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Eine Trägheitsnavigationssystem (INS) ist ein wichtiger Teil der Ausrüstung eines Vermessungsingenieurs. Die vom Gerät gelieferten Positions-, Navigations- und Zeitmessungen, einschließlich Steuerkurs, Neigung/Rolle, Zeitmessung und absoluter Position, stellen sicher, dass Vermessungsingenieure ihre Umgebung mit der Gewissheit messen können, dass jeder Bereich und Winkel präzise erfasst wird. Diese Messungen sind besonders nützlich für eine Straßenvermessung.
A starke Umfrage INS für präzise Anwendungen wird eine Kursgenauigkeit von mindestens 0,1°, eine Positionsgenauigkeit von 2 cm oder weniger, eine Nick-/Rollgenauigkeit von etwa 0,05°. Es sollte auch zusätzliche Funktionen bieten, wie die Integration von LiDAR. Diese tragen dazu bei, die Arbeit eines Vermessungsingenieurs zu rationalisieren und ihm die Möglichkeit zu geben, sich auf die lange Basislinienvermessung zu konzentrieren. Oder in diesem Fall, die Straßenvermessung.
Bereit zur Vermessung: OXTS xNAV650 INS mit einem Hesai Pandar 40P LiDAR
Es gibt eine fast endlose Liste von Vermessungs- und Kartierungsanwendungen, für die ein INS ein nützliches Werkzeug ist. So profitieren beispielsweise Anwendungen in den Bereichen Gebäudedatenmodellierung (BIM), Forstwirtschaft, Küstenüberwachung und Infrastrukturexploration von den Messungen eines INS.
In diesem Artikel werden wir untersuchen, warum ein INS eine so wichtige Komponente für jede lange Basislinienvermessung ist. Die Einrichtung eines INS für die Verwendung zusammen mit einem LiDAR-Sensor kann eine entmutigende Aussicht sein. Wir werden erörtern, warum dies nicht der Fall sein muss, einschließlich einiger Schritte, die wir unternommen haben, um diesen Prozess zu rationalisieren.
Straßenvermessung
Bei Straßenvermessungen ist es wichtig, zwischen Straßenbauvermessungen und der Vermessung bestehender Straßen zu unterscheiden, da diese Projekte jeweils besondere Anforderungen stellen.
Es ist sehr selten, dass eine neu zu planende Straße direkt oder "gerade" von ihrem Ursprung zu ihrem Ziel führen kann. Zunächst muss eine Untersuchung durchgeführt werden, um die Strecke zu analysieren und alle potenziellen Besonderheiten zu ermitteln, die berücksichtigt werden müssen. Dabei kann es sich um natürliche Gegebenheiten wie Hügel und Flüsse handeln, die einen Tunnel oder eine Brücke erforderlich machen, aber auch um vom Menschen geschaffene Gegebenheiten wie Gebäude und andere Infrastrukturen, die umfahren werden müssen. Sobald eine Trasse festgelegt ist, muss das Gelände erneut vermessen werden, um etwaige Hänge oder Umweltmerkmale zu ermitteln, die ein Ingenieur beim Bau beachten muss.
In diesem Szenario, in dem ein INS mit einem Vermessungsgerät wie einem LiDAR-Sensor gekoppelt wird, liefert das System dem Projektteam unschätzbare Informationen. Die absolute Position, gekoppelt mit Inertialmessungen, gibt die nötige Sicherheit, dass die gewählte Route vollständig vermessen wurde und alle potenziellen Gefahren identifiziert wurden und in der nächsten Planungsphase berücksichtigt werden können. Durch die Verknüpfung der von einem INS gewonnenen Positions- und Trägheitsmessungen mit den von einem LiDAR-Sensor erfassten Daten kann ein Vermessungsingenieur eine hochpräzise 3D-Punktwolke seiner Umgebung erstellen, die immer wieder zur Analyse der Route verwendet werden kann.
Es ist von entscheidender Bedeutung, diesen Prozess auf Anhieb richtig zu gestalten, denn alles, was übersehen wird, kann zu Verzögerungen und zusätzlichen, nicht kalkulierten Projektkosten führen. Die absolute, zentimetergenaue globale Positionsgenauigkeit, die ein INS bietet, gibt dem Vermesser die Gewissheit, dass die genaue Route kartiert wurde und es keine Positionsabweichung gibt.
Im Falle bestehender Straßeninfrastrukturen kann es sich bei der Erhebung auch um eine lange Basiserhebung handeln. Dabei geht es jedoch nicht darum, die Eignung einer Strecke zu bewerten, sondern vielmehr darum, mehr über den aktuellen Zustand der Straße, die Verschlechterung im Laufe der Zeit und potenzielle Gefahren wie überwuchertes Laub, neu entstandene Schlaglöcher und/oder vom Menschen geschaffene Hindernisse zu erfahren.
Punktwolke der Straßenvermessung: OXTS xNAV550 INS und Velodyne VLP-16 LiDAR
In der Vergangenheit hat sich diese Art der Straßenerhebung als besonders schwierig erwiesen. Dabei sind vor allem drei Faktoren zu berücksichtigen: die Sicherheit der Straßenerheber und der Verkehrsteilnehmer sowie die Minimierung der Beeinträchtigungen - und das alles bei gleichzeitiger Erfassung der bestmöglichen Daten innerhalb des erforderlichen Zeitrahmens. Auf kleineren Straßennetzen ist dies kein so großes Problem, doch wenn sich die Erhebung auf verkehrsreichere Straßen und Autobahnen verlagert, wird es immer schwieriger, die Sicherheit zu gewährleisten und dabei möglichst wenig oder gar keine Störungen zu verursachen.
Innovationen in der Vermessungstechnologie, wie die Integration von INS und LiDAR, haben es ermöglicht, die Vermessung von der Straße an den Straßenrand zu verlagern oder während der normalen Fahrt durchzuführen, wodurch das mit der Straßenvermessung verbundene Risiko verringert wird.
Ein INS gibt den Vermessern die Gewissheit, dass der gesamte Straßenabschnitt vermessen und alle Gefahren berücksichtigt wurden. Außerdem liefert es die Daten, die zur Erstellung einer georeferenzierten Punktwolke erforderlich sind. Durch die zusätzliche Integration von LiDAR-Sensoren können die Vermessungsingenieure die Punktwolke der bestehenden Straße für eine kontinuierliche und wiederholbare Analyse nutzen.
Darüber hinaus ermöglichen die INS-Daten in Verbindung mit den LiDAR-Daten den Vermessungsingenieuren, Bereiche zu erkennen, die möglicherweise mit Hilfe von Genauigkeitsdiagnosen neu vermessen werden müssen.
UAV-basierte Kartierung
Bei einer langen Grundlagenerhebung, z. B. einer Straßenvermessung, würden viele Vermessungsingenieure normalerweise ein mobiles Vermessungsfahrzeug wie z. B. ein Auto verwenden. Mit den Fortschritten in der Drohnentechnologie beginnen unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) jedoch die Art und Weise zu verändern, wie Vermessungsingenieure diese Art von Vermessung durchführen.
In der Vergangenheit waren UAVs für diese Art von Arbeit nicht immer geeignet. Eine lange Basislinienvermessung kann mehrere Kilometer lang sein, und da sich die Vermessungs- (LiDAR) und Navigationsgeräte (INS) negativ auf das Gewicht der Nutzlast auswirken, wurden die Flugzeiten in der Regel stark verkürzt.
Heute ist die Zeit reif, und wie zu erwarten ist, schreitet der technologische Fortschritt schnell voran. Neue UAV-Energiequellen, wie z. B. Wasserstoff-Brennstoffzellen, ermöglichen es den UAVs, länger in der Luft zu bleiben und schwerere Nutzlasten zu transportieren. Gleichzeitig werden Vermessungstechnologien wie INS-Geräte immer kleiner und leichter und können dennoch hochpräzise Messungen durchführen.
Trägheitsnavigationssysteme
Ein Beispiel dafür ist die OXTS xNAV650. Das xNAV650 wurde mit Blick auf Vermessungsfachleute entwickelt. Seine geringe Größe (nur 77 x 63 x 24 mm) und sein geringes Gewicht (nur 130 g) machen es zu einem idealen Partner für UAV- und Drohnen-basierte Vermessungs- und Kartierungsanwendungen. Das xNAV650 ist jedoch nicht auf UAV- und Drohnenvermessungen beschränkt, wie wir später noch erläutern werden.
Trotz seiner geringen Größe und seines geringen Gewichts geht das xNAV650 keine Kompromisse bei der Leistung ein. 0.1° Kursgenauigkeit, 0,05° Neigungs-/Rollgenauigkeit und 2 cm RTK/PPK-Positionsgenauigkeit.
Das xNAV650 verfügt außerdem über zusätzliche Software-Integrationen und Funktionen, die Vermessungsfachleuten helfen, sich auf das zu konzentrieren, was sie gut können - Vermessung.
LiDAR-Sensoren werden bei vielen Vermessungen eingesetzt, um Vermessungsingenieuren dabei zu helfen, ein 3D-Bild der Umgebung zu erstellen, die sie vermessen. Diese Punktwolken liefern Vermessungsingenieuren und Ingenieuren wichtige Informationen, die ihnen helfen, wichtige Projektentscheidungen zu treffen, z. B. Entscheidungen über die Analyse und Vorbereitung von Straßen- und Autobahntrassen.
Aber die Georeferenzierung dieser Daten, um die in diesem Artikel erwähnten Vorteile zu nutzen, kann in vielen Fällen Zeit in Anspruch nehmen. Nicht viele Vermessungsingenieure sind Software-Ingenieure oder wollen es werden. Der Wille, INS- und LiDAR-Daten zu integrieren, ist zwar vorhanden, war aber nicht immer praktikabel - bis jetzt!
Durch die Verwendung von LiDAR-Georeferenzierungssoftware (z. B. OxTS Georeferenzierung) zusammen mit dem xNAV650 oder einem alternativen INS von OXTS können Nutzer ihre LiDAR-Daten schnell und einfach georeferenzieren.
Eine Liste der kompatiblen LiDAR-Sensoren finden Sie auf der OXTS Georeferencer-Seite unserer Website. Sie können auch mehr über unsere Arbeit mit Velodyne LiDAR, Hesai, Entlassen durch Besichtigung unserer Technologie-Partner-Seiten.
Einfach LiDAR-Integration ist nur ein Teil der Geschichte von OXTS Georeferencer und xNAV650. Durch die Aktivierung der Funktion "Boresight Calibration" in OXTS Georeferencer können Benutzer die Vorteile eines datengesteuerten Ansatzes zur Kalibrierung der Winkel zwischen ihren Navigations- (INS) und Vermessungsgeräten nutzen.
Diese Kalibrierungstechnik lässt sich schnell und einfach einrichten und durchführen und hilft den Vermessern, die Zeit bis zur Vermessung zu verkürzen. Erfahren Sie mehr über unser LiDAR-Vermessung und Kalibrierung des Zielfernrohrs Möglichkeiten, indem Sie die entsprechenden Broschüren von unserer Website herunterladen.
"Als Ingenieur kenne ich kein einfaches Werkzeug, das die Winkel zwischen INS und LiDAR auf ein Tausendstel Grad genau messen könnte. OXTS hat dieses Problem auf elegante Weise gelöst, indem es die bereits vorhandenen Werkzeuge für die LiDAR-Vermessung genutzt hat. Der schwierigste Teil ist die Durchführung einer zehnminütigen Datenerfassung zwischen zwei reflektierenden Zielen (die billig zu bauen sind). Angesichts der gut dokumentierten OXTS-Anleitungen ist der nächste Schritt eine einfache Angelegenheit, nämlich die Auswahl der gesammelten Datendateien in OXTS Georeferencer und das Drücken von die Schaltfläche "Run Boresight Calibration". Es ist wirklich so einfach. Nach Angabe der berechneten Winkel hat sich die Genauigkeit der Punktwolke deutlich verbessert, sogar für das menschliche Auge sichtbar."
SKYCORP Straßenvermessung
Der OXTS-Partner SKYCORP ist ein estnischer Hersteller von wasserstoffbetriebenen Drohnen. Sie setzten das xNAV650 erfolgreich zur Durchführung einer Straßenvermessung ein.
SKYCORP ist ein estnischer Hersteller von wasserstoffbetriebenen Drohnen. Sie verwenden:
- Die xNAV650's Quad-Konstellation, GNSS-Positionierungsfähigkeiten, die ihnen eine Positionsgenauigkeit im Zentimeterbereich ermöglichten. Dies ermöglichte es ihnen, die lange Basislinienvermessung der Straße durchzuführen.
- Eine Ouster OS1-64 LiDAR und georeferenzierte die Daten mit OXTS-Georeferenzierung.
- Neben dem INS und dem LiDAR nutzten sie auch die Kalibrierungswerkzeug für das Zielfernrohr um sicherzustellen, dass ihre Einrichtung genauestens kalibriert war. Dadurch erhielten sie konsistente und wiederholbare Vermessungsdaten. Die Einrichtung wurde durch den Einsatz des neuen OXTS-Präzisionszeitprotokoll Funktion, die eine Ethernet-"Plug-and-Play"-Einrichtung verwendet.
Die dabei erzielten Ergebnisse sind nachstehend aufgeführt...
Schlussfolgerung
Normalerweise wird das INS eher als Brautjungfer denn als Braut der Vermessungswelt betrachtet, aber die Bedeutung des INS bei jeder langen Grundlagenerhebung, nicht nur bei einer Straßenerhebung, kann nicht unterschätzt werden.
Die Bereitstellung hochpräziser Positions- und Trägheitsmessungen gibt den Vermessungsingenieuren die nötige Sicherheit, um mit der nächsten Projektphase fortzufahren, in der Gewissheit, dass jeder Teil der Strecke erfasst wurde - und zwar gut.
Weitere Informationen über die Verwendung eines INS zur Optimierung der Umfrageeinrichtung und zur Erzielung bestmöglicher Ergebnisse finden Sie hier OXTS heute kontaktieren.
Bleiben Sie auf dem Laufenden in Sachen Vermessung und Kartierung bei OXTS
Hier bei OXTS arbeiten wir kontinuierlich an neue und innovative Produkte und Merkmale die darauf abzielen, den Erhebungsprozess in jeder Phase zu rationalisieren.
Darüber hinaus ermöglicht unsere Webinar-Reihe "Center of Excellence" den Vermessungsingenieuren ein tiefgehendes Verständnis unserer Technologie, während unsere umfangreiche Bibliothek mit Leitfäden und Broschüren den Vermessungsingenieuren die Informationen liefert, die sie für eine "sichere Vermessung" benötigen.
Wenn Sie möchten, dass wir uns mit Ihnen in Verbindung setzen, um den OXTS Georeferencer, die Boresight-Kalibrierung oder eines unserer vermessungsspezifischen INS-Geräte zu besprechen, füllen Sie das nebenstehende Formular aus, und einer unserer Mitarbeiter wird sich mit Ihnen in Verbindung setzen.
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