Schnellere, günstigere und genauere 3D-Kartierung
Die dreidimensionale Kartierung (3D) ist ein sehr nützliches Instrument, z. B. zur Überwachung von Baustellen, zur Verfolgung der Auswirkungen des Klimawandels auf Ökosysteme und zur Überprüfung der Sicherheit von Strassen und Brücken. Allerdings ist die derzeitige Technologie zur Automatisierung des Kartierungsprozesses begrenzt, was ihn zu einem langwierigen und kostspieligen Unterfangen macht.
«Die Schweiz kartiert derzeit ihre gesamte Landschaft mit Laserscannern aus der Luft – das erste Mal seit dem Jahr 2000. Der Prozess wird jedoch vier bis fünf Jahre dauern, da die Scanner in einer Höhe von weniger als einem Kilometer fliegen müssen, um Daten mit ausreichender Detailgenauigkeit zu erfassen», sagt Jan Skaloud, leitender Wissenschaftler am Geodetic Engineering Laboratory (Topo) der EPFL Fakultät für Bau, Architektur und Umwelt (ENAC), «mit unserer Methode können die Vermessungsingenieurinnen Laserscanner bis in fünf Kilometer Höhe schicken und trotzdem die Genauigkeit beibehalten. Unsere Laser sind empfindlicher und können das Licht über einen viel grösseren Bereich ausstrahlen, was den Prozess fünfmal schneller macht.»
Die Methode wird in einem im ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing veröffentlichten Artikel von Davide Cucci beschrieben, einem leitenden wissenschaftlichen Mitarbeiter am Forschungszentrum für Statistik der Genfer Hochschule für Wirtschaft und Management der Universität Genf, der regelmässig mit Topo zusammenarbeitet, sowie von Jan Skaloud und Aurélien Brun, dem Hauptautor, der kürzlich sein Masterstudium an der EPFL abgeschlossen hat und von der Westschweizer Vereinigung der Vermessungsingenieure (IGSO) ausgezeichnet wurde.
In Leysin, ein an einer Drohne montiertes LiDAR kartiert die Landschaft, 28. März 2022. © Topo /EPFL
Das Thema verfehlt
LiDAR-Laserscanner strahlen Millionen von Lichtimpulsen auf Oberflächen, um hochauflösende digitale Zwillinge – computergestützte Nachbildungen von Objekten oder Landschaften – zu erstellen, die z. B. in der Architektur, im Strassenbau und in der Fertigung eingesetzt werden können. Laser eignen sich besonders gut für die Erfassung räumlicher Daten, da sie nicht vom Umgebungslicht abhängig sind, genaue Daten über grosse Entfernungen erfassen und im Wesentlichen durch die Vegetation «hindurchsehen» können. Die Genauigkeit der Laser geht jedoch oft verloren, wenn sie auf Drohnen oder anderen sich bewegenden Fahrzeugen montiert sind, insbesondere in Gebieten mit zahlreichen Hindernissen wie dichten Städten, unterirdischen Infrastrukturen und an Orten, an denen GPS-Signale unterbrochen sind. Dies führt zu Lücken und Ausrichtungsfehlern in den Datenpunkten, die zur Erstellung von 3D-Karten (auch als Laserpunktwolken bezeichnet) verwendet werden, und kann zu einer Doppelansicht der gescannten Objekte führen. Diese Fehler müssen manuell korrigiert werden, bevor eine Karte verwendet werden kann.
Auf dem Weg zur Automatisierung
Die Topo-Methode nutzt die jüngsten Fortschritte in der künstlichen Intelligenz, um zu erkennen, wenn ein bestimmtes Objekt mehrmals aus verschiedenen Winkeln gescannt wurde. Bei dieser Methode werden Korrespondenzen ausgewählt und in ein so genanntes dynamisches Netzwerk eingefügt, um Lücken und Fehlausrichtungen in der Laserpunktwolke zu korrigieren.
«Wir bringen mehr Automatisierung in die 3D-Kartierungstechnologie, was ihre Effizienz und Produktivität erheblich verbessert und ein viel breiteres Spektrum an Anwendungen ermöglicht», sagt Skaloud.
