Laserskannerien komponenteista tehdään vähän tutkimusta, joten Evon Silvian opinnäytetyöhön perustuvaa tutkimusta skannereiden kallistusantureista on mielenkiintoista lukea.
3D-laserskannereissa on tyypillisesti kallistusantureita, joita voidaan myös kutsua kompensaattoreiksi (compensator, inclination sensor, tilt sensor yms.). Kallistusantureita on useita tyyppejä, mutta ne ovat tyypillisesti rakenteeltaan opto-elektronisia. Kallistusanturit mittaavat skannerin koordinaatiston X- ja Y-kiertoa (eng. Roll ja Pitch) suhteessa painovoimavektoriin. Joissain kallistusantureissa on laaja toimintaalue, esim. ±10°, kun taas kompensaattoreiksi kutsutuissa antureissa on tyypillisesti kapea toiminta-alue, esim. ±0,08°, jolloin koje täytyy tasata erityisen huolellisesti jo ennen skannausta. Kompensaattorien tarkkuus on sama koko toiminta-alueella. Myös laajan toiminta-alueen kallistusanturit hyötyvät huolellisesta tasauksesta, sillä ne toimivat tarkemmin keskialueillaan eli hyvin tasattuina, kun taas reuna-alueet ovat mittaukseltaan tyypillisesti heikompia.
Usein ajatellaan, että skannereiden kallistusanturit ovat samanlaisia kuin takymetreissä, mutta itse asiassa jatkuvasti liikkuvan skannerin kallistuksien mittaaminen on paljon vaativampi tehtävä kuin takymetrin kohdalla, sillä takymetri pysyy paikallaan mittauksen aikana. Skannerissa mittauksen täytyy tapahtua kojeen liikkuessa – kallistusmittaus on siis myös dynaaminen, jolloin skannerin pyörimisliike ja moottorin aiheuttama värinä vaikuttavat myös lopputulokseen. Tämän takia joissain skannereissa kallistukset mitataan vain ennen mittausta ja mittauksen jälkeen, jolloin mittauksen aikaiset jalustan kallistukset jäävät huomioimatta. Joissain lyhyen matkan ( < 100 m) skannereissa kallistuksia ei mitata ollenkaan, mutta varsinkin pitkän matkan skannereissa kallistusarvojen mittaaminen on ensi arvoisen tärkeää tarkkuuden saavuttamiseksi.
Kuten takymetreissa, niin myös skannereissa herkät kallistusanturit reagoivat jo pelkästään mittaajan läheisyyteen, ohi ajaviin autoihin (paineaalto), kiinni paiskottuihin oviin (ääniaalto & ilmanvirtaus) tai jopa kojeen ohjaustaulun koskemiseen. Kevyen kosketuksen vaikutus voi olla jopa ±0,10°, mikä tarkoittaa 17,5 cm virhettä 100 m päässä. Tässä tutkimuksessa kauko-ohjaimen käytön havaittiin pienentävän keskihajontaa merkittävästi, joten haluttaessa tarkkoja mittauksia mittaajan on syytä siirtyä hieman etäämmälle skannerista.
Tutkimuksesta selviää myös, että luotettavammat kallistuarvot saadaan skannamalla koko 360° asteen horisontaalinen alue verrattuna kapean ”skannausikkunan” skannaamiseen kuten tehdään haluttaessa mitata vain yksityiskohtia. Tässä syystä olemme aina korostaneet 360° panoraamamittauksen tärkeyttä, jos kallistusantureiden arvoja halutaan hyödyntää esimerkiksi pistepilvien rekisteröinnin yhteydessä.
Riegl VZ-sarjan skannereissa kallistumia mitataan jatkuvasti mittauksen aikana (normaali moodi). Ajallisesti pitkissä skannaus-sessioissa, kuten monitorointimittauksissa, voidaan valita moodi, jossa skanneri määrittää kallistusanturin sisäiset virheet ennen ja jälkeen skannauksen, jolloin saadaan määritetyksi mahdolliset anturin sisäiset sähköiset muutokset ja niiden vaikutus skannauksen aikana mitattuihin anturin arvoihin. Tässä moodissa skanneri mittaa myös kallistuksen muutokset jatkuvasti skannauksen aikana. Koska skannauksen nopeus vaikuttaa kallistusarvojen mittaukseen, saadaan hitaammalla pyörimisnopeudella paremmat kallistusarvojen mittaukset. Riegl VZ-400 tapauksessa tutkimus osoittaa hyvän tuloksen saavutettavan suuremmilla kuin 100 s mittausajoilla. Jos kallistusanturien systemaattista virhettä halutaan elimoida, niin skanneri voidaan ohjelmoida pyörimän sekä myötä- että vastapäivään, jolloin virheet teoriassa kumoavat toisensa.
Tietyissä tilanteissa kallistusanturit on otettava pois päältä – esimerkiksi skannatessa keikkuvissa laivoissa tai käytettäessä skanneria vinossa asennossa. Normaalitapauksissa lopputulos on kuitenkin selvä: kun skanneri on pystysuorassa asennossa kallistusanturien toiminta-alueella, niin kallistusanturien on hyvä olla aina toiminnassa optimaalisten mittaustulosten saavuttamiseksi.
Lähteet:
– Silvia, E. and Olsen, M. (2012). ”To Level or Not to Level: Laser Scanner Inclination Sensor Stability and Application.” J. Surv. Eng., 138(3), 117–125.
– Hannu Heinonen – Zeiss Elta S ja Nikon NPL-700 takymetrien suunnittelutiimien jäsen
