Leica-Geosoft mobil térképez rendszer – új trendek …...A mobil térképez rendszerek, mint...
Transcript of Leica-Geosoft mobil térképez rendszer – új trendek …...A mobil térképez rendszerek, mint...
Leica Geosystems Hungary Kft.:
1
Leica-Geosoft mobil térképező rendszer – új trendek a digitális
téradatgyűjtésben
BEVEZETŐ
Talán közhelynek hangzik, de a világgazdasági válság, a hazai politikai és gazdasági
fordulatok alapjaiban írták át a magyarországi földmérési gyakorlatot, piaci lehetőségeket. A
hagyományosnak tekinthető projektek lezárultak, vagy bizonytalan ideig indításra várnak,
miközben olyan piaci és kormányzati igények bukkannak fel, melyek a korábbiaktól eltérő
mérési módszerek, technológiák alkalmazásának szükségességét vethetik fel. Gondoljunk
például az országleltár projektre, ahol a hagyományos geodézia már nagymértékben
ötvöződhet a digitális fotogrammetriát és a nagytömegű téradatfelvételt igénylő
megoldásokkal, de a jelenleg mentőövet jelentő, az áramszolgáltatóknak végzett munkák
továbbgondolása, vagy az egyre sürgetőbb közműtérképi igények is ebbe az irányba
mutatnak. Ugyanakkor nem mindegy, hogy a gazdaságpolitikai törekvések (államháztartási
hiánycél tartása, államadósság lefaragása, stb.) milyen kiadásokat engednek meg (azaz a
műszakilag hatékony technológiát milyen áron lehet beszerezni és működtetni), hiszen a
szóban forgó rendszerek jellegüknél fogva részben, vagy egészében, közvetve, vagy
közvetlenül, de költségvetési forrásokhoz is kapcsolódhatnak. Csakúgy, mint 20 évvel ezelőtt
a GPS technológia gyakorlati alkalmazásának indulásakor, most is új trend látszik
kibontakozódni a 3D lézerszkennelési, a földi távérzékelési, valamint ezek hatékony
kombinációját jelentő mobil térképezési eljárások területén. Ennek megfelelően egyre több
nagy gyártó és rendszerintegrátor kapcsolódik be a fejlesztésbe, így természetesen nem
váratott magára sokáig a Leica Geosystems sem, és az olaszországi Geosoft vállalattal közös
fejlesztésben piacra dobták a PEGASUS SM60 rendszert. Csakúgy azonban, mint annak
idején a GPS-szel kapcsolatban a kérdés az, hogy a mobil térképező rendszerek műszakilag
mikor válnak megfelelővé az átlagos vállalkozások által végzett munkák elvégzéséhez (tehát
nem csak speciális munkákhoz, melyekből kevés adatik), mikor válnak elérhetővé anyagi
oldalról, és a legfontosabb kérdés az előbbi kettő ötvözete: mikor válik megtérülővé és
profittermelővé egy ilyen beruházás. A Leica Geosystems Hungary Kft (közösen egy
magyarországi földmérési vállalkozással) egy olaszországi pilot projekt eredményein
keresztül ezeket a kérdéseket vizsgálta meg, első helyen súlyozva a legutóbbi, a megtérüléssel
kapcsolatos kérdést.
Leica Geosystems Hungary Kft.:
2
RÖVIDEN A MOBIL TÉRKÉPEZŐ RENDSZEREKRŐL – VIZSGÁLATI SZEMPONTOK
A mobil térképező rendszerek, mint technológia nem új keletűek. A 80-as évek végén, 90-es
évek elején jelentek meg először amerikai kísérleti műhelyekben. A rendszeres publikációk
pedig 1995-től már olvashatók, a fejlesztések követhetők. Általánosságban a megoldás
(Sárközy online jegyzet) egy járműre szerelt GNSS, valamint inerciális rendszerből (IMU),
szenzorokból (melyek lehetnek kamerák, lézerszkennerek, radarok, stb., vagy ezek
kombinációi), illetve az alrendszerek összehangolt működését, valamint a valósidejű, illetve
utófeldolgozást biztosító szoftverekből áll. Egy adott célnak megfelelő hasznosságot – a
felhasználó számára nyújtott értéket – olyan jellemzők biztosítják, mint:
� Modularitás: az egyes rendszerelemek skálázhatósága (mennyi helyettesítő rendszerelem áll rendelkezésre a műszaki célok és a költségvetés függvényében?)
� A szenzorok műszaki képességei (pl. a lézerszkenner pontossága, a másodpercenként felvett pontok száma, a kamerarendszer képességei, stb.)
� A kinyert adatok felhasználhatósága (pl. a kamera „csak” vizuális segítség-e, vagy már az általa nyert kép is geometriailag értékelhető téradat?)
� Abszolút és relatív pontosság � A GNSS/IMU nyújtotta lehetőségek: (az abszolút pontosságot ez fogja meghatározni) � Adatkezelés, adatformátumok (kompatibilitás input és output oldalról más
rendszerekkel) � Adatfeldolgozás (valósidejű – utófeldolgozás, levezethető termékek száma,
erőforrásigény a feldolgozási oldalon) � Objektumok pozícióinak, térbeli jellemzőinek meghatározása, attributum adatok
hozzáadása, objektumfelismerés. � Kezelhetőség (emberi erőforrás igény az adatgyűjtési oldalon) � Szervezeti háttér (elérhetőség, szerviz, műszaki támogatás, fejlesztés, szervezeti
stabilitás, stb.) � Ár (beszerzés + üzemeltetés+járulékos költségek)
PEGASUS SM60 RENDSZERELEMEI – MODULARITÁS ÉS
SKÁLÁZHATÓSÁG
A Pegasus SM60 (1. kép) egy mobil, a digitális
fotogrammetriát és a 3D lézerszkennert ötvöző
megoldás. A rendszer elemeinek kiválasztásánál két fő
szempont volt az irányadó. Az egyik, hogy minden
elem a kategóriájának megfelelő legjobb gyártmány
legyen. Jelenleg a piacon egyetlen szereplő sincs, aki
elmondhatná magáról, hogy egy ilyen komplex
Leica Geosystems Hungary Kft.:
3
rendszer minden elemét tekintve az ő gyártmánya a legjobb. Így az egyes elemeket (ha a
maximális minőség a cél) a kategóriájuk legjobb fejlesztőitől érdemes beszerezni. A másik
szempont a skálázhatóság, azaz, hogy a felhasználó a műszaki igényeinek és pénzügyi
lehetőségeinek megfelelően állíthassa össze a kívánt konfigurációt (nyilván bizonyos keretek
között). Ennek megfelelően a főbb elemei:
� Nagy teljesítményű 3D lézerszkenner, illetve lézerszkennerek, mivel opcionálisan két szenzor is illeszthető. A két szkenner illeszthetőségének az árnyékos területek (holt terek) minimalizálásához van lehetőség. A szkennerek a Leica Geosystems termékei.
� Az 5-6 CCD kamerából álló kamera rendszer � Az inerciális rendszer (IMU). Széles választási lehetőséggel (lásd alább) a pontosságot
és az árat tekintve. � A GNSS rendszer (NOVATEL). Ugyancsak számos választási lehetőséget kínál. � Az irányító és feldolgozó munkaállomás, mely a Geosoft saját, illetve ESRI alapú
fejlesztéseiből állnak. � A szállító gépjármű (választás kérdése, a legegyszerűbb középkategóriás, gépjármű is
megfelel)
A SZKENNER
A lézerszkenner tekintetében a műszaki igényeknek és pénzügyi lehetőségeknek leginkább
megfelelő Leica fázisszkenner (HDS6200, illetve a legújabb HDS7000) választható. Fontos
gazdasági szempont, hogy az említett szkennerek önállóan, földi felmérési állomásként is
használhatók, tehát egy mozdulattal függetleníthetők a Pegasus SM60-tól és más projektekben
önállóan bevethetők. Így a szkenner tekintetében egy egyszeri beruházás többcélú
felhasználást is jelent, illetve adott a lehetőség más szervezet által már megvásárolt szkenner
bérletére is.
A lézerszkenner kritikus eleme a rendszernek, nem csak azért, mert a nagytömegű adatgyűjtés
egyik lényegi eleme, hanem mert az elérhető legnagyobb relatív pontosságot a szkenner
pontossága határozza meg. A Leica szkenner (HDS6200 és HDS7000) oldaláról biztosított
legfontosabb műszaki paraméterek:
� Sebesség: � HDS6200: 1.016.727 pont/sec (1 millió pont) � HDS7000: 1.016.727 pont/sec (1 millió pont)
� Pontosság (távmérés): � HDS6200: <2-3mm 50m-ig (90%-os albedojú felületen); <5mm 50m-en (18%-os albedojú
felületen) � HDS7000: <1mm 25m-ig; <3mm 50m-ig; <10mm 100m-ig
� Hatótávolság: � HDS6200: max. 79m (90% albedo); max. 50m (18% albedo) � HDS7000: max. 187m
� Felbontás (statikus mód): � HDS6200: max. 1,6x1,6mm 10m-en; 3,9x3,9mm 25m-en � HDS7000: max. 0,6x0,6mm 10m-en; 1,6x1,6mm 25m-en
Leica Geosystems Hungary Kft.:
4
2. kép: Pozícióhibák a választott inerciális rendszerek függvényében
A KAMERARENDSZER
A kamerarendszerrel kapcsolatban a legfontosabb érv, hogy az általuk létrehozott képekből a
szoftver térmodellt állít elő, így a lézerszkennertől függetlenül is előáll egy mérésre alkalmas
állomány, egy fotogrammetriai termék. Megtérülési szempontból fontos ugyanis, hogy egy
több tízmilliós beruházás minden eleme legyen a termelés szempontjából egyértelműen
hasznos és produktív, így fontos, hogy az amúgy költséges kamerarendszer ne „csak” az
emberi vizuális navigációt segítse, illetve ne „csak” képadatokat szolgáltasson. Az öt kamera
kiváló minőségű, nagyfelbontású 180 fokos panoráma frontképet állít elő. A 6. kamera az
útburkolatra irányítható aminek a segítségével útburkolat szerkezet vizsgálat végezhető. A
kamerák optikailag kalibráltak, hogy fotogrammetriai célokra is használhatók legyenek.
Minden CCD kamera 1024x768 felbontású színes képet biztosít. A rendszer lehetővé teszi a
felvételi arány beállítását, valamint a tájékozást. A képkészítés történhet előre definiált
távolság alapján. A rendszer gyakorlatilag videófelvétel hatású kép streamet állít elő. Fontos,
hogy lehetősége van az operátornak bármikor manuálisan is képkészítésre. Menet közben is
irányítható, tetszés szerint effekt készíthető.
A GNSS/IMU (ABSZOLÚT PONTOSSÁG)
A GPS / INS NOVATEL
SPAN platformon alapul, ami
lehetővé teszi az IMU
(inerciális rendszer) széles
választékát. A rendszerelem
felelős az abszolút
pozícionálásért. A 2. képen
néhány választható inerciális
rendszer GNSS jelvesztés
esetén produkált pozícióhibája
látható (optimális választásnak
az AG58 rendszert bizonyult):
Leica Geosystems Hungary Kft.:
5
Fontos tudni, hogy az abszolút pontosságot a fentieken kívül befolyásolja még a jármű
sebessége, valamint a szenzorok helyzetéből eredő szöghibák (roll, pitch, heading).
A GNSS/IMU rendszerben a nagyobb sebesség nagyobb pontosságot eredményezett, egészen
egyszerűen azért mert rövidebb a GNSS jelvesztés hatás (30-50 km/h-val haladtunk
belterületen és 80-100km/h –val autópályán). A GNSS jelvesztésből eredő pontatlanság
kiküszöbölésének a másik gyakorlati módszere éppen az, ha a jelvesztés után megállunk, vagy
jelentősen lelassítunk és hagyjuk, hogy a rendszer újrainicializáljon. Itt van fontos szerepe a
mérés közbeni gazdag minőségi paraméter visszajelzésnek, mely lehetővé teszi az operátor
számára a gyors beavatkozást és a helyzet által megkívánt döntést (pl., hogy egy jelvesztés
esetén éppen gyorsítsunk, vagy álljunk le).
Az abszolút pontosság lényegében a GNSS/IMU rendszer által nyújtott pontosság. Az viszont
a kísérleteink szerint a mobil térképezés esetén jobb, mint az RTK földmérési pontosság
részben az utófeldolgozás nyújtotta lehetőségek okán, részben pedig a mérési gyakoriság
(eltérő mérési filozófia és modell alkotás) végett. Földi felmérés során ugyanis a modell
jellemző pontjait „fogjuk meg”, majd a pontok közötti vonalakkal modellezzük a valóságot.
Ebből következik, hogy a modellezett rész a két pont interpolálása lehet csak, ami egyértelmű
információveszteséget (egyben pontosságveszteséget) jelent. A 3D lézerszkennelési
eljárásoknál ugyanakkor a „megfogott” pontok mm-re vannak egymástól, így még az egyes
pontokra vonatkoztatott esetlegesen rosszabb abszolút pozíció is összességében – az egész
modellre nézve – jobb eredményt produkálhat, mint a földi felmérés (természetesen itt földi
eljáráson nem egy szabatos felmérést, pláne nem ipari geodéziai méréseket értünk)
Fontos gyakorlati módszer a pontosság növelésére, ha egy-egy problematikusabb útvonalat
újrajárunk úgy, hogy előtte egy nyílt területen „felvesszük” a jó pozíciót és azt megtartatjuk
az inerciális rendszerrel.
Leica Geosystems Hungary Kft.:
6
AZ ADATFORMÁTUMOK
A rögzített adatok formátumát illetően a
képeket jpg. formátumban a szkennelt
állomány LAS, TXT, PTS formátumban
kapjuk. A rendszer támogatja a 3D
képalkotó rendszerekre vonatkozó
nemzetközi ASTM E57 szabványt. A
feldolgozott állományok ESRI SHAPE
fájlokban, illetve az ESRI által
támogatott formátumokban tárolhatók,
exportálhatók. A rendszer kezeli a CAD (3. kép) formátumokat is (DWG, ASCII, stb.)
SZOFTVERES HÁTTÉR – A MÉRÉS ÉS FELDOLGOZÁS FOLYAMATA
Rendszerkalibráció
A műszer kalibrálható, így tetszés szerint átmozgatható másik járműre. Erre például akkor
lehet igény, ha vasúti alkalmazásokhoz is használni kívánjuk az eszközt és ennek megfelelően
vasúti mérőkocsira van szükség. A kalibrálás egyszerű, külön szoftvermodul segíti.
Elvégezhető a felhasználó által, de elvégzi a szállító is kérés esetén. Ennek megfelelően
tetszőleges szállítójárműre átrakható a rendszer, illetve más munkafolyamotokhoz le-, illetve
fel- és leszerelhető a szkenner.
A mérés
A mérés során egy ember is elegendő (nem árt azonban, ha a gépkocsi vezetését más látja el).
Számos minőségi paraméter ad visszajelzést, és beavatkozási lehetőséget az operátornak.
Lehetőség van GNSS koordinátákkal megjelölt események manuális rögzítésére, vagy az
előre definiálttól eltérő képrögzítésre, illetve menet közben dönteni az esetleges pozíció hibák
javításáról (lassítás, gyorsítás, újrabejárás, azaz jó pozíciók felvétele és azzal való „javítás”,
stb.). Nem lehet eléggé hangsúlyozni az útvonaltervezés fontosságát.
3. kép: adatformátum kezelés
Leica Geosystems Hungary Kft.:
7
Helyzeti adatok (GNSS/IMU) feldolgozása
A nyers adatgyűjtés után az első
lépés a trajektory-k, azaz a
GNSS/IMU útvonal feldolgozása.
Érdemes utófeldolgozást végezni,
így lehetőségünk van tetszés
szerinti (akár előre elrendezett saját)
bázisokat bevonni, ami biztosítja a
nagyobb pontosságot. Az első
körben feldolgozott állományt
azonnal exportálhatjuk
GoogleEarth-be a könnyebb
tájékozódás, vagy akár másoknak kiajánlott távoli elérés céljából (4. kép).
A gyanús (pl. kék, vagy vörös) színnel
jelölt pontokra kattintva azonnali
minőségi információkhoz jutunk.
Természetesen van lehetőség a teljes
állomány pontossági mutatóinak
listázására (nem pontonként kell
végigmennünk rajta). A pozíció minőségi
vizsgálatát végezhetjük „visszafelé” is,
amikor a pozíciók minőségét megjelenítő diagramban a hibahatár feletti részekre kattintva a
rendszer a problémás ponthoz navigál.
A mérési állomány feldolgozása
Miután feldolgoztuk a végleges
GNSS/IMU trajektory állományt, a
képek feldolgozása, majd a különböző
forrásból érkező adatok
(fotogrammetriai állomány, 3D
pontfelhő, digitális térkép, stb.)
összedolgozása következik (6. kép). A
4. kép: a pozíció minőségét színkódokkal megjelenítő
pozíciók a GoogleEarth felületén
5. kép: Minőségi információk egy kattintásra
6. kép: Nagyfelbontású kamerakép, digitális vektoros
állomány és szkennelt állomány összedolgozása az
autópályáról..
Leica Geosystems Hungary Kft.:
8
feldolgozott és összekapcsolt állomány a további feldolgozáshoz, szerkesztéshez,
kiértékeléshez a Geosoft által ESRI környezetben fejleszett ArcGDS nevű kiterjesztés alatt
történik.
Itt hivatkoznék újra a rendszer egyik nagy előnyére, hogy a kameraképek nem csak a látványt
segítik, hanem maguk is fotogrammetriai termékek, tehát méréseket, szerkesztéseket
végezhetünk rajtunk, akár a 3D pontfelhő hiányában is. Természetesen ennek pontossága nem
éri el a szkennelt pontfelhőét. A másik nagy előny, hogy a rendszer a 3D pontfelhőből csak
annyit tölt be, amennyivel éppen dolgozunk. Mindezt dinamikusan, esemény-érzékenyen
teszi. Tehát ahogy a fotogrammetriai modellben haladunk, navigálunk, azonnal (időkésleltetés
nélkül) töltődik be a 3D szkennelt felhő is, anélkül, hogy óriási memória igényt (és így
költséges hardvert) támasztana.
A feldolgozás hatékonyságát tovább
növeli, hogy a 3D pontállományban
létrehozható tetszőleges parallaxissal
egy valódi, az operátor részére is 3D
munkakörnyezet biztosító virtuális
valóság (7. kép). Ne felejtsük el, hogy
amikor 3D szkennelt pontfelhőről
beszélünk, akkor az „csak”
geometriai értelemben 3D. A hagyományos síkképernyőről (tehát valójában 2D felületet)
szemlélve az a gyakorlatlan operátor számára egy nehézkesen kezelhető –ahogy a nevében is
benne van – pontfelhő, amit zoomolni, forgatni, „kóstolgatni” kell ahhoz, hogy egyáltalán
azonosíthatók legyenek azok a pontok, melyekkel dolgozni akarok, melyeket be akarok vonni
a szerkesztésbe. A Pegasus SM60 azonban ezt a pontfelhőt, valódi 3D-ben jeleníti meg (mint
egy iMax moziban), így nagyságrendekkel lerövidül a szerkesztési idő. Nem utolsó szempont
az sem, hogy a 3D képek anaglif ábrákként megjeleníthetők, így egy filléres vörös-zöld
szemüveggel harmadik fél is papír alapon szemlélheti a valós térbeli látványt.
7. kép: sztereoszkópikus környezetben való
Leica Geosystems Hungary Kft.:
9
A szerkesztést és feldolgozást még
tovább segítik a rendszer olyan
jellemzői, mint pl. a szkenner 45 fokos
elhelyezése, illetve két szkenner
alkalmazása. A 45 fokos elhelyezés
biztosítja azt, hogy a szkennelt síkok ne
az objektumok függőleges és merőleges
élvonalaikkal párhuzamosan
képződjenek le, hanem 45 fokban
felszeletelve azokat, így biztosítva a sokkal jobb felismerhetőséget (8. kép). Két szkenner
esetén pedig (a képen egy-szkenneres megoldás látható), biztosítható lenne, hogy az árnyékos
(részlet nélküli) felületek is megjelenjenek.
A költséghatékonyság növelésének további lehetősége – ami általában a mobiltérképezési
rendszerek folyamatos fejlesztés alatt lévő területe - az automatikus objektum felismerés és az
automatizált anonimitás kezelés (gépkocsi rendszámok, arcok, stb. kitakarása).
Végül, de nem utolsó sorban itt kell megemlíteni, hogy a sztereoszkópikus látvány
előállításának hardver és szoftver igénye ma már igen csekély, pár száz eurós költséggel
megoldható.
8. kép: a 45º-ban elhelyezett szkenner biztosítja az
egyértelmű élfelismerést. Két szkenner esetén a „fekete”
Leica Geosystems Hungary Kft.:
10
ÖSSZEFOGLALÓ
Válaszul az egyre gyakrabban előforduló felhasználói igényekre, a Leica Geosystems –
együttműködve a Geosoft vállalattal – örömmel áll rendelkezésre a mobil térképezés terén is.
Ez esetben is igyekeztek a fejlesztők olyan megoldást nyújtani (a versenyképes árak mellett),
ami reményeink szerint a Leica Geosystems hírnevének megfelelő értéktöbbletet nyújt a
felhasználók számára:
� Modularitás (lehetőség az igények és árak optimalizálására) � Rendszerelemek a kategóriájuk legjobbjaitól kiválasztva, hogy a legnagyobb
minőség biztosítva legyen � Egyedülálló relatív pontosság � Digitális térfotogrammetria alkalmazása: A költséges kamerarendszer nem csak
„látvány”, hanem önmagában is mérnöki modell, értéket jelentő termék előállítására alkalmas
� 3D valódi környezetben való feldolgozás, hogy a 3D környezet előnyeit ne csak a mérés, hanem a feldolgozás során is kihasználhassuk.
Gombás László
Ügyvezető
Leica Geosystems Hungary Kft
FELHASZNÁLT IRODALOM:
Dr Sárközy Ferenc: Térinformatika, internetes letöltés 2011 szeptember:
http://www.agt.bme.hu/tutor_h/terinfor/tbev.htm