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| Abbildung 1 Laserscanning aus dem Flugzeug, Quelle: https://www.sonnenenergie.de/sonnenenergie-redaktion/digital/SE-2014-05/a-04.html [17.10.2020] |
Unter dem Titel «Szenenerfassung mit Laserscanning: Sensoren, Plattformen und Methoden» informierte Prof. Dr.- Ing. Boris Jutzi vom Institut of Technology in Karlsruhe (KIT) die ca. 20 Personen im Saal sowie weitere Interessierte via Webex über die verschiedenen Sensoren, Plattformen und Methoden im Bereich Laserscanning. Die Komplexität des Vortrags war herausfordernd, und dennoch haben die Studierenden des ersten Studiensemesters viel Neues erfahren.
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| Abbildung 2 Terrestrischer Laserscanner, Quelle: http://www.spatialhumanities.de/ibr/technologie/terrestrisches-laserscanning.html [17.10.2020] |
Grundsätzlich unterscheidet man bei den verschiedenen Laserscannern zwischen Fern-, Mittel- und Nahbereichslaserscanner. Zur ersten Kategorie gehören Flugzeug- bzw. satellitengetragene Scanner (siehe Abb 1). In Kategorie zwei befinden sich unter anderem die von Vermessungsbüros verwendeten terrestrischen Laserscanner (siehe Abb 2). Im Nahbereich sind es dann spezielle Kameras. Die unterschiedlichen Sparten unterscheiden sich nicht nur durch die Reichweite, welche sich von vielen Kilometern bis einginge Meter erstreckt. Auch die Genauigkeitsklassen schwanken von Meter- bis Millimeterabweichungen.
Das Funktionsprinzip eines Laserscanners stark vereinfacht erklärt: Der Scanner sendet einen Laserstrahl aus, welcher aus Photonen besteht. Die Photonen „prallen“ von der gemessenen Oberfläche ab und werden von dieser zurückgeschickt. Aufgrund der verstrichenen Zeit seit dem Ausstoß der Photonen wird die Entfernung bestimmt. Dieses Prinzip ist mit dem EDM bei einem Tachymeter zu vergleichen. Aus unzähligen Messungen entsteht so das Modell des abzubildenden Objekts. Dieses Modell nennt man LiDAR.
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| Abbildung 3 Single Photon Lidar stellt den Meeresboden dar, Quelle: https://www.mdpi.com/2072-4292/8/11/958 [17.10.2020] |
Prof. Dr.- Ing. Boris Jutzi stellte in seinem Vortrag drei verschiedene Technologien zur Erstellung des LiDAR vor. Diese sind Multi-Photon LiDAR (MPL) Geiger Mode LiDAR (GML, siehe Abb. 4) und Single Photon LiDAR (SPL). Jedes dieser Systeme hat seine Vor- und Nachteile. Ein Vorteil des SPL ist zum Beispiel, dass man, wie der Name schon sagt, nur ein Photon zur Bestimmung eines Punktes benötigt. Zudem ist es mit dieser Technologie möglich den Meeresboden und gleichzeitig die Meeresoberfläche zu erheben (siehe Abb. 3). Allerdings ist die maximale Flughöhe von SPL auf ca. 5.5km beschränkt. Im Gegensatz dazu ist mit dem GML eine Flughöhe von bis zu 11 km möglich. Ähnlich wie beim SPL ist das GML nur auf weniger Photonen (etwa 10 pro Punkt) angewiesen um das LiDAR Bild zu erstellen. Ein Nachteil ist hingegen, dass mit dem GML nicht oder nur gering durch Baumkronen gemessen werden kann. Somit ist es als DTM unbrauchbar, allerdings als DOM schon.
Mit dem MPL kann der Waldboden erhoben werden, jedoch benötigt es für die Bestimmung viele Photonen, nämlich bis zu tausend Photonen. Für die Positionsbestimmung werden Referenzziele verwendet. Mittels drei Translationen und drei Rotationen wird daraus die relative Orientierung des Scanners ermittelt. Dank einer Selbstkalibrierung wird das entstandene Bild noch optimiert. Eingesetzt wird die Laserscanning Technologie in diversen Bereichen wie Stadtplanung und Bauwerksmonitoring. Wenn ein Objekt von zwei Scannerstationen bestimmt wurde, lässt sich eine 3D Punktwolkenregistrierung vornehmen.
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| Abbildung 4 Geiger Mode Lidar, Quelle: https://www.pobonline.com/articles/98188-what-do-geiger-mode-and-single-photon-mean-for-linear-lidar [17.10.2020] |
Abschließend kann ich sagen, dass der Vortrag von Prof. Dr.- Ing Boris Jutzi sehr informativ, wenn auch sehr komplex war. In seiner einstündigen Präsentation lieferte er den Zuhörerenden einen umfassenden Einblick in die Thematik Laserscanning. Das dritte der vier Herbstkolloquien findet am 3. November 2020 statt und behandelt das Thema „Karten für den malaysischen Regenwald Borneos sichern die Landrechte einer einheimischen Volksgruppe».
Eine Aufzeichnung dieses Kolloquiums finden Sie auf unserem YouTube Kanal
Autor: Michael Kuster, Student Bachelor in Geomatik im 1. Semester