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Bestandserfassung eines denkmalgeschützten Gebäudekomplexes

1. duktpalette des amerikanischen Softwareentwicklers Autodesk der j hrlich eine neue Version mit Verbesserungen und Erweiterungen ver ffentlicht Im Rahmen dieser Ar beit wurde mit der m Fr hjahr 2009 erschienenen 64 bit Version AutoCad 2010 gear beitet Als Aufsatzprogamm erm glicht PointCloud dem Anwender die Bearbeitung von Punktwolken n einem hm vertrauten CAD Zeichenprogramm 6 3 1 Grundrisse Schnitte und Fassadenansichten Sowohl FARO Scene als auch LupoScan unterst tzen das PointCloud Format ptc Dateien die in diesen Programmen erstellt wurden k nnen somit ber PointCloud rasch eingef gt werden W hrend das Punktwolkenobjekt in die Zeichnung importiert wird ist AutoCad blockiert und steht nicht zum zeichnen zu Verf gung Kubits PointCloud un terst tzt den Punktfang n AutoCad wodurch der Anwender jeden Punkt anfahren kann und somit direkt n der Punktwolke zeichnet Bei den Abbildungen 5 2 bis 5 4 handelt es sich um Schnitte die parallel zur xy Ebene erstellt wurden und die Basis fur die Erstellung der Grundrisse sind Die horizontalen Schnitte mit einer Starke von 10 cm wurden in FARO Scene erstellt Sie liegen in einer H he von ungef hr 1 4 Metern ber dem Fu boden um alle lichten ffnungen zu erfas sen Das importierte Punktwolkenobjekt Abb 6 13 wird mit den Farbinformationen ange zeigt ber den Bereichsmanager wird die aktive Punktwolke verwaltet So l sst sich d e Farbe der Punk
2. al gt d Abb 5 7 Fl chenhafte Ansicht eines Scans vom Dachgeschoss in FARO Scene 6 Auswertung der Scandaten F r die Auswertung und die Erstellung der Unterlagen wurden verschiedene Software programme verwendet Zun chst wurden die Aufgaben mit FARO Scene und PointCloud bearbeitet aber gerade bei der Erstellung der Schnitte und Fassadenan sichten zeigten sich Schwierigkeiten Die Ergebnisse waren nicht zufriedenstellend so dass nach einer L sung gesucht werden musste Diese fand sich mit der Software LupoScan Nach einem Wechsel der Hardware stand f r die Bearbeitung letztendlich ein Computer mit den in Abbildung 6 1 aufgef hrten Eigenschaften zur Verf gung Bei dem instal lierten Betriebssystem handelt es sich um die 64 bit Version Alle Aussagen beziehen sich deshalb auf diese Rechner Software Kombination Komponente Details Teilbewertung Gesamtbewertung Prozessor Intel R Core TM i7 CPU 860 2 80GHz 15 Arbeitsspeicher RAM 16 0 GB 7 5 pF Grafik NVIDIA GeForce GTX 285 7 4 Grafik Spiele 4095 MB insgesamt verf gbarer Grafikspeicher 7 4 Ergibt sich aus der niedrigsten Prim re Festplatte 516GB frei 923GB gesamt 6 2 Teilbewertung Windows 7 Professional Abb 6 1 Systemeigenschaften des verwendeten Computers Die Aufgabe bestand n der Anfertigung von 2D Bestandspl nen in Form von Grundris sen Geb udeschnitten und Fassadenansichten F r den Auftraggeber wurden f r das gesamte Pro
3. Die Punktwolke die auf den aktuell eingestellten Layer importiert wird ist in AutoCad ein Objekt wodurch einzelne Punkte aus ihr nicht gel scht werden k nnen Zur Kenn zeichnung des Objektes gibt es zwei M glichkeiten So kann die Punktwolke einmal ber eine Bounding Box ein umschlie endes Rechteck angezeigt werden oder der An wender greift ber die Anfasserposition auf das Objekt zu W hrend die Bounding Box ein oder ausgeschaltet werden kann ist die Anfasserposition immer zu sehen und kann individuell platziert werden Obwohl mehrere Punktwolken gleichzeitig in der Zeichnung vorhanden sein k nnen kann doch immer nur mit einer gearbeitet werden Diese st durch gr ne Ecken gekenn zeichnet und wird als aktiv bezeichnet Um den Arbeitsspeicher nicht unn tig zu belas ten k nnen Punktwolken entladen werden Die Punkte werden daf r vor bergehend entfernt und um dies dem Benutzer kenntlich zu machen sind die Ecken der Begrenzung sowie der Anfasserposition gelb dargestellt Punktwolken die in der Zeichnung geladen aber nicht aktiv sind weisen schwarze Ecken auf 4 Hard und Software 39 Mit den Ebenenfunktionen lassen s ch Fl chen erstellen die miteinander verschnitten werden k nnen So entstehen die Schnittlinie zwischen zwei Ebenen und der Schnitt punkt beim Schnitt von drei Ebenen Um den Schnittpunkt von den Punkten der Punkt wolke zu unterscheiden ist es ratsam den Punkt Stil in AutoCad zu ver ndern So kann d
4. Zum einen ist es die Archivierung Datensicherung und Datenaufbereitung f r die Auf traggeber und zum anderen die Bearbeitung von gro en Scandateien Effektives Arbe ten unter wirtschaftlichen Aspekten ist nur in Verbindung mit leistungsf higer Compu tertechnik und Software m glich denn ohne diese verl ngert sich die Bearbeitungszeit um ein Vielfaches Erinnert sei hier an den Import von mehreren hochaufl senden Scans in ein 32 bit Programm der einen vollen Arbeitstag dauerte Es stellt sich daher die Frage wie schnell die Softwareentwickler es schaffen den Vor sprung den die Messtechnik momentan hat aufzuholen Denn was n tzen die ganzen Daten wenn damit n cht effizient gearbeitet werden kann 7 Fazitund Ausblick 76 Aber n diesem Bereich bewegt s ch etwas denn nachdem FARO bereits f r M rz 2010 seine neue Version FARO Scene 4 7 als 64 bit Programm ankundigte erfolgte mit Ver z gerung Anfang August endlich die Ver ffentlichung Damit ist ein Schritt in die rich tige Richtung getan um die Bearbeitungszeit zu reduzieren Andere Softwareentwickler werden folgen weil sie bem ht sind ihre Kunden zufrieden zu stellen So gibt es bei LupoScan bereits eine 64 bit Betaversion und die Ver ffentlichung ist f r Ende des Jah res geplant Abschlie end kann gesagt werden dass eines der wichtigsten Ziele f r die Zukunft mit Sicherheit die Reduzierung des Verhaltnisses zwischen Messaufwand und Auswer tungs
5. nenn 35 Tabelle 45 Importtormate n PO sul au een a aaa aaa 37 Tabelle 5 1 Anzahl der Scans Datenmenge des Scanprojekts 50 Tabelle 6 1 bersicht ber Grenzwerte im Programm f r die Kugelpassung und die SALONIE TUN E a EE EE OEE E 57 1 Einleitung Wir leben heute in einer Informationsgesellschaft in der die Gewinnung Speicherung Verarbeitung Vermittlung und Nutzung von Daten eine wesentliche Rolle spielt Diese Entwicklung st durch den rasanten technischen Fortschritt begr ndet und wirkt sich n allen Bereichen unseres Lebens aus Ob es nun unsere Freizeit oder der Beruf ist die Technik begleitet uns stets und berall Im Vermessungswesen spiegelt sich diese Entwicklung durch den Wandel vom typi schen Landvermesser zum Sachverst ndigen f r Geodaten wider wodurch sich das T tigkeitsfeld stark erweitert hat Wer daher auch in Zukunft n dem Beruf des Vermes sungsingenieurs bestehen will kommt nicht umhin sich diesen neuen Techniken zu stellen und sie f r sich zu erschlie en In der Vermessung st das terrestrische Laserscanning eine der neuen Innovationen der letzten Jahre Die Herausforderung sich damit zu befassen und dabei die M glichkeiten dieser Technik kennenzulernen war der Anreiz sich diesem Thema zu stellen Ein wei terer Ansporn war f r mich sich mit den unterschiedlichen M glichkeiten der Auswer tungsans tze zu besch ftigen und letztendlich geeignete Arbeitsabl
6. ig bestimmt werden F r die Aufnahme erfolgt die Aufstellung des Tachymeters im Raum und die Eckpunkte sowie Punkte auf den Fl chen werden mit dem Reflektor aufgehalten und gemessen Zu beachten ist bei der Reflektormessung die Exzentrizit t vom Reflektor zum Objekt punkt da dieser nicht genau angehalten werden kann Fur die Erstellung von Pl nen werden die Daten dann anschlie end in ein CAD Programm importiert und weiterbear beitet Mittlerweile sind Tachymeter auf dem Markt wie die IS von Topcon die ber eine Scanfunktion verf gen und in denen eine Kamera integriert ist So kann beispielsweise mit der IS der Innenbereich oder bestimmte Ausschnitte mit einer Messrate von maxi mal 20 Punkten pro Sekunde erfasst werden Durch die integrierte Kamera wird der Scanbereich abgelichtet Abh ngig vom Auftrag und der zur Verf gung stehenden Tachymeter ist zu entschei den welches Ger t benutzt wird und wie genau und detailreich die Messung erfolgen soll 3 1 3 Photogrammetrie Die Photogrammetrie wird in der Bauaufnahme vor allem f r die Fassadenaufnahme verwendet Es handelt sich hierbei um ein indirektes Messverfahren mit dem aus Fotos die Objektform und die Lage rekonstruiert werden Je nach Aufgabe kommen dabei verschiedene Auswerteverfahren zur Anwendung So wird fur die Vermessung von ebenen Objekten die Einbildphotogrammetrie Entzer 3 Grundlagen und Stand der Technik 10 rung eingesetzt und f r d e Erfass
7. Das Licht wird im Sinne der Wellenoptik als eine Transversalwelle verstanden also Wellen die vertikal zur Ausbreitungsrichtung schwingen Farbe Interferenz und Polarisation geh ren zu den Eigenschaften die durch die Wel lenoptik erklart werden Die Polarisation beschreibt bei der Transversalwelle die Rich tung der Schwingung und Interferenz bedeutet dass sich zwei oder mehr Wellen ber lagern und s ch die resultierende Welle aus der Summe der Einzelnen zusammensetzt Mit Koh renz wird die Welleneigenschaft bezeichnet bei der Wellen ber einen gr e ren r umlichen und oder zeitlichen Bereich hinweg eine definierte Phasenbeziehung aufweisen Einige Eigenschaften der elektromagnetischen Wellen lassen sich nicht mit dem Wel lenmodell beschreiben daf r aber mit den Teilcheneigenschaften Es wird vom Welle Teilchen Dualismus gesprochen Die Bezeichnung f r Teilchen der elektromagneti schen Strahlung vom Licht lautet Photonen Ein Beispiel daf r ist die Erzeugung von Laserlicht f r dessen Erkl rung auf die Teilcheneigenschaften zur ckgegriffen wird 3 Grundlagen und Stand der Technik 12 Das fur den Menschen sichtbare Spektrum Licht Ultraviolett Infrarot lt _ 400nm 450nm 1 500nm 550nm 600nm 1650 nm hoch mittel nieder frequente Radar MW Herd UHF UKW Mittelwelle VHF Kurzwelle Langwelle Rundfunk nwendung harte mittlere weiche Infrarot Terahertz strahlung s
8. Ips C Arbeitsverzeichnis 2010115001 LUPOS3D Haus1 NZ_Hausi_EG035 lps C Arbeitsverzeichnis 2010115001 LUPOS3D Haus1 NZ_Hausi_06001 lps N Reb aitesrnesaicb sie W111 SANA NACI Unt UNIT Uad NAENNI Ine alle entfernen Entfernen Profil S dfassade n aA cnet Farbe Sy definierte Ebene Vv Schnitt D D Fassa Inkrement pixel 1 P1 XYZ m 70743 7853 15366 9258 84 5390 Schnitt D D Linien P2 XYZ m 70743 7853 15366 9258 63 4290 Abstand m 2 900 P3 XYZ m 70759 3797 15384 1017 63 4290 auf H he ziehen V parallel zu Toleranz m 0 010 Ebene Anzahl 1 eine Datei Intervall 0 5000 Farbe wechseln alle auf H he ziehet ii m Name Schnitt D D Speichern Entfernen _ neu erstellte Dateien ffnen k Abb 6 9 Dialogfeld Schnitte in LupoScan Inkrement es wird f r die Berechnung nur jeder x te Pixel verwendet Linien die Punkte werden gleich mit Linien verbunden Abstand Abstand von der Ebene 6 Auswertung der Scandaten 67 auf H he ziehen die Punkte werden in die Schnittebene projiziert Toleranz wie weit ober und unterhalb Punkte untersucht werden Anzahl Anzahl der zus tzlich zu erzeugenden Schnitte Intervall Abstand zwischen den einzelnen Schnitten Die Abbildung 6 9 zeigt das Dialogfeld der Funktion Schnitte worin oben die Scans aufgelistet werden die f r die Erstellung des Schnittes verwendet werden sollen Auf
9. der linken Seite werden die in der Jobdatei lpr gespeicherten Schnitte angezeigt Um die soeben erstellte Ebene in das Dialogfeld einzuf gen muss das H kchen bei definierte Ebene gesetzt werden Anschlie end wird im Objektdialog in der 3D An sicht die Ebene angeklickt die dann bernommen wird Nachdem f r den Schnitt die Einstellungen vorgenommen worden vergibt der Anwen der einen Namen und speichert alles in die Jobdatei bevor er die Berechnung startet Das Ergebnis wird in der 3D Ansicht ge ffnet und kann dort unter anderem im ptc Format gespeichert werden Eine bertragung direkt ins AutoCad Programm ber die Schnittstelle ist theoretisch m glich dauert aber eventuell sehr lange 6 2 3 Orthofotos Ein Orthofoto ist eine verzerrungsfreie und ma stabsgetreue Abbildung und entsteht durch die senkrechte Projektion der Bildinformationen auf eine Oberfl che Die Be rechnung der Orthofotos in LupoScan erfolgt direkt aus den Intensit ten und Distanzen aus dem Laserscan Um das Orthofoto zu berechnen wird zun chst die Projektionsebene definiert Die wird entweder manuell ber drei Punkte eingegeben oder in der Punktewolke wird f r den Bereich eine ausgleichende Ebene berechnet Die Projektionsebene muss w e die Schnittebene zuvor vertikal ausgerichtet werden und wird durch ausw hlen im Objekt dialog automatisch n das Dialogfenster Abb 6 10 bernommen Es werden die Scandateien f r die B
10. ltigen Aufteilung f r die Scandateien des Geb udes und l sst das Prinzip erkennen F r das Geb ude erwies s ch diese Glie derung der Scans als zweckm ig weil d e Anzahl der aufgenommen Scans relat v hoch ist Zu Beginn wurden nur die Scans der Etagen wie beispielsweise das Obergeschoss n einem Ordner zusammengefasst Eine Berechnung der Stationierung verlief aber n cht wie erhofft Daraufhin wurde begonnen die Scans noch weiter zusammenzufassen So erfolgte die Zuteilung zu den entsprechenden Flurseiten Nordwest und S dost Aber auch hier waren noch einzelne Scans nicht richtig stationiert oder Scans die zuvor rich tig stationiert waren passten nun n cht mehr Deshalb erfolgte unter Beachtung der Passpunkte und der Stationierungsergebnisse so lange eine Verschiebung in den Ord nern bis ein vern nftiges Ergebnis 1m Rahmen der Grenzwerte erreicht wurde W h rend sich 1m Dachgeschoss eine Gliederung aufgrund der R ume an den Giebelseiten anbot war m Erdgeschoss eine Aufteilung nicht weiter notwendig Wird der Arbeitsbereich das erste Mal abgespeichert wird an dem Speicherort der Datei fws ein Unterordner Scans erstellt in dem alle Scandateien gespeichert werden Da in 6 Auswertung der Scandaten 54 diesem Arbeitsbereich s mtliche Scandateien des Geb udes importiert wurden dauerte die Projektspeicherung fast 90 Minuten Eine Alternative zu dieser Vorgehensweise ist die Bearbeitung der einze
11. n gt 4 iL al oe 7 a Abb 5 6 Links Kamera in Warteposition Rechts Kamera zur Aufnahme 3 Im Anschluss wird die Scandate vom Scanner auf den Bedien PC heruntergeladen und um zu kontrollieren ob alles aufgenommen und die Bilder abgespeichert wurden wurde der Scan in FARO Scene importiert und ge ffnet Das Scannen im Au enbereich unterscheidet s ch nur unwesentlich Allerdings bestand hier eine Abh ngigkeit vom Wetter und dem ffentlichen Verkehrsfluss Zudem musste bei der Verteilung der Passpunkte und insbesondere bei den Kugeln darauf geachtet werden dass sie vom Scannerstandpunkt nicht mehr als 15m entfernt waren Bei gr e ren Entfernungen werden die Kugeln n mlich aufgrund ihrer Gr e r 7 cm sehr schlecht oder gar n cht von der Software erkannt und s nd somit nicht verwendungsf hig und fehlen f r die Stationierung Aufgrund mangelnder Erfahrungswerte wurde die S dwestfassade zun chst mit einer Aufl sung von 1 4 und einer Messrate von 122 000 Punkten pro Sekunde von der gege n berliegenden Stra enseite ca 20 bis 25 m aus aufgenommen W hrend dies f r die Erstellung von Grundrissen und Schnitten v llig ausreichend ist kann eine Fassadenan sicht mit einem hohen Detaillevel kaum dargestellt werden Deshalb mussten die Fassa den ein zweites Mal gescannt werden Die zweite Messung erfolgte mit einer Aufl sung von 1 2 und einer Messrate von 488 000 Punkten pro Sekunde Au erdem
12. seeeesssssssssnneennsssennnnenennnnnn 8 3 1 Verlahren zur Baviatiia Mime nenene cee anic ssa ceenscecassi cos ceeeatc a eia 8 alr seve PCAVE a 07 1b tareeicensanncrns EAA dace tacetaga tee EEEREER EURE ieee sce 8 6 TeC een Rees 9 3 123 PO Ger me ee 9 3 4 Ferkesttisches Lasetscannnr nn RaNAhee 10 52 DY AS Be taeda ESERERUUPEPEPEBERETEPETEPETETETEVETEFRFEPEREFETEPRTRPETETELSTEITTEIGTENL DENT PELOEFCHERCEEIUUEUEERN 11 32 PHySikAN SCHE CGrUnNdla Te irie a E E EE E E ETTET 11 32 DeL seen 13 3 3 Elektronische Distanzmessverfahren ee aaa ka 14 Sek sl UIGINe Ss Cita cll seaz522 c4eco ececeaecadteasncedadadeaadeeadetesadadadadeeacece U SESCHRS EIERN ERSER 14 3 32 Phasenyere lech ver a DiC aeniei ieee ee nen 16 3 4 Se E a AAEE AN EEA A AO OE EE E N E EE A E E 17 35 Klassifizierung terrestrischer Laserscanner cccccsssssccecceeceeesessseeeeeceeeeeens 18 353 1 2 BDieBinftel nenachder Re BWEN sa ieee 18 3 5 2 Der Aufnahmewinkel als Kriterium uuseeeesesessssssnneenesssnsnnnnnnennnnnnnnennnnnnn 19 3 6 Einfl sse beim ber hrungslosen Scannen zusssseessssssssssssnnnnnnnnneeennnnn 20 3 6 OBCHIaACheAbesChanilemiCil sssini a AAR 20 3062 MASAS TAR U o E E EEEE T E E 21 3 6 3 Der Auftreffwinkel und die Zielgeometrie ucssssseeesssnssesnnnnnnnnnneeennnnn 22 4 Hard Und SO BOW all C see G RG OE 23 4 1 FAR ea 23 Ar Finnene schie i 23 4 2 FARO Laser Scanner PROON PO ninii e Giana te 24 4
13. 3 FARO SO VITE EEE 29 4zi Iie Steuerune mit FARO RECOU sn 30 Inhalt IV 4 3 2 berblick ber FARO Scene oie cccccssescscssessscssessscscsvscseesvscsetevacesvavseeseaeens 35 4 4 ICG PO 0 OG re coc cote ctor ceil une 37 44 Eunkuonsweise 18 AU0 CAD ei 38 4 5 Lupo SCA ia SAEHEREHERENEIENEREHEREERE SFR RE RESET FESTER FETTE TER TER TER TER EEROERRRERERRREREREREN 39 5 Bestandsaufnahme mit dem FARO Photon 120 eeesssssessnensseennnne 42 5 1 Vorbereitung def Mess ng eu 42 5 2 Laserscanning mit dem FARO Photon 0 222222ssssesseenssssssnnsnnnnnneenennnnn 45 6 AUSWELLUND der Scandale en ae eier 52 6 1 Die Bearbeitung im FARO Scene ana ninia kanne nTen AAAA AE 53 Glbl Slallonierins Ir Sea eA 55 6 12 Pintar hender Scan re esse 60 6 13 Expor pie OL iia ie 62 Gl Anaye WG ODN Denen 63 6 2 Die Bear ve tune am LUDOS Cala a IR elsieleieieie 64 6 2 1 Konvertierung und Import von Scandateien ccssssseessssssssssnnnnnnennneennnnnn 64 Ga O E RR OnE CONE PPR OSU POONER GE aE Rar Ree meee On RAMA NT 66 Sipe ae me 1010 0 c Coenen ebene ae ee ee eee eee 67 6 3 Awo dd ZO LO mit LITE LOU ER 70 6 3 1 Grundrisse Schnitte und Fassadenansichten uuusu222sseennneeeeeeennnn 70 6 4 Beurteilung def Son warelosungen rs a 12 1 Fazit UTC Ausblick uns sn elneeee 75 katera rycz e M ee ee 77 Danksagung Selbstst ndigkeitserkl rung Anhang Abbildungsverzeichnis V Abbildungsverzeichnis Abb
14. Alle m glichen Var anten wurden durchprobiert und erst das Weglassen der Neigungssensorwerte brachte ein passendes Ergebnis 6 Auswertung der Scandaten 60 Zum Schluss erfolgte d e Transformation des Projektes n das Gau Kr ger Koordina tensystem Die Koordinaten der Passpunkte wurden um das Kilometerquadrat gek rzt Dieser Schritt war notwendig da m Verlauf der Bearbeitung Probleme mit den sie benstelligen Koordinaten in den verschiedenen Programmen auftraten Die Koordinaten der Referenzpunkte werden ber eine csv Datei in den Arbeitsbereich importiert und erscheinen dort m Ordner References Die Datei besteht aus den f nf Spalten Punktname Rechtswert Hochwert H he und G te der Messung und verwendet als Trennzeichen ein Leerzeichen Die Stationierungen wurden mehrfach berechnet um die bestm gliche L sung zu erhal ten Die Abbildung 6 6 zeigt die r umliche Ans cht der Fassade von 9 Standpunkten und soll als Beispiel f r die Scanverkn pfung dienen a Pos 70715 75 15296 13 11 Detat KON Pte NIMA Pige D Abb 6 6 R umliche Ansicht von 9 Scans 6 1 2 Einf rben der Scans Das Einf rben der Scans bedeutet dass den einzelnen Scanpunkten Farbinformationen eines Bildes zugeordnet werden Dazu bietet FARO Scene dem Anwender die M glich keit seine Scans anhand von zus tzlichen eigenen Bildern oder mit scannergest tzten Bildern einzuf rben Bei der Variante mit den zus tzlichen Bildern kann der Be
15. Anhand der Legende Abb 6 15 wird die Verformung des Giebels be statigt und die Zahl gibt dabei an wie viele Scanpunkte in den betreffenden Abstands bereichen liegen Eine weitere M glichkeit ist nat rlich das Erstellen von 3D Modellen Dazu bietet LupoScan mit seiner AutoCad Schnittstelle eine einfache und effiziente L sung W h rend in FARO Scene nur 2D oder 3D Koordinaten mit einer Linienverbindung bertra gen werden ist LupoScan dort schon weiter Neben den Orthofotos k nnen hier auch die in der 3D Ansicht erstellten Objekte bertragen werden sowie Objekte aus AutoCad geholt werden ber die Interaktive Zeichenfunktion k nnen z B H henpunkte Linien Polylinien Dreiecke Vierecke erzeugt werden und anschlie end nach AutoCad ber tragen werden Abschlie end st zu sagen dass LupoScan ein einfaches und bedienungsfreundliches Programm ist mit dem sehr gut 1m Bereich der Architektur gearbeitet werden kann 6 Auswertung der Scandaten Abb 6 14 Deformation am Sudostgiebel Deformationsanalyse o 162 4 mm d mm 399000 200 194407 200 100 163121 100 50 337624 50 20 1694674 20 10 838534 10 10 1235399 10 20 813125 20 50 50 100 154371 100 200 398355 2007 999000 229635 Abb 6 15 Ergebnis der Deformationsanalyse 74 7 Fazit und Ausblick Ziel der vorliegenden Diplomarbeit war die Bestandserfassung mittels Laserscanning und die ansch
16. Ein gangst r Eine feine Putzquaderung und profilierte Fensterrahmungen sind im Bereich des Erdgeschosses anzufinden Im Ubergang zwischen Erd und Obergeschoss ist ein profiliertes Gurtgesims zu finden und ber den Fenstern sind berdachungen angeb racht Den Abschluss bildet ein profiliertes Traufgesims mit Kl tzchen Der dreiachsige Mittelvorsprung wird mit einem flachen Dreiecksgiebel abgeschlossen n dem ein run des Fenster verbaut ist 2 Vorstellung des Projektes 6 Im Gegensatz zum Nordwestgiebel befindet sich auch am S dostgiebel ein Geschossge sims W hrend am S dostgiebel 1m Erdgeschoss drei Fenster vorhanden sind gibt es am Nordwestgiebel nur eines Beide Giebel besitzen 1m Obergeschoss je ein Fenster und drei Blindfenster und m Dachgeschoss nochmal vier Fenster Wie das Foto in Abbildung 2 4 zeigt ist die Nordostfassade im Vergleich mit der Stra Benfassade schlicht gehalten Dort befindet sich lediglich ein profiliertes Traufgesims und in der Mitte eine schmale freistehende Treppe f r den Zugang ins Erdgeschoss Der teilunterkellerte Bereich des Geb udes ist nur ber eine Au entreppe an der Ecke zum Sudostgiebel zu erreichen Es befinden sich dort f nf R ume mit einem Tonnen gew lbe welches eine H he von 2 15 m hat Au erdem sind in den W nden Nischen eingearbeitet vr ain Abb 2 3 Blick auf die Nordostfassade des Geb udes im Fr hjahr 2010 Der Hintereingang befindet sich im Bereich der Trep
17. FARO Record Mobile Startseite im Webbrowser 3 0 31 Abb 4 5 FARO Record Mobile Seite zur Einstellung der Scanparameter 3 32 Abb 4 6 AutoCad Aufsatz PointCloud sooeesseseesseseeesssereessssresssseessseeessserossssresssssresssses 38 ADO Hindernis beim Scannen see anne 43 Abb 5 2 Kugel als Passpunkt beim Laserscanning 2cccsseneeeeesenesennnnnnennnnenn 44 Abb 5 3 Scannerstandpunkte im Erdgeschoss 000002222sssesnseeeenessnnnnennnnnneeeeenn 47 Abb 5 4 Obergeschoss mit einer bersicht der Scannerstandpunkte u 47 Abb 5 5 Scannerstandpunkte im Dachgeschoss cccscccccccceeeeesssssseceeeceeeeeessseeeeeeees 47 Abb 5 6 Links Kamera in Warteposition Rechts Kamera zur Aufnahme 3 49 Abb 5 7 Flachenhafte Ansicht eines Scans vom Dachgeschoss in FARO Scene 51 Abb 6 1 Systemeigenschaften des verwendeten Computers cccccccccccessssssseeeeeeeees 52 Abb 6 2 Links Arbeitsbereich des Geb udes in FARO Scene Rechts Kontextmen a CATE EAEE E T E E AAE AE AAAA EA EA A EAA A A ern 54 Tabellenverzeichnis VI Abb 6 3 SphereFit Qualit t der Kugelpassung eessssssseeeesessnnnnnneennnnnenn 56 Abb 6 4 Referenzspannungen 1m ScanManager uusssssesssssssssnnnnnnnnnnnsnnnnnnnnnnnnnnnenn 58 Abb 6 5 Links ScanFit zeigt die Qualit t der Stationierung Re
18. Hinterkopf haben 6 1 1 Stationierung der Scans Jeder Scan besitzt ein lokales rechtwinkliges Koordinatensystem dessen Ursprung im Schnittpunkt der Kipp und Stehachse des Scanners liegt Um nun die Koordinaten e nes Scans m Koordinatensystem eines anderen darzustellen erfolgt eine Transforma tion Dabe wird ein Koordinatensystem so verschoben und um die einzelnen Koordi natenachsen gedreht bis es mit dem Zweiten identisch ist Diese Berechnung wird als Verkn pfung von Scans verstanden Welche Transformation das Programm zur Berech nung benutzt konnte nicht in Erfahrung gebracht werden Voraussetzung f r die Verkn pfung ist dass mindestens drei Passpunkte in einem Refe renzsystem und dem zu stationierendem Scan vorhanden sind Als Referenzsystem kann dabei ein zweiter Scan dienen der m Arbeitsbereich dann durch einen blauen Schl ssel ber der Punktwolke gekennzeichnet ist Ratsam ist die Wahl von mehr als drei Pass punkten Je nachdem wie das Ergebnis der Transformation ausgefallen ist k nnen dann bei einer erneuten Berechnung Punkte weggelassen oder hinzugef gt werden Damit die Stationierung der Scans berechnet werden kann m ssen in den einzelnen Scans die Passpunkte identifiziert werden Dazu wird der Scan in der flachenhaften An sicht ge ffnet Beim ersten ffnen eines Scans werden einige Standardfilter angewandt Dies ist not wendig weil eine gewisse Anzahl von fehlerhaften Scanpunkt
19. Landes Mecklenburg Vorpommern und befindet sich im Stadtzentrum neben dem Amtsgericht Nach mehreren Jahren Leerstand soll das denkmalgesch tzte Geb ude nun saniert werden Dabei sieht die Planung zurzeit so aus dass in das Erdgeschoss das Grundbuchamt einzieht und die R ume im Obergeschoss f r die B ros der Richter und Rechtspfleger genutzt werden sollen Nach jetzigem Stand wird das Dachgeschoss nicht mehr genutzt werden Grundlage f r die Planungen der k nftigen Nutzung bilden dabei die Bestandsplane die im Rahmen dieser Arbeit angefertigt wurden 2 1 Die geschichtliche Entwicklung von Neustrelitz Aufgrund politischer Entwicklungen entstand 1701 das Teil Herzogtum Mecklen burg Strelitz womit auch eine neue Residenzstadt gesucht wurde Die Wahl fiel schlie lich auf Strelitz und somit erfolgte der Ausbau zur Residenzstadt In der Nacht vom 24 zum 25 Oktober 1712 wurde das Schloss in Strelitz durch einen Brand zerst rt und n der Folge scheiterte ein Wiederaufbau bzw Neubau Nachdem die herzogliche Familie zeitweise auf verschiedenen Landsitzen wohnte erfolgte n den Jahren von 1726 bis 1731 darum der Aus und Umbau des Jagdschlosses am Zierker See zu einem neuen Residenzschloss Im Zuge dieser Arbeiten entwarf der Baumeister auch den Plan f r eine neue Residenzstadt Um den Aufbau der neuen Residenzstadt zu beschleunigen wurde am 20 Mai 1733 der Gr ndungsaufruf zum Aufbau von Neustrelitz zur Resi denzstadt er
20. PointCloud ist eine AutoCad Applikation f r die Darstellung und Verarbeitung von Punktwolken F r die Auswertung wurde mit der Version 5 gearbeitet PointCloud unterst tzt sowohl die 32 bit Betriebssysteme Windows 2000 XP Vista und 7 sowie die 64 bit Versionen Windows XP Professional Windows Vista 64 bit und Windows 7 64 bit mit den je weiligen AutoCad Versionen 2007 2010 Die Entwickler empfehlen fur eine vernunftige Arbeit den Einsatz eines 64 bit Systems einen leistungsf higen Prozessor und geben zudem f r den Arbeitsspeicherbedarf den Hinweis dass pro 1 Million Punkte mit ca 65 MB f r den Arbeitsspeicher gerechnet werden muss So w rde eine Punktwolke mit 10 Millionen Punkten bereits 650 MB des Arbeitsspeichers ausnutzen Bei sehr gro en Punktmengen kann es also durchaus vor kommen dass der Rechner aufgrund seiner Arbeitsspeichergr e anf ngt Dateien auf der Festplatte auszulagern was die Geschwindigkeit erheblich heruntersetzt Da es sich bei PointCloud um eine herstellerunabh ngige Software handelt k nnen ver schiedene Scandatenformate verwendet werden die in Tabelle 4 5 zusammengefasst sind Beim Import dieser fremden Dateiformate konvertiert das Programm sie automa tisch in das eigene ptc Format was zeitaufwendiger ist als eine ptc Datei direkt ein zuf gen Tabelle 4 5 Importformate in PointCloud Hersteller Format Dateiendung Beschreibung PointCloud Format ptc Leica ptz
21. ert om p l Abb 5 4 Obergeschoss mit einer bersicht der Scannerstandpunkte RI En Beh ET en x x Abb 5 5 Scannerstandpunkte im Dachgeschoss 5 Bestandsaufnahme mit dem FARO Photon 120 48 Fur die Farboption wird auf dem Scanner der Kameraschlitten befestigt und die Kamera dar n fixiert Der Hersteller g bt das Kameramodell und das Objektiv vor Dabe kann f r die digitale Kamera zwischen den Modellen D200 und D300 von Nikon gew hlt werden Verwendet werden muss die Kamera dann laut Hersteller mit einem Fischau genobjektiv welches Linien die nicht durch den Bildmittelpunkt verlaufen gekr mmt darstellt und somit eine starke tonnenformige Verzeichnung besitzt Der Scanner wird ber das Daten und Stromkabel mit der Anschlusseinheit ber das Ethernet Kabel mit dem Laptop und durch ein USB Kabel mit der Kamera verbunden Ist der Bedien PC gestartet w rd der FARO Photon angeschaltet W hrend der interne PC l dt und die Parameter der Module pr ft blinken die Kontrollleuchten am Scanner gr n Der Scanner ist betriebsbereit wenn die LED L mpchen dauerhaft gr n leuchten Wie schon zuvor erw hnt wird zum An und Ausschalten des Lasersensors der Lasersi cherheitsschl ssel ben tigt aufgrund der Sicherheitsbestimmungen die durch die Klas sifizierung des Lasers erforderlich sind Die Steuerung und Einstellung der Scanparameter erfolgt ab diesem Zeitpunkt ber die Software FARO Record d
22. hor vert 0 6 m 153 mim Innen oder Au enbereich mit geringem Umgebung slicht auf Oberfl chen mit 90 Reflektivit t 0 6 m 120 mim bew lkten Au enbereich auf Oberfl chen mit 90 Reflektivit t 0 07mm 2mm bei 25m 10 m 0 4mm 0 8 mm rms 90 refl 0 7mm 1 4 mm rms 10 refl 25 m 0 5mm 1 0 mm rms 90 refl 1 35mm 2 7 mm rms 10 refl 122 000 244 000 488 000 976 000 Punkte Sekunde 320 360 0 009 40 000 3D Pixel auf 360 0 00076 470 000 3D Pixel auf 360 0 009 10 Abh ngig vom Umgebungslicht das Rauschen verursachen kann Strahlender Sonnenschein verk rzt die Reichweite gemessen auf einem senkrecht stehenden unbewegten Referenzpapier mit 90 Reflektivit t im gemittelten Modus Algorithmus zur Rauschkompression 13 Einfluss haben rms root mean square ist der quadratische Mittelwert bei dem gr ere Werte einen st rkeren 4 Hard und Software 26 Max vertikale Scange schwindigkeit nor Laser Optischer Sender Laserleistung CW 20mW Laserklasse Laserklasse 3R nach EN 60825 1 Wellenl nge 785 nm Strahldivergenz 0 16 mrad 0 009 Strahldurchmesser beim 3 3 mm kreisrund Austritt Allgemein Interner PC Intel Celeron M 600MHz 512MB RAM 80GB HD Empfohlene Umgebungs und 5 40 Lagertemperatur Feuchtigkeit Nicht kondensierend Gewicht 14 5kg Abmessung LxBxH 410mm x 160 mm x 280mm Entfernungseinheit Di
23. im Anhang befindet Die Softwarefirma gibt f r das Programm keine speziellen Systemanforderungen an Eine Nachfrage ergab dass die Software auch auf sogenannten kleineren Systemen lauf f hig ist Es werden die Windowsbetriebssysteme ab Windows 2000 in den 32 bit und 64 bit Versionen unterst tzt und Rechner mit geringerem Arbeitsspeicher 500 MB k nnen benutzt werden Dabei sollte dem Anwender aber bewusst sein dass ein ver 20 http www lupos3d de profil http www lupos3d de software 4 Hard und Software 40 n nftiges Arbeiten mit gro en Scandateien und ein gewisses Arbeitstempo nur auf le s tungsf higen Rechnern gew hrleistet werden kann Im Moment handelt es sich noch um eine 32 bit Programmversion doch wird zurzeit an der Entwicklung einer 64 bit Prog rammversion gearbeitet die voraussichtlich Ende 2010 erscheinen soll Als herstellerunabhangige Softwarel sung unterst tzt LupoScan den Import von Scan dateien der Hersteller Z amp F Zoller amp Frohlich FARO Leica und Riegl Beim Import werden diese dann automatisch in das LupoScan Format lps umgewandelt Wobei es keine Rolle spielt ob es sich um nicht referenzierte oder bereits referenzierte Scanda teien handelt Die Benutzeroberflache von LupoScan setzt sich aus den Werkzeugleisten dem Ver zeichnisbaum und dem Arbeitsbereich zusammen Uber die Werkzeugleisten werden die verschiedenen Funktionen aufgerufen so z B die Funktionen Orientie
24. nur schwer m glich da es im Moment noch keine einheitlichen Standards gibt So ermittelt jeder Hersteller nach seinen eigenen Pr fverfahren die Werte f r seine Technischen Angaben Ablenkeinheit Der Winkelmessbereich wird f r den Panoramascanner mit 360 horizontal und 320 vertikal angegeben Aus der Differenz zwischen Vollwinkel und vertikalem Messbe reich entsteht somit ein ffnungswinkel von 40 Grad F r eine Aufstellung des Ger tes hat dies zur Folge dass der kegelf rmige Messschatten aufgrund der Abh ngigkeit zur Instrumentenh he in seiner Gr e variiert Wurde zuvor die Aufl sung noch anhand der Strecke angegeben so kann dies auch mit Hilfe von Winkeln erfolgen F r das polare Raster ergeben s ch laut Hersteller somit Schrittgr en von 0 009 vertikal und horizontal von 0 00076 Theoretisch w rden dies Werte von 470 000 Punkten je Zeile und 40 000 Punkten je Spalte f r einen Messbe reich von 360 hor zontal und vertikal bedeuten Laut Hersteller betr gt die Winkelauflosung letztendlich effektiv 0 009 was mit einer Punktdichte von 40 000 pro 360 Grad angegeben wird In der Praxis hat sich gezeigt dass ein 360 Scan bei voller Aufl sung vom Ger t nicht realisiert wird denn bei Ver suchen wurde der Scan zwar gestartet nach einiger Zeit aber abgebrochen Der Versuch mit Teilbereichen konnte dann aber erfolgreich abgeschlossen werden Hinter der Angabe f r die maximale vertikale S
25. schlie lich innerhalb von 6 Arbeitstagen erfasst Fur die Aufnahme der Fassaden ergab sich f r einen Standpunkt eine Dauer von etwa 35 min Effektiv erfolgte die Aufnahme des Au enbereichs beim ersten Mal an einem Arbeitstag und beim zweiten Mal an 2 Arbeitstagen Da das Umsetzten des Ger tes auf einen neuen Standpunkt immer mit dem Auf und Abbau verbunden ist geht an dieser Stelle wertvolle Arbeitszeit verloren berlegungen f hrten zu dem Ergebnis eine Art Messwagen zu benutzen also das Stativ samt Ger t auf einem fahrbaren Wagen zu montieren Beachtet werden musste dabei dass es auch transportabel ist Ausprobiert und umgesetzt wurde diese Idee beim Scannen des ande 5 Bestandsaufnahme mit dem FARO Photon 120 51 ren Geb udes wodurch bei gleicher Aufl sungseinstellung die Anzahl der am Tag durchgef hrten Scans fast verdoppelt wurde Hinzu kam auch dass die Kugeln auf Fotostativen montiert und somit in unterschiedli chen H hen platziert werden konnten Zum Schluss des Kap tels zur Veranschaulichung das Ergebnis eines Scans n der fl chenhaften Ansicht Es handelt sich dabei um einen Scan aus dem Dachgeschoss des Geb udes Abb 5 7 Die restlichen Daten befinden s ch auf dem Datentr ger m An hang gt e7 070808 Ki in mE PP 7 amp RF 1726 iu KYL 0733 64m 15392 Gm TIL 30 302 23 391 d 2953 Zelta Spots nemer Sprinter tan Bun Fo CAD Sram a Dees ten S J
26. structure of the building Yet 1n particular for very old buildings original do cumentation of the buildings structure 1s often non existent Therefore architects need to draw up latest as built documentations from the building considered for reconstruc tion The terrestrial laser scanning offers an alternative to conventional methods of mea surement for as built documentations This thesis deals with an as built documentation of a heritage building based on laser scan data The data was collected by using FARO s Photon 120 Laser scanning is a three dimensional surveying procedure to scan an object 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 front side of the heritage building is provided for future planning of reconstruction The software FARO Scene Kubit PointCloud and LupoScan were used for post processing data analysis Inhalt labat set ce seis dco Sas ca ect ee II Abbilldunssverzeichnis er ee V A ee oes OVEA cu Ic ee eee NE RR VI i Pinle UNE e E N A a a l 2 Vorstellung des Projekte aaa 3 2 1 Die geschichtliche Entwicklung von Neustrelitz ccccccccccccceesesssssseeeeeeeeeeeens 3 22 Objektbeschreibung ehemalige Polizeiinspektion eeeeeneeeen 5 3 Grundlagen und Stand der Technik
27. ufe herzuleiten die eine effektive Arbeitsweise erm glichen Grundlage f r diese Diplomarbeit war der Auftrag eines Architekturb ros an ein Ver messungsb ro der die Erstellung von Bestandspl nen zum Inhalt hatte Dabe handelt es sich um zwei Geb ude das ehemalige Polizeigeb ude Haus 1 und das Stasi Ge fangnis Haus 5 die sich auf dem Gel nde des Amtsgerichts in Neustrelitz Landkreis Mecklenburg Strelitz befinden In dieser Diplomarbeit werden anhand des ehemaligen Polizeigebaudes die Vorgehensweise und der Ablauf sowohl der Messung und auch der Auswertung er rtert Der Schwerpunkt liegt dabei m terrestrischen Laserscanning mit dem Ziel aus den gewonnenen Laserscandaten Bestandspl ne und Fassadenansichten eines denkmalgesch tzten Geb udes zu erstellen 1 Einleitung 2 Im Erdgeschoss von Haus 1 wurde das terrestrische Laserscanning nur zum Teil einge setzt da sich die Situation so darstellte dass ein Zugang der R ume nicht vollst ndig gew hrleistet werden konnte Dagegen wurde im teilunterkellerten Bereich dieses Hau ses nicht mit dem Laserscanner gearbeitet da es sich um kleine schmale und niedrige R ume handelte die zudem auch etwas feucht waren Um die Bestandspl ne hierf r zu erstellen wurden als Verfahren das Handaufma und die Tachymetrie gew hlt In die ser Arbeit wird der Messablauf dieser Verfahren nicht n her er rtert Um die Scandaten auszuwerten kommen verschiedene Softwarel s
28. wird das Ergebnis der Kugelpassung wird sich kaum unterscheiden Die Messung zu den Zielzeichen sollte dagegen mit e nem Auftreffwinkel von ber 45 erfolgen we l ein erkennen ansonsten schwierig wird Die Automation f r den gesamten Scan ist nicht sinnvoll wenn unterschiedlich gro e Kugeln verwendet werden Da empfiehlt es s ch den betreffenden Bereich mit den Pass punkten zu markieren und dann mit dem entsprechenden Radius der Kugel die Kennung durchlaufen zu lassen Scans DG Sphere50 SphereFit fe v Globale Koordinaten Kugelname Sphere50 v Passungsname Spherefit Radius 0 0725 m Position 70739 251559 15390 161669 m Scanpunktzahl 4148000 g Radiusabweichung DD mm g Positionsabweichung O mm Scanpunktabweichung 0 81 3474 mm Scanpunktabstand 0 037846 mm amp Abbrechen Abb 6 3 SphereFit Qualit t der Kugelpassung 6 Auswertung der Scandaten 57 Mit Sphere Fit wird sich die Qualit t der Kugelpassung angesehen Wie Abbildung 6 3 zeigt werden dar n neben der Position und dem Radius auch die Standardabweichungen fur den Radius die Position und die Scanpunkte sowie der durchschnittliche Abstand der Scanpunkte von der ermittelten Kugeloberflache angegeben Die Ampel neben den Werten signalisiert wie bereits aufgef hrt die Qualit t Die Grenzwerte f r die Kugel passung s nd in Tabelle 6 1 zusammengestellt Bevor die Stationierung berec
29. 2 1 Blick auf die Tiergartenstra e 5 in Neustrelitz nach 13 4 Abb 2 2 TiergartenstraBe 5 in Neustrelitz S dwestfassade im Fr hjahr 2010 5 Abb 2 3 Blick auf die Nordostfassade des Geb udes im Fr hjahr 2010 6 Abb 2 4 Links Theaterfundus im EG Mitte Sicherung im OG Rechts Blick ins DG 7 Abb 3 1 Elektromagnetisches Spektrum 12 seessssennneeeennn 12 Abb 3 2 Links Reflexion und Brechung Rechts diffuse Reflexion 13 Abb 3 3 Prinzipielle Anordnung eines Lasers 7 nenne 14 Abb 3 4 Prinzip Impulsmessverliahren Ts seen 15 Abb 3 5 Messprinzip Phasenvergleichsverfahren 7 16 Abb 3 6 Aufnahmewinkel von Kamera Hybrid und Panoramascanner v l n r 7 19 Abb 3 7 Zylinderstumpf Spiegel im Panoramascanner 7 20 Abb 3 8 Links Ingensand Eindringen des Lasers in semitransparentes Material Rechts Eindringen des Strahls in Glasbausteine cccccccccccccesessssssseceeeceeesesssseeeeeeees 2 Abb 3 9 Kometenschweif von der linken Ecke des Anbaus zur Fassade hin 22 Abb 4 17 FARO Laser Scanner Photon 120 PT ara aaa an xe 24 Abb 4 2 FARO Laser Scanner Photon 120 mit Kamera 2 0 25 Abb 43 Scan Werkzeuseleiste P nanan 30 Abb 4 4
30. 36 t us1_0G001 NZ Haus OGOO2 Winkelabweichung 0 052343 1 be gusta tean Oai aus 0G001 us1_0G002 aus OGOO1 NZ_Haus1_0G003 1 0G001 usI_OGOD 1_0G001 us1_0G002 s1 0G001 1 06003 s1 0G001 Z Haus 0GO0 aus 0G002 aus 06003 aus 0G001 Z Haus 0600 us 1 4 4 4 aus OGOO1 NZ_Haus1_0G003 4 4 4 4 4 4 Sphere2 3 19 Orthogonale bueiect Ak Abweichung 3 114078 mm Sphere 1s Abweichung bzgl 0 e l Neigungssensor gt he e2 3 1 93 8 40 Stationiert mit Abstand mm Dist mm Winkel 0 017189 0 223454 oe Point3d15 Jaus1_EG037 Sphere30 B 0 051566 Pointad15 32 3 0071 s l b s1_0G001 s1_0G001 aus OGOO1 aus OGOOS aus OGOO1 s1_O0G002 aus _OGOO1 aus OGOOS s1_ 0G001 ausi OGOODE s1_O0G002 s1_0G003 Sphere66 Point3d1 7 Point3d17 Point3d17 Abbrechen Abbrechen Abb 6 5 Links ScanFit zeigt die Qualit t der Stationierung Rechts Spannungstabelle der Referenzob jekte Die Messwerte des Neigungssensors des FARO Photon werden mit abgespeichert und k nnen fur die Stationierung mit verwendet werden Diese Einstellung muss dem Prog ramm extra zugewiesen werden Im diesem Projekt wurde dies so gehandhabt weil es eine zus tzliche Referenz darstellt Es g bt aber auch Ausnahmen wo erst das Aus schalten dieser Funktion zu einem Ergebnis f hrt So konnten n einem Bereich alle Scans bis auf einen verkn pft werden
31. N Hochschule Neubrandenburg University of Applied Sciences Fachbereich Bauingenieur und Vermessungswesen Bestandserfassung eines denkmalgesch tzten Geb udekomplexes unter Verwendung des terrestrischen Laserscanners FARO Photon 120 und der dazugeh rigen Software Diplomarbeit im Studiengang Vermessungswesen zum Erlangen des akademischen Grades Diplomingenieur Dipl Ing FH Vorgelegt von Anne Kolbe Betreuer Prof Dr Ing H J Larisch bVI Dipl Ing FH R Lessner urn nbn de gbv 5 19 thesis 2010 0496 2 Neubrandenburg September 2010 Kurzfassung Bei der Planung von Bauwerkssanierungen ist es erforderlich zun chst einmal Infor mationen ber den Bestand einzuholen Doch gerade bei sehr alten Geb uden existieren meist keine Unterlagen mehr deshalb m ssen vor der Planung aktuelle Bestandspl ne erstellt werden Das terrestrische Laserscanning bietet dabei eine Alternative zu den konventionellen Messverfahren Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Erstellung von Bestandspl nen und Fassaden ansichten eines denkmalgesch tzten Geb udes aus Laserscandaten 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 Softwareprog rammen FARO Scene LupoScan AutoCad und Kubit PointCloud gearbeitet Abstract Before planning the reconstruction of buildings it 1s necessary to gather information about the
32. NZ_Haus1_Fass NZ_Haus1_Fass Fass NZ_Haus1_Fassade047 NZ_Haus1_Fassade046 NZ_Haus1_Fassade073 NZ_Haus1_Fassade048 NZ_Haus1_Fassade047 NZ_Haus1_Fassade046 NZ_Haus1_Fassade045 NZ_Haus1_Fassade049 NZ_Haus1_Fassade044 NZ_Haus1_Fassade076 NZ_Haus1_Fassade074 Workspace Abbrechen Abb 6 4 Referenzspannungen m ScanManager Um dem Nachzugehen werden die Stationierungen der betroffenen Scans untersucht Die Stationierungsergebnisse werden im Dialog ScanFit zusammengetragen Abb 6 5 Tab 6 1 In der Spannungstabelle wird die Differenz der Referenzpunkte n den Scans 6 Auswertung der Scandaten 59 angegeben die bei guten Stationierungen sehr klein sein muss F r das Objekt Nr 92 Abb 6 5 bedeutet es dass die berechnete Position aus den Scans um 9 6 mm vonei nander abweicht ScanFit und die Spannungstabelle helfen dem Anwender dabei die betreffenden Refe renzpaare zu finden und kritisch zu betrachten Diese Referenzpunkte k nnen dann f r eine Neuberechnung von der Stationierung ausgeschlossen werden ee aoe Globale Koordinaten V Scanname INZ_H ausi_EG035 Passungsname Neigungssensor V Scan gem Neigungssensor ausrichten Position 70744225053 15378 907684 69 893 m Drehachse 0 96869791 0 095471 474 0 2291 4 Winkel 0 01 8199 i 7 079662 mm Punktabweichung mm TScans OG 7 Punktabstand 0 mm Objekt Abstand mm Distanzabweichung 0 378568 mm 92 0
33. Riegl RISCAN PRO Projekt rsp Punktwolken oder Orthofotos ASCII Format Koordinatendatei mit RGB Wert m glich AutoCad ist ein Programm aus einer riesigen CAD Produktpalette der amerikanischen Firma Autodesk Es st das weltweit meistgenutzte CAD Programm zum Erstellen von 2D und 3D Zeichnungen 4 Hard und Software 38 PointCloud wird in zwei Varianten angeboten und zwar in einer Grund und einer Pro Version Die Pro Version besitzt den groBeren Funktionsumfang und so stehen die Funktionen fur die ausgleichende Polylinie das Arbeiten mit Ebenen Zylindern und Bildern nur diesen Anwendern zur Verf gung Wie heutzutage bei vielen Programmen blich ist auch PointCloud nur mit einer Lizenz funktionsf hig Dazu muss der Dongle der sogenannte Codemeter USB Stick am Rechner angeschlossen se n 4 4 1 Funktionsweise in AutoCAD Nach der Installation des Programms wird in AutoCad der Men punkt PointCloud hin zugef gt Au erdem kann der Benutzer die Werkzeugk sten Abb 4 5 individuell plat zieren Fai Knee ut ivil 3D 2010 Zeichnung2 dwg Datei Bearbeiten Ansichi Einf gen Forma Extras Zeichnen Bema ung Andern Parametrisc enster Hilfe PointCloud Datenanzeige Stat Einf gen Beschriften Parametrisch Ansicht Verwalten Ausgabe Vault Start Ansicht zi Navigieren Ansichten Koordinaten Ansichtsfenster Paletten Fenster e BEE Se a EEA EA E EALE msa RAEL S EAA gt ee Abb 4 6 AutoCad Aufsatz PointCloud
34. ScanM anager re pen EEE H NZ Haus1_Fas Kugeln erkennen H E NZ Hausl_Fas Ebenen finden a NZ Haus1_Fas HE3 NZ Hausl FA eee H E NZ_Hausl_Fas Objekte in Scandatei speichern H En NZ_Hausl_Fas E2 NZ Haus Fas Neu gt E Hg NZ Haust Fas L schen is ex er Inaktive Passungen l schen OG Scanpunkte l schen Treppenhaus ma Struktur i Eigenschaften I Abb 6 2 Links Arbeitsbereich des Geb udes in FARO Scene Rechts Kontextmen eines Scans ber das Kontextmen Abb 6 2 k nnen alle Funktionen die einen Scan betreffen abgerufen werden Funktionen die vor bergehend nicht ausgef hrt werden k nnen sind grau hinterlegt Ein Arbeiten ist nur in Scans m glich die Geladen sind Ob dies f r einen Scan im Ar beitsbereich zutrifft erkennt der Benutzer an einem gr nen H kchen vor dem Wolken symbol des Scans 6 Auswertung der Scandaten 55 Um eine Aussage ber die Qualit t der einzelnen Ergebnisse zu treffen verwendet das Programm e n Ampelsystem das helfen soll eventuelle Widerspr che zu erkennen Dabei s gnalisiert eine rote Ampel dass d e Grenzwerte berschritten wurden und eine gr ne Ampel dass d e Ergebnisse unter den Grenzwerten liegen Die gelbe Ampel er scheint im Zwischenbereich Die Schranken sind programm ntern festgelegt und k nnen nicht ver ndert werden Der Anwender sollte daher immer die goldene Regel So genau wie n tig nicht so genau wie m glich m
35. alter Rathenau Platz Grundrisse laut Bauakte Nutzung durch das Ministerium f r Staatssicherheit MfS Eigent mer MfS danach diente es als Polizeigeb ude Seit dem Umzug der Polizeiinspektion steht dieses Geb ude leer das Erdgeschoss wird derzeitig als Theaterfundus genutzt das Geb ude wurde entkernt Bausicherung Bild 2 3 http www neustrelitzer strassenhistorie de index php menuindex 2 Stadtarchiv Neustrelitz 3 Grundlagen und Stand der Technik 3 1 Verfahren zur Bauaufnahme Die Bauaufnahme ist eine Bestands und Zustandsdokumentation eines Bauwerks und ein wichtiges Planungsinstrument vor allem bei Sanierungen und Umbauten Gerade be sehr alten Geb uden beispielsweise liegen oft keine Pl ne vor oder die urs pr nglichen Baupl ne stimmen aufgrund von nderungen nicht mehr mit dem Ist Zu stand berein Sollen nun Planungen f r einen Umbau oder eine Sanierung erfolgen bilden die aktuell erstellten Bestandspl ne die Grundlage daf r In Frage f r die Bau aufnahme kommen verschiedene Verfahren die entweder ausschlie lich oder in Kom bination eingesetzt werden k nnen 3 1 1 Handaufma Hierbei handelt es sich um ein einfaches und auch altes Verfahren denn f r die Erfas sung werden lediglich ein Laserdistanzmessger t Disto ein Gliederma stab ein Lot und eine Wasserwaage ben tigt Zur Dokumentation vor Ort werden Skizzen des Grundrisses auf Papier gezeichnet und mit den ermittelt
36. cangeschwindigkeit verbirgt sich die Drehgeschwindigkeit des rotierenden Spiegels die bei 2 880 Mal pro Minute liegt Zum Vergleich liegt die Drehzahl einer Audio CD bei 200 500 min Die optische Sendeeinheit Laser Mit einer Wellenl nge von 785 nm handelt es sich um einen Infrarotlaser der einen kontinuierlichen Laserstrahl mit einer Leistung von 20 mW erzeugt Entsprechend seiner Gef hrlichkeit f r den Menschen wird der Laser vom Hersteller nach der Norm DIN EN 60825 1 klassifiziert Tab 4 2 wodurch be der Arbeit be stimmte Sicherheitsvorschriften zu beachten s nd Besonders wichtig st dabei der Au 4 Hard und Software 28 gensicherheitsabstand der von der eingestellten Aufl sung und der Leistung des Lasers abh ngig ist Innerhalb des Gef hrdungsbereiches ist daher das Tragen einer Schutz brille Vorschrift Zu den S cherheitsma nahmen seitens des Herstellers z hlt der Lasersicherheitsschl s sel Dieser schaltet das Lasermodul an und aus womit der Laser nur w hrend des Messvorgangs aktiviert ist Tabelle 4 2 Laserklassen nach DIN EN 60825 1 10 Wellenl ngenbereich Beschreibung Sicher unter vern nftigerweise vorhersehbaren Betriebsbedin l 180 nm 1 mm gungen Ohne Verwendung optischer Instrumente sicher unter ver IM 180 nm 1 mm aoe l l n nftigerweise vorhersehbaren Betriebsbedingungen 400 nm 700 nm blicherweise sicher durch Lidschlussreflex des Auges Ohne Verwendung optischer Inst
37. canpunkte k nnen aus FARO Scene in verschiedene Formate exportiert werden Beim ptc Format handelt es sich um das Scandatenformat das von PointCloud verwendet wird Es kann der gesamte Scan oder eine Markierung exportiert werden Au erdem besteht die M glichkeit einen oder mehrere Schnitte in diesem Dateiformat zu speichern Dies bietet sich an wenn Grundrisse oder Profile erstellt werden sollen r Format PTC Files ptc v Dateiname C Arbeitsverzeichnis 2010115001 FaroScene Hau Bereich Schnitte Einen Schnitt Tomograph benutzen Oberkante 71 4 H im Unterkante 71 3 a m E Benutzer Schnitte durch Ebenen Schnitdicke 00 m Max Schnittradius 1 He m Abb 6 8 Export im ptc Format 6 Auswertung der Scandaten 63 Die Abbildung 6 8 zeigt welche Einstellungen der Anwender f r einen Export eines Schnittes festlegen muss Dazu geh ren neben dem Dateinamen und dem Speicherort die Ober und Unterkante und die Ebene die die Schnittfl che definiert Durch die Ober und Unterkante wird zum einen der Abstand von der Ebene festgelegt und zum anderen gibt die Differenz zwischen Ober und Unterkante die Starke des Schnittes an Bei einem parallelen Schnitt zur xy Ebene gibt die Hohe den senkrechten Abstand dazu an 6 1 4 Analyse und Probleme Es hat sich gezeigt dass bei der Auswahl der Passpunkte 1m Gebaude sehr auf die Geome
38. chts Spannungstabelle der RelerenzoD eke niaan te PP tne ee A OAOE 59 Abb 6 6 R umliche Ansicht von 9 Scans esssseesseseeeseseressssseesssseessseeessserossssresssseeesssses 60 Abb 6 7 Ausschnitt eines Farbscans in FARO Scene uesesssseessensnnesennnnnenenennnennnnn 61 AbD G S EPON 11 2 ple Formale 62 amp bb 6 9 Dialogfeld Schnitte in LUPOS Ns 2 a E EE 66 Abb 6 10 Links Dialogfeld Orthofoto Rechts bertragung des Orthofoto nach PAULO E K a a E E EEEE T 68 Abb 6 11 Orthofoto der S dwestfassade aus Laserscandaten uu 2220000 een 69 Abb 6 12 Ausschnitt aus dem Orthofoto der S dwestfassade uunnnennnn 69 Abb 6 13 Drei Punktwolkenobjekte in AutoCad uuueeeeeesssssennneeennsssssnnnnnnnnnnnnenn 71 Abb 6 14 Deformation am Stidostgiebel uuusseeeessssssssnneeennnssssnnnnnnnnnnnnnenenn 74 Abb 6 15 Ergebnis der Deformationsanal se ccccccsssscccccceeceeeessssceeecceeesessnseeeeeeeees 74 Tabellenverzeichnis Tabelle 2 1 Die Geschichte des Hauses im Wandel der Zeit nach 7 Tabelle 4 1 Technische Daten FARO Laser Scanner Photon 120 nach 2 25 Tabelle 4 2 Laserklassen nach DIN EN 60825 1 10 usseeeeeen 28 Tabelle 4 3 Aufl sung und X Control Einstellungen nach 2 33 Tabelle 4 4 FARO Scene FARO Record Systemanforderungen
39. ck auf die Tiergartenstra e 5 in Neustrelitz nach 13 Die Stadt Neustrelitz Abb 2 1 liegt innerhalb der Mecklenburgischen Seenplatte und hat bei einer Fl che von 13815 Hektar derzeitig 21 537 Einwohner Stand 31 12 2009 1 http neustrelitz de style al stadtgeschichte 3 4 243 379 383 html 2 http service mvnet de statmv daten_stam_berichte e bibointerth0 1 bevoelkerung haushalte familien flaeche a _ al23__ 2009 daten al23 2009 22 pdf 2 Vorstellung des Projektes 5 2 2 Objektbeschreibung ehemalige Polizeiinspektion Bei dem Objekt handelt es sich um ein eingetragenes Baudenkmal das sich an der Ecke Tiergarten T pferstra e in Neustrelitz befindet Es ist heute im Eigentum des Landes Mecklenburg Vorpommern und steht bereits einige Jahre leer Das elfachsige zweige schossige Traufenhaus wurde Ende des 18 Jahrhunderts nach Entw rfen des Baumeis ters Ebel f r den Kammerrat Adolf von Bassewitz erbaut Bassewitz sches Palais Im 19 Jahrhundert war es ein Militarverwaltungsgebaude und wurde sp ter als herzogliche Bibliothek und Altertumssammlung genutzt en Em gt Abb 2 2 Tiergartenstra e 5 in Neustrelitz S dwestfassade im Fr hjahr 2010 Wie Abbildung 2 2 zeigt wird die S dwestfassade durch ein bergiebeltes dreiachsiges Mittelrisalit symmetrisch aufgeteilt vor dem s ch eine breite Freitreppe befindet Das Mittelportal weist eingestellte S ulen auf und eine mit Rosettenschmuck verzierte
40. d Software 41 hinterlegt und zeigt f r jeden Punkt die Abweichungen der einzelnen Koordinaten an Dar ber hinaus enth lt die Datei Angaben zur Standardabweichung sowie die Trans formationsparameter Im Gegensatz zur Bas c Version enth lt die ProVersion unter anderem noch die folgen den Funktionen die f r komplexe Auswertungen unerl sslich sind e Diverse Filterfunktionen z B Auff llen isolierte Punkte Auftreffwinkel e Ausgleichskorper Ebene Zylinder Kugel e Orthofotos e Schnitte bez glich beliebiger Ebenen e Deformationsanalyse e Berechnen von Normalen und Spot Bildern 5 Bestandsaufnahme mit dem FARO Photon 120 Jede Vermessung ob nun klassisches Verfahren oder modernes Laserscanning beginnt mit der Vorbereitung und Planung der Messaufgabe F r den Anwender bedeutet das im Einzelnen sich f r ein Messverfahren oder eine Kombination aus mehreren zu entschei den d e Ausr stung zusammenzustellen und zu berpr fen sowie den Ablauf bis h n zu eventuellen Problemen n Gedanken durchzugehen 5 1 Vorbereitung der Messung Zur Vorbereitung z hlen nicht nur die Planungen zum Messablauf sondern bereits jetzt die berlegungen mit welchen Programmen die Datenauswertung erfolgen soll Denn alle Arbeitsschritte sind voneinander abh ngig und haben Einfluss auf das Endergebnis Wird beim Messen nicht sorgf ltig gearbeitet kann es passieren dass eine Auswertung im schlimmsten Fall nicht m glich ist
41. de 2008 und der Nachfolger FARO Photon 20 120 im Fr hjahr 2009 auf dem Markt eingef hrt 4 2 FARO Laser Scanner Photon 120 Der FARO Laser Scanner Photon ist ein pr zises Messinstrument das photorealisti sche dreidimensionale Abbildungen der Realit t erzeugt 2 Abb 4 1 Abb 4 1 FARO Laser Scanner Photon 120 2 Um die M glichkeiten des Ger tes einsch tzen zu k nnen sollen zun chst einmal die Eigenschaften betrachtet werden Diese sind unter anderem bestimmend f r das Ein satzgebiet des Messsystems Der FARO Laser Scanner Photon 120 geh rt in die Klasse der Panoramascanner Er verwendet das Phasenvergleichsverfahren zur Distanzmessung und die wesentlichen Komponenten des Ger tes sind das Lasersystem und die Computereinheit Optional kann der Scanner dazu mit einer Digitalkamera erweitert werden f r die sogenannte Farboption w e n der Abbildung 4 2 zu sehen ist 9 FARO Laser Scanner Photon 20 amp 120 Manual DE ist auf dem Datentr ger im Anhang 4 Hard und Software 25 Abb 4 2 FARO Laser Scanner Photon 120 mit Kamera 2 Tabelle 4 1 Technische Daten FARO Laser Scanner Photon 120 nach 2 Entfernungseinheit Reichweite Photon 120 Aufl sung Systematischer Distanz messfehler Reproduzierbarkeit Rauschreduziert ungefiltert Messrate Ablenkeinheit Vertikales Sichtfeld Horizontales Sichtfeld Vertikale Aufl sung Horizontale Aufl sung Winkelaufl sung
42. deln doch erwies sich dies in den meisten Fallen nicht so Die Ab st nde an den Linienenden waren so klein dass sie teilweise im Zehntelmillimeterbe reich lagen Ein Ignorieren dieses Problems hat zur Folge dass andere Funktionen wie das Schraffieren von Fl chen nicht ohne Fehlermeldungen m glich sind Als Alternative konnen die Linien ohne die Funktion gezeichnet werden in dem das Punktwolkenobjekt als Bild betrachtet wird und die Konturen digitalisiert werden Fur das Geb ude lassen sich so schnell Grundrisse darstellen die dem Auftraggeber in di gitaler Form als Planung dienen k nnen 6 Auswertung der Scandaten 72 Im Grundsatz gilt das Gleiche fur die Erstellung von Profilen Im Unterschied zu den Grundrissen gestaltet sich die Definierung des BKS schwieriger Da das Geb ude nicht an den Koordinatenachsen ausgerichtet st handelt es sich um eine unbekannte Schnitt ebene Mit FARO Scene und PointCloud konnte keine zufriedenstellende L sung ge funden werden die sicherstellte dass das BKS f r die Zeichenebene richtig definiert wird Die L sung bietet hier LupoScan wie zuvor schon dargelegt Die Schnittebenen werden in LupoScan mit abgespeichert und durch die Schnittstelle der Programme ist das Einf gen dieser Ebene jederzeit m glich In AutoCad wird dabei ein Viereck eingef gt welches die Position der Ebene bestimmt und f r die Definition des neuen BKS benutzt wird Nach der Festlegung der Z
43. dem verwendeten elektronischen Distanzmessverfahren wird auch von Impulsscannern und Phasenscannern gesprochen weshalb diese beiden Verfahren jetzt erl utert werden 3 3 1 Impulsmessverfahren Die Messung der Laufzeit eines Laserimpulses ist die Basis f r das Impulsmessverfah ren Dabei wird die Zeit bestimmt die der Impuls ben tigt um vom Sender zum Ref lektor und wieder zur ck zu gelangen 3 Grundlagen und Stand der Technik 15 Damit wird die Distanz wie folgt ermittelt Co t D 3 1 2n mit D Distanz Co Lichtgeschwindigkeit im Vakuum t Laufzeit n Brechzahl der Atmosph re Laserimpuls Reflektor Abb 3 4 Prinzip Impulsmessverfahren 7 Der Brechungsindex ber cksichtigt folglich die Einfl sse die der Luftdruck und die Temperatur auf die Lichtgeschwindigkeit aus ben Die Signalgeschwindigkeit c ist somit Wie berall gibt es auch bei diesem Verfahren St rken und Schw chen die eine Rolle bei der Auswahl des Einsatzbereiches spielen So geh ren zu den Vorteilen e die eindeutigen Streckenmessungsergebnisse mit hoher Aufl sung n kurzer Zeit e die gro en Reichweiten bis zu 1000 m und e die Streckenmessung ohne besonderen Reflektor durch den energiereichen Impuls 3 Grundlagen und Stand der Technik 16 Nachteil des Verfahrens ist der hohe technische Aufwand der n tig ist um die Impuls deformationen zu erfassen die durch die Atmosph re verursacht werd
44. die Kippachse rotiert Die Zylinderstumpfflache ist dabei ein mit rotierender Planspiegel welcher um 45 gegen die Zylinderachse geneigt ist Abb 3 7 Im Planspiegel befindet sich somit auch der Schnittpunkt von Steh und Kippachse der den Ursprung des lokalen Koordinatensystems des Ger tes definiert Da es sich um Rundumscanner handelt liegt der horizontale Winkelmessbereich typi scherweise bei 360 Fur den vertikalen Messbereich sind entweder Angaben von 140 3 Grundlagen und Stand der Technik 20 150 oder von 310 320 usw zu finden Die Angaben spiegeln dabe die Funktions weise wieder So bedeutet ein vertikaler Messbereich von 140 dass die Strahlablen kung nicht ber den Zenit hinaus erfolgt hnlich der Lage I beim Tachymeter und da durch der gesamte Vollwinkel um die z Achse abgetastet werden muss Spiegel geneigt zur xy Ebene als Drehachse p wA Stehachsez N Abb 3 7 Zylinderstumpf Spiegel im Panoramascanner 7 Demgegen ber weist eine Angabe von 320 darauf hin dass die Vertikalauslenkung auch ber den Zenit hinaus funktioniert F r die gesamte Erfassung des Horizonts ge n gt somit eine Drehung des Scanners um 180 3 6 Einfl sse beim ber hrungslosen Scannen Unabh ngig vom Distanzmessverfahren treten beim ber hrungslosen Scannen Effekte auf welche die Ergebnisse der Entfernungsmessung mehr oder weniger stark beeinflus sen Zu diesen z hlen die Oberfl c
45. e der guten Genauigkeit und der hohen Informationsdichte ergibt sich ein breites Spektrum f r den Einsatz e Architektur Bau und Denkmalpflege e Digitaler Fabrik und Anlagenbau e Bergbau und Tunnelbau e Energie und Versorgungsunternehmen e Flugzeug und Schiffbau e Giebereien und Stahlindustrie e Chemie und Prozessindustrie 3 5 Klassifizierung terrestrischer Laserscanner Die verschiedenen auf dem Markt befindlichen terrestrischen Laserscanner k nnen be stimmten Kategorien zugeordnet werden Diese Zuordnung wiederum erlaubt es eine anwendungsbezogene Beurteilung zu treffen und f r die jeweilige Aufgabe das entspre chende Ger t und Messverfahren zu w hlen Die Scannersysteme k nnen nach folgenden Kategorien klassifiziert werden e Reichweite e Angularer Messbereich e Distanzmesstechnologie Impuls Phase wie zuvor beschrieben 3 5 1 Die Einteilung nach der Reichweite Nach Ingensand erfolgt die Klassifizierung aufgrund der Reichweite wobei es 1m We sentlichen drei Bereiche gibt die durch ihr Anwendungsgebiet beeinflusst werden und deren berg nge flie end sind Beim Einsatz der Scannersysteme bis zu 4 m ist die Rede vom Nahbereich der vor al lem in der Medizin und der Industrie vorzufinden ist Es schlie t sich der Mittelbereich an mit Entfernungen bis zu 50 m der vorrangig f r Industrie und Ingenieurvermessun gen und Bauvermessungen verwendet wird Bei Vermessungen im Zusammenhang mi
46. e Reichweite ist von einigen Faktoren abh ngig wie schon m Kapitel zuvor erl u tert Laut Herstellerangaben kann der Scanner bei schwachem Umgebungslicht auf Oberfl chen mit 90 Reflektivitat eine maximale Reichweite von 153 m und bei be w lktem Au enlicht von 120 m erreichen Damit wird der Phasenscanner nach Ingensand in die Kategorie Gro e Reichweite eingeordnet Eine Aufl sung von 0 07 mm bei der Streckenmessung bedeutet dass die Entfernung das Abtastintervall zwischen zwei gemessenen Punkten mindestens diesen Abstand hat Aufgrund von Strahldivergenz zunehmender Entfernung und nderungen bei der Aufl sungseinstellung werden die Rasterschritte gr er womit diese Angabe doch eher f r k rzere Abst nde vom Standpunkt und der vollen Aufl sungseinstellung gilt F r die einzelnen Messungen kann eine Messrate zwischen 122 000 und 976 000 Punkten pro Sekunde gew hlt wird was die Dauer eines Scans beeinflusst FARO gibt f r seinen Scanner die Messgenauigkeiten f r 10m und 25m an Dabe wird zus tzlich noch zwischen Reflektivitatswerten von 90 und 10 unterschieden So ist zu erkennen dass die Genauigkeit bei ungefilterten Messungen auf Oberfl chen mit Mit zunehmender Entfernung wird der Durchmesser des Laserstrahls gr er 4 Hard und Software 27 10 Reflektivit t von 1 4mm auf 2 7mm und auf Oberfl chen mit 90 von 0 8mm auf 1 0mm sinkt Ein Vergleich mit anderen Herstellern von Laserscannern ist
47. eichenebene wird dann wie bei den Grundrissen das Profil nachgezeichnet F r die Darstellung der lichten ffnungen und W nde im Hinterraum kann das Ortho foto benutzt werden da Bilder n AutoCad als externe Referenzen eingef gt werden k nnen F r die Erstellung einer Fassadenansicht werden zun chst das in LupoScan erstellte Orthofoto und die Projektionsebene von dort nach AutoCad bertragen F r die Festle gung des BKS wird die Projektionsebene verwendet Danach kann mit der Zeichnung der Fassade begonnen werden 6 4 Beurteilung der Softwarel sungen Das Laserscanning findet in einem sehr breiten Spektrum seine Anwendung so dass sich daraus auch die verschiedensten Auswertem glichkeiten ergeben Da von einer Software aber nicht erwartet werden kann alle Anforderungen der verschiedenen Berei che abzudecken muss f r das Bet tigungsfeld die passende Softwarel sung gefunden werden Mit den L sungen die auf dem Markt sind f llt die Wahl dabei nicht leicht Eine Softwarel sung soll heute leicht bedienbar sein und trotzdem die gestellten Aufga ben schnell erledigen Mit FARO Scene erh lt der Kunde eine Software die f r das Auswerten der Scandaten mitgeliefert wird Bei der Arbeit mit diesem Programm konnte festgestellt werden dass es f r die Verkn pfung der Scans eine Vielzahl an M glichkeiten bietet So sind neben den blichen schwarz wei Zielzeichen und Kugeln auch die W nde oder Ebenen einse
48. ektions ebene und der Hinterraum den Bereich hinter der Ebene F r die Grauwertinterpolation ist zwischen den Verfahren N chster Nachbar und Bilineare Interpolation zu w hlen Zuerst wurde die reich verzierte S dwestfassade bearbeitet Ein zufriedenstellendes Er gebnis konnte zun chst nicht erzielt werden Bei den ersten Versuchen wurden alle sechs Fassadenscans voll benutzt S mtliche Fassadenscans mussten also bereinigt werden Dazu wurde zun chst mit den Filtern isolierte Punkte und Auftreffwinkel ein Teil der Scanpunkte entfernt Der Rest musste manuell nachbearbeitet und bereinigt werden Aufgrund der freistehenden gro en Treppe ist der Vorraum mit rund 5 Meter z emlich gro Dies bedeutete dass der gesamte Abschnitt neben der Treppe aus den Scans entfernt werden musste da sich n diesem Bereich unter anderem Verkehrsschil der befanden In der 3D Ansicht k nnen markierte Scanpunkte komplett gel scht werden Vorausset zung daf r ist dass der Scan mit allen Scanpunkten in der 3D Ansicht ge ffnet wird F r die hochaufl senden Scans k nnen nur Teilbereiche in der 3D Ansicht dargestellt werden Der Anwender arbeitet den Scan schrittweise ab um alle st renden Scanpunkte zu entfernen Letztendlich wird von jedem Scan nur der Bereich verwendet der mit ei nem gro en Auftreffwinkel erfasst wurde F r die Erstellung von 2D Zeichnungen der Fassaden werden die Orthofotos ber die Aut
49. en 3 3 2 Phasenvergleichsverfahren Bei diesem Verfahren strahlt der Sender kontinuierlich eine Tr gerwelle aus der ein periodisches Messs gnal aufmoduliert wird welches wiederum als Ma einheit f r die Streckenmessung dient Dabe legt eine fest vorgegebene Modulationsfrequenz f die Wellenl nge A folgenderma en fest Die vom Sender abgestrahlte Messwelle l uft zum Zielreflektor und w rd von dort zum Empf nger zur ckreflektiert Gegen ber der ausgesandten Welle tr fft die ber die dop pelte Messstrecke gelaufene Welle dort allerdings mit einer Phasenverschiebung ein Abb 3 5 Die Bestimmung der durchlaufenden Strecke 2D setzt sich aus dem Vielfa chen N der Modulationswellenl nge A und dem Wellenrestst ck AA das der Phasenver schiebung entspricht zusammen 2D N A AA 3 4 Reflektor Abb 3 5 Messprinzip Phasenvergleichsverfahren 7 Um ein eindeutiges Ergebnis fur die Strecke zu erhalten mussen das Wellenreststiick AA und die Anzahl N der ganzen Wellenlangen bzw Phasenverschiebungen ermittelt werden Dies geschieht durch eine Fein und eine Grobmessung Durch die Feinmes 3 Grundlagen und Stand der Technik 17 sung mit einer kleinen Ma stabswellenl nge mit hoher Aufl sung wird das Wellenrest st ck bestimmt Die Grobmessung mit einer gro en Ma stabswellenl nge gr er als die doppelte Maximalstrecke dient dabei zur Bestimmung der Anzahl N der ganzen Wellenl ngen Vorteile des Verfahre
50. en Mit dem Best tigen wird der Import gestartet und nach Beendigung werden die Dateien m Verzeichnisbaum angezeigt Durch die Mehrfachauswahl kann bei gro en Projekten der Import auf die Nacht ver schoben werden womit keine Arbeitszeit verloren geht Der Import von hochaufl senden FARO Scans ist nicht direkt m glich Ursache ist die Begrenzung des Arbeitsspeichers vom Programm Da der FARO Scan fast den gesam ten Speicher des Programms ben tigt ist der Rest f r die Berechnungen nicht mehr aus reichend Betroffen war der Import der Fassadenscans Als Losung wurde vom Softwareentwickler vorgeschlagen die betreffenden Scans zu n chst ber den Scan Converter in das ptx Scandatenformat umzuwandeln und im An schluss diese Datei zu importieren Es wurde daraufhin gewiesen dass es sich um einen sehr rechenintensiven Vorgang handelt und dementsprechend dauern wird Mangels Alternativen wurde diese Vorgehensweise benutzt Zun chst wurde dies mit einem Scan so gehandhabt um eine zeitliche Vorstellung zu erhalten Als Ergebnis stand die Dauer von 30 Minuten f r die Umwandlung in das ptx Format und weitere 30 Minuten f r den Import ins Programm Bei insgesamt 15 Fassa denscans mit einer Aufl sung von 1 2 bedeutete dies eine Importzeit von 15 Stunden f r die Scandaten 6 Auswertung der Scandaten 66 6 2 2 Schnitte Die ungef hre Lage der Geb udeschnitte wurde durch den Auftraggeber vorgegeben F r die Erste
51. en Ma en versehen Dabe wer den alle geometrischen Gr en des Bauwerkes erfasst Im Geb udeinneren werden z B neben den L ngen und Breiten der R ume auch die Fenster und T r ffnungen erfasst Hinzu kommen die Informationen zur Raumh he und Kontrollma e F r die Erfassung k nnen verschieden Techniken verwendet werden blich dabei ist direkt an den W nden entlang zu messen und oder Messketten zu bilden Heutzutage werden die erfassten Ergebnisse anschlie end in ein CAD Programm ber tragen und digitale Pl ne erstellt Aufgrund der einfachen Hilfsmittel beschr nkt sich die Aufnahme auf das Wesentliche und es erfolgt eine Generalisierung des Objektes CAD engl Computer Aided Design rechnergest tzte Entwurf 3 Grundlagen und Stand der Technik 9 3 1 2 Tachymetrie Hierbei handelt es sich um ein polares Aufnahmeverfahren mit einem Tachymeter Da bei werden von einem Standpunkt aus die horizontalen und vertikalen Richtungen sowie die Distanzen zum Zielobjekt gemessen und in modernen Ger ten abgespeichert F r die Streckenmessung wird dazu entweder ein Reflektor benutzt oder der reflektorlose Messmodus des Tachymeters der auch n n cht zug nglichen Bereichen misst Durch die Orientierung zu bekannten Messpunkten werden dann mit den polaren Messwerten 3D Koordinaten n einem bergeordneten Koordinatensystem bestimmt Im Innenbereich wird dies erreicht indem zun chst Messpunkte von au en koordina tenm
52. en vorhanden ist Um die ungenauen Scanpunkte zu korrigieren oder zu entfernen werden deshalb Filter einge setzt Zu diesen z hlt der Filter f r vereinzelte Scanpunkte mit dem die isolierten Scan punkte entfernt werden Im Au enbereich ist dies vor allem am Himmel der Fall 6 Auswertung der Scandaten 56 Im Scan in Abbildung 5 7 ist rechts neben dem Fenster eine schwarz wei Zielmarke zu erkennen die als Passpunkt f r die Stationierung verwendet wird ber das Kontext men in der fl chenhaften Ansicht wird die automatische Zielmarkenerkennung gestar tet Daraufhin sucht das Programm den Scan nach den Kontrasten der schwarz wei Zielmarke ab und vergibt einen automatischen Namen f r den Punkt Im Arbeitsbereich werden sie mit dem Basisnamen Point3d einer fortlaufenden Nummer und einem Punktsymbol aufgef hrt Der Punktname kann vom Benutzer ge ndert werden wenn beispielsweise die Zielmarken schon nummeriert sind hnlich sucht das Programm den Scan nach Kugeln ab die ebenso als Passpunkte ver wendet werden Daf r wird 1m Programm der Radius f r die Kugelpassung ber die Optionen eingestellt Danach folgt eine automatische Erkennung und Bezeichnung der Kugeln mit dem Bas snamen Sphere Abb 6 2 Kugeln besitzen gegen ber den Zielzeichen einen Vorteil der in ihrer geometrischen Form begr ndet ist Der Mittelpunkt einer Kugel ist durch den Radius fest definiert und egal von welcher Position im Raum gemessen
53. erden Dies bedeu tete dass bei einer Anzahl von 70 Scans f r jeden nur 3 Millionen Punkte zur Verf gung stehen Im Optionsmen musste also dieser Grenzwert von 3 Millionen eingestellt 6 Auswertung der Scandaten 64 werden Danach k nnen alle Scans geladen und anschlie end n der r umlichen Ansicht dargestellt werden Dies funktioniert zwar gut ist aber zeitaufwendig wenn der An wender nur schnell die Stationierung kontrollieren will Export Auch hier muss auf die Dateigr e geachtet werden um in AutoCad noch vern nftig arbeiten zu k nnen M ngel der Funktion s nd dass der Export von Schnitten trotz Verwechselung von Ober und Unterkante gestartet und eine Datei mit 0 kB erstellt wird Dies passiert z B wenn mit dem lokalen Koordinatensystem des Scanners gearbeitet wird das negative Koordinatenangaben besitzt Solange die Ober und Unterkante falsch definiert sind werden berhaupt keine Scanpunkte in diesem Format exportiert Da keine Warnung erscheint muss der Anwender selber nach der Ursache forschen und nochmal alle Einstellungen berpr fen 6 2 Die Bearbeitung in LupoScan Die Software wendet sich besonders an Benutzer die mit Laserscandaten an Projekten in der Architektur oder Denkmalpflege arbeiten Das Programm konzentriert sich dabei auf Funktionen die f r diese Anwendungsgebiete wichtig sind und bleibt somit ber sichtlich F r den Bereich der Architektur sind das z B die Funkionen Sch
54. erechnung ausgew hlt und die Einstellungen k n nen mit einem gew hlten Namen in der Jobdate gespeichert werden F r die Berech nung des Orthofotos m ssen die Aufl sung der Vor und Hinterraum und das Grau wertinterpolationsverfahren eingestellt werden 6 Auswertung der Scandaten 68 ooma E C Arbeitsverzeichnis 2010115001 LUPOS3D Ost_Fassade_Haus_1001 fls Ips C Arbeitsverzeichnis 2010115001 LUPOS3D Ost_Fassade_Haus_1002 fls_f2 Ips ts Orthophoto gt aca C Arbeitsverzeichnis 2010115001 LUPOS3D Ost_Fassade_Haus_1003 fls Ips C Arbeitsverzeichnis 2010115001 LUPOS3D Ost_Fassade_Haus_1004 fls Ips C Arbeitsverzeichnis 2010115001 LUPOS3D Fassade H5 We C Arbeitsverzeichnis 2010115001 LUPOS3D S d_Fassade_Haus_1005 fls_f2 Ips 4 Ti mil cl alle entfernen Entfernen al t som Lae 1 PI XVZ m 70744 3297 15366 9328 80 9721 Vorraum m 1 0000 p2 xyZ m 70744 3297 15366 9328 65 8941 Intensit ten A Hinterraum m 1 0000 P3 XYZ m 70755 8337 15379 4859 65 8941 Strecken El O P n u Farbe E 30 Normalen Ansicht E Sampling T l en mz Spot Ansicht Aufl sung m 0 0050 Aufl sung z m 0 0010 1 Fl Bilder in das Verzeichnis der dwg Datei kopiere Laden 1 Scan W ll Cu nin b ncn Abb 6 10 Links Dialogfeld Orthofoto Rechts bertragung des Orthofoto nach AutoCad Dabe definiert der Vorraum den Bereich der Bildinformationen vor der Proj
55. es Bedien PC wie schon n Kapitel 4 ausf hrlich beschrieben F r den Innenbereich wurde eine Aufl sung von 1 5 und ein X Control Wert von 4x122 gew hlt Dies entspricht einer Messrate von 122 000 Punkten pro Sekunde Tabelle 4 3 ist zu entnehmen dass f r diese Einstellung eine Nettoscanzeit von 4min22 veran schlagt ist Die Verwendung der Farboption erforderte ein paar zus tzliche Einstellungen So er folgte zun chst der normale schwarz wei Scan wozu der Stativteller um mindestens 20cm nach oben gekurbelt werden muss Abb 5 5 Ist der Scan beendet wird der Scanner wieder nach unten gekurbelt und der Kameraschlitten wird n die Mitte gescho ben Dadurch st die Kamera horizontal und vertikal mit der Spiegelachse ausgerichtet wie Abbildung 5 6 zeigt Die Kamera wird dann ber den Bedien PC gestartet und der Scanner dreht sich um 180 und macht ein Testbild zur berpr fung der Kameraein stellungen Sind diese korrekt dreht er sich um weitere 180 um die r chtigen Belich tungseinstellungen zu berechnen Danach dreht sich der Scanner zur ck in die Aus gangsposition halt dabei zwischendurch aber f r die Aufnahme der Bilder an Pro Standpunkt wurden vom Scanner 10 Bilder aufgenommen die nicht auf der Kamera 5 Bestandsaufnahme mit dem FARO Photon 120 49 gespeichert werden sondern direkt in der Scandate Dadurch vergr ert sich diese um etwa 100 MB Der Einsatz der Farboption dauert nochmal ungef hr 2 b s 3 m
56. eutet es dass die Passpunkte am Horizont gut verteilt werden m ssen und n der H he variieren sollten Eine Missach tung dieser Prinzipien kann in der Auswertung dazu f hren dass Stationierungen nicht berechnet werden k nnen Deshalb sollte besonders sorgf ltig gearbeitet und an dieser Stelle lieber etwas mehr Zeit investiert werden Die Abbildungen 5 3 bis 5 5 zeigen eine genaue bersicht der Scannerstandpunkte im Erd Ober und Dachgeschoss Im Innenbereich wurde das Ger t mit Strom betrieben da 1m Obergeschoss eine funkti onsf hige Steckdose gefunden wurde Mit dem Laserscanning wurde im gro en Raum des Obergeschosses am S dostgiebel begonnen Daf r wurde das Stativ fest aufgestellt und anschlie end der Scanner darauf gesetzt Im Anschluss erfolgte eine Grobhorizontierung ber die Dosenlibelle des Drei fuBes Diese ist ausreichend da der Scanner einen Neigungssensor besitzt der laut Hersteller einen Messbereich von 15 abdeckt und somit auch Schragstellungen zu l sst Die Werte des Sensors werden intern mit abgespeichert und k nnen bei der Aus wertung wahlweise mit einflieBen Neigungssensor Genauigkeit 0 02 Aufl sung 0 001 Messbereich 15 http Aaser scanner faro com de features 47 5 Bestandsaufnahme mit dem FARO Photon 120 N N a Si S p m Stee S t KA a N Abb 5 3 Scannerstandpunkte im Erdgeschoss E al ae S 7
57. fallswinkel wirkt sich dar ber hinaus auch auf die Intensit t aus was zur Folge hat dass die Reichweite reduziert wird Abb 3 9 Kometenschweif von der linken Ecke des Anbaus zur Fassade hin Ein weiteres Ph nomen ist der sogenannte Kometenschweif der entsteht wenn zwei Objekte r umlich hintereinander liegen und das erste Objekt unter Streiflicht erfasst wird Abb 3 9 4 Hard und Software 4 1 FARO FARO ist ein amerikanisches Unternehmen das zu einem der f hrenden Anbieter im Bereich der computergest tzten Messtechnik Computer Aided Measurement kurz CAM gehort 4 1 1 Firmengeschichte ber 10 000 Kunden mit mehr als 20 000 Installationen vertrauen heute weltweit den Messsystemen von FARO Sie sind in den Produktions und Oualit tssicherungsprozes sen f hrender Firmen wie ABB Airbus Audi Boeing BMW British Aerospace Johnson Controls Daimler Ford Goodyear Dunlop Hewlett Packard Honda MAN Miele Porsche Siemens SKF und Volkswagen zu finden Das Unternehmen FARO wurde am 21 Februar 1981 von S mon Raab und Greg Fraser zun chst unter dem Namen Res Tech gegr ndet ehe der Name zwei Jahre sp ter in FARO ge ndert wurde Die Firmengr nder kommen aus dem Bereich der Biomedizin technik und begannen mit der Entwicklung von Technologien inklusive der Software f r komplexe Operations und Diagnoseverfahren Im Jahr 1984 stellte FARO dann sein erstes Ger t mit Gelenkarm Messtechnolo
58. formations gehalt in k rzester Zeit erfasst werden ist die Auswertung sehr zeitintensiv bietet aber die verschiedensten Auswertem glichkeiten hnlich wie bei der Photogrammetrie er h lt man eine Bestandsdokumentation vom Objekt denn damit k nnen auch zu einem sp teren Zeitpunkt Informationen aus den Scandaten gewonnen werden die zun chst noch nicht Gegenstand der Auswertung waren Eine ausf hrlichere Betrachtung des Laserscanners des Messablaufes und vor allem der Auswertung der Scandaten erfolgt in den folgenden Kapiteln dieser Arbeit 3 Grundlagen und Stand der Technik 11 3 2 Laser Laser ist ein englisches Akronym f r Laser Amplification by Stimulated Emission of Radiation was bersetzt Lichtverstarkung durch stimulierte Strahlung bedeutet Im Jahr 1960 wurde der Laser von T Maiman gebaut Seither hat die Lasertechnik in vielen Bereichen Einzug gehalten und sich etabliert Es gibt heute unz hlige Anwen dungsgebiete wie beispielsweise die Medizin Industrie Informationstechnik Mess und Pruftechnik und Unterhaltungstechnik wo der Laser kaum noch wegzudenken ist Da es sich beim FARO Laser Scanner Photon 120 um ein Lasermesssystem handelt sollen an dieser Stelle zun chst einmal wichtige Grundlagen aufgezeigt werden 3 2 1 Physikalische Grundlagen Elektromagnetische Welle Nach der Wellentheorie besteht Licht aus elektrischen und magnetischen Feldern wel che sich wellenf rmig ausbreiten
59. gie vor Nachdem der Firmensitz 1990 von Montreal nach Florida verlegt wurde erkannten die Firmengr nder im folgenden Jahr Parallelen zwischen der 3D Diagnose in der Medizin und den Abl ufen der CAD gest tzten Bauteilekonstruktion in der Fertigungsindustrie Daraufhin begann FARO die Neuausrichtung auf die 3D Messungen in der Fertigung die 1994 den Abschluss fand Schlie lich expandierte das Unternehmen 1996 auf den europ ischen Markt durch eine stetige Weiterentwicklung Die bernahme der Softwarefirma CATS 1998 bedeutete dass FARO sich auf die Ent wicklung des Messarms konzentrierte w hrend CATS den Bereich der Softwareent wicklung verst rkte Mit der Er ffnung einer Zweigstelle in Japan begann m Jahr 2000 8 Faro Firmenprofil 4 Hard und Software 24 die Expansion auf dem asiatischen Markt und zwei Jahre sp ter wurden mit dem Plati num FaroArm und dem FARO Gage dem Lasertracker neue Produkte n den Markt eingef hrt Somit hatte FARO nun nach 20 Jahren nicht nur den weltweit meistver kauften tragbaren Messarm sondern auch den weltweit meistverkauften Lasertracker Durch den Kauf der deutschen Qvolution AG gt FARO Scanning GmbH und der Qsun GmbH gt FARO Scanner Production GmbH erschlossen sich f r FARO im Jahr 2005 neue Kundenbereiche in den Branchen Bergbau Geologie Arch ologie Denkmalschutz Architektur Petrochemie und Gerichtsmedizin Der Laserscanner FARO Laser Scanner Photon 80 wur
60. google de 14 http service mvnet de statmv daten_stam_berichte e bibointerth01 bevoelkerung haushalte familien flaeche a al23 _ 2009 daten al23 2009 22 pdf 15 http www faro com usa aspx 08 2010 16 _ http www faro com germany aspx 08 2010 17 http www intergeo de archiv 2004 Ingensand pdf 08 2010 18 http www kubitusa com 08 2010 19 http www lupos3d de 08 2010 20 http www neusttrelitzer strassenhistorie de index php menuindex 2 08 2010 21 http www neustrelitz de stadtgeschichte 3 4 243 379 383 html 22 http www wikiweise de Danksagung Zum Schluss m chte ich mich bei all jenen bedanken die mich auf diesem Weg be gleitet 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 ch mich au erdem f r die Bereitstellung der Technik und der stets freundlichen und fachlichen Unterst tzung Selbststandigkeitserklarung Ich erkl re an Eides statt dass ich die Diplomarbeit mit dem Titel Bestandserfassung eines denkmalgesch tzten Geb udekomplexes unter Verwendung des terrestrischen La serscanners FARO Photon 120 und der dazugehorigen Software selbststandig und ohne fremde Hilfe verfasst andere als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel nicht benutzt und alle den benutzten Quellen w rtlich oder sinngem entnommenen Stellen als solche kenntlich gemach
61. henbeschaffenheit die Materialstruktur und die Geometrie vom Scanner zum Messobjekt 3 6 1 Oberfl chenbeschaffenheit Im Hinblick auf die Reichweite und die abgespeicherten Intensit ten spielt die Oberfl chenbeschaffenheit eine wesentliche Rolle Die Rauigkeit bestimmt die Reflektivit t also die Signalstarke mit dem der Laserstrahl von der Oberfl che reflektiert wird Von spiegelnden oder glatt polierten Oberfl chen werden beispielsweise keine Signale zum 3 Grundlagen und Stand der Technik 21 Scanner zur ckgesandt so dass dort keine Messwerte vorhanden sind und ein Loch entsteht Auch die spektrale Reflektanz die Abh ngigkeit der Objektfarbe zur Reflektivit t kann die Messung beeinflussen Ein Beispiel daf r ist dass schwarze Fl chen das Laserlicht vollst ndig absorbieren oder nur einen sehr geringen Teil w eder abstrahlen und dass helle Fl chen meist gute Reflektivit tswerte aufweisen 3 6 2 Materialstruktur Bei semitransparenten Materialien sind die Erscheinungen der Absorption Reflexion und Refraktion zu bedenken Abb 3 8 wenn der Laserstrahl auf solche Objekte trifft Je nachdem wie weit die Strahlung in das Medium eindringt wird ein Teil des Signals absorbiert Au erdem werden zu lange Strecken von mehreren mm bis cm ermittelt da der Laserstrahl erst an Partikeln 1m Material reflektiert wird Zudem wird der Strahl beim bergang in das Medium gebrochen so dass ein Querversatz ent
62. hlung wird als Transmission bezeichnet Trifft die Strahlung auf raue unebene Oberfl chen so kommt es zu einer diffusen Ref lex on bei der die einfallende Strahlung unabh ngig vom Einfallswinkel senkrecht zur Oberfl che reflektiert wird Abb 3 2 Ein Spezialfall der Reflexion ist die Totalrefle xion bei der die gesamte Strahlung reflektiert wird Dies ist an Spiegeln und polierten Oberflachen zu beobachten 3 Grundlagen und Stand der Technik 13 optisch dichteres Medium Abb 3 2 Links Reflexion und Brechung Rechts diffuse Reflexion Stimulierte Emission Wenn Strahlung auf Materie tr fft kann diese absorbiert werden vorausgesetzt die Atome k nnen bei der Frequenz der Strahlung noch Energie aufnehmen Die stimulierte Emission ist ein Vorgang der hnlich ist Dabei wird ein Photon auf ein Atom mit einem Elektron geschossen das sich bereits auf einem erh hten Energieniveau befindet Durch das Photon wird es angeregt wieder auf das niedrigere Energieniveau zur ckzukehren Aus der freiwerdenden Energie entsteht Strahlung in Form eines zweiten Photons Die einfallende und die erzeugte Strahlung s nd koh rent da beide die gleiche Frequenz Phase und Richtung besitzen Die Verst rkung der Strahlung ist bei der stimulierten Emission also koh rent Geschieht dieser Vorgang des Wechsels zwischen den Energieniveaus ohne fremde Einwirkung handelt es sich um eine spontane Emission 3 2 2 Das Laserprinz
63. hnet wird sollte der Anwender noch einmal berpr fen ob die dentischen Passpunkte den gleichen Namen tragen Ansonsten kann es zu falschen Stationierungen der Scans kommen ber die automatische Korrespondenzsuche erfolgt die Erkennung identischer Passpunkte Durch ung nstige Konstellationen kann aber eine falsche Zuweisung erfolgen so dass eine berpr fung stets erfolgen muss Die Stationierung der Scans wird ber das Kontextmen des in der Hierarchie ganz oben stehenden Ordners gestartet Das Programm beginnt dann die Berechnung von innen nach au en Am Beispiel vom Dachgeschoss in diesem Arbeitsbereich Abb 6 2 bedeutet es dass zuerst die Scans in den Unterordnern in ein einheitliches Koordinatensystem berf hrt werden Daf r wird ein Scan als Referenzscan festgelegt F r jeden Unterordner m Dachgeschoss entsteht ein eigenes Koordinatensystem Im n chsten Berechnungsschritt wird ein Unterordner als Referenz bestimmt und als Ergebnis liegen alle Scans im ein heitlichen Koordinatensystem des Dachgeschosses Tabelle 6 1 bersicht ber Grenzwerte im Programm f r die Kugelpassung und die Stationierung Tamm ma meinung Radiusabweichung o des Radius Positionsabweichung gt 80 mm Scanpunktabweichung lt 4mm gt 20 mm o f r den Abstand zur Kugelober fl che Scanpunktabstand lt mm gt 5 mm Durchschnittliche Abstand zur Kugel oberfl che Standardabweichung o gt nro 6 Au
64. ie Punktewolke ber Fl chen modelliert werden und es entsteht ein 3D Modell Eine Linie zwischen Punkten der Punktwolke kann gezeichnet werden da PointCloud den Punktfang in AutoCad unterst tzt Damit k nnen auf alle Punkte der Punktwolke die typischen AutoCad Funktionen zum Zeichnen angewandt werden 4 5 LupoScan Ob 3D Laserscanning Photogrammetrie oder Softwareentwicklung Lupos3D steht f r einfach berzeugende 3D Vermessungs Konzepte In unserem erfahrenen Team kooperieren Spezialisten aller hierbei relevanten Disziplinen Genau auf Ihre Bed rf nisse abgestimmt erarbeiten wir so wirtschaftliche L sungen f r nahezu jede Art der Bestandsaufnahme Mit unserem innovativen Softwareprodukt LupoScan er ffnen wir Ihnen den Weg zur effizienten zielgerichteten Auswertung gro er Datenmengen Die Berliner Firma Lupos3D GbR bietet mit LupoScan eine herstellerunabh ngige Softwarel sung die sich an Anwender richtet die Projekte in den Bereichen Architek tur Arch ologie Denkmalpflege Geologie und Industrie bearbeiten S e st in den Ver sionen Basic und Pro zu erhalten und funktioniert nur im Zusammenhang mit einer Lizenz die sich auf einem Codemeter USB Stick befindet Im Mai dieses Jahres ist die aktuelle Version 4 erschienen mit der auch gearbeitet wurde Dar ber hinaus gibt es noch einen kostenlosen Viewer der von der Homepage der Firma heruntergeladen werden kann und sich in der Version 4 0 2 auf dem Datentr ger
65. ip Die grunds tzlichen Komponenten eines Lasers sind eine Pumpeinrichtung ein opti scher Resonator und ein verst rkendes Medium Abb 3 3 Beim optischen Resonator handelt es sich um eine Anordnung von zwei Spiegeln Wah rend einer der Spiegel eine Reflektivitat von nahezu 100 besitzt ist der zweite Spiegel zu einem bestimmten Teil durchl ssig Es ist ein sogenannter Auskopplungsspiegel Die Anordnung des Lasermediums zwischen den Spiegeln bewirkt dass das Licht das ver 5 http www wikiweise de Reflexion Physik 6 http de wikipedia org wiki Reflexion Physik 3 Grundlagen und Stand der Technik 14 st rkende Lasermedium wiederholt durchl uft Es kommt deshalb zu einer st ndigen stimulierten Emission Die Pumpeinrichtung sorgt im Laser f r die Energiezuf hrung also daf r dass die stimulierte Emission in Gang gebracht wird ausgekoppelter Laser Strahl Laser Material Spiegel teildurch l ssiger Energiezuf hrung Spiegel Abb 3 3 Prinzipielle Anordnung eines Lasers 7 Die Eigenschaften der vom Auskopplungsspiegel transmittierten Laserstrahlung sind stark vom Lasermedium und der Spiegelanordnung abh ngig Dabe werden die Lasertypen traditionell nach dem Aggregatzustand des Mediums un terschieden also fest fl ssig und gasformig 3 3 Elektronische Distanzmessverfahren Die auf dem Markt befindlichen Laserscannersysteme nutzen zur Distanzmessung ver schiedene Verfahren Nach
66. is der Stationierung ScanFit zum Beispiel auch Ebenen Zylinder und W nde Um dem Anwender eine schnelle Zuordnung all dieser Elemente zu erm glichen sind sie mit entsprechenden Symbolen visualisiert So steht beispielsweise eine Wolke f r einen Scan Bei der Speicherung des Arbeitsbereiches fws wird dessen Struktur gespeichert so dass d e Gr e der Date gering gehalten wird Am Speicherort der Date wird ein Un terordner Scans angelegt in dem alle Scandateien hinterlegt werden und worauf bei der Verwendung zur ckgegriffen wird Die wichtigste Aufgabe des Programms ist aber zweifelslos die Stationierung und die Verkn pfung der einzelnen Scans An dieser Stelle entsteht erst aus vielen einzelnen Scans das Gesamtprojekt Ist dieser Arbeitsschritt abgeschlossen kann der Benutzer je nach Aufgabe entscheiden wie er weiterverfahrt und was mit den Daten geschieht Diese Aufgaben reichen vom Einf rben der Scans ber den Export von Schnitten bis hin zur Vermaschung von Objekten Ist auf dem Rechner zus tzlich das Programm PointCloud oder die Version des Hers tellers FARO Cloud installiert ist eine AutoCad Schnittstelle vorhanden Dadurch k n nen 2D oder 3D Koordinaten von Punkten direkt in ein CAD Programm bertragen werden 4 Hard und Software 37 4 4 Kubit PointCloud Die Kubit GmbH ist eine Firma mit Sitz in Dresden die Software f r die Vermessung und Datenerfassung entwickelt Ihre Softwarel sung
67. ite f r die Einstellungen der Scanparameter Die Ab bildung 4 4 zeigt die Einstellungsm glichkeiten der Seite die mit dem Winkelbereich beginnen Hier legt der Anwender fest ob nur ein Teilbereich oder der gesamte Mess raum abgescannt wird Mit der Distanzreichweite ist der maximale Bereich gemeint in dem die Punkte aufge nommen werden Eine Anderung dieses Wertes hat keine Auswirkungen gezeigt Tabelle 4 3 gibt einen berblick ber die umfangreichen Einstellungsm glichkeiten f r die Aufl sung Au erdem zeigt s e f r eine Aufl sung die unterschiedlichen Messraten daneben die entsprechenden Werte fur die Scanzeit und den Augensicherheitsabstand Die resultierende Scanaufl sung wird durch die eingestellte Aufl sung festgelegt und 4 Hard und Software 32 kann in vom Hersteller vorgegebenen Stufen variiert werden Sie reichen von voll 1 1 bis zu 1 32 Um zu verdeutlichen was dahinter steht gibt die 6 Spalte der Tabelle 4 3 auf der folgenden Seite die Aufl sung also den Abstand zwischen zwei gemessen Punkten auf der Oberfl che f r eine Entfernung von 10 Metern an LLS000800327 FARS Settings dea Verlical Range m 90 to 65 Horizontal Range 0 lo 360 Distance Range m 153 Resolution va f X Control 2x i488 Quality Speed kpts scan Time 00 01 42 Clear Sky Clear Contour Size 10000 x 4307 A Automatic Min Reflection 0 Eye Safety Dist m 94 Apply iu Get Scan Settings Color Pro
68. ject Operator Storage Scans Abb 4 5 FARO Record Mobile Seite zur Einstellung der Scanparameter 3 Die X Control Einstellung erm glicht es dem Benutzer eine f r das Scanprojekt geeig nete Kombination aus Qualit t und Scanzeit einzustellen So bedeutet eine hohe Quali t t mit vermindertem Rauschen im Scan eine h here Scanzeit und eine schnelle Scanzeit eine geringere Qualit t des Scans Je nach Gr e des Projekts muss deshalb entschieden werden mit welchen Einstellungen gescannt wird Handelt es sich beispielsweise um Projekte die ein hohes Detaillevel fordern so empfiehlt es sich eine h here Qualit t zu w hlen Eine schnellere Scanzeit kann dagegen be Projekten gew hlt werden die eine Vielzahl von Standpunkten mit entsprechenden berlappungen erfordern Somit ergibt sich die Scanzeit dann aus der gew hlten Aufl sung und dem X Control Wert 4 Hard und Software Tabelle 4 3 Aufl sung und X Control Einstellungen nach 2 o gt o 48 oD 2 3E x FERE 35 E a 1 571 3 142 6 283 7 854 12 566 15 708 25 133 33 Augensicherheits abstand 16 1 16 1 16 1 16 1 o gt a 21 a Mnn 4 Hard und Software 34 re vo 4x i oos Ooo 120 sx 24 2x 00032 31 416 EE Piao x im 0 00422 z Pie a ie a Tomas ise Pe i a ona Bei Clear Sky sauberer Himmel handelt es sich um einen Filter der im Scan Punkte entfern
69. jekt pro Geb ude 12 Zeichnungen angefertigt darunter die Grundrisse Schnitte und Fassadenansichten H nzu kam noch auf Anfrage ein Profilschnitt n der Mitte der S dwestfassade der ehemaligen Pol zeiinspektion Zur Bearbeitung haben sich die im Folgenden aufgef hrten Arbeitsschritte herauskris tallisiert die in diesem Kapitel er rtert werden mit FARO Scene e Verkn pfung der einzelnen Scans zu einem Gesamtprojekt e Einfarben von Scans und hier speziell die Fassadenscans e Export von Schichten im ptc Format 6 Auswertung der Scandaten 53 mit LupoScan e Konvertierung und Import der referenzierten Scandateien e Erstellen von Schnitten und Export m ptc Format e Erstellen von Orthofotos und Export ber die AutoCad Schnittstelle AutoCad 2010 mit PointCloud e Erstellen der Grundrisse Schnitte und Fassadenansichten Im Anhang sind Beispiele der Ergebnisse n Papierform zu finden Die restlichen Zeichnungen sowie die Scandaten sind n digitaler Form auf dem Datentr ger vorhan den 6 1 Die Bearbeitung in FARO Scene Wie schon zuvor erw hnt werden die Scans ber den Import in den Arbeitsbereich ein gef gt Bei einer gro en Anzahl von Scandateien ber mehrere Etagen ist es sinnvoll diese zu Clustern Haufen zusammenzufassen So werden beispielsweise f r d e Eta gen Unterordner angelegt und die dazugeh rigen Scandate en dorthin verschoben Abbildung 6 2 zeigt einen Ausschnitt der endg
70. lassen Im Jahr 1736 wurden dann die Beh rden von Strelitz nach Neustre litz verlegt Mit dem Ende des Kaiserreiches und der Monarchien n Deutschland entstand 1918 der Freistaat Mecklenburg Strelitz mit der Landeshauptstadt Neustrelitz Durch den Zu sammenschluss der beiden Freistaaten Mecklenburg Strelitz und Mecklenburg Schwerin verlor Neustrelitz dann seine Funktion als Landeshauptstadt und wurde kreis freie Stadt 2 Vorstellung des Projektes 4 Am 29 und 30 April 1945 marschierten sowjetische Truppen in Neustrelitz ein und in der Folge fielen in Neustrelitz das Schloss ein Pavillon das Theater das alte Palais das Kollegiengeb ude und einige H user am Markt der Brandstiftung zum Opfer Nach Ende des zweiten Weltkrieges 1945 bis zur Bezirksgr ndung in der DDR 1952 war Neustrelitz kreisfreie Stadt im Land Mecklenburg Vorpommern Durch die Be zirksbildung entstand der Kreis Neustrelitz mit der gleichnamigen Kreisstadt Nach der deutschen Wiedervereinigung 1990 entsteht das Land Mecklenburg Vorpom mern und durch die Reduzierung der Landkreise im Juni 1994 wird der Landkreis Mecklenburg Strelitz mit der Kreisstadt Neustrelitz gebildet Dieser umfasst nun wieder den gr ten Teil des fr heren Herzogtums Mecklenburg Strelitz a Men Karte Satem Eann x un 2L F ara Th 4 H Me At Se 2010 Google Grafiken E2010 OigtaiGiohs Geotontet Geokye Kadtrdifen 62010 Te tin N tzufc s badinaundar Abb 2 1 Bli
71. lie ende Auswertung eines denkmalgesch tzten Geb udes f r ein Archi tekturb ro Dabei hat sich gezeigt dass Auftraggeber im Moment teilweise noch gar nicht wissen und verstehen was mit einem Scanner gemessen werden kann Sie halten daher an ihren althergebrachten Verfahren fest und sehen so nicht die M glichkeiten die ihnen mit dem Laserscanning gegeben werden Festzuhalten bleibt aber trotzdem dass sich das terrestrische Laserscanning in den letz ten Jahren stark weiterentwickelt und auf dem Markt etabliert hat Das Potenzial dieses Verfahrens wird von zuk nftigen Auftraggebern immer mehr erkannt und verstanden Gezeigt hat s ch auch dass das terrestrische Laserscanning die anderen Verfahren auf keinen Fall ersetzen wird Vielmehr wird die Aufgabe darin bestehen eine gesunde Mi schung der Verfahren f r eine wirtschaftliche Arbeitsweise zu finden Die Bearbeitung dieses Projektes n der Architekturdenkmalpflege hat au erdem St r ken und Schw chen des terrestrischen Laserscannings f r diesen speziellen Einsatz auf gezeigt So geh ren sicherlich die Schnelligkeit bei der Datenaufnahme die erreichbare hohe Informationsdichte und die vielf ltigen Auswertem glichkeiten zu den St rken Dagegen erweisen sich zum heutigen Zeitpunkt die enormen Datenmengen die beim hochaufl senden Laserscanning entstehen als die gr te Schw che denn es stellen sich Herausforderungen f r die es L sungen zu finden gilt
72. llung wird die Funktion Schnitte des Programms verwendet Der Vorteil von LupoScan gegen ber FARO Scene ist das benutzerdefinierte Ebenen einfach und schnell definiert die Scandate en individuell ausgew hlt und die Einstellungen in einer Datei gespeichert werden k nnen Die generellen Arbeitsschritte bei der Erzeugung bestehen aus der Bestimmung einer Schnittebene der Auswahl der Scandaten f r den Schnitt und der anschlie enden Spei cherung m ptc Format Fur die Bestimmung der Ebene wird zunachst ein entsprechender Scan in der 2D An sicht gedffnet Uber das interaktive Zeichnen werden drei Punkte markiert Dabei defi nieren die ersten beiden Punkte die Unterkante und der dritte Punkt die Hohe der Ebene Diese wird dann automatisch in der 3D Ansicht angezeigt Uber den Objektdialog der alle Objekte der 3D Ansicht auflistet wird die Ebene ge wahlt Dort sind alle Parameter der Ebene zu sehen Um die Ebene Vertikal auszurich ten muss der Winkel Omega auf 90 ge ndert werden Au erdem hat der Anwender die H he und Breite der Ebene zu bestimmen Die Lage der Schnittebene kann berpr ft werden indem der Scan in der 3D Ans cht mit dargestellt wird r C Arbeitsverzeichnis 2010115001 LUPOS3D Haus1 NZ_Hausl_DG054 Ips C Arbeitsverzeichnis 2010115001 LUPOS3D Hausl NZ_Haus1_DG055 Ips C Arbeitsverzeichnis 2010115001 LUPOS3D Haus1 NZ_Hausl_DG056 Ips C Arbeitsverzeichnis 2010115001 LUPOS3D Hausl NZ_Haus1_DG057
73. lnen Stockwerke in separaten Arbeitsbereichen und die an schlieBende Zusammenf hrung in einem Arbeitsbereich Daf r wird ein neuer Arbeits bereich ge ffnet und die anderen werden importiert Die Entscheidung bleibt letztend lich jedem Bearbeiter selbst berlassen da es keine Rolle spielt weil beide Vorgehens weisen zum gleichen Ergebnis f hren 8 NZ_Hausi_EG037 H E NZ_Haus1_EG0O38 F O 3 NZ_Hausi_EG nm Giebel_Niw on ees LER es Fl Pictures Geladen Giebel_50 an RE amp as I b 3 iima Neue Ansicht gt i i E PG Bi Picture is EG bt ey Picturel EEE GF Fassade Picturel Position bestimmen E OG f amp ie Picturel an ScanManager Picturel Scan stationieren E Flurl A204 214 215 fe Picturel Scan vorverarbeiten ER ScanManager Picture Filter SA NZ_Haus _OGOO9 en E Picturel Kompensation F Ea NZ_Haus1_OGOI0 ff E fave N ScanFit Et gt et Ne Hausl_0G011 G Sphere P es Ea Nz Haus1_OGO12 B G Sphere14 Maschennetze kombinieren 2 Eb A Flur2_R210_213 3 80 Sphere16 a F ER ScanManager OF Sphere 1 se ce R205 206 207 8 Sphere Ausrichtungswinkel der Bilder anpassen R208_209 3 80 Spheres Scanpunkte einf rben iG o mi o 26 P fo NZ Hausl_OGU1S a Rt 34 Graubild wieder herstellen E Ne al UL 8 amp 3 NZ_Hausi_EG Alle Bilder exportieren Ea Mz_Hausl_0G018 G63 NZ_Hausi_EG a z Alle Bilder importieren 2 NZ_Hausl_OGO27 HE2 NZ Hausl EG eS Fassade Schachbrettzielmarken erkennen N
74. lung der Scanparameter erfolgt iE oe OR Abb 4 3 Scan Werkzeugleiste 3 Arbeitet der Benutzer dagegen mit FARO Record Mobile so erfolgt der Start ber e nen entsprechenden Webbrowser wie den InternetExplorer der nur bei einer Verbin dung zwischen dem Scanner und dem Rechner die Startseite anzeigt Zun chst wird im Webbrowser die Scan Seite von FARO Record Mobile ge ffnet Hier kann vom Benutzer der Scan gestartet und falls notwendig abgebrochen werden Au er dem lassen s ch hier Fortschritt und Statusmeldungen ablesen Um auf die anderen Ein LAN Local Area Network ein lokales Netz in der Computertechnik 1 WLAN Wireless Local Area Network kabelloses lokales Netz PDA Personal Digital Assitant pers nlicher digitaler Assistent ist ein kompakter tragbarer Computer 4 Hard und Software 31 stellungsseiten zu zugreifen wird w e n Abbildung 4 3 zu sehen das einfache Linksys tem verwendet Es handelt sich dabei um die folgenden Seiten e Settings Einstellungen e Color Farbe e Project Projekt e Operator Bediener e Storage Speicher e Scans ew SE e http 172 16 7 249 Ve de FARO Record Mobile LLS000x00xxx Scan Scanner Status Ready Last Scan Not available System Information Scan Settings Color Project Operator Storage Scans a Lokales Intranet Abb 4 4 FARO Record Mobile Startseite 1m Webbrowser 3 Am wichtigsten dabei ist die Se
75. n Programmen m glich ist 15 Attp www faro com content aspx ct ge amp content pro amp item 5 amp subitem 49 amp tab 2 4 Hard und Software 30 Trotz der nur geringen Funktionsunterschiede sollen die Programme m Folgenden ge trennt betrachtet werden Die Beschreibung der Steuerung wird anhand von FARO Re cord erfolgen 4 3 1 Die Steuerung mit FARO Record Mit FARO Record wird der Laser Scanner ber einen Bedien PC gesteuert Die Soft ware erm glicht die Einstellung der Scanparameter das Starten und Stoppen eines Scans sowie d e Betrachtung des Scanergebnisses bereits vor Ort Damit wird es dem Benutzter erm glicht direkt nach dem Scannen eine erste Beurteilung des Ergebnisses zu treffen und eventuelle Ver nderungen bei den Einstellungsparametern vorzunehmen F r die Steuerung des Scanners gibt es verschiedene Verbindungstypen So ist neben der Ethernet Verbindung LAN auch eine kabellose WLAN Verbindung m glich Es besteht au erdem die M glichkeit den Scanner ber die Web Schnittstelle FARO Record Mobile mittels WLAN ber einen PDA oder den Apple iPod touch zu bedie nen Sind die Ger te einsatzbereit wird das Programm gestartet Es befindet sich eine Sta tusleiste 1m Programm die dem Benutzer anzeigt ob eine Verbindung zum Scanner besteht und dieser startbereit ist In der Bedienoberfl che befindet sich die Scan Werk zeugleiste Abb 4 3 mit der die Steuerung und Einstel
76. ne Transformation der Scandaten in das Gau Kr ger Koordinatensystem m ssen die Koordinaten der Passpunkte in diesem System bestimmt werden Daher wurden an 5 Bestandsaufnahme mit dem FARO Photon 120 45 der S dwestfassade und im Hofraum des Geb udes die Passpunkte zus tzlich im Gau Kr ger System bestimmt Dazu wurde zun chst von den Mitarbeitern des B ros ein Punktnetz um das Messobjekt angelegt und die Punkte mithilfe der Satellitenvermes sung im Gau Kr ger System bestimmt Anschlie end wurden dann die angebrachten Passpunkte im Au enbereich mittels Tachymetrie in diesem System bestimmt Im B ro erfolgte dann die Auswertung und somit die Bereitstellung der Punktkoordinaten f r das terrestrische Laserscanning Da das terrestrische Laserscanning und insbesondere die Auswertung der Scandaten Hauptbestandteil dieser Arbeit ist wird f r eine genauere Vorgehensweise bei der Punktbestimmung dieser Stelle auf die Fachliteratur verwiesen 5 2 Laserscanning mit dem FARO Photon Angefangen wurde mit der Messung im Obergeschoss Daf r wurden zun chst die Ziel zeichen angebracht und die Kugeln platziert Bei den Zielzeichen handelte es sich um schwarz wei Zielmarken die in den Gr en A4 und A3 an die W nde geklebt wurden Bei den Zielzeichen f r die Kugelstandpunkte auf dem Boden wurden im Format A5 schwarz wei Marken zus tzlich mit einem Kreis in der Mitte versehen Bei den einge setzten Kugeln handelte es
77. nem Dateimanager und dient dem Benutzer so zur Verwaltung seines Projektes Neben dem eigenen Scandatenformat fls unterst tzt FARO mit seinem Programm auch Scanformate anderer Hersteller Darunter sind die Scandateien von Riegl txt Leica ptx ptz und das allgemeine Format xyz Zur Betrachtung und Darstellung eines Scans gibt es die fl chenhafte und die r umliche Ansicht sowie die Schnellansicht Wie der Name es schon verr t kann sich der An wender mit der Schnellansicht einen berblick ber den Inhalt des Scans verschaffen es ist sozusagen eine Vorschau f r den Scan In der fl chenhaften Ansicht dagegen wird der horizontale Winkelbereich abgerollt und st hnlich einem Foto Eine Darstellung 4 Hard und Software 36 des Scans mit der tats chlichen Geometrie erfolgt ber die r umliche Ansicht welche die Punktwolke mit den Intensit tswerten oder in Farbe darstellt Ist ein Scan n der fl chenhaften Ansicht ge ffnet kann der Anwender mit einem einfa chen Messwerkzeug den Abstand zwischen Scanpunkten bestimmen So lassen sich auf schnelle und einfache Weise zum Beispiel die Fensterbreite oder die T rh he erfassen Im Ordner Scans des Arbeitsbereiches werden alle importierten Scandateien mit ent sprechendem Dateinamen angezeigt W hrend der Auswertung werden dann nach und nach die Elemente hinzugef gt die mit dieser Punktwolke verbunden sind Dazu geh ren neben den Passpunkten und dem Ergebn
78. nen teils betr chtlichen Durchhang aufweisen F r die Laserscanmessung stand fest dass sich diese aufgrund der Gr e des Geb udes und der Anzahl der R ume ber mehrere Tage erstrecken w rde Damit stellte sich die Frage wie die Kugelpasspunkte ber diesen Zeitraum am besten aufgestellt und mar kiert werden k nnten Aufgrund des Leerstandes bot sich als L sung an die Kugeln auf dem Boden zu platzieren und thre Position mit kleinen Zielzeichen zu markieren wie in Abbildung 5 2 zu sehen ist Dadurch konnten sie am Ende eines Tages entfernt werden und am folgenden Messtag an gleicher Stelle w eder aufgestellt werden Eine konkrete Planung von Scannerstandpunkten ist im Voraus nicht sinnvoll und ebenso wenig praktikabel Um auf die rtlichkeit zu reagieren werden die Standpunkte vor Ort individuell ausgew hlt Abb 5 2 Kugel als Passpunkt beim Laserscanning Da zun chst die Situation der Stromversorgung nicht gekl rt werden konnte musste eine L sung gesucht werden da feststand dass die Akkulaufzeit keinen Arbeitstag berbr ckt Diese fand sich mit der Verwendung eines Notstromaggregats welches aber letztendlich nicht zum Einsatz kam da es im Geb ude noch einige wenige funktions t chtige Steckdosen mit anliegendem Strom gab Be den Fassaden war nur der Nordwestgiebel aufgrund der Bebauung und dem Be wuchs nicht richtig zug nglich und die Standpunktwahl somit auf die Giebelecken be grenzt F r ei
79. nitte Ortho foto und Deformationsanalyse Die Scandaten wurden mit der Version 4 bearbeitet Es wurden referenzierte Orthofotos der Fassaden erstellt die in AutoCad die Grundlage f r die Fassadenansichten darstell ten Au erdem wurden vertikale Schnitte Quer und L ngsprofile des Geb udes erstellt die ebenfalls in AutoCad weiterverarbeitet wurden 6 2 1 Konvertierung und Import von Scandateien Die Scans die mit FARO Scene bereits referenziert wurden k nnen in LupoScan im portiert werden ber den Importbutton ffnet sich ein Fenster indem eine oder meh rere Scandateien ausgew hlt werden k nnen Beim Import werden die Scandateien zu n chst in das LupoScan Format lps konvertiert welches als horizontales und 6 Auswertung der Scandaten 65 vertikales Winkelraster aufgebaut ist Dieses Raster hat feste Aufl sungen m Horizon tal und Vertikalwinkel Die Scandaten werden somit durch Interpolation in das Raster eingerechnet Danach muss entscheiden werden welche Filter auf die zu importierenden Scans ange wandt werden sollen Werden die Filter jetzt ignoriert stehen sie im Programm jederzeit zur Verf gung und k nnen zu einem sp teren Zeitpunkt angewandt werden Die bereits referenzierten Scans von FARO wurden ohne Filter importiert da bereits in FARO Scene Filter eingesetzt wurden Das letzte Dialogfeld listet alle Dateien auf die importiert werden sollen und fasst die Einstellungen nochmal zusamm
80. ns s nd dass e cssich um ein ausgereiftes Verfahren handelt und e esunempfindlich gegen ber kurzzeitigen Messstrahlunterbrechungen ist Nachteile sind dass e Fehler auftreten die so bei den anderen Verfahren nicht vorhanden sind und e mit einer einzigen Ma stabswellenl nge eine eindeutige Streckenmessung mit hoher Genauigkeit nicht moglich ist 3 4 Laserscanning Allgemein ausgedruckt bedeutet Laserscanning das zeilen oder rasterformige Abtasten von Oberflachen mittels Laserstrahl Das Vermessungswesen unterscheidet hier zu nachst zwei Systemklassen Zum einen handelt es sich um die Airbone Laserscanner Systeme die durch Uberfliegen den Messbereich abtasten und zum anderen um die terrestrischen Laserscanner die auf dem Boden eingesetzt werden Das terrestrische Laserscanning TLS ist ein noch recht junger Bereich der Ingenieur geodasie der gerade 1m letzten Jahrzehnt immer mehr an Bedeutung gewonnen hat Diese Entwicklung ist eng mit den rasanten Fortschritten in der Computertechnik ver bunden da gerade die Archivierung und Auswertung der Daten leistungsfahige Rech nertechnik voraussetzt Auf keinem Fall aber kann und soll das terrestrische Laserscanning die klassischen Ver fahren ersetzen Es soll vielmehr eine Alternative bieten um neue Anwendungsgebiete zu erschlie en und Herk mmliche sinnvoll zu erg nzen 3 Grundlagen und Stand der Technik 18 Aufgrund des geringen Zeitaufwandes be der Aufnahm
81. nutzer mit seiner digitalen Kamera den Aufnahmebereich fotografieren und die Bilder werden dann f r das Einfar ben verwendet Anhand von mindestens sechs Passpunktpaaren berechnet das Prog ramm die Position die Orientierung und den Zoomfaktor und ordnet anschlie end den 6 Auswertung der Scandaten 61 Scanpunkten d e Farbinformationen zu Dabe erfolgt die Bestimmung der Passpunkt paare manuell durch den Anwender Wird beim Scannen die Farboption verwendet werden die aufgenommenen Fotos im Scan abgespeichert und gelangen ber den Import des Scans in den Arbeitsbereich Dort befinden sie sich in einem Unterordner des Scans und k nnen n FARO Scene ge ffnet werden Die Kamera deckt nicht den gesamten vertikalen Bereich ab Deshalb entstehen je nach Kameraposition im Schlitten oben oder unten Bereiche die nicht mit eingef rbt wer den Um einen Eindruck zu erhalten zeigt Abbildung 6 7 das Ergebnis der Einfarbung anhand der Scannerbilder Datei erbeten Anucht Extras DrawloCAD Scanner fenster 7 Dees ten ter wih JAA 27 598 Ei B Cc Rt a B ren 2073 565579 211 744 15 39 21 Mm VE MT 15380 5685 Abb 6 7 Ausschnitt eines Farbscans in FARO Scene Wird festgestellt dass ein Bild z B zu dunkel oder zu hell ist besteht die M glichkeit das Bild mit einem Bildbearbeitungsprogramm zu korrigieren Dazu wird das Bild oder der gesamte Bildordner im jpg Format exportiert Nach der Bearbeitung wird das Bild wiede
82. oCad Schnittstelle bertragen Abb 6 10 In AutoCad w rd damit eine externe Re ferenz in Form eines ma stabsgetreuen Bildes im t f Format eingef gt Das Endergeb 6 Auswertung der Scandaten 69 nis ist in Abbildung 6 11 und ein Ausschnitt in Abbildung 6 12 zu sehen Deutlich zu erkennen s nd d e Konturen der Kanten und der Fenster ffnungen und selbst Details der Putzquaderung heben sich deutlich hervor Das Orthofoto bildet somit f r die Erstellung einer Fassadenansicht einen idealen Bildhintergrund von dem hochgezeichnet werden kann Um die entstandenen Abschattungen m oberen Bereich zu beseitigen muss der Scanner auf die entsprechende H he gebracht werden In der Praxis kann dies durch eine Hebe oder Hubb hne realisiert werden Abb 6 11 Orthofoto der S dwestfassade aus Laserscandaten F r die Bearbeitung und Erstellung der Orthofotos wurden am Ende pro Fassade zwei bis drei Arbeitstage ben tigt api y el nn mehr ee ee LE EEE foto der S dwestfassade ER UP gi iy dae FI Cet oad eee pe ee i i Ba 4 et k ma Abb 6 12 Ausschnitt aus dem Ortho x ea ESS 6 Auswertung der Scandaten 70 6 3 AutoCad 2010 mit PointCloud Um mit PointCloud arbeiten zu k nnen werden AutoCad Kenntnisse vorausgesetzt da PointCloud keine eigenst ndige Softwarel sung ist AutoCad dient der Erstellung von 2D Zeichnungen aller Art und der Konstruktion von 3D Modellen Es geh rt zur Pro
83. ol zum l schen aufgef hrt Wird ein Scan auf dieser Seite angeklickt so wird m Webbrowser ein Bild des Scans ge ffnet welches sich der Anwender ansehen kann 4 Hard und Software 35 4 3 2 berblick ber FARO Scene An dieser Stelle erfolgen ein paar grundlegende Informationen zu diesem Programm da sich 1m Verlauf der Auswertung der Scanaufnahmen ausf hrlicher damit besch ftigt wird Mit FARO Scene kann der Anwender seine 3D Punktwolken anzeigen verwalten und bearbeiten Daf r sollte der verwendete Rechner die in Tabelle 4 4 aufgef hrten Sys temanforderungen mindestens erf llen Desweiteren ist f r die Nutzung der Programme ein Lizenzschl ssel von FARO notwendig welche allerdings an den Rechner gekoppelt ist In der benutzten Version handelt es sich um ein 32 bit Programm das auf einem 64 bit Betriebssystem lauffahig ist Tabelle 4 4 FARO Scene FARO Record Systemanforderungen Systemanforderungen Betriebssystem Microsoft Windows XP Professional oder Home Edition SP1 oder spater Windows 2000 SP 2 oder spater Prozessor 1GHz 2 5 GHz empfohlen Arbeitsspeicher 1 GB RAM 2 GB empfohlen Grafikkarte 32 MB und OpenGL unterst tzen Sonstiges Netzwerkkabel f r Lizenzierung Die Benutzeroberfl che ist einfach gestaltet und setzt sich aus der Men leiste dem Ar beitsbereich und einem Fenster fur die Darstellung zusammen Der Arbeitsbereich Workspace genannt strukturiert die Daten wie in ei
84. pe die das Geb ude gleichm ig aufteilt Zu erreichen sind die Etagen jeweils ber eine dreil ufige U f rmige Treppe mit zwei Viertelpodesten Die Raumh hen betragen im Erdgeschoss rund 3 65m und im Obergeschoss rund 4 25m Einige R ume im Obergeschoss sind an den Deckenr ndern mit Stuckleisten verziert und in einem Raum befindet sich eine halbrunde Wandnische Zwei halbrunde Wandnischen sind dazu noch im Erdgeschoss 2 Vorstellung des Projektes Tabelle 2 1 Die Geschichte des Hauses im Wandel der Zeit nach 1781 1842 1846 1849 1888 1950 1894 95 1908 1920 1929 1945 47 1947 1949 50 1950 80 1952 1953 1980 2001 Heute 3 Abb 2 4 Links Theaterfundus im EG Mitte Sicherung im OG Rechts Blick ins DG im Stadtgrundriss wird ein gro es Traufenhaus mit Walmdach ber ein alte res kleines Traufenhaus gezeichnet Einzug der Gro herzoglichen Bibliothek mit der Altertums und M nz sammlung spater auch das Archiv Eigent merin Serenissimus jetzt Princess Caroline von Mecklenburg wurde die Stra e als Paradeplatz bezeichnet gro herzogliches Eigentum und es gab eine Mietpartei Anschluss des Landgerichts und des Bibliotheksgebaudes an die Kanali sation Auszug der Bibliothek und der Altertums und M nzsammlung Nutzung als Mietshaus Dachreparatur Beschlagnahmung des Hauses Nutzung als Landesbauamt Dienstgeb ude des Landesstra enbauamtes Ausbau einer DG Wohnung Paradeplatz wird W
85. r importiert und muss den gleichen Namen aufweisen wie das entsprechende Bild im Ordner des Scans Sind die Bilder in Ordnung kann ber das Kontextmen die Funktion Bilder anwenden gestartet werden und das Programm beginnt mit der Einf rbung der Scanpunkte 6 Auswertung der Scandaten 62 F r das Projekt wurden die Fassaden eingef rbt F r die Zeit des Einfarbens eines Scans die rund 15 Minuten betr gt ist das Programm blockiert und l sst somit ein Weiterarbeiten nicht zu Dieser Arbeitsschritt kann zwar auch f r alle Scans in einem Ordner gestartet werden aber bei hochaufl senden Scans erfolgt aufgrund des be grenzten Arbeitsspeichers nach dem ersten eingef rbten Scan meist ein Abbruch ber das Optionsmen kann eingestellt werden ob ein Scan mit seinen Farb oder Grauwerten dargestellt wird Diese Einstellung muss vor dem Laden des Scans erfolgen da die Einstellung sonst nicht wirkt Ist der Scan in Farbe geladen und der Anwender m chte zum Graubild wechseln so muss er zun chst die Einstellung in den Optionen ndern den Scan entladen und im Anschluss w eder laden Die im Kontextmen vor handene Funktion Graubild wieder herstellen entfernt die Farbinformationen die den Scanpunkten zugeordnet wurden und so muss f r einen Farbscan die ganze Prozedur wiederholt werden Dies ist umst ndlich zeitraubend und nicht gerade geeignet um schnell zwischen Grau und Farbbild zu wechseln 6 1 3 Export im ptc Format S
86. r sowie die Luftfeuchtigkeit Laut Hersteller soll der Scanner in einem Temperaturbereich von 5 bis 40 Celsius betrieben werden und die Luftfeuchtigkeit sollte nicht ber 80 liegen Fur die Praxis bedeutet dies dass der Scanner im Au enbereich nicht bei Regen Schnee oder starkem Nebel betrieben werden soll Ein Einsatz bei diesen Wetterbedingungen wurde sowieso nicht sinnvoll sein denn zum einen wurde sich der Niederschlag auf dem Spiegel niedersetzen und zum anderen wirde der Laserstrahl z B von den Regen tropfen reflektiert und falsche Scanpunkte erfassen Im Scan entsteht somit ein starkes Rauschen welches eine Auswertung nicht m glich macht 4 3 FARO Software Vom Hersteller wird mit dem Laserscanner standardm ig die Software FARO Record FARO Scene sowie der Viewer FARO Scout ausgeliefert Der Viewer steht in der Ver sion FARO Scout LT zudem auf der Homepage des Herstellers zum kostenlosen Download bereit FARO Record wird vom Hersteller als Steuerungssoftware f r den Scanner mitgeliefert und FARO Scene als Auswerteprogramm der Scandateien Im Rahmen der Arbeit wurde die Programmversion 4 6 benutzt Auf den ersten Blick scheint es dass der Anwender zwei Softwarel sungen erh lt Doch l sst sich bei n herer Betrachtung feststellen dass die Programme fast identisch sind und sich nur in wenigen Bereichen voneinander unterscheiden Beispiel daf r ist die Steuerung des Scanners die mit beide
87. rdgeschoss erfasst was einen Arbeitstag dauerte und mit dem Tachymeter durch Mitarbeiter des B ros die R ume mit den Kleidern Doch auch damit konnten nicht alle R ume erfasst werden da es einfach viel zu eng war wie der Blick in diesen Raum zeigt Abb 5 1 Abb 5 1 Hindernis beim Scannen F r den teilunterkellerten Bereich des Geb udes wurde sich ebenfalls f r das Handauf ma entschieden da es sich wie bereits erw hnt um wenige schmale und niedrigere R ume handelte und es feucht war Zudem wurde zwischen Aufwand und Zweck ver glichen und letztendlich das Verfahren als ausreichend betrachtet F r die Aufnahme der Fassaden und des Ober und Dachgeschosses fiel die Entschei dung auf das terrestrische Laserscanning da gerade f r d e Fassaden vom Auftraggeber ein hoher Level an Detail gefordert war Die Voraussetzungen f r das Laserscanning waren im Obergeschoss fast ideal denn die gesamte Etage war leergeraumt bis auf ein paar ausgeh ngte T ren Hinzu kam dass sich auf der Stra enseite Abst tzungen Abb 2 4 als Bausicherung in den R umen be fanden die teilweise vor den Fenstern standen und so leichte Messschatten verursach ten Fur eine Kontrolle wurde die Etage ebenfalls mit dem Handaufma erfasst Inner halb eines Raumes wurden bei der Messung der Raumhohe mit dem Disto Unterschiede 5 Bestandsaufnahme mit dem FARO Photon 120 44 von mehreren Zentimetern bemerkt die vermuten lie en dass die Decken ei
88. rumente blicherweise sicher ee e ae durch Lidschlussreflex des Auges 302 5 nm 1 mm Geringes Gef hrdungspotenzial bei zuf lliger Bestrahlung Direkter Blick n den Strahl gef hrlich diffuse Reflexionen 3B 180 nm I mm a blicherweise ungef hrlich 4 Direkter Blick n den Strahl und diffuse Reflexionen gef hr 180 nm 1 mm lich Allgemeines Der interne Computer ist eine wichtige Komponente des Ger tes und die wichtigsten Eigenschaften sind der Tabelle 4 1 zu entnehmen Au er f r die Steuerung und das Herunterladen der Scandateien hat der Kunde allerdings keinen Zugriff auf den PC So ist es zum Beispiel dem Anwender nicht m glich eine falsche Systemzeit zu korrigieren ohne s ch an den Support zu wenden und eventuell das Ger t sogar zum Hersteller zu senden Zum Lieferumfang des FARO Laser Scanner Photon 120 geh ren ein Stativ zwei Star terkits welche 10 Kugeln mit Magnetfu beinhalten eine Power Base Batterie sowie den Scannertransportkoffer in dem sich die folgende Ausstattung befindet e FARO Laser Scanner Photon 120 mit Dreifu e L asersicherheitsschl ssel 4 Hard und Software 29 e Laserschutzbrille e Daten und Stromversorgungskabel blau e Anschlusseinheit e Netzger t mit Netzkabel e Ethernetkabel gr n Nicht zum Standardlieferumfang geh ren der Kameraschlitten und die digitale Kamera f r die Farboption F r den Einsatz wichtige Angaben sind die Betriebs und Lagertemperatu
89. rung Punkt wolke Schnitte und Orthofoto Im Arbeitsbereich werden die ge ffneten Dateien des Projekts dargestellt Nach dem Start der Anwendung w hlt der Benutzer ber den Verzeichnisbaum das ent sprechende Projektverzeichnis Dabei handelt es sich um einen Dateiordner auf dem Computer der alle Dateien des Projekts enthalt Neben dem LupoScan Format zahlen dazu unter anderem auch die Scandateien der Hersteller Bilder Orthofotos und 3D Objekte Der Verzeichnisbaum des Programms stellt diese Dateien bersichtlich und nach dem Dateiformat sortiert dar Ist eine Scandatei ausgew hlt erscheint unter dem Verzeichnisbaum eine Miniaturan sicht des Scans Damit hat der Benutzer die M glichkeit ohne den Scan zu ffnen einen gew nschten Scan des Projekts schnell zu finden Mit einem Doppelklick wird der Scan in der 2D Ansicht ge ffnet Sind n diesem zus tzlich Farbinformationen hinterlegt so kann der Anwender ber das Kontextmen zwischen dem Intensit ts und dem Farbmo dus schnell wechseln Als eigenst ndige Softwarel sung bietet LupoScan auch die Orientierung von Scans an Dabei werden die Scans n ein Referenzsystem berf hrt Passpunkte k nnen entweder Punkte oder Kugeln sein F r die Orientierung werden f r ein ausreichend sicheres Er gebnis f nf Verkn pfungspunkte ben tigt Nachdem die Passpunkte 1m Scan markiert sind erfolgt die Berechnung der Orientierung Das Ergebnis wird in einer Textdatei 4 Hard un
90. sich neben den FARO Kugeln mit Magnetfu um Styropor kugeln mit einem Durchmesser von 12 cm Be der Auswahl der Passpunktpositionen m ssen die folgenden Scannerstandpunkte bereits mit einkalkuliert werden damit die Scans sp ter zu einem Projekt verkn pft werden k nnen Die Ausr stung f r das Laserscanning besteht aus e Scannerkoffer FARO Photon 120 Daten und Stromkabel Lasersicherheits schl ssel e Stativ mit Versteifungen und einem h henverstellbaren Stativteller e Laptop m t FARO Record zur Steuerung des Scanners e Kameraschlitten und Kamera Nikon D200 300 f r die Farboption e Stromversorgung Akku Verteiler Verl ngerungskabel Notstromaggregat e Referenzobjekte Zielmarken Kugeln 5 Bestandsaufnahme mit dem FARO Photon 120 46 e als Befestigungsmaterial f r die Zielzeichen Klebeband e Trittleiter um die Zielzeichen in unterschiedlichen H hen anzubringen e Lichtstrahler im Dachgeschoss f r die Farboption Beim Scannen im Inneren eines Geb udes gibt es einige Einschr nkungen aufgrund der Geometrie So ist z B zu bedenken dass der ffnungswinkel des Sichtbereiches durch eine T r ffnung verkleinert wird Dies hat wiederum Auswirkungen auf die Position der Passpunkte die nur innerhalb des Sichtfeldes verteilt werden k nnen Genauso wie bei der freien Stationierung in der Tachymetrie m ssen die Passpunkte geometrisch gut verteilt sein Fur die Praxis beim Laserscanning bed
91. steht Gebeugter Strahl LD Partikel 2 Reflektion Absorption Abb 3 8 Links Ingensand Eindringen des Lasers in semitransparentes Material Rechts Eindringen des Strahls in Glasbausteine 7 http www intergeo de archiv 2004 Ingensand pdf 3 Grundlagen und Stand der Technik 22 3 6 3 Der Auftreffwinkel und die Zielgeometrie Die Geometrie zwischen dem Scannerstandpunkt und dem Zielobjekt sowie anderen Objekten ist wichtig da sie sich auf die Genauigkeit Aufl sung und Reichweite aus wirkt So ndert sich mit zunehmender Entfernung zum Messobjekt die Spotgr e des Laserstrahls und es wird nur noch e n geringer Teil reflektiert Vor allem beim Ausnut zen der maximalen Reichweite ist daher zu ber cksichtigen dass die Reflektivit t quad ratisch mit der Entfernung abn mmt was sich gerade bei langgestreckten Objekten zeigt Ebenso verh lt es sich mit der Objektaufl sung an den R ndern langgestreckter Objekte denn wenn der Auftreffwinkel kleiner wird vergr ert sich der Abstand zwi schen Punkten Aufgrund einer schlechten Zielgeometrie kann es au erdem zu Verlusten bei der Ge nauigkeit in der Streckenmessung kommen die sich vor allem an Au en und Innen ecken zeigen So werden die Innenecken zu kurz und die Au enecken zu lang gemes sen Zu systematischen Verfalschungen in der Streckenmessung kommt es wenn der Laserstrahl das Zielobjekt unter stark schleifenden Schnitten trifft Der steigende Ein
92. swertung der Scandaten 58 Punktabweichung Som mm sm Unterschied zwischen berechnetem und gemessenem Wert Punktabstand Distanzabweichung Winkelabweichung Orthogonale Abweichung Abweichung bezgl gt 59 Neigungssensor Diese Berechnung wird vom Programm automatisch so lange fortgef hrt bis s mtliche Unterordner und Scans in einem einheitlichen Koordinatensystem liegen Am Ende der Stationierungsberechnung wird der ScanManager ge ffnet und gibt einen berblick ber den Stand und die Qualit t der Stationierungen an Hat es Probleme mit der Stationierung gegeben hilft der Scanmanager bei der Identifizierung von schlechten Referenzpaaren Dazu werden die Spannungen des in Abbildung 6 3 gezeigten Reiters Referenzspannungen begutachtet Dabei weisen gro e Werte auf eventuelle Probleme hin Scans ScanManager Scanmanager Scanergebnisse Referenzspannungen V Gewichtete Spannungen NZ_Haus1_Fass NZ_Haus1_Fass E2 Neigungssensor a Sphere11 a Sphere6 3 Neigungssensor E2 Neigungssensor 3 Neigungssensor Neigungssensor 3 Neigungssensor E2 Neigungssensor Neigungssensor Neigungssensor E2 Neigungssensor Ea Neigungssensor 4 0 0266 Gewichtete Statistiken Anwenden NZ_Haus1_Fass NZ_Haus1 NZ_Haus1 NZ_Haus1_Fass NZ_Haus1_Fass NZ_Haus1_Fass Fass NZ_Haus1_Fass NZ_Haus1_Fass NZ_Haus1_Fass NZ_Haus1_Fass NZ_Haus1_Fass
93. t Naturgefahren arbeitet man mit gro en Reichweiten also 50 m bis 500 m Aufgrund der 3 Grundlagen und Stand der Technik 19 Weiterentwicklung in den letzten Jahren schaffen Ger te dieser Klasse mittlerweile Reichweiten bis zu 1000 m 3 5 2 Der Aufnahmewinkel als Kriterium Be EIER Wt WW Abb 3 6 Aufnahmewinkel von Kamera Hybrid und Panoramascanner v l n r 7 Staiger nimmt eine Einteilung unter Beachtung des angularen Messbereichs vor die ihn zwischen Kamera Hybrid und Panoramascanner unterscheiden lassen Abb 3 6 Kamerascanner besitzen ein eingeschranktes Gesichtsfeld und erfassen ahnlich wie auf einem Foto einen Objektausschnitt Die Hybridscanner sind Rundumscanner dessen Hohenmessbereich einschrankt ist und die Rundumscanner die nur durch ihre Instru mentenbasis eingeschrankt sind nennt Staiger Panoramascanner Nachfolgend soll der Panoramascanner naher betrachtet werden da der FARO Laser Scanner Photon 120 dieser Kategorie zugeordnet wird Panoramascanner Panoramascanner bestehen aus einem um die z Stehachse drehbares Oberteil und einer mitgedrehten Kippachse fur die Vertikalablenkung axy Vertikal messen sie auch ber den Zenit so dass nur im Bereich des Statives ein kegelf rmiger Messschatten entsteht dessen Gr e von der Instrumentenh he und dem ffnungswinkel abh ngig ist Das vorherrschende Prinzip der Hersteller f r die vertikale Strahlablenkung ist ein Zy linderstumpf der um
94. t die entstehen obwohl der Laserstrahl gar kein Objekt getroffen hat und zwar haupts chlich 1m Au enbereich wenn der Himmel gescannt wird Auch Clear Contour saubere Kante ist ein Filter welcher die fehlerhaften Messungen an Kanten entfernt die entstehen wenn der Laserstrahl auf zwei Objekte trifft die hintereinander liegen Die horizontale und vertikale Gr e des Scans wird in Scanpunkten gemessen und steht im Verh ltnis 1 1 Aufgrund der Vorgaben f r den vertikalen Winkelbereich und die Aufl sung wird die vertikale Gr e des Scans bestimmt ber den Button Apply Annehmen werden schlie lich die Einstellungen best tigt und der Augensicherheitsabstand berechnet Beim Betrieb des Scanners mit einer Kamera wird auf der Seite Colors die Funktion Scan with color mit Farbe scannen aktiviert Die Seiten Projekt und Bediener die nen der Eingabe von Informationen um die Scans sp ter den entsprechenden Projekten zuzuordnen Auf der Seite Speicher hat der Benutzer die M glichkeit einen Dateibasisnamen fest zulegen und die Nummer be der angefangen wird zu z hlen Bei der Steuerung des Scanners ber FARO Record Mobile kann der Speicherpfad nicht angegeben werden da die Speicherung automatisch auf der Festplatte des Scanners erfolgt Alle aufgenommenen Scans die sich auf dem Scannerlaufwerk befinden werden auf der Seite Scans mit Name Datum Erstellungszeit einem Link zum Download und einem Symb
95. t habe Diese Diplomarbeit wurde bisher weder einer anderen Pr fungsbeh rde n gleicher oder hnlicher Form vorgelegt noch ver ffentlicht Neubrandenburg den 3 September 2010 Anne Kolbe Anhang A Bestandsplane Grundriss des Obergeschosses Fassadenansicht B Datentr ger Bedienungsanleitung FARO Laser Scanner Photon 20 120 PDF Bestandsplane im DXF Format LupoScan Viewer 4 0 2 Scandaten ehemalige Polizeiinspektion f r LupoScan Viewer Ergebnisse aus den Scandaten im LupoScan Format In LupoScan erstellte Orthofotos tiff Format
96. te ndern und zuvor erstellte Punktwolkenbereiche k nnen gespei chert oder geladen werden Die n PointCloud enthaltene Funktion ausgleichende Polylinie wurde zun chst benutzt Dazu muss m Punktwolkenobjekt eine Schicht definiert werden Nach Aufruf des Be fehls m ssen die Parallelebene xy xz zy und die St rke der Schicht bestimmt werden 6 Auswertung der Scandaten 71 Abb 6 13 Drei Punktwolkenobjekte in AutoCad Damit die erzeugten Linien sich auch in der Mitte der Schicht befinden wird ein neues Benutzerkoordinatensystem BKS erstellt Damit dies nicht manuell ber die AutoCad Befehle l uft gibt es in PointCloud die Funktion BKS von Schicht Es empfiehlt sich dieses BKS abzuspeichern um einen Wechsel zwischen den Koordinatensystemen zu erm glichen ohne die Definition des BKS zu verlieren Mit dem Befehl ausgleichende Polylinie w rd dann n einem Bereich der Punktwolke eine Linie bestm glich an die Punkte angeglichen Durch die Angleichung von aufei nander folgenden Linien wird ein Linienzug erstellt Dabei reicht es schon aus in die N he der Punkte zu klicken wodurch eine z gige Arbeitsweise m glich ist Au erdem werden die Linien automatisch verschnitten so dass Grundrisse auf eine einfache Weise erstellt werden Aufgrund der Verformungen des Geb udes war es notwendig d e Bereiche f r die aus gleichende Polylinie kleiner zu w hlen Auf den ersten Blick scheint es sich um einen Linienzug zu han
97. trahlung H hen Gamma strahlung strahlung R ntgenstrahlung Wechselstr me strahlung Mikrowellen 1 fm lpm l linm lum lmm lcm lm 1km 1Mm ee go he ee I ig a I es ee I Ie oe ee ee Lt ge ge eo oe Abb 3 1 Elektromagnetisches Spektrum 12 Elektromagnetisches Spektrum Das elektromagnetische Spektrum oder auch Spektrum des Lichts Abb 3 1 bezeichnet die Gesamtheit aller elektromagnetischen Wellen Dem Bereich des sichtbaren Lichts mit Wellenl nge von etwa 380 nm bis 780 nm schlie t sich in Richtung der langwelli gen Strahlung der Infrarotbereich mit Wellenl ngen von 780 nm bis 1 mm an Die Infra rotstrahlung IR Strahlung wird auch als Warmestrahlung bezeichnet und ist nochmal unterteilt in die Bereiche nahes mittleres und fernes Infrarot Einsatz findet sie unter anderem in Lasern und den bekannten Rotlichtlampen Wahrend die Infrarotstrahlung mit relativ niedriger Intensitat als angenehm empfunden wird und ungefahrlich ist kann die IR Strahlung mit hoher Intensit t Augenschaden und Verbrennungen verursachen Reflexion und Brechung Wenn Licht auf die Grenzfl che zwischen zwei verschiedenen Medien trifft wird ein Teil des Lichts zur ckgeworfen also reflektiert Dabe sind der Einfalls und der Aus fallswinkel gleich gro Der n chtflektierte Anteil des Lichts tritt in das andere Medium ber und wird dabei abgelenkt womit die Ausbreitungsrichtung ver ndert w rd Das Durchlassen der Stra
98. trie zu achten ist Idealerweise befinden sich in allen vier Richtungen Referenz punkte Gerade in langen schmalen Fluren ist der Anwender aber eingeschrankt Ebenso verhalt es sich in Treppenhausern wenn sie sehr schmal sind Fur die Stationierung bietet FARO Scene die Moglichkeit Ebenen und Wande als Refe renzen zu benutzen doch stellt sich die Frage ob dies zu einem vernunftigen Ergebnis fuhrt wenn starke Verformungen vorherrschen Hochauflosende Scans Ein Problem f r die Software stellen hochaufl sende Scans dar Die Scans mit einer halben Aufl sung k nnen nur auf wirklich leistungsstarken Rechnern mit allen Scan punkten ge ffnet werden Manchmal kann ein solcher Scan aber auch nur reduziert ge laden werden d h mit einer beschr nkten Anzahl von Scanpunkten Dadurch fehlen aber v elleicht gerade auf den Referenzpunkten Scanpunkte so dass diese gar nicht erst erkannt werden und somit nicht f r die Stationierung benutzt werden k nnen Ein weiteres Problem ist dass das ffnen eines solchen Scans fast den gesamten Ar beitsspeicher verschlingt der f r das Programm zur Verf gung steht Gerade beim Ein f rben der Fassaden kam des fteren die Meldung Nicht gen gend Arbeitsspeicher vorhanden Die Ursache daf r liegt in der 32 bit Programmversion begr ndet Auch die r umliche Ans cht ist durch das Arbeitsspeicherproblem betroffen So k nnen in dieser Ansicht nicht mehr als 210 Millionen Punkte dargestellt w
99. tzbar F r die Erstellung von Grundrissen kann die 6 Auswertung der Scandaten 73 Software eingesetzt werden wobei einem keine M glichkeiten gegeben werden eigene Ebenen zu erstellen Dies ist aber in Hinsicht auf die Erstellung von Geb udeprofilen notwendig weil die Geb ude in den seltensten Fallen an den Koordinatenachsen ausge richtet sind Es bleibt zu hoffen dass die neue Version 4 7 wirklich innovativer und in manchen Funktionen bedienungsfreundlicher geworden ist LupoScan hat sich auf wenige Bereiche spezialisiert aber auf die intensiv Dies konnte bei den benutzten Funktionen festgestellt werden Interessant und vor allem aussage kraftig ist die Deformationsanalyse die allerdings nur ausprobiert wurde Das gescannte Geb ude hatte neben den stark durchh ngenden Decken auch einen S dostgiebel der schon mit blo em Auge eine Beule erkennen lie Um die Deformati onsanalyse zu testen wurde dieser Giebel gew hlt Dabei g bt es zwei Analysem glich keiten Das erste Verfahren benutzt die Projektionsebene des Orthofoto als Soll Ist Ver gleich und das zweite Verfahren vergleicht zwei Orthofotos die zu verschiedenen Zei ten erstellt wurden Das Ergebnis der Deformationsanalyse ist n der folgenden Abbil dung 6 14 dargestellt Dabei passt sich der gr ne Bereich des Giebels am besten an die Projektionsebene an der rote Bereich befindet s ch vor der Ebene und der blaue Bereich liegt dahinter
100. und die Messung wiederholt werden muss Bei einem Vor Ort Termin in Neustrelitz konnte sich ein erster berblick verschafft werden Ein Rundgang durch das Geb ude zeigte auch sofort eine Schwierigkeit im Erdgeschoss auf Obwohl das Haus seit einigen Jahren leersteht und bereits entkernt wurde befindet sich seit einiger Zeit im Erdgeschoss der Theaterfundus In den Raumen wurden an die Decken Stangenkonstruktionen angebracht Abb 5 1 die als Kleiderstangen dienen Vom Fu boden bis in eine Hohe von knapp 2 m und dicht an dicht hangen die Kleider so dass sich eine Person in dem Raum kaum bewegen kann Das Erdgeschoss bis auf den Flurbereich gleicht somit einem riesigen Kleider schrank Um mit dem Laserscanner in diesen R umen messen zu k nnen m sste die Instrumen tenh he mindestens 2 20 m betragen damit die R ume zumindest in der oberen H lfte erfasst werden k nnten was aufgrund der Raumh he theoretisch m glich w re Zu be denken ist aber dass d e Verteilung der Passpunkte eingeschr nkt st und eine stark verminderte Bewegungsfreiheit bei der Standpunktwahl besteht Um die R ume zu scannen w re also eine komplette bzw teilweise Freiraumung erforderlich Da dieser Bitte nicht entsprochen werden konnte fiel die Wahl n den betroffenen Bereichen auf 5 Bestandsaufnahme mit dem FARO Photon 120 43 eine Kombination aus tachymetrischer Messung und Handaufma Dabei wurde mit dem Handaufma das gesamte E
101. ung von r umlichen Objektinformationen die Stereo photogrammetrie F r d e Entzerrung sollte der Kamerastandpunkt m glichst senkrecht zum Aufnahmeobjekt gew hlt werden und es muss mindestens eine Strecke am Objekt bestimmt werden Als Ergebnis werden Bildplane oder Punktkoordinaten erhalten F r die Bestimmung von r umlichen Objektinformationen ist die Aufnahme von min destens Standpunkten notwendig Mit bekannter innerer und u erer Orientierung k n nen dann aus den Bildern einzelne Punkte bestimmt werden und daraus die geometri schen Gr en berechnet werden Zur inneren Orientierung geh ren dabei die Kamera parameter wie Kamerakonstante Bildhauptpunkt und Bildverzeichnungen die durch eine Kalibrierung der Kamera erhalten werden Die u ere Orientierung wird durch die Bestimmung von Passpunkten n den Bildern realisiert 3 1 4 Terrestrisches Laserscanning Beim terrestrischen Laserscanning handelt es sich um ein automatisches ber hrungslo ses Vermessungsverfahren mit dem r umliche Objektinformationen gewonnen werden Dabei wird mittels Laserstrahl vom Scannerstandpunkt aus die sichtbare Oberfl che des Objektes fl chenhaft abgetastet Durch die Erfassung von horizontalen und vertikalen Richtungen sowie der Distanz werden die r umlichen Koordinaten der Punkte berech net Das Ergebnis des Scans ist eine Punktwolke mit Millionen von Punkten die den Objektraum 1 1 wiedergeben W hrend die Daten mit einem sehr hohen In
102. ungen zum Einsatz Vordergr ndig wurden s e auf hre Eignung zur Erledigung des Auftrages gepr ft Denn letztendlich s nd d e Ergebnisse f r den Auftraggeber Grundlage seiner Planungen f r die Sanierung und den Umbau Da sich diese Arbeit auf das ehemalige Polizeigeb ude konzentriert folgt der Vollstan digkeit halber an dieser Stelle eine Kurzbeschreibung des ehemaligen Stas Gef ngnis ses Die Haftanstalt wurde um die Jahrhundertwende erbaut und ist im Bereich des Erd und ersten Obergeschosses verklinkert Der obere Teil des Geb udes ist verputzt Die Fens ter ffnungen die in den Zellen aus Glasbausteinen bestehen sind alle von au en vergit tert Der Zugang erfolgt an der S dostseite ber eine Veranda und f hrt in einen l ngli chen Flur der auf den zweiten gerade zul uft Die Obergeschosse sind ber eine gerade Treppe mit viertelgewendeltem An und Austritt zu erreichen und das Dachgeschoss ber eine Winkeltreppe mit Podest Das Ministerium f r Staatssicherheit der DDR nutzte die Haftanstalt bis zum Umzug nach Neubrandenburg 1987 Danach wurde es m Erdgeschoss nur als Lager vom Amtsgericht benutzt und ansonsten gar nicht Nach jetzigem Stand soll das zweite Obergeschoss mit den Zellen und der Ausstattung erhalten bleiben und zu einer Begeg nungsst tte umgebaut werden 2 Vorstellung des Projektes Die ehemalige Pol zeiinspektion in der Tiergartenstra e 5 in Neustrelitz ist Eigentum des
103. wurden die Standpunkte diesmal mit einem geringeren Abstand direkt vor der Fassade gew hlt so dass der Scanner maximal 6 m von der Fassade entfernt war Durch diese Wahl der Standpunkte war eine Erfassung 5 Bestandsaufnahme mit dem FARO Photon 120 50 der Dachflache nicht mehr m glich Au erdem vergr erten sich aufgrund des Auf treffwinkels im oberen Bereich der Fassade die Messschatten so dass zum Beispiel das runde Fenster der Fassade nur zur H lfte erfasst wurde F r das Scannen der Fassaden wurde die Farboption eingesetzt womit eine Scandatei eine durchschnittliche Gr e von 700 MB besitzt Tabelle 5 1 Anzahl der Scans Datenmenge des Scanprojekts Beschreibung Anzahl der Scans Datenmenge er Scandateigr e Fassade Aufl sung 1 4 ca 2 3 GB 275 MB Aufl sung 1 2 ca 10 4 GB 700 MB Erdgeschoss mit Treppenhaus ca 2 1 GB 195 MB Obergeschoss mit Treppenhaus ca 5 7 GB 195 MB Dachgeschoss ca 3 7 GB 195 MB 85 ca 24 GB Gesamt 76 ca 22 GB Der komplette Innen und Au enbereich wurde innerhalb von 10 Arbeitstagen mit n sgesamt 76 Scans erfasst Tabelle 5 1 zeigt die Verteilung der Scans auf die einzelnen Etagen und den damit verbundenen Datenmengen Mit Auf und Abbau Scannen mit Farboption und bertragen der Datei wurde f r einen Standpunkt m Innenbereich mit einer Dauer von etwa 20 min gerechnet werden Pro vollen Arbeitstag wurden so etwa 13 Standpunkte geschafft und der Innenbereich
104. zeit ist W hrend die Messung von Gro projekten innerhalb von wenigen Tagen erfolgt kann die Bearbeitung mehrere Wochen in Anspruch nehmen Literaturverzeichnis 1 10 11 Beleites Johannes MfS Handbuch Teil III 9 Abteilung XIV Haftvollzug Berlin 2004 PDF FARO Technologies Inc FARO Laser Scanner Photon 120 Benutzerhandbuch 2009 PDF FARO Technologies Inc FARO Scene 4 6 Manuel 2009 PDF Joeckel Rainer Stober Manfred Huep Wolfgang Elektronische Entfernungs und Richtungsmessung und ihre Integration in aktuelle Positionierungsverfah ren 5 Auflage Heidelberg Wichmann 2008 ISBN 978 3 87907 443 3 Kahmen Heribert Angewandte Geod sie Vermessungskunde 20 Auflage Berlin de Gruyter 2006 ISBN 3 11 018464 8 Kubit PointCloud5 Millionen von Punkten in AutoCAD Handbuch Dresden 2009 Lupos3D LupoScan Benutzerhandbuch Programmhilfe Berlin 2010 M ser M ller Schlemmer Werner Handbuch Ingenieurgeod sie 3 Auflage Heidelberg Wichmann 2000 ISBN 3 87907 293 0 Stadtarchiv Neustrelitz Hduserkartei Neustrelitz Auszug Markt 1 17235 Neustrelitz Struve Bert Laser Grundlagen Komponenten Technik Berlin Verlag Technik 2001 ISBN 3 341 01259 1 Witte Bertold Schmidt Hubert Vermessungskunde und Grundlagen der Statistik f r das Bauwesen 6 Auflage Heidelberg Wichmann 2006 ISBN 3 87907 435 6 Internetadressen 12 http de wikipedia org 08 2010 13 http maps

Bestandserfassung eines denkmalgeschützten Gebäudekomplexes

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