Terrestrisk laserscanning i praksis - AAKJAER Landinspektører
Terrestrisk laserscanning i praksis - AAKJAER Landinspektører
Terrestrisk laserscanning i praksis - AAKJAER Landinspektører
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Titel:<br />
Tema:<br />
<strong>Terrestrisk</strong> <strong>laserscanning</strong> i <strong>praksis</strong><br />
Faglig og professionel udvikling<br />
Projektperiode:<br />
1. september 2010 - 10. januar 2011<br />
Projektgruppe:<br />
l9ms2010-prak-02<br />
Deltager:<br />
Martin Hedegaard<br />
Vejleder:<br />
Carsten Bech<br />
Oplagstal: 3<br />
Sideantal: 90<br />
Bilagsantal: 8<br />
Afsluttet: 10. januar 2011<br />
Jesus<br />
Synopsis:<br />
Dette projekt omhandler under-<br />
søgelse af den fremtidige brug af<br />
terrestrisk <strong>laserscanning</strong> i en privat<br />
praktiserende landinspektørvirksom-<br />
hed.<br />
Med laserscanneren Leica Scan-<br />
Station C10 foretages indvendig<br />
scanning af en ældre industribyg-<br />
ning, som tidligere er blevet opmålt<br />
med totalstation. Scanningsdataene<br />
sammenknyttes og editeres, således<br />
der kan udarbejdes en 3D-model.<br />
Modellen og en TruView-løsning sam-<br />
menlignes med den udførte opmåling<br />
med TPS.<br />
Desuden foretages nøjagtigheds-<br />
beregning af den anvendte scanners<br />
evne til at scanne overflader. Slutte-<br />
ligt gives en samlet vurdering af, om<br />
tiden er moden for investering i en<br />
terrestrisk laserscanner.<br />
Projektrapporten indeholder des-<br />
uden en beskrivelse af en udført<br />
<strong>laserscanning</strong> af kunstværket Boy på<br />
ARoS kunstmuseum.<br />
Institut for Samfundsudvikling<br />
og Planlægning<br />
Landinspektøruddannelsen<br />
Measurement Science<br />
Fibigerstræde 11, 9220 Aalborg Ø<br />
Telefon 9940 8341<br />
www.lsn.aau.dk<br />
Rapportens indhold er frit tilgængeligt, men offentliggørelse (med kildeangivelse)<br />
må kun ske efter aftale med forfatterne.<br />
.<br />
I
Forord<br />
Denne projektrapport er udarbejdet af Martin Hedegaard på landinspek-<br />
tørstudiets 9. semester på overbygningen Measurement Science. Projektet<br />
er udarbejdet i perioden 1. september 2010 til 10. januar 2011 i forbin-<br />
delse med et virksomhedsophold hos <strong>AAKJAER</strong> <strong>Landinspektører</strong> i Aarhus.<br />
Der rettes en stor tak til <strong>AAKJAER</strong> <strong>Landinspektører</strong> i Aarhus for at have<br />
indvilliget i at have undertegnede i praktik i tre måneder. Desuden rettes<br />
en tak til firmaets kontaktperson, Peter Jensen, for hjælp og vejledning i<br />
løbet af virksomhedsopholdet.<br />
I forbindelse med projketet havde Leica Geosystems venligst udlånt de-<br />
res Leica ScanStation C10. Desuden har Rikke Pedersen fra Leica Geo-<br />
systems været meget behjælpelig i forbindelse med afklarende spørgsmål<br />
og forlængelse af licenser til software. Både Leica Geosystems og Rikke<br />
Pedersen tildeles en stor tak for deres samarbejdsvillighed.<br />
En tak rettes også til Anne-Sofie Ladegaard fra arkitektfirmaet Birch &<br />
Svenning A/S for at have vurderet anvendeligheden af dataene, som pro-<br />
jektet har affødt. Slutteligt rettes også en tak til lektor Peter Cederholm<br />
og stud. geom Nour Hawa fra Aalborg Universitet for udlån af diverse<br />
MatLAB-scripts.<br />
Til angivelse af litteratur anvendes Harvard-metoden. I teksten forefindes<br />
henvisninger til litteratur således: [Forfatters efternavn, udgivelsesår, evt.<br />
sidetal]. Er litteraturhenvisningen at finde før et punktum, omfatter den<br />
blot indestående sætning. Står litteraturhenvisningen efter et punktum<br />
og afsnit, omfatter henvisningen hele afsnittet. Af litteraturlisten fremgår<br />
oplysninger om den anvendte litteratur.<br />
III
Henvisninger i rapporten mellem kapitler, afsnit, billeder, tabeller og form-<br />
ler gøres med angivelse af nummer, evt. overskrift og sidetal. Hvis ikke<br />
andet er angivet, er billeder og figurer udarbejdet af undertegnede.<br />
I forbindelse med projektarbejdet er anvendt følgende programmer:<br />
• Cyclone 7.1<br />
• GeoCAD<br />
• MatLAB R2010b<br />
• Geomagic Studio 12<br />
• MeshLAB v1.3.0b<br />
På den vedlagte CD forefindes bl.a. CAD-filer og anvendte MatLAB-scripts.<br />
Før CD’ens indhold tages i brug, anbefales det at læse filen readme.txt. Se<br />
Bilag H - Oversigt over CD-indhold for indholdsfortegnelse over CD’ens ind-<br />
hold.<br />
Stud. geom. Martin Hedegaard, Aalborg Universitet, januar 2011<br />
IV
1 Indledning 1<br />
1.1 Metodebeskrivelse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2<br />
2 Problemanalyse 5<br />
2.1 Laserscanning i <strong>praksis</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5<br />
2.2 Anvendelse af <strong>laserscanning</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7<br />
2.3 Laserscanningsprodukter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15<br />
2.4 Teori om terrestrisk <strong>laserscanning</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . 18<br />
3 Problemformulering 27<br />
3.1 Afgrænsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27<br />
4 Valg af opgave og scanner 29<br />
4.1 Valg af opgave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29<br />
4.2 Valg af laserscanner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33<br />
5 Planlægning af scanning 37<br />
5.1 Georeferering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37<br />
5.2 Placering af scanner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39<br />
5.3 Opløsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40<br />
5.4 Udførelse af scanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40<br />
6 Behandling af data 43<br />
6.1 Ud- og indlæsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43<br />
6.2 Sammenknytning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45<br />
6.3 Editering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47<br />
6.4 Modellering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49<br />
V<br />
V
7 Vurdering af scanningsdata 51<br />
7.1 Vurdering af 3D-model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52<br />
7.2 Vurdering af observationer i TruView . . . . . . . . . . . . . . . 60<br />
8 Fremvisning af data 69<br />
8.1 Vurdering af produkter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69<br />
9 Test af fladenøjagtighed 73<br />
10 Diskussion 79<br />
10.1 Nøjagtighed af laserscaningsdata . . . . . . . . . . . . . . . . . 79<br />
10.2 Økonomisk betragtning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80<br />
10.3 Markedet for brug af <strong>laserscanning</strong>sdata . . . . . . . . . . . . . 81<br />
10.4 Er tiden moden? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82<br />
11 Konklusion 83<br />
12 Perspektivering 87<br />
12.1 Mobile mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87<br />
Litteraturliste 89<br />
Bilag 91<br />
VI
1<br />
Indledning<br />
I et årti har det nu lydt fra sælgere og andre fagfolk, at fremtiden indenfor<br />
opmåling er at finde i <strong>laserscanning</strong>, og at en hver opmålingsvirksomhed<br />
med respekt for sit omdømme har en terrestrisk laserscanner stående<br />
i instrumentsamlingen. Trods disse opråb har terrestrisk <strong>laserscanning</strong><br />
endnu ikke fået sit helt store gennembrud til indsamling af geografiske<br />
data herhjemme imodsætning til andre lande, hvor <strong>laserscanning</strong> er langt<br />
mere anvendt.<br />
Overordnet set kan <strong>laserscanning</strong> opdeles i to grupperinger.<br />
• Luftbåren <strong>laserscanning</strong><br />
• <strong>Terrestrisk</strong> <strong>laserscanning</strong><br />
Ved luftbåren <strong>laserscanning</strong> foregår datafangsten vha. af en scanner pla-<br />
ceret i et fly eller helikopter. Denne opmålingsmetode anvendes ofte, hvis<br />
der ønskes højdeinformation for større områder. Danmarks Højdemodel<br />
(DHM) er udarbejdet på baggrund af data hentet vha. luftbåren laser-<br />
scanning. Brugen af data fra <strong>laserscanning</strong> foretaget fra luften har vundet<br />
indpas hos mange geodatabrugere bl.a. som følge af Kort- og Matrikelsty-<br />
relsens ønske om en ny og forbedret højdemodel. Der er dog kun ganske<br />
få virksomheder herhjemme, som foretager luftbåren <strong>laserscanning</strong>.<br />
<strong>Terrestrisk</strong> <strong>laserscanning</strong> foregår derimod, som navnet antyder (terra =<br />
land eller jord), fra jordoverfladen enten fra en fast position eller fra et<br />
køretøj i bevægelse (Mobile scanning). Denne type <strong>laserscanning</strong> kan an-<br />
vendes, hvis der ønskes 3D-data for store og komplicerede konstruktioner.<br />
1
1. Indledning<br />
De senere år er teknikken af terrestriske laserscannere blevet forbedret og<br />
finpudset, hvorfor det i dag er muligt at foretage en komplet scanning af<br />
et helt rum på ganske få minutter. Samtidigt har udviklingen indenfor<br />
terrestriske laserscannere medført lavere investeringsomkostninger, samt<br />
betjeningen af scannerne er blevet et enmandsjob. Instrumenterne er me-<br />
re kompakte med indbygget batteri, og det er ikke længere nødvendigt at<br />
tilslutte en computer til at lagre scanningsdataene. Dog er det fortsat nød-<br />
vendigt med en PC til modellering. Den hurtige udvikling kan betyde, at<br />
det indenfor en nær fremtid kan være interessant for en traditionel land-<br />
inspektørvirksomhed at investere i terrestriske laserscannere.<br />
Der opstilles nu følgende initierende problemstilling:<br />
En landinspektørvirksomhed overvejer at investere i en terrestrisk<br />
laserscanner. Er tiden kommet til at investere i en sådan scanner?<br />
Dette projekt tager udgangspunkt i terrestrisk <strong>laserscanning</strong>, da det anta-<br />
ges, at luftbåren <strong>laserscanning</strong> ikke umiddelbart er et marked som privat<br />
praktiserende landinspektører kan byde ind på.<br />
1.1 Metodebeskrivelse<br />
Dette afsnit har til formål at redegøre for den metodiske opbygning af det-<br />
te projekt, som ligeledes fremgår af figur 1.1 på modstående side.<br />
Den af indledningen udledte initierende problemstilling analyseres yderli-<br />
gere i problemanalysen. Dette gøres ved at undersøge brugen af terrestri-<br />
ske <strong>laserscanning</strong> i danske opmålingsvirksomheder, samt redegøre for,<br />
hvad terrestrisk <strong>laserscanning</strong> tidligere har været anvendt til. Desuden<br />
redegøres for den terrestriske laserscanners virkemåde.<br />
Problemformuleringen opsamler evt. nye og uafklarede problemstilling-<br />
er fra problemanalysen, og der formuleres en hovedproblemstilling, som<br />
besvares ved at besvare mindre delproblemstillinger.<br />
2
1.1 Metodebeskrivelse<br />
Teori: Projektforløb: Emperi:<br />
<strong>Terrestrisk</strong><br />
<strong>laserscanning</strong><br />
<strong>Terrestrisk</strong><br />
<strong>laserscanning</strong><br />
Sammenknytning,udtynding<br />
og modellering <br />
Skæringspræcision<br />
og relativnøjagtighed<br />
Nøjagtighed af<br />
normalvektor<br />
Indledende problemstilling<br />
Problemanalyse<br />
Problemformulering<br />
Valg af opgave og scanner<br />
Planlægning af scanning<br />
Behandling af data<br />
Vurdering og fremvisning af<br />
data<br />
Test af fladenøjagtighed<br />
Diskussion<br />
Konklusion<br />
Figur 1.1: Metodediagram for projektforløbet<br />
Erfaringer fra<br />
andre virksomheder <br />
Specifikationer<br />
for scannere<br />
Forhold på<br />
lokaliteten<br />
I programmet<br />
Cyclone 7.1<br />
TPS opmåling,<br />
Bygningskonstruktør<br />
Scanning<br />
af mødelokale<br />
Økonomi, egne<br />
resultater<br />
Der planlægges og udføres terrestrisk <strong>laserscanning</strong> af en aktuel og rele-<br />
vant opgave. Dataene fra denne scanning behandles og vurderes i forhold<br />
til en opmåling udført med totalstation (TPS). Desuden vurderes resulta-<br />
terne af en person fra ingeniørbranchen. Siddeløbende foretages test af<br />
scannerens nøjagtighed ved scanning af flader. Slutteligt diskuteres re-<br />
sultaterne for løsningen af delproblemstillingerne.<br />
På baggrund af dette vil det være muligt at besvare problemformulerin-<br />
gens hovedproblemstilling i konklusionen.<br />
3
1. Indledning<br />
4
2<br />
Problemanalyse<br />
Formålet med denne problemanalyse er at afdække, hvorvidt der af den<br />
indledende problemstilling kan udledes yderligere problemstillinger, som<br />
skal behandles i dette projekt. Ligeledes om postulerede problemstillinger<br />
reelt kan betragtes som problematiske.<br />
Først undersøges, hvor udbredt brugen af terrestriske laserscannere er<br />
hos de danske opmålingsvirksomheder. Efterfølgende belyses i hvilke sam-<br />
menhænge terrestriske laserscannere kan anvendes, samt hvorledes scan-<br />
ningsdata kan præsenteres. Slutteligt redegøres for den terrestriske laser-<br />
scanners virkemåde.<br />
2.1 Laserscanning i <strong>praksis</strong><br />
Dette afsnit har til formål at klarlægge, hvilke danske firmaer der på nu-<br />
værende tidspunkt udfører terrestrisk <strong>laserscanning</strong>, samt at få klarhed<br />
over, hvorvidt dette har været en rentabel investering for de pågældende<br />
virksomheder.<br />
Af tabel 2.1 på næste side fremgår de privat praktiserende landinspek-<br />
tørvirksomheder og rådgivende ingeniørfirmaer, der udfører terrestrisk la-<br />
serscanning. Ligeledes fremgår, hvilke laserscannere de forskellige firma-<br />
er er i besiddelse af eller har adgang til, samt typen for de pågældende<br />
laserscannere.<br />
5
2. Problemanalyse<br />
Virksomhed Laserscanner Type<br />
Landmålergården I/S Lejer laserscanner ?<br />
Nellemann og Bjørnkjær I/S Leica HDS2500 Puls<br />
Leica HDS3000 Puls<br />
Tvilum Landinspektørfirma A/S Leica HDS3000 Puls<br />
LE34 A/S (3D-SKAN.dk) Callidus-3D-scanner Puls<br />
Rambøll Ex-proof Laser Scanner Z+F 5006EX Fase<br />
Non Ex-proof Laser Scanner Z+F 5006i Fase<br />
To Trimble laserscannere ?<br />
Cowi Leica HDS4500 Puls<br />
Tabel 2.1: Virksomheder, der foretager terrestrisk <strong>laserscanning</strong><br />
Der tages forbehold for, at der kan være øvrige virksomheder, som ligele-<br />
des foretager terrestrisk <strong>laserscanning</strong>. Nævnte virksomheder var de, som<br />
umiddelbart var at finde som aktører på markedet. Det fremgår, at Ram-<br />
bøll som de eneste anvender fasebaserede laserscanner, mens de øvrige<br />
virksomheder anvender puls-baserede.<br />
Med en rundspørge blandt de nævnte virksomheder er det forsøgt at af-<br />
dække, i hvilken grad disse virksomheder anvender deres <strong>laserscanning</strong>s-<br />
udstyr. Ikke alle virksomheder har ønsket at besvare de udsendte spørgs-<br />
mål, grundet konkurrence på markedet.<br />
Rambøll er i besiddelse af flere laserscannere, som de primært anven-<br />
der i olie- og gasindustrien. Dog har de udført opgaver i forbindelse med<br />
større projekter såsom ved broarbejder og større byggerier. Scannerne har<br />
afløst en del arbejde med TPS ved situationsplaner, hvor der er krav om en<br />
høj detaljeringsgrad. Rambøll er i besiddelse af flere laserscannere, og der<br />
overvejes investering i flere. Landinspektør Niels Koefoed, Rambøll, for-<br />
talte i en telefonsamtale, at de har gjort erfaringer i forhold til, at mange<br />
arkitekter og ingeniører endnu ikke er parate til at anvende laserscan-<br />
ningsdata.<br />
Hos landinspektørfirmaet LE34 har brugen af <strong>laserscanning</strong> været be-<br />
grænset indenfor de traditionelle markeder, men dog mere brugt inden for<br />
offshore og maskinindustrien. Anders Nygaard Møller, ansvarlig for laser-<br />
scanning i LE34, påpeger, at der kræves et særligt kundegrundlag for, at<br />
6
en investering i en laserscanner bliver rentabel.<br />
2.2 Anvendelse af <strong>laserscanning</strong><br />
Tvilum Landinspektørfirma har bl.a. anvendt <strong>laserscanning</strong> til opmåling<br />
af bygningsfacader, ligeledes indvendig opmåling af bygninger, registre-<br />
ring af kabel- og rørføring samt nivellement af gulve. I tilfælde, hvor der<br />
ønskes stor detaljeringsgrad, har <strong>laserscanning</strong> i store træk afløst den tra-<br />
ditionelle brug af TPS. Jesper Holm, landinspektør hos Tvilum, forklarer,<br />
at brugen af <strong>laserscanning</strong> indtil videre ikke har været rentabel, dels pga.<br />
tidsforbruget ved den efterfølgende behandling af scanningsdata. Andre<br />
faktorer som manglende opsøgning af mulige markeder og for tidlige in-<br />
vestering i <strong>laserscanning</strong>sudstyr har heller ikke bidraget til en forbedring<br />
af det økonomisk aspekt. Det er ligeledes forsøgt at få ingeniører og ar-<br />
kitekter til at anvende <strong>laserscanning</strong>sdataene ved brug af moduler til fx<br />
AutoCAD, dog uden det store held.<br />
Rambølls udbredte brug af <strong>laserscanning</strong> kan formentligt ikke begrun-<br />
des med, at de er de eneste, der anvender fasebaserede laserscannere.<br />
Det skyldes nok nærmere de mange opgaver, som affødes af at have virk-<br />
somheder indenfor olie- og gasindustrien som kundegrundlag.<br />
Ud fra svarene fra disse virksomheder kan det udledes, at før en landin-<br />
spektørvirksomhed foretager investering i laserscannerudstyr og -software,<br />
er det nødvendigt, at virksomhedens kundegrundlag har interesse i det<br />
produkt, som en <strong>laserscanning</strong> kan resultere i. Kundens interesse kan<br />
formentligt først vækkes i det tilfælde, hvor landinspektørvirksomheden<br />
kan præsentere <strong>laserscanning</strong>sdata af nogle for kunden relevante og lig-<br />
nende projekter. I næste afsnit behandles, hvilke anvendelsesmuligheder<br />
en laserscanner har.<br />
2.2 Anvendelse af <strong>laserscanning</strong><br />
Dette afsnit har til formål at give et hurtigt overblik over, i hvilke sammen-<br />
hænge terrestrisk <strong>laserscanning</strong> kan anvendes.<br />
Af figur 2.1 på den følgende side fremgår indenfor, hvilke felter terrestrisk<br />
<strong>laserscanning</strong> kan være anvendeligt. Markedet for den traditionelle opmå-<br />
lingsvirksomhed vil formentligt hovedsageligt være lokaliseret i grupperin-<br />
gen ”Statisk” og undergruppering ”Mellem afstande”, da laserscannerne,<br />
7
2. Problemanalyse<br />
der oftest investeres i i denne branche, primært er anvendelig ved disse<br />
afstande.<br />
Veje/Jernbane<br />
Mobil kortlægning<br />
<strong>Terrestrisk</strong> <strong>laserscanning</strong><br />
Dynamisk Statisk<br />
Lange afstande<br />
150-1000 m<br />
Monitering<br />
Bymodellering<br />
Miner<br />
Mellem afstande<br />
1-150 m<br />
Anlægsbyggeri<br />
Ingeniørvidenskab<br />
Industrien<br />
Geologi<br />
Arkitektur<br />
Kulturarv<br />
Figur 2.1: Opdeling af mulige markeder for anvendelse af<br />
terrestrisk <strong>laserscanning</strong> [Quintero et al., 2008]<br />
Korte afstande<br />
0,5-2 m<br />
Reverse Engineering<br />
Kropsscanning<br />
Medicin<br />
Politi<br />
I det følgende gives eksempler på konkrete anvendelser af terrestrisk la-<br />
serscanning.<br />
2.2.1 Situationsplaner<br />
<strong>Terrestrisk</strong> <strong>laserscanning</strong> kan bl.a. anvendes til situationsplaner, hvor der<br />
kræves en høj detaljeringsgrad, og hvor en oversigtsplan i 2D ikke er til-<br />
strækkeligt. Dette kan være situationsplaner af gamle bygningsværker el-<br />
ler byrum således, der opnås et godt udgangspunkt forinden en evt. om-<br />
bygning, restaurering eller lignende påbegyndes. På denne måde sikres en<br />
registrering af alle fysiske forhold, som muligvis skal tages i betragtning<br />
ved projekteringen.<br />
Et eksempel på en situationsplan, hvor <strong>laserscanning</strong> er anvendt, frem-<br />
går af figur 2.2 på næste side. COWI har her udført en <strong>laserscanning</strong> af<br />
Nørreport Station med en Leica C10 ScanStation. Denne laserscanner ta-<br />
ger sideløbende med scanningen digitale panoramabilleder, hvormed det<br />
efterfølgende er muligt at drapere farveværdierne fra hver pixel over på<br />
den scannede punktsky. Dette er medvirkende til at give en visuel god<br />
8
gengivelse af den udførte scanning. [COWI, 2010a]<br />
2.2 Anvendelse af <strong>laserscanning</strong><br />
Figur 2.2: COWI’s <strong>laserscanning</strong> af Nørreport Station vist som<br />
draperet punktsky [COWI, 2010a]<br />
Til opmåling af broer og lignende er terrestrisk <strong>laserscanning</strong> ligeledes<br />
anvendeligt. Denne scanning kan have til formål at give vejingeniøren et<br />
godt datagrundlag at gå ud fra ved en evt. restaureringen af broen eller<br />
omlægning af de eksisterende vejanlæg på og omkring denne. Landin-<br />
spektørfirmaet LE34 har bl.a. udført en scanning af en motorvejsbro ved<br />
Skanderborg, se figur 2.3. [LE34, 2010]<br />
Figur 2.3: Punktsky af en motorvejsbro nær Skanderborg [LE34,<br />
2010]<br />
En helt tredje anvendelse kunne være ved vinduesudskiftning i en stor<br />
9
2. Problemanalyse<br />
karrébygning, hvor det kan være hensigtsmæssigt med mål på samtlige<br />
vindueskasser. Ved brug af <strong>laserscanning</strong> i dette tilfælde kan facademå-<br />
ling af karréen ske langt hurtigere i forhold til, at facademålingen blev<br />
foretaget med TPS. Efterfølgende vil det i punktskyen være muligt at må-<br />
le de ønskede afstande, samt foretage modellering af vindueskasserne, se<br />
figur 2.4. [Tvilum, 2010]<br />
Figur 2.4: Nederst ses en punktsky af en facademåling på en<br />
karré. Øverst ses modelleringen af vindueskasserne.<br />
Scanningen er udført af Tvilum [Tvilum, 2010]<br />
2.2.2 Bevaringsværdige bygninger<br />
<strong>Terrestrisk</strong> <strong>laserscanning</strong> er ligeledes særdeles anvendeligt til digital regi-<br />
strering af historiske og bevaringsværdige bygninger. Behovet for registre-<br />
ring af de historiske byggerier kan bl.a. være affødt af et ønske fra diverse<br />
myndigheder om, at særlige bygningsværker ikke må gå tabt. Laserscan-<br />
ningen fungerer hermed som historisk dokumentation for bygningsvær-<br />
kets stand og form før en evt. ombygning eller restaurering.<br />
Tvilum Landinspektørfirma A/S har bl.a. foretaget <strong>laserscanning</strong> af Kron-<br />
10
2.2 Anvendelse af <strong>laserscanning</strong><br />
borg slot og de omkringliggende arealer, herunder Helsingør værft og havn<br />
samt byens domkirke, se figur 2.5. Scanningen skulle anvendes i forbin-<br />
delse med, at der skulle ske omdannelse af det gamle værftsområde, samt<br />
Kronborgs gamle forsvarsanlæg skulle genopføres. Scanningsdataene blev<br />
efterfølgende anvendt som grundlaget for den videre projektering og histo-<br />
risk dokumentation for de daværende forhold. [Tvilum, 2010]<br />
Figur 2.5: Punktsky af indgangen til Kronborg [Tvilum, 2010]<br />
Desuden blev scanningsdataene anvendt til udarbejdelse af en digital by-<br />
model af Helsignørs kystnære arealer. Modellen var medvirkende til at<br />
skabe et godt visuelt billede af Helsignørs fremtidige havnefront i sam-<br />
menspil med arealerne omkring den gamle slotsbygning, se figur 2.6.<br />
Figur 2.6: Digital bymodel af Helsignør udarbejdet på baggrund af<br />
scanningsdata [Tvilum, 2010]<br />
Kulturarvsstyrelsen bevilligede i år 2009 300.000 kr. til at foretage en la-<br />
serscanning af det tidligere Horsens Statsfængsel. Laserscanningen skal i<br />
dette tilfælde ligeledes anvendes som historisk dokumentation. Den histo-<br />
riske dokumentation anses særlig vigtig for Horsens Statsfængsel, da de<br />
gamle bygninger fra år 1853 ikke er fredet, hvormed en fremtidig omdan-<br />
nelse vil indebære risiko for, at fængslets karakteristiske facade ændres.<br />
Desuden har <strong>laserscanning</strong>en et andet formål, hvilket er til brug for Hor-<br />
11
2. Problemanalyse<br />
sens Museums gæster, der får mulighed for at besøge fængslet i en digital<br />
udgave i form af en 3D-model.[horsensmuseum.dk, 2010]<br />
2.2.3 Olie- og gasindustrien<br />
Et felt, hvor terrestrisk <strong>laserscanning</strong> har sin helt store force, er ved opmå-<br />
ling af rørledninger. En stor del af de <strong>laserscanning</strong>sopgaver, der udføres i<br />
dag, har forbindelse til olie- og gasindustrien, hvad enten det er opmåling<br />
offshore på boreplatforme eller på land på raffinaderier. En laserscanner<br />
kan i løbet af ganske kort tid foretage en detaljeret scanning af komplekse<br />
og utilgængelige rørkonstruktioner. Efterfølgende er der mulighed for evt.<br />
at modellere de forskellige rørforløb, se figur 2.7.<br />
Figur 2.7: Draperet punktsky samt modellering af enkelte rørforløb<br />
på en boreplatform [Rambøll, 2010]<br />
Modelleringen kan være en smule tidskrævende, hvorfor det kan være<br />
nok blot at anvende punktskyen. Fx kan punktskyen anvendes til at kon-<br />
trollere, at nye planlagte rørforløb ikke er i konflikt med de eksisterende.<br />
Bliver disse fejl ikke opdaget før rørarbejdet påbegyndes, kan det forhøje<br />
arbejdsomkostningerne.<br />
2.2.4 Terrænændringer<br />
I forbindelse med store anlægsprojekter skal der ofte foretages markante<br />
ændringer af terrænet, hvorfor der skal flyttes mange kubikmeter jord.<br />
Det kan i disse tilfælde være hensigtmæssigt for bygherren eller entre-<br />
prenøren at have dokumentation på, hvor meget jord, der er blevet flyttet.<br />
Foregår det meste af jordflytningen på et fladt område, vil GPS eller opmå-<br />
ling med TPS formentligt være de bedste metoder til at foretage opmåling<br />
af terrænændringerne. Sker ændringerne derimod ved en skrænt eller lig-<br />
12
2.2 Anvendelse af <strong>laserscanning</strong><br />
nende kan en laserscanner med fordel benyttes, da denne kan foretage en<br />
effektiv og hurtig opmåling af skræntens dimensioner.<br />
I udlandet er terrestrisk <strong>laserscanning</strong> ofte anvendt til opmåling af åb-<br />
ne miner, da denne opmålingsmetode er langt hurtigere end anvendelse<br />
af andre konventionelle metoder [Conforti, 2010]. I Danmark kunne en<br />
mulighed således være at foretage lignende opmålinger af fx grusgrave.<br />
2.2.5 Ulykkesdokumentation<br />
<strong>Terrestrisk</strong> <strong>laserscanning</strong> kan også være anvendeligt til at sikre beviser<br />
fra gerningssteder eller ulykker i trafikken. I løbet af ganske kort tid er<br />
det muligt at foretage en komplet opmåling af ulykkesstedet ved en trafik-<br />
ulykke, hvorefter der hurtigt kan ryddes op, således den øvrige trafik ikke<br />
længere er generet. Efterfølgende kan scanningsdata være anvendeligt i<br />
tvivlsspørgsmål angående hændelsesforløbet for ulykken, se figur 2.8. Det<br />
samme kan være gældende ved scanning af gerningssteder for grov kri-<br />
minalitet, hvor en draperet punktsky kan være et godt bevismateriale at<br />
anvende i retten til at give dommere m.m. en god visuel præsentation af<br />
gerningsstedet. [Soubra & Lorenzo, 2005]<br />
Figur 2.8: Resultatet af en <strong>laserscanning</strong> af en trafikulykke<br />
Til dokumentation af lidt større og mindre hyppige ulykker, såsom flystyrt,<br />
kan <strong>laserscanning</strong> ligeledes være et godt værktøj, da det sikres, at alle de-<br />
taljer er registreret. Laserscanning som ulykkesdokumentation er såvidt<br />
vides ikke anvendt her i Danmark, men der kan givet vis ligge et fremtidigt<br />
marked indenfor dette felt.<br />
13
2. Problemanalyse<br />
2.2.6 Laserscanning hvornår?<br />
Anvendelse af <strong>laserscanning</strong> er ikke ubetinget den bedste løsning til al op-<br />
måling i 3D. Der findes dog ikke nogle standarder for, hvornår laserscan-<br />
ning vil være et godt alternativ til de mere traditionelle opmålingsmetoder,<br />
eller måske ligefrem vil være den bedste løsning. Der er en række forhold,<br />
som skal tages i betragtning, før det kan besluttes, at <strong>laserscanning</strong> er<br />
den målemetode, der skal anvendes. Disse er bl.a.: [Quintero et al., 2008]<br />
14<br />
• Fastlæggelse af mål med opgaven<br />
– Hvilke ønsker har kunden?<br />
– Hvordan skal data afleveres<br />
– Skal data være i 2D/3D samt analogt/digitalt?<br />
– Hvad er kravet til nøjagtigheden?<br />
• Analyse af opmålingslokaliteten<br />
– Hvor frit står det, der ønskes opmålt?<br />
– Foregår opmålingen indenfor eller udenfor?<br />
– Under hvilke afstande skal opmålingen udføres?<br />
– Hvor meget plads er der i og omkring lokaliteten?<br />
– Er det kun muligt at observere objektet fra spidse vinkler?<br />
• Fastlæggelse af måletekniker og udstyr<br />
– Hvor kompleks er objektet, der skal måles?<br />
– Hvordan er overfladen?<br />
– Hvilke materialer består objektet af?<br />
– Hvilke farver har objektets overflade?<br />
– Hvor mange opstillinger vil en opmåling kræve?<br />
– Kan få målinger klare opgaven?<br />
– Har objektet mange identiske strukturer?<br />
• Databehandling<br />
– Hvor og hvordan lagres data?<br />
– Hvor lang tid skal der bruges på efterbehandling af data?
2.3 Laserscanningsprodukter<br />
Alle disse forhold skal tages i betragtning, før det kan afgøres, hvilken<br />
type opmålingsudstyr der vil være bedst anvendelig til en given opgave.<br />
Af nedenstående fremgår forhold, som kan være mulige årsager til, at la-<br />
serscanning vil være det oplagte valg til opmåling af et objekt. [Quintero<br />
et al., 2008].<br />
• Kompliceret konstruktion af objektet<br />
• Krav om data i 3D<br />
• Ønske om en fuldendt og nøjagtig overfaldebeskrivelse frem for en-<br />
kelte punkter<br />
• Objektet er svært tilgængeligt<br />
• Data skal anvendes af mange forskellige faggrupper til forskellige<br />
formål<br />
Som dette afsnit har påvist, er anvendelsesmulighederne for terrestriske<br />
laserscannere mange. Vejen fra en udført <strong>laserscanning</strong> til et brugbart<br />
produkt kan dog være lang, hvorfor det er væsentligt i et prisoverslag at<br />
tage højde for efterbehandlingstiden af indhentet data.<br />
2.3 Laserscanningsprodukter<br />
En væsentlig faktor for udbredelse af <strong>laserscanning</strong> som opmålingsme-<br />
tode er at gøre de store mængder data anvendelig for kunden. Hvad er<br />
en detaljeret laserscannet punktsky værd, hvis brugeren ikke kan tolke<br />
eller hive de nødvendige informationer ud af punktskyen? Dette afsnit in-<br />
deholder derfor en beskrivelse af mulige produkter en <strong>laserscanning</strong> kan<br />
resultere i.<br />
2.3.1 Punktsky<br />
Laserscanning kan med fordel benyttes til projekter, hvor der er mange<br />
forskellige faggrupper involveret, da 3D-modeller og draperede punktsky-<br />
er kan være medvirkende til at undgå misforståelser mellem de forskellige<br />
aktører. 2D-tegninger kan ofte være svære at tolke for faggrupper, der ik-<br />
ke ofte benytter disse til hverdag, samtidigt med, at de ikke altid viser<br />
et komplet billede af virkeligheden. Ved brug af <strong>laserscanning</strong> kan alle<br />
faggrupper efter endt scanning udpege og hente de informationer, de har<br />
15
2. Problemanalyse<br />
brug for, ud af en punktsky. [Jensen, 2008]<br />
En laserscannet punktsky kan i sig selv give et meget godt billede af virke-<br />
ligheden. Forskellige materialer reflektere signalet med forskellige inten-<br />
sitet. På den baggrund er det muligt at graduere hvert enkelt punkt med<br />
en farveværdi, der afspejler punktets intensitet, se figur 2.9. En punktsky<br />
kan dog være meget tung at arbejde med pga. af den store datamængde.<br />
Derfor kan det være svært for ingeniøren eller arkitekten at anvende en<br />
punktsky i et CAD-program.<br />
Figur 2.9: Punktsky af bygning, hvor punkternes forskellige<br />
2.3.2 TruView<br />
intensitet giver et tydeligt billede af virkeligheden<br />
[Rambøll, 2010]<br />
Dette problem er bl.a. søgt afhjulpet med programmet ”TruView”, se fi-<br />
gur 2.10 på næste side eller figur 2.2 på side 9. Programmet er udarbejdet<br />
til fordel for brugere, som ikke er eksperter i hverken <strong>laserscanning</strong> el-<br />
ler 3D-modeller. Via en webbrowser er det muligt for kunden at foretage<br />
simple målinger i den udarbejdede punktsky. Hermed kan kunden hente<br />
de informationer, som vedkommende efterspørger. Endnu en fordel ved<br />
dette udvekslingsprogram er, at det kan være medvirkende til at forbed-<br />
re kommunikationen mellem kunden og producenten af 3D-modellen, idet<br />
der opnås et fælles udgangspunkt i diskussionen om evt. mere detaljerede<br />
målinger i et specifikt område. [Leica, 2010]<br />
16
Figur 2.10: Eksempel på anvendelse af programmet Leica<br />
TruView [Leica, 2010]<br />
2.3 Laserscanningsprodukter<br />
I forbindelse med et større projekt med restaurering af fjernvarmelednin-<br />
ger i Århus midtby anvendte COWI TruView, som et centralt element i<br />
deres projektarbejde på tværs af faggrupper. Det var planlagt, at dele af<br />
fjernvarmeledningen skulle ligge i en tunnel fra 1953. Grundet manglen-<br />
de tegninger af tunnelen skulle denne opmåles vha. <strong>laserscanning</strong>. Med<br />
det webbaserede TruView blev punktskyen med draperede fotografier på<br />
punktskyen gjort tilgængelig for alle involverede projektmedarbejdere hos<br />
COWI og AffaldVarme Århus. De kunne uden besøg i tunnel selv foretage<br />
de nødvendige afstandsmålinger o.l. hjemme fra skrivebordet, og hermed<br />
hurtigt få afklaret evt. spørgsmål. Alt i alt bidrog dette til at mindske tids-<br />
forbruget for anlægsarbejdet til fordel for økonomisk gevinst for bygherren<br />
og mindre gene for de færdende i området. [COWI, 2010c]<br />
2.3.3 Modellering<br />
Modellering af 3D-modeller af <strong>laserscanning</strong>sdata er en omkostelig affære.<br />
Som tommelfingerregel er forholdet mellem tid i marken og efterfølgende<br />
behandling på kontoret 1:10. Modelleringen af <strong>laserscanning</strong>sdata skal<br />
derfor kun foretages for konstruktioner, hvor det er absolut nødvendigt.<br />
Nødvendigheden af en komplet og færdig 3D model afhænger selvfølgelig<br />
af ønsker fra rekvirenten.<br />
17
2. Problemanalyse<br />
Figur 2.11: Punktsky og en komplet 3D-model af en scanning<br />
udført på Nordjyllandsværket af Nellemann og<br />
Bjørnkjær<br />
En fordel ved modellering er, at datamængden reduceres, da flader kan<br />
beskrives ud fra ganske få parametre, fremfor koordinater til flere tusin-<br />
de punkter. Dermed kan det for kunden være en fordel med en komplet<br />
3D-model, da denne er langt lettere at arbejde med i CAD-programmer.<br />
Programmet Cyclone er i stand til i punktskyen at genkende bestemte<br />
geometriske figure, såsom flader, cylindre o.l. Dermed kan visse objekter<br />
autogenereres.<br />
2.4 Teori om terrestrisk <strong>laserscanning</strong><br />
Dette afsnit har til formål at beskrive virkemåden for den terrestriske la-<br />
serscanner, samt redegøre for de tilfældige og systematiske fejl laserscan-<br />
nerens observationer er påvirket af.<br />
Laserscannere kan inddeles i to typer:<br />
• Kamerascannere<br />
• Panoramascannere<br />
I dag er kamerascannere dog mindre anvendt. Kamerascannere er blot<br />
i stand til at måle indenfor et begrænset område, hvorfor der i tilfælde<br />
af, at der skal udføres en 360 ◦ scanning, skal ske sammenknytning af<br />
flere scans vha. såkaldte targets. Den tekniske udvikling de senere år har<br />
betydet, at de fleste scannere i dag er panoramascannere, som er i stand<br />
til at foretage en komplet 360 ◦ horisontalscanning se figur 2.12 på næste<br />
side. Hermed fjernes nødvendigheden af at anvende en række targets.<br />
18
2.4 Teori om terrestrisk <strong>laserscanning</strong><br />
Figur 2.12: Leicas ScanStation C10, der er i stand til at foretage<br />
360 ◦ horisontalscanning og 270 ◦ vertikalscanning<br />
2.4.1 Scannerens observationer<br />
Dette afsnit har til formål at redegøre for de forskellige typer af observa-<br />
tioner en terrestrisk <strong>laserscanning</strong> udfører ved en scanning.<br />
Afstandsmåling<br />
Afstandsmålingen ved <strong>laserscanning</strong> kan sammenlignes med den reflek-<br />
torløse afstandsmåling, der udføres med en TPS. Som ordet laserscan-<br />
ning antyder, udsender scanneren en laserstråle, som reflekteres tilbage<br />
til scanneren af det objekt, det rammer. Dermed kan afstanden mellem det<br />
reflekterende objekt og scanneren bestemmes vha. tidsforskellen mellem<br />
tidspunktet for afsendelse og modtagelse. Skråafstanden kan udtrykkes<br />
således:<br />
ρ = c∆t<br />
2<br />
hvor c er lyset hastighed, og ∆t tidsforskellen mellem afsendelse og mod-<br />
tagelse af signalet.<br />
Lysets hastighed skal korrigeres for tryk og temperatur, da dette har ind-<br />
19
2. Problemanalyse<br />
virkning på laserstrålens udbredelse i atmosfæren. Ved afstandsmålingen<br />
er der dog den risiko, at lasersignalet får en fejlagtig refleksion som følge<br />
af, partikler i luften, nedbør, bevægende objekter o.l. Dette her den kon-<br />
sekvens, at punktskyen vil indeholde fejlagtige punkter, som skal fjernes.<br />
Foruden dette har objektets evne til at reflektere signalet ligeledes en ind-<br />
virkning på afstandsmålingen. [Lichti et al., 2002]<br />
Vinkelmåling<br />
Forinden <strong>laserscanning</strong>en påbegyndes vælges den ønskede gridstørrelse.<br />
Det kan fx være, at der ønskes en gridstørrelse på 10x10 cm på en afstand<br />
af 100 m. Gridstørrelsen er afhængig af afstanden mellem scanneren og<br />
de reflekterede objekter, se figur 2.13. Det vil derfor ikke være muligt at<br />
opnå en identisk punktafstand for hele punktskyen. Valget af gridstørrelse<br />
tjener derfor primært det formål at prædefinere de horisontale og vertikale<br />
afstande, hvor scanneren skal foretage en afstandsmåling.<br />
Signalstyrke<br />
Figur 2.13: Sammenhængen mellem afstand og gridstørrelse<br />
Foruden laserscanneren foretager måling af afstande og vinkler, registre-<br />
rer den ligeledes det reflekterende signals intensitet. Indekset for inten-<br />
sitet går fra 0-1, hvor værdien 1 tildeles signalet, som er reflekteret med<br />
100%. Hvide flader har den bedste evne til at reflektere den udsendte<br />
laserstråle. Cirka 80-90% af signalet reflekteres tilbage ved hvide flader.<br />
Helt mørke flader har en meget lav reflektionsværdi. Fx reflekterer en sort<br />
flade blot ca. 8% af signalet. [Boehler et al., 2003]<br />
Foruden objektets materiale har afstanden til og vinklen mellem scanner<br />
og objekt ligeledes indflydelse på intensiteten af det reflekterende signal.<br />
20
2.4.2 Fejlbidrag<br />
2.4 Teori om terrestrisk <strong>laserscanning</strong><br />
Som det er tilfældet med alle andre typer af opmålingsudstyr, vil der ved<br />
anvendelse af en laserscanner ligeledes være tilfældige og systematiske<br />
fejl, som vil påvirke observationerne. Mange af de samme fejl, som er gæl-<br />
dende for totalstationer, er ligeledes gældende for terrestriske laserscan-<br />
nere.<br />
• Aksefejl<br />
• Footprint<br />
• Edge effect<br />
• Afstandsfejl<br />
• Vinkelfejl<br />
• Fejl relateret til det reflekterende objekt<br />
• Fejl som følge af omgivelserne<br />
I det følgende uddybes ovenstående fejlbidrag.<br />
Aksefejl<br />
Aksefejl dækker over fejl på vertikal- og horisontalaksen samt collima-<br />
tionsfejl. Fejlene kan bl.a. opstå som følge af en for hårdhændet behand-<br />
ling af instrumentet, hvormed akserne kan komme ud af verifikation. Ved<br />
at kalibrere instrumentet kan disse fejlbidrag mindskes.<br />
Footprint<br />
Når laserscanneren udsender en laserstråle afsætter denne et ”footprint”<br />
på det objekt laserstrålen rammer. Størrelsen af footprintet afhænger af<br />
forskellige faktorer bl.a. afstanden mellem scanner og det reflekterende<br />
objekt samt bølgelængden af laserstrålen. Footprintet er cirkulært, hvis<br />
laserstrålen rammer orthogonalt ind på objektets flade. Hvis laserstålen<br />
derimod rammer i en anden vinkel, vil footprintet være ellipseformet. [Ja-<br />
cobs, 2006]<br />
For producenter af laserscannere er der ikke en standard for, hvorledes<br />
deres laserscanners footprintstørrelse skal defineres. Derfor kan det være<br />
21
2. Problemanalyse<br />
meget svært at sammenligne scannere fra forskellige producenter i for-<br />
hold til størrelsen af footprints. Med udgangspunkt i den normaltfordelte<br />
Gaussiske bølge er det muligt at definere og beregne størrelsen af et foot-<br />
print. Radius af laserstrålens footprint for en vilkårlig afstand er givet ved:<br />
<br />
w(z) = w0<br />
1 + ( λz<br />
πw2 )<br />
0<br />
2<br />
hvor λ er bølgelængden af laserstrålen, z er afstanden mellem scanner og<br />
objekt, mens w0 er den Gaussiske radius, hvilket er givet ved den radius,<br />
hvor signalets intensitet er 1<br />
e 2 . Ved den Gaussiske radius reflekteres signalet<br />
således 13.5%. [Jacobs, 2006] [Lichti et al., 2002]<br />
For Leicas ScanStation C10 er den gaussiske diameter 7 mm, mens bølge-<br />
længden af dens laserstråle er 532 nm. Med disse faktorer er det muligt at<br />
beregne størrelsen af footprintet ved forskellige afstande, se tabel 2.2. Be-<br />
regningerne er udført med MatLAB-scriptet beamwaist.m, som er at finde<br />
på den vedlagte CD i mappen ”MatLAB-scripts”. [Leica, 2009]<br />
Afstand i m Footprintdiameter i mm<br />
10 7<br />
50 9<br />
100 12<br />
150 16<br />
200 21<br />
300 30<br />
400 39<br />
500 49<br />
Tabel 2.2: Størrelse af footprint ved forskellige afstande for Leica<br />
ScanStation C10<br />
Det ses af tabel 2.2, at størrelsen af footprintet øges, hvis afstanden mel-<br />
lem scanner og objekt øges.<br />
Edge effect<br />
Konsekvensen af et stort footprint vil medføre en scanning med meget støj.<br />
Desto mindre footprintet er, desto mindre støj vil scanningen være påvir-<br />
ket af. Desto større footprints, desto større risiko er der for, at afstanden<br />
22
2.4 Teori om terrestrisk <strong>laserscanning</strong><br />
til objektet fejlbestemmes. Der vil være større risiko for, at dele af laser-<br />
strålen rammer forbi objektet, hvortil afstanden ønskes bestemt. Dette vil<br />
resultere i en forkert reflektion af signalet, og dermed en forkert afstands-<br />
måling, se figur 2.14. Denne form for forkert afstandsmåling kaldes for<br />
”Edge effect”.<br />
Figur 2.14: Hvis laserstrålen reflekteres tilbage fra flere flader, vil<br />
dette resultere i en forkert registrering. Prikken angiver<br />
det registrerede punkt<br />
Ved mindre footprints vil denne risiko for forkert afstandsmåling fortsat<br />
være tilstede, men ikke i samme grad som ved større footprints. Skal der<br />
således udføres en scanning af meget komplekse objekter fx rørsystemer,<br />
er det vigtigt, at afstanden mellem scanner og rørsystem ikke bliver for<br />
stor.<br />
Afstandsfejl<br />
Denne fejl afhænger af instrumenttypen, fx om det er bølge- eller pulsba-<br />
seret laserscanner. Nøjagtigheden af afstandsmålingen for en puls-baseret<br />
laserscanner kan udtrykkes ved følgende formel:<br />
σafstand = c∆t<br />
2 √ SNR<br />
hvor ∆t er tiden fra signalet afsendes fra scanneren til det modtages igen.<br />
Nøjagtigheden af afstandsmålingen er omvendt proportional til kvadratro-<br />
den af SNR. SNR angiver forkortelsen for ”Signal-to-noise ratio”, hvilket<br />
er forholdet mellem signal og støj. [Wehr & Lohr, 1999]<br />
23
2. Problemanalyse<br />
Vinkelfejl<br />
Ved afsendelse af laserstrålen sendes denne i bestemte retninger vha. små<br />
roterende spejle. Er disse spejle ikke placeret med en høj nøjagtighed vil<br />
dette forplante sig i nøjagtigheden af de enkelte punkters koordinater.<br />
[Boehler et al., 2003]<br />
Fejl relateret til det reflekterende objekt<br />
Som nævnt i afsnit 2.4.1 Scannerens observationer side 20 har vinklen<br />
mellem laserstrålen og objektet samt materialetypen indflydelse på, hvil-<br />
ken intensitet laserstrålen reflekteres tilbage med. Når laserstrålen ram-<br />
mer en overflade reflekteres strålen tilbage i mange forskellige retninger<br />
(defus reflektion). Reflektionsværdien kan beskrives vha. Lamberts lov:<br />
Ireflekteret(λ) = Ii(λ)kd(λ)cos(Θ)<br />
hvor Ii(λ) er intensiteten af det indkomne signal som en funktion af bølge-<br />
længden, kd(λ) er et udtryk for de reflekterende objekts defuse reflektion,<br />
og Θ er vinklen mellem det indkomne signal og normalvektoren til det re-<br />
flekterende objekts overflade.<br />
Ved objekter, der har en meget ringe evne til at reflektere signalet fx mør-<br />
ke overflader, vil observationerne være let påvirkelige af støj på målingen.<br />
Omvendt, hvis signalet reflekteres med høj intensitet, da vil der være ri-<br />
siko for, at den defuse reflektion bevirker, at signalet reflekteres tilbage<br />
via andre overflader. Undersøgelser har desuden vist, at varierende re-<br />
flektion pga. forskellige materialer kan bevirke, at der foretages en forkert<br />
afstandsmåling. [Boehler et al., 2003][Quintero et al., 2008]<br />
Fejl som følge af omgivelserne<br />
Som det er tilfældet ved opmåling med TPS, vil observationerne også være<br />
påvirket af de ydre faktorer såsom tryk, temperatur, luftfugtighed og re-<br />
fraktion. På de fleste scannere er det dog muligt at indstille parametrene<br />
for tryk og temperatur, hvorfor disse forhold først er problematiske ved<br />
langdistancescanning i bjergrige egne.<br />
En typisk scanning varer ca. 20 minutter. I denne tid er der risiko for,<br />
at laserscanneren kommer ud af dens oprindelige placering fx som følge<br />
24
2.4 Teori om terrestrisk <strong>laserscanning</strong><br />
af vibrationer skabt af maskiner o.l. i nærheden. Ligeledes kan scannin-<br />
gen blive påvirket af stativdrejning som følge af ændringer i temperaturen<br />
eller vejrskifte. [Quintero et al., 2008]<br />
25
2. Problemanalyse<br />
26
3<br />
Problemformulering<br />
Problemanalysen har påvist, at anvendelsesmulighederne for terrestrisk<br />
<strong>laserscanning</strong> er mange. Det kræver dog et særligt kundesegment for, at<br />
en investering i en terrestrisk laserscanner er rentabel.<br />
I hvilken grad vil investering i terrestrisk <strong>laserscanning</strong>sudstyr være<br />
en mulig løsning til tekniske måleopgaver i en landinspektørvirksom-<br />
hed?<br />
I sammenspil med <strong>AAKJAER</strong> <strong>Landinspektører</strong> findes en i virksomheden<br />
aktuel opgave, hvor brugen af terrestrisk <strong>laserscanning</strong> til løsning af op-<br />
gaven vil være en mulighed.<br />
3.1 Afgrænsning<br />
Løsningen af problemformuleringen sker under den antagelse, at det rette<br />
kundesegment er tilstede i virksomheden, hvormed investering i en laser-<br />
scanner er rentabel. Problemformuleringen besvares ved at besvare ne-<br />
denstående delspørgsmål:<br />
• Hvordan planlægges og udføres opmålingen af den givne opgave med<br />
en terrestrisk laserscanner?<br />
• Hvor nøjagtig er en scannet punktsky i forhold til udvalgte punkter<br />
opmålt med totalstation?<br />
27
3. Problemformulering<br />
• Hvordan gøres <strong>laserscanning</strong>ens mange data anvendelig for de invol-<br />
verede arkitekter og ingeniører?<br />
• Finder arkitekterne eller ingeniørerne <strong>laserscanning</strong>sdataene anven-<br />
delige?<br />
Disse problemstillinger ønskes besvaret i den resterende del af denne pro-<br />
jektrapport.<br />
Løsningen af den fundne opgave vha. <strong>laserscanning</strong> er ikke virksomhe-<br />
dens færdige produkt, men blot et supplement til de allerede behandlede<br />
opmålingsdata, hvor opmålingen er sket med TPS. Scanningen giver mu-<br />
lighed for, at kunden kan anvende de ekstra <strong>laserscanning</strong>sdata, hvor-<br />
med de kan give en vurdering af anvendeligheden af disse. Samtidigt får<br />
virksomheden et konkret produkt, som de kan anvende i en evt. markeds-<br />
føring overfor nuværende kunder, som kunne have interesse i levering af<br />
<strong>laserscanning</strong>sdata ved deres fremtidige projekter.<br />
28
4<br />
Valg af opgave og scanner<br />
Dette kapitel har til formål dels at vælge den aktuelle opgave, der ønskes<br />
løst vha. terrestrisk <strong>laserscanning</strong>, samt at vælge laserscanneren som skal<br />
anvendes til løsning af opgaven.<br />
4.1 Valg af opgave<br />
<strong>AAKJAER</strong> <strong>Landinspektører</strong> fik i starten af juni 2010 den opgave at fore-<br />
tage opmåling af en bygning, der står overfor en ombygning. Kunden der<br />
ønsker opmålingen udført er Birch & Svenning A/S, der er et arkitektfir-<br />
ma fra Horsens.<br />
Bygningen, der står foran en ombygning, er den tidligere Gudenåscentral<br />
Transformerstation beliggende på Viborgvej 51A, Århus V. Den fremtidige<br />
anvendelse af bygningen bliver beboelse. Bygningen står på nuværende<br />
tidspunkt tom, således det stort set blot er ydervæggene, der står tilbage.<br />
Af figur 4.1 på den følgende side og figur 4.2 på næste side er det muligt<br />
at se billeder af bygningen.<br />
29
4. Valg af opgave og scanner<br />
Figur 4.1: Gudenåscentral Transformerstation set udfra<br />
Figur 4.2: Gudenåscentral Transformerstation set indefra<br />
Af måletekniske opgaver ønsker rekvirenten følgende udført:<br />
• Bygningen ønskes indmålt i forhold til skel<br />
• Bygningens ydre rammer i stueplan med angivelse af vindues- og<br />
døråbninger<br />
• Bygningens indre rammer i stueplan med angivelse af skillevægge<br />
• Udvendige koter for samtlige over- og underkanter af dør- og vindu-<br />
eshuller, samt overkant af murværk/brystning af tag<br />
• Indvendige koter for over- og underkant af etagedæk<br />
<strong>AAKJAER</strong> <strong>Landinspektører</strong> har i den forbindelse foretaget opmåling af de<br />
ønskede dimensioner og koter, og har på den baggrund udarbejdet en<br />
plan over bygningen i 2 1<br />
2D. Et udsnit af denne plan ses på figur 4.3 på<br />
modstående side. De endelige data er afleveret i DWG-format, som kan<br />
indlæses i bl.a. AutoCAD.<br />
30
Figur 4.3: Udsnit af færdig plan udarbejdet i GeoCAD<br />
4.1.1 Etablering af fikspunktsnet<br />
4.1 Valg af opgave<br />
I forbindelse med opmålingen af bygningen er der etableret et net af fiks-<br />
punkter i og omkring bygningen, se figur 4.4.<br />
Figur 4.4: De etablerede fikspunkter i og omkring bygningen<br />
Koordinaterne til fikspunkterne er bestemt vha. en TPS, hvormed der er<br />
31
4. Valg af opgave og scanner<br />
foretaget observationer fra 15 forskellige opstillinger. Der er foretaget ud-<br />
jævning af koordinaterne vha. programmet ScanOBS, se Bilag A - Udjæv-<br />
ning af fikspunktsnet. Til stort set alle fikspunkter er der målt fra tre eller<br />
flere opstillinger på nær fikspunkt -7, hvor til der er målt fra to opstillin-<br />
ger.<br />
4.1.2 Vurdering af opgave<br />
Før denne opgave vælges endeligt, foretages først en vurdering af, om ter-<br />
restrisk <strong>laserscanning</strong> vil være en fornuftig opmålingsmetode til løsning af<br />
opgaven. Dette vurderes udfra nedenstående forhold, der blev præsenteret<br />
i afsnit 2.2.6 Laserscanning hvornår? side 14.<br />
• Fastlæggelse af mål med opgaven<br />
• Analyse af opmålingslokaliteten<br />
• Fastlæggelse af måletekniker og udstyr<br />
• Databehandling<br />
Fastlæggelse af mål med opgaven<br />
Kunden har et ønske om koordinater til bygningen i tre dimensioner, samt<br />
at disse koordinater sendes på digital form i et format, som kan indlæses<br />
i et CAD-program. Det formodes, at arkitekten efterfølgende vil udarbejde<br />
en 3D-model af bygningen til brug for projektering af bygningens fremti-<br />
dige indhold.<br />
Analyse af opmålingslokaliteten<br />
Som det ses af figur 4.1 på side 30 er der omkring bygningen placeret et<br />
stillads. Dette vil naturligvis forlænge efterbehandlingstiden af scannings-<br />
dataene. Ligeledes kan det blive vanskeligt at få scannet den øverste del af<br />
bygningen som følge af, at stilladset danner skygger. Langs den nordlige<br />
facade af bygningen ud mod Viborgvej står ligeledes en række tætbevok-<br />
sede træer. Dette sammenholdt med stilladsets placering gør det umuligt<br />
at foretage scanning af nævnte facade. Dette undlades derfor. Havde rek-<br />
virenten ønsket en 3D-scanningen af bygningen, måtte det være et krav<br />
for opmålingsvirksomhedens side, at stilladset skulle fjernes for at undgå<br />
for lang editeringstid af dataene.<br />
32
4.2 Valg af laserscanner<br />
Indvendigt står bygningen stort set tom, hvilket gør det ideelt til terres-<br />
trisk <strong>laserscanning</strong>. Bygningen indeholder to mindre rum, hvormed det<br />
kan være vanskeligt at placere scanneren centralt og samtidigt have nok<br />
fikspunkter indenfor synsfeltet.<br />
Fastlæggelse af måletekniker og udstyr<br />
Kompleksiteten af bygningen både indvendig og udvendig anses som be-<br />
grænset. Udvendigt er flere detaljer, som kan være svære at indmåle de-<br />
taljeret med fx en TPS. De mange vindues- og døråbninger, som skal ind-<br />
måles, gør ligeledes den traditionelle opmåling med TPS besværlig. Da der<br />
kræves mange opstillinger at foretage en fuldstændig scanning af bygnin-<br />
gen, vælges det blot at scanne fra et færre antal udvalgte positioner. Dette<br />
begrundes med den begrænsede tidsperiode for lån af <strong>laserscanning</strong>sud-<br />
styret fra Leica. Mere om dette i kapitel 5 Planlægning af scanning side<br />
37.<br />
Databehandling<br />
Der vil efter scanningen være databehandling med frasortering af punkter<br />
og objekter, som ikke er en del af bygningens konstruktion. Dette vil være<br />
en tidskrævende process.<br />
Alt i alt vurderes det muligt at anvende <strong>laserscanning</strong> til opmåling af den<br />
valgte bygning med det forbehold, at der i en virkelig hændelsessituation<br />
var fjernet de forstyrrende elementer på lokaliteten som fx stilladset. Arki-<br />
tektfirmaet, der har ønsket bygningen opmålt, har desuden indvilliget i at<br />
se nærmere på de produkter, som <strong>laserscanning</strong>en vil resultere i. Firmaet<br />
kan hermed give en vurdering af, om de finder <strong>laserscanning</strong>sdataene for<br />
anvendelige. Mere om dette i kapitel 8 Fremvisning af data side 69.<br />
4.2 Valg af laserscanner<br />
Dette afsnit har til formål at undersøge markedet for terrestriske laser-<br />
scannere og på den baggrund begrunde valget af laserscanner til opgave-<br />
løsningen.<br />
Det vælges at undersøge, de nyeste laserscannere de tre producenter af<br />
33
4. Valg af opgave og scanner<br />
landmålingsudstyr Leica, Trimble og Topcon, har på markedet. Disse pro-<br />
ducenter har ligeledes salgsafdelinger i Danmark, hvorfor deres laserscan-<br />
nere må formodes at være tilgængelige på det danske marked. De tre pro-<br />
ducenter sælger bl.a. følgende terrestriske laserscannere:<br />
• Leica<br />
– ScanStation C10<br />
• Trimble<br />
– GX 3D Scanner<br />
• Topcon<br />
– GLS-1500<br />
De noterede scannere er deres nyeste på markedet.<br />
Specifikationer Leica Trimble Topcon<br />
Scannertype Puls Puls Puls<br />
Maksimal afstand (m) 300 350 330<br />
Minimum afstand (m) 0.1 2 1<br />
Punktnøjagtighed (mm) 6 ved 50 m 12 ved 100 m ?<br />
Afstandsnøjagtighed (mm) 4 7 4<br />
Vinkelnøjagtighed<br />
hor./ver. (µrad) 60/60 60/70 30/30<br />
Footprint (FWHH) (mm) 4.5 ved 50 m 3 ved 50 m 6 ved 40 m<br />
Footprint (Gaussisk) (mm) 7 ? ?<br />
Præcision - overflade (mm) 2 2 ?<br />
Bestemmelsesnøjagtighed<br />
af targets (mm) 2 1 ?<br />
Punkter pr. sek. 50.000 5.000 30.000<br />
Horisontalscan (grader) 360 360 360 grader<br />
Vertikalscan (grader) 270 60 70 grader<br />
Kamera (megapixels) 4 ? 2 megapixels<br />
Vægt (kg) 13 13 16 kg<br />
34<br />
Tabel 4.1: Specifikationer for scannerne Leica ScanStation C10,<br />
Trimble GX 3D og Topcon GLS-1500 [Leica,<br />
2009][Topcon, 2010][Trimble, 2007]
4.2 Valg af laserscanner<br />
Som det fremgår af tabellen, så er scannerne fra Topcon og Leica stort set<br />
på niveau at dømme ud fra specifikationerne. Leica-scanneren har dog<br />
den ubetingede fordel, at den er i stand til at foretage en næsten fuld-<br />
kommen vertikalscanning. Dermed er scanneren særdeles anvendelig til<br />
scanning af indvendige rum eller høje facader.<br />
Da Leica Geosystems afdeling i Danmark har indvilliget i udlån af deres<br />
Leica ScanStation C10 anvendes denne laserscanner i løsning af opmå-<br />
lingsopgaven. Det er således denne scanners nøjagtighed, der vurderes i<br />
kapitel 9 Test af fladenøjagtighed side 73.<br />
4.2.1 Andre interessante instrumenter<br />
Det seneste indenfor opmålingsudstyr er en totalstation med en indbygget<br />
scanner. Disse er velegnet til at foretage <strong>laserscanning</strong> af mindre detaljer,<br />
som ikke umiddelbart er mulig eller for besværlig at måle manuelt med<br />
totalstationen. Dette indikerer, at de fremtidige totalstationer muligvis vil<br />
komme til at indeholde en scanner, lige såvel som mange totalstationer i<br />
dag er fjernbetjente i modsætning til for nogle få år siden. Af totalstationer<br />
med indbygget scanner er følgende tilgængelige på markedet:<br />
• Trimble Spatial Imaging<br />
• Topcon IS200 Imaging Robot Totalstation<br />
Dette projekt vil dog ikke behandle brugsmulighederne for instrumenter<br />
af denne type.<br />
35
4. Valg af opgave og scanner<br />
36
5<br />
Planlægning af scanning<br />
Dette kapitel har til formål at redegøre for de overvejelser og valg, der gøres<br />
forinden <strong>laserscanning</strong>en udføres.<br />
5.1 Georeferering<br />
Ved scanning af bygningen er en scanning fra en opstilling ikke tilstræk-<br />
kelig. Der skal udføres flere scans for at kunne udarbejde en komplet<br />
model af bygningen. Da hver scanning udføres i et ”selvstændigt” koordi-<br />
natsystem, skal disse scans sammenknyttes. Dette kan ske ved en direkte<br />
eller inddirekte georeferering. [Quintero et al., 2008][Reshetyuk, 2006]<br />
5.1.1 Direkte<br />
Ved en direkte georeferering placeres scanneren over et kendt punkt, og<br />
den orienteres mod et andet kendt punkt. De kendte punkter er indmålt<br />
i et kendt koordinatsystem enten et lokalt eller et landskoordinatsystem<br />
fx System 34. Grundet de etablerede fikspunkters placering anses denne<br />
georefereringsmetode ikke som anvendelig, da flere af fikspunkterne er<br />
placeret tæt op ad bygværket. [Quintero et al., 2008][Reshetyuk, 2006]<br />
5.1.2 Inddirekte<br />
Inddirekte georeferering kan ske ved anvendelse af targets eller ”surface<br />
matching”. Følgende metoder kan anvendes ved brug af targets: [Quintero<br />
et al., 2008][Reshetyuk, 2006]<br />
37
5. Planlægning af scanning<br />
• Anvendelse af targets, som er koordinatsatte fikspunkter<br />
• Anvendelse af naturlige targets fx skarpe kanter og hjørner<br />
• Anvendelse af scanningernes fælles targets<br />
Ved anvendelse af koordinatsatte targets anvendes minimum tre jævnt<br />
fordelte targets, hvorefter punktskyen transformeres over koordinaterne<br />
til de anvendte fikspunkter. Fordelen ved denne metode er, at de enkel-<br />
te scans ikke behøver at være sammenfaldende. Dog er nøjagtigheden af<br />
den samlede punktsky afhængig af, at fikspunkterne er indbyrdes godt<br />
bestemt.<br />
En anden mulighed er anvendelse af naturlige targets til sammenknytning<br />
af forskellige scans. Anvendelse af naturlige targets er dog mindre præcis<br />
end anvendelse af ”kunstige” targets. Samtidigt kræver denne sammen-<br />
knytningsmetode, at de enkelte scans overlapper hinanden, således det<br />
er muligt at udpege minimum tre fælles targets for hver scanning.<br />
Slutteligt kan der på scanningsobjektet placeres kunstige targets. Sam-<br />
menknytningen sker efter samme metode som ved anvendelse af naturlige<br />
targets. Ønskes de to sidst nævnte metoder indmålt i et kendt koordinat-<br />
system, skal minimum tre af de anvendte targets have kendte koordinater.<br />
Ved surface matching kræves et overlap mellem scanningerne på mel-<br />
lem 30-40%. I området med overlap findes mindst tre sammenfaldende<br />
punkter. Da de sammenfaldende punkter ikke vil være identiske anven-<br />
des ”Iterative Closed Point processing” til at minimere fejlen mellem de<br />
to scanninger. ICP minimerer summen af afstandene mellem de to mo-<br />
dellers punktmængder. Herved transformeres de uafhængige punktskyer<br />
til et fælles koordinatsystem. Metoden skal dog anvendes med forsigtig-<br />
hed ved scanning af lange facader, hvor mange opstillinger er nødvendig.<br />
Store fejl kan indtræffe ved små fejl ved de parvise sammenknytninger af<br />
scans. [Quintero et al., 2008][Reshetyuk, 2006]<br />
5.1.3 Kontrol af fikspunkter<br />
Sammensætningen af de forskellige scans skal bl.a. ske på baggrund af<br />
det etablerede fikspunktsnet. Det er derfor afgørende, at fikspunkterne er<br />
bestemt med en høj nøjagtighed. Derfor vil det følgende afsnit redegøre for<br />
38
kontrollen af de etablerede fikspunkter.<br />
5.2 Placering af scanner<br />
Kontrollen udføres vha. udjævningsprogrammet ”ScanOBS”. Der foretages<br />
en robust udjævning af 15 opstillinger, hvorfra der er foretaget observatio-<br />
ner til 13 fikspunkter, hvoraf et af disse er et højdefikspunkt. Udjævningen<br />
foretages adskilt i højde og plan. Udjævningen i planet afslører, at fire ko-<br />
ordinatobservationer af de i alt 52 observationer muligvis er påvirket af<br />
mindre fejl. Tre af koordinatobservationerne er til det samme fikspunkt<br />
(nr. -10), mens den sidste observation er til et højdefikspunkt, som mulig-<br />
vis ikke er veldefineret i planet.<br />
Ved højdeudjævningen markeres en observation af punktnr. -11, da den<br />
beregnede og observerede z-koordinat blot afviger 2 mm fra den udjæv-<br />
nede værdi. Alle øvrige beregnede koordinater til fikspunkterne fra hver<br />
opstilling har maksimale residualer på ±1 mm i forhold til de udjævnede<br />
koordinater. Dermed anslås de resterende fikspunkter som særdeles godt<br />
bestemt. Af Bilag A - Udjævning af fikspunktsnet fremgår dokumentation<br />
for udjævningen.<br />
5.1.4 Valg af metode til sammenknytning<br />
Det vælges at foretage sammenknytning af punktskyerne vha. direkte ge-<br />
oreferering. Dette begrundes med, at bygningen er opdelt i flere rum, hvor-<br />
for det kan være svært at sammenknytte vha. fælles targets. Ligeledes er<br />
det påvist, at fikspunkterne passer godt sammen indbyrdes. Derfor vur-<br />
deres det, at fikspunkterne vil give en god sammenknytning af de uafhæn-<br />
gige punktskyer.<br />
5.2 Placering af scanner<br />
De på stedet allerede etablerede fikspunkter ønskes anvendt. Disse har<br />
derfor afgørende betydning for placeringen af scanneren. Derudover skal<br />
der også tages højde for vinkler og skygger. Ligeledes ønskes der færrest<br />
mulige scans.<br />
Det vurderes som værende unødvendigt at foretage testberegninger for<br />
den optimale placering af scanneren i forhold til fikspunkterne, da det<br />
kan være vanskeligt i beregningen at medbringe det forhold, at scanneren<br />
39
5. Planlægning af scanning<br />
skal have størst mulig udsyn til objektet, der skal scannes. Scannerens<br />
udsyn til objektet vurderes som det vigtigste, da dette kan være medvir-<br />
kende til at nedbringe antallet af opstillinger. Dog skal det fortsat sikres,<br />
at scanneren placeres således, der fortsat opnås en tilfredsstillende ind-<br />
måling i forhold til fikspunkterne.<br />
De etablerede fikspunkter er alle placeret i terrænhøjde. Dette har den<br />
konsekvens, at scanningen blot får en god indbinding i planen og ikke i<br />
højden. De anvendte targets skal derfor placeres med varierende ”prisme-<br />
højde”, hvormed indbindingen i z forbedres.<br />
5.3 Opløsning<br />
Valget af opløsning har afgørende betydning i forhold til, hvor godt de<br />
scannede objekter bestemmes. Vælges en høj opløsning bestemmes ob-<br />
jekterne bedst muligt. En høj opløsning har dog den konsekvens, at data-<br />
mængden bliver stor, samt at der er mere data som efterfølgende skal edi-<br />
teres. Ligeledes er varigheden af en scanning med høj opløsning længere<br />
end en scanning med lav opløsning, grundet det større antal observatio-<br />
ner der skal foretages.<br />
Ved denne scanning blev det valgt at foretage scanning med opløsnin-<br />
gen "Medium", hvilket betyder, at gridstørrelsen i en afstand af 10 meter<br />
vil være 1cm x 1cm. Det vurderes, at denne punkttæthed er tilstrækkelig<br />
og vil give en acceptabel detaljeringsgrad. Bygningen indeholder desuden<br />
ikke komplekse overflader, hvorfor den højeste punkttæthed ikke er på-<br />
krævet.<br />
5.4 Udførelse af scanning<br />
Scanningen blev udført mandag d. 4. oktober i samarbejde med Rikke<br />
Pedersen fra Leica Geosystems. Der blev aftalt møde på lokaliteten, hvor<br />
scanneren blev præsenteret samtidigt med, at der blev foretaget scanning<br />
af bygningen indvendigt.<br />
Det første møde med laserscanneren og dens udstyr indebar et par over-<br />
raskelser. De medsendte targets var desværre ikke i stand til at blive pla-<br />
ceret direkte i de etablerede fikspunkter, da disse ikke var beregnet her til.<br />
40
5.4 Udførelse af scanning<br />
Targetsene skulle i stedet placeres ”frit stående”. Før placering af targets<br />
blev det besluttet, hvor mange opstillinger der skulle foretages, samt hvor<br />
disse opstillinger skulle placeres, se figur 5.1. Opstillingernes placering<br />
blev foretaget efter overvejelser angående skyggende objekter, tilgængelig-<br />
heden af objekter der skulle scannes, samt bygningens indretning.<br />
Figur 5.1: Oversigtskort over opstillinger (grøn) og af de anvendte<br />
targets (blå)<br />
Efterfølgende blev der placeret targets, således det muliggjorde en sam-<br />
menknytning af de tre uafhængige scans, hvormed minimum tre targets<br />
per opstilling var påkrævet. Bygningens indvendige mure begrænsede mu-<br />
lighederne for placeringen af targets. I alt blev der placeret seks targets,<br />
da dette antal var tilstrækkeligt til at give en god sammenknytning mellem<br />
de tre scans. Det var således muligt at knytte alle scans op på minimum<br />
fire targets. Dermed er alle opstillinger overbestemt. For at skabe den bed-<br />
ste mulige 3D-geometri blev de anvendte targets placeret med varierende<br />
højde, se figur 5.2 på den følgende side.<br />
41
5. Planlægning af scanning<br />
Figur 5.2: Højdeforholdet mellem de anvendte targets<br />
Den oprindelige tanke med at anvende fikspunkterne var til sammenknyt-<br />
ning af punktskyerne. Da sammenknytningen af fikspunkterne er fortaget<br />
ved anvendes af ”frit stående” targets, er det i princippet ikke nødvendigt<br />
at indmåle disse i forhold til fikspunktsnettet med mindre rekvirenten har<br />
et ønske om, at bygningen skal georefereres til at givent koordinatsystem.<br />
Targetsene indmåles dog alligevel, da det herved er lettere at sammenligne<br />
koordinater direkte mellem opmålingen med TPS og <strong>laserscanning</strong>en, se<br />
figur 5.3. Denne sammenligning foretages i kapitel 7 Vurdering af scan-<br />
ningsdata side 51.<br />
Figur 5.3: Placering af TPS ved indmåling af targets i forhold til<br />
fikspunktsnettet<br />
På lokaliteten blev det besluttet blot at foretage en indvendig scanning af<br />
de to største rum, der ses på figur 5.3.<br />
42
6<br />
Behandling af data<br />
I dette kapitel redegøres for, hvorledes de indhentede scanningsdata be-<br />
handles. Dette indebære bl.a. en beskrivelse af den udførte sammenknyt-<br />
ning, editering og modellering.<br />
6.1 Ud- og indlæsning<br />
Datamængden for de tre opstillinger er forholdsvis stor ca. 1.36 Gigabytes,<br />
hvor størrelsen af datamængden af billeder og scandata er næsten ligeligt<br />
fordelt. Data fra scanneren udlæses vha. en ekstern USB-harddisk. Et<br />
såkaldt ”Scanprojekt” flyttes fra scanneren til en placering på den lokale<br />
harddisk eller et andet drev. I Cyclone Navigator oprettes en database med<br />
forbindelse til dette scanprojekt. Efterfølgende importeres scanprojektets<br />
data for hvert Scan World (SW/station/opstilling).<br />
Dataene som importeres per SW er:<br />
• Den scannede punktsky (ca. 14 mio. punkter)<br />
• Finscannede punktskyer af targets<br />
• Billeder (260 stk.)<br />
Efterfølgende draperes punktskyen vha. farveværdier, som beregnes udfra<br />
billederne, der er importeret. Ved at åbne de enkelte Scan Worlds i Tru-<br />
Space er det muligt at se resultatet af hver scanning, se figur 6.1 på næste<br />
side. Grundet den store datamængde anbefales det, at navigation rundt i<br />
43
6. Behandling af data<br />
spacet udelukkende sker ud fra billederne, da punktskyen kan være tung<br />
at arbejde med.<br />
Figur 6.1: SW-002 vist i TruSpace vha. billeder, draperet punktsky<br />
og punktsky med intensitet<br />
Som det fremgår af figur 6.2, er billederne formet som sekskantede mosaik-<br />
ker, således når de sammensættes danner en tilnærmelsesvis sfærisk ku-<br />
be. Hver mosaik er dannet ud fra et billede, hvorfor der vil være forskel i<br />
mosaikkernes farvenuancer.<br />
44<br />
Figur 6.2: SW-001 vist i TruSpace vha. billeder, som er<br />
sammensatte mosaikker
6.2 Sammenknytning<br />
Af afsnit 7.2.1 Præcision af skæring side 62 beskrives billederne yderligere.<br />
6.2 Sammenknytning<br />
Til sammenknytning af de tre punktskyer er anvendt seks targets. Disse<br />
targets udpeges i de enkelte Scan Worlds. Udpegningen af targets er semi-<br />
automatisk, hvormed det enkelte target i første omgang udpeges manuelt,<br />
hvorefter Cyclone beregner den præcise placering for centrum af det valgte<br />
target. Cyclonen beregner centeret pga. formen af prædefinerede targets.<br />
Af figur 6.3 fremgår et udpeget og beregnet target. Antallet af registrerede<br />
punkter på det valgte target er afgørende for, hvor godt centeret bestem-<br />
mes. Ved for få punkter kan Cyclone ikke bestemme centeret, da den ikke<br />
er i stand til at genkende formen af det valgte target.<br />
Figur 6.3: Udpeget target vist i Cyclone ModelSpace<br />
Når samtlige targets er udpeget for alle Scan Worlds, kan de tre Scan<br />
Worlds sammenknyttes. De tre Scan Worlds er adskilt og har hvert de-<br />
res lokale koordinatsystem. Der skal således ske en transformation og<br />
udjævning mellem de tre Scan Worlds. Dette gøres vha. Cyclone Registra-<br />
tion. Samtidigt ønskes den sammenknyttede punktsky georefereret.<br />
For at kunne sammenligne koordinater fra den sammenknyttede punkt-<br />
sky direkte med koordinater fra tidligere opmålinger på lokaliteten, er<br />
det nødvendigt at georeferere scanningen i det anvendte koordinatsystem.<br />
Som beskrevet tidligere blev de anvendte targets indmålt vha. TPS i for-<br />
45
6. Behandling af data<br />
hold til de etablerede fikspunkter. I GeoCAD foretages en transformation<br />
af opmålingens lokale koordinatsystem over i fikspunkternes koordinat-<br />
system. Der foretages en 2D konform transformation uden målestoksæn-<br />
dring og en 1D transformation, se Bilag B - Georeferering af targets. Årsa-<br />
gen til, at der ikke blot foretages en 3D transformation er, at evt. mindre<br />
fejl på højden kan skjule sig ved en 3D-transformation.<br />
Fikspunkt ∆E ∆N ∆H<br />
5 0 mm 1 mm 1 mm<br />
6 1 mm -2 mm 0 mm<br />
7 0 mm 0 mm -1 mm<br />
8 -1 mm 1 mm 0 mm<br />
Tabel 6.1: Spændinger på de indmålte fikspunkter efter en<br />
transformation<br />
Det ses af tabel 6.1, at opmålingens koordinatsystem efter en transfor-<br />
mation er nært sammenfaldende med det etablerede fikspunktsnet. Der<br />
er således ikke sket forskydninger af fikspunkterne efter de blev etable-<br />
ret. Koordinater til de anvendte targets kan således beregnes, hvorefter en<br />
koordinatfil i asci-format kan indlæses i Cyclone Registration.<br />
De tre Scan Worlds kan nu sammenknyttes og georefereres ved en trans-<br />
formation i Cyclone Registration. Resultatet af denne transformation frem-<br />
går af tabel 6.2 og Bilag C - Sammenknytning af punktskyer. Det ses, at<br />
de maksimale afvigelser er på tre millimeter, hvilket vurderes til at være<br />
tilfredsstillende.<br />
46<br />
Target Station-001 Station-002 Station-003<br />
1 1 mm 1 mm 1 mm<br />
2 2 mm 2 mm -<br />
3 2 mm 3 mm 2 mm<br />
4 2 mm - 3 mm<br />
5 2 mm - 3 mm<br />
6 2 mm 2 mm -<br />
Tabel 6.2: Afvigelser efter sammenknytning mellem targets fra de<br />
enkelte stationer i forhold til de indmålte og georeferede<br />
targets
6.3 Editering<br />
Den sammenknyttede punktsky er nu georefereret i forhold til det ko-<br />
ordinatsystem, der blev anvendt til opmålingen udført med totalstation.<br />
Editering og modellering af punktskyen kan hermed påbegyndes.<br />
6.3 Editering<br />
Først skridt i editeringsfasen er at udtynde punktskyen, da de mange<br />
punkter gør det besværligt at arbejde med punktskyen som følge af den<br />
store datamængde. I Cyclone Modelspace er det muligt at angive, hvor stor<br />
afstanden mellem punktskyens punkter skal være. Det vurderes, at en<br />
punktafstand på 10 mm i første omgang vil være en tilstrækkelig udtynd-<br />
ning af punktskyen. De ca. 44 mio. punkter reduceres således til ca. 15<br />
mio. punkter.<br />
Herefter fjernes de dele i punktskyen, som scanneren har registreret, som<br />
er beliggende udenfor afgrænsningen af rummene, der skulle registreres,<br />
se figur 6.4.<br />
Figur 6.4: Alt udenfor den blå polygon fjernes<br />
Efterfølgende bliver frasorteringen af punkterne finere og finere. Objekter,<br />
der ikke er en del af bygværket, fjernes, fx stilladser, bygningsmaterialer<br />
o.l. Af figur 6.5 på næste side ses et eksempel på en facade, hvor punk-<br />
ter, der angav et stillads, er fjernet. På grund af stilladset har skygget<br />
47
6. Behandling af data<br />
for laserscannerens mulighed for at scanne bygningsmuren, optræder der<br />
huller i punktskyen.<br />
Figur 6.5: Scannet bygningsmur, hvor et stillads har skygget for<br />
scanneren<br />
Forinden, der foretages modellering af punktskyen, kan det være hen-<br />
sigtmæssigt at reducere punktskyen yderligere. Da modelleringen mest<br />
består af generering af plane flader og ikke komplicerede figurer, kan af-<br />
standen mellem punkterne uden større problemer øges betragteligt. Øges<br />
den gennemsnitlige punktafstand til 20 cm vil den udtyndede punktsky<br />
indeholde ca. 200.000 punkter. Det begrænsede antal punkter er dog sta-<br />
digt tilstrækkeligt til at give et godt visuelt billede af det scannede objekt,<br />
se figur 6.6.<br />
48<br />
Figur 6.6: Reduceret og editeret punktsky
6.4 Modellering<br />
Under editeringen er der stor risiko for, at datamængden vokser betragte-<br />
ligt. Årsagen til dette er, at det er nødvendigt ved editeringen at arbejde i<br />
kopier af den sammenknyttede punktsky, da det ikke er muligt at fortryde<br />
sletning af punkter. Derfor er det med jævne mellemrum en nødvendighed<br />
at oprette et nyt ModelSpace med en kopi af den editerede punktsky og<br />
herefter arbejde videre i denne. Efter endt editering bør diverse versioner<br />
af den editerede punktsky slettes for på denne måde at nedbringe data-<br />
mængden.<br />
Ved editeringen af <strong>laserscanning</strong>sdataene for bygningen på Viborgvej viste<br />
det sig, at der meget hurtigt kan opstå en mængde forskellige versioner af<br />
punktskyen. Det er derfor vigtigt, at kopierne af punktskyen gives identi-<br />
fikationer, som afspejler version og indhold af punktskyen.<br />
6.4 Modellering<br />
I Cyclone ModelSpace er det muligt at beregne flader vha. funktionen ”Re-<br />
gion grow patch”. Der markeres et punkt eller flere i den flade, der ønskes<br />
modelleret. Herefter anvendes den nævnte funktion, hvor det er muligt at<br />
indtaste en værdi for, hvor langt fra fladen punkter skal inddrages i bereg-<br />
ning af den endelige flade. Programmet har som default indstillet denne<br />
værdi til 24 mm, hvilket derfor er anvendt. Programmet beregner efter-<br />
følgende iterativt den bedste rette flade for de punkter, som er beliggende<br />
med en vinkelret afstand mindre end 24 mm fra fladen, se figur 6.7.<br />
Figur 6.7: Genereret flade vha. ”Region grow patch” i Cyclone<br />
ModelSpace<br />
Det ses, at hjørner og kanter ikke er skarpe og rette. Dette ændres, når<br />
alle flader er beregnet, hvorefter fladerne kan anvendes til at skære hin-<br />
49
6. Behandling af data<br />
anden. Det er dog væsentligt, at fladerne er beregnet vha. flest mulige<br />
punkter på en facade, så der ikke ekstrapoleres over store afstande, da<br />
dette vil medføre usikkerhed på bestemmelse af kanter og hjørner. Cyclo-<br />
ne ModelSpace beregner hurtigt fladerne, men den efterfølgende skæring<br />
af fladerne kan være tidskrævende. Af 6.8 ses en færdig 3D-model af den<br />
scannede bygning.<br />
Figur 6.8: 3D-model af to indvendige rum af Viborgvej 51A<br />
3D-modellen består af plane flader, som afgrænses af skæringen med til-<br />
stødende flader. Modellen er et generaliseret billede af bygningens virke-<br />
lige dimensioner, idet ujævnheder er fjernet, samt kanter og hjørner er<br />
defineret skarpere, end de fremstår i virkeligheden. Vinduer og døre er<br />
fremkommet ved manuelt at definere deres dimensioner vha. punktsky-<br />
en. Deres placering og dimensioner vil således have en vis usikkerhed,<br />
dels pga. den manuelle udpegning, men ligeledes pga. den såkaldte ”edge<br />
effect”.<br />
3D-modellen kan gemmes i diverse CAD-formater som fx dfx-format, hvor-<br />
efter den kan indlæses i AutoCAD til brug for arkitekter og ingeniører. På<br />
den vedlagte CD under mappen ”Viborgvej” forefindes 3D-modellen i dxf-<br />
format.<br />
50
7<br />
Vurdering af scanningsdata<br />
I dette kapitel foretages vurdering af dels den konstruerede 3D-model,<br />
samt observationer TruView i forhold til den oprindelige situationsopmå-<br />
ling med TPS. Det gøres for at vurdere nøjagtigheden af modelleringen i<br />
Cyclone ModelSpace samt anvendeligheden af TruView. Sammenlignin-<br />
gen sker på baggrund af indvendige bygningshjørner, da disse objekter er<br />
bedst defineret, se figur 7.1.<br />
Figur 7.1: De 12 bygningshjørner der er anvendt ved<br />
sammenligningerne<br />
51
7. Vurdering af scanningsdata<br />
Desuden sammenlignes opmålte gulv- og loftkoter. Deres placering frem-<br />
går af figur 7.2.<br />
Figur 7.2: Placeringen af koter opmålt med TPS<br />
7.1 Vurdering af 3D-model<br />
Dette afsnit indeholder en vurdering af 3D-modellens nøjagtighed dels i<br />
forhold til skæring af flader, samt sammenligning 3D-modellens koordi-<br />
nater i forhold til koordinater indhentet vha. TPS. Desuden sammenlignes<br />
3D-modellen med den scannede punktsky.<br />
7.1.1 Præcision af skæring af flader<br />
3D-modellens bygningshjørner er bestemt på baggrund af skæring af tre<br />
flader. Nøjagtigheden af disse bygningshjørner afhænger således af, hvor<br />
godt de enkelte flader er bestemt. Jævnfør scannerens specifikationer er<br />
den i stand til at scanne en overflade med en præcision på 2 millimeter<br />
for fladens normalvektor.<br />
En viden om de enkelte fladers præcision muliggør ikke, en bestemmelse<br />
af skæringspunktets præcision, da denne ligeledes afhænger af planer-<br />
nes ligninger. Som det er tilfældet med alle typer af skæring, har vinkler-<br />
52
7.1 Vurdering af 3D-model<br />
ne mellem de skærende objekter ligeledes indflydelse. Der tages derfor<br />
udgangspunkt i flader i punktskyen, som ved skæring danner et byg-<br />
ningshjørne. Til beregning af fladernes ligninger og skæringens præci-<br />
sion anvendes MatLAB-scripts udlånt af stud. geom. Nour Hawa, der har<br />
udarbejdet projektrapporten "Modelleringspræcision"omhandlende præ-<br />
cisionen af skæringspunkter konstrueret af <strong>laserscanning</strong>sflader. Disse<br />
scripts kan findes på den vedlagte CD i mappen ”MatLAB-scripts”.<br />
Da programmet har begrænsninger i forhold til antallet af punkter, det<br />
kan håndtere, reduceres antallet af punkter i punktskyen, således den<br />
indbyrdes afstand mellem punkterne ca. er 1 meter. Fladerne der define-<br />
rer det udvalgte hjørne består af ca. 300 punkter. Den reducerede punkt-<br />
mængde fremgår af figur 7.3. På den vedlagte CD i mappen ”MatLAB-<br />
scripts” er det muligt at finde filerne Flade1.xyz, Flade2.xyz og Flade3.xyz,<br />
der indeholder koordinater til de anvendte punkter, der definerer de tre<br />
flader.<br />
Figur 7.3: Den reducerede mængde af punkter, der anvendes til<br />
beregning af skæringspræcision<br />
Programmet beregner vha. Generel Least Squares de tre bedste rette pla-<br />
ner igennem punktmængden. Efterfølgende beregnes præcisionen af skæ-<br />
ringen vha. generel fejlforplantning. Præcisionen kan beskrives med stør-<br />
relsen af konfidensellipsoidens akser, se tabel 7.1 på næste side<br />
53
7. Vurdering af scanningsdata<br />
Halve storakse Halve mellemakse Halve lilleakse<br />
2.1 mm 1.5 mm 0.8 mm<br />
Tabel 7.1: Størrelsen på konfidensellipsoidens akser<br />
Det ses af figur 7.4, at skæringen i gulvets plan (de grønne punkter) er<br />
bestemt med den største præcision. Dette er ikke overraskende, da gulvet<br />
indeholder langt færre ujævnheder end de to bygningsmure.<br />
Figur 7.4: Skæringens konfidensellipsoide skaleret med faktor<br />
1000<br />
Ved hjælp af konfidensellipsoidens akser kan der beregnes en værdi for<br />
skæringspunktets 3D-spredning:<br />
σ3D =<br />
<br />
Halve2 storakse + Halve2 mellemakse + Halve2 lilleakse = 2.7mm<br />
På baggrund af de anvendte punkter vil det således være muligt at be-<br />
stemme skæringspunktet med en præcision på ca. 3mm. Det skal dog<br />
pointeres, at den beregnede præcision ikke er en generel skæringspræ-<br />
cision af alle bygningshjørner, da det afhænger af fladernes ujævnheder,<br />
punkttætheden og planernes skæring.<br />
54
7.1.2 3D-model vs. opmåling med TPS<br />
7.1 Vurdering af 3D-model<br />
For at kunne sammenligne 3D-modellen med den udførte opmåling med<br />
totalstation, gemmes 3D-model i dfx-format. Herefter importeres den i<br />
AutoCAD, hvor modellen eksploderes for igen at kunne importere den<br />
i GeoCAD. I GeoCAD kan 3D-modellens bygningshjørne sammenlignes<br />
med bygningshjørnerne fra den oprindelige opmåling af bygningen. Da<br />
3D-modellens bygningshjørner for top og bund ikke er fuldstændigt sam-<br />
menfaldende i de plane koordinater, vælges det at anvende de nedre byg-<br />
ningshjørner til sammenligningen.<br />
Af tabel 7.2 på næste side fremgår afvigelsen mellem 3D-modellens koor-<br />
dinater og koordinater fra den oprindelige opmåling med TPS. Beregnin-<br />
gen heraf fremgår af Bilag D - 2D-afvigelser. Afvigelserne er desuden vi-<br />
sualiseret på figur 7.5 på side 57. I første omgang foretages blot sam-<br />
menligning for plane koordinater, da bygningshjørnerne med TPS ikke er<br />
indmålt med kote.<br />
Pkt.nr. Afv. i E i mm Afv. i N i mm Vektorlængde<br />
1 9 3 9<br />
2 6 2 6<br />
3 9 -4 10<br />
4 16 3 16<br />
5 -16 -16 23<br />
6 12 -2 12<br />
7 -15 -2 15<br />
8 4 -1 4<br />
9 2 -4 4<br />
10 1 -2 2<br />
11 -5 2 5<br />
12 -12 1 12<br />
Tabel 7.2: Afvigelse mellem 3D-modellen og opmåling med TPS for<br />
koordinater til bygningshjørner<br />
Root Mean Square kan efterfølgende beregnes:<br />
RMS =<br />
RMS = 8mm<br />
n<br />
i=1 (d2 Ei + d2 Ni )<br />
2n<br />
55
7. Vurdering af scanningsdata<br />
hvor n er antallet af koordinatobservationer.<br />
Anvendes 3RMS som grovfejlsgrænse vil dette ikke udelukke nogle af de<br />
sammenlignede koordinater, der fremgår af tabel 7.2 på foregående side.<br />
En anden grovfejlsgrænse som kan anvendes er i forhold til præcisionen af<br />
indmålingen med TPS, samt præcisionen ved skæring af tre planer. Jævn<br />
før Bilag A - Udjævning af fikspunktsnet vil spredningen for et indmålt<br />
punkt med TPS i en afstand af 100 meter være 9 mm for station 5010,<br />
hvorfra indvendige bygningshjørner m.m. blev registreret. Da afstande-<br />
ne fra denne opstilling til de indmålte objekter er langt mindre, antages<br />
spredning for indmålingen med TPS at være 5 mm i planet.<br />
<br />
dMAX = 3 σ2 skringplan + σ2 T P S = 332 + 52 = 17mm<br />
Som det ses af tabel 7.2 på forrige side er længden af fejlvektoren for punkt<br />
5 større end grovfejlsgrænsen på 17 mm. Ligeledes er fejlvektorerne for<br />
punkt 4 og 7 forholdsmæssigt store. For at kunne vurdere afvigelsernes<br />
størrelser mangler dog en række tilfældige fejl, der ikke er taget med i<br />
beregningen af grovfejlsgrænsen.<br />
• Definition af bygningens hjørner<br />
• Ujævnheder i bygningsmuren<br />
• Forskydning ved modellering af flade<br />
De forskelle der er mellem de to opmålinger, skal ses i lyset af de tilfældige<br />
fejl, som der vil opstå ved fx definitionen af bygningens hjørner, da der<br />
blev foretaget opmåling med TPS. Koordinaterne på et hjørne kan fx være<br />
forskellig fra top til bund, samt fladen der definerer bygningsmuren kan<br />
være placeret forskudt i forhold til hjørnerne, hvis muren ikke er jævn.<br />
Af figur 7.5 på næste side på den følgende side ses, at fejlvektorerne for<br />
bygningshjørnerne i det største rum primært peger ind ad i rummet. Det-<br />
te indikerer, at fladerne i 3D-modellen for dette rum generelt er placeret<br />
i større afstand til rummets center i forhold til den oprindelige opmålin-<br />
gen. Årsagen hertil skyldes formentligt, at ved generering af fladerne i<br />
Cyclone ModelSpace har bagvedliggende objekter medvirket til at forsky-<br />
de den genererede flade. Disse objekter kan bl.a. være vindueskarme eller<br />
døråbninger, hvor der vil optræde punkter beliggende forskudt fra byg-<br />
ningsmuren.<br />
56
Figur 7.5: 2D-afvigelser vist som fejlvektorer mellem<br />
bygningshjørner i 3D-modellen og den oprindelige<br />
7.1 Vurdering af 3D-model<br />
situationsplan opmålt med TPS. Den længste vektor er<br />
23 mm<br />
Det er derfor vigtigt, at når en flade modelleres, at alle punkterne, som<br />
ikke er del af fladen, frasorteres. Dette kan bl.a. ske ved at fjerne punkter<br />
omkring vinduer, døre eller andre objekter, der bryder med den pågælden-<br />
de flade. Efterfølgende kan fladen modelleres uden risiko for at forskudte<br />
objekter får indflydelse på generering af fladen. Set i lyset af de tilfældi-<br />
ge fejl, der kan forekomme, da vurderes fejlvektorerne at have acceptable<br />
størrelser.<br />
Foruden sammenligning af bygningshjørner, og det muligt at sammen-<br />
ligne koter opmålt med TPS i forhold til 3D-modellens gulvflader. Det er<br />
derfor nødvendigt at interpolere de opmålte koter ned på 3D-modellens<br />
flader for at få de reelle afvigelser mellem model og opmålte koter. Pla-<br />
ceringen af opmålte koter fremgår af figur 7.2 på side 52. Resultatet af<br />
interpolationen fremgår af tabel 7.3 på næste side.<br />
57
7. Vurdering af scanningsdata<br />
Pkt.nr. Afv. i H i mm Objekt<br />
13 -1 Gulv<br />
14 3 Gulv<br />
15 -2 Gulv<br />
16 -11 Loft<br />
17 -7 Loft<br />
18 3 Loft<br />
19 3 Bjælke<br />
Tabel 7.3: 1D-afvigelse mellem 3D-modellen og opmålte koter med<br />
TPS<br />
Spredning på vægtenheden kan efterfølgende beregnes:<br />
σ0Z =<br />
n<br />
σ0Z = 5mm<br />
i=1 d2 Zi<br />
n<br />
hvor n er antallet af koordinatobservationer.<br />
Anvendes 3σ0Z som grovfejlsgrænse, da overholder alle afvigelser denne<br />
grænse. Koterne i punkt 16 og 17 afviger mere end de øvrige, hvilket fx<br />
kan skyldes ujævnheder i den scannede flade. Dette vil få indflydelse på<br />
beregningen af den bedste flade mellem de scannede punkter.<br />
7.1.3 Punktsky vs. 3D-model<br />
Ved hjælp af programmet Geomagic Studio 12 er det muligt at sammenlig-<br />
ne den modellerede 3D-model med punktskyen. Resultatet af denne sam-<br />
menligning angiver spredningen på afvigelserne mellem 3D-modellen og<br />
punktskyens punkter, samt en visuel præsentation af afvigelsernes stør-<br />
relser.<br />
Fra hvert punkt i punktskyen beregner programmet den vinkelrette af-<br />
stand til den nærmeste flade. På baggrund af alle disse afstande/afvigelser<br />
kan deres spredning beregnes, se tabel 7.4 på modstående side.<br />
58
Maks. afvigelse Spredning af afvigelser<br />
14 cm 10 mm<br />
Tabel 7.4: Maksimal afvigelse og spredningen af afvigelserne<br />
mellem de enkelte punkter og den genererede flade<br />
7.1 Vurdering af 3D-model<br />
Som det ses af figur 7.6 og figur 7.7 på den følgende side har afvigelserne<br />
i overvejende grad nuancen grøn, hvilket indikerer, at forskellen mellem<br />
3D-modellen og punktskyen er under ±10 millimeter, der tilsvarer spred-<br />
ningen mellem disse. Dermed kan det konkluderes, at modellen giver en<br />
god gengivelse af de virkelige forhold.<br />
Figur 7.6: Visuel præsentation af afvigelserne mellem<br />
3D-modellen og punktskyen<br />
59
7. Vurdering af scanningsdata<br />
Figur 7.7: Visuel præsentation af afvigelserne mellem<br />
3D-modellen og punktskyen<br />
Det er dog vigtigt at pointere, at det udelukkende er 3D-modellen, der kan<br />
vurderes ud fra denne sammenligning, og ikke scanningens kvalitet, der<br />
må formodes at være væsentlig bedre end de afvigelser, der fremtræder. Af<br />
afvigelserne er det ligeledes muligt at vurdere det scannede objekts flader.<br />
Det kan fx ses af figur 7.6 på foregående side, at loftet i det mindste af<br />
rummene ikke er plant, men er formet som en ”skål”. Ligeledes fremgår<br />
det, at flere af bygningens vægge er ujævne. De større afvigelser skyldes<br />
primært huller i bygningsflader eller ujævnheder som følge af nedrivning<br />
af mure og lofter. Dette kan være forhold, som formentligt kan være meget<br />
anvendelig for arkitekter eller ingeniører ved projektering.<br />
7.2 Vurdering af observationer i TruView<br />
Ved udlevering af scanningsdata har arkitekter og ingeniører ligeledes<br />
mulighed for at anvende programmet TruView, hvori der kan foretages<br />
koordinat- og afstandsobservationer. I Cyclone ModelSpace genereres et<br />
TruView, der i sin form kan sammenlignes med det billede som kan ses<br />
i TruSpace. Fordelen ved TruView er, at scanningsdataene kan gøres til-<br />
gængelige for fx en kunde, der på egen hånd ønsker at måle afstande eller<br />
observere koordinater, se figur 7.8 på modstående side.<br />
60
7.2 Vurdering af observationer i TruView<br />
Figur 7.8: Opmåling af afstand og observation af koordinater i<br />
TruView<br />
Der eksporteres et såkaldt SiteMap, som viser en oversigt over statio-<br />
nernes placering på lokaliteten. SiteMappet er en html-fil, hvormed den<br />
vil være tilgængelig via Internet Explore. Via SiteMappet kan der navige-<br />
res til de enkelte Scan Worlds set i TruView. TruView er en web-baseret<br />
punktskys-viewer, der gratis kan hentes på Leica Geosystems hjemmesi-<br />
de. Det kræves således, at kunden installerer denne applikation til Inter-<br />
net Explore for, at <strong>laserscanning</strong>sdataene kan anvendes.<br />
Scanningsdataene kan placeres på en server, som er eller gøres tilgængelig<br />
for kunden. En anden mulighed vil være, at kunden får samtlige TruView-<br />
data på en ekstern lagringsenhed fx en dvd eller usb-stick. Fordelen ved<br />
dette vil være, at manøvreringen i TruView ikke vil være påvirket af in-<br />
ternetforbindelsens hastighed. På den vedlagte CD i mappen ”TruView” er<br />
det muligt at betragte de genererede TruView-data.<br />
TruView indeholder kun ganske få funktioner, hvorfor det for selv den<br />
mindst erfarne bruger af digitale data er forholdsvis enkelt at navigere<br />
rundt i TruView og foretage de observationer, der ønskes udført. Det kan<br />
dog være påkrævet at redegøre for kunden, at observationerne skal fore-<br />
tages med påpasselighed, samt det ikke er muligt at foretage millimeter<br />
præcise observationer, som følge af en begrænset opløsning.<br />
På baggrund af de observerede koordinater og objekter kan der i fx Geo-<br />
CAD eller AutoCAD udarbejdes en situationsplan eller lignende i 2 1<br />
2 D.<br />
61
7. Vurdering af scanningsdata<br />
7.2.1 Præcision af skæring<br />
På grund af den såkaldte ”Edge effect”, som omtalte i afsnit 2.4.2 Fejlbi-<br />
drag side 21, er det ikke muligt at scanne hjørner, da scanneren har svært<br />
ved af bestemme afstanden til hjørnet, som følge af laserstrålens udbre-<br />
delse, se figur 7.9. Dette gør det problematisk at udpege hjørner direkte i<br />
TruView.<br />
Figur 7.9: Laserstrålens udbredelse forhindrer en nøjagtig<br />
bestemmelse af hjørnet<br />
En anden problemstilling ved udpegning af hjørner i en punktsky er, at<br />
scanneren foretager observationer i et grid, se figur 7.10. Desto større<br />
grid, desto mere vanskeligt bliver det at bestemme hjørnets placering ud<br />
fra punktskyen. Ved den udførte scanning blev gridstørrelsen ”Medium”<br />
valgt, hvilket svarer til en gridstørrelsen på 5 mm x 5 mm på en afstand<br />
af 5 meter.<br />
62<br />
Figur 7.10: Gridstørrelsen har indflydelse på bestemmelse af<br />
hjørnet
7.2 Vurdering af observationer i TruView<br />
Det kan ligeledes være svært at udpege hjørnet i TruView, da det rent<br />
visuelt kan være svært at definere hjørnet pga. opløsning og lysindfald.<br />
Den anvendte Leica ScanStation C10 tager billeder med en opløsning på<br />
1920x1920 pixels og har en billedvinkel på 17 ◦ x17 ◦ . Antages det, at af-<br />
standen fra objekt til scanner er fem meter, vil dette give følgende pixel-<br />
størrelse:<br />
pel =<br />
17◦ 2(tan( 2 ) · 5000mm)<br />
= 0.78<br />
1920pixel<br />
mm<br />
pixel<br />
Denne pixelstørrelse er dog kun gældende, hvis scanningsdataene betrag-<br />
tes i TruSpace, da der ved generering af TruView sker en komprimering af<br />
datamængden. Når TruViewet dannes, tildeles hvert punkt blot en farve-<br />
værdi/pixel. Den omvendte situation kan ligeledes være gældende. Dette<br />
afhænger af punkttætheden.<br />
Jævnfør et white paper udgivet af Leica Geosystems afhænger nøjagtighe-<br />
den af observationer i TruView dels af nøjagtigheden scanningen er udført<br />
med, samt de systematiske fejl, der opstår ved reduktionen af datamæng-<br />
den. [Thewalt, 2010]<br />
Ved opmåling af pixelstørrelser i TruView blev disse ved en afstand af<br />
ca. 5 meter fra scanner til objekt målt til at være ca. 5 mm. Dette tilsvarer<br />
den valgte opløsning for tætheden af punkter.<br />
På grund af de unøjagtigheder der indtræder vil scanningen af hjørner,<br />
frarådes det at observere bygningshjørnerne direkte i TruView. Hvis de<br />
ønskes registreret, kan de i stedet observeres indirekte ved at observe-<br />
re flere punkter på de tilstødende flader og efterfølgende forbinde linier<br />
mellem disse. Nøjagtigheden af bygningshjørnerne afhænger således af de<br />
implicerede punkters nøjagtighed. Anvendes to punkter på hver flade til<br />
at danne et hjørne, vil dette svare til at anvende linieskæring. Nøjagtighe-<br />
den af hjørnet vil da afhænge af nøjagtigheden af de implicerede punkter,<br />
afstanden mellem punkterne, afstanden fra punkterne til hjørnet, og af<br />
hvor jævn den scannede flade er.<br />
Ved hjælp af generel fejlforplantning vil det være muligt at beregne byg-<br />
63
7. Vurdering af scanningsdata<br />
ningshjørnets plannøjagtighed.<br />
Σp = JΣbJ T =<br />
σplan =<br />
σ 2 x<br />
σxy<br />
σyx σ 2 y<br />
<br />
σ 2 x + σ 2 y<br />
Jævn før specifikationerne for Leica C10 ScanStation, der fremgår af ta-<br />
bel 4.1 på side 34, har hvert punkt en nøjagtighed på 6 mm. Af Leicas<br />
specifikation fremgår det ikke, hvorledes denne punktnøjagtighed er defi-<br />
neret, hvormed følgende antages:<br />
<br />
σp =<br />
σ 2 x + σ 2 y + σ 2 z<br />
σp =<br />
<br />
3σ 2 k<br />
σk = σp<br />
√3σk = 3.5mm<br />
hvor σp angiver punktnøjagtigheden jf. specifikationerne, og σk angiver<br />
koordinatspredningen.<br />
Af det omtalte white paper fremgår det ikke, hvor store fejl dannelsen af<br />
TruView medfører. Et punkt observeret i TruView antages derfor at have<br />
en nøjagtighed, der er identisk med σp.<br />
Ved hjælp af et MatLAB-script, Linieskaering.m, udarbejdet på 7. semes-<br />
ter, beregnes et bud på, hvilken nøjagtighed et bygningshjørne kan be-<br />
stemmes med. Scriptet er at finde på den vedlagte CD i mappen ”MatLAB-<br />
scripts”. Det omtalte script er i stand til at beregne punkters nøjagtighed<br />
fremkommet ved linieskæring. Inputtet i scriptet er x- og y-koordinater.<br />
Der udpeges fire punkter i punktskyen, som skal anvendes til en skæ-<br />
ringsberegning. Af tabel 7.5 på modstående side fremgår nøjagtigheden<br />
for de 12 bygningshjørner.<br />
64
Punktnr. σplan<br />
1 10 mm<br />
2 7 mm<br />
3 9 mm<br />
4 10 mm<br />
5 6 mm<br />
6 5 mm<br />
7 10 mm<br />
8 7 mm<br />
9 10 mm<br />
10 8 mm<br />
11 6 mm<br />
12 7 mm<br />
7.2 Vurdering af observationer i TruView<br />
Tabel 7.5: Nøjagtighed for bestemmelse af bygningshjørner på<br />
baggrund af observationer i TruView<br />
Som det ses tabel 7.5 er det muligt at bestemme et bygningshjørne med<br />
en nøjagtighed under 10 mm. De punkter, der er bedst bestemt, er frem-<br />
kommet ved skæring af lange liniestykker. De beregnede nøjagtigheder<br />
vurderes tilstrækkelige, da bygningsmuren i sig selv ikke er mere præcis<br />
end disse.<br />
Nævnte nøjagtighed afhænger dog i væsentlig grad af, hvilke punkter der<br />
anvendes til skæringsberegningen. Det er derfor vigtigt, at punkterne der<br />
anvendes er placeret langt fra hinanden og nær de respektive hjørner.<br />
7.2.2 TruView vs. TPS<br />
På baggrund af de observerede koordinater i TruView kan der i GeoCAD<br />
konstrueres en 2D-plan af bygningen. Koordinaterne til bygningshjørner<br />
fra denne plan sammenlignes med koordinaterne fra den udførte opmåling<br />
med TPS. De beregnede 2D-afvigelser fremgår af tabel 7.6 på den følgende<br />
side. Grundlaget for beregningerne fremgår af Bilag D - 2D-afvigelser.<br />
65
7. Vurdering af scanningsdata<br />
Pkt.nr. Afv. i E i mm Afv. i N i mm Vektorlængde 3σplan<br />
1 -1 5 5 29<br />
2 4 -8 9 22<br />
3 -5 8 9 28<br />
4 10 12 16 29<br />
5 4 0 4 17<br />
6 -2 -9 9 16<br />
7 -10 6 12 31<br />
8 -4 -13 14 21<br />
9 -2 -7 7 31<br />
10 2 -9 9 23<br />
11 5 -1 5 18<br />
12 -3 19 19 21<br />
Tabel 7.6: Afvigelse mellem observationer i TruView og opmåling<br />
med TPS for koordinater til bygningshjørner<br />
Indpasningsspredningen kan beregnes til følgende:<br />
σEN = √ 2<br />
<br />
n<br />
i=1 (d2 Ei + d2 Ni )<br />
2n<br />
σEN = 11mm<br />
Indpasningsspredningen bør ikke afvige væsentligt fra σplan. Det fremgår<br />
af tabel 7.5 på foregående side, at σplan er beregnet til størrelser mellem<br />
5-10 mm. Dermed er indpasningsspredningen en smule større end de be-<br />
regnede nøjagtigheder for bygningshjørner konstrueret ved skæring. Det<br />
skal dog pointeres, at usikkerheden for opmålingen med TPS ikke indgår<br />
i beregningen af σplan.<br />
Som grovfejlsgrænse anvendes 3σplan. Det ses af tabel 7.6, at alle stør-<br />
relser for fejlvektorerne er under de beregnede grovfejlsgrænser, til trods<br />
for at usikkerheden på opmålingen med TPS ikke indgår. På figur 7.11<br />
på næste side er fejlvektorerne skitseret. Det ses, at det ikke umiddelbart<br />
er muligt at spore systematiske tendenser i fejlvektorernes størrelser eller<br />
retninger.<br />
66
7.2 Vurdering af observationer i TruView<br />
Figur 7.11: 2D-afvigelser mellem opmålingen med totalstation og<br />
observationer i TruView. Den største fejlvektor er 19<br />
mm<br />
Det er ligeledes muligt at sammenligne de opmålte koter med TPS med<br />
observationer i TruView. Afvigelserne mellem koterne fremgår af tabel 7.7.<br />
Pkt.nr. Afv. i H i mm Objekt<br />
13 0 Gulv<br />
14 -1 Gulv<br />
15 -2 Gulv<br />
16 4 Loft<br />
17 3 Loft<br />
18 4 Loft<br />
19 4 Bjælke<br />
Tabel 7.7: 1D-afvigelse mellem observationer i TruView og<br />
opmålte koter med TPS<br />
Spredning på vægtenheden kan beregnes til:<br />
σ0Z = 3mm<br />
Som det fremgår af tabel 7.7 er det muligt at foretage meget gode koteob-<br />
servationer. Alt i alt kan det konkluderes, at observationerne i TruView<br />
67
7. Vurdering af scanningsdata<br />
sagtens kan måle sig med observationerne foretaget med TPS. På den<br />
baggrund vurderes TruView i høj grad anvendelig til brug for arkitekten<br />
eller ingeniøren, som ønsker at foretage et par supplerende mål.<br />
Før en arktikt eller ingeniør giver sig i kast med brugen af TruView, er<br />
det dog vigtigt at redegøre for, hvad programmet ikke kan anvendes til.<br />
Det skal derfor pointeres, at det frarådes at foretage observationer direkte<br />
i hjørnerne, da disse til dels kan være svære at definere i billedet, men<br />
ligeledes pga. den såkaldte ”edge effect”, hvor scanningen ikke vil definere<br />
et hjørne skarpt.<br />
68
8<br />
Fremvisning af data<br />
I dette kapitel redegøres for, hvilke produkter der fremvise for arkitektfir-<br />
maet, som havde indvilliget i at se nærmere på de data, der kan frembrin-<br />
ges ved brug af <strong>laserscanning</strong>. Desuden redegøres for firmaets vurdering<br />
af produkterne.<br />
Anne-Sofie Ladegaard, der er bygningskonstruktør hos Birch & Svenning,<br />
samt ansvarlig for projekteringen af den opmålte bygning på Viborgvej, var<br />
forbi <strong>AAKJAER</strong> <strong>Landinspektører</strong>s kontor i Aarhus for at få fremvist resul-<br />
taterne af den udførte <strong>laserscanning</strong>. Følgende produkter blev fremvist:<br />
• Punktskyer med varierende punkttæthed<br />
• 3D-model<br />
• 3D-model vs. punktsky<br />
• TruView-løsning<br />
8.1 Vurdering af produkter<br />
Generelt var Anne-Sofie Ladegaard meget positiv overfor de produkter,<br />
som <strong>laserscanning</strong>en havde affødt. Hun udtalte, at de ofte sad i situatio-<br />
ner, hvor de manglede informationer om virkeligheden i højere luftlag, end<br />
hvad en situationsplan i 2 1<br />
2D kunne give dem. Der blev dog taget kritisk<br />
stilling til, hvilke produkter firmaet direkte kunne anvende selv i deres<br />
arbejde.<br />
69
8. Fremvisning af data<br />
Punktskyen virkede med første øjekast interessant. Anne-Sofie Ladegaard<br />
mente dog, der ville være lang vej før, at de ville være i stand til at kunne<br />
tage en sådan punktsky i anvendelse, da de vil mangle ekspertise til at få<br />
anvendelige resultater frembragt vha. punktskyen. Punktskyen vurderes<br />
derfor ikke for et anvendeligt produkt for et sådant firma.<br />
3D-modellen blev vurderet som anvendelig til at foretage diverse obser-<br />
vationer af koordinater til bygningshjørner, vinduesåbninger o.l., da det<br />
vil være muligt at få koordinater i flere højdeniveauer. Det blev dog poin-<br />
teret, at de oftest arbejder i 3D i startfasen til at visualisere de overordnede<br />
idéer for projektet. En præcis 3D-model vil til en sådan visualisering ikke<br />
være nødvendig. Ved selve projekteringen sker det meste af arbejdet i 2D<br />
i form af snit- og plantegninger. Da firmaet derfor ikke har de store erfa-<br />
ringer med brugen af 3D-data, kunne en løsning være at udarbejde flere<br />
2D-planer indlagt som snitflader. Der kunne fx udfærdiges en 2D-tegning<br />
for hver højdemeter.<br />
Visualiseringen af forskellene mellem 3D-modellen og punktskyen blev<br />
vurderet til at give et meget godt og særdeles brugbart billede af bygnin-<br />
gens ujævnheder, som ikke nødvendigvis afsløres ved en traditionel op-<br />
måling med TPS. De vil være i stand til hurtigt at danne sig et billede af, i<br />
hvilke områder i bygningen der skal gøres en ekstra indsats i anlægsfasen.<br />
Samtidigt kan informationen om minimum og maksimum koter ligeledes<br />
være meget anvendelig, da det ofte er i disse tilfælde, hvor en viden om<br />
dette har manglet, at der opstår problemer i anlægsfasen.<br />
Det sidste produkt, der blev præsenteret, var <strong>laserscanning</strong>sdataene vist<br />
via TruView. Anne-Sofie Ladegaard fandt denne løsning særdeles interes-<br />
sant, især i de tilfælde hvor et kommende byggeri ligger i lang afstand fra<br />
kontoret. I disse tilfælde kan der spares meget tid på transport, da man-<br />
ge problemstillinger kan afklares ved at betragte lokaliteten via TruView.<br />
Desuden er det et godt redskab til at give alle et fælles udgangspunkt for<br />
den videre projektering.<br />
Alt i alt var Anne-Sofie Ladegaard positiv stemt overfor flere af de produk-<br />
ter som en <strong>laserscanning</strong> kan resultere i. Der skal dog findes en balance<br />
imellem, hvor meget arbejde der skal være udført, før de modtager et pro-<br />
dukt. Ligeledes vil produkterne frembragt ved <strong>laserscanning</strong> formentlig<br />
70
8.1 Vurdering af produkter<br />
være mere bekostelige. Det vil således kræve, at bygherren overtales til at<br />
anvende flere penge på opmålingen, som efterfølgende skal kunne indtje-<br />
nes på andre fronter.<br />
71
8. Fremvisning af data<br />
72
9<br />
Test af fladenøjagtighed<br />
Dette kapitel har til formål at teste fladenøjagtighed for flader scannet med<br />
en Leica ScanStation C10. Nøjagtigheden beregnes ud fra en scanning af<br />
et mødelokale hos <strong>AAKJAER</strong> <strong>Landinspektører</strong>, se figur 9.1.<br />
Figur 9.1: Placering af scanner og targets ved scanning af<br />
mødelokale<br />
Fladen, der anvendes til at vurdere scannerens nøjagtighed af gengivelse<br />
af flader, er en glat og jævn bordplade. Da beregningen af nøjagtigheden<br />
sker på baggrund af en plan flade, bør bordpladen ligeledes være en plan<br />
flade.<br />
73
9. Test af fladenøjagtighed<br />
Der foretages tre uafhængige scans, hvor scanneren efter hver scan blot er<br />
blevet rykket nogle få centimeter for at sikre, at de samme objekter scan-<br />
nes med nært det samme antal punkter, samt med samme indfaldsvinkel.<br />
For at kunne sammenligne data fra de tre uafhængige scans, skal de tre<br />
scans være indlagt i samme koordinatsystem.<br />
I mødelokalet placeres tre targets, som anvendes til at sammenknytte de<br />
tre scans, se figur 9.1 på foregående side. Da scannerens placering stort<br />
set ikke ændres ved de tre scans, er det ikke nødvendigt at dreje på de tre<br />
targets. Dette sikrer, at geometrien mellem targetsene med garanti ikke<br />
ændres. En evt. spænding ved sammenknytning af de tre scans vil skyldes<br />
scannerens usikkerhed på bestemmelse af targetcentrene. Jævnfør speci-<br />
fikationerne, tabel 4.1 på side 34, kan centrene af targetsene bestemmes<br />
med en nøjagtighed på 2 mm.<br />
Det ses tabel 9.1, at efter sammenknytning af de tre uafhængige scans er<br />
punktspredningen af de enkelte targets ved hvert scan maksimalt 1 mm.<br />
Det vurderes på den baggrund, at der er foretaget en god bestemmelse af<br />
centrene af targetsene, samt der er foretaget en god sammenknytning.<br />
Target Station-001 Station-002 Station-003<br />
1 0 mm 1 mm 1 mm<br />
2 1 mm 1 mm 0 mm<br />
3 1 mm 0 mm 1 mm<br />
Tabel 9.1: Punktspredning for targets efter sammenknytning.<br />
Resultaterne fremgår ligeledes af Bilag C -<br />
Sammenknytning af punktskyer<br />
Der udvælges en del af bordpladen på ca. 1 meter x 1 meter, som består<br />
af ca. 700.000 punkter. På baggrund af disse punkter genereres en flade i<br />
Cyclone ModelSpace vha. af funktion ”Region grow patch”. Den generere-<br />
de flade repræsenterer den bedste rette flade igennem punktmængden.<br />
Ved hjælp af progammet GeoMagic Studio 12 visualiseres den vinkelrette<br />
afstand mellem de enkelte punkter og den genererede flade. Af figur 9.2<br />
på modstående side er det muligt at se størrelsen af afvigelserne mellem<br />
punktskyen og den genererede flade.<br />
74
Figur 9.2: Visuel præsentation af afvigelserne mellem punktskyen<br />
og den genererede flade<br />
Det ses, at punktskyen ikke er helt sammenfaldende med fladen. Årsagen<br />
til dette kan formentligt være, at bordoverfladen, som antaget, ikke udgør<br />
en plan flade. Derfor kan det på baggrund af denne punktsky være svært<br />
at beregne scannerens nøjagtighed af scanning af flader. Det vælges der-<br />
for at tage et mindre udsnit, placeret i det område af bordet, hvor det af<br />
figur 9.2 ser ud til at være mest jævnt.<br />
På baggrund af det færre antal punkter genereres en ny flade. Afvigel-<br />
serne mellem punktskyen og den nye flade fremgår af figur 9.3 på den<br />
følgende side. Den nye flade har nu en størrelse på ca. 32 cm x 32 cm og<br />
består af 65.000 punkter.<br />
75
9. Test af fladenøjagtighed<br />
Figur 9.3: Visuel præsentation af afvigelserne mellem punktskyen<br />
og den nye genererede flade<br />
Det ses, at langt de fleste punkter befinder sig inden for ±1 mm fra den<br />
genererede flade. Desuden fremgår der ikke nogle systematikker i afvigel-<br />
serne, som indikerer, at den anvendte bordplade i dette område ikke er en<br />
plan flade. Det er derfor nu muligt er give en vurdering af nøjagtigheden<br />
af scannede flader for de enkelte scans.<br />
For hvert scan interpoleres punktskyen ned på den genererede flade for<br />
at finde afvigelserne mellem disse. Af tabel 9.2 fremgår de maksimale af-<br />
vigelser, samt spredningen for afvigelserne, og af Bilag E - Visualisering af<br />
afvigelser fremgår en visuel præsentation af resultatet for interpolationen<br />
for de tre scans. Beregningerne foretages i programmet GeoMagic Studio<br />
12.<br />
Station Maks. afvigelse Spredning af afvigelser<br />
001 -6 mm 1 mm<br />
002 5 mm 1 mm<br />
003 5 mm 1 mm<br />
Tabel 9.2: Maksimale afvigelser og spredningen af afvigelserne<br />
mellem de enkelte punkter og den genererede flade<br />
En spredning på 1 mm for afvigelserne i forhold til den plane flade stem-<br />
mer fint overens med instrumentets specifikationer. Det er oplyst, at scan-<br />
neren kan bestemme normalvektoren til en overflade med 2 millimeters<br />
76
nøjagtighed. Dermed viser denne test, at scanneren kan bestemme en<br />
overflade med større nøjagtighed end specifikationerne angiver.<br />
Af tabel 9.2 på modstående side fremgår, at der forekommer afvigelser<br />
på op til 6 millimeter i forhold til den genererede flade. Indenfor landmå-<br />
ling anvendes ofte en grovfejlsgrænse på ±3σ. Da punkterne observeret<br />
med en laserscanner ikke umiddelbart kan betragtes som uafhængige,<br />
kan spredningen for normalvektoren til overfladen ikke anvendes til at<br />
fastlægge en grovfejlsgrænse.<br />
De større afvigelser skal formentligt tilskrives spredningen på scannerens<br />
afstandmåler, da denne har størst indvirkning på punkternes nøjagtighed.<br />
Jævn før tabel 4.1 på side 34 er nøjagtigheden for scannerens afstandsmå-<br />
ler 4 millimeter. Dermed skyldes de omtalte afvigelser højest sandsynligt<br />
ikke grove fejl, men mere sandsynligt usikkerheden på afstandmålingen.<br />
77
9. Test af fladenøjagtighed<br />
78
10<br />
Diskussion<br />
Dette kapitel har til formål at diskutere anvendeligheden af terrestrisk<br />
<strong>laserscanning</strong>en i en privat praktiserende landinspektørvirksomhed in-<br />
den for nær fremtid. Vurderingen af anvendeligheden sker på baggrund<br />
af <strong>laserscanning</strong>ens nøjagtighed, økonomiske forhold samt vurdering af<br />
mulige rekvirenter af <strong>laserscanning</strong>sdata.<br />
10.1 Nøjagtighed af laserscaningsdata<br />
Vurderingen af nøjagtigheden af <strong>laserscanning</strong>sdataene har vist, at det<br />
er muligt at frembringe 3D-modeller med en nøjagtighed, der sagtens kan<br />
måle sig med nøjagtighederne for opmåling med totalstation. Den anvend-<br />
te terrestriske laserscanner er i stand til at scanne overflader med spred-<br />
ning for overfladens normalvektor på minimale 1 millimeter.<br />
De meget små unøjagtigheder gør terrestrisk <strong>laserscanning</strong> meget anven-<br />
delig til løsning af tekniske opgaver, hvor der er strenge krav til detaljering<br />
og overfladenøjagtighed. En anskaffelse af en terrestrisk laserscanner vil<br />
således åbne op for nye markeder, hvor det med andre opmålingsinstru-<br />
menter ikke vil være muligt at kunne udføre disse opmålingsopgaver med<br />
tilstrækkelig nøjagtighed og detaljeringsgrad.<br />
79
10. Diskussion<br />
10.2 Økonomisk betragtning<br />
I dette afsnit forsøges det at vurdere en investering i en laserscanner i<br />
et økonomisk perskpektiv. Der er tale om anslåede størrelser, hvorfor de<br />
reelle tal kan afvige herfra.<br />
Det anslås, at levetiden for instrumentet er 10 år, samt det er muligt at<br />
rekvirere 25 opgaver om året. Omkostningerne per opgave for at kunne<br />
forrente instrumentetomkostninger vil således være ca. 4.400 kr., se ta-<br />
bel 10.1. Der til kommer evt. renteomkostninger, arbejdslønnen, samt en<br />
indtjeningsandel.<br />
Levetid 10 år<br />
Opgaver pr. år 25<br />
Instrument og software 1.000.000 kr.<br />
Reparation og vedligehold 100.000 kr.<br />
Total 1.100.000 kr.<br />
Omkostning pr. opgave 4.440 kr.<br />
Tabel 10.1: Anslåede omkostninger m.m. ved investering i en<br />
terrestrisk laserscanner<br />
På baggrund er de anslåede størrelser vurderes udgiften til udstyret ikke<br />
at være det største problem ved anskaffelse af en laserscanner. Problemet<br />
opstår ved omkostninger til arbejdsløn. Selve scanningen kan hurtigt ud-<br />
føres, men selv editeringen og modellering efterfølgende på kontoret kan<br />
være en tidsrøver, som kan være svær at forudsige.<br />
Tidsforbruget ved editering og modellering af bygningen på Viborgvej an-<br />
slås til ca. at være 1 1<br />
2-2 arbejdsdøgn. Arbejdslønnen for scanning og modellering<br />
af bygningen vil ved en timeløn på 250 kr. være ca. 4.000 kr.<br />
Prisen for at få udført denne <strong>laserscanning</strong> vil da være ca. 10.000 kr. I<br />
denne prisberegning indgår således ikke omkostninger til etablering af<br />
fikspunkter på lokaliteten eller reetablering af skel. Desuden er scannin-<br />
gen ikke udført for hele bygningen. Omkostningerne for en <strong>laserscanning</strong><br />
vil således være en del højere end den pris, som opmålingen blev udført<br />
for.<br />
Det anslåede antal opgaver per år er muligvis ligeledes sat for højt. Det<br />
80
10.3 Markedet for brug af <strong>laserscanning</strong>sdata<br />
vil i hvert fald kræve, at der gøres en aktiv indsats for finde nye markeder.<br />
10.3 Markedet for brug af <strong>laserscanning</strong>sdata<br />
Problemanalysen og kontakten til arkitektfirmaet Birch & Svenning har<br />
vist, at denne branche endnu ikke er helt gearet til at anvende laserscan-<br />
ningsdata i deres arbejde. Nogle produkter fremkommet ved <strong>laserscanning</strong><br />
blev fundet interessante bl.a. visualiseringen af den pågældende bygnings<br />
ujævnheder, samt <strong>laserscanning</strong>sdataene tilgængelig via TruView. Leve-<br />
ringen af disse produkter for kunden vil dog være mere bekostelig end<br />
en traditionel opmåling med TPS. Det kan være svært at sammenligne<br />
produkterne fremkommet ved brug af <strong>laserscanning</strong> eller TPS, da de er<br />
forskellige og ikke direkte kan afløse hinanden.<br />
I forhold til den fremtidige brug af <strong>laserscanning</strong> i en landinspektørvirk-<br />
somhed må det anses som et stort minus, at deres kunder endnu ikke<br />
er parate til at anvende <strong>laserscanning</strong>sdata. Arkitekterne og ingeniørerne<br />
kan i langt de fleste tilfælde nøjes med 2D eller 2 1<br />
2D-planer over det område<br />
eller den bygning, som står foran forandring. Landinspektøren med en<br />
laserscanner er måske i stand til at levere meget detaljerede og nøjagtige<br />
data, men spørgsmålet er om kunden overhovedet har interesse i dette.<br />
Med mindre rekvirenterne kan se en økonomisk gevinst ved anvendelse<br />
af de produkter en <strong>laserscanning</strong> kan frembringe, vil den billigste løsning<br />
formentligt oftest være at foretrække.<br />
For at en investering i en terrestrisk laserscanner kan blive en rentabel<br />
forretning, må der formentligt gøres en meget progressiv markedsføring<br />
af de produkter, det er muligt at levere på baggrund af en terrestrisk la-<br />
serscanning. Samtidigt skal det ikke forventes, at virksomhedens nuvæ-<br />
rende kundekreds, der gør brug af de traditionelle produkter frembragt<br />
ved opmåling med TPS, automatisk vil finde <strong>laserscanning</strong>ens produkter<br />
for interessante. Dette skyldes til dels de højere udgifter, men ligeledes,<br />
at en situationsplan i 2D ikke direkte kan afløses af en 3D-model. Det er<br />
forskellige produkter med forskellige aftagere.<br />
Det vil derfor være nødvendigt at udvide kundekredsen med brancher som<br />
på nuværende tidspunkt ikke er de største anvendere af opmålingsbran-<br />
chen. Dette kunne være i forbindelse med scanning af arkælogiske fund<br />
81
10. Diskussion<br />
og historisk vigtige bygninger, eller måske endda scanning af kunstvær-<br />
ker. I forbindelse med virksomhedsopholdet hos <strong>AAKJAER</strong> Landinspektø-<br />
rer blev kunstværket "Boy"på ARoS kunstmuseum scannet, se Bilag F -<br />
Laserscanning af Boy og Bilag G - Laserscanning af Boy - Kommenteret.<br />
En sådan kundekreds vil formodentligt ikke opstå af sig selv, men ved at<br />
gøre en aktiv indsats for at skabe en kontakt og præsentere mulighederne<br />
ved <strong>laserscanning</strong>.<br />
10.4 Er tiden moden?<br />
På baggrund af de fremlagte fordele og ulemper ved anskaffelse af en ter-<br />
restrisk laserscanner anses det endnu ikke at være det oplagte tidspunkt<br />
for investering i en sådan scanner. Der til er innvesteringsomkostninger-<br />
ne i <strong>laserscanning</strong>sudstyr på nuværende tidspunkt stadigt for høje set i<br />
forhold til andet traditionelt opmålingsudstyr. Ligeledes er mængden af<br />
kunder, der er i stand til at anvende <strong>laserscanning</strong>sdata fortsat for lav.<br />
Den umiddelbare konsekvens her af kunne da være komplet at afskri-<br />
ve brugen af <strong>laserscanning</strong> i en traditionel landinspektørvirksomhed, da<br />
der ikke er kunder, som ønsker den slags data, som det er muligt at leve-<br />
re ved brug af <strong>laserscanning</strong>. Det formodes dog, at der inden for en kort<br />
årrække vil komme skub i brugen af 3D-data i mange brancher.<br />
Der vil formentligt komme en større efterspørgsel på detaljerede 3D-modeller<br />
i takt med, at befolkningen i højere og højere grad vender sig til at se verde-<br />
nen i 3D. Denne tilvending er så småt i gang dels takket være den hyppige<br />
brug af 3D-modeller i nyhedsmedierne eller indtoget af 3D i biograferne.<br />
Dette større fokus på 3D i præsentationsøjemed kan fx presse arkitekt-<br />
branchen til at anvende præcise punktskyer til illustration af de nære<br />
omgivelser, og hvorledes et nyt byggeri vil påvirke disse. I takt med at<br />
computerkraften dagligt øges vil størrelsen af en detaljeret punktsky ef-<br />
terhånden få mindre og mindre betydning.<br />
Anbefalingen i forhold til investering i en terrestrisk laserscanner vil så-<br />
ledes lyde på fortsat at holde igen, men samtidigt være forberedt på det<br />
øjeblik, hvor det uundgåelige gennembrud for anvendelse af nøjagtige la-<br />
serscanningsdata indtræffer.<br />
82
11<br />
Konklusion<br />
Dette kapitel har til formål at besvare problemformuleringen i korte ven-<br />
dinger vha. de resultater, der fremgår af de foregående kapitler. Problem-<br />
formuleringens hovedproblemstilling lød således:<br />
I hvilken grad vil investering i terrestrisk <strong>laserscanning</strong>sudstyr være<br />
en mulig løsning til tekniske måleopgaver i en landinspektørvirksom-<br />
hed?<br />
På baggrund er de i rapporten udførte vurderinger vil svaret på hoved-<br />
problemstillingen være: "I ringe grad".<br />
En investering i en terrestrisk laserscanner er på nuværende tidspunkt<br />
fortsat en riscikabel investering. Det kræves dels, at virksomheden har<br />
et særligt kundesegment og et højt antal af tekniske opgaver, hvor der<br />
kræves en høj detaljeringsgrad og nøjagtighed. Desuden skal der gøres en<br />
aktiv indsats for opsøgning af nye markeder. En yderligere problemstilling<br />
er, at en stor andel af kundekredsen ikke vil være i stand til at anvende<br />
de produkter, der er resultatet af en <strong>laserscanning</strong>. Samtidigt skal rekvi-<br />
renten være indstillet på at betale en højere pris for scanningsdata.<br />
Hvordan planlægges og udføres opmålingen af den givne opgave med en<br />
terrestrisk laserscanner?<br />
I forbindelse med projektet blev en ældre industribygning beliggende på<br />
Viborgvej i Aarhus scannet indvendigt fra tre opstillinger. De tre punktsky-<br />
83
11. Konklusion<br />
er blev sammenknyttet vha. seks tagets, samt georeferet vha. et tidligere<br />
etableret fikspunktsnet.<br />
Hvor nøjagtig er en scannet punktsky i forhold til udvalgte punkter opmålt<br />
med totalstation?<br />
På baggrund af en 3D-model bestående af plane flader modelleret ud fra<br />
en editeret og reduceret punktmængde er der foretaget sammenligning af<br />
3D-modellen og den oprindelige situationsplan opmålt med TPS for koor-<br />
dinater til bygningshjørner samt koter. Root Mean Square for planet be-<br />
regnes vha. 2D-afvigelserne og har en størrelse på 8 mm, mens spred-<br />
ningen på vægtenheden for koter beregnes til 5 mm. Den anvendte Leica<br />
ScanStation C10 er i stand til at scanne flader med en spredning på 1 mm<br />
for normalvektoren til den pågældende flade. Det er ligeledes beregnet, at<br />
det er muligt at modellere et hjørne ved skæring af tre flader med en 3D-<br />
punktspredning på ca. 3 mm.<br />
Hvordan gøres <strong>laserscanning</strong>ens mange data anvendelig for de involverede<br />
arkitekter og ingeniører?<br />
Ved præsentation af resultaterne for den udførte <strong>laserscanning</strong> af byg-<br />
ningen på Viborvej blev fremvist punktskyer, den udarbejdede 3D-model,<br />
visualisering af bygningens ujævnheder, samt en TruView-løsning. Dis-<br />
se produkter blev fremvist for Anne-Sofie Ladegaard fra arkitektfirmaet<br />
Birch & Svenning.<br />
Finder arkitekterne eller ingeniørerne <strong>laserscanning</strong>sdataene anvendelige?<br />
Anne-Sofie Ladegaard fandt de fremviste produkter ganske interessan-<br />
te, da de ofte mangler infomationer om bygningens dimensioner i mere<br />
end et plan. Visualiseringen af bygningens ujævnheder giver et godt bil-<br />
lede af, hvor der i anlægsfasen kan opstå problemer, mens TruView kan<br />
være medvirkende til at spare en del ressourcer på transport. Det blev dog<br />
vurderet, at det fortsat vil være et stort skridt at gå fra 2D-planer til en<br />
3D-model. En mulighed kunne da være, at indlægge flere snitflader defi-<br />
neret med en bestemt kote, og herved udarbejde flere 2D-planer.<br />
På baggrund af de udførte vurderinger i denne rapport konkluderes det,<br />
84
at der fortsat vil gå en mindre årrække før, at en terrestrisk laserscanner<br />
bør være en del af et landinspektørfirmas instrumentsamling.<br />
85
11. Konklusion<br />
86
12<br />
Perspektivering<br />
Dette kapitel har til formål at sætte projektets indhold i en større kontekst.<br />
12.1 Mobile mapping<br />
I dette projekt har det været udgangspunktet, at en terrestrisk laserscan-<br />
ning er foretaget fra faste placeringer, hvormed der blot scannes det, som<br />
er synligt fra den pågældende lokalitet. Spørgsmålet er blot, om dette er<br />
den bedste udnyttelse af en laserscanners formåen. Ved denne type opmå-<br />
ling kan anvendelse af TPS nemlig ofte være en lige så anvendelig løsning.<br />
Placeres laserscanneren derimod på et bevægende objekt er det muligt<br />
at udnytte scannerens indsamlingshastighed af punkter til fulde, da fx en<br />
lang vejstrækning kan kortlægges på langt mindre tid end ved traditionel<br />
opmåling, samt med mindre gene for omgivelserne.<br />
Denne kortlægningsform kaldes for ”Mobile mapping”, og COWI har allere-<br />
de et operationelt køretøj, der er i stand til at udføre denne type opmåling.<br />
På køretøjet er placeret et kamera, tre scannere, en gps-modtager samt<br />
odometre. GPS-modtagerne gør det muligt at georeferere de indsamlede<br />
punkter, mens odometrene anvendes i de tilfælde, at GPS-modtageren ik-<br />
ke er i stand til at levere en tilstrækkelig nøjagtighed af køretøjets position.<br />
[COWI, 2010b]<br />
Køretøjets tre laserscannere indsamler ca. 120.000 punkter per sekund,<br />
87
12. Perspektivering<br />
samtidig med at kameraet tager 360 ◦ billeder. Efterfølgende kan data be-<br />
handles hjemme på kontoret, hvor skilte o.l. kan udpeges og registreres<br />
med kode. Dermed kan registreringen af vejudstyret ske uden gene for<br />
trafikken, samt uden fare for opmåleren. Foruden registrering af vejudstyr<br />
kan mobile mapping også anvendes til kortlægning af vejens omgivelser,<br />
bl.a. ved at anvende billederne til teksturering af bygninger langs vejen.<br />
[COWI, 2010b]<br />
Perspektiverne for mobile mapping er mange. En mulighed kan ligele-<br />
des være at placere udstyret på et tog. Hermed kan der ganske hurtigt<br />
fx i løbet af en nat uden gene for den øvrige togtrafik foretages opmåling<br />
af jernbanens udstyr og forløb. På nuværende tidspunkt foretages meget<br />
opmåling langt jernbanenettet som traditionel opmåling med TPS og GPS,<br />
hvilket er langsommeligt.<br />
88
LITTERATURLISTE<br />
Litteraturliste<br />
Boehler, W., Vicent, M. B., & Marbs, A. (2003). Investigation laser scanner<br />
accuracy. Institute for Spatial Information and Surveying Technology,<br />
Mainz.<br />
Conforti, D. (2010). Measuring Open Pit Mines. Geomares Publishing. GIM<br />
International, Issue 8, Vol. 24.<br />
COWI (2010a). 3D Terrestrial Laser Scanning - TruView. COWI.<br />
www.3d<strong>laserscanning</strong>.gis-hotel.dk - Sidst set 28-12-2010.<br />
COWI (2010b). Kortlægning og dataindsamling - Mobile mapping - 360<br />
graders kortlægning fra bil. COWI. www.cowi.dk - Sidst set 28-12-2010.<br />
COWI (2010c). Landmåling - <strong>Terrestrisk</strong> <strong>laserscanning</strong> af fjernvarmetunnel<br />
under Århus. COWI. www.cowi.dk - Sidst set 28-12-2010.<br />
horsensmuseum.dk (2010). Horsens Museum får 300.000 kr. til 3D-<br />
<strong>laserscanning</strong> af fængslet. Horsens Museum. www.horsensmuseum.dk.<br />
Jacobs, G. (2006). 3D Scanning - Understanding Spot Size for Laser Scan-<br />
ning. Professional Surveyor Magazine. Senior vice president, strategic<br />
marketing for Leica Geosystems, HDS, Inc.<br />
Jensen, L. (2008). <strong>Terrestrisk</strong> Laserscanning - Kommunikation i 3D uden<br />
misforståelser. Landinspektøren. Nr. 1, Bind 44, Årgang 117.<br />
LE34 (2010). Produktblad - Hurtig, nøjagtig og detaljeret 3D dokumentering<br />
af virkeligheden. Landinspektørfirmaet LE34. www.3d-skan.dk - Sidst<br />
set 28-12-2010.<br />
Leica (2009). Leica ScanStation C10 - The All-in-One Laser Scanner for Any<br />
Application. Leica Geosystems AG. Heerbrugg, Schweiz.<br />
Leica (2010). Leica Cyclone PUBLISHER 7.1 and TruView 2.1 - Free Web<br />
Laser Scan Viewer. Leica Geosystems AG. Heerbrugg, Schweiz.<br />
89
LITTERATURLISTE<br />
Lichti, D., Gordon, S., & Stewart, M. (2002). Ground-based laser scanners:<br />
Operation, systems and applications. Geomatica. Department of Spatial<br />
Sciences, Curtin University of Techonology, Perth, Australia.<br />
Quintero, M. S., Genechten, B. V., Bruyne, M. D., Poelman, R., Hankar,<br />
M., Barnes, S., Caner, H., Budei, L., Heine, E., Reiner, H., Garcia, J.<br />
L. L., & Taronger, J. M. B. (2008). Theory and practice on Terrestrial<br />
Laser Scanning. Flemish Agency of the European Leonardo da Vinci<br />
programme. Projekt 3D RiskMapping.<br />
Rambøll (2010). Advanced 3D laser scanning and survey / Avanceret 3D<br />
<strong>laserscanning</strong>. Rambøll Group A/S. www.ramboll-oilgas.com - Sidst set<br />
28-12-2010.<br />
Reshetyuk, Y. (2006). Investigation and calibration of pulsed time-of-flight<br />
terrestrial laser scanners. Royal Institute of Technology (KTH) - Depart-<br />
ment of Transport and Economics. Division of Geodesy, Stockholm.<br />
Soubra, O.-P. & Lorenzo, A. (2005). White paper - Applications for Trimble<br />
3D scanners in studies of accidents and criminology (forensics). Trimble<br />
Navigation Limited. Trimble Engineering and Construction Group.<br />
Thewalt, C. (2010). White paper - Leica TruView Accuracy. Leica Geosy-<br />
stems.<br />
Topcon (2010). GLS-1500 Laser skanner. Topcon Corporation. ToppTOPO<br />
A/S.<br />
Trimble (2007). Datasheet - Trimble GX 3D scanner. Trimble Navigation<br />
Limited.<br />
Tvilum (2010). 3D-<strong>laserscanning</strong> - Fremtidens opmåling. Tvilum Landin-<br />
spektørfirmaet A/S. www.tvilum.dk - Sidst set 28-12-2010.<br />
Wehr, A. & Lohr, U. (1999). Airborne laser scanning - an introduction and<br />
90<br />
overview. Elsevier. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sen-<br />
sing 54.
Bilag<br />
Bilag A - Udjævning af fikspunktsnet.............................................side 93<br />
Bilag B - Georeferering af targets...................................................side 101<br />
Bilag C - Sammenknytning af punktskyer......................................side 103<br />
Bilag D - 2D-afvigelser...................................................................side 105<br />
Bilag E - Visualisering af afvigelser.................................................side 107<br />
Bilag F - Laserscanning af Boy.......................................................side 109<br />
Bilag G - Laserscanning af Boy - Kommenteret.............................side 117<br />
Bilag H - Oversigt over CD-indhold................................................side 121<br />
91
. Bilag<br />
92
Bilag A - Udjævning af<br />
fikspunktsnet<br />
Dette bilag indeholder dokumentation for den udførte udjævning af obser-<br />
vationerne til opmåling af det etablerede fikspunktsnet på Viborgvej 51A.<br />
Udjævningen er udført i ScanOBS, der er et tillægsprogram til GeoCAD.<br />
93
. Bilag<br />
94
. Bilag<br />
96
. Bilag<br />
98
. Bilag<br />
100
Bilag B - Georeferering af targets<br />
Dette bilag indeholder dokumentation for den udførte transformation mel-<br />
lem koordinater til de etablerede fikspunkter med koordinater til de sam-<br />
me fikspunkter fremkommet ved opmåling med TPS ved indmålingen af<br />
targets.<br />
101
. Bilag<br />
102
Bilag C - Sammenknytning af<br />
punktskyer<br />
Dette bilag indeholder dokumentation for den udførte sammenknytning af<br />
de tre uafhængige punktskyer fremkommet ved <strong>laserscanning</strong> af en byg-<br />
ning på Viborgvej i Aarhus, samt sammenknytning af punktskyerne fra en<br />
<strong>laserscanning</strong> udført i et mødelokale på Vestergade. Sammenknytningen<br />
er sket i Cyclone Registration.<br />
Bygning på Viborgvej<br />
103
. Bilag<br />
Mødelokale<br />
104
Bilag D - 2D-afvigelser<br />
Af dette bilag fremgår 2D-afvigelser for de 12 udvalgte hushjørner, se fi-<br />
gur 1.<br />
Figur 1: Punktnumrene tilsvarer de numre, der fremgår af de<br />
efterfølgende 2D-transformationsrapporter<br />
Ved hver beregning af 2D-afvigelser er desuden beregnet spredning på<br />
vægtenheden (σ0EN), Root Mean Square (RMS), samt indpasningsspred-<br />
ning (σEN). Ved 2D-afvigelser er RMS og σ0EN identiske. Indpasnings-<br />
spredningen kan også kaldes for punktspredningen og er √ 2 større end<br />
σ0EN.<br />
105
. Bilag<br />
Root Mean square beregnes således:<br />
RMS =<br />
n<br />
i=1 (d2 Ei + d2 Ni )<br />
2n<br />
hvor n er antallet af koordinatobservationer.<br />
106
Bilag E - Visualisering af afvigelser<br />
Dette bilag indeholder visualisering af de vinkelrette afstande fra hvert<br />
punkt i de enkelte punktskyer til den bedste rette flade gennem den sam-<br />
lede punktmængde. På baggrund af disse afstande tildeles hvert punkt en<br />
farveværdi, og der kan samtidigt beregnes en spredning på afvigelserne.<br />
Beregningerne er foretaget i Geomagic Studio 12.<br />
Visualisering af afvigelser mellem flade og punktsky for station 1:<br />
Visualisering af afvigelser mellem flade og punktsky for station 2:<br />
107
. Bilag<br />
Visualisering af afvigelser mellem flade og punktsky for station 3:<br />
108
Bilag F - Laserscanning af Boy<br />
Skrevet af stud. geom. Martin Hedegaard, Aalborg Universitet, virksom-<br />
hedspraktikant hos <strong>AAKJAER</strong> <strong>Landinspektører</strong>.<br />
Kunstværket Boy blev skabt af den australske kunstner Ron Muecks i<br />
år 1999. Det tog Ron Muecks otte måneder at skabe det 500 kg tunge<br />
kunstværk. Kunstværket Boy har imponeret ARoS’s gæster siden år 2004.<br />
Dette dokument redegør for resultaterne af <strong>laserscanning</strong>en af kunstvær-<br />
ket Boy udført den 11. oktober 2010 på kunstmuseet ARoS. Laserscan-<br />
ningen blev udført i forbindelse med landinspektørstuderende Martin He-<br />
degaards praktikperiode hos <strong>AAKJAER</strong> <strong>Landinspektører</strong> i Århus.<br />
Laserscanningen blev foretaget med en Leica C10 ScanStation, der ven-<br />
ligst blev udlånt af Leica Geosystems. For at få mest muligt af kunstvær-<br />
kets overflade tildelt koordinater, og dermed undgå huller i punktskyen,<br />
der definerer kunstværket, blev <strong>laserscanning</strong>en foretaget fra 10 opstil-<br />
linger jævnt fordelt rundt om kunstværket. Et eksempel på en opstilling<br />
fremgår af figur 2 på den følgende side.<br />
109
. Bilag<br />
Punktsky<br />
Figur 2: Laserscanning af Boy med en Leica C10 ScanStation<br />
Det primære resultat af <strong>laserscanning</strong>en af Boy, er en punktsky, som re-<br />
præsenterer kunstværkets overflade, se figur 3 på næste side. Punktskyen<br />
består af et stort antal punkter (ca. 1,5 mio.) med en indbyrdes afstand<br />
på ca. 1 cm. De varierende farver i skyen afhænger af intensiteten af den<br />
reflekterende laserstråle, som igen afhænger af materialet af den reflekte-<br />
rende overflade.<br />
Ud af punktskyen er det bl.a. muligt at hente informationer om Boys højde<br />
ved at foretage afstandsmålinger mellem udvalgte punkter i punktskyen.<br />
Kunstværkets højde er i dets siddende stilling 4,45 meter fra fod til top af<br />
finger.<br />
Beregningen af Boys højde i oprejst tilstand er sket uden videre kendskab<br />
til, hvorledes de forskellige legemsdele vil ændre form i oprejst tilstand<br />
i forhold til den siddende stilling, Boy indtager. Den beregnede højde vil<br />
derfor have en vis usikkerhed. Ønskes en mere nøjagtig angivelse af høj-<br />
den bør opmålingen attesteres af en specialist i kroppens anatomi.<br />
Ved summation af afstandsmålinger fra ”led” til ”led” fås et bud på Boys<br />
oprejste højde. Denne opmåling er foretaget fire gange, hvorefter et gen-<br />
nemsnit udgør det bedste bud på Boys højde.<br />
110
Boys oprejste højde er på baggrund af den udførte <strong>laserscanning</strong> beregnet<br />
til at være ca. 10,06 meter fra top til tå.<br />
Figur 3: Punktsky af kunstværket Boy bestående af ca. 1,5 mio.<br />
punkter<br />
For at kunne sammenligne målte størrelser på kunstværket med men-<br />
neskelige størrelser, er det nødvendigt at få fastlagt et størrelsesforhold.<br />
Kunstværkets hovedomkreds er målt til 3,62 meter. Dermed er det muligt<br />
at beregne et forhold mellem hovedomkreds og oprejst højde. Da hoved-<br />
størrelser er meget individuelle fra menneske til menneske, og der ikke<br />
direkte er sammenhæng mellem hovedomkreds, højde, og alder, kan det<br />
være svært at fastlægge et størrelsesforhold uden, der gøres antagelser.<br />
111
. Bilag<br />
Det er derfor nødvendigt at antage, at Boys hovedomkreds svarer til en<br />
virkelig omkreds på 56 cm. Valget af denne størrelse skyldes, at et barn i<br />
alderen ca. 7-12 år ofte har et hoved af denne størrelse.<br />
På baggrund af ovenstående antagelse kan størrelsen af kunstværket be-<br />
regnes til at være ca. 6 1<br />
2 gang større end et normalt menneske.<br />
Forholdet mellem kunstværk og virkelighed er ensbetydende med, at Boy<br />
vil have en menneskehøjde på ca. 1,56 meter. Ved hjælp af et diagram for<br />
sammenhængen mellem højde og alder er det muligt at komme med et<br />
bud på Boys menneskealder. Med en middelhøjde på 1,56 meter svarer<br />
dette til en alder på ca. 13 år.<br />
Måles størrelsen af Boys fødder, har disse en længde på 1,58 meter, hvil-<br />
ket i forhold til de tidligere antagelser giver en virkelig fodlængde på 24,4<br />
cm. Dette tilsvarer en skostørrelse på 38.<br />
I tilfælde af, at kunstværkets arme strækkes ud, vil ”vingefanget” være<br />
ca. 11 meter, hvilket er ca. en meter længere end den oprejste højde.<br />
Af tabel 1 fremgår en opsummering af de målte størrelser af kunstvær-<br />
ket Boy holdt op imod de beregnede menneskestørrelser.<br />
Målt størrelse på Boy Menneskestørrelse<br />
Oprejst højde 10,06 m 156 cm<br />
Siddende højde 4,45 m 69 cm<br />
Hovedomkreds 3,62 m 56 cm<br />
Fodstørrelse 1,58 m 24 cm (str. 38)<br />
Armlængde 11,00 m 170 cm<br />
Tabel 1: Opsummering af de målte størrelser på kunstværket Boy<br />
Trekantsmodel<br />
På baggrund af punktskyen kan der genereres en trekantsmodel, hvor-<br />
med ”alle” punkter forbindes i et trekantsnet, se figur 4 på næste side.<br />
Genereringen af trekantsmodellen foregår automatisk på baggrund af en<br />
række algoritmer, der bl.a. reducerer antallet af punkter, der anvendes til<br />
112
at danne modellens overflade. Programmet til generering af trekantsmo-<br />
dellen er ikke i stand til at skelne mellem f.eks. punkter på hovedet og<br />
armen, hvorfor de ”vokser” sammen.<br />
Figur 4: Trekantsmodel af Boy, genereret på baggrund af<br />
<strong>laserscanning</strong>sdata, bestående af ca. 75.000 trekanter<br />
Ved hjælp af trekantsmodellen er det muligt at beregne rumfanget af Boy,<br />
da modellen er et lukket objekt. Fyldes Boy op med vand vil han kunne<br />
rumme næsten 12 m 3 svarende til en kube med en sidelængde på 2,29 m<br />
eller rummet i en stor varevogn.<br />
Da trekantsmodellen er konstrueret på baggrund af færre punkter end<br />
punktskyen indeholder, vil modellen have en vis usikkerhed. Det ønskes<br />
derfor undersøgt, hvor meget trekantsmodellen afviger i forhold til punkt-<br />
113
. Bilag<br />
skyen.<br />
Fra hvert punkt i skyen observeres afstanden til den nærmeste flade. Alle<br />
disse afstande anvendes til at beskrive nøjagtigheden af den udarbejdede<br />
trekantsmodel. Det ses af figur 5, at modellen i store træk er sammenfal-<br />
dende med punktskyen.<br />
Figur 5: Visualisering af afvigelser mellem trekantsmodellen og<br />
punktskyen. De røde nuancer indikerer, at punktskyen<br />
ligger over trekantsmodellen, og de blå indikerer, at<br />
modellen ligger over punktskyen<br />
Det fremgår, at områderne omkring fødderne og ansigtet har de største<br />
unøjagtigheder. Det skyldes, at Boys overflade i disse områder er langt<br />
mere kompleks og varierende i sit udtryk end de øvrige dele af kroppen.<br />
Da punktmængden reduceres ved den automatiske modellering, er der for<br />
få punkter til at definere de komplekse strukturer. Det samme gør sig gæl-<br />
dende ved revnerne mellem kropsdelene f.eks. mellem hans ben og siden<br />
af ryggen.<br />
Det fremgår eksempelvis af figur 5, at der sker en udglatning af mindre<br />
detaljer. Fx udglattes folderne på Boys bukser, variationerne i hans hår,<br />
samt detaljerne omkring hans hænder.<br />
Samlet set vurderes modellen dog at have en god nøjagtighed. Ønskes mo-<br />
114
dellen gjort mere detaljeret, vil det kræve anvendelse af langt flere punkter<br />
til genereringen af trekantsmodellen. Det vil have den konsekvens, at da-<br />
tamængden forøges, hvilket kan medføre problemer med at gennemføre<br />
beregningen af overfladen.<br />
Kontaktoplysninger<br />
<strong>AAKJAER</strong> <strong>Landinspektører</strong><br />
Vestergade 8<br />
8000 Aarhus C<br />
Tlf. 86 13 29 22<br />
www.aalsp.dk<br />
Martin Hedegaard<br />
mhedeg09@student.aau.dk<br />
Landinspektøruddannelsens 9. semester<br />
Aalborg Universitet<br />
Af Bilag G - Laserscanning af Boy - Kommenteret er den udførte laser-<br />
scanning kommenteret yderligere.<br />
115
. Bilag<br />
116
Bilag G - Laserscanning af Boy -<br />
Kommenteret<br />
Dette bilag har til formål at give en mere detaljeret beskrivelse af den<br />
udførte terrestriske <strong>laserscanning</strong> af kunstværket Boy. Dokumentet der<br />
fremgår af Bilag F - Laserscanning af Boy er tiltænkt folkene på ARoS<br />
kunstmuseum, hvorfor der i det dokument blot er givet en meget overord-<br />
net beskrivelse af den udførte scanning.<br />
Sammenknytning<br />
For at få mest muligt af Boy defineret i punktskyen var det nødvendigt med<br />
10 opstillinger. Syv af opstillingerne var placeret på gulvet jævn fordelt<br />
omkring Boy.<br />
Figur 6: Laserscanning af kunstværket Boy. På billedet ses<br />
Station 14<br />
117
. Bilag<br />
Desuden blev to af scanningerne (station 3 og 5) udført fra plateauer be-<br />
liggende over kunstværket, mens den sidste scanning (station 14) blev<br />
foretaget ind under kunstværkets overkrop, se figur 6 på forrige side samt<br />
figur 7. Til at knytte de 10 uafhængige punktskyer sammen blev 11 tar-<br />
gets anvendt. Deres placering fremgår af figur 7. Targetsene var placeret<br />
således, at det fra alle opstillinger var muligt at knytte de enkelte scans til<br />
minimum tre targets.<br />
Figur 7: Placeringen af de 11 targets og omtrentlige placeringer for<br />
de 10 opstillinger i forhold til Boy<br />
For at skabe en god 3D-geometri blev det forsøgt at variere højden for flere<br />
af targetsene, se figur 8 på næste side. Target 11 er placeret ca. 10 meter<br />
over gulvniveau.<br />
118
Figur 8: Højdeforholdet for de 11 targets<br />
Af filen Sammenknytning-Boy.txt på den vedlagte CD i mappen ”Boy”<br />
fremgår resultatet for sammenknytningen af de scannede targets fra de<br />
10 opstillinger. Det fremgår, at langt den overvejende del af alle fejlvek-<br />
torer har en størrelse på 5 mm eller der under. For target 9 er dog en<br />
fejlvektor på 22 mm. Årsagen til dette skal formentligt tillægges fejlvalg af<br />
targets ved den semiautomatiske genkendelse af targets i Cyclone. Target<br />
9 var et fladt og kvadratisk target i modsætning til de øvrige targets, der<br />
var cirkulære. Ved sammenknytningen blev target 9 derfor nedvægtet.<br />
Sammenknytningen afslører også, at target 2 generelt har større fejlvek-<br />
torer end de øvrige targets. Årsagen til dette skyldes formentligt, at target<br />
2 ikke har været ordentligt fæstet, hvorfor der ved roteringer er risiko for,<br />
at centeret af target forskubbes.<br />
Efter sammenknytningen af alle punktskyer er det muligt at påbegynde<br />
editeringen samt reduktionen af punkter. Ved det efterfølgende forsøg på<br />
at modellere Boy blev det klarlagt, at de anvendte programmer bedst kun-<br />
ne håndtere en punktsky bestående af ca. 1.5 mio. punkter med en gns.<br />
punktafstand på ca. 2 cm. På den vedlagte CD under mappen ”Boy” er det<br />
muligt at finde punktskyen ”Boy” i formaterne .xyz og .pts. Desuden kan<br />
punktskyen betragtes via filen Boy.avi.<br />
Modellering<br />
Efter anbefaling fra Andreas Bærentzen, lektor i computergrafik ved In-<br />
stitut for Informatik og Matematisk modellering, DTU, blev programmet<br />
MeshLab anvendt til at generere en trekantsmodel ud fra punktskyen.<br />
I programmet anvendes en algoritme ved navn ”Poission Surface Recon-<br />
119
. Bilag<br />
struction”. Fordelen ved at anvende denne algoritme er, at den på kort tid<br />
er i stand til at generere en overflade, da den blot anvender et begrænset<br />
antal udvalgte punkter til at generere overfladen. Den færdige overflade<br />
består fx blot af ca. 75.000 trekanter. Hvis alle punkter i punktskyen blev<br />
anvendt ville dette betyde, at overfladen kom til at består af flere millioner<br />
trekanter, som ville tage meget lang tid at generere.<br />
Ulempen ved den anvendte algoritme er, at som følge af det færre an-<br />
tal anvendte punkter bliver mange detaljer udglattet. På den vedlagte CD<br />
under mappen ”Boy” er det muligt at finde Boy som trekantsmodel i for-<br />
materne .stl, .wrl eller .dxf. Desuden kan trekantsmodellen betragtes via<br />
filen Boy2.avi.<br />
Da trekantsmodellen netop er generaliseret ønskes det at bestemme, hvor<br />
godt modellen er bestemt i forhold til punktskyen. Dette gøres vha. pro-<br />
grammet Geomagic Studio 12, hvor der fra hvert punkt i skyen obser-<br />
veres den vinkelrette afstand til den nærmeste flade. Forskellen mellem<br />
trekantsmodellen og punktskyen kan ikke direkte sammenlignes med tre-<br />
kantsmodellens nøjagtighed i forhold til Boys virkelige form, da punkterne<br />
i punktskyen ligeledes har en vis unøjagtighed, der bl.a. afhænger af la-<br />
serscannerens målenøjagtighed.<br />
Af figur 5 på side 114, der fremgår af Bilag F - Laserscanning af Boy, ses,<br />
at modellen i store træk er sammenfaldende med punktskyen. Den grønne<br />
nuance indikerer, at afvigelserne i disse områder er under ±12 millimeter.<br />
Spredningen på afvigelserne er ligeledes på 12 millimeter, hvormed ca.<br />
68% af afvigelserne er under denne størrelse. Ligeledes er det ikke over-<br />
raskende, at de største afvigelser er at finde i ansigtet og ved fødderne, da<br />
det er i disse områder, der er sket den største udglatning.<br />
Volumen af kunstværket beregnes ved hjælp af MatLAB-scripts udarbej-<br />
det af Luigi Giaccari, L’Aquila University. MatLAB-scriptet STL-import.m<br />
er i stand til at importere en STL-fil, der indeholder beskrivelse af trekant-<br />
modellens flader og deres normalvektorer. Scriptet SurfaceVolume.m kan<br />
på baggrund af den importerede STL-fil beregne volumen under overfla-<br />
den. Omtalte MatLAB-scripts er at finde på den vedlagte CD under map-<br />
pen ”Boy”. Ved anvendelse af trekantsmodellen Boy.stl kan volumen af<br />
kunstværket beregnes til 11974 liter.<br />
120
Bilag H - Oversigt over CD-indhold<br />
Dette bilag indeholder en oversigt over den vedlagte CD’s indhold.<br />
• Boy<br />
– MatLAB-scripts til beregning af volumen<br />
– Boy som punktsky i formaterne .xyz og .pts<br />
– Boy som trekantsmodel i formaterne .dxf, .stl og .wrl<br />
– Boy vist i multimedia formatet .avi<br />
– Dokumentation for sammenknytning af punktskyer<br />
• MatLAB-scripts<br />
– Beregning af fladers skæringspræcision<br />
– Beregning af linieskæring<br />
– Beregning af størrelse af footprints<br />
• TruView<br />
– Installationsfil<br />
– SiteMap for Viborgvej<br />
• Viborgvej<br />
– 3D-model i formatet .dxf<br />
• Readme.txt<br />
• Samlet projektrapport<br />
121