+358 45 650 8585 nordic@geocenter.fi
Mobiililaserskannaus

Mitä mobiililaserskannaus on?

Kyseessä on maassa liikkuvalta alustalta kuten autosta tai junasta liikkuvasti tehtävä kartoitus.

Kuten ilmasta tehtävä laserskannaus itse asiassa yhdistää kolmea eri tekniikkaa – GPS-paikannusta, inertiapaikannusta ja laseretäisyysmittausta – ja varsinainen mittaustulos saadaan vasta yhdistämällä nämä kolme aikaleimoin varustettua komponenttia toisiinsa. Etäisyysmittauksen tuloksena saadaan jokaisesta lähetetystä laserpulssista takaisinheijastunut signaali. Tavanomaiset keilaimet (discrete echo scanner) antavat tuosta signaalista käyttäjälle rajoitetusti tietoa, esimerkiksi ns. ensimmäisen ja viimeisen kaiun.

Maasta tehtävän mittauksen ero ylhäältä eli ilmasta tehtävään mittaukseen näkyy mittaustuloksessa ja tekniikka kannattaa valita tarpeiden mukaan tai yhdistää keskenään. Tiepintojen osalta mittaustulos on tarkempi johtuen muun muassa lyhyemmästä mittausetäisyydestä kohteeseen. Talojen julkisivujen kohdalla saadaan samalla kertaa mitattua kaikki julkisivun yksityiskohdat määrittäen samalla suunnittelussa tärkeän sokkelikorkeuden. Myös osa katoista saadaan tyypillisesti mitattu. Jos kattoja ei mitata erikseen, ne saadaan vanhojen rakennusten kohdalta määriteltyä myös Maanmittauslaitoksen aineistosta.

Täyden aaltomuodon skannerilla (full waveform scanner) saadaan rajoittamaton määrä tietoa paluusignaalin luoteesta ja mahdollisten kaikujen määrästä digitoimalla koko signaali (kts. monikaikumittaus). Varsinainen mitta-aineiston käsittely tapahtuu tyypillisesti jälkiprosessointina haluttaessa tarkkoja tuloksia, mutta toisaalta aineistosta on mahdollista saada paljon hienovaraisempia maastonpiirteitä. Varsinkin rinnealueilla etu lopputuloksen laadussa voi olla huomattava. Ilmalaserkeilauksen yhtenä peruslopputuotteena voidaan pitää yksityiskohtaista maastomallia, mutta myös koko pistepilviaineistolla on arvoa. Pistepilvi soveltuu pohja-aineistoksi lukuisilla eri sovellusaloilla kuten infrasuunnitteluun, tulvamallinnukseen, ympäristötutkimukseen, maisemantutkimukseen, metsäntutkimukseen ja kulttuuriperinnön hoitoon ja tutkimukseen.

Tilaajan kannattaa huomioida, ettei kaikkia mobiililaserskannausjärjestelmiä ole luotu yhdenvertaisiksi. Tarkimmillaan laitteistoilla saavutetaan tarkkuudeltaan takymetrimittauksiin vertautuva mittausaineisto kuten esimerkiksi teimme Tampereella, jossa raitiotielinjan suunnitteluun vaadittava tasotarkkuus XY = 20 mm ja korkeustarkkuus Z = 20 mm. Tienpintojen mittauksissa voimme saavuttaa laitteistollamme alle 10 mm korkeustarkuuden. Valtaosa markkinoilla olevista mobiililaserskannausjärjestelmistä on suunniteltu ns. omaisuuden inventointiiin eli niillä voidaan esimerkiksi kartoittaa kaikki alueen liikennemerkit muutaman 10 sentin sijaintitarkkuudella. Tilaajan on siis tiedostettava mikä on aineiston käyttötarkoitus työtä tilattaessa ja ymmärrettävä, että valmistajat ilmoittavat saavutettavan tarkkuuden ainostaan avoimille, hyvän GNSS-kattavuuden omaaville paikoille. Lopullinen tarkkuus syntyy mm. kalibroinnista ja tekijöiden ammattitaidosta.

Lennokkilaserskannaus

Mitä lennokkilaserskannaus on?

Kyseessä on pohjimmiltaan ilmalaserskannauksesta, mutta mittausalustana käytetään miehitetyn ilma-alustan sijaan miehittämätöntä lennokkia. Lennokkityyppi voi olla kiinteäsiipinen tai multiroottori.

Ilmasta mitattaessa laserkeilain sijoitetaan useimmiten lentokoneeseen tai helikopteriin ja lentojen korkeudet vaihtelevat muutamasta sadasta metristä useaan kilometriin käytetyn laitteiston ja mittauksen tarpeen mukaan. Ilmalaserkeilaus itse asiassa yhdistää kolmea eri tekniikkaa – GPS-paikannusta, inertiapaikannusta ja laseretäisyysmittausta – ja varsinainen mittaustulos saadaan vasta yhdistämällä nämä kolme aikaleimoin varustettua komponenttia toisiinsa. Etäisyysmittauksen tuloksena saadaan jokaisesta lähetetystä laserpulssista takaisinheijastunut signaali. Tavanomaiset keilaimet (discrete echo scanner) antavat tuosta signaalista käyttäjälle rajoitetusti tietoa, esimerkiksi ns. ensimmäisen ja viimeisen kaiun. Metsäisellä alueella ensimmäinen kaiku tulkitaan puuston latvukseksi ja viimeinen kaiku maan pinnaksi. Näin maan pinnan muoto on mahdollista mitata myös kasvuston peittämällä alueella.

Täyden aaltomuodon skannerilla (full waveform scanner) saadaan rajoittamaton määrä tietoa paluusignaalin luoteesta ja mahdollisten kaikujen määrästä digitoimalla koko signaali (kts. monikaikumittaus). Varsinainen mitta-aineiston käsittely tapahtuu tyypillisesti jälkiprosessointina haluttaessa tarkkoja tuloksia, mutta toisaalta aineistosta on mahdollista saada paljon hienovaraisempia maastonpiirteitä. Varsinkin rinnealueilla etu lopputuloksen laadussa voi olla huomattava. Ilmalaserkeilauksen yhtenä peruslopputuotteena voidaan pitää yksityiskohtaista maastomallia, mutta myös koko pistepilviaineistolla on arvoa. Pistepilvi soveltuu pohja-aineistoksi lukuisilla eri sovellusaloilla kuten infrasuunnitteluun, tulvamallinnukseen, ympäristötutkimukseen, maisemantutkimukseen, metsäntutkimukseen ja kulttuuriperinnön hoitoon ja tutkimukseen.

Miehittämättömästä ilma-aluksesta tehtävä ilmalaserkeilaus eli skannaus on lähtenyt viime vuosina nousuun lennokkien ja drone-koptereiden lisääntyessä. Ilmasta tehty kuvaus on kartoitukseen se edullisempi vaihtoehto, mutta nopeasti päädytään samoihin ongelmiin kuin perinteisen ilmakuvauksen puolella: peitteisiä alueita ei voida kameratekniikalla kartoittaa, koska ei päästä tunkeutumaan kasvillisuuden alle maanpintaan. Laserkeilaustekniikan etu on myös kyky mitata huonossa tai epätasaisessa valaistuksessa jopa pilkkopimeässä. Nämä ovat kameratekniikan rajoituksia.

Ilmalaserkeilaus

Mitä ilmalaserskannaus on?

Ilmasta mitattaessa laserkeilain sijoitetaan useimmiten lentokoneeseen tai helikopteriin ja lentojen korkeudet vaihtelevat muutamasta sadasta metristä useaan kilometriin käytetyn laitteiston ja mittauksen tarpeen mukaan. Ilmalaserkeilaus itse asiassa yhdistää kolmea eri tekniikkaa – GPS-paikannusta, inertiapaikannusta ja laseretäisyysmittausta – ja varsinainen mittaustulos saadaan vasta yhdistämällä nämä kolme aikaleimoin varustettua komponenttia toisiinsa.

Etäisyysmittauksen tuloksena saadaan jokaisesta lähetetystä laserpulssista takaisinheijastunut signaali. Tavanomaiset keilaimet (discrete echo scanner) antavat tuosta signaalista käyttäjälle rajoitetusti tietoa, esimerkiksi ns. ensimmäisen ja viimeisen kaiun. Metsäisellä alueella ensimmäinen kaiku tulkitaan puuston latvukseksi ja viimeinen kaiku maan pinnaksi. Näin maan pinnan muoto on mahdollista mitata myös kasvuston peittämällä alueella. Täyden aaltomuodon skannerilla (full waveform scanner) saadaan rajoittamaton määrä tietoa paluusignaalin luoteesta ja mahdollisten kaikujen määrästä digitoimalla koko signaali. Varsinainen mitta-aineiston käsittely tapahtuu aina jälkiprosessointina, mutta toisaalta aineistosta on mahdollista saada paljon hienovaraisempia maastonpiirteitä. Varsinkin rinnealueilla etu lopputuloksen laadussa voi olla huomattava.

Ilmalaserkeilauksen yhtenä peruslopputuotteena voidaan pitää yksityiskohtaista maastomallia, mutta myös koko pistepilviaineistolla on arvoa. Pistepilvi soveltuu pohja-aineistoksi lukuisilla eri sovellusaloilla kuten infrasuunnitteluun, tulvamallinnukseen, ympäristötutkimukseen, maisemantutkimukseen, metsäntutkimukseen ja kulttuuriperinnön hoitoon ja tutkimukseen.

Laserkeilausohje - maalaserkeilaus

Maalaserkeilaus on monille aineistontuottajille ja tilaajille vielä uusi asia, joten olemme koonneet alla olevaan tekstiin erilaisia seikkoja pohdittavaksi laserskannausta suunniteltaessa.

Kun käytät pistepilviä, niin ota huomioon seuraavia seikkoja:

  • 3D-laserskannerilla mitataan alueita, ei yksittäisiä pisteitä. Kohteen tunnistaminen pistepilvistä vaatii riittävää pistetiheyttä sekä mittaustarkkuutta.
  • vaikka pisteiden määrä voi tuntua liialliselta kyseisessä työssä, niin arkistoimalla aineisto sitä voidaan käyttää myöhemmin myös muilta osiltaan.
  • 3D-laserskannerien tuottaminen aineistojen laaduntarkistusta ei ole vielä standardoitu
  • kohde on nähtävä ja mitattava joka puolelta, jos siitä on tarkoitus tehdä täydellinen malli
  • muista myös muiden kartoitustekniikoiden olemassaolo ja varmista mikä tekniikka on soveliain kohteessasi

Mitä maalaserskannaus on?

Maalaserskannauksessa eli laserkeilauksessa kohteen pintaa mitataankolmiulotteisesti automaattisesti ja reaaliaikaisesti. Skannausta käytetään yleensä mittamaan pintoja ja kohteen spatiaalisia suhteita, mutta asianmukaista jälkikäsittelyohjelmaa käyttäen mittausaineistosta voidaan mallintaa myös viivoja, reunoja, taiteviivoja ja muita geometrisia piirteitä.

3D-skannaus on optinen mittausmenetelmä eli mitattaessa kohteen täytyy näkyä skannerista. Mittausaukkojen välttämiseksi kohdetta voidaan mitata useasta eri suunnasta niin, että kaikki kohteen osat näkyvät jostain suunnasta. Useat mittausasemat on yhdistettävä keskenään eli skannauskielellä rekisteröitävä toisiinsa, jotta kaikki mittausaineisto olisi samassa koordinaatistossa. Skannausaineisto halutaan rekisteröimisen lisäksi usein georeferoida eli yhdistää tunnettuun koordinaattijärjestelmään kuten EUREF-FIN.

Laserskannerit mittaavat myös pimeässä tai huonossa valaistuksessa, koska kyseessä on aktiivinen mittaustapa: laserskanneri lähettää laservalomittaussäteen kohteen pintaan ja mittaa sen paluusäteen heijastumista kohteesta. Jos skannerissa on kamera ja samalla halutaan myös kuvata kohde pistepilven värjäämiseksi tai mallinnuksen helpottamiseksi, niin silloin kohteen täytyy olla valaistu. Valokuvakamera on passiivinen laite eli se mittaa ympäristön valon heijastumista kuvauskohteesta.

Maalaserkeilausta voidaan tehdä staattisesti tai mobiilisti. Staattisessa mittauksessa skanneri mittaa paikallaan usein jalustan päällä kuten takymetrikin. Mobiilissa mittauksessa skanneri laitetaan liikkuvan alustan päälle ja mittaus tehdään liikkeessä. Sekä Rieglin että Faron skannereita voidaan käyttää myös mobiilimittauksissa. On huomioitaa, että mobiilimittausvarustukseen tarvittaan myös lisälaitteita (inertianavigointijärjestelmä kuten Ixsea Landins sekä geodeettinen GPS-laite kuten Stonex S9) sekä lisäohjelmistoja aineistojen yhdistämiseen.

Staattisesti mittaavilla 3D-laserskannerereilla mitataan muutamien senttien etäisyyksistä aina muutamiin kilometreihin asti. Lähelle mittaavien laitteiden mittaustekniikka on esimerkiksi kolmioiva, jolloin mittaustuloksissa voidaan päästä alle millimetrin tarkkuuteen.

Vaihe-eromittaustekniikkaan perustuvia laitteita, kuten Faro Focus3D, käytetään puolestaan mitattaessa alle metrin etäisyyksistä 20-150 m asti. Tällöin puhutaan millimetrien tai senttimetrien tarkkuudesta kohteen pinnassa.

Pulssilasertekniikalla mittaavat laitteet, kuten Riegl, mittaavat tyypillisesti metristä useisiin satoihin metreihin tai jopa 4 km asti. Laitteesta riippuen mittaustarkkuus voi olla millimetreja tai senttimetrejä, mutta etäisyyden kasvaessa millimetreihin on vaikeampi päästä. Pitkissä mittauksissa myös sääolosuhteiden merkitys mittauksen aikana voi olla merkittävä.

Jokaisella skannerityypillä on omat ja toisistaan eroavat tekniset ominaisuudet, joten mittaajan on syytä valita laitteensa työn vaatimusten mukaan.

Skannauksen aikana tarvitaan usein muiden mittausvälineiden kuten takymetrin tukea. Parhaan lopputuloksen saa tekemällä kontrollimittauksia tai mittaamalla skannaukseen tarvittavan tukipisteverkon muilla mittausmenetelmillä. Esimerkiksi rakennuksia mitatessa on syytä mitata rakennukseen runkopisteverkko kokonaisuuden pitämiseksi sallituissa toleransseissa.

Skannauksen ja mallinnuksen tueksi voidaan käyttää myös kuvista tehtyjä fotogrammetrisia mittauksia. Esimerkiksi Rieglin skanneriin voidaan kiinnittää kalibroitu mittakamera ja kuvanotto on myös automatisoitu.

 

3D-laserskannauksen hyödyt:

Tekniikan avulla saat tiheän joukon 3D-pisteitä eli pistepilven. Aineiston mittaaminen on nopeaa, mikä mahdollistaa työskentelyn vaarallisissa tai muuten työskentely-ympäristöltään hankalissa kohteissa.  Aineistojen jälkikäsittely on useimmiten aikaa vievää ja riippuu vaadituista lopputuotteista. Esimerkiksi maastomallin tai tilavuuden voi laskea jopa alle tunnissa, mutta rakennuksen tietomallin tekeminen kestää viikkoja tai jopa kuukausia kohteen koosta riippuen. Kompleksisen mallinnuksen kohdalla voidaan edelleenkin laskea yhden päivän skannauksien mallintamisen kestävän jopa 10 työpäivää.

Lopputuotteet määrittelevät myös käytetyn mallinnusohjelman, sillä eri aloilla on usein omat ratkaisut ja halutut tiedostoformaatit. Lopputuotteet määrittävät myös mallintajan, sillä yleensä mallintamisessa vaadittua tietotaitoa löytyy vain alan koulutuksen saaneelta henkilöltä. Esimerkiksi pelien mallintaja ei noin vaan osaa tehdä suunnittelumallia sillasta ja päinvastoin.

 

Pistepilveä voidaan käyttää muun muassa:

  • as-built CAD-mallien tuottamisee
  • takaisinmallinukseen (reverse engineering)
  • kohteiden mallintamiseen 3D-visualisointia, elokuvia ja pelejä varten
  • pinta-alojen ja tilavuuksien laskentaan
  • perinteisen 3D-kartoituksen tekemiseen
  • videoiden ja animaatioiden tekemiseen kohteiden esittelemiseksi
  • vaikeakulkuisten tai vaarallisten kohteiden mallintamiseen
  • kohteiden tilan monitorointiin (eroosio, kuluminen)
  • laaduntarkkailuun: vastaako osa suunnitelmaa?
  • onnettomuuksien ja rikospaikkojen dokumentointiin
  • kulttuuriperintökohteiden dokumentointiin

Tilatessasi 3D-laserskannausta ota huomioon muun muassa:

  • vertailu perinteisen menetelmän kanssa
  • laserskannauksen tarjoamat uudet lopputuotteet
  • hyvät mittauskäytännöt halutun tarkkuuden tuottamiseksi
  • skannauksen tiheys täytyy olla järkevässä suhteessa skannatun kohteen kokoon ja käytettyyn skanneriin
  • skannausten rekisteröintimentelmä ja georeferointi on mietittävä ennen mittausten alkua
  • miten varmistat lopputulosten laadun
  • skannausten käsittelyyn tarvitaan paljon laskentatehoa
  • varmista, että käytössäsi on sopiva mallinnusohjelma haluttujen lopputuotteiden aikaansaamiseksi
  • onko omassa organisaatiossa tarpeeksi ammattitaitoa vaadittujen lopputuotteiden aikaansaamiseen
Monikaikumittaustekniikasta

UUTTA TEKNIIKKAA

RIEGLin V-sarjan laitteissa digitaalinen palautussignaalin käsittely mahdollistaa jopa 16 –

∞ mittauspisteen reaaliaikaisen erottelun yhdestä mittauspulssista aikaisemman yhden pisteen asemasta.

RIEGLin Q -sarjan ilmalaserkeilaimissa digitoitu pulssi tallennetaan kokonaisuudessaan, jolloin jälkilaskennassa saadaan erotelluksi rajoittamaton määrä mittauspisteitä yhdestä pulssista.

MIKÄ ON MONIKAIKULASER?

Monipistelaser perustuu pulssilaseriin (Time of Flight) eli pulssin edestakaisen kulkuajan mittaukseen. Monikaikutekniikassa (Online Waveform Analysis) palautunut signaali digitoidaan, jolloin siitä pystytään erottamaan useita kaikuja. Jos mittauspulssi osuu vähintään koko säteen poikkipinnan kokoiseen tasomaiseen pintaan, pinnasta saadaan yksi kaiku. Kaiun muoto riippuu pinnan materiaalista, väristä ja pehmeydestä. Kun mittauspulssi osuu osittain eri pintoihin, palautuva kaiku on muodoltaan epämääräinen tai muodostuu useammasta toisistaan eroteltavista, eri muotoisista kaiuista.

MITTAUSPULSSIN REAALIAIKAINEN TULKINTA

Digitoimalla koko palautuva signaali, saadaan kaiut erotelluksi toisistaan. Jokaista osakaikua verrataan kaikukirjastoon, jolloin erimuotoiset kaiut saadaan tulkituksi matemaattisesti eri kaavoilla laskettuna. Samalla lasketut pisteet saadaan luokitelluiksi sekä mittausjärjestyksensä että laatunsa perusteella.

MITÄ HYÖTYÄ ON MONIPISTELASERISTA?

Kun verrataan monipistelasertekniikkaa normaaliin pulssilaseriin suurimmiksi eduiksi muodostuvat: mittaustarkkuus, peitteisen alueen mittausmahdollisuus ja pisteiden luokittelu jatkokäsittelyn pisteaineiston siivouksen (editoinnin) nopeuttamiseksi.

Mittaustarkkuus paranee koska nyt voidaan eri materiaaleista mitatut mittauspisteet laskea kullekin materiaalille ominaista palautuvan pulssin muotoa käyttäen.

Tavallaan peitteisiä alueita on myöskin sisätiloja ja putkistoja mitattaessa. Osa mittauspulssista osuu pilarin tai putken reunaan, osa jatkaa seuraavaan pintaan. Sama mittauspulssi voi ”hipaista” monta pintaa kunnes se on kokonaan heijastunut takaisin. Pistepilvissä näkyy aineiston käsittelyä vaikeuttavia ”ilmapisteitä” ja pistesuihkuja pylväiden ja putkien reunoissa. Monipistetekniikassa edellä mainittuja pisteitä ei juurikaan esiinny vaan muodostuu erillisiä pisteitä jokaiseen ”hipaistuun” pintaan. Lisäksi luokittelu mahdollistaa automaattisen editoinnin.

Ulkona mitattaessa, heinät, pensaat, puunoksat jne estävät kokonaisen säteen tunkeutumisen varsinaiseen haluttuun mittauspintaan jolloin laskettu mittauspiste ei ole halutulla pinnalla vaan jossain ensimmäisen ja viimeisen kosketuspinnan välissä. Monipistetekniikassa peitteisessä pinnassa tulostuu eri kosketuspinnoista omat luokitellut pisteensä, jolloin myös halutulle oikealle pinnalle tulostuu luokiteltu piste.

Pin It on Pinterest

Share This

Jaa tämä ystävillesi!