"Alles, was Sie über mobiles 3D-Mapping wissen müssen"

Sie haben schon viel Gutes über 3D-Systeme von mobiles Mapping gehört. Vielleicht hat ein Kollege von den genauen räumlichen Daten geschwärmt, die sie erfassen. Vielleicht hat ein führendes Unternehmen in Ihrer Branche darüber gesprochen, wie die Technologie Anwendungen ermöglicht, die vorher nicht möglich waren. Vielleicht hat Ihr Freund auf LinkedIn ein Unboxing gepostet.

Jetzt sind Sie neugierig. Können diese Werkzeuge etwas für Sie tun?

Sie haben versucht, mehr darüber zu erfahren, aber es gibt einen Haken: Praktisch jeder Blogbeitrag und jede Erläuterung zu 3D mobiles Mapping richtet sich an Experten, die bereits andere 3D-Mapping-Technologien verwenden. Sie sind voller technischer Begriffe und Fachausdrücke, die ohne jahrelange Erfahrung nicht zu verstehen sind.

Daher soll dieser Guide anders sein.

Wir fangen ganz am Anfang an, um Ihnen ein umfassendes Verständnis von mobilem 3D-Mapping zu vermitteln - einschließlich der Funktionsweise der Technologie, was sie für Sie tun kann, warum Sie einen mobilen Mapper einem anderen vorziehen sollten, wann es am besten ist, mobiles Mapping zu verwenden, und vieles mehr.

Hier sind einige kurze Tipps zur Verwendung des Leitfadens: Wenn Sie ein Thema vertiefen möchten, klicken Sie sich einfach zu einem der Erklärungen im entsprechenden Abschnitt durch und Sie finden so viele Details, wie Sie benötigen. Wenn wir ein Thema behandeln, das Sie bereits kennen, überspringen Sie es einfach. Wenn im Leitfaden etwas Wesentliches fehlt, lassen Sie es uns wissen und wir werden es ergänzen.

Damit ist das Thema erledigt, und wir fangen ganz von vorne an.

Lidar für Laien

Lidar ist eine Abkürzung für (li)ght (d)etection (a)nd (r)anging. Die Technologie hat ihre Wurzeln in Wetteranwendungen, wo sie zur Messung von Wolken, Partikeln und Gasen in der Atmosphäre eingesetzt wurde. Heute ist Lidar vor allem als Werkzeug zur Erfassung von 3D-Daten bekannt, und genau hier hat Lidar den Mainstream erreicht. Sie finden es heute in iPhones, Autos (aber nicht in Teslas), Kameras zur Erfassung von Immobilien und vielem mehr.

Wie funktioniert Lidar? Lidar kann auf verschiedene Weise funktionieren, aber die meisten Lidar-Sensoren verwenden Laser, um 3D-Karten nach dem Prinzip der "Flugzeit" zu erstellen. Das Lidar feuert einen Laser ab, zählt die Zeit, die der Laser braucht, um von einer Oberfläche reflektiert zu werden und wieder zurückzukehren, und berechnet dann anhand dieser Zeit die Entfernung zu dieser Oberfläche. Anschließend zeichnet der Sensor diese Daten als 3D-Punkt relativ zu seiner eigenen Position auf.

Ein Lidar-Sensor verwendet sich drehende Spiegel, um die Laser zu lenken und die Umgebung abzutasten, so dass er jede Sekunde Hunderttausende von 3D-Punkten erfassen kann. Das Ergebnis ist ein Datensatz, der als Punktwolke bezeichnet wird.

Lesen Sie hier mehr über die Funktionsweise von Lidar →

Punktwolken für Laien

Eine Punktwolke ist eine "Wolke" von 3D-Messungen, jede mit einer x-, y- und z-Koordinate. Sie kann mit einer Vielzahl von Methoden erfasst werden, darunter Photogrammetrie (bildbasierte Erfassung) und Lidar (Lasererfassung), wie oben beschrieben.

Finden Sie heraus, was für die Gebäudeerfassung besser ist: Photogrammetrie oder Lidar →

Punktwolken werden oft als "dumme" oder "rohe" Daten bezeichnet, da sie keine weiteren Informationen enthalten als die, die das 3D-Erfassungssystem gesammelt hat. Das bedeutet, dass die einfachste Punktwolke nicht mehr als räumliche Informationen enthält - sie enthält nicht einmal Farbe, es sei denn, das Lidar-System enthält zufällig eine RBG-Kamera als Teil seiner Sensornutzlast.

Sie können eine Punktwolke verwenden, um präzise Messungen vorzunehmen oder den Zustand eines Gebäudes mit dem Auge zu erfassen, aber nicht viel mehr.

Um eine Punktwolke für die meisten Anwendungen nutzen zu können, müssen Sie sie nachbearbeiten. Das kann bedeuten, dass Sie eine automatisierte 3D-Modellierungssoftware verwenden, um ein 3D-Modell CAD zu erstellen, dass Sie eine Software verwenden, um die Punktwolke mit dem ursprünglichen Entwurfsmodell zu vergleichen, oder dass Sie manuell einen Grundriss zeichnen.

Hier erfahren Sie alles, was Sie über Punktwolken wissen müssen →

Welche verschiedenen Arten von Lidar-Scannern gibt es?

Ein Lidar-Sensor kann in einer Reihe verschiedener Hardware-Konfigurationen implementiert werden, von denen einige so groß sind, dass sie an den Boden eines Flugzeugs geschnallt werden müssen, und andere so klein, dass sie in Ihre Tasche passen. In der Baubranche, z. B. in der Fertigung und Architektur, im Ingenieurwesen und im Bauwesen, sind die beiden gängigsten Arten von Lidar-Scannern terrestrisch und mobil.

Ist es LiDAR oder Lidar? Und andere Fragen, die Sie zu diesem Thema beantwortet haben möchten →

Terrestrische Laserscanner (TLS)

Stellen Sie sich einen Lidar-Sensor in einer Metallbox vor. Nun fügen Sie hinzu:

• "ein sich drehender Spiegel, der die Laser so ausrichtet, dass sie die Umgebung des Sensors abtasten"
• "einen Computer, der 3D-Messungen verarbeitet und eine Punktwolke erstellt"
• "eine IMU-Einheit (Inertiale Messeinheit), die Auskunft darüber gibt, wo sich das Gerät in Relation zum Raum befindet"
• und eine RGB-Kamera.

Nun stellen Sie diese Box auf ein Stativ mit einem Motor, der sie dreht. Herzlichen Glückwunsch! Sie haben ein terrestrischer Laserscanner, auch bekannt als TLS.

Dies ist die herkömmliche Anwendung der Lidar-Technologie für 3D-Kartierungen und erzeugt immer noch Punktwolken mit der höchstmöglichen Genauigkeit. Aber bei weitem nicht so genau, wie wir später sehen werden.

Mobile Mappingsysteme (MMS)

Ein mobiles Mappingsystem ist eine Weiterentwicklung (und viele würden sagen: eine Verbesserung) dieses Funktionsprinzips.

Mobile Systeme verfügen über einen Großteil der gleichen Hardware wie terrestrische Systeme, aber sie haben eine ganz andere Form. Sie sind so konzipiert, dass sie in der Hand gehalten oder auf dem Rücken getragen werden können, so dass eine einzelne Person das Gerät tragen kann.

Ein mobiles Mapping System nutzt auch das futuristische Potenzial von Software in viel stärkerem Maße aus. Diese Systeme enthalten die Software SLAM , mit der Sie beim Gehen scannen können. (Mehr über SLAM erfahren Sie hier).

Eine Erklärung der Werkzeuge und der Technologie, die hinter den mobiles Mapping Geräten steckt →

Dadurch ist der Scanner wesentlich schneller als ein TLS. In vielen Fällen kann ein mobiles Mapping System eine Umgebung mit der 10-fachen Geschwindigkeit eines TLS erfassen.

In der Vergangenheit standen viele Fachleute den Systemen von mobiles Mapping misstrauisch gegenüber, da ihre Geschwindigkeit mit einer deutlichen Verschlechterung der Datenqualität einherging. Die besten Systeme von heute produzieren Daten, die für viele anspruchsvolle Anwendungen geeignet sind und eine Genauigkeit von 6 mm oder weniger erreichen.

Wie verwende ich ein mobiles Mappingsystem?

Da sowohl terrestrische Laserscanner als auch die Systeme von mobiles Mapping eine Punktwolke einer Umgebung oder eines Objekts erzeugen, überschneiden sich ihre Anwendungsbereiche in hohem Maße. Sie können beide Arten von 3D-Lidar-Scannern für eine Vielzahl von Anwendungen einsetzen, zum Beispiel um ein Gebäude, eine Brücke oder einen Stahlträger zu erfassen. Die Möglichkeiten sind enorm.

Da terrestrische und mobile Scanner jedoch unterschiedlich funktionieren, eignen sie sich für verschiedene Anwendungen. Hier werden Sie mobiles Mapping verwenden wollen.

(Bau-)Bestandsdokumentation

In dieser Anwendung gehen Sie mit Ihrem mobilen Scanner durch eine Anlage und erfassen eine Punktwolke, die den aktuellen Zustand der Anlage widerspiegelt.

Dadurch können Sie (oder Ihre Kunden):

• den Endzustand der Anlage mit dem Entwurfsmodell zu vergleichen und herauszufinden, wo das reale Gebäude von der ursprünglichen Absicht abweicht
• Erstellung von Geodatensätzen für Eigentümer-Betreiber zur Verwendung in Anwendungen für das Facility Management
• Grundrisspläne für die Raumverwaltung erstellen
• Modellierung eines alten Gebäudes in der Software CAD als erster Schritt einer Renovierung oder eines Umbaus
• etc.

Erfahren Sie hier alles über Bestandsdokumentation →

Scan-to-BIM

Während sich Bestandsdokumentation auf die räumlichen Gegebenheiten des Objekts konzentriert, geht scan-to-BIM einen Schritt weiter. Bei diesem Verfahren erstellen Sie ein Gebäudeinformationsmodell (BIM), das aus virtuellen Objekten besteht, die Gebäudeelemente darstellen. Jedes dieser Objekte ist mit einer virtuellen Datenbank verbunden, die eine Vielzahl von Informationen über das Objekt enthält.

Bei der Anzeige eines BIM Modells können Sie einen Kanal auswählen und Informationen wie Modellnummer, Installationsdatum, das System, an das er angeschlossen ist, usw. anzeigen. Die Website BIM kann alle anderen Daten enthalten, die für einen Interessenvertreter wichtig sein könnten.

Dadurch können Sie (oder Ihre Kunden):

• eine bessere Koordinierung in der Entwurfs- und Planungsphase, um die Arbeit der Gewerke zu koordinieren
• über eine Fülle präziser räumlicher Informationen über das Bauprojekt verfügen, z. B. für die Vorfertigung von Elementen außerhalb der Baustelle
• dem Gebäudeeigentümer/Betreiber einen umfassenden Datensatz von Gebäudeelementen für Betrieb und Wartung zur Verfügung stellen
• etc.

Lesen Sie hier unseren umfassenden Leitfaden zum Scannen:BIM →

Digitale Fabrik

Eine digitale Fabrik ist eher eine Idee als ein Ding. Stellen Sie es sich als eine Kombination von Modellen, Methoden und Werkzeugen vor - einschließlich Simulationen, 3D-Visualisierungen und industriellen IoT-Sensoren -, die eine Fabrik verwendet, um ihre digitalen Daten mit der physischen Welt zu verbinden. Die digitale Fabrik kann die Fabrik, die Produktionsanlagen, die Lieferkette und sogar die Menschen und Produkte umfassen.

Dieses Thema ist natürlich sehr umfangreich, aber eines sollte klar sein: Eine digitale Fabrik beginnt mit der Erstellung aktueller 3D-Modelle der Fabrik selbst sowie der physischen Anlagen wie Maschinen. Und ein mobiles Mapping System ist die schnellste und kostengünstigste Methode.

Dadurch können Sie (oder Ihre Kunden):

• Darstellung eines einheitlichen Datenstroms mit mehreren Granularitätsebenen - vom Produktionsnetzwerk bis hin zu einer einzelnen Maschine
• Einblicke in die Leistung zu erhalten und Bereiche mit Verbesserungspotenzial zu ermitteln, einschließlich des räumlichen Kontexts
• die vorausschauende Wartung erheblich verbessern, um Ausfallzeiten zu verringern
• etc.

Erfahren Sie mehr darüber, was eine digitale Fabrik ist und wie NavVis die Fabrik der Zukunft ermöglicht, auf dem NavVis Blog →.

Moment, was ist SLAM?

Bevor wir weitergehen, lassen Sie uns über SLAM sprechen. Dieser Begriff ist ein Akronym für (S)imultaneous (L)ocalization (A)nd (M)apping. Die Technologie wurde ursprünglich für Roboter entwickelt, um ihre Position in Umgebungen zu verfolgen, die sie noch nicht kennen.

Die meisten SLAM funktionieren auf diese Weise: Es liest Daten von einer Kamera oder einem anderen Sensor, der auf dem Gerät angebracht ist, und verwendet Computer-Vision-Algorithmen, um Merkmale in der Umgebung zu erkennen. Anhand dieser Merkmale wird dann eine grobe Karte erstellt, mit der eine ungefähre Position für den Roboter bestimmt wird. Wenn sich der Roboter bewegt, erstellt SLAM eine bessere Karte, die ihm hilft, den Roboter besser zu lokalisieren. Und so weiter.

Heute wird SLAM in einer Vielzahl von Anwendungen wie intelligenten Staubsaugern, selbstfahrenden Autos und natürlich mobilen Lidar-Scannern eingesetzt.

Lesen Sie hier unseren umfassenden Leitfaden zu SLAM →

Was hat das alles aber mit mobilen Mappingtechnologien zu tun?

Ein mobiles Mappingsystem könnte ohne SLAM nicht funktionieren.

Ein terrestrischer Scanner bewegt sich während der Erfassung nicht. Ein mobiles Mapping System jedoch schon, und das fügt eine zusätzliche Variable hinzu, wenn es eine Punktwolke erzeugt. Der Scanner verwendet SLAM , um diese Variable auszugleichen, sodass jede 3D-Messung korrekt im Raum platziert werden kann.

Das bedeutet die Qualität des SLAM Algorithmus in einem mobiles Mapping System hat einen großen Einfluss auf seine Genauigkeit.

Welche Vorteile bietet SLAM noch?

Die besten SLAM Algorithmen auf dem Markt sind zu einigen futuristischen Verarbeitungsleistungen fähig. Zum Beispiel, NavVis' Software verwendet SLAM , um Spuren von Personen und Fahrzeugen zu entfernen die sich durch Ihren Scan bewegen, Rauschen und Artefakte aus der Punktwolke zu entfernen und sogar die Genauigkeit der Punktwolke zu verbessern über die Genauigkeitsspezifikationen des Sensors hinaus.

Mobile Mapping vs. TLS

OK, kommen wir zur Sache: Welches ist besser?

Vorteile von mobilen Mappingsystemen

Im Vergleich zu einem terrestrischer Laserscanner bietet ein mobiler Scanner:

• höhere Geschwindigkeit (bis zu 10-mal schneller)
• geringere Störung des Betriebs
• Ermöglichung zusätzlicher Dienstleistungen und Angebote
• neue Geschäftsmodelle
• Verschaffung eines Wettbewerbsvorteils

Erfahren Sie 5 Gründe, warum es Zeit ist, in mobiles Mapping zu investieren. 

Vorteile von terrrestrischen Laserscannern

Im Vergleich zu einem mobilen Scanner bietet ein terrestrischer Scanner:

• höhere Genauigkeit (unter 6 mm im Vergleich zu 6 mm oder mehr bei einem mobilen Mappingsystem)
• Integration mit Totalstationen
• höhere Reichweite

Hybride Workflows sind die Zukunft

Seit etwa einem Jahrzehnt fragen sich Fachleute, ob ein mobiler oder ein terrestrischer Scanner die bessere Wahl ist. Aber in letzter Zeit haben viele führende Nutzer entschieden, dass die beste Option in der Regel beides ist.

3D-Scanner-Profis aus allen Branchen beginnen, diese Werkzeuge gemeinsam für ein Projekt zu nutzen, wobei jedes seine Stärken ausspielt. Kurz gesagt, ein mobiles Mapping System kann Geschwindigkeit und Effizienz bieten, und ein terrestrischer Scanner kann die höchstmögliche Genauigkeit und Reichweite in den Situationen bieten, in denen man sie wirklich braucht. Dies wird als hybrider Arbeitsablauf bezeichnet, der das Beste aus beiden Welten bietet - und einen zusätzlichen Nutzen, den Sie an Ihre Kunden weitergeben können.

Lesen Sie, wie sieben verschiedene Dienstleister einen hybriden Workflow für Reality Capture → nutzen.

Welches mobile Mappingsystem soll ich also wählen?

Toll, sagen Sie. Klingt gut. Aber wie finde ich heraus, welcher mobile Mapper der richtige für mich ist? Aber es gibt viele mobiles Mapping Systeme auf dem Markt, und das Marketing für jedes einzelne ist ziemlich überzeugend.

Als Erstes sollten Sie sich Gedanken über Ihr Unternehmen und Ihre möglichen Anwendungen machen. Was sind Ihre Bedürfnisse? Was sind die üblichen Kundenbedürfnisse? Was sind dann die wichtigsten Eigenschaften eines mobiles Mapping Systems? Geschwindigkeit? Genauigkeit? Kosten? Software-Integration? Erstellen Sie eine kurze Liste von Scannern, die für Sie in Frage kommen.

Wenn Sie das herausgefunden haben, sehen Sie sich das Datenblatt des jeweiligen Scanners an. Achten Sie auf Spezifikationen wie die Anzahl der pro Sekunde erfassten Punkte, die IP-Klassifizierung und - vielleicht am wichtigsten - die verschiedenen Arten von Genauigkeit. Hier ist ein praktischer Leitfaden, der Sie durch die Datenblätter führt, die Sie sammeln.

Erfahren Sie mehr über 9 Begriffe, die Sie auf einem Lidar-Scanner-Datenblatt kennen müssen →

Sie werden auch einige Daten des Scanners auswerten wollen. Beurteilen Sie die Datensätze nach Maßstäben wie der Menge an Rauschen in den Daten, der Auflösung in feinen Details und der Genauigkeit. Wenn sich das kompliziert anhört, muss es das nicht sein: Wir haben eine Anleitung mit fünf schnellen Schritten zusammengestellt, mit denen Sie jeden mobiles Mapping Datensatz schnell beurteilen können.

Als Nächstes sollten Sie sich eingehender mit der Genauigkeit der einzelnen Scanner befassen. Da die Genauigkeitsangaben auf Datenblatt die Leistung des Scanners in einer kontrollierten Umgebung darstellen, können sie immer nur einen groben Anhaltspunkt für die Genauigkeit liefern. Aus diesem Grund sollten die Hersteller Genauigkeitsangaben liefern, die aus strengen Tests für gängige Anwendungen stammen.

Unter NavVis finden Sie ein Whitepaper, in dem Sie erfahren, wie NavVis VLX in verschiedenen anspruchsvollen Szenarien abgeschnitten hat, einschließlich Benchmarking mit TLS-Daten.

Holen Sie sich für jeden Scanner auf Ihrer Auswahlliste eine Demo. Testen Sie ihn in einer Umgebung, mit der Sie vertraut sind. Testen Sie ihn bis an seine Grenzen. Fragen Sie den Verkäufer aus. Seien Sie sicher, dass Sie die richtige Entscheidung treffen.

Dann können Sie ein mobiles System mit der Gewissheit kaufen, dass es Ihr Unternehmen auf die nächste Stufe heben wird.

Fazit

Haben Sie noch Fragen? Möchten Sie eine Demo NavVis' eigenes mobiles Mapping System, NavVis VLX? Nehmen Sie hier Kontakt mit einem unserer Experten auf. Wir werden Ihnen helfen.

Sean Higgins ist ein unabhängiger Technologieautor, ehemaliger Redakteur von Fachzeitschriften und Outdoor-Enthusiast. Er ist der Meinung, dass klares, schlagwortfreies Schreiben über 3D-Technologien ein öffentlicher Dienst ist.