Projekt

Philippe Kluge - Vermessung und Geoinformatik (FB3) Masterarbeit

Evaluierung der Punktwolkenqualität des Integrated Positioning System (IPS)

Einreichung der Arbeit: März 2017

Im Rahmen dieser Arbeit wurde das noch in Entwicklung befindliche Integrated Positioning System (IPS) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) in ausgewählten Anwendungsfällen hinsichtlich der Qualität der von ihm generierten Daten untersucht. Beim IPS handelt es sich um ein innovatives Multi-Sensor-System, dessen ursprünglicher Hauptzweck in der Echtzeiterfassung der 3D-Position im Raum ohne weitere Kenntnisse der Umgebung bestand.

Unter anderem durch das in das IPS eingebaute Stereokamerasystem haben sich, im Zusammenhang mit der in den letzten Jahren voranschreitenden Entwicklung im Bereich der bildbasierten Auswertealgorithmen zur Generierung dichter Punktwolken, die Anwendungsmöglichkeiten erweitert. Diese bestehen beispielsweise in der Dokumentation und Inspektion von Bergwerksschächten, können aber unter anderem auch im Zusammenhang mit Forstwirtschaft, Architektur, Schiffsanlagen, Industrieanlagen, Logistik oder Tunneln stehen.

Das Hauptziel der Arbeit bestand in der Beurteilung und Evaluierung der Punktwolkenqualität des IPS, um so dieses System hinsichtlich seiner Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Vermessung besser einordnen und einstufen zu können. Zu diesem Zweck wurde zunächst durch Anwendung anderer geeigneter Vermessungs- und Auswertungsmethoden eine Referenzpunktwolke übergeordneter Genauigkeit geschaffen. Dies geschah in erster Linie durch Terrestrisches Laserscanning (TLS), wobei der erforderliche einheitliche geodätische Raumbezug durch eine tachymetrische Netzmessung und anschließende Anwendung der Ausgleichungssoftware Panda realisiert wurde.

Das Stereokamerasystem des IPS ermöglichte auch eine photogrammetrische Auswertung, welche in der Software Agisoft PhotoScan (PS) erfolgte. Um die vom IPS erfassten Daten zunächst nach PS überführen zu können sowie zur Erleichterung und Ergänzung der Auswertung in PS wurden im Rahmen der Arbeit mehrere Programme bzw. Skripte in der Programmiersprache Python entwickelt.

Die Evaluierung der Punktwolkenqualität des IPS erfolgte in einer Reihe von Teilschritten, wobei insbesondere eine Punktwolke aus einer kompletten lokalen Auswertung, eine Punktwolke mit erfasster äußerer Orientierung und eine zusätzlich vom DLR mittels Bildverarbeitungsalgorithmen erzeugte Punktwolke nach jeweiliger Überführung in ein einheitliches Koordinatensystem mit der aus den TLS-Messungen gewonnenen Referenzpunktwolke verglichen wurden.

Im Rahmen dieser Punktwolkenvergleiche wurden neben einem massenhaften Punktwolkenvergleich mit Visualisierung der einzelnen Punktabweichungen auch geeignete Stichmaße (wie Länge und Breite für ausgewählte Querschnitte) sowie aus den Punktwolken abgeleitete geometrische Primitive (wie zum Beispiel Ebenen, die Kellerwänden entsprechen) verglichen.

Die Ergebnisse der durchgeführten Punktwolkenvergleiche wurden in der Arbeit ausführlich diskutiert. Zusammengefasst konnte mit Einbindung von Passpunkten eine Genauigkeit unter 2,5 cm und ohne zusätzliche Korrespondenzen eine Genauigkeit unter 5 cm festgestellt werden. Als Resümee der durchgeführten Untersuchungen wurden weiterführende Schlussfolgerungen über geeignete Einsatzmöglichkeiten des IPS und dabei zu beachtende Probleme abgeleitet.

Es wurde festgehalten, dass das IPS die Anwendungsmöglichkeiten und Erfassungsszenarien des Vermessungswesens erweitern und damit neue wirtschaftliche Märkte erschließen oder bestehende ergänzen kann.