Punktwolke LiDAR
LiDAR und Punktwolke sind die neuesten Schlüsselwörter in der Welt der Erfassung. Doch was genau sind sie? Und wie funktionieren sie? Dieser Artikel erklärt, was sich hinter den Begrifflichkeiten Punktwolke LiDAR verbirgt
Was ist LIDAR
“LiDAR” steht für eng. Light Detection and Ranging und ist eine optische Fernerkundungstechnik, bei der Laserlicht für ein dichtes Abtasten der Erdoberfläche verwendet wird und hochgenaue X-, Y- und Z-Messwerte ermittelt werden. Sie ist eine beliebte Methode zur Umfelderfassung. Dabei wird Licht in Form eines gepulsten Lasers eingesetzt, um Objekte zu erkennen und zu kategorisieren. LiDAR verfügt über aktive optische Sensoren, die präzise, dreidimensionale Informationen über die Form und Oberflächeneigenschaften der umgebenden Objekte erzeugen. Die Entfernung zwischen den Sensoren und den Punkten wird kalkuliert und gezeichnet, sodass 3D-Scans entstehen. Bei der Punktwolke LiDAR kommt ein weiteres Werkzeug – und zwar die Punktwolke – zum Einsatz.
Die LiDAR Technologie ist etwas günstiger als andere herkömmliche Vermessungstechniken, wie die der Fotogrammetrie und wird daher in immer mehr Unternehmen eingesetzt.
Die wichtigsten Hardwarekomponenten eines LIDAR-Systems sind ein Erfassungsfahrzeug (Flugzeug, Hubschrauber, Fahrzeug und Stativ), ein Laserscannersystem, GPS (Global Positioning System) und INS (Trägheitsnavigationssystem). Ein INS-System misst Roll- und Neigungswinkel sowie die Ausrichtung des LIDAR-Systems.
Punktwolke LiDAR – der Zusammenhang
Eine Punktwolke (auch Punkthaufen genannt, eng. „point cloud“) ist eine Menge von Punkten in einem Vektorraum. Diese besitzt eine unorganisierte räumliche Struktur, daher kommt auch der Vergleich mit einer „Wolke“. Eine Punktwolke ist durch die enthaltenen Punkte beschrieben, die jeweils durch ihre Raumkoordinaten erfasst sind.
Jeder einzelne Punkt hat seine eigenen X, Y und Z Koordinaten und es können zusätzlich Attribute, wie geometrische Normalen, Farbwerte, Aufnahmezeitpunkt oder Messgenauigkeit zugeordnet werden.
Die Punktdaten werden nach der LIDAR-Datenerfassung nachbearbeitet und durch eine Analyse von Laserzeitraum, Laserabtastwinkel, GPS-Position und INS-Informationen in ein hochgenaues georeferenziertes XYZ-Koordinatensystem integriert. Dadurch ergeben sich bestimmte LiDAR Daten. PunkSo entstehen aus den Scans, die LiDAR erzeugt, Massen-Punktwolken-Datasets, die man mit einem geeigneten Programm verwalten, visualisieren, analysieren und exportieren kann. So werden Informationen für die Punktwolke LiDAR ermittelt.
LiDAR wurde zwar als Verfahren hauptsächlich im Bereich des autonomen Fahrens eingesetzt, dennoch gab es Unternehmen in anderen Branchen, die das Potenzial dieser Technologie erkannt und diese adaptiert haben.
Voxelgrid widmet sich dem Scannen von Gebäuden und verfügt hierfür über die aktuellen Technologien zur Punktwolkenerstellung und -bearbeitung. Selbstverständlich ist LIDAR mit dabei. Mit einem speziellen Trolley erfasst wird der komplette Innenraum eines Gebäudes erfasst. Die Sensoren erzeugen dabei 300.000 Punkte pro Sekunde, die anschließend in Voxelgrids Softwareprogramm über eine zeitlich-räumliche Zuordnung weiterverarbeitet werden. Das Ergebnis ist der Digitale Zwilling als Punktwolke.
Es gibt andere Firmen, die von LiDAR profitieren
Cyclomedia entfernt sich von Gebäuden und bietet lieber Scans von öffentlichen Räumen an. Mit der Cyclomedia-LiDAR-Punktwolke können Fachleute einen öffentlichen Raum, wie z.B. eine Straße oder ein Park, auf einfache und zugängliche Weise in 3D visualisieren. Dank ihr wird die Kommunikation mit den Bürgern, innerhalb der Projektgruppen sowie zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer vereinfacht und Projektverzögerungen minimiert.
Die fotorealistische Qualität der LiDAR-Punktwolke von Cyclomedia bildet eine Grundlage für die Ausführung von Aufgaben im Public Space Management, sowie Vegetationsanalyse, Inventar von Objekten (Straßenmarkierungen, Verkehrszeichen, Straßenbeleuchtung), oder Entwässerungsprobleme.
Punktwolke LiDAR: Welche Vorteile gibt es?
Wie oben erwähnt, kann LiDAR aufgrund der niedrigeren Kosten eine Konkurrenz für die Fotogrammmetrie darstellen. Dennoch ergeben sich auch viele Vorteile, wenn man lieber beide Technologien kombiniert, anstatt sie getrennt zu halten.
LiDAR kann nämlich zur Durchführung ähnlicher Aufgaben, wie die Fotogrammmetrie, verwendet und kann als ein Zusatz gesehen werden. Insbesondere wenn man das terrestrische Laserscanning von LiDAR benutzt, können dem Modell Details hinzugefügt werden, die den Luftbilddaten der Fotogrammmetrie möglicherweise entgangen sind.
Die Kombination von LiDAR und Fotogrammmetrie schließt also eine wichtige Lücke.
Aus fotogrammetrischen Punktwolken werden präzisere Punktwolke-Datenmengen. Diese liefern noch mehr Informationen, was die Innovationsfähigkeit und Effizienz steigern kann. Zusätzlich kann die Fusion der beiden Technologien einen neuen Blickwinkel auf ein Projekt bieten. Dank des Zugriffs sowohl auf die Originalbilder, als auch auf die Punktwolke, wird die Vektorisierung und Extraktion von Punkten, Polylinien, Polygonen und Oberleitungen genauer und schneller als je zuvor.