(Airborne) Laserscanning

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Flugzeuggetragenes (Airborne) Laserscanning
HS BO – Lab. für Photogrammetrie: Airborne Laserscanning 1
Airborne‐Laser‐Scanning
 Das Airborne Laser Scanning System
erlaubt die berührungslose Erfassung
der Geländeoberfläche mit hoher
Präzision.
 Der Laserstrahl des Scanners wird quer
zur Flugrichtung abgelenkt und ein
Geländestreifen entlang des Flugwegs
mit einer Zick‐Zack‐Linie abgetastet.
 Die Entfernung zur Erdoberfläche
wird
über
Laufzeitmessung
ermittelt.
 Die äußere Orientierung, d. h. die
Position und die Lage des Sensors
im Raum, wird aus GPS‐ und
Inertialmessungen berechnet.
Zusätzliche Messsensoren




Sofern kein aktuelles Luftbild existiert: Digitale Kamera
GPS‐Empfänger
IMU
Lasersensor
Airborne Laserscanning
Im Unterschied zur Photogrammetrie handelt sich dabei um
aktive Erfassungssysteme, bei denen von einem Sender
ausgestrahlte Laserimpulse verwendet werden.
Sender + Empfänger
GPS, INS, Bordcomputer
z
Erste
Reflexion
y
x
Erste
Reflexion
Z
Y
Wald
Letzte
Reflexion
X
Datenerfassung
HS BO – Lab. für Photogrammetrie: Haus
Letzte
Reflexion
Datenauswertung
Airborne Laserscanning 5
 Zur Auswertung können der letzte oder der erste Puls verwendet werden.
 Variable Punktdichte: 1Pkt/4m² bis
30Pkte/1m²
 Scanwinkel beträgt ca. 0° bis ±25°
 Flughöhen variieren von Gerät zu
Gerät zwischen 100m und 4000m
 ALS kann nur bei hindernisfreier Sicht durchgeführt werden (keine Wolken, kein Niederschlag)
Messprinzip
 Aktives Erfassungssystem durch Lidar
 Entfernungsmessung: Sensor an Bord –
Geländeoberfläche (Pulslaufzeitmessung)
 Gleichzeitige Orientierung des Sensors
 Variable Parameter: Messrate, Scanwinkel und Scanfrequenz  Dichte und Verteilung: Flughöhe über Grund, der Fluggeschwindigkeit und dem Abstand der Fluglinien  Punktwolke
Messprinzip
 Besonderheit:  Erste und Letzte Reflektion (Minimumdifferenz)
 Mehrfachsignale (Leitungen)
 Messbereich: Nahes Infrarot (1,0 – 1,5 μm)
 Scanmuster: Zick‐Zacklinie, konische Abtastung, parallele Linien
 Intensität: Grauwerte oder Qualitätskontrolle
Messgeschwindigkeit
Beispiele:  Korridor von 60 km x 50 m: 1 Flugstunde
 80 Millionen Einzelpunkte während eines etwa vierstündigen Flugs
Riegl® LMS‐Q680i
Scanfrequenz 10 – 200 Linien/ sec
(abhängig vom FOV)
Pulsrate
400 kHz
HS BO – Lab. für Photogrammetrie: Leica® ALS60
Optech Pegasus HD500
0 – 100 Hertz
0 – 140 Hertz
200 kHz
100 – 500 kHz
Airborne Laserscanning 9
Beispiel Polygonspiegelsystem
Airborne Laserscanner (Optech)
Der Herstellers Optech Inc. (www.optech.ca ) ist einer der Marktführer im Bereich der Airborne Laserscanner (Airborne Laser Terrain Mapper = ALTM).
Entwickler und Dienstleister in Deutschland ist z.B. die Firma TopScan GmbH ( www.topscan.de )
ALTM 3100
ALTM 1225
ALTM 2050
ALTM 3100
Baujahr
2000
2003
2005
Messrate
25000 Hz
50000 Hz
100000 Hz
Messmodi
Erster u. letzter Erster u. letzter
Puls
Puls
Max. 4 Pulse
Scanwinkel
0° bis ±20°
0° bis ±20°
0° bis ±25°
Flughöhen
300-2000m
210-2000 m
80-3500 m
Intensität
Ja
Ja
Ja
Digitale
Messkamera
Rollei db45
metric
Emerge DSS
Rollei db45
metric
Sensoren (Riegl)
Genauigkeit
 Abhängig von der Flughöhe:  Weg durch die Atmosphäre
 Vergrößerung des Laserfootprints
 Streuungsverlust
Optech Pegasus HD500
Riegl® LMS‐Q680i
Genauigkeit
20 mm
Horizontal‐
genauigkeit
1/5.500 x Flughöhe
(45 mm)
Präzision
20 mm
Höhen‐
genauigkeit
< 5‐15 cm
Bemerkung
Bei 250 m und Riegl‐
Testbedingungen
Bemerkung
50° FOV, Standardatmosphäre
Genauigkeit Leica ALS60
Abschätzung bei 40° FOV und 5 cm GNSS‐Fehler:
Beispiel (ALS50‐II):
10 cm GNSS‐Fehler, max. 40° FOV
 1000 m über Grund:
11 cm Höhe, 11 cm Lage
 4000 m über Grund:
15 cm Höhe, 44 cm Lage
 Bei allen Laserscannern sind die Parameter Messrate,
Scanwinkel und Scanfrequenz variabel einstellbar.
 Zusammen mit der Flughöhe über Grund, der
Fluggeschwindigkeit und dem Abstand der Fluglinien
bestimmen sie die Dichte und die Verteilung der
Laserpunkte im Aufnahmegebiet.
 Alle Systeme können mit einer Digitalen Messkamera
kombiniert werden.
 Die System‐ und Befliegungsparameter werden
entsprechend dem Anwendungszweck gewählt, wodurch
auf die unterschiedlichsten Anforderungen flexibel reagiert
werden kann.
 Die mittlere Lagegenauigkeit liegt bei  1m,
Höhengenauigkeit bei  10 cm.
 Das für viele Anwendungsgebiete sehr
wirtschaftliche System besitzt den Vorteil
auch in schwer zugänglichen Bereichen,
wie
z.B.
in
Waldgebieten,
gute
Höhenergebnisse zu liefern.
 Für nicht zu dichte Waldgebiete sind
Befliegungen mit dem Airborne Laser
Scanner praktisch die einzige Möglichkeit,
Höheninformationen
zu
akzeptablen
Kosten zu gewinnen.
 Simulation einer Emsüberflutung im Stadtgebiet von Rheine .
 http://www.topscan.de/luft/spek_wasser.html
Einsatzbereich
Frühkeltischer Fürstensitz Heuneburg
Anwendungsbereiche:
 Topographische Geländeaufnahme, auch in Waldgebieten.
 Vegetationshöhenbestimmung.
 Wattenmeervermessung und Küstenschutz.
 Vermessung von Überschwemmungsgebieten.
 Gletschervermessung.
Anwendungsbereiche:
 Erstellung von digitalen Stadtmodellen, z.B. Funknetzplanung und Lärmausbreitungsberechnungen.
 Trassierung für Straßen‐ und Gleisbau, Pipeline‐ und Leitungsbau.
 Überwachung von Hochspannungsfreileitungen.
 Volumenkontrolle, z.B. im Tagebau und bei Deponien.
 u.a.
Produkte:
 Digitale Höhenmodelle in verschiedenen Rasterweiten:
 der Erdoberfläche,
 von Objektoberflächen (z.B. Stadtmodelle, Vegetationsmodelle).
 Perspektiv‐Ansichten (z.B. als Drahtgitter‐ oder Graustufenbild.
 Höhenprofile, Höhenpunktraster, ‐Höhenlinien und Höhenschichtenkarten.
 Ableitung von Sekundärkarten:
 Hangneigungskarten,
 Expositionskarten.

(Airborne) Laserscanning

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