F r die Auswertung werden die ermittelten Strecken aus den verschiedenen Setups subtrahiert und mit der erlaubten Abweichung verglichen gt Messung 24 Station2 Abb 23 Doppel Distanz Verfahren 33 4 5 5 3 Dreiecks Verfahren Es werden drei Testlinien in Form eines gleichseitigen Dreiecks
63. n Bild formaten die von s mtlichen CAD Programmen importiert werden k nnen Wie schon erw hnt k nnen die Pl ne aber auch direkt in PointCab verma t und be schriftet werden Mit SketchUp kann man die komplexesten Objekte erzeugen obwohl das Pro gramm die einfachste Oberfl che und Handhabung der hier aufgef hrten Soft warel sungen aufweist Nach einer kleinen Einf hrung ist die Philosophie von SketchUp verinnerlicht Zur Strukturierung und Vereinfachung der Modellie rung werden die Objekte in Gruppen und Komponenten eingeteilt Um eine ge wisse bersicht zu bewahren werden die Objekte mit Hilfe des Layer Managers auf entsprechende Layer verteilt Durch die Schnittstelle zu PointCab k nnen die Pl ne ohne Komplikationen importiert und anschlie end nachgezeichnet werden Unter Verwendung der integrierten Werkzeuge kann die dritte Dimen sion der Objekte erzeugt werden Mit Hilfe von Bildbearbeitungstools werden die Objektteile realistisch texturiert Als Ergebnis erh lt man ein fotorealisti sches dreidimensionales Modell Was noch erw hnt sein sollte SketchUp ist frei erh ltlich 83 10 Schlussfolgerung Ziel dieser Masterarbeit war die Generierung eines 3D Modells sowie eines Si mulationsfluges aus Laserscandaten des FARO FOCUS 3D Die Messung des Foyers nahm einen vollen Arbeitstag in Anspruch Mit ande ren Verfahren w re dies mit der Detaildichte und Genauigkeit nicht zu realisie ren gewesen Die mit dem Lase
64. n Laptop angesteuert werden Dazu ist es notwendig am Scanner selber das WLAN zu aktivieren ber die Men punk te VERWALTUNG ALLGEMEINE EINSTELLUNGEN WLAN erfolgt die Aktivierung Im WLAN Men sind die MAC und die IP Adresse sowie der Port hinterlegt Diese Adressen werden zur Verbindung mit dem PC ben tigt Im Anschluss k nnen die entsprechenden Einstellungen am Rechner zur Kom munikation mit dem Scanner getroffen werden ber das Netz und Freigabe center wird der Scanner angesprochen In der Adressleiste des Internetbrowsers erfolgt die Eingabe einer Adresse die sich aus der IP Adresse und dem Port des FOCUS 3D zusammensetzt Ist die Verbindung zwischen beiden Ger ten aufge baut erscheint auf dem Rechner die Bedienoberfl che Diese gleicht der Ober fl che wie sie im FOCUS 3D vorhanden ist Insgesamt waren 51 Scans n tig um das Foyer vollst ndig zu erfassen In der folgender Tabelle sind die Scandaten aufgelistet Beschreibung Anzahl der Scans Datenmenge Erdgeschoss 29 5 GB Obergeschoss 22 4GB Gesamt 51 9GB Tabelle 3 bersicht zur Anzahl und Datengr e der Scans Die Dauer zum Scannen des Foyers betrug wie veranschlagt ein Arbeitstag F r einen Standpunkt inklusive Aufbauen Farboption und Abbauen wurden ca 10 min in Anspruch genommen Die Effektivit t ist durch das schnelle Umbauen des Scanners aufgrund des Transportwagens begr ndet Dadurch kam es zu ei ner enormen Zeitersparni
65. n Trimble verkauft Die Light Version von SketchUp ist frei erh ltlich und bietet dem Anwender bis auf wenige Einschr nkungen s mtliche Funktionen die in der Pro Version vor handen sind an Die Einschr nkungen umfassen die Verf gbarkeit von Schnitt stellen sowie zus tzliche Im und Exportfunktionen Bil nbenannt Skeich p Datei Bearbeiten Ansicht Kamera Zeichnen Tools Fenster Hilfe ZBOCHILSLROFSHZA A TRILLO ESO AMA 90 AO BS CES cC vo KC s Lal sicht Farbe ES Leet A O Sketch BE KB ain z D p ES Google Earth Snapshot a EEE gy z b Standard 2 3 AR EN du RA Ausw hlen Bearbeiten L re gt aja 79 d 00 O OI w hlen Sie Objekte aus Dr cken Sie die Umschalttaste um die Auswahl zu erweitern Ziehen Sie mit der Maus um mehrere Objekte Ma angaben Abb 29 SketchUp Die Programmoberfl che ist einfach und nutzerfreundlich konzipiert Die wich tigsten Komponenten zur Modellierung wie die Symbolleisten und Funktions paletten sind oberhalb und seitlich zum Ansichtsfenster angeordnet Unterhalb 45 des Ansichtsfensters beschreibt die Statuszeile wie der aktuell ausgew hlte Be fehl auszuf hren ist In der gleichen Zeile werden Ma angaben f r das Be stimmen bzw Abtragen von L ngen oder Fl chen dargestellt Um bei kompli zierten Modellen eine gewisse
66. n mittels Lasertechnologie Durch dieses polare Verfahren der Aufnahme k nnen komplexe Objekte in geringen Messzeiten vollst ndig dreidimensional erfasst und daraus pr zise digitale und vollst ndige Modelle mit einer Genauigkeit von wenigen Millimetern generiert werden Das hei t durch eine einmalige Aufnahme kann die gesamte Szene vor Ort eingefroren und daraus ein vollst ndiges geometrisches Abbild der Wirklichkeit erschaffen werden Abb 7 Prinzip des terrestrischen Laserscannings 4 1 Klassifizierung terrestrischer Laserscanner Auf dem Markt befindliche Laserscansysteme lassen sich nach folgenden Krite rien unterscheiden e Reichweite e Messfeld e Funktionsprinzip Im Vermessungswesen werden die Laserscanner zun chst in zwei Systemklas sen unterschieden Die Airborne Laserscanner beziehen sich auf flugzeug und satellitengetragene Systeme und tasten die Oberfl che bei der berfliegung ab 12 Das terrestrische Laserscanning umfasst alle auf der Erde messenden Scanner Die terrestrischen Systeme lassen sich anhand ihrer Reichweite typisieren Laserscanning Grosse Reichweite 50 500m Terrestr Laserscanning Nahbereich O Aen Mittlere Entfernung 3 50m Naturgefahren Ingenieurgeod sie Medizin Kulturerbe Ind Messtechnik Industrie Vermessung Bauingenieurwesen Roboter Facility Management Mode Reverse Engineering Abb 8 Anwendungen des Laserscannings Terrestrische Las
67. ner positionsempfindlichen Fo todiode und einem Laser Beide Komponenten sind an den Enden der Basis b Abb 15 verbaut Per Laserdiode wird ein Laserstrahl ber die Sendeoptik auf das sich im Grundabstand D befindliche Objekt projiziert Der reflektierte Strahl wird ber eine Empfangsoptik unter dem Triangulationswinkel y betrach tet und in der Mitte des CCD Sensors abgebildet 18 Vel Joeckel Stober 2008 S 37 ff 20 a g D E 117 Y Le Abb 15 Triangulationsverfahren Bei exakt definierter Basisl nge und bekanntem Schnittwinkel der beiden opti schen Achsen 1 2 und 2 3 ergibt sich folgender Abstand b D 1 6 tan y Ver ndert sich die Wegstrecke des Laserstrahls gegen ber dem Grundabstand wird der Laserpunkt nicht in der Mitte des CCD Sensors abgebildet Mit Hilfe der Auslenkung As des reflektierten Strahls zur Sensormitte l sst sich die Win kel nderung A y ableiten Damit ergibt sich die gesuchte Distanz wie folgt b tanfv y 1 7 Anwendungen findet diese Technik vor allem in der Fertigungstechnik sowie in der Industrievermessung und dient dort zur automatischen Abtastung von Ober fl chen Im klassischen Vermessungswesen wird dieses Verfahren jedoch kaum angewendet da es nur f r Entfernungsbestimmungen im Nahbereich eingesetzt werden kann Die Messgenauigkeit kann im Nahbereich im Submillimeterbe 21 reich liegen Die Streckenmessung ist jedoch durch die Basislinie begr
68. nfallswinkels zwischen ein und aus fallendem koh renten Licht Dadurch wird die Intensit t des eingehenden Sig nals vermindert Y 4 5 2 2 Oberfl chenfarbe Bei der Abtastung eines Objektes hat die Objektfarbe sehr starken Einfluss auf die Reflektivit t des zur ckgeworfenen Signals Die Farbe bestimmt welche Frequenzanteile des Lichtes absorbiert und welche reflektiert werden Jeder Far be ist ein bestimmter Reflexionsgrad zugewiesen Der Reflexionsgrad f r die Farbe Schwarz liegt bei 0 und f r die Farbe Wei bei 100 In diesem Zu sammenhang ist die Reflektanz zu nennen Sie ist als Verh ltnis zwischen emp fangener und abgestrahlter Lichtleistung in Abh ngigkeit von der Wellenl nge des Laserlichts und der Farbe des Objekts definiert Bei diesem Effekt werden nicht die Oberfl chenrauigkeit oder etwa der Einfallswinkel betrachtet sondern wie stark welche Farbe den ausgesandten Laserstrahl absorbiert Laut der Dis sertation von Bianca Gordon 2008 wurden bei Untersuchungen in B HLER und MARBS 2004 und B HLER 2005 f r Laserscanner mittlerer und gro er Reichweite festgestellt dass gemessene Distanzen auf unterschiedlich farbliche Oberfl chen bei einer Entfernung von 20 m um bis zu 1 cm abweichen Die 23 Vgl Joeckel Stober 2008 S 334 ff 25 Testmessungen erfolgten auf metallische gl nzende und leuchtend farbige Oberfl chen 4 5 2 3 Materialstruktur Laserlicht dringt unterschiedlich stark in Materi
69. ngen zur Verf gung um f r den jeweiligen Auftrag entsprechende Scaneinstellungen vorzu nehmen Wie im Men punkt VERWALTUNG kann auch hier ein Messprofil ausgew hlt werden Der Unterschied besteht aber darin dass fachkundige Nut zer selbstst ndig die Aufl sung Qualit t und den Scanbereich definieren k n nen Neben diesen Parametern ist die Option gegeben mit oder ohne Farbe zu scannen W hlt man diese Option verl ngert sich der Scanvorgang Zus tzlich zu den bisher aufgef hrten Einstellungsm glichkeiten werden auch Scaninfor mationen angezeigt Eine sehr wichtige Information ist der einzuhaltende Au gensicherheitsabstand welcher in eine axiale und eine radiale Komponente un terschieden wird Die axiale Komponente beschreibt den Abstand zwischen Nutzer und Scanner bei einer direkten Sichtverbindung zum Scannerursprung bzw zur Ablenkeinheit Sobald sich der Nutzer abseits der Zielachse aufh lt ist 55 die radialen Komponente gemeint Weitere Angaben werden zur Scandauer und zur Scangr e des ausstehenden Scans get tigt Scan Parameter l sung Qualit t Scan Parameter ER Gew hltes Profil TD Aufl sung und Qualit t ndern GS Innen 10m modifiziert gt RE Aufl sung Qualit t r Aufl sung MPkte 44 0 1 4 3x Po Qualit t 3x gt E Scandauer mm ss Horizontal 0 07 bis 360 0 gt ca 05 31 Vertikal 60 0 bis 90 0
70. niielweintehkaisses 73 54 Bestimmung von geometrischen Ma en in den Schnitten sssessessrsrerrsrssrsrerrsresrsrrsrsrr ren 73 Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb 86 39 F l g D tel eines Layouts air ea a Eo 74 56 Importieren det Detailpl ne aiii a a i a a ale 75 57 Verschiebung des Koordinatenursprungs s sseseesserresresserrsreerresrerersrernrsrrsresrrsrrrrnrnr nn narrar nennen 76 58 Modellierung des ErdgesChOSSCS m sesssrsessersrresrreneerrerrerresrerresrrsrrsrrsrrrrrrnr nn corn ene sn rr cnn rann ennen rna 77 59 Erzeugung einzelner Elemente i a a i a n ai i 77 60 Texturierung des ODIN LES ii a 78 61 Inmenleben des Foyers iaa die 79 62 Eassade des Fora A aa 79 12 Tabellenverzeichnis Tabelle I Ergebnisse von Testmessungen 25 eroii rrera sosse sker beses erna deres ere b d k brad essen seen 34 Tabelle2 Rauschverhalten sia a d ve SE sn a ea Tee 37 Tabelle 3 bersicht zur Anzahl und Datengr e der Scans sssersrseserrrsrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrr ers rer ers resa 56 87 13 Quellenverzeichnis Internetadressen 1 2 3 4 8 9 http upload wikimedia org wikipedia commons 6 6a Bundesarchiv_Bild _183 F0612 0022 001 2C_Neubrandenburg 2C Haus der Kultur und _ Bild ung jpg uselang de Zugriffsdatum 22 05 12 http deu archinform net projekte 13838 htm Literatur Zugriffsdatum 22 05 12 http www kulturwerte mv de cms2 LAKD prod LAKD content d ei A rchiv_Pre
71. nning Berlin 2007 Berthold Witte Hubert Schmidt Vermessungskunde und Grundlagen der Statistik fiir das Bauwesen 4 neu bearbeitete Auflage Konrad Wittwer Verlag Stuttgart 2000 Christian Sch n Masterarbeit Erfassung und Bearbeitung einer h lzernen Dachstuhlkonstruktion mittels Laserscanning Berlin 2008 Bianca Gordon Dissertation Zur Bestimmung von Messunsicherheiten terrestrischer Laserscanner Darmstadt 2008 Rainer Joeckel Manfred Stober Wolfgang Huep Elektronische Entfer nungs und Richtungsmessung und ihre Integration in aktuelle Positionie rungsverfahren 5 neu bearbeitete und erweiterte Auflage Wichmann Verlag Heidelberg 2008 G nter Chesi Thomas Weinhold Internationale Woche Obergurgl 2005 Herbert Wichmann Verlag Heidelberg 2005 Mareen Frohriep Frank Zimmermann Diplomarbeit Vergleich zweier Panorama Laserscanner an einem historischen Objekt Neubrandenburg 2008 Terrestrisches Laserscanning TLS 2008 Beitr ge zum 79 DVW Seminar am 6 und 7 November 2008 in Fulda Schriftenreihe Band 54 2008 Wi ner Verlag Augsburg 2008 FARO Scene Benutzerhandbuch Version 5 0 Februar 2012 90 Danksagung Zum Schluss m chte ich mich bei all jenen bedanken die mich auf diesem Weg begleitet und vor allem unterst tzt haben Mein besonderer Dank gilt bVI Dipl Ing FH Rainer Lessner der mir dieses Thema erst erm glicht hat Bedanken m chte ich mich au erdem f r die Bereit stellung der Technik und der st
72. ormationen Ze RP UR OK OMR 99 AN ST JE JINA OOO wahlen Sie Objekte aus Dr cken Sie die Umschalttaste um die Auswahl zu erweitern Ziehen Sie mit der Maus um mehrere Objekte Ma angaben Abb 57 Verschiebung des Koordinatenursprungs Sind die Pl ne zu einer Gruppe zusammengefasst wird der Koordinatenur sprung in das Objekt gelegt und die Achsen danach ausgerichtet So ist das Mo 77 dellieren einfacher zu realisieren da die Zeichnungselemente anhand der Ach sen ausgerichtet werden Neben den Grundriss werden noch verschiedene Verti kalschnitte in das Projekt geladen ber diese k nnen f r die einzelnen Elemen te die H heninformationen abgegriffen werden Das bedeutet mithilfe des Grundschnittes werden z B die W nde und S ulen in der Ebene gezeichnet und ber das Werkzeug DR CKEN ZIEHEN wird die dritte Dimension erzeugt Abb 58 Modellierung des Erdgeschosses Nach diesem Prinzip werden alle aus diesen Schnitten hervorgehenden Elemente modelliert Da jedoch nicht alle Elemente anhand der importierten Detailpl ne modellierbar sind werden f r diese zus tzlich Schnitte in PointCab erzeugt in SketchUp nachgezeichnet und anschlie end in das Modell integriert Abb 59 Sollten die Informationen des Schnittes nicht ausreichend sein ist es m glich in I Abb 59 Erzeugung einzelner Elemente 78 PointCab anhand anderer Schnitte oder direkt in den Scandaten mit FARO Sce
73. rden k nnen F r die Stationierung w ren tats chlich nur 2 Referenzen n tig Als dritte Referenz w rden die Neigungsdaten des Neigungs sensors mit einbezogen werden Die Verwendung einer h heren Anzahl an Re ferenzen ist jedoch von Vorteil und kann die Stationierung vereinfachen weni ger fehleranf llig machen und die Stationierungsergebnisse verbessern Da her wurde beim Messvorgang darauf geachtet dass mindestens zu 5 Kugeln Sichtverbindungen bestanden In den Abbildungen auf Seite 52 sind die bersichten der einzelnen Standpunkte im Erd und Obergeschoss des Foyers abgebildet 46 FARO Scene Benutzerhandbuch 52 E e Abb 34 Erdgeschoss Abb 35 Obergeschoss 53 Um mit dem Scannen zu starten wurde das Stativ fest und sicher auf den Trans portwagen montiert AnschlieBend wurde dem Scanner ein von der Hochschule Neubrandenburg speziell angefertigter Adapter aufgesetzt Das von dem Unter nehmen FARO mitgelieferte Stativ und der daf r vorgesehene Adapter f r den Scanner gew hren keinen sicheren Halt f r den Scanner Daher entschied man sich zur Fertigung eines Adapters der auf einen Standard DreifuB aufgesetzt werden kann Nach der Montage des Adapters an den Scanner kann dieser auf das Stativ geschraubt werden Im Anschluss erfolgte die Grobhorizontierung ber die am Dreifuf eingelassene Dosenlibelle Eine Feinhorizontierung mit ei ner R hrenlibelle ist nicht notwendig da ein Neigungssensor im Lase
74. rint Trifft der Laserstrahl nicht senkrecht auf das Messobjekt verformen sich seine Energiewellenfronten Dabei r cken die Intensit ten in dem Bereich der Refle xionsfl che welche dem Laserscanner n her ist zusammen und im weiter ent fernten Bereich ziehen sie sich auseinander Die Lichtenergie ist in diesem Teil weniger konzentriert wodurch die Reflexionen weniger Signalenergie aufwei sen Die vom n her gelegenen Bereich reflektierten Teilstrahlen dominieren da mit die von der Empfangsdiode empfangenen Reflexionen weshalb die Distanz zum Messpunkt zu kurz bestimmt wird 27 Vgl Joeckel Stober 2008 S 337 28 Vgl Bianca Gordon Dissertation S 31 28 4 5 3 4 Divergenz und Feinstrukturen In Bereichen von Ecken und Kanten k nnen aufgrund der Strahldivergenz in der Entfernungsmessung starke Abweichungen zur tats chlichen Strecke auftreten Die dabei auftretende Abweichung steigt mit zunehmender Entfernung zum Messobjekt da aufgrund der Divergenz die Spotgr Be w chst Der auf die Ober fl che des Messobjektes projizierte Footprint des Laserstrahls trifft zum Teil auf ein Objekt im Vordergrund Die restlichen Teilstrahlen werden auf eine Fl che in gr Berer Entfernung projiziert Als Distanz wird das Mittel der reflektierten Teilstrahlen gebildet Das bedeutet dass der Messpunkt zwischen den abgetaste ten Oberfl chen liegt Wie in Abbildung 20 dargestellt ist werden Vorspr nge dadurch zu lang und Ecken zu kurz erfasst
75. rscanner integriert ist Der Neigungssensors weist einen Arbeitsbereich von 15 auf Damit w re das Scannen auch bei leichter Schr gstellung des Stativs m glich Nachdem der Scanner hochgefahren ist erscheint das Hauptmen Dieses ist in die folgenden Punkte unterteilt START SCAN PARAMETER SCANS und VERWALTUNG Um eine Scansession zu starten m ssen zu allererst die Vor einstellungen get tigt werden Dazu wird in der VERWALTUNG ein neues Pro jekt angelegt In der Projektierung kann der Projektname ein Elternprojekt der Dateibasisname sowie der Breitengrad angegeben werden Die Vergabe eines Elternprojektes ist nicht zwingend notwendig Ist es m glich ein Objekt mit ei nem Scan zu erfassen kann auf ein Elternprojekt verzichtet werden Sind aber mehrere Scansessions n tig um ein komplexes Objekt aufzumessen wird mit tels des Elternprojektes eine Struktur f r die Scans erzeugt Desweiteren kann in dem Men teil VERWALTUNG das Profil und der Benutzer festgelegt werden 54 Start Scan Parameter Scans Verwaltung OJO Abb 36 Hauptmen Abb 37 Verwaltung F r unge bte Nutzer kann unter dem Men punkt PROFIL ein vordefiniertes Messprofil ausgew hlt werden ohne dass dieser umfangreiche Vorkenntnisse besitzt Nachdem die Projektierung abgeschlossen ist k nnen die Parameter f r den Scan definiert werden Daf r wird im Hauptmen der Reiter PARAMETER ausgew hlt Hier steht dem Nutzer eine Vielzahl von Einstellu
76. rscanning erzielte Detaildichte war n tig um das Modell so formgetreu wie m glich zu erstellen Die mit dem Laserscanning ver bundene Farboption erm glichte es das Modell sehr realit tsnah zu gestalten Das Modellieren dauerte in etwa f nf Tage Betrachtet man den kompletten Zeitraum f r die Auswertung wurden sieben Arbeitstage f r die Modellierung und die Animation ben tigt Die Messung mit dem FOCUS verlief schnell und reibungslos Mit Hilfe des Transportwagens war das Umsetzen des Scanners innerhalb weniger Augenbli cke vollzogen Die Schwierigkeit f r diesen Auftrag lag darin Softwarel sun gen zu finden die eine z gige und unproblematische Auswertung f r diese Auf gabe erm glichen F r den Simulationsflug war Pointools angedacht Nach einer gewissen Anzahl an gescheiterten Versuchen wurde diese Softwarel sung f r diese Art Auftrag abgelehnt Als hervorragend m ssen die Programme PointCab und SketchUp und das Zusammenspiel zwischen diesen Softwarel sungen be zeichnet werden Beide Programme haben sich als sehr benutzerfreundlich und effizient dargestellt Es ist festzuhalten dass das Verh ltnis zwischen Messaufwand und Auswertung sich in eine akzeptable Richtung bewegt Mit Hilfe intelligenter Software l sungen k nnen komplexe 3D Modelle wie das des Foyers innerhalb weniger Arbeitstage erzeugt werden 84 11 Abbildungsverzeichnis Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb
77. s 57 8 Auswertung der Scandaten Um die Zielstellung des Auftraggebers umzusetzen mussten verschiedene Softwarel sungen herangezogen werden Zu aller erst erfolgte die Bearbeitung der Scandaten mit FARO Scene Der Simulationsflug sollte mit Pointools er zeugt werden Diese Aufgabenstellung konnte jedoch nicht umgesetzt werden Dazu wird sich im Folgenden noch ge u ert Zur Generierung von Grundrissen und Schnitten wurde die Software PointCab verwendet Mit SketchUp wurde das 3D Modell erzeugt Letztendlich konnte mit SketchUp auch noch der Simu lationsflug realisiert werden F r die Bearbeitung k nnen f r die einzelnen Softwarel sungen die folgenden Arbeitsschritte festgehalten werden Im weiteren Verlauf werden diese genauer erl utert FARO Scene e Bestimmung der Referenzen e Verkn pfung der Scans e Einf rben der Scanpixel Pointools e Konvertierung und Import der referenzierten Scandaten e Eliminierung von St rungen Rauschen durch Anwendung ver schiedener Filter e Entfernen von Spheren und Farbdifferenzen e Erzeugung des Simulationsfluges PointCab e Import der referenzierten Scandaten e Erzeugung von Grundrissen e Generierung von Schnitten anhand der Grundrisse 58 SketchUp e Import der durch PointCap generierten Pl ne e auf Grundlage der Pl ne erfolgt Erstellung des 3D Modells e Texturierung des Modells mit Hilfe der beim Scannen verwendeten Farboption e Erstellung des An
78. s auch das Zentrum neu zu strukturieren und zu bebauen Der Entwurf zur Wiedererrichtung des Zentrums der Architektin Iris Grund fand bei den Stadtvertretern Bef rwortung Am 1 Mai 1963 erfolgte dann die Grundsteinlegung vom Haus der Kultur und Bildung F r den Bau des Geb udekomplexes wurden knapp ber 2 Jahre ben tigt Die offizielle Er ff nung fand am 17 Juli 1965 statt Das eingangs erw hnte turm hnlich errichte te Hochhaus wies nach Fertigstellung eine Gesamth he von 54 m auf und berragte damit den h chsten Punkt der Marienkirche Der Turm war als dominantes Gegenst ck zur Marienkirche errichtet worden um die berlegenheit der sozialistischen Gesell schaftsordnung gegen ber der Kirche zu ver 4 anschaulichen Abb 2 Bau des HKB um 1964 3 Vgl http www nordkurier de cmlink nordkurier lokales neubrandenburg das hkb und seine geschichte n 1 400929 4 Vel http www kulturwerte mv de cms2 LAKD_prod LAKD content de Archiv _Pressespiegel Archaeologie und Denkmalpflege Jahr2008 Denkmal des Monats Oktober index jsp Der aktuelle Eigent mer die Neubrandenburger Wohnungsgesellschaft mbH NEUWOGES richtete im Jahr 2005 einen Realisierungswettbewerb aus mit der Intension ein Medien und Verwaltungszentrum zu schaffen Durch die geplan ten Umbauma nahmen werden der n rdliche B rofl gel sowie der Festsaal ent fernt Die Abrissarbeiten am B rofl gel sind bereits vollzogen Es soll ein neuer Saaltrakt auf d
79. s sogenannte Rauschen zu mini mieren Um die Referenzobjekte im Scan zu bestimmen bestehen mehrere M g lichkeiten wobei nur eine wirklich effizient ist Durch einen Doppelklick auf den Scan in die Strukturansicht wird die Schnellansicht ge ffnet Mit einem Rechtsklick in die PUNKTWOLKE OPERATIONEN OBJEKTE FINDEN KUGELN wird der Scan automatisch auf Kugeln mit einem zuvor definierten Radius durchsucht Das Problem besteht bei dieser Vorgehensweise darin dass s mtliche Objekte mit hnlicher Geometrie wie der einer Kugel mit entspre chendem Radius als solche erkannt werden In Abbildung 41 wurden ber 30 Spheren mit diesem Vorgehen bestimmt Die kugelartigen Segmente des Kron leuchters wurden dabei f lschlicherweise als Kugeln erkannt Es w re m glich im Nachgang alle falsch bestimmten Kugeln zu entfernen was jedoch zeitauf w ndig und nicht effektiv w re Daher bietet es sich an die Bereiche in denen die Spheren vorhanden sind zu selektieren und ber denselben Befehl die Ku geln zu bestimmen ze o EN Datei Bearbeiten Ansicht DrawToCAD Extras Fenster Datei Bearbeiten Ansicht DrawToCAD Estras Fenster AR e 7 HPA D R8OG1LS8pnpbH OY a IR e ah Z PSOTLEBEE BEDY x Hb Jm 400 D x ae A H E 8 d MEET ER V Or rasa mua Se KS Emmer Autofestures Z 3 s FF Workspace BE SphereContainer 39 Scans B SphereContainerfit E ech HKB008 BO Sphere Autofestures BO Sphereio BO SphereContainer BO Spherel1 9
80. signalisiert Wie bei den vorangegangenen Verfahren erfolgt die erste Messung in Verl n gerung der Testlinie 1 2 Die zweite Stationierung des TLS erfolgt auf der Nor malen zur Linie 1 2 durch den Zielpunkt 3 Station2 Messung Z3 Y Zi Station1 L x Abb 24 Dreiecks Verfahren Anschlie end werden die Differenzen der einzelnen Linien berechnet und mit den zul ssigen Abweichungen abgepr ft Nach TLS 2008 wurde f r alle Verfahren eine Wirksamkeit nachgewiesen Um die Strecken f r die berpr fung zu Referenzieren wurden alle Testlinien mit einem Tachymeter bestimmt Die Testmessungen wurden mit verschiedenen Scannersystemen durchgef hrt Eines dieser Systeme war nicht kalibriert Aus folgender Tabelle ist zu entnehmen dass signifikante Streckenabweichungen f r das nicht kalibrierte System mit dem Doppel Distanz Verfahren detektiert wer den konnten 34 TLS Linie Station 1 Station 2 S1 S2 S 99 22 1 2 43 0464 43 046 43 049 3 4 7 478 47 481 3 47 481 6000 1 2 43 0504 43 048 43 049 34 7485 47483 2 47 481 1 2 42 8124 42 724 Tabelle 1 Ergebnisse von Testmessungen Aus dem Erfahrungsbericht geht hervor dass in den einzelnen Pr fverfahren mindestens eines der Zielzeichen einen signifikanten H henunterschied zu den anderen aufweisen sollte wobei die anderen Zielzeichen sich auf demselben H henniveau befinden Des Weiteren wird aufgrund der aus den Testmessungen hervorgegangenen
81. ssespiegel Archaeologie und Denkmalpflege Jahr2008 Denk mal des Monats Oktober index jsp Zugriffsdatum 22 05 12 http www nordkurier de cmlink nordkurier lokales neubrandenburg das hkb und seine geschichte n 1 400929 Zugriffsdatum 22 05 12 http de wikipedia org wiki Haus der Kultur und Bildung Zugriffsdatum 22 05 12 http www cces de 48 0 html Zugriffsdatum 28 05 12 http www gik uni karlsruhe de 361 html Zugriffsdatum 04 06 12 http home arcor de laserscanner index html Zugriffsdatum 08 06 12 http professoren geoinform fh mainz de frank neitzel publist neitzel Us 2006 1 pdf Zugriffsdatum 25 06 12 10 11 12 13 14 15 16 88 http www faro com focus de software Zugriffsdatum 12 07 12 http www faro com focus de Zugriffsdatum 12 07 12 www pointcab software com Zugriffsdatum 25 06 12 http de wikipedia org wiki SketchUp_ 28Software 29 Zugriffsdatum 13 07 12 http sketchup google com intl de product index html Zugriffsdatum 13 07 12 http shop laserscanning europe com Pointools Zugriffsdatum 14 07 12 http www laserscanning europe com de software pointools Zugriffsdatum 14 07 12 89 14 Literaturverzeichnis 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Albert Wiedemann Handbuch Bauwerksvermessung Birkh user Verlag Berlin 2004 Andr Schmidt Antje Schumacher Diplomarbeit Vermessung arch olo gischer Bauwerke mittels Lasersca
82. t es notwendig die Brechzahl n des Mediums zu kennen Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ergibt sich aus c 5 1 n W rde die atmosph rische Korrektur nicht ber cksichtigt werden h tte das nur geringe Folgen f r die Streckenbestimmung Die Entfernung zum Messobjekt spielt dabei eine wichtige Rolle Je gr er die Entfernung umso st rker ist der Einfluss Laut der Diplomarbeit von M Frohriep und F Zimmermann 2008 wurde im Rahmen einer Diplomarbeit an der Universit t Hannover f r eine Dis tanz von 25 m mit einer Temperaturdifferenz von 10 C und einer Druckdiffe renz von 39 9 hPa ein Fehler von 0 5 mm ermittelt F r eine Distanz von 200 m ermittelte man einen Fehler von 3 9 mm Diese Tatsache belegt dass der Fehler streckenabh ngig ist 22 Vgl Frohriep Zimmermann Diplomarbeit S 20 23 4 5 2 Material und Objekteigenschaften Aus vielen Untersuchungen geht hervor dass die erreichbaren Genauigkeiten und maximalen Zielweiten beim Laserscanning sehr stark durch die Materialei genschaften des Objektes beeinflusst werden Beeinflussende Faktoren stellen die Oberfl chenbeschaffenheit die Oberfl chenfarbe die Materialstruktur und die geometrischen Bedingungen dar welche die Intensit t des reflektierenden Laserstrahls bestimmen 4 5 2 1 Oberfl chenbeschaffenheit Der Intensit tswert des zur ckgeworfenen Strahls wird neben der Distanz zum Objekt sehr stark von den Reflexionseigenschaften des Objektes
83. ten aber mit einem Auftreffwinkel von ber 45 erfasst werden um von der Software ohne Probleme erkannt zu werden Manchmal kann es aufgrund der rtlichkeit zu einer ung nstigen Verteilung der Referenzen kommen wodurch eine Berech nung der Stationierung nur schlecht oder gar nicht m glich ist Dann besteht die M glichkeit anhand von Decken oder Fu b den Ebenen zu definieren die mit in die Stationierung mit einbezogen werden k nnen Mit SphereFit kann die Qualit t der Passungen einzelner Referenzobjekte betrachtet werden In Abbil dung 42 sind die Passungen f r eine Sphere und eine Ebene dargestellt F r die Kugelpassung werden die Standardabweichungen f r den Radius die Position und die Scanpunkte sowie der durchschnittliche Abstand der Scanpunkte von der ermittelten Kugeloberfl che angezeigt Daneben werden die Position der Radius sowie die Anzahl der Scanpunkte angegeben Laut FARO sollten Ku geln wenigstens mit 60 Scanpunkten erfasst werden um f r gute Stationierungs ergebnisse zu garantieren F r die Ebene werden neben der Position und der Ausrichtung Normale zus tzlich die Begrenzungslinien angegeben Die An zahl der Scanpunkte auf der Ebene sollte ber 80 Scanpunkte betragen Deswei teren werden Standardabweichungen zur transversalen und longitudinalen Ab weichung dargestellt Diese sagen etwas ber die Ebenheit des Objektes aus 62 S Arbeitsbereich SCENE B Dda 0 5
84. ten folgende Zubeh rteile mitgef hrt werden Scannerstativ Dreifu Stromversorgungskabel Laptop sowie die f r Referenzierung der Scans ben tigten Spheren und Checkerboards Die interne Batterie ist zwar sehr leistungsstark dennoch ist es von Vorteil auf eine Alter native zur ckzugreifen zu k nnen Das gleiche trifft auf den Laptop zu Wie schon angesprochen kann sich die rtlichkeit als schwer zug nglich erweisen Daher ist es praktisch wenn der Scanner extern ber den Laptop angesteuert werden kann 39 6 Software 6 1 FARO Scene Das Programm dient zur Verarbeitung und Verwaltung von gescannten Daten Neben diesen Aufgaben erm glicht das Programm den Scanner ber Bluetooth WLAN oder ber ein LAN Kabel zu steuern FARO Scene ist so konzipiert dass Scans ber die automatische Objekterkennung und Scan Registrierung ef fizient und schnell verkn pft werden k nnen Die neueste Version von SCENE h lt ein Tool f r die automatische Referenzierung von Scans ohne Targets be reit Die Scans werden automatisch ber die Erkennung von Kanten und Ecken ausgerichtet Mit den Aufnahmen der FARO Farboption besteht die M glichkeit die Scans automatisch einzuf rben SCENE erm glicht einfache Messungen in den Scandaten wodurch Abst nde zwischen Objekten oder die L nge von Ob jekten wie z B Zylinder bestimmt werden k nnen Neben diesem einfachen Messwerkzeug geh rt aber auch eine Ebenheitsanalyse zum Repertoire des Pro gramms
85. tion von Ebenen 69 Dadurch wird der gesamte FuBboden selektiert Mit Hilfe des Layer Managers kann dieser auf einen anderen Layer verschoben werden Im urspr nglichen Layer k nnen somit alle Spheren die sich im Bereich des Fu bodens befinden auf eine einfache Art entfernt werden Zum Schluss kann die Fu bodenebene wieder in den Ursprungslayer verlagert werden Der Vorteil besteht darin dass keine Scanpunkte im Bereich des Fu bodens verloren gehen Um die beschriebenen Sachverhalte speziell die Farb berlagerungen zu visua lisieren wurde eine kleine Videosequenz erstellt Diese befindet sich im Anhang auf dem Datentr ger Da sich Pointools anscheinend nicht optimal f r umfassendere Projekte eignet wurde der Versuch f r die Generierung eines Simulationsfluges an einem klei neren Objekt durchgef hrt Daf r stellte ich mein Auto zur Verf gung Die Aufnahme erfolgte mit dem FARO FOCUS Die Scans wurden in FARO Sce ne verkn pft und nicht relevante Scanpunkte gel scht Die referenzierten Scans wurden unter Einsatz der beschriebenen Filter importiert Kleinere St rungen wurden mit den Selektionswerkzeugen entfernt Wie in Abbildung 49 zu sehen ist erfolgt keine optimale Darstellung des Wagens Es sind ganz leichte Farbun terschiede auszumachen und teilweise ist die Darstellung auch verpixelt Den noch ist eine Verbesserung gegen ber der Visualisierung des Foyers zu erken nen Abb 49 Darstellung des Autos in Poin
86. tools 70 Um eine Videosequenz zu generieren kann von Anf ngern der Animations Wi zard verwendet werden Dabei werden die Kamerapositionen mit Hilfe der Maus auf dem Bildschirm angefahren Um die Animation beispielsweise vor dem Auto beginnen zu lassen wird mit mithilfe der Maus das Auto so bewegt dass die Front des Autos auf dem Bildschirm zu sehen ist Dann kann die Szene gespeichert werden Auf diese Art werden weitere Szenen definiert und am En de wird aus allen Szenen ein Video generiert Fiir weitere Optionen befindet sich f r die Fortgeschrittenen im unteren Bereich des Programmfensters die Timeline Mit deren Hilfe k nnen die Abspielgeschwindigkeit die Position der Kamera aber auch die Position des Messobjektes ver ndert werden Weiterhin lassen sich die Zeitpunkte der einzelnen Szenen verschieben Ein weiteres Tool um Animationen attraktiver zu gestalten ist die Clipbox Durch dieses Werkzeug k nnen Schnitte durch Objekte gelegt werden Die Schnitte selbst k nnen ani miert werden Abb 50 Clipbox Die Animationen f r dieses Projekt befinden sich ebenfalls auf dem Datentr ger im Anhang 71 8 3 Bearbeitung mit PointCab PointCab wurde f r die Auswertung herangezogen da mit dieser Software auf eine einfache und sehr effiziente Weise aus den kompletten Scandaten Grundris se und Schnitte generiert werden k nnen Die so erzeugten Pl ne werden an schlieBend in SketchUp eingelesen und daraus wird das 3D Model
87. ung Die f r die Restaurierung des Hauses der Kultur und Bildung verantwortlichen Planer traten mit dem Hintergrund an uns heran ein ma stabsgetreues und foto realistisches Modell des Foyers des Geb udes zu erschaffen Um diese Zielstel lung unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten realisieren zu k nnen war es not wendig auf eine der neuesten Innovationen der letzten Jahre zur ckzugreifen F r uns schien das terrestrische Laserscanning die sinnvollste L sung Im Zuge der Umsetzung dieses Vorhabens wurde der neueste auf dem Markt befindliche Laserscanner der FARO FOKUS 3D verwendet Ein weiterer wichtiger Punkt im Kontrakt der Probleml sung stellte die Findung einer entsprechenden Soft ware zur Modellierung dar Ein wichtiges Augenmerk wurde wieder auf den wirtschaftlichen Aspekt gelegt Dieser Aspekt beinhaltet unter anderem die H he der Anschaffungskosten ob der Umgang mit dem Programm einfach zu erlernen ist ob effektives und effizientes Arbeiten m glich und entsprechende Schnittstellen vorhanden sind Die bis hierhin genannten zu beachtenden Eigen schaften stellen jedoch nur einen kleinen Teil der Gesamtmenge dar Im Prozess der Modellgenerierung fiel der Erstellung der Fototextur eine sehr bedeutsame Rolle zu Hier galt es einerseits entsprechende Hardware einzusetzen um scharf gestochene farbtreue Bilder zu erhalten anderseits muss die Software in der Lage sein diese zu verarbeiten und entsprechend auf das Modell anwenden zu k
88. us 4 5 3 1 Mehrwegausbreitung Ein Effekt der nicht nur beim Laserscanning auftritt ist die Mehrweg ausbreitung Objekte mit reflektierenden Oberfl chen verf lschen die direkte Streckenmessung durch Umwegsignale reflektierende glatte Fl che Abb 18 Mehrwegausbreitung 4 5 3 2 Objektentfernung Bedingt durch die Gr Be des Messobjektes kann die zu messende Distanz stark variieren Aufgrund der Divergenz des Laserstrahls nimmt die Spotgr e bei immer gr er werdenden Distanzen zu Die Problematik dabei ist dass aber nur ein Teil des Spots auf die Empfangsdiode zur ckgeworfen wird Somit reduziert sich die Reflektivit t bei zunehmender Entfernung vehement 26 Vgl Joeckel Stober 2008 S 337 21 4 5 3 3 Einfallswinkel Das Abtastintervall und die Spotgr e sind abh ngig vom Einfallswinkel des Laserstrahls Mit zunehmendem Auslenkungswinkel werden die Abst nde zwi schen den einzelnen Messpunkten sowie die Spotgr e immer gr er wodurch die Detailgenauigkeit des Messobjektes sinkt Ein weiterer Effekt tritt durch flache Auftreffwinkel zum Messobjekt hinauf Bei senkrechtem Einfallswinkel des Laserstrahls auf die Objektoberfl che ist der Footprint kreisf rmig Der Footprint verformt sich aber bei einem Einfallswinkel unter 100 gon zu einer Ellipse Orthogonal auftreffender Laserstrahl mit kreisf rmigem Footprint Zentrum des Laserstrahls Schwerpunkt der Strahlellipse Abb 19 Footp
89. zze Werkzeug an Neben der Funktion zur Be stimmung von L ngen lassen sich die PointCab Pl ne auch dokumentieren Da r ber hinaus kann dieses Werkzeug genutzt werden um Grundrisse mit den ein zelnen Scanner Standorten einzulesen Dieser bersichtsplan kann f r die Aus wertung verwendet werden und erleichtert diese enorm 43 WebExport Werkzeug Mit Web Export besteht die M glichkeit die generieten Pl ne als Dokumentati on z B in Form einer Webseite oder als PDF Datei dem Kunden zur Verf gung zu stellen Neben Lagepl nen Grundrissen und Schnitten erh lt man ber die integrierten Panoramen Ansichten fotorealistische Eindr cke des Messobjek 42 tes a gt B O flev CUserssbke lSE temp GentIimULoyout firstiloce html 6 Q Google LASERSCANNING PROJECT H POINTCAB H Acquisition Team Unknown Acquisition date 06 05 06 05 2012 Abb 28 Web Export 42 Vel www pointcab software com 44 6 3 SketchUp SketchUp ist eine Designsoftware zur Erstellung von komplexen 3D Objekten Von den erzeugten Modellen k nnen detaillierte CAD Zeichnungen und Pr sentationen in Form von Layouts oder Animationen erstellt werden Urspr ng lich wurde die Software f r den Architekturbereich entworfen Google erkannte den Mehrwert der Software da es sich aufgrund der einfachen Modellierung von Geb uden sehr gut auf Google Earth anwenden lie Im April dieses Jahres wurde SketchUp an den Konzer
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