Eindrapport Afgelopen vergaderingen 08/05/2012 - Project ...

plato3d.be

Eindrapport Afgelopen vergaderingen 08/05/2012 - Project ...

P L A T OProject Laserscanning: Technologische kennisOverdrachtAgentschap voor Innovatiedoor Wetenschap en TechnologieAnderzijds willen we de bedrijven, landmeterkantoren die reeds gebruik maken van laser scanningeen kijk geven op de toekomst van laser scanning. We concentreren ons hierbij voornamelijk op deverwerking van de laser scan data die op dit moment nog steeds stroef verloopt. De laatste jarenontstaan er ieder jaar wel een 20 tal nieuwe bedrijfjes die beweren dat zij hét nieuwe software producthebben dat alle pointcloud verwerking kan automatiseren. We zullen deze bestaande commerciëlepakketten grondig testen (o.a. aan de hand van reële case studies), maar we gaan ook kijken inde onderzoekswereld waar vandaag de dag hard wordt gewerkt aan de algoritmes van morgen.Om dit doel te realiseren werd het onderzoeksproject opgedeeld in 6 werkpakketten:WP1 : TechnologieverkenningWP2 : Uitwerken van gevalstudiesWP3 : Opleiding en sensibiliseringWP4 : Aspecten van kwaliteit en nauwkeurigheidWP5 : Case Studies nauwkeurigheidWP6: Evaluatie en integratieIn wat volgt zullen de belangrijkste resultaten en inzichten van het project overlopen worden.3


P L A T OProject Laserscanning: Technologische kennisOverdrachtAgentschap voor Innovatiedoor Wetenschap en TechnologieVergelijking techniekenDe laatste decennia nam de ontwikkeling van toestellen, meetmethoden en verwerkingssoftwarebijna exponentieel toe. Voor het doorsnee landmeetkundig bedrijf zijn deze ontwikkelingen bijna nietmeer te volgen. Vaak moet men bij de keuze voor nieuwe investeringen afgaan op de informatie verstrektdoor fabrikanten en verdelers. Objectieve informatie met betrekking tot de mogelijkheden vande verschillende technieken is daardoor slechts heel beperkt beschikbaar zodat het vaak moeilijk isom in de gegeven omstandigheden de meest geschikte methode te kiezen.De “meest geschikte” methode is bovendien geen absoluut gegeven en afhankelijk van een aantalinterne en externe factoren.Vanuit de landmeetkundige sector bestaat bijgevolg zeer sterk de vraag naar duidelijke en objectieveinformatie.Om aan deze nood tegemoet te komen werden tijdens het project de belangrijkste eigenschappen entoepassingsmogelijkheden van verschillende toestellen en meettechnieken die op de markt zijn voor3D data acquisitie op een transparante manier opgelijst. Aanvullend werden voor elke techniek devoor- en nadelen ten opzichte van de andere technieken besproken.Dit alles werd samengevat in een grafiek en een overzichtelijke tabel die kan dienen als beslissingsondersteunendinstrument bij het kiezen van de juiste methodiek en/of investeringspolitiek in eengegeven context.De besproken data-inwinningstechnieken zijn de methoden gebaseerd op totaalstations, GNSS, laserscanning,fotogrammetrie en enkele gecombineerde technieken.Figuur 1: Te verwachten nauwkeurigheid in functie van objectgrootte/afstand en de gebruikte techniek(gebaseerd op Luhmann et al., 2006)4


P L A T OProject Laserscanning: Technologische kennisOverdrachtAgentschap voor Innovatiedoor Wetenschap en TechnologieAutomatisatieDe grootste drempel tot het gebruik van laserscanning, naast de kostprijs, is niet het scannen op zich.De optredende problemen situeren zich voornamelijk in de verwerking, wat nog altijd zeer tijdrovendis. Na 1 dag scannen zijn er gemiddeld 4 dagen verwerking nodig om het eindproduct te bekomen.Het merendeel van het werk gebeurt nog steeds handmatig, aangezien er binnen de commerciëlewereld nog weinig automatisatie te vinden is binnen de commerciële softwarepakketten.Aan al de verwerkingsfases (registratie, filtering, modellering) wordt hard gewerkt aan automatisering,zowel binnen de onderzoekswereld als binnen de commerciële softwareontwikkeling.Kijkend naar de focus van de onderzoekswereld en de elementen hieruit die reeds doorgedrongenzijn of op dit moment aan het doordringen zijn tot de commerciële wereld, kunnen we enkele belangrijkeconclusies trekken.Het registratieprobleem is een algemeen probleem en is niet afhankelijk van de toepassing waarinlaserscanning gebruikt wordt (piping, building, …). Met andere woorden, het publiek dat baat heeftbij een zekere vorm van automatisatie in het registreren van scans is breed waardoor de commercielewereld dit type algoritmes ook sneller kan doorvoeren. Het gaat hier ook niet om een grote verscheidenheidaan data aangezien vrijwel alle scannerproducenten deze registratiestap op vrijweldezelfde manier trachten op te lossen op de site.Als we echter gaan kijken naar segmentatie, dan zien we dat er daar wel een zeer grote variëteit isaan data en dus voor verschillende doeleinden andere types algoritmes moeten aangewend wordenom de puntenwolk te kunnen opdelen. Een van de elementen die ons opviel was het feit dat nogsteeds veel markten gebruik maken van tweedimensionale informatie, dit terwijl er zeer weinig focusis op het genereren van deze tweedimensionale producten op basis van laserscans uit de onderzoekswereld.Een tweede punt is dat hoe meer abstractie gevraagd wordt door de eindgebruikers(bv. in de piping industrie), hoe beter de resultaten en hoe makkelijker de automatisatie kan wordendoorgevoerd in het verwerkingsproces.Algemeen kan gesteld worden dat naar de toekomst toe enkele belangrijke onderzoekspijlers dienenopgelost te worden.De grootte van puntenwolken blijft steeds toenemen door de continue evolutie op hardwaregebied. De software en computer hardware kunnen echter niet volgen en het visualiseren ofbewerken van dergelijke grote hoeveelheden data vormt vandaag dag een groot probleem.De stap van 2D data naar 3D data is voor veel markten een te grote stap. De extra derde dimensievormt eveneens een extra complexiteit die het vaak moeilijker maakt de data op eengoede manier te kunnen interpreteren. Daarbij komt nog dat het resultaat van een scan inwezen slechts een puntsgewijze representatie is van de werkelijkheid en dus door de puntenheen kan kijken. Toekomstige systemen moeten deze interactie met puntenwolken vergemakkelijken,bv. door middel van occlusion culling.6


P L A T OProject Laserscanning: Technologische kennisOverdrachtAgentschap voor Innovatiedoor Wetenschap en TechnologieScan data bevat een enorme hoeveelheid informatie. De vraag is echter op welke manier wedeze data moeten archiveren. Hierbij zijn 2 punten belangrijk, enerzijds de grootte van debestanden en anderzijds het formaat van opslag. Zijn we in de toekomst nog zeker dat we dedata van vandaag zullen kunnen openen, laat staan lezen?De verwerking van puntenwolken tot finale producten vormt nog steeds een van de grotebottlenecks in de doorbraak van laserscanning. Men kan zich echter de vraag stellen of dezeverwerking überhaupt wel nodig is. Voor veel sectoren is het voldoende om gewoon te werkenmet de puntenwolken. Naar de toekomst toe zou zelfs een systeem kunnen ontwikkeldworden waarbij ieder punt van de puntenwolk een onderdeel is van een hiërarchische databankwaarbij de verwerkingseenheid in plaats van vlakken, lijnen of zelfs gebouwelementen,gewoon punten zijn.Om bepaalde interpretaties te kunnen maken binnen het automatiseringsproces zien we dater vaak data ontbreekt. Een mogelijke oplossing hiervoor zou de integratie van verschillendedatabronnen kunnen zijn. Denk hierbij aan de integratie tussen geometrische data afkomstigvan verschillende sensoren zoals laser scanners, GPS toestellen, kleurinformatie van fotografischecamera’s en potentieel extra informatie afkomstig van infrarood camera’s, …. Deze integratielevert niet alleen meer informatie op die kan helpen bij het maken van beslissingenin het automatisatieproces, maar maken het tevens mogelijk bouwwerken en installaties beterte interpreteren.Kijkend naar de huidige generatie commerciële software kunnen we zeggen dat enkele grote spelers(Geomagic, Rapidform, Polyworks) zeer geavanceerde algoritmes bevatten om puntenwolken teverwerken tot vlakkenmodellen of meshes. Deze echter gericht op rapid prototyping en werken dusvoornamelijk met abstracte geometrische vormen. Binnen de landmeetkunde, en zeker in Vlaanderen,zijn deze softwarepakketten minder van toepassing door hun hoge kostprijs en door de toepassingsdoeleinden.Een sterk toekomstgericht bedrijf dat zich voornamelijk focust op de petrochemischeindustrie ClearEdge (Figuur 2) biedt een oplossing voor het automatisch verwerken van scansvan pijpleidingen tot een CAD model.Figuur 2: Voorbeeld van ClearEdge Edgewise voor een industriële toepassingBij de gedane testen bleek dat de recente ontwikkelingen door dit bedrijf een sterke efficiëntieverhogingmet zich meebrengen, maar dat manuele naverwerking nog steeds een must blijft. Aansluitingen,bochten, kleppen, reducers, … zijn elementen die eveneens vaak voorkomen in dergelijke7


P L A T OProject Laserscanning: Technologische kennisOverdrachtAgentschap voor Innovatiedoor Wetenschap en Technologiescenes en moeilijker automatisch gedetecteerd kunnen worden. Aldus moeten deze elementen vaakmanueel gecorrigeerd of zelfs volledig manueel ingevoerd worden. Hun oplossing voor het herkennenvan vlakke structuren in gebouwen staat voorlopig nog niet op punt (Figuur 3).Figuur 3: ClearEdge EdgeWise toegepast op een gebouwDe landmeetwereld in Vlaanderen blijft echter vasthouden aan afgeleverde producten die vaak in 2Dstaan. Commercieel gezien bestaan hiervoor weinig oplossingen en dient de gebruiker vaak over tegaan tot het manueel overtrekken van welbepaalde zichten op puntenwolken. Enkele softwarepakkettendie hiervoor een oplossing bieden zijn PointCab (Laserscanning Europe) met een zeer gebruiksvriendelijkeinterface en no-nonsense strategie en Luposcan met tal van mogelijkheden gerichtop het extraheren van orthofoto’s voor gevelaanzichten en 2D snedes op basis van puntenwolken.Een tweede aspect van automatisatie is het uitvoeren van routine verwerkingsstappen. En meer specifiekhet uitvoeren van analyses waarbij automatisatie de nauwkeurigheid van de scanresultaten kanbeïnvloeden door gebruik te maken van statistische analyse van de data. Als één van de projectstudieswerd daarom gekozen voor een deformatiemeting. Bij deformatiemetingen gaat het vaak overzeer kleine vervormingen in de ordegrootte van sub-millimeters, dit terwijl de laser scanner producentenspreken over nauwkeurigheden van 2-6 millimeter afhankelijk van het type scanner, de afstandtot het object, enz. Deze on-nauwkeurigheden zijn een gevolg van ruis die de metingen vervuilt.Desondanks kan men door het modeleren van de data alsnog een hogere nauwkeurigheid halen.Figuur 4: Verworpen gridpunten die een deformatie ondergaan hebben volgens het voorgestelde8


P L A T OProject Laserscanning: Technologische kennisOverdrachtAgentschap voor Innovatiedoor Wetenschap en TechnologieIn het project werd een algoritme ontwikkeld dat verschillen de scans van eenzelfde tunnelsegmentkan vergelijken en bepalen of er vervormingen zijn opgetreden met als limiet een vervorming van 1mm (Figuur 4). De datasets worden hierbij automatisch gemodelleerd en de nodige statistische berekeningenbepalen de ruis op de dataset. De vergelijking tussen verschillende scans maakt daarnagebruik van een hypothesetest om aldus de effectieve vervormingen te onderscheiden van de inherentemeetruis. De praktische case studie die hierbij uitgevoerd werd gaf aan dat het ontwikkeldealgoritme wel degelijk zijn praktische nut kent, maar men wilde eveneens weten welke de limiet vandeze aanpak was. Hiervoor werd een laboproef ontwikkeld waarbij hetzelfde algoritme in staat bleekte zijn deformaties van 0.5 mm te detecteren (Fout! Verwijzingsbron niet gevonden.).Figuur 5: Grafiek berekende vervorming met voorgestelde algoritme versus de opgelegde vervorming metde meetbank9


P L A T OProject Laserscanning: Technologische kennisOverdrachtAgentschap voor Innovatiedoor Wetenschap en TechnologieData beheerEen van de voorstellen die binnen het projectkader naar voor werd geschoven, is het gebruik van 3Dmeetdata (zoals deze afkomstig van laser scanning of fotogrammetrie) als basis voor het refererenvan informatie die geo-gerelateerd is. We denken hierbij aan de grote hoeveelheid analyses en bijhorenderapporten in de erfgoedsector die vandaag de dag vaak op papier, of soms al digitaal, gefragmenteerdbewaard worden. Deze analyses hebben vaak betrekking tot een welbepaald deel van deerfgoedsite. Het gebruik van 3D data (as-is) kan daarbij dienen als kapstok voor het databeheerwaardoor de interpretatie van de site vergemakkelijkt wordt.In het project werd daarom gekeken welke huidige technologie dit reeds mogelijk maakt en welkestappen in de toekomst nog dienen genomen te worden om dit praktisch toepasbaar te maken.Vanuit de onderzoekswereld werden hiervoor reeds enkele initiatieven genomen. Busayarat S. (Stefani,Busayarat, Renaudin, De Luca, Véron, & Florenzano, 2011) werkt bijvoorbeeld een methodischeaanpak uit voor het gebruik van het bestaande iconografische corpus voor de analyse en het beheervan de creatie van 3D-transformaties. Baldissini werkt dit prototype uit tot een 3D GIS databank datvia het web beschikbaar is. Dergelijke platformen blijven echter ontwikkelingen binnen welbepaaldeprojecten en worden weinig generiek opgebouwd. Een van de belangrijkste conclusies uit deze papersblijkt dat het opzetten van het systeem uiteindelijk niet de zwaarste taak is, maar wel het invullenvan de informatie (3D modellen, relaties). Dit wordt vaak door verschillende personen uitgevoerdwaardoor de standaard procedures en deliverebales dienen afgesproken te worden. Om dit soortmodellen toegankelijk te maken tot de erfgoedgemeenschap wordt gewerkt aan universele standaardenom cultureel erfgoed in 3D te bewaren op lange termijn (Baldissini, Manferdini, & Masci,2009).Er is duidelijk een hoge nood is aan specifieke software om erfgoed efficiënt te documenteren.Zo is het wenselijk een tijdsveranderlijk model te maken, dat gekoppeld is aan andere databaseszoals stabiliteitsberekeningen, bouwfysische berekeningen, schetsen, oude architectuurplannen, enz.Tegenwoordig zijn al een aantal softwarepakketten op de markt die in deze richting aan hetevolueren zijn, waardoor er steeds meer mogelijkheden zijn.Ook het verlagen van de drempel tot het bereiken van de gegevens is van belang. Geavanceerde datamoet bekeken kunnen worden door gelijk welke gebruiker, of het nu een professional is of een leek.Hiervoor zijn meestal specifieke softwarepakketten nodig en dit is uiteraard niet altijd mogelijk.Voor verschillende pakketten zijn er ondertussen al beperkte versies beschikbaar, viewers, die hetmogelijk maken de afleverproducten te bekijken en enkel kleine bewerkingen op uit te voeren (LeicaTruview, Trimble Realworks viewer, Faro Webviewer,..). Deze pakketten zijn vaak zeer eenvoudig ingebruik, gratis en vaak ook online waardoor er geen software geïnstalleerd moet worden. De mogelijkhedenom data te koppelen aan dit soort modellen is echter beperkt of vaak zelfs niet aanwezig.Eén pakket werd meer in detail bekeken aangezien het zich specifiek richt op de erfgoedsector, namelijkKUbit monumap. Monumap is een plugin applicatie voor AutoCAD waarin een database systeemkan gelinkt worden aan 2D vectortekeningen die als basis dienen van een analyse van een erfgoedsite. Ondanks het feit dat deze software enkel in 2 dimensies werkt, geeft het wel aan welke de10


P L A T OProject Laserscanning: Technologische kennisOverdrachtAgentschap voor Innovatiedoor Wetenschap en Technologiemogelijkheden zijn voor deze sector. Tijdens onze erfgoedworkshop werd deze software eveneenswarm onthaald, enkel de limieten zoals het gebrek aan 3D informatie (en de prijs) waren punten vankritiek. Hierdoor werd aangetoond dat de erfgoedsector wel degelijk geïnteresseerd is in deze nieuwetechnologie, maar dat voorlopig de juiste tools nog niet bestaan om het efficient gebruik ervan tekunnen verantwoorden.NauwkeurigheidHet aspect nauwkeurigheid loopt als een rode draad door heel het project.De nauwkeurigheid die kan behaald worden met laserscanning is afhankelijk van een groot aantalfactoren. Daarom was een belangrijke doelstelling van het project om deze factoren op te lijsten, envooral een referentiekader te bieden die (toekomstige) laserscan gebruikers kan helpen om de samenhangen de onderlinge relaties tussen beïnvloedende factoren te begrijpen zodat ze zelf kunneninschatten in welke omstandigheden welke nauwkeurigheden kunnen bereikt worden. Dit moet hentoelaten om vanaf de fase van het plannen van de opmeting tot en met het afleveren van het eindproductde juiste keuzes te maken met betrekking tot het kiezen van het type scanner, het aantalopstelposities, de soort en het aantal targets, de registratiemethode, de gebruikte verwerkingssoftware,enz.Om dit te bereiken werd een uitgebreid document opgesteld met theoretische achtergrondinformatie,gevolgd door een aantal testcases uit te literatuur aangevuld met eigen onderzoek.Een scanproject zal doorgaans bestaan uit meerdere puntenwolken bekomen uit verschillende opstelposities.Deze puntwolken worden achteraf met elkaar gecombineerd tot één grote puntenwolkwaarop dan al dan niet verdere bewerkingen gebeuren zoals modellering of genereren van 2D en/ of3D lijnenstructuren. Als we het hebben over nauwkeurigheid moet bijgevolg het onderscheid gemaaktworden tussen de nauwkeurigheid binnen 1 puntenwolk, de nauwkeurigheid na registratie ende nauwkeurigheid die kan bekomen worden via modelleringtechnieken.De kwaliteit van een puntenwolk wordt beïnvloed door de toesteleigenschappen in combinatie metobjecteigenschappen en omgevingsfactoren.De nauwkeurigheidsspecificaties door de fabrikanten van laserscanners opgegeven, zijn moeilijk metelkaar te vergelijken. Ze vermelden doorgaans de hoeknauwkeurigheid, afstandsnauwkeurigheid enpositienauwkeurigheid bij een bepaalde afstand of binnen een bepaald bereik. Over nauwkeurighedenbuiten dit bereik zijn doorgaans geen gegevens beschikbaar; daarvoor zijn bijkomende testen/berekeningen nodig. Bovendien is de haalbare nauwkeurigheid ook afhankelijk van de spotgrootte,het randeffect, object gerelateerde factoren (kleur, reflectiviteit, oppervlakteruwheid, …) omgevingsfactoren(temperatuur, stralingsinterferentie, …) en de combinatie van alle factoren samen.Afhankelijk van de projectspecificaties zullen dus keuzes moeten gemaakt worden. Een aantal overwegingendie in dit verband dienen gemaakt te worden zijn: Hoeknauwkeurigheid: De verticale en horizontale hoek waaronder de laserstraal uitgestuurdwordt, wordt gebuikt gebruikt voor de berekening van de 3D puntcoördinaten. Iedere fout11


Gemiddelde afstand totreferentievlak (mm)Gemiddelde onderlinge afstand(mm)ZwartGrijs 50Grijs 100Grijs 150Grijs 200Rood 50Rood 100Rood 150Rood 200Geel 50Geel 100Geel 150Geel 200Groen 50Groen 100Groen 150Groen 200Blauw 50Blauw 100Blauw 150Blauw 200P L A T OProject Laserscanning: Technologische kennisOverdrachtAgentschap voor Innovatiedoor Wetenschap en Technologiedie door de assen van de laserscanner of de hoekafleeseenheid wordt veroorzaakt, resulteertin een fout in het uiteindelijk resultaat. Deze fout neemt toe met de afstand tot de scanner.Afstandsnauwkeurigheid:o Ranging scanners meten de horizontale en de verticale hoeken en berekenen de afstandtot de scanner, gebruik makend van de ‘time of flight’ methode of het faseverschil.De time of flight scanners (= pulsscanners) hebben standaardafwijkingen op de afstandsmetingin een grootteorde van enkele millimeters. Doordat de gemeten afstandenmeestal vrij kort zijn, is de nauwkeurigheid en precisie bijna overal hetzelfdevoor de hele objectenruimte.6.00Invloed afstand op precisie (H0_V0)5.004.003.002.001.000.00Gemiddelde 5 mGemiddelde 20 mGemiddelde 30 mFiguur 6: Invloed van de afstand op de precisie volgens gemiddelde onderlinge afstandtussen de kleurvlakjes3.00Invloed afstand op nauwkeurigheid (H60_V0)2.502.001.50Gemiddelde 5mGemiddelde 20mGemiddelde 30m1.000.500.00Figuur 7: Invloed van de afstand op nauwkeurigheid volgens de gemiddelde afstand tothet referentievlak12


P L A T OProject Laserscanning: Technologische kennisOverdrachtAgentschap voor Innovatiedoor Wetenschap en TechnologieBij fasescanners is de nauwkeurigheid van de afstandsmeting afhankelijk van externeomstandigheden. Bij korte afstanden en afgeschermd van zonlicht (vb. metingen intunnels), waardoor fouten door interferentie worden vermeden, kan de nauwkeurigheidmerkelijk hoger zijn dan bij de time of flight methode. In minder gunstige omstandighedenzal de nauwkeurigheid lager zijn en afhankelijk van de afstand.Uit onderstaande figuur volgt dat er grote verschillen bestaan in afstandsnauwkeurigheidtussen de verschillende types van laserscanners. Aangezien de afstand meede positienauwkeurigheid bepaalt van de 3D punten coördinaten, moet daar bij dekeuze van de scanner voldoende aandacht aan besteed worden.Figuur 8: Gemeten ruis in de scanrichting voor de verschillende scanners bij scannen vangrijs oppervlak (40 % reflectievermogen)(Bron: Boehler, W., Bordas Vicent, M., Marbs, A., 2003, p. 6)oBij triangulatiescanners daalt de nauwkeurigheid op de afstand tussen het instrumenten het voorwerp met het kwadraat van deze afstand. Om praktische redenenkan de basislengte niet verhoogd worden, waardoor ook het bereik beperkt is. (zieFout! Verwijzingsbron niet gevonden.).Figuur 9: Nauwkeurigheid van de triangulatiescanners t.o.v. ranging scanner(blauwe parabool: triangulatiescanner met korte basis; groene parabool: triangulatiescanner met lange basis;rode lijn: ranging scanner)(Bron: Boehler, W., Marbs, A., 2002, p. 2)13


Gemiddelde onderlinge afstand tussenkleurvlakjes van eenzelfde kleur (mm)ZwartGrijs 50Grijs 100Grijs 150Grijs 200Rood 50Rood 100Rood 150Rood 200Geel 50Geel 100Geel 150Geel 200Groen 50Groen 100Groen 150Groen 200Blauw 50Blauw 100Blauw 150Blauw 200P L A T OProject Laserscanning: Technologische kennisOverdrachtAgentschap voor Innovatiedoor Wetenschap en Technologieotenwolk. Terwijl bij rode oppervlakken er een grote spreiding is, die te wijten is aande groene laserstraal. Bij glanzende oppervlakken is er bijna geen terugkaatsingwaardoor deze oppervlakken niet makkelijk te registeren zijn.De reflectiviteit en kleur geven systematische afwijkingen op de afstand.Figuur 14: Oppervlak met verschil in reflectiviteit geeft systematische fouten op de afstand9.00Invloed afstand op precisie (H60_V0)8.007.006.005.004.003.002.00Gemiddelde 5 mGemiddelde 20 mGemiddelde 30 m1.000.00Figuur 15: Gemiddelde precisie i.f.v. kleur en afstand (eigen onderzoek met Leica C10scanstation)17


Gemiddelde afstand tot referentievlak (mm)P L A T OProject Laserscanning: Technologische kennisOverdrachtAgentschap voor Innovatiedoor Wetenschap en Technologie2.50Invloed kleur op nauwkeurigheidBord_20m_H60_V02.001.501.000.500.00Figuur 16: gemiddelde nauwkeurigheid i.f.v. kleur (eigen onderzoek met Leica C10 scanstation)Figuur 17: Standaarddeviatie bij de verschillende kleurvlakken afgeleid uit puntenwolken(Bron: Kersten, Th. P., Stemberg, H., Mechelke, K., 2005, p. 129)Figuur 18: hoeveelheid ruis bij verschillende kleuren(Bron: Mechelke K., Kersten Th. P., Lindstaedt M., 2007, p. 327)Vorm van het object en oppervlakteruwheid van het materiaalHet beste resultaat bij laserscanning wordt verkregen wanneer het op te meten oppervlakondoorzichtig, diffuus en eenvormig is.18


P L A T OProject Laserscanning: Technologische kennisOverdrachtAgentschap voor Innovatiedoor Wetenschap en TechnologieDe nauwkeurigheid van de meting vermindert bij voorwerpen met scherpe discontinuïteitenzoals randen en gaten.Omgevingsfactoreno Invloed van de temperatuur: Een laserscanner functioneert slechts goed binnen eenbepaald temperatuursinterval. Er moet hierbij een onderscheid gemaakt worden tussende temperatuur van de omgeving en het temperatuurverschil tussen de scanneren de omgeving.De temperatuur in de laserscanner is (na acclimatisatie) hoger dan de omgevingstemperatuurals gevolg van de interne opwarming van het toestel of de opwarmingervan door externe straling van bijvoorbeeld de zon. Deze externe straling kan eenzijde van de scanner opwarmen waardoor die zijde uitzet. Daardoor kan distorsie inde gescande gegevens voorkomen.Ook de temperatuur van het te meten oppervlak is belangrijk. Wanneer een warmeomgeving opgemeten wordt met een laserscanner, bijvoorbeeld een industriële site,kan de achtergrondstraling die door de warme oppervlakken veroorzaakt wordt, designaal/ruis verhouding verminderen en daardoor ook de nauwkeurigheid van de afstandsmetingen.o Invloed van de atmosfeer: Door de veranderingen in temperatuur, druk en vochtigheidwordt de brekingsindex van de verschillende luchtlagen beïnvloed en zal degolflengte en de snelheid van de laserstraal wijzigen. De meeste software voor laserscannershoudt hier rekening mee door parameters die de effecten van de brekingcorrigeren in te voeren. Zo zijn de scanners ingesteld om met de ISO standaard voorde atmosferische condities rekening te houden: 15°C en 1.013,25 hPa. Wanneer eronder afwijkende atmosferische condities gewerkt wordt, moet de standaard parameterworden aangepast. Zo kan een temperatuursverschil van 10°C of een luchtdrukverschilvan 35 hPa leiden tot een fout van 1 mm op 100 m. Bij korte (± 0,5 cm -2 m) tot middellange afstanden (± 1 – 300 m) zal de atmosfeer weinig invloed hebbenop de metingen en is de invloed van de atmosfeer te verwaarlozen. Bij lange afstandsmetingen(tot meer dan 1 km) of metingen met een hoge precisie is het belangrijkdat de juiste atmosferische parameters worden gehandhaafd.o Interferentie van stralen: Doordat scanners opereren in een beperkte frequentiebandkan de precisie van de afstandsmeting beïnvloed worden door externe straling vanbijvoorbeeld sterke lichtbronnen (zonlicht, licht afkomstig van lampen). Wanneer destraling van de externe verlichtingsbron sterk is in vergelijking met de signaalsterktevan de laserstraal kan deze zich met de externe straling mengen en de nauwkeurigheidvan de meting beïnvloeden. Daarom worden speciale optische interferentiefilterstoegepast in de ontvanger om enkel de correcte frequenties door te laten.Factoren van invloed op geregistreerde puntenwolkeno Het meetproces – aantal opstelpunten:19


P L A T OProject Laserscanning: Technologische kennisOverdrachtAgentschap voor Innovatiedoor Wetenschap en Technologieo• Hoe minder opstelpunten, hoe lager de hoeveelheid te verwerken gegevensen het aantal registraties waardoor in veel gevallen de kwaliteit van het eindresultaatstijgt.• Anderzijds kan door gebruik te maken van meerdere opstelpunten de kwaliteitvan de individuele puntenwolken stijgen met als gevolg een beter eindresultaat.Het komt er op aan om hier een evenwicht in te zoeken (ervaring!).Het meetproces - plaatsing van targets:• Targets kunnen opgedeeld worden in twee grote groepen: de kunstmatigeen de natuurlijke targets. Kunstmatige targets geven de meest nauwkeurigeresultaten wegens hun hoge reflectiviteit. De onzekerheid m.b.t. de exacteselectie van een natuurlijk target zorgt voor een bijkomende daling van deresulterende nauwkeurigheid.• De nauwkeurigheid van de registratie is sterk afhankelijk van een goedespreiding van de targets rond de scanner in zowel de x-, de y- als de z-richting. het is niet altijd eenvoudig om kunstmatige targets in de hoogte teplaatsen. Bolvormige targets en combinatie van natuurlijke met kunstmatigetargets kan een oplossing bieden. Uit onderzoek (Kersten, Th. P., Stemberg,H., Mechelke, K., 2005) is echter gebleken dat er systematische afwijkingenkunnen bestaan tussen afstanden gemeten tot boltargets en vlakke targets.Het zal dus belangrijk zijn om deze afwijkingen te begroten of minstens teonderkennen indien men uitspraken wil doen over de nauwkeurigheid vande bekomen resultaten.Opleidingsmateriaal voor startende ondernemingenGedurende het project werden verschillende, soms vrij lijvige, rapporten geproduceerd die diep ingaanop verschillende deelaspecten van laserscanning. Deze documenten werden aan de leden vande gebruikerscommissie toegelicht en ter beschikking gesteld via de website.Ondernemingen die willen starten met laserscanning hebben echter behoefte aan zeer concrete enbeknopte informatie die hen begeleidt bij hun eerste stappen in het gebruik van laserscanning. Ditgaat van het formuleren van hun doelstellingen en de keuze voor een bepaald type toestel over hetplannen van een meetcampagne tot en met de keuze voor de gepaste software. Voor elke stap wordteen antwoord gegeven op veel gestelde vragen en worden aandachtspunten en mogelijke valkuilenopgelijst.Verwacht wordt dat de definitieve versie van dit “handboek” zal afgewerkt zijn in de loop van januari2013, waarna het zal beschikbaar gesteld worden via de project website en de landmetersverenigingen.20


P L A T OProject Laserscanning: Technologische kennisOverdrachtAgentschap voor Innovatiedoor Wetenschap en Technologie2. Beheersaspecten2.1 OrganisatieHet onderzoeksproject ging van start op 1 oktober 2010 voor een duur van 18 maanden.Omwille van personeelsverloop in KaHo Sint Lieven werd op 19/02/2012 het IWT op de hoogte gebrachtdat de projectmedewerkster Lieselot Christiaen sinds 06/02/2012 niet meer werkzaam is aande KaHo Sint Lieven. Voor de resterende tijd van het project werd een nieuwe medewerkster aangenomennamelijk Lieve Spincemaille. Lieve was een van de medewerkers van HoGent die betrokkenwas bij de aanvraag van het project. Intussen werkte zij niet meer bij HoGent. Lieve werd dus aangenomenvoor de resterende tijd van het PLATO project.De organisatie van het project verliep op basis van het overleg tussen onderzoekers en gebruikerstijdens 4 bijeenkomsten van de gebruikerscommissie (zie tabel 1). De gebruikerscommissie bestonduit 16 Vlaamse KMO’s met vertegenwoordiging van zowel landmeters/studiebureaus die de techniekvan het laserscanning reeds gebruiken, landmeters/studiebureaus die interesse tonen om in de nabijetoekomst een scanner aan te schaffen en de scanner-fabrikanten zelf.21/10/2010 KAHO Sint-Lieven Gent gebruikersmeeting 25 deelnemers23/02/2011 Hogeschool Gent, Campusgebruikersmeeting 28 deelnemersSchoonmeersen31/08/2011 KAHO Sint-Lieven Gent gebruikersmeeting 26 deelnemers23/11/2011 KAHO Sint-Lieven Gent Workshop erfgoed 23 deelnemers (zondergebruikerscommissie)08/05/2012 Hogeschool Gent, CampusSchoonmeersenstudiedag179 deelnemersTabel 2: Bijeenkomsten2.2 Valorisatieaspecten2.2.1 Technologieverspreiding in de loop van het projectIn de loop van het project werden in de eerste plaats de bestaande disseminatiekanalen bij de projectpartnersingeschakeld om de onderzoeksresultaten bekend te maken bij de doelgroepen voortechnologieverspreiding. De resultaten kwamen dus vooral aan bod tijdens de navormingssessiesvoor landmeters, en directe contacten uit de bedrijfswereld.Op internationaal vlak werden en zullen de resultaten van het project meegedeeld worden opwetenschappelijke symposia en internationale onderzoek platformen.21


P L A T OProject Laserscanning: Technologische kennisOverdrachtAgentschap voor Innovatiedoor Wetenschap en TechnologieOnderstaande lijst geeft een overzicht van de verschillende lezingen die in de loop van het projectplaats vonden, van de afstudeerwerken die in het kader van het TETRA-project tot stand kwamen envan de internationale congresbijdragen.Lezingen op studiedagen GIS-O-TOPOLIS-event, 14/10/2010 Navorming landmeters, voortgezette opleiding, 3D-Laserscanning, December 16, 2010; Workshop PLATO erfgoedsector, Woensdag 23 november 2011, Gent, Nationaal, +-30 deelnemers STUDIEDAG 3D – PLATO, Dinsdag 8 mei 2012, Gent, Nationaal, +- 180 deelnemers Navorming landmeters, voortgezette opleiding, 3D-Laserscanning, November 15 , 2012;AfstudeerwerkenLiesbeth Lacroix 2010, KULeuven (RLICC)The Use of Terrestrial Laser Scanning for Condition Mapping of Historical Sites.Christiaen Lieselot & Vande Casteele Yannick 2010, KaHoSLNauwkeurigheidsonderzoek van terrestriële 3D-laserscannersDe Clerck Sara & De Leeuw Sofie 2010, HoGentFactoren van invloed op de precisie en nauwkeurigheid van puntenwolken bekomen met terrestrischelaserscanning.Valerie Vander Meer 2011, KULeuvenMeettechnieken voor ovalisatieMichiel Mentens 2011, KULeuvenInvloedsfactoren op en meerwaarde van de intensiteitswaarde bij 3D laserscanningStijn Decoene 2011, KaHoSLVerwerking na laserscannen: Scripting en NURBS-modellenNaert Hannes & Simoen Milissa 2011, HoGentArchiveren voor de toekomst via locatie gebonden datastructuur geënt op de situatie inVlaanderenVan Hove Matthias 2011, HoGentVirtuele CampusInternationale lezingen Workshop on planning tools for heritage based sustainable urban development, 27 Jan – 1February 2011, Rajasthan, India INTED 2012 – International Technology, Education and Development Conference, IATED, 5-7maart 2012, Valencia (Spanje)Publicaties waarin de resultaten van het project werden gebruiktVan Genechten, Bjorn, Schueremans, L. & Nuyts, K., 2011. Onderzoek van vervormingen enmonitoring. In Handboek Onderhoud, Renovatie en Restauratie. Kluwer, pp. 109-158.Van Genechten, B. & Schueremans, L., 2011. Opmeting van Gebouwen. In M. Wittouck, ed.Het vademecum voor Architecten. Kluwer, pp. 114-159.22


P L A T OProject Laserscanning: Technologische kennisOverdrachtAgentschap voor Innovatiedoor Wetenschap en TechnologieDeruyter, G. and Van Genechten, B. and De Clerck, S. and Christiaen, L., 2012, University collegescan help smaller land survey companies in introducing new data acquisition techniques.In 6th International Technology, Education and Development Conference (INTED2012) proceedings,Valencia, Spain, 5-7 march 2012, p3646-3651, ISBN 978-84-615-5563-2.2.2 Geplande valorisatieactiviteiten na afloop van het projectDisseminatie interne rapportenIn de loop van het project werden richtlijnen voor het werken met laserscanners en laserscandataopgesteld. In het kader van komende navormingscursussen voor landmeters zullen deze rapportenverder uitgewerkt worden en ten gepaste tijd aan de landmeterverenigingen worden overgemaakt.Resultaten van de interne projecten worden reeds geïntegreerd binnen het lessenpakket voor delandmeters in opleiding (KaHo Sint Lieven, Thomas Moore Mechelen, HoGent), de burgerlijk ingenieursarchitecten in KULeuven en de monumentenzorgers (RLICC KULeuven).Alle interne rapporten werden openbaar beschikbaar gemaakt via de website die voor het projectwerd opgezet (www.plato3D.be)Ondersteuning innovatieprojecten bedrijvenDe resultaten van het afgelopen onderzoeksproject leverden aan deelnemende bedrijven een beterinzicht in de toepassingsmogelijkheden en beperkingen van laser scanning als meettechniek in delandmeetkunde.Diverse landmeetkantoren hebben reeds contact opgenomen met onze onderzoeksinstellingen omaldus advies te verkrijgen over de aankoop van hardware en software en tevens over zeer specifiekemoeilijkheden bij het uitvoeren en verwerken van scan jobs. Hierbij kunnen we onder andere verschillendeexpertisezaken vermelden (TGV Station Luik, Olietanks Oostende).In navolging van dit TETRA project werd in Oktober eveneens een Baekeland mandaat aangevraagdvoor Lieve Spincemaille (een van de projectmedewerkers) in een samenwerkingsverband tussen TecconNV. en KaHo Sint Lieven.De betrokken onderzoeksgroepen zijn uiteraard bereid om als kennisinstelling deel te nemen aanmogelijke innovatiestudies voor bedrijven, al zien we daarbij wel dat er slechts weinig KMO’s in dezebranche zijn met een eigen R&D afdeling die dus ook effectief op zoek zijn naar innovatie. Het landmetenin Vlaanderen blijft vaak beperkt tot kleine éénmansbureaus met een conservatieve ingesteldheid.MarktevolutieZoals reeds vermeld bestaat de landmeetkundige branche in Vlaanderen voornamelijk uit éénmanslandmeetbureausdie voorlopig geen investeringsmiddelen hebben om over te gaan tot de aankoopvan een laserscanner. Desondanks, is de interesse van de Vlaamse sector wel groot. Deze interessekan verklaard worden enerzijds door de steeds beter wordende toestellen en software, maar zeker23


P L A T OProject Laserscanning: Technologische kennisOverdrachtAgentschap voor Innovatiedoor Wetenschap en Technologiedoor het bedrijf Faro. Faro, een scannerfabricant, bracht afgelopen jaar (2011) een nieuwe scannerop de markt die slechts de helft van de prijs is van de ‘traditionele’ scanners. De ietwat grotere bureausdie al gedurende een langere tijd aan de slag wouden gaan met scanning maar daarvoor niethet nodige budget konden vinden, hebben zich intussen een dergelijke goedkopere scanner aangekocht.De ontwikkelingen zowel op hard- als software vlak zitten vandaag de dag in een stroomversnelling.De vraag blijft of binnen enkele jaren de laserscanner tot het standaard arsenaal kan gerekend wordenvan de landmeter, net zoals te zien was met de evolutie van de GPS.24

More magazines by this user
Similar magazines