3D-Laserscanning der Cliffs of Moher

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3D-Laserscanning der Cliffs of Moher

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Measurement Devices Limited (MDL), ein Tochterfirma von Renishaw, entwirft und fertigt Hochgeschwindigkeitslasermess- und Erfassungssysteme für die Anwendung in extremen Umgebungen. Die Aufgabe, einen Teil der berühmten irischen Cliffs of Moher zu scannen, hat MDL mit dem kompakten und leichten mobilen Dynascan 3D-Mapping-System gemeistert. Auf einem Fischerboot montiert, sollte es die für ein 3D-Modell und Video erforderlichen Daten sammeln.


3D-Visualisierung für di[[wysiwyg_imageupload:300:]]e Animation. Bild: Renishaw


Die Cliffs of Moher sind ein beliebtes Reiseziel in Irland und als UNESCO Geo Park ausgewiesen. O’Brien’s Tower überragt kühn die Spitze der majestätischen Kliffs. Von den Kliffs aus kann man die Aran Islands, die Bucht von Galway, die Twelve Pins, die Maum Turk Mountains in Connemara und Loop Hear im Süden sehen. Die Steilklippen haben ihren Namen von einem, auf einem Felssporn befindlichen Fort „Mothar“ erhalten, das während der napoleonischen Kriege zerstört wurde.


Die Kliffs bieten großen Vogelkolonien ein Zuhause. Das Gebiet wurde im Zuge der EU Birds Directive 1986 als Special Protection Area (SPA) ausgewiesen. Spezialisten der Firma Coastway sollte im April 2012 bei einer Abschätzung der Umwelteinwirkungen auf die zukünftige Entwicklung eines bestimmten Teils der Kliffs und des unmittelbaren Hinterlands behilflich sein. Letztlich ist geplant, die Steilklippen zu einer UNESCO-Welterbe-Stätte zu machen. Derzeit gibt es davon nur zwei in Irland: Bru na Boinne und Skellig Michael.


Die Aufgabe


An der Westküste des County Clare Ireland gelegen, sind die Cliffs of Moher bis zu 214 Meter hoch und ziehen sich acht Kilometer am Atlantik entlang. Der Auftrag bestand darin, von einem 2 km langen Abschnitt der Kliffs einen Laserscan zu erstellen und aus den entstandenen Punktewolken ein 3D-Modell und ein HD-Video aufzubereiten. Weil die Oberflächen der Kliffs nur von der See aus zugänglich und sichtbar sind, lag die größte Herausforderung darin, von einem sich bewegenden Boot zu scannen und dabei eine hohe Auflösung, Abdeckung und Genauigkeit von einem sicheren Platz aus zu erzielen.


Datenakquisition


Nach dem Durchspielen verschiedener Optionen hat sich Coastway mit MDL in Verbindung gesetzt, einem Hersteller und Lieferanten von Laserscan-Ausrüstung für den Einsatz in rauem Umfeld. MDL hat eine Lösung mit dem mobilen Mapping-System Dynascan 3D vorgeschlagen, die sowohl auf Fahrzeugen als auch auf Schiffen montiert werden kann, um die 3D-LiDAR-Daten der Topographie zu erfassen. Das kleine und kompakte Dynascan-System ließ sich, als es das Wetter kurz zuließ, schnell einrichten und einfach auf dem Boot montieren. Für das Projekt kam das Dynascan 500-System mit einer Lasergenauigkeit von +/-50 mm und einer maximalen Reichweite von 500 Metern zum Einsatz.


 [[wysiwyg_imageupload:299:]]


Bild: Modell der Cliffs of Moher. Bild: Renishaw


Die Einheit und eine zusätzliche GPS-Antenne wurden an einem Ausleger am Bug des Fischerboots angebracht, so dass für die Erfassung der Kliffs ein ausreichendes Sichtfeld für das 360-Grad-Scanning-Laser-Modul (SLM) bereitstand. Außer dem SLM enthält Dynascan ein Inertialnavigationssystem, das aus Gyroskopen und Beschleunigungsmessern besteht, die die Bewegungen des Bootes ausgleichen.


Die präzise 3D-Positionierung wurde mit der eingebauten differentiellen GNSS-Echtzeitkinematik bewerkstelligt, die die Phase des GNSS-Trägersignale verwendet, um in Echtzeit für eine dreidimensionale Positionierung im Zentimeterbereich zu sorgen. Die RTK-Korrektursignale wurden von einer lokalen RTK-Basisstation auf dem Gipfel der Kliffs abgeleitet. Die berechneten Korrektursignale wurden dann an die mobilen GNSS-Empfänger der Dynascan-Lösung über eine UHF-Funkverbindung übertragen. Die Rohdaten wurden auch für das Postprocessing im Fall von Satellitenschatten und für die Qualitätssicherung protokolliert


Die Erfassungssoftware Qinsy sorgte für die Datenverarbeitung und -visualisierung in Echtzeit, so dass es während der Erfassung möglich war, die Überdeckung und Qualität der Daten abzusichern. Ergänzend zum den Punktewolken wurden Fotos mit Standard-Spiegelreflexkameras aufgenommen.


Rund zwei Kilometer der Kliffs wurden in sieben Durchgängen in unterschiedlichen Richtungen erfasst, um eine vollständige Abdeckung der verschiedenen Konturen der Oberflächen und Buchten zu erreichen. Die Daten ließen sich in weniger als einer Stunde erfassen. Die Scans vom Boot aus ergänzend wurde das gesamte System auf ein Fahrzeug verfrachtet, um damit auf der Spitze der Kliffs die Topografie zu erfassen. Die zwei Datensätze wurden schließlich nahtlos miteinander verschmolzen. Aufstellen der Ausrüstung, Datenakquisition auf dem Boot und dem Fahrzeug, Abbau und Datendownload wurden erfolgreich an einem Tag abgeschlossen.


Datenverarbeitung


Die georeferenzierte Punktewolke wurde an Coastway für das Postprocessing übermittelt. Die initialen Daten flossen in die Leica Cyclone-Software für die Verarbeitung der Punktewolken ein. Der Datenbestand wurde geprüft und bereinigt, so dass dann eine Punktewolke für die Generierung des Netzes bereitstand. Die finalen Daten wurden in ein XYZ-Textfile exportiert und in eine 3D-Modellierungssoftware exportiert.


Untiefen in einigen Buchten verhinderten, dass das Boot zum Scannen nah genug herankommen konnte. Dies führte zu einigen Lücken in den Laserdaten. Coastway nutzte daher die aufgenommenen Fotos und die Autodesk-Software 123D, um ein 3D-Modell zu erstellen, das die Lücken ausfüllt. Die so kombinierte Wolke wurde neu vernetzt, um ein nahtloses Modell des Kliffabbruchs zu erhalten. Das hochaufgelöste Bild wurde über das finale Netzmodell gelegt.


Im Anschluss erfolgte das Rendern des 3D-Modells mit den aufgenommenen Bilddaten und das Erstellen einer Durchfluganimation mit Hilfe einer 3D-Visualisierungssoftware.  


Bild oben: Cliffs of Moher werden mit dem Dynascan-System gescannt. Bild: Renishaw

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