Automatisierte Auswertung und Kalibrierung von scannenden Messsystemen mit tachymetrischem Messprinzip

摘要

Das Aufgaben- und Anwendungsspektrum der geodätischen Mess- und Auswertetechniken umfasst neben den Bereichen Liegenschaftsvermessung, Erdmessung, Photogrammetrie und Fernerkundung auch den Bereich der Ingenieurvermessung. Die Ingenieurvermessung setzt sich mit Fragestellungen auf den Gebieten der Aufnahme, Absteckung und Überwachung von Bauwerken und anderen Objekten auseinander. Zu den auf diesem Gebiet vorhandenen Kernkompetenzen gehören neben den Auswertetechniken auch der Einsatz und die Entwicklung moderner Messverfahren zur Datenerfassung. Die in den letzten Jahren verstärkt in die geodätische Praxis eingeführten scannenden Messsysteme mit polarem Messprinzip, unter die im weitläufigen Sinne alle tachymetrischen Messgeräte, Laserradar und terrestrische Laserscanner fallen, eignen sich im Gegensatz zu herkömmlichen Aufnahmetechniken für eine sehr schnelle Vermessung von einzelnen Objekten, Strukturen und ganzen Bauwerken. Bei der mitunter nur wenige Minuten andauernden Datenerfassung müssen die aufzunehmenden Objekte, wie bei den photogrammetrischen Aufnahmetechniken, nicht zugänglich sein. Die scannenden Instrumente sind jedoch in der Lage, Datenerfassungsraten von > 1000 diskreten Punkten pro Sekunde zu gewährleisten. Neben der Einführung in die Technologie scannender polarer Messsysteme beschäftigt sich die Arbeit mit der Entwicklung geeigneter Algorithmen zur Beschleunigung des Mess- und Auswerteprozesses. Dabei werden spezielle Aspekte in den Teilbereichen der strukturierten Geometriedatenerfassung und der Verknüpfungsproblematik einzelner Instrumentenstandpunkte im Kontext der Kalibrierung scannender polarer Messsysteme mit tachymetrischem Messprinzip behandelt. Als ein zeitraubender Faktor bei der Auswertung von Daten scannender Messsysteme sind die Standpunktverknüpfungen anzusehen, die zur Vereinheitlichung der Messdaten verschiedener Instrumentenstandpunkte in einem übergeordneten System herangezogen werden. Bei Nutzung des in dieser Arbeit beschriebenen Verfahrens lässt sich eine Reduktion der benötigten Auswertezeit erreichen. Durch eine automatisierte Extraktion von Ebenen aus den Punktwolken und einer nachfolgenden Zuordnung der Identitäten durch ein automatisches Verfahren unter Nutzung von projektiven Transformationen können die so bereitgestellten Ebenen zur standpunktweisen verketteten Systemtransformation von verschiedenen Instrumentenstandpunkten herangezogen werden. Eine zusätzliche Markierung und nachfolgende Vermessung von Passpunkten kann somit entfallen. Die Entwicklung eines geeigneten Kalibrierverfahrens für scannende polare Messsysteme mit tachymetrischem Messprinzip ist ein zweiter zentraler Punkt dieser Arbeit. Der Bestimmung von systematischen Abweichungen und von Genauigkeitsangaben für die verschiedenen integrierten Sensoren ist ein Hauptaugenmerk dieser Arbeit gewidmet. Dabei wird durch Erweiterung bestehender Kalibrierverfahren der Weg zu einer Systemkalibrierung eingeschlagen. Aufbauend auf die Algorithmen der Standpunktverknüpfung wird ein Kalibrierverfahren vorgestellt, welches identische Ebenen nutzt und unter Zuhilfenahme der Algorithmen der Ausgleichungsrechnung Kalibrierparameter und Abschätzungen zur Genauigkeit der verwendeten Messinstrumente liefert. Die Leistungsfähigkeit und die Grenzen des Kalibrieransatzes werden anhand von Messwerten zweier verschiedener Laserscanner untersucht und abschließend bewertet.