Fusion divergenter 3D-Messdaten

Zusammenführung und „smarte“ Ableitung relevanter Geodaten für die Praxis.

In vielen Bereichen der Vermessung, die bisher von der diskreten Einzelpunkt-aufnahme geprägt waren, geht der Trend immer mehr in Richtung Erfassung von Massendaten. Neben der Integration immer besserer Scanfunktionen in die klassischen Vermessungsinstrumente haben vor allem günstige und dabei extrem leistungsfähige Digitalkameras (oft in Verbindung mit UAVs/Drohnen) die Tür zur Erfassung von Massendaten für jedermann geöffnet.
So schnell und einfach auch die Aufnahme im Feld erscheinen mag, bis zum Endprodukt für den Auftraggeber ist der Weg oft noch ein langer. rmDATA hat sich zum Ziel gesetzt, genau diesen Weg zu vereinfachen. Die Bedürfnisse des Geo-däten im täglichen Vermessungsgeschäft stehen dabei im Mittelpunkt, anders als es bei vielen derzeit verfügbaren Auswertetools der Fall ist.

Vom Spezialthema ins Tagesgeschäft

Die Erfassung massenhafter 3D-Daten mit Laserscanning und Photogrammetrie galt lange Zeit als Spezialthema, das im täglichen Vermessungsgeschäft keinen Platz fand. Sehr teure Hardware, die zusätzlich zu den klassischen Vermessungsinstrumenten angeschafft werden musste, und komplexe Auswertesysteme galten als Haupthindernis für den täglichen Einsatz. Seit einigen Jahren wachsen die Aufnahmesysteme jedoch immer enger zusammen und praktisch alle Messgerätehersteller bieten mittlerweile eine Lösung an, die Tachymetrie, Scanning und Bilddatenerfassung in einem Instrument verschmelzen lässt. Natürlich erreichen die integrierten Lösungen nicht die Leis-tung von Spezialscannern und man ist bei der Bildaufnahme an die Standpunkte ge-bunden. Für viele Anwendungen reicht dies aber völlig aus. Zusätzlich finden UAV-Systeme mit montierten Kameras immer mehr Verbreitung in den Vermessungsbüros und werden für verschiedene Anwendungen ergänzend oder als Ersatz für klassisches Vermessungsinstrumentarium eingesetzt. Als typisches Beispiel sei hier die regelmäßige Vermessung von Deponien oder Schottergruben genannt.

Bild oben: In 3DWorx Designer verschmelzen Daten aus Tachymetrie, Scanning und Bilddatenerfassung zu einem geodätisch exakten Endprodukt. Automatisch abgeleitete Linien für einen horizontalen Gebäudeschnitt sind nur ein Beispiel, wie die Software den Anwender unterstützt.


Divergente Daten zusammenführen

In verhältnismäßig kurzer Zeit wird mit diesen Methoden eine große Menge an Messdaten gewonnen, je nach Sensor und Messmethode mehr oder weniger divergent. Für den Bearbeiter im Büro beginnt nun die Herausforderung, diese Daten zu einem homogenen Gesamtmodell zusammenzuführen. Zu beachten ist dabei, dass sich die Daten sowohl in unterschiedlichen lokalen oder globalen Koordinatensystemen befinden können als auch häufig hinsichtlich Genauigkeiten divergieren. Für die Auswertung gibt es mehrere, teils sehr ausgereifte Tools bzw. Software-Produkte. Die wenigsten dieser Werkzeuge können jedoch Photogrammetrie-, Scan-, Tachymetrie- und GNSS-Daten sinnvoll gemeinsam auswerten, sondern sind auf eine Messdatenart spezialisiert. Oft werden dabei Genauigkeitsbetrachtungen vernachlässigt bzw. für geodätische Bedürfnisse nicht in ausreichender Form dokumentiert. Tachymetrie- und GNSS-Daten werden, nachdem sie als Passpunkte für die Registrierung der Photogrammetrie- und Scan-Daten verwendet wurden, nicht mehr beachtet. Ebenso werden Photogrammetriedaten „nur“ in Punktwolken umgewandelt, damit sie mit Scandaten zusammengeführt werden können. Wichtige Informationen in den Bildern gehen dabei für die nachfolgende Auswertung verloren.

Von Messdaten zum Endprodukt

In den wenigstens Fällen ist es mit der Zusammenführung von Punktwolken in ein gemeinsames Koordinatensystem getan. Es sollen zum einen 2,5D-Pläne, Schnitte oder Profile vom zu vermessenden Gebiet oder Objekt erzeugt und zum anderen immer häufiger 3D-Geometrien wie Flächen, Punkte und Kanten abgeleitet werden. Diese Daten können dann über standardisierte Formate direkt für CAD und BIM verwendet werden. Die Ableitung dieser Daten aus der Punktwolke bedeutet je nach Software und Datenbestand mehr oder weniger Aufwand.

 

Auch wenn ein Teil dieser Anforderungen bereits mit dem Virtuellen Vermesser, als Fachschale für rmDATA GeoMapper, und mit rmDATA GeoModeller abgedeckt ist, arbeitet rmDATA derzeit gemeinsam mit VRVis (Zentrum für Virtual Reality und Visualisierung) an einer Software-Lösung, die sämtliche Kategorien von Messdaten mit all ihren speziellen Eigenschaften zu einem homogenen Modell vereint.

Bild oben: Segmentierungsalgorithmen in 3DWorx Designer bilden die Basis für eine Bestimmung von Solids, Flächen, Kanten und kombinierten geometrischen Primitiven.


KISS – „Keep it Simple and Smart“

3DWorx Designer ist sowohl für Profianwender als auch für einen Benutzerkreis, der nicht täglich damit arbeitet, gedacht. Der Zugang zu den Funktionen erfolgt für den Anwender dabei über thematisch gruppierte Arbeitsschritte, durch die er von der Datenwahl bis zum Endprodukt geführt wird. Diese Workflows können dabei jederzeit unterbrochen und zu einem späteren Zeitpunkt fortgesetzt werden. Komplexe Algorithmen und Auswertungen sind so für den Benutzer verständlich aufbereitet und zugänglich.

 

Wesentliche Punkte neben einem hohen Automatisierungsgrad, sowohl bei der Scan-Daten-Registrierung als auch bei der Berechnung der photogrammetrischen Netzwerke, sind die durchgängige Betrachtung von Genauigkeitsaspekten und die interaktive Auflösung von Problem-situationen. Ziel ist es, den Benutzer durch den gesamten Prozess der Auswertung zu führen und speziell dann, wenn Automatismen scheitern oder vorgegebene Genauigkeiten nicht erreicht werden können, entsprechende Hilfestellung zu geben.

 

Bei der Ableitung der relevanten Geometrien bilden automatische Segmentierungsalgorithmen (Bild oben) die Basis für eine Bestimmung von Solids, Flächen, Kanten und kombinierten geometrischen Primitiven. Dabei werden die Vorteile der Ausgangsdaten optimal genutzt. So sind zum Beispiel Kanten in Bildern besser zu erkennen, egal ob manuell oder automatisiert, während Flächen aus Punktwolken bestens abgeleitet werden können. Bilder bieten in Kombination mit Punktwolken einen optimalen und auch für weniger erfahrene Anwender einfach zu erfassenden Kontext zwischen Modellierung und realer Welt. Auch hier hat sich rmDATA zum Ziel gesetzt, einen möglichst hohen Automatisierungsgrad zu erreichen, den Benutzer jedoch auch bei manuellen und semiautomatischen Prozessen optimale Unterstützung für einen effizienten Arbeitsablauf zu geben. Für die Weitergabe der so gewonnenen Daten stehen künftig Formate wie IFC für die BIM-Welt und natürlich viele CAD-Standardformate wie DXF, DWG usw. zur Verfügung.

Work in Progress

Aktuell arbeitet bei rmDATA ein internes Startup-Team an der Umsetzung. Neben Import- und Bereinigungsfunktionen für Punktwolken stehen bereits erste Workflows zur Generierung von Bauwerksschnitten und Fassadenplänen für Gebäude zur Verfügung. Neue Funktionen werden regelmäßig mit Pilotkunden abgestimmt, um schon während der Entwicklung möglichst nah an der praktischen Anwendung zu sein.
Haben wir Ihr Interesse geweckt? Dann besuchen Sie uns auf einer unserer Veranstaltungen in Österreich und der Schweiz, wo 3DWorx Designer präsentiert wird.

Christian Punz,
Produktmanager, rmDATA Vermessung

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