Aihearkisto: Laserkeilaus

3D-laserskannerien tuotannosta

Edustamillamme Faro- ja Riegl-skannereilla pyyhkii niin hyvin, että tuotantolinjoja on laajennettu vuoden 2011 aikana.

Itävallan Hornissa sijaitsevan Rieglin tehtaan laajennus valmistui ja otettiin käyttöön kesäkuussa. Uusi lisärakennus lisää tuotantokapasiteettia ja mahdollistaa välillä jo ulkoistettujen osien valmistuksen siirtämisen takaisin omiin tiloihin.

Rieglin uusi tuotantotila
Rieglin laajennusosa Itävallan Hornissa.

Rieglin skannerit ovat tunnettuja kestävyydestään ja laitteen kaikkien osien tuotannon kontrollilla omissa tiloissa voidaan skannereiden kestävyys ja hyvä laatu taata helpommin jatkossakin. Lisää tietoja tehtaan laajennuksesta löytyy Rieglin sivuilta.

Saksassa sijaitseva Faron tehdas joutui puolestaan kovaan puristukseen Intergeo 2010-messujen jälkeen. Messuilla julkaistu Focus 3D-skanneri osoittautui niin suureksi myyntimenestykseksi, että tehtaan laajennus oli ainoa keino selvitä kysynnästä. Uusi laajennus valmistui touko-kesäkuun vaihteessa ja samalla kesäkuussa puristettiin ulos ennätysmäärä skannereita. Uuden valmistuskapasiteetin turvin tehtaalta lähtee päivittäin jopa runsaat 10 skanneria!

Pistepilvet ja Autodesk Revit 2012

Arkkitehtikunnalle vaivaa tuottanut pistepilvien ja BIM-mallinnusohjelmien yhteensopivuus/-sopimattomuus alkaa hiljalleen ratketa. Vuoden 2012–version myötä Autodesk Revit tukee vihdoin suoraan 3D-laserskannerien tuottamia pistepilviä.
Sisääntuonnissa pisteet muutetaan Autodeskin omaan .pcg –pistepilvitiedostomuotoon. Tässä vaiheessa sisääntuotavina formaatteina tuetaan .las, .xyb ja .pts, .ptg sekä Faron .fls ja .fws tiedostomuotoja. Kokemukseni mukaan ensimmäinen indeksointi .pcg –muotoon kestää kauan; luonnollisesti sitä kauemmin mitä enemmän tavaraa ollaan tuomassa sisään. Hitautta ei pidä kuitenkaan pelästyä, sillä jatkossa .pcg-tiedosto aukeaa nopeasti.
Projektiin linkitettynä pistepilvi käyttäytyy kuten muutkin elementit. Se voidaan esimerkiksi valita, kopioida, peilata ja tuhota. Pistepilveä voi tietysti pyörittää ja sen näkyvyyttä voidaan säädellä. Lisäksi yksityiskohtia voi tarkastella paremmin esimerkiksi leikkausten tai laatikkovalintojen avulla. Projektiin voidaan myös linkittaa useita pistepilviä.
Minkälaista mallinnusta pistepilvistä voi sitten tehdä? Tässä vaiheessa voi esimerkiksi etsiä tasoja, jotka Revit löytää automaattisesti , jos ne ovat kohtisuorassa työtasoon (workplane) nähden. Muita geometrisen mallinnuksen työkaluja on tulossa lisää ajan myötä. Täysiverisiin pistepilvien käsittelyohjelmiin tottuneet kaipaavat varmasti monia ominaisuuksia, joita jatkossa ilmestynee myös perinteisiin suunnitteluohjelmiin.

Riegl VZ-400 & VZ-1000: HDR-kuvien automaattinen ottaminen

Kevään aikana Rieglin VZ-sarjan skannereihin on lisätty mahdollisuus kuvata High definition range -kuvia automaattisesti skanneriin kiinnitetyllä kameralla. Kamerahan on jo valmiiksi kalibroitu ja mittatarkka, mutta valaistusolosuhteiden vaihdellessa HDR-kuvauksella voidaan saada myös kuvanlaadultaan viimeisteltyjä kuvia. Hyvästi siis ali- tai ylivalottuneet kohdat kuvissa!

Skanneriohjelma tukee neljän ylimääräisen kuvan ottamista eri valotusajalla niin, että lopullisen yhdistetyn HDR-kuvan laskentaan voi käyttää tietoja viidestä eri kuvasta. Toisin sanoen valotusta haarukoidaan laajemman dynamiikan luomiseksi.

Pääsemme testaamaan tätä uutta ominaisuutta heti kun tilaamamme optiikka saapuu.

3D -laserskannaus forenssisessa rikospaikka/tapaturmatutkimuksessa

Poliisit eri puolilla maailmaa ovat jo usean vuoden ajan käyttäneet laserskannereita rikospaikkojen tai onnettomuuspaikkojen tutkinnassa. Laserskannaus on hyvin tehokas keino dokumentoida tapahtumapaikka nopeasti ja luotettavasti niin, että esimerkiksi raivaustöihin päästään mahdollisimman pian. Koska mittauksen aikana ei valikoida mitattavia pisteitä, vaan koko ympäristö tallentuu automaattisesti, aineistolla on myös hyvä todistusvoima oikeudenkäynneissä.

Faron käyttäjäpäivien aikana forenssisesta tutkimuksesta piti esityksen ranskan poliisin edustaja: Crime scene or crash scene 3D modeling/French Forensic Sciences Institute of Gendermerie. Tässä tutkimuskeskuksessa työskentelee 223 asiantuntijaa ja vuosittain tehdään 15 000 erilaista onnettomuus- tai rikospaikkatutkimusta.

Tutkimuksen tavoitteena on luonnollisesti selvittää mitä on tapahtunut ja laserkeilauksen avulla voidaan niin sanotusti ”tallentaa rikospaikka sellaisena kun on dokumentointihetkellä”. Myöhemmin toimistotyönä pistepilviä sitten analysoidaan eri tavoin, muun muassa veriroiskeiden suunnan ja alkupisteen selvittämiseksi sekä luotien suunnaan määrittelemiseksi. Analyysien lisäksi tuotetaan animaatioita ja visualisointeja aineistoista oikeuskäsittelyihin.

Ranskassa laserkeilauksen mittakäyttöä seurataan tämäntyyppisessä työssä standardein (COFRAC 17025) ja poliisin tutkimuslaitos kuuluu myös kansainväliseen International Association of Forensic and Security Metrology (IAFSM) jörjestöön.

PS 15.7.2011 Lontoon poliisi aikoo ostaa 20 laserskanneria 3 mijoonalla punnalla maantieonnettomuuksien tutkinnan nopeuttamiseksi. BBC julkaisi aiheesta uutisen ja videon, joissa pyörii Rieglin VZ-400 skanneri. Rieglin skannerit ovat työkäytössä niin nopeita, ettei skannerivalinta ollenkaan hämmästytä.

Pistepilvien laskentaa pilvipalvelulla?

3D-laserskannereiden myyntityöhön kuuluu myös neuvoa asiakkaita aineistojen käsittelyyn liittyvien tietokoneiden hankinnassa. Työ on varsin epäkiitollista, koska tehtyään kymmenien tai satojen tuhansien laiteinvestoinnin hankintaosasto alkaa tinkiä aineistojen käsittelyyn tarvittavien tietokoneiden laadusta. ”Kyllähän Gigantin tarjouskoneella noita hommia pyörittelee” tai jotain muuta yhtä nerokasta kuulee varsin usein.
Aika tyypillistä on joissain paikoissa henkilökunnan arvohierarkia, sillä työn varsinaisilla tekijöillä ei saa olla parempia tietokoneita kuin esimiehillään, saatikka sitten yrityksen johdolla. Jos pääosa johdosta käyttää sähköpostia, kirjoittelee office-dokumenttejä tai muuta vastaavaa, niin kyseisessä organisaatiossa ei ole käytännön mahdollisuuksia pistepilvien käsittelyyn.
Monissa paikoissa myös oma tai ulkoistettu IT-osasto sanelee diktaattorimaisesti organisaation muiden työntekijöiden tarpeet. Siis epäilemättä IT-taitoisista ihmisistä on kysymys, mutta syystä tai toisesta ei haluta perehtyä työn tarpeisiin käytännön tasolla. Minullekin on yhdessä työpaikassa yritetty tyrkyttää tietokonetta ”pikkumallinnukseen”, mutta kieltäydyin koko koneesta. Tämän kieltäytymisen jälkeen alkoi löytyä keskustelunhalua oikeista laskentatarpeistani.
Minkälaista tehomyllyä pistepilvien käsittelyssä sitten tarvitaan? Oikeasti ohjelmistojen välillä on eroa, mutta tyypillisesti valmistajat kehoittavat panostamaan tehokkaaseen näytönohjaimeen, jossa on paljon omaa muistia ja Open GL tuki. Toinen merkittavä seikka ovat tietokoneiden sisäiset väylännopeudet ja kiintolevyn nopeus, sillä datan tarvii liikkua vikkelästi. Kolmantena tärkeänä tekijänä pitäisin näyttöä, jonka olisi syytä olla iso ja tarkka. Näyttöjä voisi mielellään olla kaksikin kappaletta. Graafisessa työssä työkaluja alkaa ruudulla olla paljon, jolloin lisätila on aina tarpeen.
Me Nordic Geo Centerissä pyrimme käyttämään pistepilvien käsittelyssä tehokannettavia, koska koulutustyömme on liikkuvaa luonteeltaan. Muussa tapauksessa tehokas pöytäkone on aina hinta-laatusuhteeltaan kannattavampi valinta. Itse katselen potentiaalisia koneita pelikoneiden puolelta, kun taas kollegani on vakuuttunut videoiden käsittelyyn suunniteltujen koneiden paremmuudesta. Tyypillisesti emme siis katso CAD-työskentelyyn optimoituja koneita, koska ohjelmamme eivät vaadi niitä ja toisekseen tehokkaat CAD-näytönohjaimet voivat maksaa tuhansia euroja. Lähtökohtana kannattaa tutustua ohjelman manuaaliin ja tarkastaa sieltä mitkä ovat minimivaatimukset ohjelman käyttöön. Ja sitten pitää muistaa, että kyse on minimivaatimuksista eli vain taivas ja budjetti ovat rajana.
Jos on kiinnostunut mitä maailmalla käytetään, niin kannattaa seurata alan keskusteluforumeja. Isoilla pojilla (missäs tytöt taas ovat?) on aika hurjat tietokoneet, mutta toisaalta heillä ei omien sanojen mukaan ole mitään ongelmia käsitellä suuria miljardien pisteiden aineistoja. Jos työtä tekee säännöllisesti, niin kyllä laitehankinta maksaa itsensä nopeasti takaisin ajassa ja tehokkuudessa säästyneissä kuluissa.
Entäs sitten tuo otsikkojen lupaama pilvilaskennan mahdollisuus pistepilvien kohdalla? Itse en ole vielä törmännyt tällaiseen palveluun, mutta eihän se mahdoton ajatus ole tulevaisuudessa. Wienin teknillisessä korkeakoulussa asiaa on hieman kokeiltukin ilmalaserskannauksen kohdalla, joten lienee vain ajan kysymys milloin ensimmäinen palveluntarjoaja saapuu alalle. Kokeilusta löytyy lisätietoja Otepkan ym. 2011 artikkelissa. Pistepilvilaskennassa on hyvänä puolena valtava laskentakapasiteetti ilman omia investointeja rautaan. Huonona puolena on taas aineistojen päätyminen vieraille palvelimille, joka saattaa osassa kohteissa olla mahdoton ajatus. Maalaserkeilausta käytetään näet paljon myös turvaluokituissa kohteissa.

iXSean inertianavigointijärjestelmät (INS)

Nordic Geo Centerin valikoimista löytyy myös ranskalaisen iXSean inertianavigointijärjestelmiä. Nämä laitteet ovat tuttuja merenmittauksen tekijöille, mutta koko inertianavigoinnin käsite on sen sijaan vieras monelle mittaajalle. Mistä on siis oikein kysymys?

Inertianavigointilaitteita tarvitaan mobiilissa eli liikkuvassa mittauksessa tai yleisemmin navigoinnissa (reitin laskenta), kun pelkkä geodeettinen paikannus ei enää riitä. Liikkuvassa mittauksessa turvaudutaan navigointiin, koska paikkatieto muuttuu koko ajan. Lisäksi paikkatieto tarvitaan usein tosiaikaisesti tai korkeintaan pienellä viiveellä. Liikkuvassa paikannuksessa täytyy siis laskea mittausalustan reitti tarkan sijainnin selvittämiseksi.

Inertianavigoinnissa lasketaan jatkuvasti mittausalustan (esim. laiva, lentokone tai auto) kolmiulotteista kiihtyvyyttä sekä asentoa kolmiulotteisessa avaruudessa. Kun puhutaan inertianavigointijärjestelmistä (Inertial navigation system, INS), niin mukaan on lisätty yksinkertaisesti GNSS-laite mittausalustan samanaikaiseen sijainninmääritykseen. Näitä kaikkia tietoja tarkasti aikasynkronoituina tarvitaan reitin laskemiseen ja niiden avulla mittausalustalla olevien muiden mittauslaitteiden sijainti ja asento on koko ajan tiedossa. Näin laserskannerien mittaama aineisto saadaan laskettua tarkaksi pistepilveksi. Esimerkiksi mobiiliskannausjärjestelmän liikkuessa 80 km/h, niin pelkästään 1 ms virhe ajanmittauksessa aiheuttaa 2 cm virheen kohteen sijainnissa.

iXSean inertianavigointilaitteissa käytetään kuituoptista rengaslasergyroskooppia (Fiber Optic Gyroscope, FOG), joka perustuu ns. Sagnac-ilmiöön (1913). Optinen signaali kiertää kuituoptisessa renkaassa kahteen eri suuntaan ja sen avulla renkaan pyörimisliiketta voidaan mitata tarkasti. Yli kahdenkymmenen vuoden tuotekehityksen ansiosta iXSean laitteiden navigoinnin tarkkuus on 0,05-0,001°/h. Kun tarkkuus on 0,01°/h, niin alusta voidaan käyttää ilman GPS-signaalia. Eipä siis ihmekään, että iXSean laitteita käytettään meren pohjasta avaruuteen eli ydinsukellusveneistä satelliitteihin. Lisäksi iXSean mittausanturituotanto on täysin heidän omassa hallinnassaan ja pääkomponenttien tuotantoketjua on tarkkaan valvottu.

Yksinkertaisesti sanottuna mobiiliskannauksesta ei tulee hyvää lopputulosta ilman toimivaa inertianavigointijärjestelmää. Kun eri mittausaineistoja yhdistetään riittämättömän tarkkuuden omaavalla reittitiedolla, niin lopputuloksesta ei saada millään hyvää. Näitäkin on tullut nähdyksi, koska jokainen pyrkii luonnollisesti edullisiin ratkaisuihin. Erityisesti kaupunkiolosuhteissa tarvitaan hyvä INS, koska GNSS-signaali kadotetaan usein ja sen laatu saattaa olla heikompi korkeiden talojen katveessa. Reaaliaikainen reitin laskenta hyvällä inertianavigointijärjestelmällä parantaa jo lopputulosta, mutta paras tulos saadaan edelleenkin jälkilaskennalla.

3D-mobiiliskannaus Ruotsissa

Ruotsin liikennelaitos Trafikverket on tehnyt hienon esittelyvideon mobiiliskannauksesta. Videossa on pitkä animaatio, jossa selitetaan mobiiliskannauksen perusteet eli esimerkiksi mitä laitteita liikkuvassa alustassa tarvitaan ja miksi. Esittelyssä täsmennetään myös, mitä tukimittauksia on tehtävä halutun tarkkuuden saavuttamiseksi. Mahtavaa! Tätä voisi käyttää koulutusvideonakin.

Mielenkiintoista on myös se, että mobiiliskannauksen osuudeksi Trafikverketin tehdyistä mittauksista mainitaan jo 80% ilmalaserskannauksen osuuden jäädessä 20%:iin. Työnjako on myös selvä: uudet tieprojektit mitataan ilmalaserskannauksella kun taas olemassaolevat tiet skannataan mobiilisti maan päältä. 3D-mobiiliskannaus on ilmalaserskannausta kustannustehokkaampaa – silloin kun homman hallitsee 🙂 – ja mittauksen avulla saadaan monipuolisempaa pohja-aineistoa monen alan käyttöön. Mainitsemisen arvoista on myös se, että Trafikverketin aineistot arkistoidaan kootusti niin, että tulevaisuudessa voi vertailla helposti vanhoja ja uusia aineistoja samasta tiestä.

PS Heti perään huomasin Jason Amadorin esittelevän Rieglin VMX-250 mobiiliskannerilla skannattua rautatietä.

Riegl LMS Q-560 ilmalaserskanneri hämähäkkitutkimuksessa

Ammutaanko nyt hyttysiä tykeillä? Ei suinkaan, laserskanneriaineistoista on monenlaista hyötyä ja pieniäkin asioita voidaan kartoittaa. Rieglin skannereita käytetään nykyään paljon biodiversiteetin tutkimiseen.

Tuoreessa Ecological applications -julkaisussa saksalais-amerikkalainen tutkimusryhmä on onnistuneesti ennustanut hämähäkkien levintää syrjäisissä metsissä. Tutkimuksessaan Spinning a laser web: predicting spider distributions using LiDAR tutkijoilla oli päämääränä selvittää, voiko ilmalaserskannausaineistosta saatavista muuttujista selvittää yksittäisien hämähäkkilajien levintää ja hämähäkkiyhteisöjen luonnetta metsäympäristössä.

Tutkimuksessa metsäalueista tehtiin kenttätutkimuksia otantana ja verrattiin otosten tuloksia kaukokartoitusaineistoon.

Lopputuloksena havaittiin, että ilmalaserskannausaineistoista saatavien muuttujien avulla voitiin ennustaa yksittäisten hämähäkkilajien levintää luottavammin kuin maasta käsin kerättävillä muuttujilla. Näin ollen ilmalaserskannaus ei ole vaan edullisempaa kuin maasta käsin tehtävä tutkimus, vaan antaa myös suuremmalla todennäköisyydellä luotettavamman tuloksen. Menetelmä tarjoaa myös ennennäkemättömän mahdollisuuden kartoittaa suurten alueiden hämähäkkiyhteisöjä. Eläimistön biodiversiteetin tutkimus ei luonnollisesti rajoitu vain selkärangattomiin hämähäkkeihin, vaan myös moniin selkärangallisiin lajeihin.

Tutkimuksessa käytettiin Riegl LMS Q-560-skannerin helikopterista mittaamaa täyden aallonmuodon aineistoa, josta tallennettiin 11 kaikua mittauspulssia kohden. Lentokorkeus oli 400 m, jolloin mittauspulssin jalanjälki maanpinnalla oli 25 cm ja keskimääräinen pistetiheys oli 25 cm/m2.

Jos olet kiinnostunut artikkelista niin pyydä se Nordic Geo Centeristä.

Tervetuloa!

Tervetuloa seuraamaan Nordic Geo Centerin blogia. Näillä sivuilla kerromme tuotteistamme ja meille ajankohtaisista tapahtumista. Lisäksi jaamme kanssanne laserskannaukseen, takymetreihin ja geodeettisiiin GPS-laitteisiin liittyviä uutisia.

Lähetä meille vapaasti aiheisiin liittyviä kysymyksiä.

Iloista vuoden alkua!

Nordic Geo Center