Heinz, Erik Edmund: Beiträge zur Kalibrierung und Evaluierung von Multisensorsystemen für kinematisches Laserscanning. - Bonn, 2021. - Dissertation, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn.
Online-Ausgabe in bonndoc: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5-60903
@phdthesis{handle:20.500.11811/8887,
urn: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5-60903,
author = {{Erik Edmund Heinz}},
title = {Beiträge zur Kalibrierung und Evaluierung von Multisensorsystemen für kinematisches Laserscanning},
school = {Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn},
year = 2021,
month = jan,

note = {In den letzten Jahren hat die Nutzung von Multisensorsystemen für kinematisches Laserscanning zunehmend an Bedeutung gewonnen. Dies zeigt sich durch die wachsende Anzahl am Markt verfügbarer Systeme und die sich stetig erweiternden Anwendungsfelder in den Bereichen Kartierung, Bestandserfassung und Monitoring. Aufgrund der gestiegenen Operationalität derartiger Systeme, rückt die Frage nach der Qualität der Daten – vor allem in Hinblick auf die Genauigkeit der erfassten Punktwolken – verstärkt in den Fokus.
Die vorliegende Dissertation konzentriert sich auf bodengebundene Multisensorsysteme im Outdoor-Bereich, die zur Objektraumerfassung einen Profillaserscanner und zur Trajektorienbestimmung eine GNSS/IMU-Einheit nutzen. Solchen Systemen liegt eine komplexe Verarbeitungskette zugrunde, in der viele Abweichungsquellen existieren, die Einfluss auf die Genauigkeit der Punktwolke haben. Abweichungen entstehen bei der Objektraumerfassung, der Systemkalibrierung, der Zeitsynchronisierung und der Trajektorienschätzung. Dies macht eine durchgreifende Qualitätsanalyse sehr herausfordernd. Der Weg einer Vorwärtsmodellierung zur Bestimmung der Genauigkeit der Punktwolke verschließt sich meist, da das funktionale und stochastische Modell der Verarbeitungskette häufig nicht vollständig bekannt ist. In der Praxis wird die Genauigkeit daher in der Regel empirisch auf Grundlage der gemessenen Punktwolke bestimmt, z. B. durch Wiederholungsmessungen oder Vergleiche mit Referenzwerten. Eine Rückwärtsmodellierung ist aufgrund des lückenhaften Modellwissens jedoch auch hier schwierig. Folglich lässt sich die Qualitätsanalyse kinematischer Laserscanningsysteme als nicht vollständig gelöste Problemstellung identifizieren. Aufgrund der Komplexität der Verarbeitungskette ist die umfassende Lösung dieser Problemstellung als langfristiger Prozess einzustufen. Diese Dissertation zielt darauf ab, durch gezielte Beiträge diesen Prozess konstruktiv mitzugestalten:
- Es wird eine Methodik entwickelt, um intensitätsbasierte stochastische Modelle für die Distanzmessung von Profillaserscannern abzuleiten. In diesem Kontext wird auch die Präzision der Distanzmessung im Nahbereich < 20 m genauer analysiert, da man bei kinematischen Laserscanningsystemen häufig mit kurzen Zielweiten konfrontiert ist. Aufgrund von Defokussierungs- und Abschattungseffekten in der Laseroptik ist im Nahbereich mit erhöhtem Messrauschen zu rechnen. Diese Analysen tragen zur verbesserten stochastischen Modellierung und Bewertung kinematischer Laserscanningsysteme bei. Dies wird am Beispiel einer Straßenzustandserfassung demonstriert.
- Die Methodik der Konfigurationsanalyse, wie sie aus der geodätischen Netzausgleichung bekannt ist, wird auf die ebenenbasierte Kalibrierung des Hebelarms und der Boresight-Winkel zwischen einem Profillaserscanner und einer GNSS/IMU-Einheit übertragen. Auf diese Weise wird eine Ebenenanordnung abgeleitet, die eine genaue, zuverlässige und sensitive Schätzung der Kalibrierparameter mit möglichst geringen Korrelationen ermöglicht. Auf Basis der Konfigurationsanalyse wird ein dauerhaft installiertes Kalibrierfeld im Outdoor-Bereich realisiert, das eine schnelle und weitestgehend automatisierte Kalibrierprozedur implementiert. Dadurch lässt sich die Qualität der Kalibrierung theoretisch und empirisch durchgreifend beurteilen und sichern.
- Es werden punkt-, flächen- und parameterbasierte Evaluierungsstrategien für kinematische Laserscanningsysteme erprobt sowie deren Vor- und Nachteile beleuchtet. Die Evaluierung kinematischer Laserscanningsysteme ist bisher nicht standardisiert und Einrichtungen zur Evaluierung sind nur in begrenztem Maße vorhanden. Daher wird eine dauerhaft installierte Evaluierungseinrichtung im Outdoor- Bereich aufgebaut, die aus Kontrollpunkten und TLS-Referenzpunktwolken besteht. In dieser Einrichtung ist eine getrennte Evaluierung von Lage- und Höhengenauigkeit möglich. Ferner können einzelne Systemkomponenten (z. B. die Systemkalibrierung) genauer analysiert werden.
Die Beiträge und Untersuchungen der vorliegenden Dissertation tragen zu einer verbesserten Qualitätsanalyse und -sicherung kinematischer Laserscanningsysteme bei. Vor diesem Hintergrund leistet die Dissertation einen wichtigen Beitrag, um den oben angesprochenen, langfristigen Prozess progressiv voranzutreiben.},

url = {http://hdl.handle.net/20.500.11811/8887}
}

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