Genauigkeit im Plan mit übergelegte Punktwolke

Die dreidimensionale Vermessung von Abwasserkanälen stellt insbesondere bei kreisförmigen Profilen eine besondere Herausforderung dar. Aufgrund der hohen geometrischen Symmetrie fehlen häufig eindeutige Referenzstrukturen, an denen sich ein mobiles Messsystem während der Bewegung zuverlässig orientieren kann. Bei der Auswertung LiDAR-basierter Punktwolken führt dies häufig zu sogenannten Driftphänomenen. Dabei addieren sich geringe Positionsabweichungen entlang der Mess- bzw. Flugtrajektorie zu zunehmenden geometrischen Fehlern innerhalb der Punktwolke. Besonders bei längeren Haltungen oder monotonen Oberflächenstrukturen kann dies zu sichtbaren Verzerrungen im resultierenden 3D-Modell führen.

Integrativer Workflow zur Driftreduktion

Vor diesem Hintergrund hat Cansol im Rahmen verschiedener Entwicklungs- und Forschungsprojekte einen mehrstufigen Workflow entwickelt, der die Driftproblematik bei der Vermessung von Kanalhaltungen deutlich reduziert. Der Ansatz kombiniert eine angepasste Datenerfassungsstrategie mit einer gezielten Referenzierung und einer optimierten Auswertung der erfassten Punktwolken.

Ein wesentlicher Bestandteil ist die stabilisierte Flugführung während der Datenerfassung. Die Befliegung erfolgt mit möglichst gleichmäßiger Geschwindigkeit und konstanter Sensororientierung, um dem LiDAR-System während des Fluges eine kontinuierliche geometrische Referenzierung zu ermöglichen. Zusätzlich kommen geodätisch eingemessene Targets zum Einsatz, die als feste Referenzpunkte dienen und eine präzise räumliche Ausrichtung der aufgenommenen Punktwolken unterstützen.

Parallel dazu werden innerhalb der Auswertung speziell konfigurierte und projektspezifisch angepasste Softwarefunktionen eingesetzt, die verbleibende Driftanteile innerhalb der Punktwolke weiter reduzieren.

Präzision durch abgestimmte Prozesskette

Die Untersuchungen zeigen, dass eine präzise Vermessung von Kanalhaltungen nicht allein von der eingesetzten Sensorik abhängt. Entscheidend ist vielmehr das Zusammenspiel aus Datenerfassungsstrategie, Referenzierung und strukturierter Datenverarbeitung.

Durch die abgestimmte Prozesskette aus Flugplanung, Referenzpunkten und Auswertung konnte die geometrische Stabilität der erzeugten Punktwolken deutlich verbessert werden. In praktischen Anwendungen wird dabei eine relative Genauigkeit von etwa 0,066 % bezogen auf die Haltungslänge erreicht. Die resultierenden Punktwolken ermöglichen eine hochauflösende dreidimensionale Abbildung der Kanalgeometrie und bilden eine belastbare Grundlage für weiterführende Analysen, für die geometrische Dokumentation von Kanalhaltungen sowie für die Integration in BIM- und GIS-basierte Infrastrukturmodelle.

Ableitung hochauflösender 3D-Mesh-Modelle aus LiDAR-Punktwolken

MESH von einem gemauerten Kanal

Neben der Generierung präziser Punktwolken stellt die Ableitung strukturierter Oberflächenmodelle einen weiteren zentralen Bestandteil der digitalen Datenauswertung dar. Hierzu setzt Cansol LiDAR-Systeme der Revision LiDAR Rev7 ein, die mit einer Messrate von 1,24 Mio. Messpunkten pro Sekunde arbeiten. Dadurch können auch komplexe abwassertechnische Anlagen unter schwierigen Umgebungsbedingungen hochauflösend und reproduzierbar erfasst werden.

Auf Basis der generierten Punktwolken werden dichte dreidimensionale Mesh-Modelle erzeugt. Ein Mesh beschreibt dabei ein aus miteinander verbundenen Polygonflächen aufgebautes Oberflächenmodell, das aus den einzelnen Messpunkten eine geschlossene geometrische Struktur ableitet. Durch die Verbindung der Punkte zu Dreiecks- oder Polygonflächen entsteht eine kontinuierliche digitale Oberfläche, die die reale Geometrie der erfassten Infrastruktur detailliert abbildet. Diese Modelle bilden die Grundlage für weiterführende geometrische Analysen und liefern belastbare Informationen zu Querschnittsprofilen, lokalen Deformationen, geometrischen Abweichungen sowie volumetrischen Veränderungen innerhalb der Infrastruktur.

Darüber hinaus ermöglichen die erzeugten Mesh-Strukturen auch die quantitative Auswertung zeitlicher Veränderungen, beispielsweise im Zusammenhang mit Sedimentationsprozessen oder Ablagerungsentwicklungen.

Die erzeugten Datensätze stehen in gängigen Formaten wie .e57, .las, .laz und .obj zur Verfügung und können vollständig in GIS-, CAD- und BIM-basierte Planungssysteme integriert werden. Dadurch lassen sich die erfassten Geometrien direkt in bestehende Infrastrukturmodelle und digitale Planungsumgebungen überführen.

Positionsgebundene 360°-Videodokumentation mit integrierter Overlay-Datenvisualisierung

Neben der geometrischen Datenerfassung gewinnt auch die strukturierte visuelle Dokumentation von Inspektionen zunehmend an Bedeutung. Vor diesem Hintergrund setzt Cansol auf eine 360°-basierte Videodokumentation mit integrierter Overlay-Dateneinblendung, die eine positionsgenaue Verknüpfung zwischen Bildinformationen und infrastrukturellen Referenzdaten ermöglicht.

Dabei werden haltungsbezogene Informationen wie Stationierung oder Positionsdaten direkt in das 360°-Videobild eingeblendet. Die Darstellung erfolgt in Form eines stabil im Sichtfeld verankerten Overlays, vergleichbar mit einem Head-Up-Display. Die eingeblendeten Daten bleiben dabei synchron zur jeweiligen Kameraperspektive ausgerichtet und ermöglichen eine unmittelbare räumliche Zuordnung der erfassten Bildinformationen.

Die eingesetzte 360°-Videotechnologie ermöglicht darüber hinaus eine lückenlose visuelle Erfassung auch in komplexen oder schwer zugänglichen Bauwerken. Ergänzend dazu erfolgt eine kartografische Darstellung der Inspektionsdaten über Live-Mapping-Funktionen, bei denen Befahrungswege und Inspektionsabschnitte beispielsweise in KML- oder KMZ-Formaten visualisiert werden können.

Webbasierte Bereitstellung von Inspektionsdaten über den IBAK WebViewer

Webanwendung. Alle Bilder: Cansol Deutschland GmbH

Ein weiterer wesentlicher Bestandteil moderner Kanalinspektionen ist die strukturierte Auswertung und Bereitstellung der erfassten Inspektionsdaten. Cansol integriert KI-basierte Analyseverfahren in den digitalen Workflow der Zustandserfassung und unterstützt IBAK als Partner bei der Weiterentwicklung der KI-Systeme durch praktische Anwendung, Validierung und das Training der Algorithmen auf Grundlage umfangreicher Inspektionsdatensätze.

Die Grundlage bildet dabei die IBAK Panoramo-Technologie, bei der Rohrinnenflächen mittels 360°-Scanner vollständig und lückenlos erfasst werden. Die daraus entstehenden Inspektionsdaten können über den KI-Webdienst ArtIST automatisiert analysiert werden.

Die aus diesem Trainingsprozess gewonnenen Erkenntnisse werden nun gezielt auf MPEG-basierte KI-Analyseverfahren für Dreh-Schwenkkopf-Inspektionen übertragen. Damit wird die automatisierte Schadenerkennung schrittweise auch auf klassische Kamerabefahrungen erweitert. Die im Rahmen der Inspektion erzeugten Datensätze werden webbasiert über den IBAK WebViewerbereitgestellt. Neben den strukturierten Inspektionsdaten können dabei auch 360°-Videodatenintegriert und über den WebViewer verfügbar gemacht werden.

(Quelle: Cansol Deutschland GmbH)