Tievalaistuksen 3D-mittaus ja mallinnus TkT Matti Vaaja 5.4.2016 Muuttuva valaistus- ja liikenneympäristö Light Energy - projekti JP Virtanen, Matti Kurkela, Hannu Hyyppä Rakennetun ympäristön mittauksen ja mallinnuksen instituutti (MeMo) Antero Kukko, Harri Kaartinen, Anttoni Jaakkola, Matti Lehtomäki, Juha Hyyppä Paikkatietokeskus, Maanmittauslaitos
Sisältö Tieympäristön 3D-mittaus ja mallinnus Mobiililaserkeilaus Kuvapohjainen mittaus Kohteiden tunnistus ja luokittelu 3D-pistepilvestä Tievalaistuksen 3D-mittaukset Light Energy -projektissa Luminanssi kalibrointi Staattinen menetelmä Mobiilikartoitukseen perustuva menetelmä Yhteenveto
Tieympäristön 3D-mittausmenetelmät Tutkimuksessamme käytetään Paikkatietokeskuksen ja Aaltoyliopiston itsekehittämiä mobiilikartoituslaitteita Roamer mobiililaserkeilain, UAV-robottilennokki laserkeilainlaitteistolla, monikavanakeilain, hyperspektrilaserkeilain, reppulaserkeilain, kuvapohjaiset mittausmenetelmät sekä mobiilikäyttöön soveltuva kalibroitu luminanssikamera Näiden laitteiden kehittämisessä ryhmät ovat maailman huipputasoa Menetelmiä tievalaistuksen 3D-mittaukseen on kehitetty todella vähän Kuvat Vaaja, Virtanen Kurkela, Hyyppä, Ahlavuo, Jaakkola 3
Tieympäristön 3D-mittausaineistot Kuvapohjainen mittaus Edullinen aineistonkeruu Ei vaadi paikannusjärjestelmää Vaatii paljon laskentatehoa 3D-aineiston laskentamenetelmät kehittyneet paljon viime vuosina Kuvapohjainen pistepilvi, kamera auton kyydissä, ei paikannusjärjestelmää Kurkela, Vaaja, Virtanen, Hyyppä
Tieympäristön 3D-mittaus ja mallinnus Tieympäristöissä mobiililaserkeilausaineistoja käsittelevät tutkimukset ovat maailmalla keskittyneet erityisesti erilaisten kohteiden ja piirteiden automaattiseen tunnistamiseen pistepilvestä. Kuvat Vaaja, Kurkela Puente, I., González-Jorge, H., Martínez-Sánchez, J. and Arias, P., 2014. Automatic detection of road tunnel luminaires using a mobile LiDAR system. Measurement, 47, pp.569-575. Lehtomäki, M., Jaakkola, A., Hyyppä, J., Kukko, A. and Kaartinen, H., 2010. Detection of vertical pole-like objects in a road environment using vehicle-based laser scanning data. Remote Sensing, 2(3), pp.641-664. 5
Tievalaistuksen 3D-mittaukset Light Energy -projektissa 1) Road scene at nightime 2) Mobile laser scanning 3) 3D-model from pointcloud 4) Analysis of lightning in 3D Kuvat Virtanen, Vaaja, Kurkela, Hyyppä 6
Tievalaistuksen 3D-mittaukset Light Energy -projektissa Kameroiden luminanssikalibrointi Yhteistyössä Aalto-yliopiston Valaistusyksikön kanssa Referenssiluminanssilähde! Digitaalisten kameroiden kalibrointi mobiilikartoituksen vaatimuksiin Raakakuvaformaatti takaa parhaan laadun -> kameran vasteella ja luminanssilähteellä lineaarinen yhteys Lyhyt valotusaika ja suuri kennoherkkyys Esim. valotusaika 1/125, ISO 3200 -> luminanssialue 0.05 30 cd/m² Kalibroidut kamerat asennetaan mobiilikartoituslaitteistoon Nikon D800 Nikon D5100 Nikon D5300 Digitaalisten kameroiden käyttö kuvantavaan luminanssimittaukseen Wüller, D. and Gabele, H., 2007. The usage of digital cameras as luminance meters. In Electronic Imaging 2007 (pp. 65020U-65020U). International Society for Optics and Photonics. Meyer, J.E., Gibbons, R.B. and Edwards, C.J., 2009. Development and validation of a luminance camera: final report. Hiscocks, P.D. and Eng, P., 2013. Measuring Luminance with a Digital Camera: Case History.
Tievalaistuksen 3D-mittaukset Light Energy -projektissa Staattinen menetelmä Laserkeilaus kolmijalalta + luminanssikalibroitu kamera (Nikon D800E) Aineistojen yhdistäminen tienpinnan piirteiden avulla Tuloksena tieympäristön 3D-luminanssiaineisto Vaaja, M.T., Kurkela, M., Virtanen, J.P., Maksimainen, M., Hyyppä, H., Hyyppä, J. and Tetri, E., 2015. Luminance-Corrected 3D Point Clouds for Road and Street Environments. Remote Sensing, 7(9), pp.11389-11402. Menetelmä mahdollisti tienpinnan luminanssi arvioinnin 0.029-0.036 cd/m²:n suhteellisella tarkkuudella Hidas menetelmä, vaatii myös tien sulkemisen mittausten ajaksi Kuvat Vaaja, Kurkela
Tievalaistuksen 3D-mittaukset Light Energy -projektissa Mobiilikartoitukseen perustuva menetelmä (mobile mapping system, MMS) Kuvat Virtanen, Vaaja, Kurkela, Hyyppä
Tievalaistuksen 3D-mittaukset Light Energy -projektissa Mobiilikartoitus Tutkimuskäyttöön rakennettu FGI RoamerR2: Luminanssikalibroitu kamera + laserkeilain + paikannusjärjestelmä Kameroiden asentoa ja sijaintia voidaan muuttaa helposti mittausvaatimusten mukaan Kaupallinen järjestelmä Trimble MX2 Panoraamakamera + 2 laserkeilainta + paikannusjärjestelmä Kuvat Kurkela, Vaaja, Virtanen, Hyyppä
Tievalaistuksen 3D-mittaukset Light Energy -projektissa Mobiilikartoitus Koetyö Munkkiniemenrannassa Aineiston mittaus: 12 min ~ 2 km 40 miljoonaa mittaushavaintoa Kuvien otto 2 sekunnin välein Virtanen, Vaaja, Kurkela, Hyyppä
Yhteenveto Tieympäristön ja valaistuksen 3D-mittaus ja mallinnus Pylväiden, valaisimien, liikennemerkkien, opasteiden, maalauksien ja reunakiveyksen automaattinen tunnistus Tienpinnan kunnon seuranta: kaltevuudet, kuivatus, urat, reiät, halkeamat ym. Näkyvyysolosuhteet, näkemät, muu liikenneympäristö ja infrarakenteet Valaistusolosuhteiden mallinnus staattisesti tai mobiilikartoituksella Varjostavien kohteiden erottaminen Valaistussuunnitelmien toteutuksen arviointi Valaistusolosuhteiden seuranta ja muutokset, valaisinrekisterin ylläpito Kuvat Vaaja, Virtanen
Kiitos! Lisätietoja: matti.t.vaaja@aalto.fi