Werkpakket 3.4 bis Panoramische fotogrammetrie Trimble V10 Imaging Rover

Transcriptie

1 KAHO St-Lieven GENT Thomas More Mechelen 3D PHOTOGRAMMETRY FOR SURVEYING ENGINEERING IWT TETRA project 3D4SURE Werkpakket 3.4 bis Panoramische fotogrammetrie Trimble V10 Imaging Rover Auteurs: Björn Van Genechten KaHo Sint-Lieven Jasper Wisbecq KaHo Sint-Lieven IWT-TETRAproject 3D4SURE 1 8

2 1. INLEIDING De huidige generatie totaalstations bezitten camera s waardoor het ook mogelijk is om aan fotogrammetrie te doen. Maar om een goede fotodekking te bekomen moet men het totaalstation telkens verplaatsen, wat vrij omslachtig is. De Trimble V10 Imaging Rover biedt hiervoor een sneller alternatief. De V10 bestaat uit een panoramische kop op een valstok. De kop bevat twaalf 5MPix camera s, die worden gecombineerd tot één 360 panoramafoto. Op de kop kan facultatief een positiesensor (GNSS-antenne of 360 -prisma) worden geplaatst. Verder bevat de kop ook een tilt sensor en een elektronisch kompas. Op deze manier wordt er een sterke initiële oriëntatie van de panorama s in het gewenste coördinatensysteem bekomen. Na de optimalisatie van de oriëntatie aan de hand van correspondentiepunten, kan men punten gaan reconstrueren door ze voorwaarts in te snijden vanuit twee of meerdere panoramastations. De V10 verplaatst het zwaartepunt van het meetwerk van het terrein naar de bureau. De panorama s kunnen zeer snel ingewonnen worden op het terrein, waarna de gebruiker alle gewenste punten in 3D kan reconstrueren in de software. De filosofie bedraagt: alles nu vastleggen, later meten. De bekomen visuele documentatie kan eventueel een bijkomende meerwaarde leveren, zo zouden bijvoorbeeld kleine werfbezoeken overbodig kunnen zijn. De markt voor dit toestel bevindt zicht vooral in metingen met minder strenge nauwkeurigheidseisen, waarbij totaalstation en GNSS slechts suboptimaal presteren en waarbij de bekomen visuele informatie eventueel een meerwaarde kan leveren. Couderé Geomatic Engineering leende ons de V10 uit, samen met de bijhorende tablet en de complementaire R10 GNSS-antenne. Wij onderwierpen de V10 aan een nauwkeurigheidstest en een praktische case om de potentie van het systeem te analyseren. Dit systeem werd gedurende één dag getest. Deze uitwerking vormt dus eerder een eerste indruk dan een diepgaande allesomvattende analyse. Figuur 1: Systeem Bron: IWT-TETRAproject 3D4SURE 2 8

3 2. SPECIFICATIES De Trimble V10 Imaging Rover heeft volgende eigenschappen: 60 MPix panorama resolutie 7 camera s horizontaal, 5 camera s naar beneden gericht Focale lengte 3,63mm Horizontaal gezichtsveld 360 Verticaal gezichtsveld 93,1 De panoramakop ondergaat een fabriekskalibratie, van zowel de relatieve posities van de camera s als de interne cameraparameters. Nauwkeurigheid gemeten punt: 1cm per 10m vizierafstand Verwerking in Trimble Business Center Software Figuur 2: Field-of-View V10 Bron: 3. NAUWKEURIGHEIDSTEST Gezien de nauwkeurigheid van de V10 voor een groot deel mee de mogelijke toepassingen bepaalt, werd deze onderzocht. De doelstelling van deze test was de geldigheid van de vuistregel uit de specificaties te testen. De vuistregel zegt: 1cm nauwkeurigheid per 10m vizierafstand Testveld Het testveld hiervoor bestond uit 20 checkerboard testpunten op zes verticale kolommen en 5 checkerboard grondcontrolepunten. Deze punten werden ingemeten met een totaalstation (in normale en doorgeslagen kijkerstand) als referentiewaarden. Met de V10 werden de testpunten gemeten vanaf 10m, 20m en 30m en dit telkens vanuit 3 opstelpunten die een driehoek vormden. Deze proef werd een keer uitgevoerd met RTK GNSS-meting van de stationpunten en een keer zonder. De grondcontrolepunten werden gebruikt om de gereconstrueerde 3D-punten om te zetten naar het coördinatenstelsel van het totaalstation. Om een goede insnijding toe te laten, lieten we de breedte van de driehoek toenemen naarmate de vizierafstand groter werd. IWT-TETRAproject 3D4SURE 3 8

4 Figuur 3: Meetconfiguratie nauwkeurigheidstest Figuur 4: Spreiding testpunten 3.2. Verwerking nauwkeurigheidstest Het reconstrueren van de 3D-posities van de testpunten gebeurde in de V10 module van Trimble Business Center. Allereerst dienen de foto s georiënteerd te worden. Hiervoor gebruikt men de initiële waarden van de GNSS-antenne, tilt-sensor en magnetisch kompas. Deze oriëntaties worden verder geoptimaliseerd in een bundle-procedure op basis van corresponderende punten. Bij de afwezigheid van een positiesensor (GNSS of prisma) gebeurt de oriëntatie enkel op basis van corresponderende punten en zijn er grondcontrolepunten nodig voor de schaal. De correspondentiepunten kan men manueel of automatisch bepalen. IWT-TETRAproject 3D4SURE 4 8

5 De oriëntaties werden uitgevoerd in de Standard Resection modus. Hierdoor worden de initiële gemeten posities van de camera s mee geoptimaliseerd. Na de oriëntatie kan men de gewenste punten reconstrueren door ze aan te duiden op de panoramafoto s. TBC bevat een optie die automatisch, na het aanduiden van een punt op één foto, in de andere foto s naar de betreffende pixel zal zoeken langsheen de epipolaire lijn. Het succes hiervan zal afhangen van het contrast, de vizierafstand en de mate van verandering in gezichtspunt. Indien het punt in twee of meerdere panoramafoto s voorkomt, wordt het gereconstrueerd en krijgt men een indicatie van de verticale en horizontale precisie Resultaten De deviaties tussen de totaalstation en V10-coördinaten worden weergegeven in onderstaande tabel: NAUWKEURIGHEIDSTEST V10 MET GNSS 10m 20m 30m Gemiddelde 3D deviatie (m) 0,0159 0,0144 0,0140 Minimale 3D deviatie (m) 0,0053 0,0074 0,0074 Maximale 3D deviatie (m) 0,0221 0,0306 0,0329 ZONDER GNSS 10m 20m 30m Gemiddelde 3D deviatie (m) 0,0080 0,0125 0,0132 Minimale 3D deviatie (m) 0,0005 0,0022 0,0011 Maximale 3D deviatie (m) 0,0236 0,0283 0,0408 Deze resultaten zijn op basis van wat men van de resolutie kon verwachten toch vrij goed. Alhoewel de RTK GNSS-metingen voor sterke initiële waarden zorgen, is het toch de proef zonder GNSS die sterkere nauwkeurigheden levert. Hiervan werden de posities achterwaarts ingesneden vanuit 5 GCP s opgemeten met totaalstation en bijgevolg dus een sterke relatieve nauwkeurigheid hebben. Voor de proef met GNSS zien we de gemiddelde 3D-deviatie lichtjes afnemen met toenemende vizierafstand, terwijl dit voor de proef zonder GNSS lichtjes toeneemt. De bekomen nauwkeurigheden doen beter als wat de vuistregel voorschrijft. Enkel voor de proef met GNSS vanaf 10m wijkt dit af (1,59cm i.p.v. 1,00cm). De waarden vanaf 30m blijken nog vrij goed te zijn (1,40cm en 1,32cm), ook al was het vanaf deze afstand niet meer evident om exact de targetcentra aan te duiden gezien de onscherpte. IWT-TETRAproject 3D4SURE 5 8

6 Figuur 5: Onscherpe target vanaf 30m 4. GRB-METING De V10 kan een alternatief bieden voor het inmeten van kruispunten, gezien het gebruik van een totaalstation naar veiligheid en efficiëntie soms slechts suboptimaal is. De nauwkeurigheden van de V10, bij een doordacht gebruik, voldoen aan de GRB-specificaties. Bijgevolg was het interessant om de V10, als snelle data-inwinningstechniek, in te zetten voor het opmeten van een kruispunt volgens de GRB specificaties. Het kruispunt in kwestie bevindt zich in de IJskelderstraat in Gent. Het werd ingemeten met de V10 vanuit 9 posities met de R10 als GNSS positiesensor. De inwinning duurde ongeveer een kwartier, waarbij het verliezen van en wachten op RTK-initialisatie het meeste tijd nam. De gereconstrueerde punten in TBC worden dankzij het gebruik van de GNSS-antenne direct in het gewenste L72-stelsel bepaald. De oriëntatie gebeurde als Standard Resection en bijgevolg werden de GNSS-posities van de stations mee geoptimaliseerd. De bekomen testmeting werd in ArcMap over het actuele GRB gelegd ter vergelijking. Het karteren op de panoramafoto s bleek niet zo efficiënt. Het gewenste punt dient op twee of meerdere foto s aangeduid te worden, manueel is dit niet zo makkelijk gezien de veranderende zichtpunten. De optie om automatisch te zoeken naar de overeenkomstige pixel op de andere panorama s werd ingeschakeld, maar levert niet altijd een resultaat en is soms foutief. Dit opnieuw door te sterk veranderende zichtpunten. Bijgevolg duurde het twee uur om tot het gekarteerde resultaat te komen. Globaal gezien blijken de straatzijdes en gevellijnen vrij goed overeen te komen met het actuele GRB (afwijkingen tot 4cm). Maar voor de gevel in het zuidoosten wijkt dit sterk af. Hieruit blijkt de slechte invloed van te scherpe invalshoeken, die vermeden moeten worden door het toevoegen van extra stationspunten. IWT-TETRAproject 3D4SURE 6 8

7 IWT-TETRAproject 3D4SURE 7 8

8 5. CONCLUSIE De data-inwinning op het terrein kan met de V10 vlot verlopen. Indien vizierafstand niet te groot wordt, zodat het karteren op scherpe beelden kan gebeuren, lijkt de nauwkeurigheid van de V10 aanvaardbaar. De V10 presteert in gelijke of betere mate dan wat de vuistregel van 1cm per 10m vizierafstand vooropstelt. Maar er moet wel aandacht uitgaan naar het netwerk van de stationpunten om deze nauwkeurigheid te kunnen handhaven. Punten die ingesneden worden met slechte insnijdingshoeken zijn onbetrouwbaar. Karteren van wel afgelijnde punten kan vlot verlopen in TBC, maar indien de punten minder ondubbelzinnig te herkennen zijn is dit niet evident. De optie die ervoor zorgt dat je een punt maar op één foto moet aanduiden is handig, maar werkt niet altijd (naar behoren). Uitgebreide detailmetingen lijken op basis van de GRB-meting dan ook geen toepassingsgebied. De V10 is wel efficiënt indien het om een uitgebreide set van wel afgelijnde punten gaat. Wij danken Couderé Geomatic Engineering voor het uitlenen van de V10 en de hulp bij de verwerking. 6. Bronnen Trimble Knowledge Network IWT-TETRAproject 3D4SURE 8 8