26
MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy) Diplomový seminář HE18 Klusoňová Pavla

MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

  • Upload
    dory

  • View
    60

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy). Diplomový seminář HE18Klusoňová Pavla. MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (MMS) systémy se objevily po roce 2000 aplikace pro rychlý a efektivní sběr geoinformačních dat (pro potřeby mapování nebo GIS aplikace) - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY(= mobilní skenovací systémy)

Diplomový seminář HE18 Klusoňová Pavla

Page 2: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (MMS)- systémy se objevily po roce 2000

- aplikace pro rychlý a efektivní sběr geoinformačních dat (pro potřeby mapování nebo GIS aplikace)

- využíváno především v zastavěných částech území, kde dochází k rychlým změnám infrastruktury budov, silnic

atd., a které není možné dostatečně efektivně zachytit tradičními metodami

Základní skladba zařízení pro určování polohy MMS a pro georeferenci dat ze senzorů:

- řídící jednotka

- GNSS přijímač

- IMU

- externí odometry připojené ke kolům vozidla

Mezi taková zařízení patří především různé typy digitálních kamer a laserových skenerů.

Významné mapovací společnosti:

- Google, Tele Atlas, NAVTEQ

Page 3: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

Ukázka konfigurace:1) GPS2) IMU3) DMI = snímač otáček kola

Page 4: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

LASEROVÉ SKENOVÁNÍ

Laserové skenovací systémy umožňují s mimořádnou rychlostí, přesností, komplexností a bezpečností:

- bezkontaktní určování prostorových souřadnic

- 3D modelování, vizualizaci složitých staveb a konstrukcí, interiérů, podzemních prostor, libovolných terénů atp.

Nasnímaný objekt může být pomocí softwaru zobrazen ve formě mračen bodů, na jejichž základě může být vytvořen

model objektu, který lze převést do CAD systému.

Většina skenovacích systémů využívá nejmodernější pulsní laserovou technologii pro měření délek a určuje polohu

bodů prostorovou polární metodou.

Page 5: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

PRINCIP SKENERŮ

Page 6: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

LASEROVÉ SKENOVÁNÍ

1) POZEMNÍ (Terrestrial laser scanning – TLS)

- fixovaná pozice během skenování

2) LETECKÝ (Airbone laser scanning – ALS)

- nesený letadlem (Fixed Wing), vrtulníkem (Rotor Wing), UAV (Unmanned Aerial Vehicle)

3) MOBILNÍ (Mobile laser scanning – MLS)

- nesený automobilem, čtyřkolkou, lodí, drezínou,…

Page 7: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

MMS

FIRMY:- RIEGEL LASER MEASUREMENT SYSTEMS- OPTECH INC - TOPCON - MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION- TOPSCAN- 3D MAPPNG SOLUTIONS

IP-S2 TOPCON

Page 8: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

PRINCIP MMSNosič laserového skeneru se pohybuje po nelineární trajektorii, pro správné určení polohy podrobných bodů je třeba znát

pro každý okamžik měření přesnou polohu nosiče a směr měření. Tyto informace se zajistí pomocí GNSS a IMU

technologie. Zcela zásadně záleží na přesnosti IMU jednotky. Je – li nosičem letadlo nebo automobil je v současné době

téměř jedno, ale je jasné, že automobil dělá rychlejší změny pohybu i směru jízdy.

IMU= zařízení obsahující pro inerciální navigaci gyroskopy a akcelerometry, které určují nezávisle na prostorové poloze senzoru jeho úhlové prvky vnější orientace vůči přijatému souřadnicovému referenčnímu systému

IMUGNSS

Page 9: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

PROSTOROVĚ NAMĚŘENÁ DATA jsou určena na základě:

1) PARAMETRY SKENERU- Frekvence vysílaného laserového pulzu (př.: f= 100 kHz → 100.000 bodů za sekundu)- Směr a rozsah vysílaného paprsku (určen vnitřním systémem laseru případně otáčením celého přístroje kolem svislé osy)

2) ČASOVÉ A PROSTOROVÉ ROZLIŠENÍ (nastaveno pro dané skenování)

3) RYCHLOST VOZIDLA

V současnosti se používají desítky paralelních skenovacích jednotek, které jsou zacíleny do všech stran – eliminují tak případné nepokryté oblasti, zvyšují počet nasnímaných bodů a přesnost

Skener Sick LMS 291, vějířovitý vzor naměřených bodů

Page 10: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

DIGITÁLNÍ ZOBRAZOVACÍ ZAŘÍZENÍPro snadnější interpretaci dat získaných skenery je vhodné mít i odpovídající obrazový záznam.

K získání digitálního obrazového záznam je nutné integrovat digitální fotoaparáty či kamery do mobilních systémů a

zajistit jejich přesnou synchronizaci se systémy GNSS a IMU.

V současných systémech se používají zobrazovací zařízení, která jsou vybavena více objektivy a mohou tak snímat v

panoramatickém či sférickém záběru (360°). Díky tomu je každý bod zachycen na více snímcích z různých úhlů.

Výrobci: Sony, Hitachi, Toschiba, IMC, Pelco

Ladybug3 Dodeca 2360

Page 11: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)
Page 12: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

V mobilních mapovacích systémech jsou k dispozici dva observační režimy:

1) STATICKÝ (“stop-and-go“)

Na vozidle je namontován jeden nebo více skenerů. Během doby skenování se pozice a orientace skeneru nemění. Po

skenování se vozidlo přesune a pořídí se další sken. Poloha každého mračna bodů je určena v místním souřadnicovém

systému, který má 6 (nebo 7) stupňů volnosti: 3 souřadnice referenčního bodu skeneru (počátek SS), 3 úhly rotace os

(popřípadě změnu měřítka). Registrace a georeferencování každého mračna bodů může být založeno například na IPC

(interační algoritmus nejbližšího bodu) algoritmu v kombinaci s prostorovou podobností transformací založenou na VL

se známými souřadnicemi v globálním SS.

2) KINEMATICKÝ(“on-the-fly)

Vozidlo se pohybuje po trajektorii bez zastavení a laserový skener skenuje nepřetržitě v rovinném profilu. Každý

skenovaný bod je v individuálním SS a proto je nutné sledovat okamžitou polohu referenčního bodu skeneru a

orientaci os skeneru v globálním systému s vysokou přesností a časovým rozlišením.

Určení polohy pomocí GPS pro MLS je v městském prostředí omezeno a v případě aplikace interiéru (tunely, rozlehlé

haly) nemožné kvůli nedostupným GPS satelitům.

Page 13: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

POŘIZOVÁNÍ DAT

Pro sběr dat musí být všechny senzory propojeny s operačním systémem pracujícím v reálném čase. PC (notebook)

slouží jako hostitelský server pro počítadlo reálného času a pro ukládáni dat.

Proces sběru:

• Příprava MMS = inicializace všech použitých senzorů (otočení skeneru na určenou orientaci)

• Pořizování dat = naměřená data jsou spolu s informací o čase zaznamenána a uložena na PC do databáze měření

• Ukončování = systém musí být zastaven

Page 14: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

PRŮBĚH ZPRACOVÁNÍMatematický algoritmus kombinuje synchronizované informace ze všech senzorů, potřebných pro prostorové

referencování k odvození trajektorie skeneru a orientace os ve zvoleném referenčním systému.

K prostorově-časovému referencování se často používá filtrování a vyhlazovaní dat (Kalmanův filtr) tak, aby měření

vyhovovalo účelu měření trajektorie.

Vizualizace mračna bodů se využívá pro první rychlou kontrolu naměřených dat a je nezbytná pro další zpracování.

Mračna bodů jsou ukládána ve formě dlouhých seznamů souřadnic (X, Y, Z) případně s dalšími atributy jako je intenzita

a úhel odrazu.

POST-PROCESSING (následné zpracování/ úprava dat)

- Přiřazení dat do požadovaného SS (pouhé převedení do cílového SS)

- Eliminace nepotřebných či chybových dat - chyby vznikají v závislosti:

- na atmosférických podmínkách

- hustý déšť, mlha či sněžení mohou způsobit odraz laserového pulzu dříve než dosáhne měřeného povrchu

Page 15: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

VIZUALIZACE - RASTROVÉ OBRAZY

Laserová data mohou být převedena do rastrového obrazu. Možné je zobrazit mračno bodů přímo pomocí bodových rendrovacích metod.

1) VÝŠKOVÉ OBRAZY

Tvorba ve třech krocích:

- Definice mřížky obrazu (velikost pixelu)

- Určení výšky pro každý pixel

- Transformace výšky na hodnotu šedé nebo barevné škály

Výška je definována jako funkce výšky bodů v rámci pixelu (např: průměr, medián).

2) STÍNOVÉ OBRAZY

Vhodný pro vzualizaci lokálních výškových změn, jako jsou střechy budov.

3) OBRAZY INTENZITY

K tvorbě obrazu se používá amplituda odraženého laserového pulsu.

Page 16: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

4) OBRAZY HUSTOTY BODŮ

Určují se prostým sčítáním bodů v rámci pixelu.

5) BODOVÉ RENDROVÁNÍ

Bodová mračna lze procházet přímo pomocí prohlížečů mračen – kromě souřadnic X, Y, Z je umožněno zadat i velikost

bodu (v pixelech), barvu a normálu bodu. Normály mohou být dodány společně s body jako výstup skenování nebo se

odhadnou později v kroku předzpracování.

Page 17: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

Ukázka výstupu

Page 18: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

ASPEKTY MOBILNÍHO LASEROVÉHO SKENOVÁNÍ

Podrobné zaměření polohopisu a výškopisu- snadné generování DMT

- rychlé a přesné získání podkladů pro projektové práce

- možnost kombinace s dalšími mapovými podklady (např. s katastrální mapou)

- okamžitá kontrola průběhu vlastnických hranic

Možnost sledování (monitoring) postupu stavebních prací

Zaměření stávajícího stavu staveb

Sledování změn v okolí komunikace (půdní eroze, skalní sesuvy, růst vegetace,…)

Vyhledávání a lokalizace objektů (překážek) v blízkosti komunikací z pohledu bezpečnosti silničního provozu (např.

reklamní poutače)

Pasportizace dopravního značení

Page 19: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

Zjišťování souladu katastrální mapy se skutečností

Page 20: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

Využití MLS při dokumentaci stavu vozovky – snadné a rychlé využití naměřených dat

Page 21: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

KLADY A ZÁPORY

Rychlost vyhodnocení 1-2 km za 1 den

+ Cena takto získané mapy je poloviční oproti klasicky zaměřené

+ Přesnost a detailnost mapy je mnohem větší

Mapování pouze toho „co je vidět z komunikace“

Případně nutné doměření jinou metodou

Page 22: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

PROJEKT D11 (Praha – Hradec Králové)

Vzhledem k tomu, že se od roku 2009 začalo provádět ALS středního pásu Čech, projekt VaV MD ČR se zaměřil na

laserové skenování objektu právě v této předpokládané části naší republiky tak, aby bylo možno data porovnat a

případně kombinovat.

Firmou Geovap Pardubice (která zajišťuje v kooperaci s

belgickou firmou MLS) byla nasnímána dálnice D11. Celkem

bylo provedeno více jízd po dálnici (tam a zpět a ještě

jednou pro eliminaci zakrytých prostor – např.: automobily a

povětrnostních podmínek)

Page 23: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

PROJEKT D11

Využit byl špičkový systém LYNX – parametry:

- Běžný skenovací den: 3 miliardy bodů

- Uliční fronta v zástavbě:

- 40-80 km/den

- liniové trasy mimo zastavěné oblasti: až 100km/den

- dálnice a rychlostní komunikace až 120km/den

- za 1 den byl zaměřen celý úsek dálnice D11 – 2x tam a zpět

LYNX na terénním voze a vnitřní jednotka

Page 24: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

PROJEKT D11

SNÍMACÍ HLAVY SKENERŮ LYNX

- pokrytí 360°

- rychlost otáčení 9000 otáček/min

- výstup: 200 000 pulsů/sec

- měření až 4 odrazy/puls

- třída 1.bezpečnosti laserového záření

- neviditelný svazek paprsků

- dosah až 200 m

- zaměření pásu o šířce 400 m

Page 25: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

Ukázka výstupu z MLS v porovnání s ortofotem, dálnice D11.

Page 26: MOBILNÍ MAPOVACÍ SYSTÉMY (= mobilní skenovací systémy)

DĚKUJI ZA POZORNOST