Veranstaltungsprogramm

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Sitzungsübersicht
Sitzung
Mobile Erfassung II
Zeit:
Donnerstag, 06.02.2020:
13:30 - 15:00

Chair der Sitzung: Markus Gerke, Technische Universität Braunschweig
Ort: Raum E22

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Präsentationen

Echtzeitnahe Prozessierung und Visualisierung von 3D-Daten terrestrischer Laserscanner innerhalb eines Roboter-Betriebssystems

Nils Kummert1, Jörg Klonowski2, Ansgar Brunn3

1AllTerra Deutschland GmbH; 2Hochschule Mainz - University of Applied Sciences; 3Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt

So vielseitig wie die Anwendungsbereiche von Roboter-Systemen im heutigen Alltag geworden sind, so umfangreich ist auch die Palette der verfügbaren Sensorsysteme, auf die sie zurückgreifen. Im Bereich der lasergestützten räumlichen Messtechnik sind bereits einige Sensoren auf dem Markt vertreten, welche sich für gewöhnlich 2D-Laserscannern mit eingeschränktem oder 360°-Sichtfeld bedienen. Sollen mit Hilfe solcher Systeme 3-dimensionale Räume abgedeckt werden, so wird der Laser für gewöhnlich bewegt, wodurch jedoch nur ein begrenzter Raum abgedeckt werden kann (z.B. Mobiles Laserscanning). Die resultierenden Daten werden üblicherweise offline prozessiert. Will man diese Möglichkeiten ausweiten, so bieten sich, unter Betrachtung dieser Problemstellung und vor dem Hintergrund gängiger geodätischer Messsysteme, terrestrische Panorama-Laserscanner als Sensoren einer Echtzeitprozessierung an.

Im Rahmen einer Masterarbeit wurde die Onlineprozessierung der 3D-Daten während des Scanprozesses zweier Laserscannertypen realisiert. So kann der große Aufnahmebereich des Laserscanners für Echtzeit relevante Anwendungen, z.B. in der Steuerung von industriellen Produktionsabläufen, zur Überwachung von Sperrzonen oder auch für das autonome Fahren eingesetzt werden.

Im Rahmen des Beitrags wird eine allgemeine Modellierung der Verarbeitung von Laserscannerdaten in einem Roboter-Betriebssystem (ROS) lokal als auch über Netzwerk dargestellt. Von der Bereitstellung der Daten für das ROS für verschiedene TLS-Systeme erfolgt die praktische Umsetzung bis zur Visualisierung und ersten Anwendungsbeispielen. Die Ergebnisse zeigen eine grundsätzliche Onlinefähigkeit des 3D-Laserscannings. Für eine tatsächliche Echtzeitfähigkeit sind weitere Optimierungen erforderlich. Echtzeit Multi-3D-Laserscannersysteme bestehend aus mehreren terrestrischen Laserscannern erschließen völlig neue Anwendungsbereiche der Ingenieurvermessung und sind bedeutsam für die Digitalisierung im Rahmen von Industrie 4.0.



Autonome Vermessung eines unterirdischen Bergwerks mittels eines auf einem Roboterfahrzeug montierten statischen Laserscanners

Nikolaus Studnicka1, Alexander Högerl2

1RIEGL Laser Measurement Systems GmbH, 3580 Horn, Österreich; 2Innok Robotics GmbH, 93128 Regenstauf, Deutschland

In den vergangenen Jahren hat sich das terrestrische Laserscanning auch im unterirdischen Bergbau etabliert. Stollen werden in regelmäßigen Abständen vermessen und sogenannte Risswerke erstellt. Mit dem weiter entwickelten RIEGL VZ-400i Laserscanner ist man nun in der Lage mehr als 40 hochauflösende und millimetergenaue Scans pro Stunde aufzunehmen und diese auch gleichzeitig im Scanner zu registrieren. Diese Funktionalität hat dazu inspiriert, die Vermessung auch autonom mittels des „Innok Heros“ der Firma Innok Robotics GmbH durchzuführen.

Diese Arbeit soll die Entwicklung der erfolgreichen Integration eines Laser Scanners auf einem Roboter beschreiben. Während der autonomen „Stop-and-Go“-Vermessung läuft am Scanner eine Applikation, die dem Roboter die jeweilige aktuelle „Pose“ (Position und Orientierung) und die Pose des nächsten Wegpunktes übermittelt. Der Roboter fährt anschließend diese Wegpunkte ohne weitere Sensorik jeweils eigenständig an und löst automatisch einen Panoramascan durch den VZ-400i aus. Die erste autonome unterirdische Vermessungsfahrt fand am 22. Oktober 2019 im Bergbauunternehmen Kali und Salz in Deutschland statt. Neben der Integration werden die wichtigsten Komponenten, der Workflow und die Scanergebnisse beschrieben.

Studnicka-Autonome Vermessung eines unterirdischen Bergwerks mittels eines auf einem Roboterfahrzeug_b.pdf


Multi-MEMS - Genauigkeitssteigerung gegenüber dem Einsatz einzelner Sensoren

Thomas Willemsen

Hochschule Neubrandenburg, Deutschland

Der Einsatz von Ultra-Low-Cost Sensoren hat sich in vielen Anwendungen bewährt. Auch Beispiele in der Geodäsie, wie ein Abstandsmonitoring von U-Bahn Zügen auf Basis von MEMS Ultraschallsensoren oder der grundsätzliche Einsatz in UAVs, existieren. Günstig in der Beschaffung, der geringe Stromverbrauch und die geringe Größe machen die Sensoren oft interessant für andere Anwendungen. Allerdings geht mit den benannten Vorteilen üblicherweise eine niedrige erreichbare Messgenauigkeit einher. In diesem Beitrag wird der Einsatz einer größeren Anzahl an MEMS Sensoren hinsichtlich der möglichen Genauigkeitssteigerung diskutiert. Am Beispiel von MEMS Inertialsensoren (MPU-9250) und Luftdrucksensoren (BMP-280) werden Testdaten und die Analysen dazu vorgestellt.

Willemsen-Multi-MEMS - Genauigkeitssteigerung gegenüber dem Einsatz einzelner Sensoren_b.pdf


Multi-Camera Rig for 3D Reconstruction, Concept, Design and Accuracy Evaluation

Luca Perfetti

Politecnico di Milano, Italien

The recent years have witnessed great changes in the field of Cultural Heritage (CH) digitalisation. first, the spread of Terrestrial Laser Scanners (TLSs) and close-range photogrammetry with computer vision algorithms led to increased demand for complete and dense 3D data that quickly became the standard for the digitalisation of noble and representative spaces in CH such as naves, rooms, facades, that is large areas; secondly, the most recent development of Mobile Mapping Systems (MMSs) promises to both speed-up operation activities on the field and to prove agile and effective in every portion of the object from the large areas to the narrow spaces within a continuous acquisition. Considering their potential, many foresee portable mobile mapping devices becoming the new standard for CH digitalisation projects. Portable systems solely based on photogrammetry that makes use of video sequences can constitute a low-cost and robust alternative to more common range-based MMSs in restoration or archaeological yards.

This paper presents a concept and experimentations for a low-cost image-based multi-camera system based on stereo vision which can be operated handheld by a single operator and intended for the time-effective 3D reconstruction of meandering narrow spaces such as passages, corridors, stairwells and tunnel-like environments in CH. The paper summarises initial tests and results obtained by employing a stereo rig composed of commercial action cameras (i.e. GoPro cameras), highlights detected limitations and describes the concept and initial evaluation of a new approach based on industrial-grade cameras. The multi-camera system exploits five global shutter cameras coupled with fisheye lenses that embrace a field of view of 190°. The design of the rig in terms of its size and geometry, i.e. relative positions and orientations of the cameras, is accomplished through simulation considering the environmental characteristics of the aimed applications. Initial evaluation of the rig is discussed in terms of: (i) resolution – Ground Sampling Distance (GSD) degradation, (ii) synchronization error and effected measurements accuracy in moving acquisitions, (iii) calibration and calibration consistency over time and heat cycles.



 
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