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Sean Higgins Mi, Okt 28, '20 7 min read

Warum der NavVis VLX die beste Datenqualität unter den mobilen Mappern liefert

Worin unterscheidet sich der NavVis VLX von der Konkurrenz? Das erklärt uns Stefan Romberg, Leiter der Abteilung Perception and Mapping bei NavVis.

Tragbare mobile Mappingsysteme bieten viele Vorteile für Bestandsdokumentations- und Scanprojekte. Vorläufer der heutigen Mapper ließen jedoch in puncto Datenqualität einiges zu wünschen übrig, weswegen für viele Fachleute die Technologie für die tägliche Vermessungsarbeit seither - und teilweise selbst heute noch - nicht in Frage kam.

Mit der Einführung des NavVis VLX hat es sich NavVis zum Ziel gesetzt, mit diesen Vorurteilen ein für alle Mal aufzuräumen. Dieser tragbare mobile Mapper verspricht Flexibilität und Schnelligkeit beim Scannen und erfüllt dabei die gleichen hohen Anforderungen an die Datenqualität wie der NavVis M6.

Aber wodurch hebt sich der NavVis VLX, mal abgesehen von seinem einzigartigen Design, von der Konkurrenz eigentlich genau ab? Wie schafft es NavVis, den hohen Anforderungen von Laserscanning-Profis an Genauigkeit und Datenqualität gerecht zu werden? Um Antworten auf diese und weitere Fragen zu bekommen, haben wir uns direkt an Stefan Romberg, Leiter der Abteilung Perception and Mapping bei NavVis, gewandt.

 

Fokus auf Genauigkeit

Bei der Entwicklung des NavVis VLX habe, so Romberg, die Erfüllung strenger Anforderungen an die Genauigkeit stets oberste Priorität gehabt. Trotz des kompakten, komfortablen Designs und der einfachen Handhabbarkeit sei es für NavVis enorm wichtig gewesen, dass diese Aspekte niemals einer hohen Punktwolkengenauigkeit im Weg stünden.

„Dieser Fokus auf Genauigkeit hat sich wie ein roter Faden durch den gesamten Entwicklungsprozess gezogen“, so Romberg weiter, „und das spiegelt sich deutlich im Design der Hardware, dem Workflow, und sogar in der Software wider.“

„Bei der Entwicklung des NavVis VLX hatte die Genauigkeit oberste Priorität.“

 

Hardware-Design

Zeit also, das Gerät einmal näher unter die Lupe zu nehmen. Dabei fällt schnell auf, dass die Hardware viele kleine Details enthält, die in ihrer Summe einen genaueren Scanner ergeben.

Zur Veranschaulichung geht Romberg auf eine Funktionalität etwas genauer ein: „Den NavVis VLX kann man dank eines Gelenks schnell und kompakt zusammenklappen“, sagt er. „Bei der Entwicklung dieses Gelenks haben wir uns darauf konzentriert, es so gut wie möglich mit dem Rest des Gerätes zu vereinen, jedoch ohne dabei Kompromisse bei der Festigkeit oder der Steifigkeit einzugehen.“

Auf diese Weise, so Romberg, konnte das Team sicherstellen, dass das Gerät stabil bleibt und sich bei der Benutzung nur minimal verbiegt. Dadurch werden die Sensoren während der Erfassung stabilisiert, was die Fehlerquote verringert und die Qualität der Punktwolken erhöht.

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Einbindung von Kontrollpunkten

Der NavVis VLX bietet eine einzigartige Funktion für einen mobilen Mapper ohne Räder: Er kann während des Scanvorgangs Kontrollpunkte erfassen, um die Genauigkeit zu verbessern. Diese Funktionalität ist in der Regel für kleinere Scans nicht unbedingt nötig, hat sich aber bei großen oder komplexen Objekten, bei denen die globale Genauigkeit eine Herausforderung für mobile Mapper darstellt, als sehr effektiv erwiesen.

Dies verbessere die Genauigkeit der Daten in zweierlei Hinsicht: Zum einen kann so die Datenqualität schon während des Scannens geprüft werden. Bei der Erfassung einer Zielmarke wird auf dem Tablet-Display automatisch die Differenz zwischen den Koordinaten des Scanners und denen des Kontrollpunkts angezeigt. So können Sie direkt sehen, ob bei der Aufnahme etwas schiefgelaufen ist, und es bei Bedarf korrigieren.

Zum anderen verbessert die Kontrollpunktfunktion die Genauigkeit, indem sie die Fehlerakkumulation bei Umgebungen reduziert, die für SLAM-basierte Mappingsysteme eine Herausforderung darstellen. Nehmen wir zum Beispiel an, Sie möchten einen langen Korridor scannen, und das natürlich möglichst genau. Um den Driftfehler so gering wie möglich zu halten, ist es sehr sinnvoll, bereits eingemessene Zielmarken zu verwenden und diese beim Vorbeigehen mit dem Gerät zu berühren und so zu erfassen. Diese werden dann während der Verarbeitung von der NavVis-Software als Referenz und zur Korrektur von Fehlern in der Punktwolke genutzt, um die absolute Genauigkeit zu verbessern.

HINWEIS: Wenn Sie gerne noch einmal das Wichtigste über die SLAM-Technologie nachlesen möchten - Hier erfahren Sie alles, was Sie über SLAM und mobiles Mapping wissen müssen. In diesem Artikel wird erklärt, wie genau die Technologie funktioniert, wie sich verschiedene Umgebungen auf die Genauigkeit des mobilen Scannens auswirken können und was Sie tun können, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

 

SLAM-Verarbeitung

Auch die Verarbeitungsalgorithmen des NavVis VLX sind darauf ausgelegt, eine möglichst hohe Genauigkeit zu erzielen.

Um das genauer zu erklären, müssen wir kurz ausholen. Ein mobiles SLAM-Mappingsystem verarbeitet die erfasste Punktwolke auf mehrere Arten. Zunächst kann es die Punktwolke während der Erfassung auf dem Gerät selbst fertigstellen. Der Vorteil: Die Daten stehen sofort nach Beendigung des Scans zur Verfügung. Der Nachteil: Die Verarbeitung zielt dabei mehr auf Schnelligkeit als auf Genauigkeit ab.

„Indem wir die Berechnungen mit den höchsten Qualitätseinstellungen durchführen, ist die finale Punktwolke genau genug, um jeden Kunden zufrieden zu stellen“, so Romberg.

Ein SLAM-Gerät kann die Daten auch nach der Erfassung finalisieren, entweder auf dem Gerät selbst oder auf einem leistungsfähigeren Desktop-Computer im Büro. Der Vorteil: Das Gerät hat mehr Zeit (und oft auch mehr Leistung) zur Verfügung, um eine noch genauere Punktwolke zu produzieren. Der Nachteil: Das dauert aber auch leider seine Zeit.

„Unser NavVis VLX bietet das Beste aus beiden Welten“, sagt Romberg. Während des Scans gibt das Gerät auf Basis der geräteinternen Verarbeitung ein intuitives Feedback zum Scanfortschritt, damit Sie sicher sein können, alles abgedeckt und Daten mit einer hohen Genauigkeit erfasst zu haben.

Sobald Sie wieder im Büro sind, übernimmt dann ein leistungsfähigerer Desktop-Computer die finale Verarbeitung. „Indem wir die Berechnungen mit den höchsten Qualitätseinstellungen durchführen, ist die finale Punktwolke genau genug, um jeden Kunden zufrieden zu stellen“, so Romberg.

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Robuste SLAM-Technologie

Aber neben dem konsequent umgesetzten Fokus auf Genauigkeit, der sich im gesamten Designs des Gerätes widerspiegelt, lässt sich die hohe Datenqualität auch noch auf einen weiteren Grund zurückführen: die langjährige, tiefgreifende Erfahrung des Unternehmens mit SLAM-Technologien.

Seit der Gründung im Jahr 2013, so Romberg, hat NavVis seine eigene SLAM-Implementierung stets verbessert und immer wieder getestet. Auch das Feedback von Kunden wurde genutzt, um die eigene SLAM-Technologie immer weiter voranzubringen.

„Sie können sich daher sicher sein, dass die Punktwolke ein genaues Abbild der realen Welt ist.“

Diese Arbeit hat sich dann 2018 mit der Einführung des NavVis M6 ausgezahlt. Das Gerät verfügt über vier Laserscanner und das erste 3D-SLAM des Unternehmens mit sechs Freiheitsgraden und konnte so viele der Probleme lösen, die seit den Anfängen des SLAM-basierten mobilen Mappings aufgetreten waren - und das mit einer vermessungstauglichen Genauigkeit. (Und das sogar auch, wenn sich um das Gerät herum Objekte bewegen, z. B. Fußgänger).

Als das Unternehmen mit der Entwicklung des NavVis VLX begann, wurde weiter an der 3D-SLAM-Technologie gefeilt. In Zuge dessen entschied man sich, zwei mehrschichtige Lasersensoren zu verbauen, trotz eines kompakten Designs eine robuste Verarbeitung riesiger Datenmengen zu ermöglichen. Das Gerät wurde so konzipiert, dass es jede mögliche Bewegung in jede Richtung berücksichtigt. „Theoretisch könnte man es sogar verkehrt herum halten“, scherzt Romberg, „aber das würden wir nicht unbedingt empfehlen.“

Soll heißen: Das SLAM-System, auf dem NavVis VLX basiert, ist äußerst robust - und ermöglicht hochgenaue Punktwolken. Ein Fakt, der durch die Bewertung vieler professioneller Nutzer und einer Vielzahl von Anwendungen bestätigt wird.

 

Hochwertige Punktwolken dank Cloud-Processing

Die Genauigkeit ist ein entscheidender Bestandteil der Datenqualität - aber nicht der einzige. Aus diesem Grund kommen beim NavVis VLX modernste Nachbearbeitungstechnologien zum Einsatz, um Punktwolken zu erzeugen, die in jeder Hinsicht von hoher Qualität sind.

Bei der Verarbeitung durchliefen die Daten einen Prozess, der „Punktwolkenfusion“ genannt wird, so Romberg. Dabei kommen eine Reihe von Filtern zum Einsatz, um die Punktwolke zu verarbeiten und zu korrigieren, wobei jeder Punkt aufgrund von Eigenschaften wie Winkel, Signalstärke usw. unterschiedlich verarbeitet wird. Die finale Punktwolke enthält detailliertere Oberflächen, realistischere Texturen und Farben und weist sogar eine höhere Genauigkeit auf, als für die Lasersensoren vorgesehen ist. Ein weiterer Bonus: Dynamische Objekte, die sich während des Scans durch das Sichtfeld bewegt haben, tauchen im finalen Datensatz ebenfalls nicht mehr auf.

„Am Ende dieses Fusionsschritts sind falsche Messungen und fehlerhafte Punkte entfernt worden, das Rauschen ist dann dank intelligenter Filter deutlich reduziert“, so Romberg. „Details bleiben dennoch unverfälscht erhalten.“ So können Sie sicher sein, dass die Punktwolke ein genaues Abbild der realen Welt ist.“

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Das Ziel: Die beste Datenqualität

Der NavVis VLX liefert dank einer Vielzahl verschiedenster Technologien und Designdetails hochgenaue Daten, die auch für klassische Vermessungsanwendungen geeignet sind. Diese Datenqualität ist das Ergebnis jahrelanger Arbeit eines großen interdisziplinären Teams, das sich mit den verschiedenen Faktoren befasst hat, die sich auf die Datenqualität auswirken, z. B. Hardwaredesign, SLAM-Implementierung, Software und Nachbearbeitung.

Alles, was das Unternehmen in den letzten sieben Jahren in der Praxis und in der Theorie gelernt habe, so Romberg, ist in die Entwicklung des NavVis VLX eingeflossen. Und genau das ist der Grund, warum dieser mobile Mapper so genau ist, dass seine Daten selbst den hohen Anforderungen von Vermessungs- und Laserscanning-Profis gerecht werden.

Sean Higgins ist ein selbstständiger Technikjournalist, ehemaliger Redakteur einer Fachzeitschrift und Naturliebhaber. Er ist der Meinung, dass 3D-Technologien klar und verständlich erklärt und besprochen werden sollten.