Institut für Raumbezogene Informations- und Messtechnik
Hochschule Mainz - University of Applied Sciences

3D-Mine-Mapping - Bildgestütztes 3D-Scanning für große Reichweiten

Mit tachymetrischem 3D-Scanning im Verbund mit Structure from Motion Techniken zu georeferenzierten Punktwolken von schwer zugänglichen Objekten.
Motivation und Ziele: 

Anknüpfend an das 2014 erfolgreich abgeschlossene BMBF-Projekt Modulare Digitalkamera-Tachymeter – MoDiTa nutzt die Hochschule Mainz seit Frühjahr 2015 einen bildgebenden Tachymeter Leica MS50. Neuartig an dieser geodätischen Totalstation ist die im Messfernrohr integrierte Digitalkamera samt motorisierter Fokussiereinrichtung. Per se eignet sich die MS50 sehr gut zur Lösung von 3D-Scanningaufgaben für mittlere Entfernungen bis etwa 100m. Bei größeren Entfernungen bis etwa 2km kann der Anwender mit dem flexibel konfigurierbaren Entfernungsmesssystem den physikalisch notwendigen Kompromiss zwischen hoher Genauigkeit bei langer Messdauer einerseits und hoher Taktrate bei geringer Genauigkeit andererseits recht frei vorgeben. An diesem Punkt kristallisiert sich das Ziel dieses Projekts heraus: Ein Workflow soll entworfen und erprobt werden, mit dem einzelne hochgenaue Zielungen über große Distanzen hinweg bei zusätzlicher bildgestützter Auswertung schnell zu einer hochaufgelösten und hochgenauen 3D-Punktwolke führen. Bei diesem Vorgehen darf trotz vollständiger Georeferenzierung und Genauigkeiten im Zentimeterbereich auf das Begehen des zu scannenden Objekts, z.B. zum Anbringen von Messmarken, verzichtet werden – bei unzugänglichen oder gefährlichen Bereichen wie instabilen Steilwänden ein unschätzbarer Vorteil!

Aktivitäten: 

Der bildgebende Motortachymeter Leica MS50 wurde in die Steuer- und Auswertesoftware MoDiTa 2.0 integriert. Die in unseren Augen wichtigste Neuerung ist der Motorfokus, der entweder kontrastbasiert über das Kamerabild, entfernungsbasiert über elektooptische Distanzmessungen oder direkt gesteuert werden kann. Nach Entwicklung und Realisierung des Workflows wurde im Steinbruch Mainz Laubenheim ausgiebig getestet: Ein Steilwandbereich wurde einmal mit dem bildgestütztem Workflow und der MS50, ein zweites Mal zu Vergleichszwecken aus kurzer Entfernung mit dem 3D-Scanner Leica P20 sowie ein drittes Mal als low-cost-Variante durch photogrammetrische Aufnahme mit einer Nikon 300D samt Teleoptik in hoher Auflösung dreidimensional erfasst, alle Ergebnisse wurden vergleichend analysiert.

Ergebnisse: 

Die Machbarkeit des bildgestützten Ansatzes wurde erfolgreich nachgewiesen, der Workflow konnte zügig umgesetzt werden, wobei – durch die nah gelegene Örtlichkeit bedingt – zunächst nur Arbeitsabstände von 100 bis 200m zwischen bildgebendem Tachymeter und Steilwand realisiert wurden. Im Rahmen des Projektes sind zwei Abschlussarbeiten entstanden. Die Masterarbeit von Raphael Bretscher wurde im 147. DVW-Seminar „Terrestrisches Laserscanning 2015“ am 8.12.2015 in Fulda prämiert.

Eckdaten

Zeitraum:     01.04.2015 - 30.09.2016
Beteiligte Personen:
  • – Raphael Bretscher
  • – Arno Heidelberg
  • – Martin Heppe
  • – Fabian Schmenger
Kooperation:
  • – Entsorgungsbetrieb der Stadt Mainz
  • – TPI Vermessungsgesellschaft mbH
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