RIEGL VMX-450 ja liikkuva kartoitus

Intergeon 2011 merkittäviin laitejulkistuksiin kuuluu Riegl Laser Measurements Systemsin uusi liikkuva kartoitusjärjestelmä VMX-450. Tätä laitetta voisi kutsua isoksi veljeksi Rieglin vuonna 2009 julkaisemalla VMX-250-mallille.

Liikkuva kartoitusjärjestelmä

Riegl VMX-450 mobiiliskanneri

Nämä autoihin, veneisiin tai vaikkapa juniin asennettavat mobiiliskannaussysteemit ovat kehittyneet muutamassa vuodessa valtavaa vauhtia ja VMX-450 edustaa tämänhetkistä alan huippua. Intergeossa esillä olevista mobiilijärjestelmistä VMX-450 oli ainoa, jota ei tarvitse kalibroida erikseen ennen mittausreissulle lähtöä, vaan IMU, GNSS ja kaksi VQ-450 skanneria on kalibroitu käyttökuntoon jo tehtaalla. Näin laitetta voi siirtää alustalta toiselle tai vaikkapa yöksi turvaan tarvitsematta huolehtia kalibroinnista seuraavan mittauksen yhteydessä.

Järjestelmän muita ominaisuuksia ovat muun muassa

mittausnopeus aina 1,1 miljoonaa lähtevää pulssia/s asti
mittausetäisyys 800 m /220 m (80% heijastava materiaali)

skannausnopeus jopa 400 mittausprofiilia/s

silmäturvallinen (laserluokka 1)

monipistemittaus ja täyden aallonmuodon analyysi tarkkuuden parantamiseksi

mahdollisuus asentaa 6 kameraa

mittausyksikön paino 43 kg + 3 kg aerodynaaminen suojakuori

käyttölämpötila -10 °C – +40 °C

Riegl VMX-250 tuottamaan aineistoon ja sen analysointiin SiRail Scan -ohjelmalla voi tutustua videossa.

Etäisyysmittauksesta takymetrillä ja laserskannerilla

Muutama asia nousee aina vaan uudelleen esiin keskusteltaessa etäisyysmittauksen tarkkuuksista oli sitten kyseessä laserskannaus tai prismaton takymetrimittaus. Mitkä seikat vaikuttavat mittaustarkkuuteen (tietysti mittaajan lisäksi)? Miksi rakennuksen julkisivu alkaa kaartumaan? Miksi mitattu sisäkulman paikka sijaitsee väärässä paikassa?

Lähtökohtaisesti kannattaa muistaa, että laitevalmistajien ilmoittamat mittauslaitteiden tarkkuusarvot on mitattu laboratorioolosuhteissa kohtisuoriin pintoihin. Pintojen heijastuarvot ilmoitetaan tyypillisesti Kodakin harmaasävykorteilla korkeasti heijastavaan (90 %) ja matalasti heijastavaan (10…20 %) pintaan.

Rakennetussa ympäristössä mitattavat pinnat ovat kuitenkin paljon moninaisempia sekä materiaaleiltaan, heijastavuudeltaan, väreiltään että pinnan karkeudeltaan. Edellä mainitut ominaisuudet vaikuttavat mittaustulokseen, vaikka käytännössä niitä ei usein huomioida. Vastaavanlainen vaikutus on myös kohtauskulmalla mitattavaan kohteeseen. Aiheesta on julkaistu aika vähän tutkimuksia, mutta esimerkiksi Lambrou ja Pantazis ovat kaivautuneet pintaa syvemmälle vuonna 2010 julkaistussa artikkelissa ”Evaluation of the Credibility of Reflectorless Distance Measurement”.

Lambrou ja Pantazis mittasivat alle 50 m etäisyyksiä 4 eri takymetrillä kohteisiin, jotka edustivat 26 eri materiaalia. Kohteita mitattiin lisäksi kolmessa eri kohtauskulmassa. Lopputuloksena todettiin, että prismattomissa takymetreissä on vielä paljon kehittämistä, sillä esimerkiksi 50 m etäisyydellä 20-85% mittauksista oli ilmoittujen arvojen ulkopuolella. Valtaosa mittauksista kaikilla laitteilla oli lyhyempiä kuin todelliset etäisyydet.

Lisäksi käytännön ongelmia aiheuttavat ulko- ja sisäkulmat, johtuen säteen fyysisestä halkaisijasta kohteessa.

Yllä olevasta kuvasta voi miettiä, mikä mittauksen tulokseksi saadaan. Oikeasti mittaustulokseen vaikuttaa vielä mittauslaitteessa käytetty laskenta-algoritmi, joka siis vaihtelee laitteiden välillä. Näin ollen eri laitteet antavat samanlaisessa tilanteessa erilaiset tulokset. Mittaaja voi välttyä arpapelilta mittaamalla esimerkiksi kulman sijasta seinien tasot, jolloin kulman sijainti lasketaan tasojen leikkauksesta. Nikon tarjosi aikoinaan toista lähestymistapaa, sillä mittaaja joutui tarkentamaan sen säteen kohteeseen. Käytännössä säteen halkaisija kohteessa säädettiin hyvin pieneksi ja laite suostui mittaamaan kohteeseen vasta tarkennuksen jälkeen. Menetelmän johdosta mittaustapahtuma hidastui, mikä ei puolestaan ilahduttanut mittaajia sorvin ääressä.

Takymetrimittauksessa usein ihmetellään esimerkiksi julkisivun yläosan kaartumista sisään tai ulospäin tai seinän kaartumista pituussuunnassaan, joka puolestaan johtuu sekä etäisyyden laskenta-algoritmista että säteen kohtauskulmasta mitattavaan pintaan nähden. Sama mittausvirhe syntyy myös sisä- ja ulkonurkkien mittauksessa, kuten yllä olevasta kuvasta havaitaan.

Mikä on siis tilanne laserskannauksessa? Optisen mittauksen lainalaisuudet eivät katoa minnekään, vaan laserskannaus on pikemminkin tuonut selkemämmin esille esimerkiksi materiaalin vaikutuksen mittaustulokseen. Käytännössä tämän on voinut nähdä vaikkapa kohteissa, joissa on suuria värikontrastieroja. Vaikka kohteen pinta on tasainen, niin pistepilviaineistossa voi pahimmillaan nähdä korkeuseron värien kontrastirajalla. Prismattomassa takymetrimittauksessa tämä virhe on jäänyt huomaamatta, sillä harvoin kukaan mittaa takymetrillä pintoja yhtä tiheällä pistevälillä kuin 3D skannerilla mitataan.

Sisä- ja ulkokulmien sijaintitarkkuuden määrittää tarkimmin mallintamalla viereiset seinät ja muodostalla kulmapisteen tasojen leikkauksista. Yleisestikin ottaen pistepilviaineistojen todellinen tarkkuus tulee esille vasta käsiteltäessä mallinnettuja pintoja ja suorat mittaukset pistepilvestä ovat herkästi epätarkkoja. Luonnollisesti jos tarkkuuvaatimus ei ole suuri, niin karkeammilla mittauksilla voidaan toki päästä pitkälle.

Laserskannauksessa mittausten tarkkuutta voidaan parantaa kehittämällä signaalinkäsittelytekniikkaa esimerkiksi Rieglin kehittämällä tavalla. Täyden aallonmuodon analyysissä verrataan palautuvan signaalin muotoa valmiiksi kirjastoituihin vertailuarvoihin ja näin oikea etäisyys kohteen pinnasta saadaan lasketuksi tarkemmin. On kuitenkin huomattava, että kohtauskulman kasvaessa suureksi vertailu ei enää tuota optimaalista tulosta.

Sekä skannauksen että erityisesti takymetrimittausten kohdalla kannattaa muistaa, että parhaan mittaustuloksen saa aina mitattaessa mahdollimman kohtisuoraan kohteen pintaan nähden.

Joeckel, R. ; Stober, M. ; Huep, W. 2008. Elektronische Entfernungs- und Richtungsmessung und ihre Integration in aktuelle Positionierungsverfahren. Wichmann.

Laserluokka ja mittausmatka

Vaikuttaako mittauslaitteen laserluokitus sen mittausetäisyyteen siten, että laserluokituksen kasvaessa laite myös mittaa pidemmälle? Vastaus on ei.

Laserlaitteille ilmoitetaan laserluokka, joka on lähtökohtaisesti turvallisuusluokitus eikä kerro suoraan laitteen etäisyysmittauksen ominaisuuksista. Laserluokka riippuu useista tekijöistä, joista tärkeimmät ovat säteen ulostuloteho ja aallonpituus. Jo koulun fysiikassa opetetaan, että mitä lyhyempi sähkömagneettisen säteen aallonpituus on, sen helpommin se läpäisee esimerkiksi kudoksen aiheuttaen siellä tuhoa.

Etäisyyttä mitataan tyypillisesti näkyvän valon, lähi-infrapunan tai mikroaaltojen taajuuksilla, joista kahta ensimmäistä mittausaluetta käytettään normaalisti takymetreissä ja laserskannereissa. Suurella ulostuloteholla ja vaikutusajalla nämäkin taajuudet vahingoittavat esimerkiksi ihoa tai silmiä, mutta normaalissa mittaustilanteessa näin ei suinkaan ehdi käymään. Itseasiassa yli 1400 nm aallonpituudella mittaavia laitteita pidetään pääosin turvallisina (laserluokka 1), koska säde ei tunkeude veteen ja silmähän koostuu pääosin (90%) vedestä. Mutta jos tälläista laseria kuitenkin käytetään hyvin suurella teholla, niin kyllä silmä lopulta vahingoittuu.

Mitkä tekijät sitten vaikuttavat laseretäisyysmittauslaitteen mittausetäisyyteen? Mittaussignaalista katoaa osa ilmakehän pölyyn, vesipisaroihin ja törmäyksiin ilmamolekyylien kanssa. Säteelle voidaan laskea häviämiskerroin ilmassa, joka on sitä pienempi, mitä suurempi aallonpituus on kyseessä. Näin ollen esimerkiksi infrapuna-alueen laserilla voidaan mitata pidemmälle kuin näkyvän valon lasereilla. Mikroaaltotaajuuksia käyttävät laitteet mittaavat puolestaan infrapunalaitteita pidemmälle.

Esimerkkinä aiheesta olkoot edustamamme Rieglin ja Faron laserskannerit. Rieglin maalaserskannerit luokitellaan silmäturvalliseen laserluokkaan 1, koska niiden käyttämän laserin aallonpituus on yli 1400 nm ja vastaavasti lähetysteho ei kohoa vaaralliselle alueelle. Laitteilla mitataan kuitenkin 600 m (VZ-400), 1400 m (VZ-1000) ja nyt jopa 4000 m (VZ-4000) etäisyyksiä. Faro Focus3D-skannerin laserluokitus on puolestaan 3R maksimimittausmatkan ollessa 120 m (@ 90% heijastavuus). Mittaussignaalin aallonpituus on puolestaan 905 nm. Vaihemittausperiaatteella mittaavan skannerin lähetysteho on suhteessa pieni pulssilasereihin (Riegl), mutta kaikki tekijät mukaanlukien lyhyempiä matkoja mitaavan Focus3D:n laserluokitus on korkeampi. Focus3D:n biofysikaalista silmäturvallisuutta olen käsitellyt aikaisemmassa kirjoituksessani.

Lähteet ja lisätietoa:

Joeckel, R. ; Stober, M. ; Huep, W. 2008. Elektronische Entfernungs- und Richtungsmessung und ihre Integration in aktuelle Positionierungsverfahren. Wichmann.

Shan, J. and C. K. Toth 2009. Topographic Laser Ranging and Scanning: Principles and Processing. CRC Press.

Intergeo 2011 lähestyy

Maanmittausalan vuoden suurimmat messut lähestyvät taas. Tänä vuonna Intergeoon kokoonnutaan syyskuun 27.-29. päivinä Saksan Nürnbergissä, jonne yli 500 näytteilleasettajaa saapuu esittelemään tuotteitaan.

Tapahtuma sopii kaikille, jotka haluavat nähdä paljon alan tuotteita samalla kertaa. Osa tuotteista ja ohjelmistoista ei ikinä edes saavu Suomeen asti, joten jos haluat nähdä jotain erilaista, niin Intergeo on sinua varten.

Intergeossa julkaistaan myös perinteisesti tuoteuutuuksia, joten on mielenkiintoista nähdä mitä tällä kertaa on keksitty.

Voit tavata meidät paikan päällä kaikkina kolmena päivänä. Soita ja sovi tapaaminen!

Point-Cab -päivitys

Laserscanning Europe GmbH:n Point-Cab-ohjelmaan on ilmestynyt juuri päivitys (1.4), joka sisältää mm. tuen Rieglin V-sarjan skannerien tiedostoformaatille. Jo ennestään ohjelma on tukenut pienen Faro Focus-skannerimme tuottamaa formaattia.

Point-Cabia voisi luonnehtia ns. entry level -pistepilviohjelmaksi, sillä se on itsessään helppokäyttöinen ja mahdollistaa pistepilvien käsittely erilaisten leikkausten kautta 2D-näkymissä. Kuvista poimittava tieto on kuitenkin 3D-dataa.

Uuden skissi-työkalun (Sketch) avulla esimerkiksi rakennusten pohjakaavojen pinta-aloja voi laskea kätevästi ja Web Exportin avulla pohjakaavat saa suoraan HTML-dokumenteiksi nettisivuillesi. Siis ilman mitään mallinnuksia, suoraan pistepilvistä lähtien.

Skissi-työkalu

Sketch-työkalun tuotoksia

Point-Cab-ohjelmaa voi käyttää muun muassa rakennusten tietomallintamisessa, kuten englantilainen eBIM-yhtiö mainostaa sivuilla tekevänsä. Toisaalta ohjelman tekijät kertovat käyttäjien valtaosan löytyvän – myös heidän yllätyksekseen – teollisuuden puolelta.

Lisätietoja päivityksestä

Point-Cab Nordic Geo Center Oy:n sivuilla

LIMEZ

Kun viikolla minulta kysyttiin, tiedänkö mikä ”limes” on, niin ensimmäisenä tuli mieleen Rooman valtakunnan raja – Limes. Tämä oli väärä ajatuskuvio mittaustekniikan saralla, vaikka kyllä LIMEZillä rajoja etsitään.

Kyseessä on Thelix-konsortion (FTI Engineering Network GmbH, Dahlewitz, Fraunhofer Institut für Physikalische Messtechnik IPM, Freiburg und Metronom-Automation GmbH) Saksassa kehittämästä rautateiden mittaukseen tarkoitetusta mittausvaunusta, josta on julkaistu jo muutama versiokin. Nykyisessä järjestelmässä on muun muassa laserskannereita,stereovideokuvaussysteemi ja INS/GNSS-laitteisto paikantamiseen. Tällä hetkellä tavoitteena on mitata raiteita 120 km/h nopeudella ja laserprofiileja olisi tällöin 1 cm välein.

Pienellä tutkimuksella löytyy tietoja vuoden 2007 versiosta (100 km/h; 2,5 cm profiiliväli), josta alkaa saada mittausuhteita esimerkiksi aineistomääriin: pelkästää yksi laserskanneri tuottaa mobiilimittauksessa 70 GB dataa/h, joten kokonaisaineiston määrä on valtavan suuri. Toisaalta päivässä voidaan mitata suurella tarkkuudella vaikkapa 500 km rataverkostoa.

Mihin tällaista datamäärää oikein tarvitaan? Vastaus on aika yksinkertainen: rataverkoston monitorointiin. Tulevaisuudessa keskisen Euroopan radoilla maiden rajat senkun madaltuvat, kun eri maiden ja yhtiöiden junakalustot kulkevat ristiin rastiin koko Euroopan alueella. Ihan yksinkertaisimmillaan rataosuuksien ulottuvuudet täytyy selvittää erikokoisia vaunuja varten: millä reitillä juna mahtuu kulkemaan. Samalla voidaan kartoittaa kaikki radan varrella sijaitsevat kyltit ja muu infra, jossa tapahtuu jatkuvasti muutoksia.

LIMEZin kehittäminen on maksanut kymmeniä miljoonia, mutta nyt valmiilla systeemeillä aletaan päästä jo samaan. Tästä esimerkkina Rieglin VMX-250 mobiiliskannausjärjestelmä, jota on käytetty myös junaratojen mittaukseen. Järjestelmä voidaan kiinnittää junavaunuun, mutta yksinkertaisimmillaan voidaan ajaa laite auton katolla junavaunuun ja eikun menoksi. Tässsä esimerkkivideo Unkarissa tehdystä ratamittauksesta.

Riegl V-sarja: kalibroidun amplitudin ja pulssin keskihajonnan merkitys aineiston laadulle

Rieglin skannereissa esitetään suhteellisen reflektanssin arvo, joka on etäisyyskorjattu ja kalibroitu amplitudiarvo. Käytännössä reflektanssiarvolla voidaan luokitella pisteitä niiden heijastuvuuden mukaan ja etäisyydestä riippumatta eli esimerkiksi valkoisen paperin heijastuvuus on 0 dB 1 m ja 50 m etäisyydellä skannerista. Riegl on kalibroinut pulssin amplitudin sensorin koko dynaamiselta alueelta, joten kalibroitu arvo voidaan laskea kaikille laitteen mittaamille ”raaka-amplitudiarvoille”.

Pulssin keskihajonta voidaan tulkita etäisyysmittauksen sisäisen tarkkuuden mittariksi eli se kuvaa kuinka hyvin toistuvissa mittauksissa saadaan yhtäpitävät arvot. Pistepilven laatua voidaan parantaa pienentämällä keskihajontaa esimerkiksi poistamalla pisteet, joiden keskihajonta-arvo on suuri. Valittu raja-arvo riippuu mittauksen tarkoituksta ja kohteen olosuhteista. Riegl ei muuten käytä tyypillistä gaussilaista erotusta (Gaussian decomposition) monipistemittauksen analysoinnissa, vaan jokaista kohteesta saapuvaa signaalia verrataan koko sensorin dynaamiselta alueelta ennalta mitattuihin pulsseihin. Näin systemaattiset virheet voidaan eliminoida kokonaan.

Huonon keskihajonta-arvon omaavien pisteiden poistamista voi hyödyntää erityisesti väärien reunapisteiden poistamisessa. Esimerkiksi putken ja seinän väliin mitatut haamupisteet voi pääosin suodattaa pois. Alla olevassa kuvassa näkyy lähellä seinää sijaitseva puupenkki, josta reunapisteiden suihku jatkuu koko matkan puureunan ja seinän välillä.

Punaisilla pisteillä on suuri keskihajonta ja ne voi suodattaa pois.

Rieglin monipistetekniikan avulla aineiston tarkkuutta voidaan parantaa merkittävästi ja korkean keskihajonnan pisteitä voidaan poistaa automaattisesti suodattamalla. Lisätietoja: Martin Pfennigbauer and Andreas Ullrich, Improving quality of laser scanning data acquisition through calibrated amplitude and pulse deviation measurement, Proc. SPIE 7684, 76841F (2010), DOI:10.1117/12.849641

RIEGL kehittää korkearesoluutioista hydrografista ilmalaserkeilainta

Matalien vesistöjen ja ranta-alueiden skannaaminen on suuren mielenkiinnon kohteena, koska esimerkiksi sedimentaation, vesistön virtauksen ja veden pinnan dynaamisen muuttumisen seuraaminen on tärkeää. Myös EUn Vesidirektiivi velvoittaa jäsenmaat kartoittamaan ja monitoroimaan vesistöjään entistä tarkemmin.
3D-skannaus [ilmalaserkeilaus] on tehokas kartoitusmenetelmä, joten myös hydrograafiseen skannaukseen onkin kehitetty laitteita jo vuosikymmenten ajan. Näistä tunnetuimpia lienee SHOALS, Optechin kehittämä ja käyttämä kartoitusjärjestelmä.
Riegl on jo muutaman vuoden ajan kehittänyt hydrografiseen mittaukseen omaa ratkaisuaan, jota on nyt esitelty muutamassa artikkelissa ja laitteen prototyyppi oli esillä myös Intergeo-messuilla 2010. Laitteen käyttämän laserin aallonpituus on 532 nm, säteen halkaisija on noin 1 cm lähdössä ja divergenssi 1 mrad. Nominaalisella lentokorkeudella 500 m säteen halkaisija on siis 50 cm. Korkeaa resoluutiota tukee 110 000 mittausta/s mittausnopeus sekä skannausnopeus 10-200 linjaa/s. Laite painaa 36 kg ja sen kehitysnimi on VQ-820-G.

VQ-820-G yhdistettyna VQ-680i-skanneriin maanpinnan mittaamiseksi samanaikaisesti

Mittausaineiston täysi aallonmuoto digitoidaan ja tallennetaan, jotta aineistoa voidaan analysoida eri tarpeisiin. Peruslähtökohtana vesi on kirkasta, mutta jos keskipoikkeama-arvot kertovat häiriöistä (vesi sameaa), niin aineisto voidaan analysoida uudelleen tarkoitukseen suunnitelluilla algoritmeilla. On huomionarvoista, että veden sameus voidaan havaita palautuvan säteen aallonmuodosta. Jos vesistössä on sekoittuneena paljon sedimenttiaineksia, niin pohjaa on vaikeaa tai mahdoton havaita palautuvasta säteestä.
VQ-820-G keilainta on testattu muun muassa Insbruckin yliopiston koealtaassa ja viime helmikuussa Ala-Itävallan tulvatasangoilla. Testit jatkuvat edelleen eri vesistötyypeissä laitteen ja ohjelmiston kehittämiseksi täyteen tuotantokuntoon. Laitteen oletetaan mittaavan 1 Secchi-syvyyteen asti.
Samalle alustalle asennettuna Rieglin ilmalaserskannerit tarjoavat jatkossa mielenkiintoisen moniaallonpituuksellisen yhdistelmän: VQ-820-G: 534 nm; VQ-580: 1064 nm; VQ-680i ja VQ-480: 1550 nm
Lisätietoja: M. Pfennigbauer, F. Steinbacher, A. Ullrich, M. Aufleger: High-resolution hydrographic airborne laser scanner for surveying inland waters and shallow coastal zones. Laser Radar Technology and Applications XVI, edited by Monte D. Turner, Gary W. Kamerman, Proc. of SPIE Vol. 8037, 803706 • © 2011 SPIE

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 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