P L A T O Project Laserscanning: Technologische kennisoverdracht

Transcriptie

1 Departement Toegepaste Ingenieurswetenschappen Campus Schoonmeersen Departement Industrieel Ingenieur Campus Gent PLATO WERKPAKKET 2.1 EN 2.2 RESULTATEN VAN DE GEVALSTUDIES MET BETREKKING TOT HET MEET- PROCES EN DE VERWERKINGSFASE Auteurs: Sara De Clerck Hogeschool Gent Greet Deruyter Hogeschool Gent Lieselot Christiaen - KAHO Sint-Lieven

2 Inhoudsopgave Inhoudsopgave... i Overzicht figuren... ii Overzicht tabellen... iii 1. Inleiding Verklaring keuze van de casestudies Casestudie 1: Elsbos Dendermonde Situering van het studiegebied Meetproces Meetproces met totaalstation Meetproces met laserscanning Verwerkingsfase Verwerkingsfase van opmeting met totaalstation Verwerkingsfase van opmeting met laserscanner Vergelijking tussen meting met totaalstation en laserscanning Casestudie 2: Belfort Brugge Situering van het studiegebied Meetproces Voorbereiding Uitvoering opmeting Verwerkingsfase Registratie Verwerking met Cloudworx Walkthrough Conclusies Inhoudsopgave i

3 Overzicht figuren Figuur 1: Kaart met situering van het gebied Elsbos in de regio (Bron: Studiebureau VDS planning en Stad Dendermonde)...4 Figuur 2: Kaart met situering van het gebied Elsbos in zijn omgeving (Bron: Studiebureau VDS planning en Stad Dendermonde)...5 Figuur 3: foto van het gebied Elsbos te Dendermonde...6 Figuur 4: Pentax R300X...6 Figuur 5: Prisma...6 Figuur 6: Leica ScanSation C Figuur 7: 6" rond target (Leica)...7 Figuur 8: Onbewerkte geregistreerde scan van Elsbos te Dendermonde...8 Figuur 9: plan bestaande toestand bekomen door opmeting met totaalstation...9 Figuur 10: plan bestaande toestand bekomen door opmeting met laserscanning Figuur 11: plan voor vergelijking meting met totaalstation en laserscanning Figuur 12: Aanduiding Brugge op kaart Figuur 13: Aanduiding Belfort op kaart van Brugge Figuur 14: Opdeling toren om homogene resolutie te bekomen Figuur 15: Leica ScanSation C Figuur 16: 6" rond target (Leica) Figuur 17: Aanduiding veelhoekspunten Figuur 18: Detail veelhoekspunten op binnenkoer Belfort Figuur 19: Foto's van tijdens opmeting veelhoek Figuur 20: Foto van scanner met Belfort op achtergrond Figuur 21: Aanduiding scanposities (SC) en targets (a-z) Figuur 22: Aanduiding scanposities (SC) en targets aa-as op binnenkoer Figuur 23: Aanduiding scanposities (SC) en targets ba-ca in hallen Figuur 24: Foto van een stuk van de Hallen op de eerste verdieping Figuur 25: Foto's van opmeting in toren en schatkamer Figuur 26: Bekomen fouten bij target-to-target registratie (methode 1) Overzicht figuren ii

4 Figuur 27: Bekomen fouten bij cloud-to-cloud registratie (methode 1) Figuur 28: Bekomen fouten bij target-to-target (23, 24, 25 en 28/03) en cloud-to-cloud (22/03) registratie Figuur 29: Bekomen fouten bij cloud-to-cloud registratie Figuur 30: Bekomen fouten bij combinatie van target-to-target en cloud-to-cloud registratie Figuur 31: Bekomen fouten bij target-to-target registratie van de schatkamer met de coördinaten van de heenmeting naar de schatkamer met het totaalstation Figuur 32: voorbeeld van doorsnede voor voorgevel Figuur 33: Beeld uit Cloudworx met het 2D plan van de toren, getekend op de puntenwolk Figuur 34: Voorbeeld van hoge graad van detail bij het gebruik van laserscanning Figuur 35: Volledig vooraanzicht Belfort Brugge, getekend in Cloudworx Figuur 36: Beeld van het achteraanzicht, getekend op de puntenwolk Figuur 37: Volledig achteraanzicht Belfort Brugge, getekend in Cloudworx Overzicht tabellen Tabel 1: Verschil tussen coördinaten van targets na cloud-to-cloud registratie Tabel 2: Verschil tussen coördinaten targets na cloud-to-cloud en target-to-target registratie Tabel 3: Verschil tussen coördinaten targets na cloud-to-cloud registratie Tabel 4: Verschil tussen coördinaten targets bij combinatievan target-to-target en cloud-to-cloud registratie Overzicht tabellen iii

5 1. Inleiding In de vorige werkpakketten werden de drempels voor de doorbraak van laserscanning onderzocht en op een rijtje gezet. Daarnaast werd er ook een vergelijking van de verschillende meettechnieken en een opsomming van de verschillende toepassingsmogelijkheden van laserscanning gemaakt. Dit gebeurde op basis van een uitgebreide literatuurstudie. Het doel van de werkpakketten 2.1 en 2.2 is na te gaan wat de praktische haalbaarheid en de meerwaarde van laserscanning is ten opzichte van andere technieken. De verschillende casestudies werden gekozen met het oog op de typische taken van de Vlaamse landmeter om zo de interesse bij de doelgroep op te wekken en tevens drempelverlagend te werken. Een tweede doel van deze werkpakketten is te toetsen of de conclusies gemaakt in werkpakketten 1.2 moeten bijgestuurd worden. Inleiding 1

6 2. Verklaring keuze van de casestudies Als eerst casestudie werd de opmeting van het terrein Elsbos in Dendermonde gekozen. Dit is een terrein van ongeveer 20 ha waar nu nog vooral weiden en velden zijn, maar dat binnenkort verkaveld zal worden. Dit deel van het terrein werd vorig jaar helemaal opgemeten met een totaalstation in het kader van het multidisciplinair project van het masterjaar INWE landmeten (Hogeschool Gent). Zowel de meet- als verwerkingstijd zijn gekend. Bovendien zijn ook alle plannen en berekeningen zowel digitaal als op papier beschikbaar. Dit maakt dit project geschikt als basis voor één van de gevalstudies. Voor de tweede casestudie werd gekozen voor het Belfort van Brugge. Laserscanning is immers (naast fotografie) het middel bij uitstek om historische gebouwen te documenteren. Vaak bezitten deze gebouwen nog niet de rechtlijnigheid van de hedendaagse architectuur, waardoor deze structuren vol bogen, fijne details en vaak kromgetrokken muren moeilijk documenteerbaar zijn met fotogrammetrie of totaalstations. Om de kracht van laserscanning voor deze toepassing aan te tonen, werd een historisch gebouw gezocht dat enkele uitdagingen bezat, maar toch in grote mate kon opgemeten worden binnen de tijdspanne van een week. Via contacten met de stadsdiensten van Brugge werd gekozen voor het belfort. Verder werden nog enkel andere gevalstudies uitgevoerd die telkens in een ander aspect van het beroep van landmeter-expert aan bod komen en nog niet aan bod kwamen in de vorige gevalstudies. Zo werden onder andere een deel van de campus Schoonmeersen van Hogeschool Gent opgemeten en gevisualiseerd, werden de vervormingen op stalen platen als gevolg van explosies gevisualiseerd en werden lengte- dwarsprofielen gegenereerd van een weg. Bij de verwerking van de data werd gebruik gemaakt van software van verschillende producenten: Cyclone, Cyclone II Topo en Cloudworx (Leica), RealWorks (Trimble), AutoCad (Autodesk), Pointools (Pointools Ltd) Verklaring keuze van de casestudies 2

7 Casestudie 1: Elsbos Dendermonde Situering van het studiegebied Het studiegebied bevindt zich in het oosten van de stad Dendermonde. Deze stad is gelegen in de driehoek Gent-Antwerpen-Brussel en kent een oppervlakte van 5515 ha. De stad maakt deel uit van de provincie Oost-Vlaanderen en het arrondissement Dendermonde. Buurgemeenten zijn kloksgewijs Zele, Hamme, Buggenhout, Lebbeke, Aalst, Lede, Wichelen en Berlare. Dendermonde is opgebouwd uit acht deelgemeenten: Appels, Baasrode, Dendermonde, Grembergen, Mespelare, Oudegem, Schoonaarde en Sint-Gillis. 3

8 PLATO Project Laserscanning: Technologische kennisoverdracht Figuur 1: Kaart met situering van het gebied Elsbos in de regio (Bron: Studiebureau VDS planning en Stad Dendermonde) Ten zuiden van het studiegebied bevindt zich de spoorlijn Mechelen-Dendermonde. Langs het oosten, kennen. Dit gebied is ruimtelijk volledig opgenomen binnen de verstedelijkte ruimtelijke structuur van de kern Sint-Gillis. noorden en westen is deze site omgeven door verschillende woonstraten die een vrij dichte bebouwing 4

9 PLATO Project Laserscanning: Technologische kennisoverdracht Ten Oosten van het gebied bevindt zich de drukke gewestweg N41 e het bedrijventerrein Hoogveld. Figuur 2: Kaart met situering van het gebied Elsbos in zijn omgeving (Bron: Studiebureau VDS planning en Stad Dendermonde) 5

10 PLATO Project Laserscanning: Technologische kennisoverdracht Figuur 3: foto van het gebied Elsbos te Dendermonde Meetproces Meetproces met totaalstation De opmetingen met het totaalstation werden uitgevoerd door twee studenten van master in de Industriele Wetenschappen Landmeten met een totaalstation van het type Pentax R300X. Figuur 4: Pentax R300X Figuur 5: Prisma Voor de opmetingen werd een veelhoek gelegd. Het totaalstation werd daarna opgesteld op de verschillende veelhoekpunten om zo het hele terrein in detail op te meten. Hierbij werd gericht op een Bij de opmetingen werden er codes toegevoegd aan de punten. Hierbij werd gebruik gemaakt van de GRB-codering. prisma dat op een valstok bevestigd werd. 6

11 De opmetingen werden gespreid over verscheidene vrijdagen en zaterdagen. De totale opmeettijd bedroeg vijf dagen voor een oppervlakte van 12 ha Meetproces met laserscanning De opmetingen met de laserscanner werden uitgevoerd door het PLATO-team. Hierbij werd gebruik gemaakt van de Leica ScanStation C10 en HDS 6" ronde targets van Leica Figuur 6: Leica ScanSation C10 Figuur 7: 6" rond target (Leica) Tijdens het opmeten werd gebruik gemaakt van de optie traverse wat betekent dat voor de positionering van de laserscanner (en bijgevolg ook de resulterende puntenwolken) dezelfde werkwijze gehanteerd wordt als bij gebruik van een totaalstation. Als eerste opstelpositie met het bijhorend backsight punt werd gebruik gemaakt van 2 punten van de veelhoek aangelegd door de studenten. Het voordeel hiervan is dat zo in hetzelfde lokaal assenstelsel gewerkt wordt wat de vergelijking van de resultaten van beide meetcampagnes vereenvoudigt. Bovendien werden behalve de targets nodig voor de traverse ook telkens 3 extra gemeenschappelijke targets gebruikt om (indien nodig) ook een registratie op basis van targets mogelijk te maken. Tijdens de meting werd eveneens een veelhoek gelegd, waarvan drie punten samenvallen met punten uit de veelhoek die door de studenten werd aangelegd ten behoeve van hun opmeting met een totaalstation. De opmetingen werden op een namiddag en avond uitgevoerd en namen in totaal ongeveer zeven uur in beslag. Hierbij moet wel opgemerkt worden dat bij deze meting slechts 6,11 ha werd opgemeten. Dit is de helft van de 12 ha die opgemeten werd met het totaalstation. Aangezien voor laserscanning geen omgevingslicht nodig is, kon de hele metingen op één dag afgewerkt worden. Dat zorgt voor een 7

12 P L A T O Project Laserscanning: Technologische kennisoverdracht besparing op de verplaatsingskosten en maakt het verzekeren van de veelhoekspunten nodig om de traverse te sluiten overbodig. Figuur 8: Onbewerkte geregistreerde scan van Elsbos te Dendermonde Evenals bij totaalstations en prisma's moet er bij gebruik van een veelhoek tijdens een opmeting met de laserscanner steeds op gelet worden dat de juiste tussenstukken, die bij de scanner horen, gebruikt worden om de targets op een statief te plaatsen. Indien dit niet gedaan wordt, ontstaat er een hoogteverschil tussen de scanner en de targets en is de kans op een fout in de hoogte veel groter Verwerkingsfase Verwerkingsfase van opmeting met totaalstation Voor de verwerking van de opmeting met het totaalstation werd door de twee studenten gebruik gemaakt van Pythagoras en AutoCAD. De coördinatenlijst werd uitgelezen uit het totaalstation en geïmporteerd in Pythagoras. Aangezien gebruik gemaakt werd van de GRB-codering tijdens de opmeting, werd een groot deel van het plan automatisch getekend. Dit plan werd dan verder afgewerkt tot een plan van bestaande toestand. 8

13 Figuur 9: plan bestaande toestand bekomen door opmeting met totaalstation Daarnaast werd er ook een lijst gemaakt met de coördinaten van alle hoekpunten van de percelen en ook alle oppervlakten van de percelen werden vermeld. De verwerkingstijd van de opmeting met een totaalstation wordt op 1 dag geschat. Aangezien een groot deel van het plan automatisch gegenereerd werd, nam de verwerking van de opmeting met het totaalstation niet zo veel tijd in beslag Verwerkingsfase van opmeting met laserscanner De verwerking van de opmeting van laserscanning gebeurde in Cyclone, Cyclone II Topo, AutoCAD en Pythagoras. In Cyclone werd de registratie automatisch uitgevoerd, omdat bij de opmeting gebruik gemaakt werd van traverse. Er werd ter controle ook een registratie gedaan aan de hand van de gemeenschappelijke targets tussen de verschillende scans, target-to-target registratie dus. In de bekomen scanworld werd het ruis verwijderd. Dit was niet zo veel werk aangezien er niet veel verkeer was op de wegen grenzend aan het terrein. Daarna werd vanuit Cyclone van de scanworld een Cyclone II Topo work file gemaakt. In Cyclone II Topo kon dan het plan van bestaande toestand getekend worden, waarna de lijnen geëxporteerd werden naar een dxf bestand om vervolgens verder afgewerkt te worden met Pythagoras. Er werd eveneens een lijst gegenereerd met de coördinaten van de hoekpunten en de oppervlakte van de percelen. 9

14 Figuur 10: plan bestaande toestand bekomen door opmeting met laserscanning De verwerking van de opmeting met de laserscanner duurde ongeveer 4 dagen, met verwijderen van de ruis en tekenen van plan inbegrepen. Deze verwerking nam dus meer tijd in beslag dan de verwerking van de opmeting met het totaalstation. Dat is het gevolg van het feit dat alles hier handmatig moest getekend worden. 10

15 3.1.4 Vergelijking tussen meting met totaalstation en laserscanning Om de meting uitgevoerd met het totaalstation te vergelijken met de meting met de laserscanning werden de twee bekomen plannen van bestaande toestand op elkaar gelegd. De lijnen van het plan bekomen uit de meting met het totaalstation werden in het blauw gezet. Het plan verkregen uit de meting met de laserscanning werd in de originele kleuren gehouden. In Figuur 11 is het resultaat te zien. Figuur 11: plan voor vergelijking meting met totaalstation en laserscanning De grootste afwijking werd bepaald aan de hand van duidelijk definieerbare terreinelementen (zoals de spoorstaven, een paaltje, ). De maximale afwijking bij de paaltjes van afsluitingen is 0,355m en bij de spoorstaven is dit 0,335m. Met de laserscanner is niet het hele gebied van 10 ha opgemeten. Dit was een bewuste keuze omdat dit geen meerwaarde bood in de vergelijking van de verschillende methodes. De voordelen van de opmeting met het totaalstation ten opzichte van de laserscanning zijn: - Er kan zelf bepaald worden welke specifieke punten er opgemeten worden. Zo kan bijvoorbeeld een hoekpunt van een terrein met een totaalstation wel exact opgemeten worden, terwijl dit bij laserscanning meestal niet kan. In voorliggend geval was dit geen probleem omdat het hier vooral weiland en akkers betrof. - De punten die gemeten worden liggen altijd echt op de bodem. Wanneer er een grasveld opgemeten wordt, zal de punt van de valstok op de bodem gezet worden. Bij het gebruik van laserscanning daarentegen worden de toppen van de grassprietjes gemeten en zal de bodem zelf niet gemeten worden. Hierdoor zal er een verschil in hoogte bekomen worden tussen de meting met het totaalstation en de meting met de laserscanner. 11

16 - Bij een opmeting met het totaalstation kan er een code ingevoerd worden bij elk opgemeten punt. Aan de hand van deze codering wordt een deel van het plan reeds automatisch getekend. Hierdoor is de verwerkingstijd lager dan bij het gebruik van laserscanning. Hoewel in de gebruikte software reeds een aantal tools voorzien zijn om het tekenwerk te vereenvoudigen, blijft het tekenwerk toch hoofdzakelijk een arbeidsintensief werk. Bovendien moet eerst handmatig de ruis verwijderd te worden. De voordelen van opmeting met laserscanning ten opzichte van opmeting met het totaalstation zijn: - Met een laserscanner wordt direct alle nodige data gescand. Wanneer tijdens de verwerking blijkt dat nog extra gegevens nodig zijn, kunnen deze bekomen worden uit de bestaande scandata. Het is hierbij uiteraard belangrijk dat bij de planning van de meetcampagne voldoende aandacht besteed wordt aan onder andere het bepalen van de gewenste resolutie. Bij opmeting met een totaalstation daarentegen, moet er voor extra data teruggekeerd worden naar het terrein om extra metingen uit te voeren, wat niet altijd mogelijk is (de terreintoestand kan al gewijzigd zijn door bijvoorbeeld afbraak, nieuwbouw, graafwerken, ), maar zeker altijd een meerkost betekent. - Het is mogelijk om in het donker te meten met een laserscanner. Wanneer een meting nog niet afgewerkt is als de nacht valt, kan deze dus gewoon verder gezet worden omdat niet gericht wordt op specifieke punten. Bij een totaalstation kan in theorie zonder omgevingslicht gemeten worden, maar in de praktijk wordt dit niet toegepast omdat niet het meetprincipe, maar de zichtbaarheid de beperkende factor is. - De meettijd van een meting met een laserscanner is veel korter dan bij gebruik van een totaalstation. 12

17 3.2 Casestudie 2: Belfort Brugge Situering van het studiegebied Het belfort van Brugge, ook wel de Halletoren genoemd, bevindt zich op de Grote Markt van Brugge. Figuur 12: Aanduiding Brugge op kaart 13

18 Figuur 13: Aanduiding Belfort op kaart van Brugge Meetproces Voorbereiding De toren van het belfort is 83 meter hoog, de hallen zijn 44 meter breed en 84 meter diep. De binnenkoer en de toren zijn overdag vrij toegankelijk. Door een voortdurende belangstelling van toeristen is het moeilijk om overdag een vrij gezichtsveld te hebben, waardoor de lage delen van het belfort zoveel mogelijk 's morgens vroeg of in de late middag werden gescand. Om binnenin de hallen te scannen en eventueel ook een kamer in de toren mee te nemen, werd toestemming gevraagd aan de verantwoordelijken van het Belfort zodat we deze overdag of na sluitingsuur konden scannen. Bij de verkenning werden alle nodige opstelpunten in kaart gebracht en werd ook beslist waar de klemtoon ging liggen van de opmeting. Het aantal opstelpunten werd geschat op 34, waarbij de opeenvolgende scans telkens met elkaar verbonden werden door minstens 4 targets en die ook nog eens onderling gekoppeld waren d.m.v. een veelhoek nauwkeurig opgemeten met een totaalstation. Tijdens 14

19 de meting werd dit aantal teruggebracht op 27 opstelpunten, namelijk 18 buiten rond het Belfort en op de binnenkoer, 8 in de hallen en 1 in de schatkamer. De toren werd in de hoogte in 3 delen onderverdeeld om er zo voor te zorgen dat de resolutie van het geheel voldoende homogeen is. Figuur 14: Opdeling toren om homogene resolutie te bekomen In de praktijk werd de resolutie ingesteld volgens de afstand naar het middelste punt uit de zone. Na testen blijkt dit: 1cm op 12m, 1cm op 38m en 1cm op 70m te zijn. Van de schatkamer die zich in de toren bevindt, werd ook de binnenkant opgemeten.aangezien er in de muren geen openingen zijn waarlangs via gemeenschappelijke targets een koppeling met de buitenkant kon gemaakt worden, was de enige mogelijkheid die koppeling tot stand te brengen via de wenteltrap. Dit gebeurde met een totaalstation om dat dit toestel gemakkelijker te hanteren was op de smalle trap en dit ook de nauwkeurigheid zou ten goede komen. 15

20 Uitvoering opmeting Van het belfort werden de buitenzijde, de binnenkoer en de hallen op de eerste verdieping opgemeten van maandag 21 t.e.m. vrijdag 25 maart 2011 en op maandag 28 maart De opmeting werd hoofdzakelijk uitgevoerd door Sara De Clerck en Lieselot Christiaen, m.b.v. een scanner (Leica C10), een totaalstation (Pentax), 8 driepoten, 4 spiegels, 8 targets en een aantal meetnagels. Figuur 15: Leica ScanSation C10 Figuur 16: 6" rond target (Leica) Op maandag 21 maart 2011 werd de veelhoek gelegd rond en in het gebouw en werd deze opgemeten met het totaalstation. Na vereffening zou de rest van het meetwerk gebaseerd worden op deze veelhoekscoördinaten. Op onderstaande luchtfoto van het Belfort werden de veelhoekspunten aangeduid. 16

21 Figuur 17: Aanduiding veelhoekspunten 17

22 Figuur 18: Detail veelhoekspunten op binnenkoer Belfort 18

23 Figuur 19: Foto's van tijdens opmeting veelhoek Aangezien geen GPS gebruikt werd, zijn de coördinaten van de veelhoekspunten lokaal. Deze lokale coördinaten zijn echter eenvoudig om te zetten naar Lambertcoördinaten, indien 2 veelhoekspunten opgemeten worden met GPS. Figuur 20: Foto van scanner met Belfort op achtergrond De dag erop, 23 maart 2011, werd gestart met de scanner in scanpositie 1 (SC1) en werd de toren (in 3 fases) ingescand. Eens dit klaar was, werden de targets ingemeten die overal verspreid waren tussen de eerste en de volgende opstelpositie. De targets werden verspreid in de zichtbare ruimte en werden op variërende hoogtes geplaatst. Ze werden altijd met een nauwkeurige targetscan ingemeten vlak voor de scanner verplaatst werd naar het volgende opstelpunt. Daar werden ze eerst ingescand voor de algemene scans gestart werden. Op die manier konden beter gegarandeerd worden dat de targets niet verplaatst werden door geïnteresseerde toeristen. 19

24 Figuur 21: Aanduiding scanposities (SC) en targets (a-z) 20

25 Figuur 22: Aanduiding scanposities (SC) en targets aa-as op binnenkoer 21

26 De volledige buitenzijde was na 3,5 dagen helemaal ingescand, waarna de binnenzijde van de hallen op de eerste verdieping werd ingescand. De koppeling kon eenvoudig gemaakt worden door te starten op het balkon van waaruit de targets op de binnenkoer goed zichtbaar waren. De hallen worden overkoepeld door een dak met een prachtig houten gebinte. Om dit volledig in detail in te scannen, was er echter te weinig tijd, waardoor vooral gefocust werd op de data noodzakelijk voor het genereren van grondplannen. Er werden echter voldoende opstelpunten genomen en er werd nog steeds gescand met een resolutie van 1 cm horizontaal en verticaal, waardoor verdere modellering zeker mogelijk is. Figuur 23: Aanduiding scanposities (SC) en targets ba-ca in hallen 22

27 Figuur 24: Foto van een stuk van de Hallen op de eerste verdieping Tenslotte werd de binnenkant van de schatkamer gescand. Vanwege de toeristen werd dit uitgevoerd na de openingsuren. Er werd besloten om met het totaalstation de verbinding te maken tussen de scans van op de binnenkoer en de scan van de schatkamer. Hiervoor werd het totaalstation buiten op het balkon opgesteld en werd de positie van het totaalstation hier bepaald ten opzichte van de vaste punten van targets op de binnenkoer. Daarna werd via verschillende opstelpunten in de inkomhal en de trappenhal een heen- en terugmeting uitgevoerd naar de schatkamer en dus terug naar het eerste punt op het balkon. Hierbij werd in de heen- en terugmeting gebruikt gemaakt van dezelfde opstelpunten door de statieven met stelschroeven blok te laten staan. Aangezien de trap vol kwam te staan met statieven, werd eerst de scanner langs de wenteltrap naar boven gedragen, zodat het scannen en de heen- en terugmeting gelijktijdig konden gebeuren.. Er werd een grote sluitfout bekomen bij deze meting. Wanneer de resultaten bekeken werden, kon vastgesteld worden dat deze fout bij de eerste 2 spiegels gemaakt werd. Deze 2 spiegels bevonden zicht op het balkon en in de inkomhal van het Belfort. Daar liepen nog andere mensen rond. Aangezien wij deze spiegels niet in het oog konden houden, is het mogelijk dat er iemand tegen het statief is gelopen. Er waren ook fouten nog enkele mm-fouten in de andere punten in de trappenhal. Deze fouten zijn een gevolg van de volgende moeilijkheden: De wenteltrap was zeer smal, waardoor de statieven tegen de buitenzijde geplaatst werden en het niet evident was om door de kijker te kijken. 23

28 De treden waren glad, maar door de vorm was het niet mogelijk om sterren te plaatsen. Rubberen voetjes waren eventueel een oplossing geweest. Er kon maar na sluitingstijd begonnen worden met de meting en al het materiaal moest voor een bepaald tijdstip terug uit de toren zijn, waardoor de tijdsdruk groot was en een iets minder nauwkeurige meting niet kon opnieuw gebeuren binnen het ons toegekende tijdsvenster. Door enkel de heenmeting, waarin de fouten miniem waren, te gebruiken kon de scan alsnog gekoppeld worden met de andere puntenwolken. Figuur 25: Foto's van opmeting in toren en schatkamer 24

29 3.2.3 Verwerkingsfase Registratie Eerst werden de verschillende scans die op 1 dag gemaakt werden per dag aan elkaar gekoppeld. Dit kon makkelijk en snel gebeuren via target-to-target registratie, omdat er steeds voldoende targets ingezet werden. De bekomen fouten bij deze registratie lagen altijd ruim onder 1 cm. Daarna werden de geregistreerde scans van de verschillende dagen aan elkaar gekoppeld. Hiervoor werden volgende methoden gebruikt: target-to-target registratie eerste methode: target-to-target registratie voor 23, 24, 25 en 28 maart gecombineerd met cloud-to-cloud registratie voor 22 maart, in 2 afzonderlijke registraties tweede methode: target-to-target registratie voor 23, 24, 25 en 28 maart gecombineerd met cloud-to-cloud registratie voor 22 maart, in één registratie cloud-to-cloud registratie: voor scans van 22, 23, 24, 25 en 28 maart combinatie van target-to-target registratie en cloud-to-cloud registratie in één registratie target-to-target registratie voor 23, 24, 25 en 28 maart cloud-to-cloud registratie voor 22, 23, 24, 25 en 28 maart De fouten bekomen bij deze verschillende registraties werden vervolgens met elkaar vergeleken om tenslotte verder te werken met het meest nauwkeurige resultaat. Target-to-target - Eerste methode Hierbij werd dus een target-to-target registratie toegepast om de scans van 23, 24, 25 en 28 maart aan elkaar te koppelen. De targets werden boven een nagel opgesteld en de hoogte werd steeds opgemeten, zodat de dag erna de targets opnieuw boven die nagels konden opgesteld worden. Wanneer de hoogte dan opnieuw ingemeten werd, kon een target-to-target registratie uitgevoerd worden tussen de scans van verschillende opeenvolgende dagen. Hiervoor moesten wel de opgemeten hoogtes ingegeven worden in Cyclone. Wanneer deze registratie uitgevoerd werd, werd gezien dat er bij target ao een grote fout optrad die waarschijnlijk te wijten is aan een foute opstelling. Dit target werd dan ook uitgeschakeld voor de registratie. Dit vormt geen enkel probleem aangezien er steeds zeker 4 gemeenschappelijke targets voorzien waren. 25

30 Figuur 26 toont de bekomen residuele fouten. Figuur 26: Bekomen fouten bij target-to-target registratie (methode 1) Daarna moesten ook nog de scans van 22 maart aan de geregistreerde scans van de andere dagen gekoppeld worden. Omdat de hoogtes van de targets op de eerste dag niet genoteerd werden, kon dit niet met een target-to-target registratie gebeuren. Daarom werd dit gedaan met een cloud-to-cloud registratie. Bij deze methode gebeurde deze cloud-to-cloud registratie in een nieuwe registratie, gescheiden van de target-to-target registratie dus. Hierbij werden 5 gemeenschappelijke punten aangeduid in beide scans. In Figuur 27 is te zien dat de residuele fout slechts 1mm bedraagt. Figuur 27: Bekomen fouten bij cloud-to-cloud registratie (methode 1) Om nog eens extra te controleren wat de bekomen afwijkingen waren, werden ook nog eens de coördinaten van de targets met elkaar vergeleken. Hierbij worden dus de coördinaten van de targets uit de geregistreerde puntenwolk in Cyclone gehaald en dan worden de coördinaten van de verschillende dagen van eenzelfde target vergeleken. Deze targets zijn boven dezelfde vaste punten opgesteld op de verschillende dagen en zouden dus normaal dezelfde coördinaten moeten hebben. Om de z- coördinaten te kunnen vergelijken, moet er natuurlijk rekening gehouden worden met de verschillende opstelhoogtes op de verschillende dagen. Hierbij moet nog opgemerkt worden dat de opstelhoogtes al tijdens de opmetingen in de scanner kunnen ingegeven worden. Indien dit gedaan wordt, is het moge- 26

31 lijk gewoon de z-waarden van de targets te vergelijken. Aangezien van deze targets de opstelhoogte op de eerste dag niet gekend is, is het onmogelijk de z-waarde te vergelijken van target l, m en n. Tabel 1: Verschil tussen coördinaten van targets na cloud-to-cloud registratie l x (m) y (m) 1017, , , ,008 verschil (m) 0,005 0,004 m x (m) y (m) 1027, , , ,887 verschil (m) 0,007 0,002 n x (m) y (m) 1025, , , ,761 verschil (m) 0,007 0,001 - Tweede methode Hierbij werd eveneens een target-to-target registratie toegepast voor de scans van 23, 24, 25 en 28 maart en een cloud-to-cloud registratie om de scans van 22 maart aan de scans van de andere dagen te hangen. Het verschil met de eerste methode is echter dat deze registraties allemaal in één registratie gebeurden. Voor de cloud-to-cloud registratie werden 5 gemeenschappelijke punten aangeduid tussen de scans van 22 en die van 23 maart en ook nog eens 5 gezamenlijke punten tussen de scans van 22 en 24 maart. Figuur 28 toont de residuele fouten bij deze registratie, welke dus niet hoger zijn dan 5mm. 27

32 Figuur 28: Bekomen fouten bij target-to-target (23, 24, 25 en 28/03) en cloud-to-cloud (22/03) registratie Zoals te zien is in deze figuur zijn de targets l, m en n uitgeschakeld. Dit is omdat de hoogtes van de eerste dag niet gekend waren. In de laatste kolom kan inderdaad geconstateerd worden dat de fouten bij deze targets zich in de hoogte (z-waarde) bevinden. Daarnaast is hier ook weer target ao uitgeschakeld en dit om dezelfde reden als bij de eerste methode. Ook hier werden de coördinaten van de targets l, m en n nog eens vergeleken (zie Tabel 2), zodat hier ook een idee gevormd kan worden van de afwijkingen hierop. De verschuiving is ook voor deze targets in x en y lager dan 5 mm. 28

33 Tabel 2: Verschil tussen coördinaten targets na cloud-to-cloud en target-to-target registratie l x (m) y (m) 1017, , , ,008 verschil (m) 0,001 0,004 m x (m) y (m) 1027, , , ,887 verschil (m) 0,003 0,001 n x (m) y (m) 1025, , , ,761 verschil (m) 0,003 0,001 29

34 Cloud-to-cloud Bij deze methode werden alle scans van de verschillende dagen aan elkaar gehangen door gebruik te maken van een cloud-to-cloud registratie. Hiervoor werd gekeken welke scans een voldoende grote overlap hebben met andere scans. Hieronder wordt een overzicht gegeven van de overlap tussen de verschillende scans en er wordt ook tussen haakjes bij vermeld hoeveel gemeenschappelijke punten er aangeduid werden. 22/03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ Geen overlap Geen overlap 23/03/ Geen overlap Geen overlap 24/03/ /03/2011 Geen overlap Geen overlap /03/2011 Geen overlap Geen overlap 5 6 Scan van 22/03/2011 heeft overlap met scan van 23/03/2011 (5 gemeenschappelijke punten) scan van 24/03/2011 (5 gemeenschappelijke punten) Scan van 23/03/2011 heeft overlap met scan van 22/03/2011 (5 gemeenschappelijke punten) scan van 24/03/2011 (5 gemeenschappelijke punten) Scan van 24/03/2011 heeft overlap met scan van 22/03/2011 (5 gemeenschappelijke punten) scan van 23/03/2011 (5 gemeenschappelijke punten) scan van 25/03/2011 (6 gemeenschappelijke punten) scan van 28/03/2011 (5 gemeenschappelijke punten) Scan van 25/03/2011 heeft overlap met scan van 24/03/2011 (6 gemeenschappelijke punten) scan van 28/03/2011 (6 gemeenschappelijke punten) Scan van 28/03/2011 heeft overlap met scan van 24/03/2011 (5 gemeenschappelijke punten) scan van 25/03/2011 (6 gemeenschappelijke punten) 30

35 In Figuur 29 is te zien wat de bekomen fouten zijn bij deze registratie. Figuur 29: Bekomen fouten bij cloud-to-cloud registratie Hier werden eveneens de coördinaten van de targets nog eens vergeleken op dezelfde manier als eerder beschreven werd, zodat hier ook een idee gevormd kan worden van de afwijkingen hierop. Om het verschil in hoogte te kunnen vergelijken, werd ook hier het verschil tussen de z-waarden vergeleken met het verschil in opstelhoogte. Bij de targets l, m en n was dit dus, zoals eerder al vermeld werd, niet mogelijk. Tabel 3: Verschil tussen coördinaten targets na cloud-to-cloud registratie l x (m) y (m) z (m) opstelhoogte target (m) 23/mrt 1017, ,010 11,903 / 22/mrt 1017, ,008 12,005 1,607-0,102 / verschil (m) -0,004 0,002 / m x (m) y (m) z (m) opstelhoogte target (m) 22/mrt 1027, ,886 11,876 / 23/mrt 1027, ,888 11,848 1,500 0,028 / verschil (m) 0,005-0,002 n x (m) y (m) z (m) opstelhoogte target (m) 23/mrt 1025, ,759 11,929 / 22/mrt 1025, ,763 11,967 1,537 0,038 / verschil (m) -0,009-0,004 / u x (m) y (m) z (m) opstelhoogte target (m) 23/mrt 1051, ,121 12,093 1,790 24/mrt 1051, ,121 12,186 1,884-0,093-0,094 verschil (m) 0,004 0,000 0,001 31

36 v x (m) y (m) z (m) opstelhoogte target (m) 23/mrt 1047, ,676 12,065 1,405 24/mrt 1047, ,677 12,497 1,854 0,432 0,449 verschil 0,004 0,001 0,017 w x (m) y (m) z (m) opstelhoogte target (m) 24/mrt 1032, ,717 12,206 1,788 23/mrt 1032, ,716 12,250 1,769 0,044 0,019 verschil 0,010 0,001 0,025 ak x (m) y (m) z (m) opstelhoogte target (m) 24/mrt 1028, ,509 11,631 1,657 25/mrt 1028, ,510 11,815 1,845-0,184-0,188 verschil (m) -0,007-0,001 0,004 al x (m) y (m) z (m) opstelhoogte target (m) 24/mrt 1035, ,169 12,147 1,642 25/mrt 1035, ,172 12,353 1,848-0,206-0,206 verschil (m) 0,002-0,003 0,000 al x (m) y (m) z (m) opstelhoogte target (m) 24/mrt 1035, ,169 12,147 1,642 28/mrt 1035, ,169 12,185 1,682-0,038-0,04 verschil (m) -0,003 0,000 0,002 al x (m) y (m) z (m) opstelhoogte target (m) 25/mrt 1035, ,172 12,353 1,848 28/mrt 1035, ,169 12,185 1,682 0,168 0,166 verschil (m) -0,005 0,003 0,002 am x (m) y (m) z (m) opstelhoogte target (m) 24/mrt 1042, ,011 12,046 1,798 25/mrt 1042, ,010 11,852 1,605 0,194 0,193 verschil (m) 0,004 0,001 0,001 32

37 am x (m) y (m) z (m) opstelhoogte target (m) 24/mrt 1042, ,010 12,074 1,798 28/mrt 1042, ,012 12,051 1,780 0,023 0,018 verschil 0,002 0,002 0,005 am x (m) y (m) z (m) opstelhoogte target (m) 25/mrt 1042, ,011 11,875 1,605 28/mrt 1042, ,012 12,051 1,780 0,176 0,175 verschil 0,001 0,001 0,001 an x (m) y (m) z (m) opstelhoogte target (m) 24/mrt 1029, ,588 11,596 1,499 25/mrt 1029, ,590 11,701 1,604-0,105-0,105 verschil (m) 0,002-0,002 0,000 an x (m) y (m) z (m) opstelhoogte target (m) 24/mrt 1029, ,588 11,596 1,499 28/mrt 1029, ,587 11,762 1,667-0,166-0,168 verschil (m) -0,002 0,001 0,002 an x (m) y (m) z (m) opstelhoogte target (m) 25/mrt 1029, ,590 11,701 1,604 28/mrt 1029, ,587 11,762 1,667-0,061-0,063 verschil (m) -0,004 0,003 0,002 ao x (m) y (m) z (m) opstelhoogte target (m) 28/mrt 1037, ,406 11,924 1,870 25/mrt 1037, ,538 12,039 1,747-0,115 0,123 verschil (m) -0,032-0,132-0,238 Er is weer te zien dat de afwijkingen bij target ao groot zijn, wat dus nog eens duidelijk maakt dat er daar een opstelfout is gebeurd. 33

38 Combinatie cloud-to-cloud en target-to-target registratie Bij deze methode werd de target-to-target registratie, die gebruikt werd om de scans van 23, 24, 25 en 28 maart aan elkaar te koppelen, gecombineerd met de cloud-to-cloud registratie, toegepast op de scans van 22, 23, 24, 25 en 28 maart. Dit alles gebeurde in één registratie. Zowel de target-to-target als de cloud-to-cloud registratie gebeurde zoals hierboven al beschreven werd. Voor de cloud-to-cloud registratie werd gebruik gemaakt van hetzelfde aantal gemeenschappelijke punten, zoals eerder al aangegeven. In Figuur 30 worden de bekomen fouten weergegeven. Er kan afgeleid worden dat de bekomen fouten niet hoger liggen dan 5mm. Figuur 30: Bekomen fouten bij combinatie van target-to-target en cloud-to-cloud registratie Ook bij deze registratiemethode werden de coördinaten van de targets vergeleken, zodat een idee gevormd kan worden van de fouten hierop. Aangezien hier ook met target-to-target registratie gewerkt werd, kan dit enkel gedaan worden voor de targets l, m en n. Hierbij kon dus enkel de afwijking in de x- en y-richting berekend worden. 34

39 P L A T O Project Laserscanning: Technologische kennisoverdracht Tabel 4: Verschil tussen coördinaten targets bij combinatievan target-to-target en cloud-to-cloud registratie l x (m) y (m) 22/mrt 1017, ,008 23/mrt 1017, ,012 verschil (m) -0,002-0,004 m x (m) y (m) 22/mrt 1027, ,887 23/mrt 1027, ,888 verschil (m) -0,003-0,001 n x (m) y (m) 22/mrt 1025, ,761 23/mrt 1025, ,762 verschil (m) -0,004-0,001 Gemaakte keuze Rekening houdend met alle bekomen fouten werd er beslist om verder te werken met de laatste registratiemethode, de combinatie van target-to-target en cloud-to-cloud registratie. De hele registratie heeft ongeveer 5 dagen geduurd, inclusief de registratie van de schatkamer. Hierbij moet wel opgemerkt worden dat wanneer de registratie door een meer ervaren iemand zou gedaan worden, dit minder tijd in beslag zou nemen. Registratie schatkamer Zoals reeds eerder gezegd kon de registratie van de schatkamer gebeuren met behulp van de heenmeting naar de schatkamer met het totaalstation. Eerst werd dus het bestand met de coördinaten van de heenmeting en van de targets in de schatkamer, opgemeten met het totaalstation, ingeladen in een nieuwe scanworld in Cyclone. Aan dit bestand kon dan de schatkamer geregistreerd worden door een target-to-target registratie toe te passen. Hierbij werd het bestand met de coördinaten als basisbestand genomen, zodat de schatkamer in het lokaal assenstelsel, waarin ook de andere scans gebeurd waren, werd gezet. De afwijkingen bekomen bij deze registratie worden in Figuur 31 weergegeven. 35

40 P L A T O Project Laserscanning: Technologische kennisoverdracht Figuur 31: Bekomen fouten bij target-to-target registratie van de schatkamer met de coördinaten van de heenmeting naar de schatkamer met het totaalstation Aangezien de scan van de schatkamer in hetzelfde lokaal assenstelsel, waarin ook de andere scans van het Belfort gebeurden, staat, kan de scan van de schatkamer gekopieerd en geplakt worden in de scan met alle andere scans samen. Er kon vastgesteld worden dat de scan van de schatkamer inderdaad in de toren en op de juiste hoogte terechtkwam. Dit is echter niet de beste manier van werken. Beter was geweest dat er vanuit de schatkamer een rechtstreekse verbinding kon gemaakt worden met de vaste punten op de binnenkoer van het Belfort, bijvoorbeeld een nagel die door het raam zichtbaar was vanuit de schatkamer. Dit was hier echter niet mogelijk. Wat wel een mogelijkheid was geweest, is het opmeten van minimum drie vaste punten op de binnenkoer met het totaalstation. Dit zou het mogelijk gemaakt hebben de schatkamer aan de opmeting met het totaalstation te hangen door target-to-target registratie a.d.h.v. de targets in de schatkamer. En er kon dan ook een target-to-target registratie gedaan worden tussen de opmeting met het totaalstation en de scans van de binnenkoer, a.d.h.v. de vaste punten op de binnenkoer. Waardoor de schatkamer dus op correcte wijze aan de andere scans zou kunnen toegevoegd worden. Er was echter onvoldoende tijd om de meting opnieuw uit te voeren, rekening houdend met bovenstaande mogelijkheid. Deze mogelijkheid kan echter een goeie tip zijn voor gelijkaardige opmetingen. De volledige registratie heeft niet zo veel tijd in beslag genomen. Wanneer we ook het testen van de registratiemethoden meerekenen heeft de registratie hooguit 5 werkdagen geduurd. 36

41 P L A T O Project Laserscanning: Technologische kennisoverdracht Verwerking met Cloudworx Leica Cloudworx 4.1 voor AutoCAD is een plug-in voor het gebruik van puntenwolken rechtstreeks in AutoCAD. Bij de verwerking met Cloudworx werd de puntenwolk, bekomen met de laatste registratiemethode, ingeladen in Cloudworx. Eerst werd er een vooraanzicht gemaakt. Hiervoor werd er eerst voor gezorgd dat op het bovenaanzicht de x-as gelijk kwam te liggen met de voorgevel. Daarna werd het stuk rond de voorgevel en het voorste stuk van de toren geïsoleerd van de volledige scan. Deze doorsnede is te zien in Figuur 32. Door deze doorsnede te maken, wordt het makkelijker om de voorgevel te tekenen. Omdat dan enkel de punten van de voorgevel te zien zijn en er geen verwarring kan zijn met achterliggende punten. Figuur 32: voorbeeld van doorsnede voor voorgevel 37

42 P L A T O Project Laserscanning: Technologische kennisoverdracht Door dan te switchen naar het vooraanzicht van deze doorsnede kon begonnen worden met het tekenen van het vooraanzicht van het Belfort. Het tekenen van de aanzichten werd in 2D uitgevoerd. Figuur 33: Beeld uit Cloudworx met het 2D plan van de toren, getekend op de puntenwolk Het is onmiddellijk duidelijk dat via deze weg veel meer details in het 2D-plan opgenomen worden dan zou mogelijk zijn op basis van opmetingen met een totaalstation. 38

43 Figuur 34: Voorbeeld van hoge graad van detail bij het gebruik van laserscanning 39

44 Figuur 35: Volledig vooraanzicht Belfort Brugge, getekend in Cloudworx 40

45 Op dezelfde wijze als bij het vooraanzicht werd ook een achteraanzicht getekend met behulp van Cloudworx. Figuur 36: Beeld van het achteraanzicht, getekend op de puntenwolk Figuur 37: Volledig achteraanzicht Belfort Brugge, getekend in Cloudworx 41

46 P L A T O Project Laserscanning: Technologische kennisoverdracht Walkthrough Er werd een walkthrough gemaakt van de schatkamer, waarbij er volledig rond werd gegaan in de schatkamer en er ook een zicht op het plafond gegeven werd. Deze walthrough werd gemaakt in Cyclone, omdat hiervan een licentie beschikbaar was. De walkthrough werd gecreëerd in Cyclone versie De intensiteit werd ingesteld in greyscale, omdat dit het meest zakelijk uitzicht gaf. De pixels werden vergroot naar 2x2 pixels. Om de walkthrough te creëren werden camera's geplaatst in de schatkamer. Hierbij werd getracht alle camera's ongeveer op de zelfde hoogte te plaatsen en de afstand tussen de verschillende camera's zo constant mogelijk te houden. Het maken van scherpe bochten werd vermeden. Wanneer de camera's geplaatst waren, werd een pad gecreëerd door alle camera's. Daarna kon er in de 'animation editor' het aantal frames tussen de verschillende cameraposities, waarmee de snelheid van de walkthrough bepaald wordt, ingesteld worden. Wanneer dit alles ingesteld was, werd de walkthrough gerenderd. Hierbij werd eerst nog de resolutie en de frame rate ingesteld worden Conclusies Uit deze casestudie kunnen we besluiten dat laserscanning zeker aan te raden is wanneer er een reëel 3D-beeld bekomen moet worden. Daarnaast kunnen er met een laserscanner ook veel details opgemeten. Tijdens deze opmeting van het Belfort in Brugge kwamen er ook enkele nadelen aan het licht. In de buurt van het Belfort zijn steeds heel veel toeristen aanwezig, waardoor de targets soms onzichtbaar waren voor de scanner. Hierdoor werd de opmeting enorm vertraagd. Eén keer was er meer dan 1uur nodig om van één targets een fijnscan te kunnen nemen. Daarnaast verhogen de toeristen ook de kans dat er targets verschoven worden. Omdat er zoveel volk rondloopt, is het onmogelijk om alles goed in de gaten te houden, zodat dit kan gebeuren zonder dat de landmeters het gezien hebben. De opmeting van de schatkamer moest na de openingsuren gebeuren en voor 21u, want dan werd de toren volledig gesloten en moest al het materiaal dus ook al uit de toren zijn. Hiervoor was dus niet zo veel tijd beschikbaar, wat er voor zorgde dat het onmogelijk was om ook de trappenhal in te scannen. Uit deze casestudie kunnen we ook enkele tips halen voor het scannen van historische gebouwen, namelijk: - Het scannen gebeurt best zoveel mogelijk op de momenten dat er weinig volk rondloopt, want dan wordt de meting niet verstoord door voorbijgangers. - Er moeten op voorhand goede afspraken gemaakt worden met de eigenaars van het gebouw, zodat er goed geweten is wanneer er toegang kan verkregen worden tot welke lokalen. 42

47 P L A T O Project Laserscanning: Technologische kennisoverdracht - Een goede verkenning van de omgeving is ook noodzakelijk. Dit helpt bij de opstelling van de planning en het laat ook toe goed in te schatten hoeveel opstelplaatsen er nodig zullen zijn en hoe lang de meting zal duren - Het is ook aan te raden om een degelijke en natuurlijk realistische planning te maken. - Wanneer er hoge gebouwen ingescand moeten worden, is het aan te raden dit gebouw in de hoogte te verdelen in verschillende stukken en deze stukken apart in te scannen met de gevraagde resolutie. Dit zorgt voor een homogene resolutie over de hele toren. 43