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Anwendung des Cygnus SLAM-Scanners bei der topografischen Vermessung von Städten

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Verwendet Cygnus SLAM-Laserscanner, was zu vollständigeren und detaillierteren 3D-Stadtinformationen führt.

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Projekt-Hintergrund

Für die topografische Kartierung von Städten in einigen Gebieten, in denen eine Fluggenehmigung nicht ohne weiteres erteilt werden kann, ist die mobile Vermessung am Boden aufgrund ihrer Flexibilität und der geringeren Einschränkungen eine ideale Lösung. Darüber hinaus ist die Verwendung von Fernerkundungstechnologien aus der Luft, wie z. B. Photogrammetrie und luftgestütztes LiDAR, für die topografische Kartierung von Städten nicht in der Lage, vollständige 3D-Informationen der Stadt zu erhalten, da aufgrund der Verdeckung von Bodenobjekten Datenlücken entstehen.

Im folgenden Fall verwenden wir die plattformübergreifende Anwendung von SLAM zur Erfassung von 3D-Informationen über städtische Viadukte und Räume unter Brücken, Straßen und Tunneln als Ergänzung zu ALS-Daten (Airborne Laser Scanning). Neben dem Handheld-Modus können SLAM-Laserscanner auch in Rucksäcken, auf Fahrzeugen und in der Luft eingesetzt werden.

Fallübersicht

Wir verfügen über die ursprünglichen ALS-Daten der Schnellstraße und der umliegenden Gebiete, aber es fehlen vollständige Informationen über Straßen, Brücken und Tunnel. Um die vollständigen Daten dieses Gebiets besser darstellen zu können, verwenden wir das mobile Laserscanning auf der Grundlage von SLAM, um detailliertere und vollständigere Punktwolkendaten zu erfassen. Die ursprünglichen ALS-Daten sind in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1 Die ursprünglichen ALS-Punktwolkendaten

Zunächst wurde der Brückenbereich vermessen und viele Vorbereitungen, wie z. B. das Experiment zur Vorerfassung der Punktwolkendaten, wurden durchgeführt. Entsprechend der Feldumgebung und der technischen Methodenvalidierung wurden für diese Punktwolkendatenerfassung zwei Scanning-Methoden ausgewählt, darunter die fahrzeuggestützte und die Rucksack-Scanningmethode, um hochpräzise Punktwolkendaten auf effizientere und flexiblere Weise zu erhalten. Für die Überführung und den Raum unter der Brücke verwenden wir die Rucksack-Laserscanning-Methode. Für die Erfassung von Straßen und Tunneln setzen wir den SLAM-Scanner auf das Fahrzeug, um zu scannen.

Mobiles Rucksack-Laserscanning-System

Im Außenbereich können die Benutzer ein mobiles Rucksack-Laserscanning-System mit RTK verwenden. Das mobile Rucksack-Laserscanning-System ist leicht und stabil und kann Punktwolkendaten in Bereichen erfassen, die für Menschen gesperrt sind. Durch die Umwandlung der RTK-Beobachtung und der SLAM-Trajektorie kann der Benutzer die Punktwolke mit absoluten Koordinaten erhalten. RTK-Beobachtungen können als Ground-Truth-Werte verwendet werden, um die absolute Genauigkeit von SLAM zu überprüfen. RTK-Beobachtungen können als globaler Beobachtungswert hinzugefügt werden (ähnlich wie bei einem Closed-Loop-Constraint), um den kumulativen SLAM-Fehler zu korrigieren. Das folgende Bild zeigt das mobile Cygnus-Rucksack-Scansystem mit RTK.

Abbildung 2: Mobiles Laserscanning-System mit Rucksack

Wir verwenden das mobile Cygnus-Rucksack-Lasersystem mit RTK, um den Brückenbereich zu erfassen. Abbildung 3 zeigt einen Überblick über die Punktwolkendaten des Rucksack-Scanningsystems und Abbildung 4 zeigt ein Detail des Raums unter der Brücke.

Integriertes SLAM-Scansystem

SLAM-Scanner können auch für Fahrzeuganwendungen genutzt werden. In Bezug auf Korridorszenen wie Straßen und Tunnel kann der SLAM-Scanner auf dem Auto montiert werden und sammelt dynamisch Daten während der Fahrt in eine Richtung oder in beide Richtungen entlang der Straße, was die Scanzeit anstelle eines Fußmarsches erheblich reduziert. Auch für den Messenden ist es relativ körperfreundlich. Der Bausatz für das Auto ist in Abbildung 5-a dargestellt, und die Übersicht über die Anwendung des SLAM-Scanners im Auto ist in Abbildung 5-b zu sehen.

Wir montieren Cygnus SLAM-Scanner auf dem Auto und beteiligen auch RTK. Um eine bessere Qualität der Ergebnisse zu erhalten, setzen wir mehrere Kontrollpunkte für den Fall, dass das GNSS-Signal ungesperrt ist. Darüber hinaus ist die Round-Trip-Scanning-Betrieb, um die Trajektorie close-loop Gewährleistung der zuverlässigeren Daten. Die Daten der Punktwolke des On-Board-Scannings sind in Abbildung 6-a dargestellt, und die Punktwolke des Tunneleingangs ist in Abbildung 6-b zu sehen.

Multi-Source-Punktwolken-Daten

Beide Arten von Daten werden automatisch mit einer Taste durch die Steuerung der SLAM Manager APP von Cygnus gelöst. Ohne zu viele manuelle Eingriffe kann dies in der Produktion viel Zeit und Arbeitskraft sparen. Die Fusion von Punktwolkendaten dient dazu, Fahrzeug-, Rucksack- und ursprüngliche Luftbilddaten in einem einheitlichen Koordinatensystem zu vereinheitlichen und im *.las-Punktwolkenformat zu exportieren. Die fusionierten Punktwolkendaten gewährleisten die Integrität der Brücke und ihrer Umgebung und vermeiden Datenlücken in größtmöglichem Umfang. Die gesamten Daten sind in Abbildung 7 dargestellt.

Schlussfolgerung

Wir nutzen die Vielseitigkeit des SLAM-Laserscanners, z. B. den Rucksack oder das Fahrzeug, um eine bessere Datenerfassung durchzuführen und die SLAM-Lösung mit anderen Fernerkundungstechnologien aus der Luft zu kombinieren, um vollständigere und detailliertere dreidimensionale Stadtinformationen zu erhalten.