Wie wird eine Punktwolke erstellt? (Was ist eine georeferenzierte Punktwolke?)

Die Navigationsdaten stammen häufig aus einem Trägheitsnavigationssystem (INS). Ein INS ist ein hochentwickelter Kombinator von Trägheitsmessgerät (IMU) und globales Satellitennavigationssystem (GNSS) Daten, um die besten Navigationsdaten zu erhalten - damit ein Gerät weiß, wo es sich in der Welt befindet und wie es sich bewegt. OXTS ist seit 1998 ein weltweit führender Anbieter von Inertial- und GNSS-Systemen. Die Koordinaten des INS werden vektoriell zu den Punktkoordinaten des LiDAR addiert, um die endgültigen Koordinaten zu erhalten, die in der Punktwolke verwendet werden. Auf diese Weise kann man sein LiDAR-Gerät auf einem Fahrzeug wie einem Transporter oder einem unbemannten Luftfahrzeug (UAV) mit einem INS anbringen und große Gebiete effizient vermessen, anstatt mehrere statische Vermessungen durchzuführen und diese zusammenzufügen.

Winkel, die uns winzig erscheinen, können über große Entfernungen zu einem sehr großen Problem werden. Stellen Sie sich vor, zwei Linien sollen genau parallel sein, aber stattdessen gibt es einen Versatz von 0,5° zwischen ihnen. Das erscheint vielleicht klein, wenn wir uns auf den Punkt konzentrieren, an dem sich die Linien kreuzen, aber wenn man diesen Winkel auf 10 m extrapoliert, ergibt sich eine lineare Verschiebung zwischen den Linien von etwa 10×0,5/360 2π=0,09 m=9 cm. Dieses Problem wird als Achsversatz bezeichnet und tritt auf, wenn zwei Koordinatensysteme nicht genau aufeinander ausgerichtet sind. Dies wird zu einem Problem bei Anwendungen, bei denen es auf Zentimetergenauigkeit ankommt und bei denen Objekte in einer Entfernung von mehreren zehn Metern betrachtet werden, z. B. bei der LiDAR-Vermessung. Man möchte möglichst genaue Punktwolken erhalten, aber dazu muss man eine möglichst genaue Winkelkalibrierung zwischen den Koordinatenrahmen des Navigationsgeräts und des LiDAR vornehmen. Bei Entfernungen von 50 m können Sie sich vorstellen, dass diese Winkel auf 0,1° genau kalibriert werden müssen, und das ist äußerst schwierig. Das menschliche Auge kann Winkel oft nicht genauer als auf ein Grad genau wahrnehmen, und selbst bei CAD-modellierten Halterungen ist dies am Ende schwierig. Auch die Montage der IMU in der INS-Einheit und das echte Laserkoordinatensystem können um solch kleine Winkel von der Spezifikation abweichen.

Neben dem Problem der Winkel stellt sich auch die Frage der linearen Verschiebungen. Das LiDAR und das INS werden in einem gewissen Abstand zueinander montiert, und auch das muss gemessen werden. Dies ist oft weniger problematisch als die Winkelverschiebung, da ihre Auswirkungen durch die Entfernung nicht verstärkt werden, aber es kann ein Problem darstellen, insbesondere wenn dasselbe Gebiet aus mehreren Richtungen vermessen wird. Wenn Sie einen Versatz von 5 cm in einer Achse zwischen der Realität und Ihren Messungen haben, dann haben Sie einen konstanten Versatz von 5 cm in dieser Achse in allen Punkten Ihrer Punktwolke. Wenn Sie sich jedoch umdrehen und in die entgegengesetzte Richtung messen, wird derselbe Versatz von 5 cm in der anderen Richtung angewendet. Sie haben dann zwei Iterationen aller von Ihnen vermessenen Objekte im Abstand von 10 cm. Dies wird oft als "doppelte Sicht" bezeichnet. Damit eine georeferenzierte Punktwolke die höchste Genauigkeit bei der Lokalisierung ihrer Punkte aufweist, muss sie über eine gut kalibrierte Einrichtung verfügen, bei der die Winkel und Verschiebungen so nah wie möglich an der Realität liegen.

Mit der Software OXTS Georeferencer können Anwender nicht nur Punktwolken mit ihren Daten erstellen, sondern auch die verwendete Einrichtung kalibrieren.

Dieser Artikel 'Was ist eine georeferenzierte Punktwolke?' ist Teil unseres Was ist eine Punktwolke? Serie.

Lesen Sie den nächsten Abschnitt in der Reihe "Was ist eine Punktwolke": Georeferenzierung - Kalibrierung der Endposition