VIIMEISIMMÄT CAPTURETEKNOLOGIAT JA MAHDOLLISUUDET MITATUN TIEDON HYÖDYNTÄMISEEN

Transkriptio

1 VIIMEISIMMÄT CAPTURETEKNOLOGIAT JA MAHDOLLISUUDET MITATUN TIEDON HYÖDYNTÄMISEEN Arto Vuorela ja Jukka Mäkelä, Oy SMARTGEO OY - PALVELUT Palvelujen johtoajatuksena on tarkkojen, kattavien ja luotettavien 3D-paikkatietoaineistojen avulla tehostaa asiakkaan prosesseja sekä edistää heidän digitaalisen tulevaisuutensa rakentamista Palvelut o Koordinaatistot ja kiintopisteverkot o Laserkeilaus ja pistepilviaineistojen tuottaminen sekä verkkopintamallien laatiminen o Luokitellun geometrisen 3D-mallin laatiminen o 3D-aluemallien laatiminen (ilmalaserkeilaus, Drone-ilmakuvaus) o Laserkeilaukseen perustuvaa rakentamisen valvonta o Konsultointia 3D-tiedonkeruun ratkaisuista Asiakkaat o Teollisuus, kiinteistökehitys, infrarakentaminen

2 ESIMERKKEJÄ LASERKEILAUKSESTA TEOLLISUUSHANKKEISSA (SMARTGEO OY) ESIMERKKEJÄ LASERKEILAUKSESTA KIINTEISTÖKEHITYKSESSÄ (SMARTGEO OY)

3 SISÄLTÖ Lentokone/helikopteri-lidar + kuvat RPAS (s.o. UAV/UAS/drone) Laserkeilaus (terrestriaalinen) Mobiilikartoitus Käsilaitteet Tiedon jalostus 3D-tarkastelu ym. käyttö ILMAKUVAKAMERAT Eri tasoisia, pieniä, medium format jne Osa sopii miehittämättömiin Pienkoneistakin MML hankki Vexcel Ultracam Eagle

4 LASERKEILAUS ILMASTA Laserkeilauksen etu: maan pinta näkyy pienistäkin raoista. Viimeinen pulssi kertoo maanpinnan. 1. pulssi vastaa yleensä puuston latvaa. Tallennetaanko siis kaikki pulssit vai yksi, vaiko varsinainen paluupulssin muoto? DSM / DTM Digitaalinen maaston pintamalli (Surface Model) vs korkeusmalli (Terrain Model). Erotuksena saadaan CHM = Canopy Height Model Yleistermi DEM = Digital Elevation Model

5 STEREOMITTAUS DIGITAALISISTA AINEISTOISTA Kun kuville on saatu / ratkaistu orientointitiedot. Myös satelliittikuville, stereo lentoradan suunnassa tai eri radoilta Erilaisia mittausympäristöjä, mm. ESPA Systems TerraStereo (pistepilvi) TUTKAKORKEUSMALLIT Satelliitista tai lentokoneesta SAR-tutkalla interferometrian tai stereotekniikan avulla. Taajuudesta eli aallonpituudesta riippuen läpäisee kasvillisuutta taikka ei. L-band terrain model X-band surface model

6 MAATUTKA (GPR) Eri laitteita eri tarkoituksiin: kunnallistekniikan paikantaminen, pilaantuneet maat, geologia, pohjavedet, arkeologia, teiden kunto. Mittaa myös betonia noin metrin syvyyteen VEDENALAISIA RAKENNETARKASTUKSIA Monikeilainkaikuluotausta ja vedenalaista laserkeilainteknologiaa Pohjan muodot ja rakenteet Esim. silloille, satamille, putkilinjoille, öljyterminaaleille, tuulipuistoille ja vesivoimaloille

7 3D:TÄ KUVAKORRELAATIOLLA Jos esineestä tms. kohteesta on tarpeeksi kuvia, sen muoto on irrotettavissa. Kamerakalibrointi ja (alustavat) polttopisteiden koordinaatit tuodaan. Kamerakeskipisteet ratkaistaan tarkemmin. Mm. Bentley ContextCapture, Agisoft PhotoScan, MosaicMill. Epävarmaa siellä missä korrelaatio huono (eikä laserdataa) D:TÄ ILMAKUVIEN KORRELAATIOLLA Orientoiduille kuville käytettävä joko kuvakorrelaatiota tai missä se ei toimi, interpolointia tai laserpisteitä Esim. Espoon kaupunki käyttää ERDAS IMAGINE SGM (perustuu Agisoft PhotoScaniin). Tuotetun pistepilven streamaus HPCformaatilla. Pintamalli (DSM). Yksi vai monta korkeusarvoa per XYkombinaatio?

8 BLOMSTREET - KATUNÄKYMÄKUVAT Ammattikäyttöön tarkoitettuja, yhteensovitettuja, orientoituja 360-asteisia panoraamakuvia kaduista ja muista liikenneväylistä. Kuvat ja niiden mukana tuleva ohjelmisto mahdollistavat 3D-mittausten tekemisen eteenpäinleikkausten avulla. Laserkeilaus nykyään usein taustalla, mutta se ei ole välttämätöntä. Omia paikkatietoaineistoja (2D ja 3D) voi esittää kuvilla. Cyclomedian tekniikkaa / BlomSTREET

9 BLOMOBLIQUE VIISTOILMAKUVAT PALVELUNA Viistoilmakuvaus 4 eri ilmansuuntaan + pystykuvat (=ortokuva), maastopikseli 5-10 cm Kuvat tarjotaan BlomURBEX-pilvipalvelusta selainsovelluksen kautta tai myös paikallisesti BlomDESKTOP-sovelluksella tai rajapinnalla (WMS). Mittaus kuvista on mahdollista Käyttökohteita on runsaasti: o Suunnittelu, maastokäyntien väheneminen o Rakentaminen o Rakennusvalvonta o Kaavoitus o Erilaiset asiakaspalvelutapahtumat o Elinkeinotoimi, viestintä ja markkinointi o 3D-kaupunkimallinnuksessa yksi keskeinen lähtöaineisto D MALLINNUS PISTEPILVI VIISTOILMAKUVISTA

10 3D MALLINNUS FOTOREALISTISET ELEMENTIT D MALLINNUS VALMISTA

11 RPAS (REMOTELY PILOTED AIRCRAFT SYSTEM) Kauko-ohjatun ilma-aluksen käytön kokonaisjärjestelmä, johon sisältyy: kauko-ohjattu ilma-alus, sen kaukoohjauspaikat, tarvittavat ohjausja seurantayhteydet ja muut erikseen määrätyt käytön edellyttämät järjestelmän osat. Saadaan nopea tilannekuva rajoitetulta alueelta Kuvilla tai videolla tuulivoimaloiden tms. mastojen tarkastus, maatalouden kasvitaudit, rakennettu alue Rinnakkaisia termejä Drone, Micro-aerial-vehicle (MAV), UAV/UAS, lennokki RPAS (REMOTELY PILOTED AIRCRAFT SYSTEM) On olemassa droneoperaattoreita, jotka keräävät laserskannausaineistoja ja laserskannausoperaattoreita, jotka käyttävät droneja

12 LENNÄTETTÄVÄN LASERKEILAIMEN SOVELLUKSIA Voimalinjojen tarkastus Onnettomuuspaikat Rakennetut kohteet/alueet Metsäkohteet Ym. YellowScan Surveyor LiDAR OTETTAISIINKO METSÄMUUTOKSET ILMAKUVILTA VAI LIDARISTA? Kuvapohjaiset pistepilvet (IPC) houkuttavat metsätiedon ylläpitoon metsänkorkeuden mittaustarkkuuden sekä ilmakuvauksen kustannustehokkuuden puolesta Molemmat menetelmät soveltuvat avohakkuiden inventointiin Metsänharvennuksista kuitenkin tunnistaa LiDARilla enemmän, n. 40 %, kuvista alle 10 %

13 3D-KAUPUNKIMALLIT Joensuun kaupunkimallia Yhä useammin osana kaupunkisuunnittelua, kaavoitusta ja kansalaisvuorovaikutusta. Lähtöaineisto voi olla tavallinen ilmakuvaus, katunäkymäkuvausaineisto, viistoilmakuvaus ja laserkeilausaineisto tai näiden yhdistelmä. Viistoilmakuvia hyödynnettäessä rakennusten seinät saadaan näyttämään realistisilta LOPPUTULOKSIA 3D-mallien tuottaminen oikeista lähtöaineistoista ja lopputuloksen kannalta oikean tasoisena visuaalisena esityksenä

14 KONENÄKÖ Järjestelmä, jossa tietokonenäköä sovelletaan teolliseen tarkoitukseen. Järjestelmä koostuu valonlähteestä, kohteesta, kameroista, tietokoneesta ja siinä toimivasta kuvankäsittelyohjelmasta, joka tulkitsee kuvia. 3D-mittaukseen usean kalibroidun kameran ryhmä Valmistuksen laadunvarmistus D:N TUOTTOA TASKULAITTEILLA Reunojen automaattista tunnistusta Mittausta paikan päällä tai toimistolla Myös apuohjelmia peruskännyköille, stereokuvauksen kannasta huolehdittava Jatkossa kännyköiden yhteyteen myös keilaimia

15 GNSS JA TAKYMETRIT Perinteinen koordinaattien, kulmien ja etäisyyden mittaus Robottitoiminnolla laite seuraa prismaa, voi toimia yksin Laserkeilauksessa edelleen tarpeen tähysten, kiintopisteverkon ja koordinaatiston mittaamiseen LASER YLEISTYY Hannu Hyyppä, MML, Laserkeilauksen huippuyksikkö

16 KOMPAKTIT KEILAIMET Yleisimmiltä laitetoimittajilta FARO, Topcon, Esim. Leica BLK360 ottaa valokuvat samalla ja RTC360 myös estimoi skannauspaikkojen välisiä siirtoja valmiiksi inertian ja optisten seurainten avulla Tiedonsiirto TÄYSMITTAISET KEILAIMET Eniten pisteitä, mittaavat nopeimmin, tarkimmin ja kauimpaa, sietävät olosuhteita Sisäisiä kameroita ei kaikissa näissäkään Mm. Riegl, Z+F, Trimble, Leica, FARO,

17 ESINEIDEN MALLIN MUODOSTUS SKANNERILLA Creaform HandySCAN 3D: Tässä käytetään optisia heijastimia kohteen lukitsemiseen, joten käyttäjät voivat siirtää kohdetta skannauksen aikana (dynaaminen vertailu). Kohteen ei siis tarvitse pysyä paikallaan KÄSISKANNERI Laser, 3 m etäisyyteen ja 8 m³ sisätiloihin asti Parin mm tarkkuus Tuottaa RGB-pistepilveä Ei sidottu absoluuttiseen koordinaatistoon

18 KÄVELYTETTÄVÄT KÄSISKANNERIT Esim. huoneistojen kartoitukseen, ulkotiloihin harkitusti Suht. tarkkuus luokkaa 3 cm, absoluuttinen huonompi Nopeus tarkkuuden kustannuksella, yleiskuva ZEB-REVO soveltuu hyvin rakennuksen geometrian mallintamiseen lähinnä optimaalisten kohteiden kohdalla. Epäoptimaalisesta kohteesta BIMmallin tuottaminen on mahdollista selvästi heikommalla tarkkuudella. Laite tarjoaa kuitenkin mallinnustarkkuutta vaatimaansa ajankäyttöön nähden REPPULASERIT Näissäkin usein SLAM (Simultaneous Localisation and Mapping) -tekniikkaa; malli syntyy ja sitä käytetään sitä mukaa samalla

19 KÄSISKANNERIT TAI VARRET JOITA SEURAIN SEURAA Laserseurainjärjestelmä tunnistaa anturin paikan ja asennon tosi suurella tarkkuudella (jopa luokkaa sadasosa mm) Myös suurten tilavuuksien mittauksiin Tracker seuraa käsi- tai robottivarsilaitetta automaattisesti MONIKANAVAINEN LASERKEILAUS Myös kannettavalle mobiilialustalle Liittää yhteen usealla eri näkyvän valon aallon pituudella toimivia laserlähteitä ympäristön esittämiseksi värein. Eliminoi passiivisten kuvantamissensorien tarpeen spektritiedon tuottamisessa mahdollistaen mittauksen valaistusolosuhteista riippumatta

20 MOBIILIKEILAUS JA PANORAAMAKUVAUS Trimble MX, Riegl (mm. Helsingin kaupungin rakentamispalveluliikelaitos STARA), Leica Pegasus: Two Mönkijä, vene, juna, Roadscannersin yhdistelmäajoneuvo Automaattiautoilu tarvitsee laserkeilaimen Modernit autot myös tuottavat paljon dataa, jota voisi käyttää esim. teiden ylläpitoon. Mutta datan laatu? MOBIILIKEILAUS JA TIEKUNNON ANALYYSIT Esim. Optech LYNX SG1: 2 laserkeilainta, kameraa, videokamera Suhteellinen tarkkuus < 1 cm, absoluuttinen < 5 cm GPR:llä myös kaivot

21 LASERKEILAUS SOVELTUU RAKENTAMISEN VALVONTAAN Sovelluksia, joilla verrataan esim. suunnittelumallia ja pistepilveä (= toteumamalli) FARO BuildIT Construction Autodesk Navisworks ClearEdge3D Verity Törmäystarkastelua LASERAINEISTOJEN KÄYTTÖ PROSESSI- JA CFD-VIRTAUSMALLIEN (COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS) LÄHTÖTIETOIHIN Kun yhtenäinen 3D-malli on muodostettu (mikä voi olla koko prosessille iso tehtävä) Myös tuulten mallinnus

22 FORMAATTEJA Suunnitteluohjelmiin lisääntyvä integraatio pistepilviin LAS, LAZ ym. pakatut, pilvipalvelut PTX, PTS, E57, LFD, RCP E57: toimittajaneutraali formaatti pistepilvien, kuvien ja metadatan toimittamiseen 3D-järjestelmistä. XML / binäärinen Attribuutit: Intensiteetti, RGB, Katselumallissa lähinnä mittaus- ja merkkaustoimintoja: Autodesk ReCap -tietokanta (eri versioita), Leica TruView, LFM Netview Verkkopintamalli esim..nwd Varsinainen 3D-mallinnus, tasoluokiteltu 3D-malli mm. DGN, DWG, AVEVA, IFC, STEP Älykkäät laitosmallit Kuvaformaatit (s.o. 2D-rasterit) esim. TIFF, JPG, PNG, ECW ASTEEN KUVAT JA VIDEOT Monen kameran tai linssin setillä samanaikaisesti Kuvausten yhteensovittaminen kamerassa tai toimistolla synkronointi, geometria, sävyt Esittäminen Projektio Mono / stereo? Mm. kännykällä 3Dapuohjelmin tai -laittein

23 LISÄTYN TODELLISUUDEN LÄPINÄKYVÄT DATALASIT Käyttäjä näkee oikean maailman, mutta linssiin heijastetaan digitaalista lisätietoa kuten 3D-malleja tai kohteen ominaisuustietoja Microsoft HoloLens & 3D Builder -softa Meta 2 Magic Leap On tiedettävä tarkasti katseen suunta VIDEODATALASIT Käyttäjä näkee todellisen (simuloidun) tai vaikka täysin keksityn maailman videokuvana Myös 3D-näyttö Virtuaalitodellisuus myös laajakankaalla tai tietokoneen näytöllä

24 VIRTUAALITILAT (CAVE AUTOMATIC VIRTUAL ENVIRONMENT) Luolassa voidaan 3Dsimuloinnilla todentuntuisesti visualisoida suunnitelmat tai mallinnetut tilat. Kaikille luolan seinille heijastetaan projektoreilla tietokoneen simuloima näkymä ja näin luodaan virtuaalitila VIRTUAALISEN JA LISÄTYN TODELLISUUDEN (AR) SOVELLUKSIA Mobiililaitteen näytöllä näkyy, miltä tämä paikka näyttäisi jos Esim. Kaupunkisuunnittelusovellus Rakennussuunnittelu Laitossuunnittelu Huoltomiehen laitteelle ARhuoltokirja, teollisuudessa tai avaruusasemalla Korvaa vielä joskus piirustukset työmaalla Asuntoesittelyt Sisustussuunnittelu Pelimaailma

25 SISÄTILAPAIKANNUS MAHDOLLISTAA LISÄTIEDON NÄYTTÄMISEN RAKENNUKSISSAKIN Järjestelmiä jotka edellyttävät langattoman verkon kuten GSM- tai wlan-verkon tai Bluetoothin AR mahdollista Valmistelemattomassa ympäristössä infrastruktuuritonta paikannusta Inertiasensorit + optiset sensorit suhteellista, kaipaa absoluuttista paikkatietoa, jonka avulla virheet voidaan korjata D-TIEDONKERUULLA MONIPUOLISIA RATKAISUJA KÄYTÄNNÖN TARPEISIIN Teollisuus / BIM / talonrakennus / infra Aina löytyy tekniikaltaan ja kustannuksiltaan sopiva ratkaisu