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Oldenburger 3D Tage 2007
Nikolaus StudnickaPeter Rieger
Andreas Ullrich
RIEGL Laser Measurement Systems GmbHwww.riegl.com
“Mobile Laser Scanning” Anwendungen
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• Grundlagen• Mobile Laser Scanning am Auto (2D Scanner, Japan)• Mobile Laser Scanning am Auto (3D Scanner, Österreich)• Airborne Laser Scanning kombiniert mit
Terrestrischem Laser Scanning (Österreich)• Mobile Laser Scanning am Boot (2D Scanner, Frankreich)
Inhalt
“Mobile Laser Scanning” Anwendungen
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gostop-and-goAufnahmeart
typ 10cm (bis 2cm bei ICP auf Referenzmodelle)
typ 2cm (DGPS)typ 5mmRegistriergenauigkeit
500m – 1500mtyp. bis 200m1m – 1000mMessentfernung
online per INS/GPS Aufnahme der Trajektorie
• online per INS/GPS Aufnahme
• Sensoren wie z.B. Rad Sensor
Per Reflektoren oder Nutzdaten
Registrierung
Linien basierendLinien basierendBild basierendDatenformat
ALS“Airborne” Laser Scanning
MLSMobiles Laser Scanning
TLSTerrestrisches Laser
Scanning
Einteilung TLS / MLS / ALS
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• Aufnahme der Laser Daten inklusive Zeitstempel
• Aufnahme der Trajektorie(per INS/GPS)
Verbesserung der Registrierung durch Streifenausgleich:
1. Zur internen System-kalibrierung (6 Parameter)
2. Nutzdatenverbesserung (3 Translation- & 3 RotationsParameter je Flugsteifen)
3. Ausrichtung an stationär aufgenommenen Kontrollobjekte
• Aufnahme der Laser Daten inklusive Zeitstempel
• Aufnahme der Trajektorie (per INS/GPS)
• Verbesserung der Registrierung durch Ausgleichung an stationär aufgenommenen Referenzobjekten
• mit vielen Reflektoren (per Totalstation ect.)
• mit einem Reflektor (back sighting) & Eigenposition
• ohne Reflektoren per ICP (iterative closest point) Algorithmus ect.
Registrierung
ALS“Airborne” Laser Scanning
MLSMobiles Laser Scanning
TLSTerrestrisches Laser
Scanning
Registrierung TLS / MLS / ALS
Definition Trajektorie: Ort und Orientierung als Funktion der Zeit (zeitdiskret)
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MLS System Konfiguration
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MLS Workflow
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MLS Trajektorie - Definition
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MLS Beispieldaten
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Punktewolkendaten, aufgenommen von einem Helikopter
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MLS 2D Laser Scanner Q560 am Auto (Japan)
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Fallbeispiel MLS am Auto
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Team & System Konfiguration
GPS
Laser Scanner Q560IMU Applanix
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Trajektorie
Applanix View of Trajectory
RiSCAN PRO View of Trajectory
Main Street WestMain Street East
Street
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Moving Car Direction
xy
z
Trajektorie
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Transformation Matrix – IMU / Scanner Own Coordinate System
⎟⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛−
−
=
⎟⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
=
1000010000010.33010
1000zyzyxx
CTRA
TRATTT
TRA
SOCSIMU
x
y
z
xz
y
YimuZimu
Ximu
Xsc Ysc Zsc
delta Ximu
0.33m
TranslationRotation
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Trajectory of the Car
Trajektorie
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MLS Scan
Trajectory of the Car Main Street West&
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StreetTrajectory of the Car Main Street West& &
MLS Scan
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StreetTrajectory of the Car Main Street West
Main Street East
& & &
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“Full Waveform” Analyse
Erstes Ziel
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Letztes Ziel
“Full Waveform” Analyse
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Alle anderen Ziele
“Full Waveform” Analyse
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Erstes & Letztes Ziel
“Full Waveform” Analyse
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Alle Ziele
“Full Waveform” Analyse
![Page 25: “Mobile Laser Scanning” Anwendungenfgg-web.fgg.uni-lj.si/~/alisec/ISPRS_SS_2007/gradivo/ISPRS_SS2007/… · Oldenburger 3D Tage 2007 Nikolaus Studnicka Peter Rieger Andreas Ullrich](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060607/605dc8d96d47d5228b6551a7/html5/thumbnails/25.jpg)
“Full Waveform” Analyse
![Page 26: “Mobile Laser Scanning” Anwendungenfgg-web.fgg.uni-lj.si/~/alisec/ISPRS_SS_2007/gradivo/ISPRS_SS2007/… · Oldenburger 3D Tage 2007 Nikolaus Studnicka Peter Rieger Andreas Ullrich](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060607/605dc8d96d47d5228b6551a7/html5/thumbnails/26.jpg)
Maximale Reichweite zu Hochspannungleitungen (50kHz)
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MLS 3D Laser Scanner Z420 am Auto (Österreich)
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GPS
3D Laser Scanner Z420i
IMU ApplanixRad SensorMLS 3D Laser Scanner Z420 am Auto
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MLS 3D Laser Scanner Z420 am Auto
![Page 30: “Mobile Laser Scanning” Anwendungenfgg-web.fgg.uni-lj.si/~/alisec/ISPRS_SS_2007/gradivo/ISPRS_SS2007/… · Oldenburger 3D Tage 2007 Nikolaus Studnicka Peter Rieger Andreas Ullrich](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060607/605dc8d96d47d5228b6551a7/html5/thumbnails/30.jpg)
ALS 2D Laser Scanner Q560kombiniert mit TLS 3D Laser Scanner Z420 (Österreich)
![Page 31: “Mobile Laser Scanning” Anwendungenfgg-web.fgg.uni-lj.si/~/alisec/ISPRS_SS_2007/gradivo/ISPRS_SS2007/… · Oldenburger 3D Tage 2007 Nikolaus Studnicka Peter Rieger Andreas Ullrich](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060607/605dc8d96d47d5228b6551a7/html5/thumbnails/31.jpg)
Schlüsselfertiges System für ALS1-2 Laser ScannerINS/GPS SystemMittelformatkameraFlugzeug (DA42)
![Page 32: “Mobile Laser Scanning” Anwendungenfgg-web.fgg.uni-lj.si/~/alisec/ISPRS_SS_2007/gradivo/ISPRS_SS2007/… · Oldenburger 3D Tage 2007 Nikolaus Studnicka Peter Rieger Andreas Ullrich](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060607/605dc8d96d47d5228b6551a7/html5/thumbnails/32.jpg)
GPS NetworkGPS Network
Request for Airborne Laser Scanning Survey
Airborne Laser Scanning Data in WGS84
SoftwareHardware
Aircraft
Laser Scanner
INS / GPS Subsystems
Digital Camera (optional)
Data Storage
Operator’s Workstation
Flight Guidance
Survey Planning
System Control
Coverage Monitoring
Flight Guidance
Data Processing
Base Station NetworkBase Station Network
Data Processing EnvironmentData Processing Environment
ALSSALSS
TurnkeyTurnkey
SolutionSolution
+Training
+Support
ALS System Komponenten
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20 mmRanging accuracy
560 x 200 x 217 mm /20 kg
Size / weight
Laser class 1 / wavelength near infrared
Laser safety
GPS PPS & serial IFSynchronization
50 000 - 200 000 meas/ s (burst rate)up to 133 000 meas/ s (average)
Measurement rate
Up to 160 lines / secScan speed
45°(up to 60°)Scan range
down to 0.5 mmulti-target resolution
30 m - 1800 m at ρ = 80%30 m - 1200 m at ρ = 20%
Measurement range
Specifications RIEGL LMS-Q560
Maximum Measurement Range vsTarget Reflectivity and Measurement Rate
200 000 meas/s
Laser Scanner Spezifikation RIEGL LMS-Q560
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flight pathscan line
DSM 0.25 m
Darstellung der Echosignale pro Scanlinie
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ALS Fallbeispiel mit Full Waveform DSM
ALS Fallbeispiel aus dem Paper„Full-waveform airborne laser scanning
as a tool for archaeological reconnaissance“
In: Campana S., Forte M. (eds.), FRom Space to Place.Proceedings of the 2nd International Conference on
Remote Sensing in Archaeology.BAR International Series 1568, 2006, 99-106.
Autoren:Michael Doneus [[email protected]]
Christian Briese [ cb@[email protected]]
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ALS Fallbeispiel mit Full Waveform DSM
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ALS Fallbeispiel mit Full Waveform DSM
![Page 38: “Mobile Laser Scanning” Anwendungenfgg-web.fgg.uni-lj.si/~/alisec/ISPRS_SS_2007/gradivo/ISPRS_SS2007/… · Oldenburger 3D Tage 2007 Nikolaus Studnicka Peter Rieger Andreas Ullrich](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060607/605dc8d96d47d5228b6551a7/html5/thumbnails/38.jpg)
3D-Ansicht von runden Wällen- DSM
![Page 39: “Mobile Laser Scanning” Anwendungenfgg-web.fgg.uni-lj.si/~/alisec/ISPRS_SS_2007/gradivo/ISPRS_SS2007/… · Oldenburger 3D Tage 2007 Nikolaus Studnicka Peter Rieger Andreas Ullrich](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060607/605dc8d96d47d5228b6551a7/html5/thumbnails/39.jpg)
3D-Ansicht von runden Hügelgräber - ungefiltertes DTM
![Page 40: “Mobile Laser Scanning” Anwendungenfgg-web.fgg.uni-lj.si/~/alisec/ISPRS_SS_2007/gradivo/ISPRS_SS2007/… · Oldenburger 3D Tage 2007 Nikolaus Studnicka Peter Rieger Andreas Ullrich](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060607/605dc8d96d47d5228b6551a7/html5/thumbnails/40.jpg)
3D-Ansicht von runden Hügelgräber - gefiltertes DTM (Impulsbreite)
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3D Punktwolke nach Entfernung von Echo Signalenmit großer Impulsbreite in ein Luftbild eingeblendet
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Runde Hügelgräber - Querschnitt
![Page 43: “Mobile Laser Scanning” Anwendungenfgg-web.fgg.uni-lj.si/~/alisec/ISPRS_SS_2007/gradivo/ISPRS_SS2007/… · Oldenburger 3D Tage 2007 Nikolaus Studnicka Peter Rieger Andreas Ullrich](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060607/605dc8d96d47d5228b6551a7/html5/thumbnails/43.jpg)
Request for Airborne Laser Scanning Survey – surveying areaSurvey Planning – flight stripsSurvey Execution – actual flight linesSurvey Evaluation – point densitySurvey Evaluation – intensity of laser dataSurvey Evaluation – height color-coding (DSM)
Beispieldaten
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10 cm experimental data: less than 3 cm (1σ) with reference objects, after post-processing
geo-referenced accuracy
Turnkey Solution for Airborne Laser Scanning
> 8 hours of full waveform data recordingstorage capacity
2 cmranging accuracy
RIEGL LMS-Q560, full waveform capabilitieslaser scanner
certification category EASA part 23 (Europe), FAR23 (USA) , enables worldwide operation
approvals
7.2 meas / m²12 meas / m²@ 2 x 200 kHz PRR3.6 meas / m²6 meas / m²@ 2 x 100 kHz PRR1.8 meas / m²3 meas / m²@ 2 x 50 kHz PRR
AGL = 800 mAGL = 500 mspatial density, 40 m/s(2 laser scanner)
40 m/s - 80 m/sair speedDiamond DA42 MPPaircraft
Spezifikation des ALS Gesamtsystems
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ALS & TLS Gesamtsystem (11. & 15. 1. 2007)
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LOAG Flugplatz Krems Gneixendorf / Österreich
![Page 47: “Mobile Laser Scanning” Anwendungenfgg-web.fgg.uni-lj.si/~/alisec/ISPRS_SS_2007/gradivo/ISPRS_SS2007/… · Oldenburger 3D Tage 2007 Nikolaus Studnicka Peter Rieger Andreas Ullrich](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060607/605dc8d96d47d5228b6551a7/html5/thumbnails/47.jpg)
LOAG Flugplatz Krems Gneixendorf / Österreich
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„Plane Patches“ vor dem Streifenausgleich, Punktewoken
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„Plane Patches“ vor dem Streifenausgleich, schattierte Ansicht von oben
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Vor simultanem Streifenausgleich
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Nach simultanem Streifenausgleich und Einbaulage-Kalibrierung
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Nach simultanem Streifenausgleich und Einbaulage-Kalibrierung
![Page 53: “Mobile Laser Scanning” Anwendungenfgg-web.fgg.uni-lj.si/~/alisec/ISPRS_SS_2007/gradivo/ISPRS_SS2007/… · Oldenburger 3D Tage 2007 Nikolaus Studnicka Peter Rieger Andreas Ullrich](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060607/605dc8d96d47d5228b6551a7/html5/thumbnails/53.jpg)
TLS (Echtfarbe) kombiniert mit ALS (farbkodiert)
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3D CAD Modellierung mithilfe von 3D Monoplotting (Phidias)
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3D CAD Modell aus TLS und ALS Laser Scandaten
![Page 56: “Mobile Laser Scanning” Anwendungenfgg-web.fgg.uni-lj.si/~/alisec/ISPRS_SS_2007/gradivo/ISPRS_SS2007/… · Oldenburger 3D Tage 2007 Nikolaus Studnicka Peter Rieger Andreas Ullrich](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060607/605dc8d96d47d5228b6551a7/html5/thumbnails/56.jpg)
Beispiel TLS Scan – 3D Modell
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MLS 2D Laser Scanner Q240 am Boot (Frankreich)
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MLS am Meßschiff (Hafen von Marseille)
![Page 59: “Mobile Laser Scanning” Anwendungenfgg-web.fgg.uni-lj.si/~/alisec/ISPRS_SS_2007/gradivo/ISPRS_SS2007/… · Oldenburger 3D Tage 2007 Nikolaus Studnicka Peter Rieger Andreas Ullrich](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060607/605dc8d96d47d5228b6551a7/html5/thumbnails/59.jpg)
GPS
2D Laser Scanner Q240 IMU IXSEA
MLS am Meßschiff (Hafen von Marseille)
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Google Earth: Hafen von Marseille
![Page 61: “Mobile Laser Scanning” Anwendungenfgg-web.fgg.uni-lj.si/~/alisec/ISPRS_SS_2007/gradivo/ISPRS_SS2007/… · Oldenburger 3D Tage 2007 Nikolaus Studnicka Peter Rieger Andreas Ullrich](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060607/605dc8d96d47d5228b6551a7/html5/thumbnails/61.jpg)
RiSCAN PRO: Hafen von Marseille
![Page 62: “Mobile Laser Scanning” Anwendungenfgg-web.fgg.uni-lj.si/~/alisec/ISPRS_SS_2007/gradivo/ISPRS_SS2007/… · Oldenburger 3D Tage 2007 Nikolaus Studnicka Peter Rieger Andreas Ullrich](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060607/605dc8d96d47d5228b6551a7/html5/thumbnails/62.jpg)
MLS Meßdaten mit Trajektorie des Meßschiffes
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MLS Meßdaten mit Trajektorie des Meßschiffes
![Page 64: “Mobile Laser Scanning” Anwendungenfgg-web.fgg.uni-lj.si/~/alisec/ISPRS_SS_2007/gradivo/ISPRS_SS2007/… · Oldenburger 3D Tage 2007 Nikolaus Studnicka Peter Rieger Andreas Ullrich](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060607/605dc8d96d47d5228b6551a7/html5/thumbnails/64.jpg)
MLS Meßdaten
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Herzlichen Dank für die Kooperation und Zusammenarbeit anMilan Flug GmbH www.milan-flug.de (Frauenkirche)
Port of Marseille (Hafen von Marseille)