Fastighetsdokumentation en jämförelse mellan två geodetiska tekniker

Transkript

1 Fastighetsdokumentation en jämförelse mellan två geodetiska tekniker Emma Lundberg Examensarbete i geodesi nr TRITA-GIT EX Avdelningen för Geodesi Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) Stockholm Maj 2009

2 TRITA-GIT EX ISSN ISRN KTH/GIT/EX--09/008-SE 2

3 Abstract For the renovation and reconstruction of old houses, it is common that old drawings need to be updated. In Sweco, they have long wondered if it is possible, by using a laser scanner, to compete with traditional surveying methods in this kind of data collection. The aim is to evaluate the production of 2D drawings made from laser scanner data and to compare the process and the result with the use of a total station. The goal is to find out which method is the most efficient in terms of time, cost and accuracy. The study is conducted using an object which is measured with both methods. The data are processed by computer programs tailored to the task and the differences in the correlation parameters studied. The results show small differences in terms of time and accuracy but a relatively large difference in cost between the methods. The total cost of the project using a total station is 3950 SEK. With laser scanner the sum more than triples to SEK. The result mainly depends on the laser scanner being considerably more expensive than a total station, which makes it difficult to compete with the traditional method. Moreover, there is a possibility to use the laser scanner together with a camera, to drape photos on the point cloud formed during the measurement. This possibility is examined in order to test instruments and study the quality of the result. The goal is to find a basis for further studies and to visualize new applications for the laser scanner that can be used at the Surveying Division at Sweco. The result is an ortorectified picture of a roof-painting in the Sparre Room in the Court of Appeal in Stockholm. The result provides good opportunities for interesting studies in the future. Keywords: Laser scanning, 2D drawings, real estate documentation, texture mapping. 3

4 Sammanfattning Vid renovering och återuppbyggnad av äldre hus är det vanligt att gamla ritningar behöver uppdateras. På Sweco har man sedan länge funderat på om det går, att med hjälp av en laserskanner, konkurrera med traditionella metoder för den här sortens datainsamling. Studien syftar till att utvärdera tillverkning av 2D-ritningar med laserskanner och att jämföra processen med den för användning av totalstation, vilken används idag. Målet är att ta reda på vilken metod som är mest effektiv med avseende på tid, kostnad och noggrannhet. Studien utförs genom att ett utvalt objekt mäts in med båda metoderna, data behandlas i datorprogram anpassade för uppgiften och skillnaderna i jämförelseparametrarna studeras. Resultaten visar på mindre skillnader vad gäller tidsåtgång och noggrannhet men en relativt stor skillnad i kostnad mellan metoderna. Den totala kostnaden för projektet blir med totalstation 3950 kr. Med laserskanner blir summan mer än tredubbel och uppgår till kr. Resultatet beror till stor del på att en laserskanner i dagsläget är betydligt dyrare än en totalstation vilket gör det svårt att konkurrera med den traditionella metoden. Vidare finns det möjlighet att använda laserskannern tillsammans med en kamera, i syfte att drapera foton på punktmolnet som bildas vid mätning. Möjligheten undersöks i syfte att testa instrumenten och studera resultatets kvalitet. Målet är att hitta en utgångspunkt för vidare undersökningar och att visualisera nya tillämpningar för laserskannern, som i framtiden kan användas på Mät- och Kartavdelningen på Sweco. Resultatet är en ortorektifierad bild av en takmålning i Sparreska rummet på Kammarrätten i Stockholm. Resultatet ger goda förutsättningar för intressanta undersökningar i framtiden. Nyckelord: Laserskanning, 2D-ritning, fastighetsdokumentation, färgsättning av punktmoln. 4

5 Förord Under genomförandet av detta examensarbete har jag lärt mig väldigt mycket, både om ämnet och om att lägga upp en plan för och genomföra ett eget arbete. Jag har även lärt mig mycket om mig själv och min förmåga att planera, organisera och genomföra ett sådant arbete. Jag är tacksam för det stöd jag fått från min handledare vid KTH, filosofie doktor Milan Horemuz. Ett stort tack riktas också till mätavdelningen på Sweco i Stockholm, speciellt till mina handledare där, Karin Klasén och Ivar Andersson, för deras tålamod och uppmuntran. Jag vill även tacka professor Lars Sjöberg vid KTH, examinator för examensarbetet. Utan min mamma och min syster, Inga och Frida Lundberg, och deras tålmodiga korrekturläsande hade inte heller arbetet sett ut som det gör. Jag vill tacka de tekniska lantmätare i årskurserna över min som inspirerat mig till mitt val av utbildning, och även Caroline Gren som varit min bästa pluggkompis de första två åren på KTH. Till sist vill jag tacka Nicole Obertreiber på Zoller + Fröhlich i Tyskland för hennes hjälp med diverse frågor rörande programvaran. Tack 5

6 6

7 Innehållsförteckning ABSTRACT... 3 SAMMANFATTNING... 4 FÖRORD INTRODUKTION BAKGRUND PROBLEMSTÄLLNING TIDIGARE ARBETEN SYFTE FÖRVÄNTAT RESULTAT TEORI TOTALSTATIONSMÄTNING LASERSKANNING KAMERAN FELKÄLLOR VID TOTALSTATIONSMÄTNING OCH LASERSKANNING REGISTRERING OCH GEOREFERERING Totalstationsdata Laserskanningsdata Kameran TESTMILJÖ OCH UTRUSTNING VAL AV LOKAL PLANERING AV MÄTNING UTRUSTNING Leica TPS TCRA Z+F IMAGER Kameran MÄTNINGAR INTRODUKTION ARBETSGÅNG - TOTALSTATIONSMÄTNING ARBETSGÅNG - LASERSKANNING ARBETSGÅNG - KAMERATEST DATABEARBETNING TOTALSTATIONSDATA SBG Geo Microstation LASERSKANNINGSDATA Z+F LaserControl JÄMFÖRELSE FÄRGSÄTTNING AV PUNKTDATA RESULTAT TOTALSTATIONSMÄTNING

8 8.2 LASERSKANNING JÄMFÖRELSE Tider Kostnader Jämvikt Noggrannhet KAMERA PROBLEM PROBLEM UNDER DATAINSAMLINGEN PROBLEM UNDER BEARBETNINGEN ANALYS AV RESULTATET TOTALSTATION VS LASERSKANNING DISKUSSION VAD HÄNDER VID ANDRA FÖRUTSÄTTNINGAR KAMERAN SLUTSATS REFERENSER LITTERATURLISTA INTERNETREFERENSER BILDKÄLLOR BILAGOR BILAGA BILAGA BILAGA BILAGA

9 1. Introduktion 1.1 Bakgrund Många gamla hus har inga eller väldigt gamla och förvrängda ritningar i pappersformat som inte går att använda vid upprustning eller återuppbyggnad. Därför arbetar man på många företag med att återskapa nya digitala ritningar över sådana hus, ofta i samband med renovering. För att åstadkomma dessa ritningar används i nuläget så kallad geodetisk inmätning utifrån vilken en ritning skapas i ett CAD-program. Geodetisk inmätning innebär att en totalstation används. En totalstation är ett instrument som med hjälp av en elektronisk avståndsmätare och vinkelmätare beräknar både avstånd och vinklar till punkter på ett objekt. Data används sedan för att relatera punkterna till varandra och till omvärlden som koordinater i ett koordinatsystem. Koordinaterna överförs till ett CAD-program där de sammanfogas manuellt med hjälp av en skiss av huset gjord på mätplatsen för att så småningom bli en färdig ritning med korrekta mått. 1.2 Problemställning På Sweco Infrastructure AB har man sedan länge funderat över om det inte skulle vara mer effektivt att använda sig av en laserskanner för detta ändamål. Problemet är att finna bästa och snabbaste resultat vid framtagande av relationshandlingar 1 för befintliga byggnader. Arbetet behandlar metoder, hur ska man gå till väga för att framställa ritningar från skannerdata? Blir det tillräckligt hög noggrannhet på resultatet jämfört med traditionell geodetisk inmätning? Tidsaspekten undersöks och även den ekonomiska aspekten analyseras för att finna för- respektive nackdelar med de båda metoderna. Hösten 2007 köptes en ny laserskanner in till Sweco i Stockholm, en Zoller+Fröhlich-skanner som heter Z+F IMAGER Till den här skannern går det att koppla en digital systemkamera och på så sätt är det möjligt att få ett färgvärde på varje skannad punkt. Nästa problem i examensarbetet är därför att genomföra ett test av tekniken och undersöka hur man bäst utnyttjar digitala bilder i samband med laserskanning. Anledningen till detta är att det går att skapa 3D-modeller av laserdata och därmed få en slags virtuell verklighet som möjligtvis kan förbättras med dessa fotografier. Här undersöks om dessa bilder kan bidra till en mer verklighetstrogen modell av objekt i datorn. 1.3 Tidigare arbeten Trots att laserskanning är en relativt ny teknik har det skrivits en hel del på området tidigare, ofta i jämförelser med traditionell teknik som totalstationsmätning. Persson (2008) har undersökt skillnaden mellan laserskanning och totalstation vid inmätning av detaljer i stadsmiljö och vid kartering. Arbetet reder ut hur de båda teknikerna skiljer sig åt beträffande noggrannhet och vad det innebär i praktiken. Arbetet undersöker ekonomisk lönsamhet, arbetsmiljö och tidsåtgång för de 1 Med relationshandlingar avses ritningar eller andra upprättade handlingar och dokument, avsedda att visa byggnaders och anläggningars aktuella status (Lokala riktlinjer för relationshandlingar, Akademiska Hus i Lund AB, Månsson, 2004). 9

10 båda teknikerna samt om laserskanning resulterar i något mervärde jämfört med totalstationsmätning och hur man kan utnyttja data på bästa sätt. Arbetet visar att laserskanning är en snabb metod som ger stora mängder data med hög detaljrikedom, medger en större säkerhet i fält och ger enorma möjligheter för visualisering, modellering och skapande av terrängmodeller. Laserskanning visar sig dock vara dyrt och dessutom ge en sämre noggrannhet än totalstationen. En laserskanner klarar inte av att mäta sträckor över hundra meter och mätningen kräver dessutom georeferering 2 med totalstation. Tidsvinsten från fältarbetet förloras i tidskrävande efterbearbetning. Persson anser att laserskanning lämpar sig bäst över små detaljrika områden där eventuellt också säkerheten är av vikt. Persson ser laserskanning som ett komplement snarare än en ersättning för mätning med totalstation. Swahn (2008) undersöker skillnaden i noggrannhet mellan en pulsskanner och en fasmätningsskanner med avseende på data och 3D-modell. Arbetet syftar till att undersöka och jämföra noggrannheten i resultaten av de två olika skanningsmetoderna. Arbetet förbereder en studie om huruvida målytans färg påverkar mätningen med respektive skanner, dessutom jämförs tidsåtgången vid skanning med fasmätningsskannern, med olika punkttäthet och olika programvaror. Hela mätsystemet jämförs mellan de två instrumenten. En kontrollmodell uppmätt med totalstation har använts som jämförelse. Studien visar att pulsskannern hade lägst standardavvikelse och i de flesta fall bäst överensstämde med kontrollmodellen. När målytan är i laserns komplementfärg returneras en försvagad signal vilket påverkar mätningen. Tidsåtgången vid mätning med fasmätningsskanner påverkas av punkttäthet, programvara och datorns prestanda. Jödahl och Larsson (2007) har publicerat ett examensarbete där de undersökt tre olika metoder att framställa tredimensionella relationshandlingar för befintliga byggnader. I arbetet har en totalstation, en handhållen avståndsmätare och en laserskanner använts vid bestämning av en byggnads geometri. Fördelar och nackdelar med de olika metoderna har analyserats. Indata från de tre mätmetoderna har jämförts med hänsyn till lämpligheten för CAD-bearbetning. Studien visar att vid modellering i CAD stämmer data från totalstation och laserskanner bättre överens med verkligheten, än data framtagen med handhållen avståndsmätare. När det gäller relationsunderlag visar undersökningen att metoderna kan komplettera varandra så att godtagbar noggrannhet uppnås för vissa syften. Klasén och Hedin (2003) har skrivit ett examensarbete om laserskanning, där de undersökt noggrannheten i 3D CAD-modeller. Arbetet har som syfte att undersöka noggrannheten i konnektionspunkterna när flera skanningar fogas samman samt om noggrannheten skiljer sig åt om man modellerar från en eller båda sidor av ett objekt. Noggrannheten har också kontrollerats för geometriska objekt i en färdig CAD-modell. Resultaten visar att noggrannheten i konnektionspunkterna troligtvis beror på designen av de targets som används, noggrannheten i CADmodellerna beror antagligen i sin tur mycket på objektens ojämnhet i verkligheten. Klasén och Hedin visar också att högre noggrannhet uppnås vid modellering av punktmoln från båda sidor av ett objekt i stället för från en sida. 2 Med georeferering menas att punkter som mäts in får koordinater i ett koordinatsystem som sträcker sig utanför mätobjektet, de får en position på jordens yta, lokalt, regionalt eller globalt. 10

11 Reshetyuk (2006) har skrivit en licentiatuppsats där han undersöker fel som uppkommer i och med mätning med terrester (markbunden) pulsskanner. Syftet med uppsatsen är att dels att undersöka fel, som uppkommer i mätningar, för att få en djupare förståelse för dessa och därmed kunna fastställa noggrannheten på data. Dels är syftet att undersöka systematiska fel och prestanda hos tre pulsskannrar samt att utifrån detta utveckla kalibreringsmetoder som justerar dessa fel. Den första delen resulterar i en modell som används för att uppskatta noggrannheten för koordinaterna hos en punkt i punktmolnet. Undersökningen i den andra delen resulterar i två kalibreringsmetoder som justerar systematiska fel hos laserskannern. Reshetyuk (2009) har skrivit en doktorsavhandling som handlar om direkt georeferering och självkalibrering vid terrester laserskanning (TLS). Avhandlingen syftar till att utveckla en metod för självkalibrering som kan tillämpas av användaren vid kalibrering av pulsskannrar för en bättre inblick i systematiska instrumentfel. Detta resulterar i en metod för självkalibrering som uppskattar de systematiska felen med relativt hög noggrannhet och låg korrelation med andra parametrar i systemet. Avhandlingen syftar även till att undersöka möjligheterna för direkt georeferering med GPS vid statisk mätning med TLS, samt att utveckla ett system för kombinerad TLS- och GPS-mätning. Det andra målet uppnås även det genom att en prototyp för ett kombinerat mätsystem mellan TLS och GPS utvecklas och testas. Resultatet visar att koordinaterna i georeferering med GPS kan få en lika bra noggrannhet som med konventionell direkt georeferering, när skannern är stationerad över en känd punkt. 1.4 Syfte Huvudsyftet med det här examensarbetet är att jämföra två olika metoder som innebär att framställa ritningar i 2D av befintliga byggnader. Den ena metoden går ut på att med en laserskanner mäta in en byggnads olika rum, läsa in data till programmet Z+F Laser Control, registrera ihop skanningarna, ta ut ett snitt ur punktdata och tillverka en ritning utifrån den i ett CAD-program. Den andra metoden, den traditionella inmätningsmetoden med totalstation, utförs i samma byggnad, där sedan en ritning framställs utifrån mätdata i ett CAD-program. Metoderna jämförs sedan med avseende på noggrannhet, tidsåtgång och ekonomi. Vidare behandlar examensarbetet möjligheten att använda en kamera tillsammans med laserskannern för att i en virtuell 3D-miljö kunna få en verklighetstrogen bild av objektet. För att genomföra detta test skannas ett rum utsmyckat med en takmålning, samtidigt som det fotograferas, för att sedan bearbetas i ett program där bilderna draperas på punktmolnet. Resultatet av testet utvärderas. 2. Förväntat resultat Med utgångspunkt i tidigare arbeten på området går laserskanningsmätning snabbt i fält i förhållande till antalet mätta punkter. Däremot tar det längre tid att bearbeta data från laserskannern än från totalstationen, vilken i sin tur kräver längre tid vid fältarbetet. Den ekonomiska lönsamheten beror på storleken på projektet, ju större projekt desto lönsammare är laserskanning tidsmässigt och därmed också ekonomiskt. 11

12 3. Teori Grunden för alla kartor, GIS, 3D-modeller och ritningar är mätningar i verkligheten. Mätningar utförda med specifika syften och förutsättningar, på marken, från luften, inuti och utanpå byggnader. Det enklaste sättet att utföra mätningar inuti en byggnad är förstås med en tumstock, vilket också är vanligt förekommande då inga krav på noggrannhet förekommer till exempel när det är dags att möblera om hemma i vardagsrummet. När det däremot föreligger en renovering eller ombyggnation av en fastighet krävs det pålitliga ritningar med en noggrannhet på millimeternivå. För att detta ska gå att uppfylla krävs det mer avancerade instrument vilka beskrivs i kapitel 3.1, 3.2 och 3.3. I kapitel 3.4 beskrivs felkällor inom mätningstekniken och i 3.5 bearbetningen av data. 3.1 Totalstationsmätning En totalstation är ett instrument som mäter positionen för punkter i form av koordinater i ett bestämt koordinatsystem. Totalstationen har många tillämpningar, såväl vid utsättning och inmätning av byggnader som vid anläggningsprojekt, vid kartframställning och avancerade mätningar av jordens form och deformationer som kräver hög noggrannhet. Instrumentet vrids runt två axlar så att inställning mot objekt i både horisontalled och vertikalled är möjlig, för varje inställning mäts en punkt i taget. En totalstation består av en vinkelmätare och en avståndsmätare och mäter avstånd och vinklar mot objekt, vilkas position kan beräknas med hjälp av olika datorprogram (Egeltoft, 2003). Vinkelmätaren, även kallad teodolit, beräknar vinkeln mellan två objekt. För att den direkta vinkeln ska kunna beräknas måste horisontalvinkeln och vertikalvinkeln först läsas av var för sig. Horisontalvinkeln beräknas genom skillnaden mellan horisontalriktningarna till de båda objekten, horisontalriktningen är riktningen längs med projektionen i planet av den räta linjen mellan instrumentet och objektet. Vertikalvinkeln läses av direkt som vinkeln mellan zenitlinjen och siktlinjen till den mätta punkten. Avståndsmätaren, eller längdmätaren, är i en totalstation elektronisk, EDM (Electronic Distance Meter). Det finns två sorters avståndsmätare, pulsmätare och fasskillnadsmätare. Pulsmätare består av en sändare, en mottagare, en pulsmätare och en mikroprocessor. Pulsmätaren mäter gångtiden mellan sändare och mottagare för en puls och bestämmer sedan längden av sträckan. Fasmätning fungerar genom att sändaren skickar ut en signal med en viss frekvens, mottagaren registrerar den returnerade signalen och beräknar avståndet med hjälp av antalet hela våglängder och skillnaden i fas mellan ut- och insignal. Om totalstationens position inte är känd från början beräknas den genom baksikter, det vill säga mätning mot minst tre kända punkter till vilka stationen har fri sikt. Med kända punkter menas punkter med kända koordinater i lämpligt koordinatsystem. Den nya punktens position erhålls genom addition av avståndet i korrekt vinkel från totalstationens uppställningsplats med hjälp av koordinatsystemets parametrar. 12

13 3.2 Laserskanning Laser är en förkortning för Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Laserstrålen är en ljusstråle med en enda våglängd vilket gör att den har låg spridning och kan koncentreras även vid långa avstånd. En laserskanner mäter avstånd och vinklar precis som en totalstation men till skillnad från totalstationen mäter den fler punkter åt gången. En terrester laserskanner roterar runt vertikalaxeln samtidigt som en spegel sprider ut laserstrålarna i de två övriga dimensionerna. Därmed bildas ett så kallat punktmoln runt skannern vilket kan användas för att framställa 3D-modeller över mätområdet. Punkttätheten väljs utifrån vad som ska mätas och beställarens krav på noggrannhet (Swahn, 2008). Vanligt förekommande är också laserskanning från luften, med flygplan eller helikopter, så kallad airborne laser scanning (ALS). ALS används ofta vid framställning av digitala höjdmodeller (DEM). I det här arbetet fokuseras på terrester laserskanning. Det finns två varianter av instrument som används vid terrester laserskanning, pulsskanner och fasmätningsskanner. En pulsskanner bestämmer avståndet till en punkt genom att mäta tiden (Time of Flight) det tar för en laserpuls att färdas från instrumentet och tillbaka. För varje punkt mäter instrumentet också två ortogonala vinklar, sedan bestäms koordinaterna för punkten i ett instrumentcentrerat koordinatsystem. I fasmätningsmetoden mäts, istället för tiden, fasskillnaden mellan ut- och insignalen i instrumentet. Fasskillnaden är proportionell mot skillnaden i signalens transporttid (Reshetyuk, 2007). Utifrån fasförskjutningen beräknas avstånd, vinklar och koordinater för punkterna beräknas på samma sätt som i en pulsskanner. 3.3 Kameran Anledningen till att en kamera används i samband med laserskanning är att bilderna från den går att drapera på punktmolnet från skannern. På så sätt bildas en mer verklighetstrogen värld i datorn av omgivningarna från mätplatsen. Momentet kan utföras genom att man i samband med skanningen fotograferar för hand med en digitalkamera samma objekt som mäts in med skannern. Bilderna matchas sedan ihop med punktmolnet i ett datorprogram genom att gemensamma punkter mellan fotografier och punktmoln markeras manuellt. Detta kräver noggrannhet hos fotografen och hos den som bearbetar för att bilderna inte ska bli förvridna eller helt uppochner i modellen. Nya modeller av laserskanner har ett fäste för digitalkameran på instrumentet och en usb-port för direkt kontakt. Vilket gör att kameran kan följa med i skanningen och fotografera vartefter skannern rör sig runt sin axel. Bildfilerna får automatiskt specifika filnamn av skannern vilka gör att de kopplas till rätt del av punktmolnet när de ska draperas. Bildfilerna laddas över till datorn via skannern när kameran fortfarande är inkopplad. Den senare metoden undersöks i det här exjobbet. 3.4 Felkällor vid totalstationsmätning och laserskanning Mätfel kan vara små eller stora och bero på olika faktorer, de påverkar mätningarna systematiskt eller slumpmässigt. Genom att veta om dessa fel kan man ofta undvika dem genom noggrannhet vid mätning och kalibrering av instrumenten. Mätfelen delas ofta in i tre grupper; systematiska, stora 13

14 och slumpmässiga fel. En generell uppdelning av mätfel som kan uppkomma vid mätning med alla typer av instrument. I instrumentet kan det finnas inbyggda fel, så kallade systematiska fel, t.ex. en inställning som gör att alla mätningar påverkas på samma sätt, det kan bero på att användaren inte kalibrerat instrumentet tillräckligt noga eller horisonterat det dåligt. Stora fel uppkommer oftast på grund av den mänskliga faktorn, fel på instrumentet eller fel mätmetoder. Slumpmässiga fel påverkar mätningarna på ett icke-systematiskt sätt. Kan bero på den mänskliga faktorn, instrumentfel, den fysiska omgivningen och mätningsrutiner. En indelning av felkällor specifik för terrester laserskanning resulterar i fyra grupper. Instrumentrelaterade, miljörelaterade, objektrelaterade och metodrelaterade fel (Reshetyuk, 2006; Staiger, 2005; Zamecnikova och Kopacik, 2004). Instrumentfel uppkommer i instrumentet, t.ex. när det gäller vinkelmätning och avståndsmätning. Avståndsmätaren kan orsaka problem när det gäller att mäta hörn och kanter på objekt, laserstrålen är diffus på längre avstånd och kan mäta både objektets hörn och ett objekt bakom. Det registrerade avståndet hamnar då mitt emellan de två uppmätta avstånden. Felet kallas även mixed pixels och varierar i storlek mellan < 1 mm och flera dm. Det enda sättet att undvika det här felet är att välja en välfokuserad laser med låg divergens (Reshetyuk, 2006, 2007, 2009). Miljörelaterade fel innebär att felen uppkommer i mätmiljön, exempelvis pga. vibrationer, refraktion på grund av atmosfären eller ljuset vid mättillfället. Objektsrelaterade fel beror på objektets utseende och egenskaper. Fel kan bero på objektets färg, form och reflektans, ett blankt föremål reflekterar lasern sämre än ett föremål med lite struktur vilket gör att objektet kan verka nästan osynligt för lasern. Det här problemet leder till att ytor på samma avstånd från skannern, hamnar på olika avstånd i punktmolnet på grund av att de har olika ytstruktur. Andra viktiga aspekter i den här felkategorin är orientering, krökning och även intensiteten i färg av föremålet, vilka påverkar retursignalens styrka. Metodfel innebär fel som mätningsingenjören själv orsakar, ofta genom dålig planering av området som ska mätas; som uppställningsplatser och placering av targets. 3.5 Registrering och georeferering Totalstationsdata För att kunna mäta in ett större område med totalstation måste flera uppställningar göras, dvs. man måste flytta instrumentet vid ett antal tillfällen. För att de olika uppställningarnas inmätta data ska kunna relateras till varandra måste ett gemensamt nätverk mätas in vid varje uppställning. Nätverket kan vara lokalt eller globalt beroende på ändamålet med inmätningen. Vid varje uppställning har man med instrumentet fri sikt till åtminstone två punkter i nätverket. När fältarbetet är avslutat beräknas mätningarna i ett program, SBG Geo, speciellt utvecklat för att bearbeta geografiska koordinater. I programmet bestäms koordinaterna för nätverket och alla övriga punkter tilldelas koordinater i 14

15 samma system. Filen från Geo bearbetas sedan i Microstation, ett CAD-program, där koordinatfilen läses in och punkterna binds ihop till en färdig ritning Laserskanningsdata För att mäta in ett större område måste man även med laserskannern göra flera uppställningar. Vid varje uppställning producerar skannern ett punktmoln där varje punkt har ett xyz-värde i ett koordinatsystem med origo i instrumentet. För att punktmolnen ska kunna relateras till varandra och till verkligheten, om man skulle vilja georeferera sina data, används så kallade targets. Med georeferering menas att man ger data koordinater som är relaterade till resten av jorden, dvs. koordinater i ett större koordinatsystem, lokalt (t.ex. i Stockholm) eller globalt. Figur 1 Target använd vid mätningarna. Targets (Figur 1) placeras inom mätområdet på ett sätt så att minst tre stycken är synliga för laserskannern vid varje uppställning, varav minst två ska synas från en annan uppställning. Laserskannern registrerar targets automatiskt i sina data men för att kunna ge alla uppställningar ett gemensamt koordinatsystem mäts alla targets även in med totalstation. Om georeferering är nödvändig mäts även externa plan- och höjdpunkter in med kända koordinater i ett större koordinatsystem, annars kan man använda targets som punkter i ett lokalt nätverk. En fil skapas i SBG Geo med koordinaterna för alla targets, vilka är uppsatta i mätområdet. Sedan modelleras data från laserskannern i Z+F LaserControl, ett program som kommer från tillverkaren av skannern. I programmet registreras punktmolnen från de olika uppställningarna ihop med hjälp av filen från Geo. Ett snitt tas ur punktmolnet och exporteras till Microstation där en ritning görs på samma sätt som med data från totalstationen Kameran För att färgsättning av punktdata ska kunna ske måste data från det skannade rummet läsas in i programmet på samma sätt som i föregående avsnitt, en intern kalibrering måste utföras av kameran för att programmet ska kunna utnyttja dess parametrar. 15

16 4. Testmiljö och utrustning 4.1 Val av lokal Kammarrätten på Riddarholmen är utvalt som objekt för skanningen i detta examensarbete. Anledningen är att Sweco mätt in huset tidigare och därmed har kontakt med dem som arbetar där. Dessutom finns i ett av rummen en vacker takmålning (Figur 2) som tros passa bra för färgdraperingen. Figur 2 Takmålning i Sparreska rummet. 4.2 Planering av mätning Mätningen planeras noggrant och uppställningsplatser lokaliseras för optimalt resultat och minimerad arbetsbelastning. Ett lokalt nätverk (Figur 3) skissas upp eftersom det i det här fallet inte finns någon referering till ett yttre koordinatsystem. Targets för laserskanningen tejpas upp på väggarna så att det i varje rum finns en target synlig från rummet bredvid, detta för att targets ska kunna återanvändas som mätpunkter. 16

17 Figur 3 Ritning över mätområdet. Targets: ; Stationsuppställningar och nätverk:

18 4.3 Utrustning Leica TPS TCRA 1101 Totalstationen som har använts vid mätningarna i detta examensarbete heter Leica TPS TCRA 1101 och är en totalstation med förmågan att mäta reflektorlöst. Totalstationen är även utrustad med ATR (Automatic Target Recognition), vilket betyder att instrumentet automatiskt hittar prismat, med hjälp av en CCD-kamera, efter endast en grovinställning för hand. Reflektorlös mätning sker med hjälp av en röd laser till skillnad från den infraröda som används vid mätning med reflektor. För att mäta reflektorlöst krävs att instrumentet är ordentligt justerat och testat för att undvika systematiska mätfel (inbyggda fel i varje mätning beroende på felinställningar i instrumentet). Mätningens kvalitet beror på materialet mot vilket mätningen sker, även vinkeln mellan strålen och objektets yta har betydelse, den bör vara så nära 90 grader som möjligt för att säkerställa strålens retur (Vobořilová, 2002). Enligt tillverkaren har vinkelmätaren en standardavvikelse på 1,5. Avståndsmätaren har en fast standardavvikelse på 2 mm för mätning mot prisma och 3 mm för reflektorlös mätning, den längdberoende standardavvikelsen för avståndsmätning uppgår till 2 ppm. För detaljerad information om totalstationen, se bilaga Z+F IMAGER 5006 Laserskannern som använts är tillverkad av det tyska företaget, Zoller + Frölich, den heter Z+F IMAGER Scannern använder sig av AMCW, Amplitude Modulated Continous Wave, i sin mätning av punkterna. Den enligt tillverkaren bästa upplösningen mellan punkterna är 1.7 mm på 25 meters avstånd. Kvaliteten på mätningarna förbättras i det här instrumentet av en tvåaxlig lutningssensor som också gör att färre targets behövs. Skannern roterar 182 men skannar åt båda hållen så att skanningen blir ett helt varv, 360, och 310 i vertikalled. Flera tusen punkter kan mätas in per sekund. För detaljerad information om laserskannern, se bilaga Kameran Kameran som använts är en Nikon D40, en lättanvänd digital systemkamera som kopplas direkt till skannern via en usb-port. För detaljerad information om kameran se bilaga Mätningar 5.1 Introduktion Mätningarna utfördes parallellt för de båda undersökningarna, nedan beskrivs dock arbetsgången separat för att det enklare ska gå att följa hela arbetet för varje uppgift. 5.2 Arbetsgång - Totalstationsmätning Till att börja med ställs totalstationen upp och punkter i det lokala nätverket mäts in, sedan mäts två punkter på varje vägg. Efter väggarna mäts två punkter på varje fönster och sedan en punkt på golvet och en punkt i taket. I Sparreska rummet är det bjälkar i taket och det mäts två punkter i taket, en för varje höjd. Vid mätning med totalstation används olika reflektorer för att möta upp och reflektera signalen tillbaka till totalstationen. En vanlig reflektor är ett prisma som är fäst på en stång och kallas rundprisma, stången hålls ovanför mätpunkten stilla och horisonterat med hjälp av ett inbyggt 18

19 vattenpass. Prismats konstant skrivs in i totalstationen och höjden över golvet. Ett annat prisma är miniprismat som placeras på valfritt ställe, och horisonteras, en liten vass fot markerar punkten som ska positioneras. Konstant och höjd skrivs in i totalstationen före mätning. Vid reflektorlös mätning mäts med en synlig laser direkt mot objektet. Sammanlagt tre uppställningar krävs med totalstationen för att täcka in det tre rummen vi valt, från varje uppställning mäts med prisma mot en av de andra uppställningsplatserna för att relatera punkterna till varandra och till det lokala nätverket. De ställen som ändå inte går att mäta med instrumentet mäts för hand med tumstock. Mätdata laddas över till en dator på Sweco och bearbetningen kan börja. 5.3 Arbetsgång - Laserskanning Totalstationen ställs upp som i föregående avsnitt och punkter i det lokala nätverket mäts in, sedan mäts alla targets in för att de ska få koordinater i det lokala nätverket. Tre uppställningar krävs även här med totalstationen för att mäta alla punkter vi placerat ut, från varje uppställning mäts med prisma mot en av de andra uppställningsplatserna för att relatera punkterna och till det lokala nätverket. När detta är klart ställs laserskannern upp och horisonteras i det sparreska rummet. När inställningarna är klara startas skanningen och rummet mäts in på maximalt tre minuter, skannern hittar automatiskt targets på väggarna och sköter sig själv. Var skannern ställs upp spelar ingen roll så länge de med totalstationen inmätta targets finns i dess synfält. Fyra uppställningar med skannern behövs för att alla vinklar och vrår ska komma med. De som ändå inte går att mäta med instrumentet mäts för hand med tumstock. Mätdata laddas över till en dator och bearbetningen kan börja. 5.4 Arbetsgång - Kameratest Inga targets behövs för detta test. Eftersom kameran endast ska användas i en skanning åt gången behöver inga skanningar registreras ihop. För att färgsätta punktmolnet i skanningen fästs en digitalkamera på skannern under skanningen som kopplas till instrumentet via en usb-port. Vid uppstart aktiveras kamerafunktionen i skannern genom att välja camera: on. När skannern kört sitt varv börjar fotograferingen som sker automatiskt. Vinkeln från vilken kameran fotar, ställs in manuellt. I den första skanningen fotar kameran taket, dvs. nästan rakt uppåt. Sedan skannas ett varv till och kameran vinklas nedåt så att även väggarna kommer med. När skannerdata laddas över till datorn måste även fotografierna laddas över via skannern för att de ska få rätt namn, de får automatiskt samma namn som skanningen som de hör till för att programmet ska känna igen dem och kunna koppla dem till punkterna. I samband med skanningen måste även en intern kalibrering ske av kameran. Ett schackrutigt bräde fotas i olika vinklar och på olika avstånd med konstanta kamerainställningar, dessa foton laddas sedan in i datorn för att användas i programmet när draperingen ska ske. Z+F LaserControl öppnas och ett nytt projekt startas, skanningarna laddas in och fotona följer med automatiskt eftersom de har rätt namn. 19

20 6. Databearbetning 6.1 Totalstationsdata SBG Geo Data från totalstationen läses in i Geo direkt från instrumentets minne. En punkt skapas på golvet som får koordinaterna (1000, 1000) för att ha något att utgå från. Första uppställningen görs över denna punkt. En teoretisk punkt 1000, 10 m bort i riktning 0 skapas för att bygga ett koordinatsystem. Dessa punkter anses kända och i det här fallet räcker två kända punkter för att göra en så kallad nätutjämning, eftersom flera punkter är inmätta från varje uppställning. Programmet relaterar alla övriga punkter i det lokala nätverket utifrån dessa punkter. Detta görs genom nätutjämning med absolut anslutning, vilket innebär att övriga punkters relation till varandra deformeras något för att passa absolut med de kända punkterna. Som en allvetande teknisk lantmätare uttryckt det: Ungefär som att passa de fyra hörnen på en duk mot en mindre duk. Hörnen kommer passa på varandra men duken kommer bli skrynklig. Henrik Löfqvist Deformationen undviks i det här fallet eftersom en teoretisk punkt skapas innan nätutjämningen sker i programmet. Till sist läses de övriga mätpunkterna in i det lokala nätverket med minsta kvadratmetoden, en metod som i sig själv minimerar standardavvikelsen för varje punkt i systemet Microstation Koordinatfilen från Geo laddas in i MicroStation. Varje punktpar representerar en linje och binds ihop till en sådan med linjeverktyget. En skiss av rummen hjälper till att hålla reda på var det ska vara väggar, fönster och hörn. Fönstren läggs i ett eget lager och ges en annorlunda färg än väggarna för att de ska gå lätt att skilja ut. En skalstock importeras och placeras under ritningen, en rubrik infogas och ritningen exporteras som en pdf. 6.2 Laserskanningsdata Z+F LaserControl Ett projekt startas i Z+F LaserControl vilket gör det lättare för programmet att hålla reda på flera skanningar. För att skanningarna ska kunna registreras ihop med varandra krävs det att targets i molnen lokaliseras manuellt, till det krävs även en fil där koordinater för targets är specificerade. Filen skapas i Geo och har filformatet.k. 20

21 Figur 4 (.k-fil), koordinater för targets som behövs i modelleringsprogrammet Filen (Figur 4) innehåller namn, en sjua, y-koordinat, x-koordinat och z-koordinat för targets använda i skanningen på kammarrätten. Sjuan finns med i filen för att kopiera formatet för Kramer survey adjustment package, vilket är nödvändigt för att filen ska gå att importera i Z+F LaserControl. Bilden till vänster visar ikonen i Z+F LaserControl vilken påbörjar lokaliseringen av targets i punktmolnet. I varje target markeras med hjälp av programmet en punkt så nära mitten som möjligt. Alla targets registreras med namn och storlek, t.ex. A4 (Figur 5). Figur 5 Target registreras med namn och typ. 21

22 För att registrera ihop skanningarna krävs att en target i en skanning matchas ihop med samma target i en annan skanning. Detta gör programmet automatiskt om man väljer register all scans. Innan registreringen färdigställs visas en logg och en rapport med resultatet, om någonting behöver ändras. En target verkar vara fel utmärkt i en av skanningarna och avmarkeras för att ett bättre slutresultat ska uppnås. När skanningarna är registrerade visas de tillsammans som en enhet. Ett snitt kan nu exporteras ur punktdata genom att använda cut -verktyget i programmet där tre punkter markeras manuellt för att bestämma ett plan. Snittet exporteras som en textfil med koordinater på alla punkter i snittet. Filen kan sedan öppnas i Microstation. 6.3 Jämförelse Tiderna för de olika momenten i arbetsgången specificeras i en tabell, där de sedan summeras. Kostnaderna beräknas med en ekvation (Ekv. 1) efter det att de fasta kostnaderna för instrument och arbetskraft tagits fram utifrån känd prisinformation. Noggrannheten i de olika metoderna jämförs först genom att de två ritningarna läggs över varandra och skillnaderna observeras mellan dem. Skillnaden i noggrannhet mellan instrumenten och efter beräkningarna i Geo undersöks också. 7. Färgsättning av punktdata Arbetsgången i programmet beskrivs av stegen nedan. Bilderna vid rubrikerna är symbolerna på knapparna i programmet. Kamerakalibrering En rektangulär platta av hård plast, med en yta liknande ett schackbräde används för den inre kalibreringen av kameran (Figur 6). Fotografierna av kalibreringsmallen laddas in, kameran och mallens utseende specificeras. Skärningspunkterna mellan rutorna i mallen hittas automatiskt av programmet och parametrarna bestäms för den inre kalibreringen av kameran. Figur 6 Kalibreringsmall. 22

23 Kalibreringens egenskaper Egenskaperna definieras i färgläggningsprojektet. Bilderna och skanningarna som ska användas bestäms och den interna kalibreringen som ska användas läggs till. Definiera gemensamma punkter Skärmen i programmet delas upp i skanning och bild, även en liten ruta med valda punkter syns. En punkt väljs i skanningen och samma punkt väljs i en av bilderna, detta upprepas 7 gånger då programmet har fått tillräckligt med information för att kunna drapera alla bilderna på skanningen. Extern kalibrering Den externa kalibreringen beräknas genom att punkterna i skanningen jämförs med punkterna i bilderna och differensen i pixlar specificeras. Ställning tas till om punkterna bör väljas om eller inte. Pixeldifferensen uppgår i det här fallet till 2.17 pixlar, vilket anses vara godtagbart. Generera färgskanning Punktmolnet färgsätts med noggrannheten av den manuella punktmatchningen. Skapa ortofoto För att ett ortofoto ska kunna skapas måste data filtreras ordentligt innan, onödiga punkter måste inaktiveras så att data tar mindre plats. Detta görs genom att tillämpa preprocessing på hela projektet. Sex olika filter används, vilka i programmet kallas Intensity - Filtret rensar bort alla pixlar med en högre eller lägre intensitet än vad som specificeras manuellt. Invalid - Filtret tar bort punkter som är ogiltiga, punkter vid skannerns bas som den omöjligt kan ha mätt på grund av vinkeln. Mixed pixel - Filtret avlägsnar pixlar som är fel på grund av att laserstrålen har träffat en kant. När laserstrålen träffar en kant hamnar en del av strålen på ett närmre objekt och en del längre bort, instrumentet interpolerar då fram ett pixelvärde som ligger någonstans mittemellan de två objekten där det i verkligheten inte existerar något objekt. Range - Sorterar ut pixlar som ligger närmre eller längre bort än ett specificerat värde. Single pixel - Filtret tar bort eventuella felpixlar som mixed pixel-filtret lämnat kvar, ensamma pixlar utan några grannar. Thin - Filtret används för att jämna ut densiteten bland punkterna, ett minimivärde för pixelavstånd anges och onödiga pixlar filtreras bort. Inget av dessa filter raderar något ur data, en så kallad mask 23

24 läggs på vilken har en bit för varje pixel och markerar den som on eller off. Bortfiltrerade pixlar går därför enkelt att få tillbaka. Ortofotot skapas genom att stegen i wizarden följs. Ordet ortogonal kommer från grekiskan och betyder rätvinklig, ett ortofoto kan skapas i vilken riktning som helst. I ett ortofoto används ortogonalprojektion istället för centralprojektion som i en kamera (Figur 7). Ortogonalprojektion innebär att varje punkt på bilden är i relation till de andra punkterna lika stor och på samma plats som i verkligheten (Gumbricht, 2007). Detta gör det lättare att göra mätningar och beräkningar i bilden. Taket i sparreska rummet avbildas i varje punkt som det ser ut rakt underifrån istället för ifrån en specifik punkt som ursprungsbilden från kameran. Figur 7 Visualisering av begreppet ortogonalprojektion och ortofoto. 24

25 8. Resultat 8.1 Totalstationsmätning Figur 8 Ritning från totalstationsdata. 25

26 8.2 Laserskanning Figur 9 Ritning från laserskannerdata. 26

27 8.3 Jämförelse Tider Tidsåtgången mättes för de olika metoderna och redovisas i Tabell 1. Tabell 1 jämförelse av tidsåtgången för de olika metoderna. Skanning Tid (min) Totalstationsmätning Tid (min) Planering 20 Planering 20 Mäta nätverk och targets 40 Mäta nätverk och 60 Skanning 40 mäta objekt Tumstocksmätning 20 Tumstocksmätning 20 Beräkna nätverk och targets i Geo 40 Beräkna nätverk och objekt i Geo 60 Registrera i Z+F LaserControl och 20 Redigera i MicroStation 60 ta ut snitt ur punktdata Redigera i MicroStation 90 Summa 270 Summa Kostnader För att en jämförelse av kostnader för de två olika metoderna ska vara möjlig har en ekvation utvecklats där tid och pris multipliceras till en totalkostnad enligt Ekvation (1). K = i d + h p (1) Där parametrarna står för följande värden: K = Totalkostnad i = instrumentkostnad d = antal dagar h = antal timmar p = timpris per dag Leica TCRA TRC 1100 kostar i dagsläget ca kr och utifrån den kostnaden beräknas en instrumentkostnad fram med hjälp av ekonomiska kalkyler. Med hänsyn till avskrivningar och beräknad livslängd för instrumentet bör ett pris på ca 1200 kr per dag vara rimligt att ta ut av en kund. 27

28 IMAGER 5006 kostar med nödvändiga tillbehör i dagsläget EUR, vilket motsvarar ungefär kr. Med hänsyn till samma parametrar som för totalstationen kan man anse att ett pris på ca 9000 kr per dag är rimligt. Priset för en konsulttjänst kan antas ligga runt 750 kr per timme vid rådande omständigheter. Med dessa prisuppgifter kan kostnaden för projektet med totalstation beräknas med Ekv. (1): K totalstation : = 3950 kr Timpriset delas på 60 för att få ut minutpriset, vilket multipliceras med antalet minuter nedlagd tid. Tiden läses ur Tabell 1. För laserskanningen gäller detsamma: K 270 : = 60 ( ) kr laserskanner Jämvikt För att förtydliga jämförelsen av kostnader mellan metoderna skapas ett diagram, Figur 10. För beräkningar, se bilaga 4. Följande antaganden har gjorts i beräkningarna. Mätning med tumstock tar inte längre tid ju fler snitt som mäts. Registrering av punktmoln tar lika lång tid oberoende av antal targets som används. Tiden som skiljer ett och två snitt med laserskanner är tiden för redigering i MicroStation. Mätning av objekt med totalstation tar 45 min per ritning (snitt), ¾ av tiden för den totala mätningen. Beräkningar i Geo tar inte längre tid vid fler mätpunkter. Tiden som skiljer ett och två snitt med totalstationsmätning är tiden för mätning av objekt och tiden för redigering i MicroStation. Mätning med totalstation sker åtta timmar om dagen. Instrumentkostnaden för totalstationen beror på antalet påbörjade åttatimmarspass. All mätning med totalstation utförs i en följd, därefter redigeras data. 28

29 Figur 10 Kostnaden för metoderna. Figur 10 visar tidsåtgången och kostnaden för de två metoderna. Kostnadsjämvikt uppnås vid ca kr eller 3200 min. Mätning med totalstation kräver fyra dagars instrumenthyra Noggrannhet Enligt tillverkaren har laserskannern en upplösning på 1.7 mm mellan punkterna med mätning på 25 meters avstånd. Totalstationen har en upplösning på 1,5 för vinkelmätning och 2 mm + 2 ppm eller 3 mm + 2 ppm för avståndsmätning med prisma respektive utan. För mer information om instrumentens noggrannhet, se bilagor 2 och 3. Ritningarna (Figur 8, Figur 9) från MicroStation jämförs noga genom att de placeras över varandra i samma fil (Figur 12) och skillnader studeras (Tabell 2). Totalstationsritningen används som referens vilket innebär att den andra ritningen jämförs med den. Trots att nätverket, uppmätt med totalstation, utgör koordinatsystem för båda metoderna har skannerritningen vridits i programmet så att de två inte längre överensstämmer. Detta har skett oavsiktligt och måste korrigeras. För att kunna jämföra ritningarna måste de passas ihop igen, transformationen görs i Geo för optimal precision (Figur 11). Åtta punkter definieras i hörnen på ritningarna. De punkter som genererar bäst resultat används sedan för matchningen. 29

30 Figur 11 Parametrar från transformation i SBG Geo för passning av skannerritning mot totalstationsritning. Därefter mäts skillnader mellan de två ritningarna i sju förutbestämda hörn (se Figur 12). Skillnader mäts i x-led, y-led och diagonalt för varje hörn (se Tabell 2). Tabell 2 differenser i x-led, y-led och diagonalt för varje hörn i ritningarna. Hörn d (mm) skillnad diagonalt dx (mm) skillnad i x-led dy (mm) skillnad i y-led Tabellen visar att differenserna i x-led är systematiskt positiva medan differenserna i y-led växlar tecken. 30

31 En beräkning av noggrannheten, σ, för mätning av hörnen mellan ritningarna (Figur 12) ges av roten av det kvadratiska medelvärdet 2 d 2 σ = σ =, d = X µ (2) N där X är det sanna värdet, (mätt med totalstation, används som referens), µ är en mätning med laserskanner och N är antalet mätningar. Mätvärden hämtas från Tabell 2 och sätts in i Ekv. (2). Resultatet av beräkningen σ = ( ) = 76,8635 mm visar på ett medelvärde av de avvikelser skannern gör från totalstationen i mätningarna i projektet. Skattningens värde är drygt ¾ dm. 31

32 Figur 12 Data från skanner och totalstation i samma ritning för jämförelse av hörn. 32

33 8.4 Kamera Resultatet av kameratestet, delproblem två i examensarbetet, visualiseras i form av en bild (Figur 13 och Figur 14). Bilden är ett så kallat ortofoto, en ortogonalprojektion av ett foto och slutsatser dras utifrån denna bild. Figur 13 Ortofoto av takmålning i Sparreska rummet, inzoomad. Figur 14 Ortofoto av takmålning i Sparreska rummet. 33

34 9. Problem Problem som uppstått eller kan ha uppstått under arbetet belyses i detta kapitel. 9.1 Problem under datainsamlingen I gamla hus, som kammarrätten på riddarholmen, finns sällan några räta vinklar och gamla trägolv svajar ofta när de beträds. Detta kan ha medfört att laserskannern vibrerat något under mätningen, som tar några minuter, då kammarrätten är en arbetsplats med anställda som förflyttar sig emellanåt. Problemet är dock inte av någon större dignitet. 9.2 Problem under bearbetningen Det första problemet som uppkommer under bearbetningen är att lära sig de olika programmen i datorn, detta är dock en del av arbetet och får ta den tid det tar. Z+F LaserControl, MicroStation och SBG Geo används väsentligt under arbetsgången och inlärningen är både viktig och givande. När ett snitt ska tas ur laserdata i Z+F LaserControl uppkommer nästa problem. Flera program testas, i LFM Modeller följer endast vissa punkter med vid inläsningen i MicroStation. LFM Modeller är ett äldre program för bearbetning av laserdata utvecklat av Zoller + Fröhlich. I Z+F LaserControl är datamängden för stor för att programmet ska orka läsa snittet till en fil. Till slut hittas en ikon som visar punktmolnen i 3D där punkterna inte ligger lika tätt. Väl inne i det fönstret går det att ta ut ett snitt. Nästa problem är att z-värdet ändras i programmet, om ett snitt tas på z=0 hamnar det på z=1. När ritningarna från de olika metoderna är färdiga ligger de i koordinatsystem som är vridna i förhållande till varandra, detta trots att punkt-k-filen som använts i Z+F LaserControl innehåller koordinaterna från totalstationen så att de borde matcha varandra. Tiderna som jämförs i resultatdelen måste delvis justeras på grund av antagandet om att arbetet går att utföra snabbare om personen som utför det är mer rutinerad. Det kan vara svårt att göra antaganden om dessa tider vilket även gör det svårt att dra slutsatser utifrån resultatet. Balkarna i taket i Sparreska rummet på kammarrätten gör att det blir skuggeffekter i ortofotot. Problemet accepteras och innebär inga förändringar i planen för testet. 10. Analys av resultatet I analysen av examensarbetet utvärderas resultatet. Återknytning sker till problemformuleringen och tveksamheter under arbetets gång diskuteras Totalstation vs Laserskanning I studien har skillnader mellan mätning med totalstation och med laserskanner undersökts med avseende på tidsåtgång, kostnad och noggrannhet. Resultatet av jämförelsen när det gäller tidsåtgång visar att det tar längre tid att framställa ritningen med laserskanner än med totalstation. Skillnaden är liten och uppkommer till stor del under bearbetningen av data. Det är dock inte säkert att bearbetningstiden är proportionell mot projektets storlek utan det kan vara mer tidseffektivt att utföra större projekt. Själva mätningen tar också den 34

35 lite längre tid med skannern vilket till stor del beror på att en totalstation behövs utöver skannern för att mäta in nätverkspunkter. Det kan även vara en fråga om rutin, att längre erfarenhet gör att man jobbar snabbare med både datainsamling och bearbetning. Däremot är det även i större projekt, än så länge, omöjligt att kompensera de ekonomiska skillnaderna med kortare arbetstid. När det kommer till kostnaderna för projektet är skillnaden uppenbar, detta beror på att en laserskanner i dagsläget kostar drygt kronor mer än en totalstation. Dessa skillnader kan bara jämnas ut av tiden, som med all teknik blir produkterna billigare ju äldre uppfinningen är. Kostnadsjämvikten mellan metoderna infinner sig efter fyra dagars mätning med totalstation och trettiofyra snitt. Kostnaden är då uppe i kronor. Trettiofyra snitt är relativt mycket med tanke på att en laserskanner bara kan mäta cirka hundra meter. Detta innebär att snitt behövs ungefär var tredje meter i ett hundra meter högt torn. Med andra antaganden kan jämvikten flyttas, men knappast i en sådan omfattning att resultatets karaktär drastiskt förändras. Jämförelsen av noggrannhet resulterar även den i fördel totalstation. Skillnaderna i sträcka mellan de utvalda punkterna är uppe på decimeternivå. Det är tydligt vad som förorsakar den förlorade precisionen i laserskannerritningen, skannern kan inte mäta igenom de stängda eller halvt stängda innerfönstren eller gardinerna i lokalen. Detta gör det svårt eller omöjligt att tolka punkterna i snittet när ritningen ska färdigställas i MicroStation. Dessutom beror skillnaden på att ritningen från skannerdata roterades i efterhand. Allt detta gör jämförelsen av noggrannhet till den minst tillförlitliga av de tre. Resultatet från jämförelsen mellan de två metoderna visar att inmätning med totalstation är ett bättre alternativ vid skapandet av ritningar i 2D. Bättre i det här fallet innebär snabbare, billigare och noggrannare. Detta kan naturligtvis skilja sig mellan olika projekt, vilket diskuteras i följande avsnitt. Fördelen med laserskanner är att allt mäts in på en gång. I regel missar man ingenting och behöver inte åka tillbaka och komplettera mätningen i efterhand Diskussion Vad händer vid andra förutsättningar Parametrar som kan spela in i ett projekt av denna karaktär är storlek på rummen, antal rum, detaljrikedom och krav på noggrannhet. Rummens planlösning kan också påverka resultatet. Fasta möbler, pelare, djupa nischer, utanpåliggande rörledningar, reflekterande material och skrymmande radiatorer är exempel på sådant som kan försvåra mätningen. Många av dessa problem går att hantera genom att göra fler uppställningar med instrumenten och noggrannare manuell mätning med tumstock. Dessa parametrar bör påverka mätning med totalstation i samma utsträckning som mätning med laserskanner med avseende på tidsåtgång och därmed kostnad. Som nämnts ovan påverkas noggrannheten framför allt under bearbetningen, och kan försämras ytterligare med ökad detaljrikedom i mätobjektet. Tekniken på detta område utvecklas snabbt och det är möjligt att laserskannern kan komma att konkurrera med totalstationen inom sådana här projekt om prisskillnaden mellan instrumenten minskar i framtiden. Resultaten överensstämmer till stor del med de hos Persson (2008). Han kommer fram till att laserskanning är dyrt och mindre noggrant än totalstation vid inmätning av detaljer i stadsmiljö, avsnitt 1.3. Det förväntade resultatet, avsnitt 2, har visat sig vara delvis korrekt. Laserskanning förväntades vara betydligt snabbare i fält än vad resultatet visar, vilket gör att kostnaderna är svårare 35

36 att kompensera med större projekt, som även det antagits tidigare. Bearbetningstiden för skannerdata antogs vara tidskrävande i förhållande till den för totalstationsdata, vilket stämmer överens med resultatet Kameran Studien syftade till att undersöka ortorektifierade bilder framställda i samband med laserskanning. En Nikon-kamera, en Zoller+Fröhlich-skanner och programvaran Z+F LaserControl har använts och resultatet visar på bra kvalitet. Den ortorektifierade bilden från kammarrätten i Stockholm har hög upplösning och är mycket verklighetstrogen. Resultatet ger en försmak på vad som kan göras inom det här området och är en vägvisare för fortsatta studier. Föremålet för fotograferingen var inte optimalt på grund av balkarna i taket. Balkarna gör, som bilden visar, att takmålningen får vissa skuggeffekter och därmed inte syns som ett kontinuerligt fält. Om laserskannern hade ställts upp på fler platser i rummet hade detta kunnat undvikas men i och med problemformuleringens karaktär beslutades att en uppställning räckte för ändamålet. Resultatet ger goda förutsättningar för intressanta undersökningar i framtiden. Ett förslag till en sådan är att fullfölja testet genom att göra en modell av ett helt rum med ortorektifierade bilder i lämpligt program i datorn. 11. Slutsats Mätning med laserskanner var i det här fallet dyrare, långsammare och mindre noggrant än mätning med totalstation. För att mätning med laserskanner i detta projekt ska vara billigare än mätning med totalstation krävs att trettiofyra snitt hämtas ur skannerns punktmoln. Det kan vara svårt att hitta ett användningsområde där detta antal snitt behövs vilket gör att laserskannern inte är ett konkurrenskraftigt alternativ i dagsläget. Laserskanning har andra fördelar och tillämpningar där instrumentet är överlägset andra metoder, t.ex. när det gäller 3D-modellering, visualisering och skapande av digitala höjdmodeller med ALS. Fortsatta studier krävs för att hitta fler tillämpningar för laserskanning. Förslagsvis kan en jämförelse av skanning i olika typer av lokaler vara intressant för branschen. 36

37 12. Referenser 12.1 Litteraturlista Egeltoft, Tomas. (2003) Geodetisk mätningsteknik. KTH, Institutionen för Geodesi och Fotogrammetri, Stockholm. TRITA-GEOFOTO 1996:16. Gumbricht, Thomas. (2007) GIS Datainsamling, Fotogrammetri, Fjärranalys och digitalisering. Föreläsningsanteckningar. Institutionen infrastruktur, avdelningen för geoinformatik vid KTH i Stockholm. Jödahl, Caroline och Larsson, Nils. (2007) Tredimensionell relationshandling för befintlig byggnad. Examensarbete i Byggnadsteknik och Geomatik. Högskolan i Gävle. Klasén, Karin och Hedin, Fredrik. (2003) Terrestrial Laser Scanning: An Investigation of 3D CAD Model Accuracy. KTH Infrastruktur, Stockholm. TRITA-INFRA EX Leica Geosystems AG, Heerbrugg, Switzerland (2001) Product information. Månsson, Karin. (2004) Lokala riktlinjer för relationshandlingar. Akademiska hus i Lund AB. Oregon Department of Transportation. (2002) ODOT Surveyor s Conference, TCRA1101plus. Persson, Mattias. (2008) Terrester laserskanning eller totalstation en jämförelse vid inmätning i stadsmiljö. Examensarbete. GIS-ingenjörsprogrammet, Karlstads universitet. Löpnummer: 2008:02. Reshetyuk, Yuriy. (2006) Investigation and calibration of pulsed time-of-flight terrestrial laser scanners. Licentiatuppsats i geodesi, KTH Infrastruktur, Stockholm, Sverige. TRITA-TEC-LIC Reshetyuk, Yuriy. (2007) Introduction to Terrestrial Laser Scanning, kurskompendium. KTH Infrastruktur, Stockholm. Reshetyuk, Yuriy. (2009) Self-calibration and direct georeferencing in terrestrial laser scanning. Doktorsavhandling i geodesi, KTH Infrastruktur, Stockholm, Sverige. TRITA-TEC-PHD Staiger, R., The Geometrical Quality of Terrestrial Laser Scanners (TLS). FIG Working Week 2005 and GSDI-8, Egypt, April Swahn, Helena. (2008) Noggrannhetskontroll av data och 3D-modell från pulsskanner och fasmätningsskanner. Examensarbete inom Geodesi. KTH, Stockholm. TRITA-GIT EX Zamecnikova, M. och Kopacik, A., Testing of Terrestrial Laser Systems. INEGO 2004 and FIG Regional Central and Eastern European Conference on Engineering Surveying, Bratislava, Slovakia, November Zoller+Fröhlich GmbH, Z+F UK Ltd, Z+F USA, Inc. (2006) Technical data IMAGER

38 12.2 Internetreferenser omation/pdf/grader.pdf+leica+tps+1101&hl=sv&ct=clnk&cd=21&gl=se&client=firefox-a fotogrammetrihuset Pavla Vobořilová Bildkällor Figur 7 fotogrammetrihuset Figur

39 13. Bilagor 13.1 Bilaga 1 Figur 15 Nikon D40 digitalkamera. Använd I samband med laserskanning. 39

40 13.2 Bilaga 2 40

41 41