3D Laserscanning

WAS - ist 3D Laserscanning?

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Das Laserscanning ist eine äußerst leistungsfähige und auch faszinierende Art der Vermessung, die es ermöglicht, innerhalb kürzester Zeit Objekte berührungslos und vollständig zu erfassen.

Laserscanner tasten die Oberflächen von sichtbaren Objekten mit einem Raster aus Einzelpunkten ab. Leistungsstarke Scanner erfassen so etwa 2.000.000 Punkte/ Sekunde. Auf diese Art und Weise wird das Messobjekt von verschiedenen Standpunkten aus im Maßstab 1:1 als 3D-Punktwolke abgebildet. So können innerhalb kürzester Zeit auch komplexe Strukturen erfasst werden.

Gleichzeitig werden von jedem Scannerstandpunkt 360°-Rundum-Panoramen erzeugt. Die einzelnen Standpunkte/ Panoramen werden dann wiederum zu einem Ganzen zusammengefügt. Damit entstehen als einfachste Form der Datenauswertung, foto-realistische Darstellungen vom Messobjekt.

WER ? - Einsatz

WOFÜR ? - Nutzen

  • ARCHITEKTUR
  • DENKMALSCHUTZ
  • INDUSTRIE- und ANLAGENBAU
  • GEWERBEPARKS und EINKAUFSZENTREN
    ENERGIE- und VERSORGUNGSUNTERNEHMEN
  • MUSEEN und KULTUREINRICHTUNGEN
    FACILITYMANAGEMENT
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WELCHE ? - Datenauswertung

Ingenieurbüro GIL GmbH Bautzen und Dresden

Im ersten Schritt der Auswertung von Scannerdaten entstehen für jeden Scannerstandpunkt immer eine Punktwolke und ggf. ein 360°-Rundum-Panorama. In der Regel werden diese Einzelscans zu einer Gesamtpunktwolke zusammengeführt und bei Bedarf auch in das übergeordnete, amtliche Lage- und Höhenbezugssystem georeferenziert.


Punktwolken und Panoramen werden dabei in gängigen Schnittstellenformaten wie z.B. e57, lgs oder rcp übergeben. Damit auch Sie diesen überaus wertvollen Datenschatz auch ohne teure Spezialsoftware betrachten und weiter nutzen können, stellen wir Ihnen einen kostenfreien Viewer bereit.
Die Gesamtpunktwolke wird dann, je nach Bedarf und Zweck, weiterqualifiziert zu:


• Orthophotos
• 2D – CAD-Grundrisse, Schnitte, Ansichten, Detailzeichnungen
• 3D – 3D-Modelle, Volumenkörper, Grundlage für BIM-Modelle
• Videos, Rundgänge z.B. durch die Punktwolke oder das fertige 3D-Modell

Im Rahmen der Auswertung ist wichtig zu wissen, welchem Anspruch die ausgewerteten Daten genügen sollen. Denn ausgewertet wird nur das, was für die konkrete Aufgabe auch tatsächlich benötigt wird.

WIESO ? - Vorteile

Was zeichnet das 3D-Laserscanning im Besonderen aus?  Es ist:

• schnell
• umfassend und vollständig
• präzise mit einer hohen Dokumentationsqualität bis ins kleinste Detail

Das besondere beim 3D-Laserscanning ist, dass die gescannten Objekte prinzipiell vollständig und umfassend gescannt werden. Was im Nachgang aber ausgewertet wird, hängt immer von der konkreten Aufgabenstellung ab. Denn es besteht auch später zu jeder Zeit die Möglichkeit, weitere Daten aus der Scannerpunktwolke abzuleiten. Werden zum Beispiel im Rahmen der Sanierungsplanung von Gebäuden im Fortgang der Planung auch Informationen über Art und Größe von vorhandenen Heizkörpern benötigt, können diese Informationen aus den bereits existierenden Scannerdaten abgeleitet werden. Und das ohne weitere Ortsbegehung. Das wiederum bringt:

• eine geringe Fehlerquote
• Zeit- und Kostenersparnis im Zuge der Planung und Koordination

FAQ

Die zu erreichende Genauigkeit hängt von verschiedenen Faktoren ab. Zum einen vom Typ des zum Einsatz kommenden Scanners. Zum anderen von der Entfernung zwischen Scannerstandpunkt und Messobjekt. Scanner für die Vermessung von Objekten aus Industrie und Anlagenbau erreichen zum Beispiel 3D-Punktgenauigkeiten von:

1,9mm bei 10m
2,9mm bei 20m
5,3mm bei 40m

Bei der Aufnahme von Gebäuden sind geringere Genauigkeiten in der Regel ausreichend. Hier kommen kleinere, kostengünstigere Scanner zum Einsatz, die zum Beispiel die folgenden 3D-Punktgenauigkeiten erzielen:

4,0mm bei 10m
7,0mm bei 20m

Die Laser arbeiten mit unterschiedlichen Technologien. Bei einigen Lasern kommt das sogenannte Phasenvergleichsverfahren, bei anderen das Impulslaufzeitverfahren zur Anwendung. Manche Laser nutzen auch eine Kombination aus beiden Verfahren.

Bei beiden Verfahren werden Lichtimpulse ausgesendet. Dabei ergibt sich beim Impulslaufzeitverfahren über die Ausbreitungsgeschwindigkeit und die Laufzeit die gemessene Distanz. Beim Phasenvergleichsverfahren werden vom Scanner Wellen unterschiedlicher Wellenlänge ausgesandt. Über deren Vergleich und die resultierende Phasenverschiebung wird die Wegstrecke ermittelt.

In der Regel können Scanner bei Temperaturen von etwa +5 °C bis +40 °C betrieben werden.

Die durch uns eingesetzten Laserscanner sind mit Lasern der Laserklasse 1 ausgestattet. Diese Laser bedeuten aufgrund der geringen Leistung keine Gefahr für die Augen. Die Strahlen sind unsichtbar.

Maßgeblich für die Datenmenge ist die Anzahl bzw. die Dichte der Scanpunkte. Die Anzahl der Scanpunkte hängt wiederum davon ab, wie viele Scannerstandpunkte zum vollständigen erfassen des Objektes benötigt werden. Auch spielen noch andere Faktoren für die erzeugte Datenmenge eine Rolle. So zum Beispiel, ob 360°-Panoramen erfasst werden oder in welchem Schnittstellenformat die Punktwolke definiert werden soll.
Unser datentechnisch bislang größter erzeugter Datensatz hatte eine Größe von rund 200 GB. Der Transfer zum Kunden findet in der Regel via Cloud statt.
Aus der Punktwolke abgeleitete Daten, wie zum Beispiel das 3D-Modell oder Schnitt- und Ansichtszeichnungen haben, je nach Inhalt, Dateigrößen von wenigen KB bis mehrere MB.

Herausfordernd kann das Scannen bei schwach oder nicht reflektierenden Flächen sein. Dazu zählen zum Beispiel Objekte aus glänzendem Edelstahl. Hier werden oft nicht ausreichend Signale zum Scanner wieder zurückreflektiert. Damit können für die betreffenden Scanpunkte entweder keine, oft auch nur falsche 3D-Koordinaten, erzeugt werden. Mit Kreidespray (die meisten Sprays verflüchtigen sich nach 24 Stunden) kann an diesen Stellen die Reflexion verbessert werden.
Unter Wasser liegende Objekte lassen sich ebenso nicht scannen.

Grundlage für BIM sind 3D-Bauwerksmodelldaten. Aus den durch den Scanner erfassten Punktwolken erstellen wir die (bauteilorientierten) Grundmodelle in der definierten und gebrauchten Detailstufe (LOD – Level of Detail). Mit dem Grundmodell arbeiten dann alle am Vorhaben Beteiligte weiter und pflegen weitere semantische, topologische und geometrische Informationen ein.

Auf diese Frage lautet die Antwort: „Es kommt drauf an.“ Für die Registrierung der Scannerstandpunkte, also das berechnen einer Gesamtpunktwolke, ggf. auf Basis eines übergeordneten Koordinatensystems braucht es je Scantag knapp ½ Tag für die Auswertung. Hinzu kommt noch die Zeit für die Übertragung der Daten vom Scanner/ Tablet auf den Server. Bei großen Datenmengen kann das durchaus mehrere Stunden Zeit in Anspruch nehmen. Sind dann die Daten noch zu bereinigen, also z.B. Fehlpunkte oder Scandaten in nicht benötigten Bereichen zu entfernen, ist diese Zeit dafür noch hinzuzurechnen. Die Zeit, die es bis zum fertigen Plan oder 3D-Modell benötigt hängt dann wiederum vom Detailierungsgrad der darzustellenden Objekte ab. Jedes Scanprojekt ist also ganz individuell und einzigartig.

Der Scanner „tastet“ die Oberfläche eines Objektes ab und Strukturen werden gut sichtbar. Die Qualität des Ergebnisses hängt dabei zwar u.a. maßgeblich von der Reflexionsstärke des zu scannenden Objektes ab (schwach reflektierende Fläche sind z.B. Edelstahl oder Glas). Doch lässt sich daraus das Material der Oberfläche nicht ableiten. Selbst unter Zuhilfenahme der erzeugten 360°-Panoramen lassen sich Oberflächen nicht zweifelsfrei bestimmen. Bei Fußbodenbelägen z.B. ist es besonders bei den heute verwendeten modernen Materialien nicht ohne abrasive Untersuchungsmaßnahmen möglich, zwischen Parkett, Holz, oder Laminat zu unterscheiden.

Ja, die sichtbaren Profile von Fenstern und Türen an Sprossen, Pfosten, Rahmen oder Türblatt werden durch das Scanning sichtbar und können damit auch bei Bedarf detailliert modelliert oder im Plan dargestellt werden. Profilschnitte, also der Blick ins Innere der Bauteile ist nicht möglich.