Eroavatko mittalaitteiden aineistot? Kuinka paljon?

Otsikkokuva

Edellisessä blogissa käsittelimme, millä perusteilla kannattaa valita käyttötarkoitukseen sopiva mittalaite ennen mittausta ja sen aikana. Tällä kertaa selvitetään miten mittalaitteiden aineistot eroavat toisistaan, jotta voit valita parhaimman omaan käyttötarkoitukseesi. Jokainen mittalaite edustaa omaa kategoriaansa: Trimble X7 maalaserkeilainta, GeoSLAM ZEB Horizon käsikäyttöistä laserkeilainta ja Matterport Pro2 3D-kamera strukturoidun valon kamerajärjestelmää (kuva 1). Tästä syystä niillä on omat vahvuutensa, jotka soveltuvat parhaiten eri sovelluksiin.

Erilaisia mittauslaitteita

Kuva 1. Blogissa esiteltävät laitteet vasemmalta oikealle: robottitakymetri Trimble S9, kolmijalkalaserkeilain Trimble X7, 3D-kamerajärjestelmä Matterport Pro2 3D-kamera ja käsikeilain GeoSLAM ZEB Horizon.

Tarkastellaan ensin mittalaitteita niiden tarkkuuksien mukaan (kuva 2). Mikäli kohteesta halutaan millimetrien tarkkuudella aineistoa, saadaan se parhaiten X7-laserkeilaimella. Tämän mittaustulokset eroavat Trimble S9 -robottitakymetrin etäisyyksistä alle 2 mm verran. Paikoitellen ero on vielä pienempi (alle 1 mm), kun etäisyyksien hajonta otetaan huomioon. Mikäli kohteesta halutaan kevyt realistisen näköinen verkkomalli, voidaan se mitata Matterportilla. Matterportin palvelimen mallista mitattavat piirteet eroavat keskimäärin noin 12 mm verran Trimble S9 -robottitakymetrin etäisyyksistä. Etäisyyksissä on kuitenkin melko suuri hajonta noin 6-19 mm. Etäisyyserot ovat samat Matterportin palvelimen mallin ja MatterPak-paketista ladatun xyz-pistepilven välillä. Nopealla ZEB Horizon -laserkeilaimella voidaan mitata kohde alle 7 mm tarkkuudella, kun pistepilveä verrataan Trimble S9 -robottitakymetrin etäisyyksiin. Tällöin GeoSLAM Connect -ohjelmistossa suodatettu pistepilvi antaa aavistuksen tarkempia tuloksia.

Taulukko eri mittalaitteiden ero mitatuista etäisyyksistä ja niiden hajonta

Kuva 2. Keskimääräinen mittalaitteen ero Trimble S9 -robottitakymetrillä mitatuista etäisyyksistä ja etäisyyksien hajonta.

Pistepilvien tiheys ja vaikuttavat tekijät

Mittalaitetta valitessa on syytä huomioida tarkkuuden lisäksi pistepilven tiheys, koska se vaikuttaa havaittavien kohteiden kokoon. Pistepilven tiheyteen vaikuttaa mittausetäisyys. X7-laserkeilaimen kanssa voi asetuksilla valita pisteiden välisen etäisyyden. Asetuksesta riippuen pisteiden välinen etäisyys on 4-11 mm 10 m etäisyydellä laserkeilaimesta. Muilla laitteilla asetuksien kautta ei voida vaikuttaa pistepilven tiheyteen. Käsikeilain ZEB Horizon pistepilven tiheyteen voi vaikuttaa mittausetäisyyden kautta. Mikäli etäisyys on alle 10 m, on pistetiheys alle 10 cm. Matterportin pistepilvissä vastaavaa etäisyyden vaikutusta ei ole havaittavissa, koska pistepilvi muodostetaan havainnoista tekoälyn avulla kolmioverkkomallista. Samalla pistetiheys on keskimäärin sama kaikkialla xyz-pistepilvessä.

Tarkastelimme seinäpinnoilta pistepilven tiheyttä, joiden havaitseminen on toteutettu laitteesta riippumatta muutaman metrin päästä seinästä. Tältä lyhyeltä etäisyydeltä on jo havaittavissa, minkä kokoisia ovat pienimmät laitteilla havaittavat kohteet. Kaikista laitteista pienimpiä kohteita voidaan havaita  X7:n avulla, koska pisteiden välinen minimietäisyys on keskimäärin 4,7 mm. ZEB Horizon kykenee havaitsemaan keskimäärin noin 20 mm suurempia kohteita. Vastaavasti Matterportilla voidaan havaita piirteitä, jotka ovat suurempia kuin 21 mm. Lisäksi Matterportin pistepilvi jakautuu tasavälisen ruutujakauman mukaan, koska se muodostetaan kolmioverkkomallin pohjalta (kuva 3).

Kuva 3. Laitteiden pisteiden jakauma 10×10 cm kokoisella seinäpinnan alueella.

Löytyykö aineistosta kohinaa?

Pelkällä tarkkuuden ja pistepilven tiheyden vertaamisella ei pystytä valitsemaan parasta mahdollista laitetta käyttötarkoitukseen. Laitteen sovelluskohteesta riippuen myös aineiston kohinaisuudella on merkitystä. Vertailimme laitteiden kohinaisuutta laskemalla seinäpinnan pisteiden etäisyyksien jakaumaa tasopinnasta (kuva 4). Kaikkein vähiten kohinaa ilmenee X7:n aineistossa. 98 % X7:n havainnoista on alle 5,5 mm päässä lasketusta tasopinnasta ja 60 % havainnoista on alle 1,8 mm etäisyydellä. Kohina on siis suuruusluokaltaan noin 4 mm. ZEB Horizon on vuorostaan melko kohinainen, koska kohina suodattamattomassa aineistossa on noin 19 mm. Kohinan määrä saadaan kuitenkin huomattavasti pienemmäksi automaattisella GeoSLAM Connect -ohjelmiston suodattimella. Tällöin kohinan suuruusluokka on noin 7 mm. Samaan kohinaisuusluokkaan kuin suodatetulla ZEB Horizon -laitteella päästään Matterportin xyz-pistepilvellä, jonka kohinaisuus on noin 8 mm.

Kuva 4. Pistepilvien etäisyys tasopinnasta suhteessa pistemäärän prosenttiosuuteen. Näiden pohjalta voidaan laskea kohinan keskimääräinen suuruusluokka. X7:llä etäisyydet vaihtelevat alle 1,8-5,5 mm, jolloin kohinan suuruus on noin 4 mm. Vastaavat luvut ovat ZEB Horizonin kanssa suodattamattomalla noin 19 mm ja suodatetulla noin 7 mm. Matterportin kohdalla Matterport-palvelimen MatterPak xyz-aineistossa kohina on noin 8 mm.

Mittalaitteiden ominaisuuksien koonti

Kun yhdistetään edellisessä blogissa tehdyt havainnot ja tässä blogissa esitellyt tarkkuuden, tiheyden ja kohinan erot, voidaan helpommin valita sopivin mittalaite käyttötarkoitukseen. Koostimme molemmista blogeista esille nousseen piirteet, jotka kannattaa huomioida mittalaitteen valintaa tehdessä (taulukko 1).

Mikäli käyttötarkoitukseen tarvitaan millimetrien tarkkuudella tieto 3D-geometriasta, laitteen tulisi tunnistaa vähintään noin 0,5 cm kokoiset kohteet ja mittaukseen käytettävällä ajalla ei ole rajoitteita, kannattaa valita X7-kolmijalkakeilain. Lisäksi sillä on pitkä kantama, vähäinen kohina ja aineisto on heti käytettävissä, kun kohteessa mittaukset saadaan päätökseen.

Toisaalta käyttötarkoituksessa, jossa mittausaika on rajoitettu sekä mitattavat kohteet ovat 2 cm suurempia että tarkkuuden tulisi olla alle senttimetrin, soveltuu käyttöön parhaiten ZEB Horizon -käsikeilain. Automaattisten prosessointien kautta käyttäjä saa vähäkohinaista aineistoa pitkän kantamankin takaa.

Sisätiloista, joista tarvitaan senttimetrin tarkkuutta ja helposti sekä nopeasti internetissä jaettavaa 3D-mallia, kannattaa aineisto kerätä Matterport Pro2 3D-kameralla. Pelkkien sisätilojen mittaamisen syynä on Matterportin toimintaperiaate, joka hyödyntää infrapunavaloa. Tästä syystä suora auringon valo häiritsee kuvauksia.

Kun valitaan parasta mahdollista menetelmää mittauskohteen mittaamiseksi tietyn sovelluskohteen tarkoitukseen, tulee huomioida monia piirteitä. Yksikään laite ei ole paras mahdollinen kaikessa. Tästä syystä eri mittalaitteet tukevat enemminkin toisiaan, kuin syrjäyttävät toisensa. Joskus paras laite käyttötarkoituksessa voi olla laitteiden yhdistelmä. Tällöin osa kohteesta mitataan yhdellä laitteella ja toinen toisella.

Taulukko 1. Mittalaitteiden ominaisuudet, joiden avulla voi helpottaa käyttötarkoitukseen sopivan laitteen valintaa.

Kirjoittaja

Aino Keitaanniemi
DI, PhD-opiskelija, osa-aikaisesti töissä Geotrimillä

aino.keitaanniemi (at) geotrim.fi

Mainitut tuotteet

Trimble X7

3D-laserkeilain

Trimble S9 / S9 HP

Robottitakymetri

360-kamerajärjestelmät

Matterport 3D-kamerat

GeoSLAM ZEB-HORIZON

Käsiskanneri

Käytännön erot kolmijalkakeilaimen, 3D-kamerajärjestelmän ja käsikeilaimen välillä

mitta ja suunnittelu blogi kuva 3 tabletit

Kuinka valita paras mittalaite sisätilojen 3D-mallintamiseen? Lähdimme selvittämään tätä käytännön kautta, mittaamalla samaa kohdetta kolmella eri laitteella. Nämä laitteet ovat Trimble X7 -kolmijalkakeilain, 3D-kamerajärjestelmä Matterport Pro2 3D ja käsikeilain GeoSLAM ZEB Horizon (kuva 1). Tässä blogissa käymme läpi, miten menetelmät eroavat mittauksen suunnitteluvaiheessa sekä mittauksen aikana. Seuraavassa blogissa syvennymme tarkemmin aineistojen eroihin. Mittauksen työnkulun ja aineistojen pohjalta on helpompi valita sopivin mittalaite käyttötarkoitukseen.

mitta ja suunnittelu blogi kuva 1

Kuva 1. Blogissa esiintyvät laitteet vasemmalta oikealle: Trimble X7, Matterport Pro2 3D-kamera ja GeoSLAM ZEB Horizon.

Blogisarjan kohteena oli perinteinen toimistokäytävä, jonka varrella oli eri kokoisia neuvotteluhuoneita. Sen pinta-ala oli 400 m2 ja kuvassa 2 esitellään sen pohjapiirros. Ennen aineistojen keruuta avasimme jokaisen mitattavan huoneen ovet ja sytytimme valot. Käytännössä vain Matterport 3D-kamera tarvitsee tasaisen valotuksen kuviinsa, jotta niistä pystytään muodostamaan yhtenäinen kokonaisuus. Tästä huolimatta sytytimme valot myös laserkeilauksien ajaksi, jotta pistepilvien visualisoinnissa ei olisi suuria eroja tilojen välillä. Laitteiden aineistojen tarkastelua varten lisäsimme toimistokäytävälle ja neuvotteluhuoneisiin yhteensä 25 paperista shakkiruututähystä. Nämä mittasimme Trimble S9 -takymetrillä, jonka tarkkuus on 2 mm. 

Kuva 2. Vasemmalla puolella toimistokäytävän pohjapiirros ja oikealla puolella shakkiruututähys, jota mitataan GeoSLAM ZEB Horizonilla.

Työnkulku

Työnkulultaan mittalaitteet ovat samanhenkisiä. Kaikilla laitteilla mitatessa täytyy valmistella kohde mittausta varten avaamalla ovet haluttuihin tiloihin. Samoin mittaukset tulee suunnitella ennakkoon, jotta voidaan millä tahansa mittalaitteella saada paras mahdollinen tulos. Varsinaisessa mittauksessa laitteet eroavat menetelmänsä vuoksi, mutta käytännössä erot ovat pieniä. Lopuksi aineistojen keräämisen jälkeen täytyy aineistoista muodostaa luettavia pistepilviä.

Jokaisella laitteella mitatessa on hyvä suunnitella mittauksen toteuttaminen esimerkkisi pohjapiirroksen avulla. Suunnittelun kannalta X7 ja Matterport 3D-kamera ovat samankaltaisia, koska molemmissa tapauksissa tulee suunnitella keilaus-/kuvauspaikat. Eroavan toimintaperiaatteen vuoksi suunnitelman tekeminen ei kuitenkaan ole identtinen. X7-laserkeilaimen kanssa käyttäjä määrittää mittausasetukset eli pistepilven tiheyden ja laserkeilaukseen kuluvan ajan. Vastaavia asetuksia ei voi valita muilla mittalaitteilla. Lisäksi Matterport 3D-kameran sijainteja tulee sijoitella enemmän kuin laserkeilaussijainteja, koska sen mittauskantama on 4,5 m. Laserkeilaimilla mittauskantama on 80 m (X7) ja 100 m (ZEB Horizon). ZEB Horizon -mittauksen suunnittelussa määritetään laitteen kanssa käveltävä reitti. Tämän reitin suositellaan kulkevan mittauskohteen ympäri ja päättyvän samaan paikkaan josta mittaus aloitettiin. Lisäksi reitti tulisi olla käveltävissä alle 30 minuutissa tai muuten mittaus tulee suorittaa useammalla erillisellä reitillä. 

Helposti aineistoa millä tahansa laitteella

Mittausten suunnittelun lisäksi kaikki käytetyt laitteet ovat helppokäyttöisiä. Kun X7 ja Matterport 3D-kamera ovat kolmijalallaan, voidaan niitä siirtää vapaasti haluttuihin sijainteihin ja ohjata itse aineiston keruuta tabletin ohjelmistolta. Aineistonkeruun aikana käyttäjä voi seurata työn edistymistä reaaliajassa (kuva 3). 

mitta ja suunnittelu blogi kuva 3 tabletit

Kuva 3. Reaaliaikaisen ohjausohjelmiston näkymät. Vasemmalla puolella Trimble X7:n ohjausnäkymä ja oikealla puolella Matterport Pro2 3D-kameran ohjausnäkymä. 

Myös ZEB Horizon on helppokäyttöinen, koska sen käyttämisessä tarvitaan vain paria nappia. Itse mittauksen aikana kaikilla laitteilla kannattaa edetä loogisesti. Tästä syystä aloitimme kaikilla laitteilla yhdestä kohteen päästä ja etenimme vastakkaista päätä kohden. ZEB Horizon -laitteen kohdalla kuitenkin palattiin takaisin alkuun, jotta saatiin mittaus suljettua. X7-laserkeilaimella käytimme koko alueen kartoittamiseen 41 keilausasemaa, jotka laserkeilain rekisteröi jo mittauksen aikana tabletin Trimble Perspective -sovelluksessa. Vastaava kuvausasemien määrä Matterportilla on 72 kuvausasemaa, koska mittausetäisyys on huomattavasti lyhyempi. Kuvausasemien väliset suhteet käyttäjä näkee 2D-kuvana kuvauksen aikana. Kuvassa 4 on kuvattu toteutuneet laserkeilaus-/kuvausasemat sekä ZEB Horizonin kanssa kuljettu reitti.

Mitta ja suunnittelu blogi 4 mittaukset

Kuva 4. Kuvaus-/laserkeilausasemat ja ZEB Horizon-laitteen mittausreitti.

Työnkulultaan suurimmat erot laitteissa ovat mittaukseen kuluva aika ja aineiston prosessointi. Soveltuvan laitteen valinnassa ei kuitenkaan kannata katsoa vain mittausaikaa tai tarkkuutta. Näiden yhdistelmästä löytyy yleensä paras mahdollinen laite käyttötarkoitukseen. Ajallisesti X7 tarvitsi noin kaksi tuntia kohteen laserkeilaamiseen (taulukko 1). Vaikka laserkeilausasemia tarvitaan vähemmän, vievät yksittäiset keilausasemat enemmän aikaa kuin muilla menetelmillä.  Samaan aikaan X7 kerää kuitenkin huomattavasti enemmän pistehavaintoja verrattuna muihin laitteisiin. Matterport 3D-kameralla saatiin kohde kuvattua noin tunnissa. Yhden kuvausaseman kuvaaminen 3D-kameralla vie noin 30 sekuntia. Kaikkein nopein menetelmä on ZEB Horizon, jolla mitattiin kohde viidessä minuutissa. Tämä onnistuu, koska ZEB Horizon kerää pistehavaintonsa liikkeessä. 

Mitta ja suunnittelu blogi taulukko 1

Taulukko 1. Mittalaitteiden erot taulukossa.

Laitteiden aineistojen prosessointi on tehty myös helpoksi automatisoinnin avulla. X7 laserkeilaimessa automatisointi on viety niin pitkälle, että valmis pistepilviaineisto on heti vietävissä suoraan mittauksen jälkeen toisiin ohjelmistoihin. Tämä tarkoittaa sitä, että X7 rekisteröi keilausasemat laserkeilauksen aikana ja rekisteröidyn pistepilven voi viedä Trimble Perspective -ohjelmistosta monissa eri formaateissa.

ZEB Horizon laitteen aineistojen prosessointi vaatii käyttäjältä hieman enemmän. Ennen automatisoitua rekisteröintiä käyttäjä valitsee lopullisen pistepilven formaatin, suodatetaanko aineistoa ja millainen aineisto on kyseessä esimerkiksi sisätila. Tämän jälkeen GeoSLAM Connect–ohjelmisto prosessoi aineiston automaattisesti pistepilveksi.

Myös Matterport 3D-kameran aineiston prosessointi on automatisoitu. Käyttäjä lähettää aineiston suoraan aineistonkeruussa käytetystä tabletista Matterportin palvelimelle prosessoitavaksi. Lopullinen aineisto ilmestyy palvelimelle automaattisen prosessoinnin jälkeen.  Se on suoraan tarkasteltavissa ja jaettavissa verkkosivun palvelimella. Verkkosivun mallista voidaan mm. mitata etäisyyksiä tai lisätä aineistoon videoita tai muuta sisältöä. Aineiston voi myös ladata paikalliselle tietokoneelle xyz- ja e57-pistepilvinä ja obj-verkkomallina.

Loppukatsaus laitteiden eroihin

Työnkulultaan laitteet eivät eroa suuresti toisistaan. Kaikki mittalaitteet ovat helppokäyttöisiä ja vahvasti automatisoituja prosessoinnin osalta. Eli käytössä suurimmat erot löytyvät mittaustavoista ja siihen kuluvasta ajasta. X7 ja Matterport 3D-kamera vaativat enemmän aikaa, koska ne suorittavat aineiston keruun kolmijalalta. Vastaavasti ZEB Horizon pystyy mittaamaan kohteen liikkeessä. Lisäksi käyttäjän kannattaa pohtia käyttötarkoituksen vaatiman aineiston muotoa. Tarvitaanko kohteessa laserkeilainta (pitkiä etäisyyksiä ja ulkotiloja) vai riittääkö strukturoidun valon 3D-kamera (sisätilat). Myös lopullisen aineiston käytön osalta kannattaa pohtia tarvitaanko selaimessa helposti jaettavaa 3D-mallia vai riittääkö pistepilvi ja siitä tuotettavat jatkotuotteet käyttötarkoituksen tarpeisiin. 

Kirjoittaja

Aino Keitaanniemi
DI, PhD-opiskelija, osa-aikaisesti töissä Geotrimillä

aino.keitaanniemi (at) geotrim.fi

Laitteet

Trimble X7

3D-laserkeilain

GeoSLAM ZEB-HORIZON

Käsiskanneri

360-kamerajärjestelmät

Matterport 3D-kamerat

Parhaat toimintatavat SLAM-laserkeilaamiseen

SLAM-laserkeilaaminen on helppoa, koska laitteiden käyttöliittymät pohjautuvat yhteen painikkeeseen. Tämä painike aloittaa laserkeilaimen pyörivän liikkeen, joka suuntaa lasersäteet ympäristöön, ja käynnistää SLAM-algoritmin, joka määrittää laitteen ja ympäristön piirteiden sijainnit. Käynnistämisen jälkeen voidaan nostaa keilain käteen ja kävellä mitattavassa ympäristössä. Kun mittaus on suoritettu, palataan takaisin aloituspisteeseen ja painetaan samaa painiketta uudestaan mittauksen lopettamiseksi. SLAM-laserkeilaimen käytön oppii minuuteissa. Parhaan mahdollisen pistepilven tuottamiseksi kannattaa huomioida seuraavat toimintatavat.

Suunnittelemalla säästät aikaa ja saat parhaimman laadun

Aloita aina uuden kohteen mittaaminen tekemällä suunnitelma mittausreitistä. Voit toteuttaa sen ennakkoon pohjapiirroksen avulla, mutta kannattaa aina kohteeseen saavuttua kävellä suunniteltu reitti läpi ennen mittausta. Tällöin havaitset mahdolliset muutokset ja erityispiirteet, joita pohjapiirroksessa ei näkynyt. Suunnittelussa tulee huomioida laitteiden mittaamisen peruspiirteet; aineiston keruu on suositeltavaa toteuttaa suljettuna kierroksena maksimissaan 20-30 minuutin aikana, ympäristössä tulee olla vähintään 10 m välein piirteitä/kohteita, keilaimen tulee osoittaa kohtisuorasti piirteisiin/kohteisiin ja mitattavien tilojen ovien olisi hyvä olla auki mittauksen ajan.

Mittauksen suunnittelulla voidaan estää virheiden syntyminen ja optimoida mittausaika sekä laatu. Lisäksi samalla voi suunnitella kontrollipisteiden paikat, jos aineisto vaatii georeferointia. Suunnitelmalla varmistetaan mittausreitin turvallisuus (esim. huomioiden työmaaliikenne) ja se, että kaikista tarvittavista ympäristöistä saadaan aineistoa. Suunnittelussa voidaan varmistaa tarvittavien suljettujen kierrosten muodostuminen ja listata kaikki avattavat ovet, jotta niiden takana olevista huoneista saadaan havaintoja. Lisäksi suunnitelmassa on hyvä tunnistaa hankalat olosuhteet kuten kapeat käytävät tai isot avoimet tilat, peitteisyydet, kiiltävät ja liikkuvat kohteet.

Lataa opas pdf-muodossa

Sulje aina mittausreitti samaan aloitus- ja lopetuspaikkaan

Suunnittelussa tärkeänä kohtana on mittausreitin sulkeminen, koska tällä tavalla varmistetaan laitteen tarkkuus. Sulkemisen mahdollistamiseksi tulee mittaus aloittaa ja lopettaa samaan paikkaan tai ainakin yhden metrin päähän aloituspaikasta. Valitse mittausreitin varrelta mittaukselle hyvä aloitus- ja lopetuspaikka. Tässä paikassa on hyvä olla jokin taso ja sopivan etäisyyden päässä useita piirteitä. Tasoa kannattaa käyttää laskualustana laitteen alustuksen ajan. Kun piirteitä on alle kymmenen metrin päässä, on niitä sopivasti. Lisäksi aloitus- ja lopetuspaikasta pitäisi pystyä aloittamaan mittaus yhteen suuntaan ja lopettamaan toisesta suunnasta. Tämän tavoitteena on suunnata laite lopussa samoihin piirteisiin kuin alussa.

O-kirjaimen muotoinen mittausreitti on aina paras

Sulkemisen lisäksi myös mittausreitin muodolla on merkitystä. Esimerkiksi kuvassa 1 u-kirjaimen mallinen rakennus vaikuttaa mittauksen suunnitteluun ja pistepilven tarkkuuteen. Tila voidaan mitata u-kirjaimen päästä päähän eli A:sta B:hen ja takaisin, jotta saadaan suljettu kierros aikaiseksi (kuva 1a). Tällöin pistepilven tarkkuus voi olla esimerkiksi noin 5 cm.

Mittausreitin parantamiseksi, ja samalla tarkkuuden parantamiseksi 1 cm luokkaan, olisi hyvä luoda o-kirjaimen muotoinen suljettu kierros. Jos kerros on katutasolla ja on mahdollista kulkea suoraa reittiä B:stä A:han ulkona, kannattaa näin toimia (kuva 1b). Tällöin suljettu kierros lisää havaintoja A- ja B-pisteiden välille ja paikannuksen tarkkuus paranee. Mikäli ulkotilan kautta ei päästä kulkemaan B:stä A:han, voidaan näiden väille luoda yhteisiä havaintoja ikkunoiden kautta. Tämä onnistuu laittamalla keilain ikkunasta ulos molemmissa u-kirjaimen päissä. Kannattaa kuitenkin huomioida keilaimen maksimi mittausetäisyys. Pidemmän mittausetäisyytensä (100 m) vuoksi GeoSLAM ZEB HORIZON toimii tähän tarkoitukseen paremmin kuin muut GeoSLAM-keilaimet.

Mikäli o-kirjaimen muotoinen mittaus ei onnistu, voi tarkkuutta parantaa aloittamalla mittaus u-kirjaimen pohjalta pisteestä C (kuvassa 1c). Tällöin mittausreitistä muodostuu kahdeksikko ja lisäämme suljettuun kierrokseen yhden sulkupisteen lisää (pisteeseen C), joka auttaa paikannusta. Mittauksen aikana pisteestä C kuljetaan ensin pisteeseen A ja sitten takaisin. Tämän jälkeen kuljetaan pisteeseen B ja takaisin pisteeseen C. Suunnittele mittausreitti hyvin, jotta aineistosi olisi mahdollisimman tarkka. Mitatessa useampia kerroksia huomaa, että voit sulkea kierroksia myös kerrosten välillä.

Kuva 1. Kierroksien sulkemisen vaihtoehtoja a) aloita mittaus A:sta kohti B:tä (keltainen) ja palaa takaisin samaa reittiä (sininen) eli kierroksesta muodostuu u-kirjaimen muotoinen b) aloita mittaus A:sta kulkien (keltaista) B:n kautta lyhintä reittiä takaisin A:han (sinistä) eli kierroksesta muodostuu o-kirjaimen muotoinen c) aloita mittaus C:tä ja kulje ensin A:han (keltaista) ja takaisin (sinistä) ja sen jälkeen B:hen (keltaista) ja takaisin (sinistä) eli muodosta kahdeksikon muotoinen mittaus. 

Mitä enemmän suljettuja kierroksia keilauksen aikana, sitä parempi tarkkuus

Kuten kuvan 1 esimerkistä havaitaan, vaikuttaa suljetun mittauksen lenkin koko tarkkuuteen. Jos lenkki on suuri, sitä suurempi mahdollisuus on syntyä absoluuttista virhettä. Suunnittele siis lenkin sisälle pienempiä lenkkejä kohteiden ympäri, jotta virheitä ei syntyisi. Samalla yhdessä huoneessa tehdyt useat kierrokset lisäävät aineiston kattavuutta. Tästä esimerkkinä, mikäli kierrät huoneessa ensin yhteen suuntaan ja sitten toiseen saat varmemmin kaikkien nurkkien takaa havaintoja eikä aineistoon jää aukkoja. Havaittujen kohteiden seuraaminen on helppoa ZEB-REVO RT -laitteella, joka näyttää reaaliajassa mitä havaintoja laite saa. Minimi tarve sisäisille silmukoille vaihtelee laitteittain. ZEB-REVO RT ja ZEB Go -laitteilla suositellaan sisäisiä silmukoita vähintään noin 30 m välein, kun ZEB HORIZON:lle suositellaan noin 50 m välein.

Tarkastellaan tarkemmin pienempiä silmukoita mittauskierroksen sisällä kuvan 2 kautta. Voit kävellä sisätiloissa huoneeseen monilla tavoilla, mutta tee aina käännökset hitaasti, jotta laiteen paikannus saa tarpeeksi havaintoja tutuista piirteistä ennen uusia piirteitä. Kävele muutenkin hieman normaalia kävelynopeuttasi hitaammin. Tämä takaa mahdollisimman tiheän pistepilven saannin. Huoneissa voidaan vain käväistä, jolloin aineisto on käyttökelpoista (kuva 2). Tällä tavalla pistepilveen jää kuitenkin helposti aukkoja. Tätä menetelmää parempi tapa on kiertää huoneessa “seiniä pitkin”. Saat kattavamman pistepilven, mutta osa pinnoista voi jäädä havainnoitta. Paras kävelytapa on kierrellä huoneessa useita silmukoita ja vaihtaa jopa kiertosuuntaa välillä. Tämä aineisto kattaa varmasti suuren osan huoneesta ja saat enemmän havaintoja kohteista.

Kuva 2. Kävelytavalla on vaikutusta SLAM-laserkeilaimen pistepilveen. Käväisemällä huoneessa saadaan käyttökelpoinen aineisto, mutta seiniä pitkin tai useita silmukoita luomalla aineisto paranee huomattavasti. 

Varmista kattavat havainnot ennen tilasta toiseen siirtymistä

Seuraavaksi huomioi mitatessasi siirtymiset tilasta toiseen. Siirtymätavalla on suuri merkitys, kun seuraavassa tilassa on vähemmän piirteitä. Tällöin voit siirtyä tilaan sivuttain tai takaperin tai pysähtymällä hetkeksi ja heiluttamalla laitetta hitaasti tilasta toiseen oviaukossa. Kaikissa näissä tavoissa on tarkoitus osoittaa laitteelle piirteitä molemmista tiloista, jotta ne havaittaisiin oikein toisiinsa nähden (kuva 3).

Kuva 3. Tilasta toiseen voi siirtyä monella tavalla. Sisällä on suositeltavaa siirtyä sivuttain, takaperin tai hetkeksi pysähtymällä oviaukkoon. 

Jokaisella tavalla mitatessa on kuitenkin hyvä hidastaa kävelynopeus kolmannekseen normaalista kävelynopeudesta. Sisällä siirtymiä varten on suositeltavaa avata ovet ennakkoon, mikäli se on mahdollista. Voit kuitenkin avata oven keilauksen aikana, jos teet sen laitteen pimeässä kulmassa. Laitteen pimeä kulma on 90 astetta ja se sijaitsee suoraan keilaimen takana, mittaajan kohdalla. Tämä onnistuu peruuttamalla suljetulle ovelle ja avaamalla ovi niin, että laite osoittaa vastakkaiseen suuntaan. Samalla oviaukosta siirryttyäsi muista olla näyttämättä laitteelle suljettua ovea, jotta SLAM-paikannus säilyy (kuva 4).

Kuva 4. Suljetun oven voi avata mittauksen aikana selän takana laitteen pimeässä kulmassa. Oven avauksen vaiheet etenevät vasemmalta oikealle. Peruuta ensin kohti ovea. Avaa ovi selkäsi takana. Siirry sivuttain oviaukosta pitäen koko ajan liikkuva ovi selkäsi takana. Sulje ovi yhä selkäsi takana. 

Ulkona rakennusta kiertäessä on hyvä osoittaa laitetta rakennuksen kulman suuntaan. Voit myös pieneksi hetkeksi pysähtyä kulmassa, jolloin saadaan enemmän havaintoja kulman molemmin puolin olevista piirteistä (kuva 5).  Mikäli käytössäsi on ZEB HORIZON -laite, ei siirtymätavalla ole niin suurta merkitystä. Tämä johtuu laitteen suuremmasta mittausetäisyydestä (100 m) ja pistetiheydestä (300 000 pistettä/sekunnissa), jolloin piirteistä saadaan enemmän havaintoja nopeankin siirtymisien aikana kuin ZEB-REVO (RT) ja Go -laitteilla (30 m ja noin 43 000 pistettä/sekunnissa).

Kuva 5. Rakennuksen kulmissa kannattaa pysähtyä hetkeksi laitteen osoittaessa kohti kulmaa. 

Välttämällä liikettä ja kiiltoa ympäristössä, vältät ylimääräisen kohinan syntymisen

Käsikeilaimella mitatessa ja mittausta suunnitellessa kannattaa huomioida myös liikkuvat kohteet ja kiiltävät pinnat. Suorituksena on välttää liikkuvia kohteita (esimerkiksi ihmisiä ja liikennettä), mutta aina se ei ole mahdollista. Tällöin kannattaa ajoittaa mittaus ajankohtaan, jolloin liikettä on mahdollisimman vähän. Mikäli mittauksen aikana tapahtuu paljon liikettä, voi aineistoon aiheutua kohinaa ja ongelmia rekisteröinnissä. Erityisen tarkka kannattaa olla hitaan liikenteen kohdalla. Tämä saattaa aiheuttaa kohdistusvirheitä, joten vältä erityisesti hidasta liikennettä ulkona suoritetuissa mittauksissa.

Liikkuvien kohteiden lisäksi on hyvä välttää kiiltäviä pintoja, koska ne voivat aiheuttaa kohinaa pintojen läheisyyteen. Näitä pintoja ovat muun muassa peilit, vesi ja lasipinnat. Mittauksen aikana on suositeltavaa poistaa mahdollisimman monta kiiltävää pintaa. Poistamisen voit toteuttaa kolmella eri tavalla. Kiiltävän pinnan voi peittää esimerkiksi kankaalla. Kiillon määrää voi vähentää sulkemalla verhot ja muuttamalla valaistuksen hajavaloksi. Mikäli et voi aineiston käyttötarkoituksen vuoksi toteuttaa edellisiä vaihtoehtoja, voit aikatauluttaa mittaukset. Kiiltävistä pinnoista syntyy vähiten kohinaa, kun mittaus toteutetaan päiväsaikaan tai ajan hetkenä, jolloin ei ole suoraa auringon valoa.

Pysy aina alle 10 m (ZEB-REVO (RT) ja ZEB Go) tai alle 40 m (ZEB HORIZON) päässä piirteistä

Mittauksen aikana on aina hyvä pysyä mahdollisimman lähellä piirteitä/kohteita, jotta laitteen paikannus saa tarpeeksi havaintoja sijaintinsa määrittämiseen. Suositeltu mittausetäisyys piirteistä on alle 10 m (ZEB-REVO (RT) ja ZEB Go) tai alle 40 m (ZEB HORIZON) päässä keilaimesta (kuva 6).

Mittausetäisyyden lisäksi on aina hyvä suunnata keilain suoraan kohti piirrettä, jotta siitä saadaan varmasti havaintoja. Tämä on erityisen tärkeää, kun mitataan avoimia ympäristöjä kuten puistot, hallit, aulat ja salit. Mikäli näissä ympäristöissä on vähän piirteitä eli niitä ei ole ZEB-REVO (RT) ja ZEB Go -laitteille alle 10 m välein tai ZEB HORIZON -laitteelle alle 40 m välein, kannattaa kohteeseen lisätä piirteitä. Piirteiden suositeltu koko on noin kuutiometri, jotta se voidaan tunnistaa myös pidemmän matkan päästä. Mikäli et ole varma suoriutuuko laserkeilain näillä piirteillä, tee koemittaus. Yleisenä nyrkkisääntönä voidaan sanoa, että SLAM-paikannus selviää 5 s ilman piirteitä. Tämän jälkeen piirteiden puute voi näkyä aineistossa vääristymänä.

Kuva 6. Osoita keilain kohti piirteitä ja pidä piirteet aina alle 10 m päässä ZEB-REVO (RT) ja ZEB Go -laitteiden kanssa ja alle 40 m päässä ZEB HORIZON -laitteen kanssa. 

Varmista kävelytavalla avoimesta ympäristöstä kattavan pistepilven tuottaminen

Avoimissa ympäristöissä piirteiden läheisyyden lisäksi kannattaa huomioida kävelytapa. ZEB-REVO (RT) ja ZEB Go -laitteilla mittausetäisyys on 30 m, joten suuremmissa avoimissa tiloissa suurien silmukoiden sisään voi jäädä aukkoja ilman pistehavaintoja (kuva 7a).

Hyvällä suunnitelmalla voidaan kuitenkin välttää näiden aukkojen syntyminen. Lisäksi ZEB-REVO (RT) ja ZEB Go -laitteiden kanssa tulee muodostaa pienempiä silmukoita kohteiden ympärillä ja välttää suoraan kävelemistä (kuva 7b). Voit kuitenkin tarpeen tullessa kävellä suoraan  sisällä 30 m  tai ulkona 15 m.

ZEB HORIZON -laitteella mitatessa ei tarvitse olla yhtä tarkka kävelytavasta. Tämä johtuu laitteen suuremmasta mittausetäisyydestä ja pistetiheydestä (kuva 7c). On kuitenkin suositeltavaa kävellä ZEB HORIZON laitteella alle 100 m mittaisia matkoja suoraan (kuva 7d). Jos kohteessa täytyy tehdä silmukka pienemmän kohteen ympärillä ZEB HORIZON laitteella, on suositeltavaa tehdä silmukasta minimissään 5 m halkaisijan kokoinen (kuva 7c).

Kuva 7. Suurissa avoimissa tiloissa laite vaikuttaa mittausreittiin. a) ZEB-REVO (RT) ja Go -laitteilla täydennä lyhyempää mittausetäisyyttä silmukoilla, ettei aineistoon jää aukkoja ja b) kävele suoraan maksimissaan 15 m. c) ZEB HORIZON -laitteella ei ole tarvetta silmukoihin ja d) voidaan edetä suoraan pidempiä matkoja (alle 100m) (kuvan aineistot toteuttanut GeoSLAM) 

Koemittauksella voi varmistaa onko kapeassa ympäristössä tarpeeksi piirteitä tarkan pistepilven tuottamista varten

Käytävät voivat olla vähäpiirteisiä ja itseään toistavia ympäristöjä. Mikäli käytävän piirteet ovat alle suositellun kuutiometrin ja kauempana kuin 10 m, on syytä lisätä piirteitä ympäristöön. Käytävällä helppo tapa lisätä piirteitä on avata käytävän ovia. Avattujen ovien tiloissa ei tarvitse käydä, mutta niistä saadaan tarpeeksi piirteitä SLAM-paikannuksen avuksi (kuva 8a). Samoin kuin avoimissa tiloissa kannattaa käytävillä suorittaa koemittaus, jolla selvitetään riittävätkö olemassa olevat piirteet paikannukseen vai täytyykö lisätä vielä enemmän piirteitä. Koemittauksen aikana kannattaa myös kokeilla toimiiko kohteessa paremmin peruuttaminen, koska joskus lähin piirre voi olla keilaajan takana.  Koska aineiston kerääminen SLAM-laserkeilaimella on nopeaa, voi kohteessa helposti tehdä koemittauksen ja varsinaisen keilauksen käytettävissä olevan mittausajan puitteissa.

Kuva 8. Käytäviä mitatessa kannattaa a) avata ovia luomaan piirteitä muuten piirteettömälle käytävälle b) huomioida pistehavaintojen osumakulma, koska pienellä kulmalla pistepilven pistetiheys pienenee eli tasaisen pistetiheyden saamiseksi pyri mittaamaan kaikkialta samalla tavalla kierrellen. 

Käytävien lisäksi muissa kapeissa ympäristöissä kannattaa huomioida samat asiat kuin käytävissä. Lisäksi tunneleissa kannattaa kiinnittää huomiota tunnelin pintamateriaaleihin. Tunnelin pinta voi heijastaa heikosti lasersäteitä, jolloin havainnot jäävät pienemmiksi. Pintamateriaalin lisäksi havaintojen määrään vaikuttaa lasersäteen osumakulma kohteeseen. Osumakulman ollessa alle 15 astetta on havaintojen määrä vähäistä ja pistepilvestä tulee harva (kuva 8b). Lisäksi tunnelit kannattaa mitata pienemmissä osissa, jotta tunneli ei aiheuta rekisteröintiongelmia. Erityisen tärkeää on jakaa tunneli pienempiin osiin, jos mittausta ei voida suorittaa suljettuna kierroksena.

 Nostamalla keilainkorkeutta saadaan tiheämpi pistepilvi korkeista julkisivuista

Samalla tavalla kuin kapeissa tunneleissa tai käytävillä lasersäteen osumakulma vaikuttaa pistepilven tiheyteen.

Alle 15 asteen osumakulmalla pistetiheys on huomattavasti heikompi kuin suuremmilla osumakulmilla. Tästä syystä korkeita julkisivuja mitatessa, voidaan kasvattaa julkisivun yläosassa osumakulmaa nostamalla keilainta.

Keilain voidaan nostaa korkeammalle esimerkiksi kiinnittämällä se teleskooppitangon päähän. Tällöin osumakulma julkisivun yläosassa suurenee ja pistepilven tiheys kasvaa (kuva 9). Näin voidaan samalta etäisyydeltä mitatessa kerätä tiheämpää pistepilveä korkeiden julkisivujen yläosista.

Kuva 9. Pistehavaintojen osumakulma näkyy pistepilvessä helpoiten julkisivuissa. Alle 15 asteen osumakulmalla pistetiheys on heikompi kuin suuremmalla kulmalla. Osumakulmaa voi kasvattaa nostamalla keilaimen tangon päähän tai mittaamalla kauempaa, mikäli se on mahdollista. 

Vaikeakulkuisien tilojen mittaamiseksi GeoSLAM-laitteen voi kiinnittää erilaisiin alustoihin

Vaikeakulkuisia tai ahtaita tiloja ovat muun muassa kellarit, viemärit ja luolat. Ympäristö voi olla vaikeakulkuinen, koska sinne ei pääse jalan tai siellä ei voi muodostaa suljettua mittauskierrosta. Tällöin laite voidaan kiinnittää erilaisiin alustoihin kuten kauko-ohjattavaan robottiin, teleskooppitankoon tai kelkkaan. Näiden erilaisten alustojen avulla voidaan laite viedä vaikeakulkuiseen ympäristöön ja saadaan kattava pistepilvi myös näistä ympäristöistä. Mikäli vaikeakulkuiseen tilaan pääsee jalan, kannattaa mittaus suorittaa hitaasti kävellen ja siirtyä tilasta toiseen sivuttain tai takaperin.

Ahtaissa tiloissa pistepilveen vaikuttaa laitteiden pienin mittausetäisyys. Tämä mittausetäisyys on 20 cm ZEB-REVO (RT) tai ZEB Go -laitteilla ja 40 cm ZEB HORIZON -laitteella. Tästä syystä ZEB-REVO (RT) tai ZEB Go -laitteet saavat enemmän havaintoja ahtaissa tiloissa. Lisäksi ne ovat fyysiseltä kooltaan pienempiä, joten ne mahtuvat ahtaampiin ympäristöihin kuin ZEB HORIZON -keilain.

Mittauksen jälkeen, ahtaat tilat tulee huomioida myös aineiston prosessoinnissa. Tämä onnistuu muuttamalla prosessointi asetuksista “bounding box” kokoa pienemmäksi. “Bounding box” kattaa oletuksena ihmisen kokoisen alueen (kuva 10). Tämän sisällä olevat pisteet eivät tule mukaan pistepilveen, mutta ne säilyvät ohjelmiston muistissa.

Kuva 10. Oletus “bounding box” sisältää ihmisen kokoisen alueen. 

Tämän sisällä olevat pisteet jätetään pois pistepilvestä,
joten ahtaissa tiloissa täytyy pienentää “bounding box” kokoa.

Jos kohdetta ei saa kokonaan mitattua 20-30 minuutin aikana, jaa mittaus osiin

Mikäli ympäristön mittaaminen yhdellä GeoSLAM-mittauskierroksella ylittää 20-30 minuutin rajan, on suositeltavaa jakaa mittaus pienempiin osiin. Yhden 20-30 minuutin mittauskierroksen aikana voidaan mitata kävelynopeudella edetessä noin kahden kilometrin matka. Mittauksen osiin jakamisen tulee huomioida jo suunnitteluvaiheessa. Silloin tulee miettiä kuinka moneen erilliseen mittaukseen mittaus täytyy jakaa ja minne sijoitetaan erillisten mittausten välinen päällekkäisyysalue. Tällä päällekkäisyysalueella pitää olla mahdollisimman monta toisistaan tunnistettavaa piirrettä. Mittauksia suunnitellessa täytyy huomioida, että erillisten mittausten päällekkäisyysalueen tulee olla 30 % koko mittausalueesta. Päällekkäisyysalueen avulla voidaan jälkikäsittelyssä yhdistää erilliset mittaukset yhdeksi pistepilveksi esimerkiksi merge-työkalulla GeoSLAM Hub-ohjelmistossa.

Käytännössä on suositeltavaa aloittaa kaikki mittaukset samasta paikasta. Valitse aloituspaikka läheltä alueen keskikohtaa esimerkiksi monikerroksisessa rakennuksessa kannattaa aloittaa mittaus keskimmäisestä kerroksesta ja edetä sieltä eri mittauksina alas ja ylös (kuva 11). Lisäksi kannattaa sammuttaa laite jokaisen erillisen mittauskierroksen välissä. Laitteen sammuttaminen nollaa laitteen pistepilven pisteille antaman aikaleiman, jolloin niihin ei voi syntyä virhettä ja prosessointi on helpompaa.

Kuva 11. Neljä kerroksisen rakennuksen mittauksen voi jakaa neljään mittaukseen. Kerrosten mittaukset ovat merkitty väreillä: kellari turkoosilla, ensimmäinen kerros oranssilla, toinen kerros violetilla ja ullakko vihreällä. Kerroksien 1, 2 ja ullakko mittaukset aloitettiin samasta paikasta 2. kerroksesta ja kellarin mittaus aloitettiin 1. kerroksesta.

Käy nämä kysymykset läpi aina ennen mittausta

SLAM-laserkeilaimilla mittaaminen on helppoa, kun mittauksen suunnittelee ennakkoon ja pohtii vastaukset seuraaviin kysymyksiin.

  1. Onko mahdollista sulkea mittauskierros?
  2. Riittääkö kohteen mittaamiseen yksi maksimissaan 20-30 minuutin mittaus?
  3. Kuinka monella mittauksella alue saadaan kartoitettua ja missä on mittausten välinen päällekkäisyysalue?
  4. Ovatko piirteet koko mittauksen aikana alle 10 metrin (ZEB-REVO (RT) tai ZEB Go) tai alle 40 metrin (ZEB HORIZON) etäisyydellä laitteesta?
  5. Onko kohteessa kiiltäviä tai liikkuvia piirteitä?
  6. Voiko kohteen muoto aiheuttaa haasteita?

Hyvän suunnitelman kanssa voit huoletta mitata käsikeilaimilla. Muista kuitenkin aina ennen mittausta avata kaikki ovet, jotta suunniteltu mittauskierros on mahdollinen. Varmista mittauksen aikana mahdollisimman tarkka pistepilvi luomalla suljetun mittauskierroksen sisälle pienempiä silmukoita. Muista myös vaihtoehto kierrosten tekemiseen kerrosten välillä. Vältä suoraan kävelemistä, mutta pakon edessä voit kulkea alle 15 m (ZEB-REVO RT tai ZEB Go) tai alle 100 m (ZEB HORIZON) matkan suoraan. Varmista laitteen näkyvyys piirteisiin osoittamalla keilaimella niiden suuntaan ja pysymällä piirteiden läheisyydessä. On myös hyvä tunnistaa kohteet, jotka ovat SLAM-laserkeilaimelle haastavia kuten avoimet tilat, kapeat käytävät, korkeat julkisivut, liikkuvat kohteet ja kiiltävät pinnat. Tee aina koemittaus, jos et ole varma kuinka laite suoriutuu kohteesta. Koemittauksen jälkeen lisää piirteitä tarpeen mukaan, valitse sopivampi mittausalusta liian ahtaisiin tiloihin, vältä liikettä ja peitä kiiltävät piirteet. Näillä ohjeilla onnistut käsikeilaimilla tehtävistä mittauksista. Luo siis hyvä suunnitelma, tee koemittaus ja toteuta varsinainen mittaus tarkasti suunnitelman ja paikalla tehtyjen havaintojen pohjalta.

Kirjoittaja:

Aino Keitaanniemi
DI, PhD-opiskelija, osa-aikaisesti töissä Geotrimillä

aino.keitaanniemi (at) geotrim.fi

Tietoa tuotteista:

GeoSLAMin käsikeilaimet

Harmaasta maailmasta värikäs (GeoSLAMin matkassa osa 3)

Pistepilvi

Geoslamin matkassa osa 3: Harmaasta maailmasta värikäs

Pistepilvien värit helpottavat ihmisen silmiä tunnistamaan kohteita pisteiden joukosta. Yksivärinen pistepilvi näyttää usein ihmiselle tasaiselta massalta. Tähän massaan saadaan ymmärrystä, kun siihen lisätään hieman väriä. GeoSLAM-laserkeilaimissa pistepilveen saadaan värejä laskennallisten varjojen, intensiteetin ja videon avulla (kuva 1). Näistä värjäystavoista intensiteetti ja videon avulla toteutettu värjäys esittävät pistepilven maastossa olevien materiaalien pohjalta.

Kuva 1. a) Intensiteetillä värjätty pistepilvi, b) osittain värjätty pistepilvi sekä c) laskennallisilla varjoilla värjätty pistepilvi.

Intensiteetti kuvaa materiaalin heijastuskykyä. Vaaleista pinnoista heijastuu paljon laserkeilaimen säteitä ja ne näkyvät vaaleina intensiteettiarvoina. Tummista kohteista heijastuvuus on heikompi ja intensiteettiarvo on myös tummempi. Tällä tavalla värjätty pistepilvi saadaan ZEB HORIZON -laserkeilaimella. Videon avulla värjätty pistepilvi yhdistää videon väriarvot pistepilveen. Tässä apuna käytetään laserkeilaimen keräämää tietoa kameran sijainnista ja videon kuvausajasta. Tämä onnistuu kaikilla GeoSLAM:in laserkeilaimilla, kun niihin on liitetty ZEB CAM -kamera. Lisäksi GeoSLAM tarjoaa laskennallisilla varjoilla värjätyn pistepilven. Tässä värit muodostuvat laserkeilaimen sijainnin ja kohteen havainnointi kulman perusteella.

ZEB CAM tarjoaa mahdollisuuden värjätä GeoSLAM-laserkeilaimen pistepilviä todellisilla väreillä. Tänään selvitämme miten sinun tulee kerätä aineistosi, jotta saat mahdollisimman hyvän pistepilven värjäyksen aikaiseksi. Värjätyn pistepilven kerääminen eroaa tavallisesta GeoSLAM-laserkeilaamisesta, koska kamera ei havainnoi yhtä suurta aluetta kuin laserkeilain (kuva 2). Tästä syystä värjäyksen lopputulos on osittainen.

Kuva 2. Ylhäältä päin kuvattuna laserkeilaimen havainnointialue (sinisellä) ja kameran havainnointialue (keltaisella). Laserkeilain havainnoi ympäristöään 270 asteen kulmassa, kun kameran kulma on vain 120 astetta. Kulmat eroavat myös pystysuunnassa laserkeilaimen 360 asteen kulmasta kameran 95 asteeseen.

Kuva 2. Ylhäältä päin kuvattuna laserkeilaimen havainnointialue (sinisellä) ja kameran havainnointialue (keltaisella). Laserkeilain havainnoi ympäristöään 270 asteen kulmassa, kun kameran kulma on vain 120 astetta. Kulmat eroavat myös pystysuunnassa laserkeilaimen 360 asteen kulmasta kameran 95 asteeseen

Miten saan parhaimman osittaisen värjäyksen GeoSLAM pistepilvelleni?

Kameran ja laserkeilaimen havainnointikulmien eron vuoksi täytyy värillisen pistepilven tuottaminen huomioida jo aineiston keruussa. Ensimmäiseksi kannattaa tarkistaa, että ZEB CAM on kytketty johdolla laserkeilaimeen. Johdon puuttuessa saadaan video kuvattua, mutta kameran sijainti jää saamatta. Tämän seurauksena videolla ei voida automaattisesti värjätä pistepilveä, koska kuvauspaikkoja ei pystytä yhdistämään pistepilveen. ZEB REVO RT -laserkeilainta käyttäessä näet yhdistetyn laitteen näytön oikeassa yläkulmassa oranssin kamerasymbolin, kun kamera on kytketty oikein. 

Värjätyn aineiston kerääminen on paras aloittaa tarkastelemalla kohdetta ja sen rakennetta värien ja arkkitehtuurin osalta. Kun olet kartoittanut kohteen voit suunnitella reitin, jonka aikana pystyt keräämään aineistot kaikista tarkastelun aikana listatuista erityisen tärkeistä kohteista. Tärkeiden kohteiden sijainnit voivat vaikuttaa, miten haluat suunnitella mittausreitin tai kohteen väriarvojen tallentamisen. Käydään seuraavaksi läpi värjätyn aineiston keruun huomiot ja mahdolliset toimet tärkeiden kohteiden havainnoinnista.

Aineiston keräämistavalla on merkitystä

Aineiston kerääminen kannattaa suorittaa hitaasti kävelemällä ja ajatella videon kuvaamista samalla tavalla kuin ottaisi valokuvia kohteesta. Tästä syystä kannattaa kamera pitää mahdollisimman vakaana eli vältellä nopeita liikkeitä, jotta kuva pysyy terävänä. Parhaimman värjäyksen varmistamiseksi kannattaa pysähtyä minuutin välein noin viideksi sekunniksi. Tällöin saat varmemmin vakaan ja kattavan kuva-aineiston. Lisäksi tärkeiden kohtien kohdalla voi pysähtyä ja osoittaa kameralla kohdetta kohden. Tällöin saadaan tärkeistä kohdista tarpeeksi kuvamateriaalia sen värjäämiseksi. 

Huomioi myös siirtymiset pysähdyksien jälkeen, jotta saat kattavan aineiston myös jatkettuasi matkaa. Tämä onnistuu vaikka kääntymällä hitaasti ympäri. Näin ollen voidaan tarkemmin kuvatut kohteet sitoa myös värjätyllä aineistolla muuhun aineistoon. Tämä toimii myös tilasta toiseen siirtyessä. Tällöin on parasta pysähtyä oviaukkoon ja osoittaa laserkeilaimelle pyörähtämällä molemmat tilat. Älä kuitenkaan liikuta kameraa liian nopeasti, jotta värjäys onnistuu. 

Mittauksen aikana täytyy kameran lisäksi huomioida SLAM-paikannus, jotta kuvat saadaan paikannettua varmasti oikeisiin kohtiin. Tämä onnistuu muodostamalla lenkkejä mittausreitille, jolloin kävelet samasta kohdasta toisen kerran. Näin ollen SLAM-paikannus voi tarkentaa tulosta, havaittuaan samat piirteet uudelleen. Lenkkien tekeminen on erityisen tärkeää esimerkiksi kapeilla käytävillä. Näiden värjäämisessä on parasta luoda lenkkejä käytävän sisällä ja kuvata tasapuolisesti molemmat käytävän reunat.

On myös tärkeää huomioida kohteen valaistus samoin kuin valokuvatessa. Oikealla valaistuksella varmistat hyvän värjäyksen lopputuloksen. Ulkona mitatessa hyvä valaistus saadaan tasaisen pilvisenä päivänä kuvatessa. Tällöin pilviverho hajottaa auringon valon suuremmalle alueelle ja kohde saa tasaisen valotuksen. Mikäli kuvaat kirkkaana päivänä, muodostuu suuria valotuseroja kuten varjoja ja kirkkaita valo kohtia. Näistä voi syntyä kohinaa lopulliseen pistepilveen.

Miltä kameralla värjätty pistepilvi näyttää?

Kävimme keräämässä osittain värjätyn aineiston korttelin julkisivusta joulukuun alun ainoana sateettomana päivänä. Mittaajan mieliksi päivä oli kirkas, mutta se näkyy myös tuloksissa. Kokeilimme siellä kahta erilaista aineiston keräystapaa (kuva 3). Molemmissa tavoissa kokeilimme millainen värjäys saadaan, mikäli kävelimme hitaasti lyhyillä pysähdyksillä. Ensimmäisessä tavassa kiertelimme julkisivun edessä muodostamalla useita pienempiä suljettuja kierroksia. Kierrosten aikana osoitimme kameralla koko ajan julkisivua sekä kohtisuorasti että hieman vinosti. Toisella tavalla kerätessä muodostimme vain yhden suljetun lenkin. Osoitimme kameralla myös koko ajan julkisivua, mutta kauempana ollessa pyrimme saamaan videota myös rakennuksen yläosista.

Kuva 3. Värjätty julkisivu ja sen edustalla tehty mittauspolku. Nuolet osoittavat kameran suuntauksen aineiston keruun aikana

Menetelmien välillä voidaan havaita pieniä eroja osittaisen värjäyksen osalta. Lopputulos on parempi, kun tehdään lenkkejä mittauksen aikana. Nämä lenkit mahdollistavat kuvien paremman sovituksen ja lisäävät samalla kuvamateriaalin määrää. Näin ollen julkisivun värien muutokset ovat selkeitä pistepilvessä. Kuvausajankohdan kirkas päivä näkyy pistepilvessä kohinana esim. seinässä on oikealla vaaleankeltainen kohta auringon vuoksi ja sinisiä pisteitä ikkunoiden heijastusten vuoksi. Näistä huolimatta aineistosta voi erottaa eri värit julkisivussa sekä niiden vaihtumiskohdat. 

Olemme kokeilleet osittaista värjäystä myös Temppeliaukion kirkossa. Siellä sopivassa valaistuksessa ja oikealla mittausreitillä saatiin onnistuneita osittaisia pistepilven värjäyksiä (kuva 4). Osittaisella pistepilven värjäyksellä voidaan tunnistaa kohteita, joiden tunnistaminen ei onnistuisi ilman värejä. Tällaisia kohteita ovat esimerkiksi Temppeliaukion kirkossa kallioseinän rakenne, josta voidaan tunnistaa erilaisia kivikoostumuksia. Pistepilven värjäyksen osittaisuus voidaan havaita, kun lähestytään kattoa. Mitä korkeammalle seinässä edetään sitä vähemmän pistepilvessä on väriarvoja. Tämä johtuu siitä, että emme kuvanneet seinien yläosia aineiston keruun aikana. Vaikka aineistossa ei ole värejä näillä alueilla, on sitä mahdollista tarkastella värittömänä pistepilvenä.

Kuva 4. Osittain värjätty pala Temppeliaukion kirkon seinästä. Seinästä voi tunnistaa kallion värien vaihdokset kuten sen, että vasemmassa laidassa kallio oli tummanharmaa ja muualla punertava.

Miten värjään aineiston kokonaan?

Aina intensiteettiarvot tai osittainen värjäys ei riitä. Jos haluat koko GeoSLAMillä kerätyn pistepilven värjätyksi, ratkaisusi on laajentaa ZEB HORIZON -laitteesi ZEB Discovery -laitteeseen.  Tällöin HORIZON yhdistetään 360 asteen kameran kanssa yhdeksi kokonaisuudeksi, jota voi kantaa selässä (Kuva 5). Tällä yhdistelmällä saadaan värjätty pistepilvi kattamaan suuremman osan pistepilvestä.

Kuva 5. ZEB Discovery yhdistää 360 asteen kameran ZEB HORIZONin pistepilveen.

 

ZEB Discoveryllä mitatessa kameran ja laserkeilaimen välillä ei ole havainnointikulmaeroa. Tästä syystä tavallisen GeoSLAM mittauksen mukaiset suljetut kierrokset riittävät kattavan aineiston saamiseksi. Mittauksen aikana on kuitenkin suositeltavaa edetä kävelynopeutta hitaampaa nopeutta ja välttämään äkillisiä käännöksiä. Kuten muihinkin GeoSLAM laserkeilaimiin, vaikuttaa valaistus myös ZEB Discoveryn  värjättyyn pistepilveen. Vältä siis suuria valaistuseroja. 

Jotta saat ZEB-CAM pistepilvesi harmaista värillisiksi, sinun tulee huomioida se jo aineistoa kerätessäsi. Aineiston keruun yhteydessä on tärkeää valita ajankohta, jolloin valaistus on mahdollisimman tasainen. Lisäksi mittauksen aikana täytyy huomioida kameran kuvauskulma ja edetä hitaasti välillä pysähdellen, jotta saadaan tarkkoja valokuvia kaikista tärkeistä kohteista. Tee myös mahdollisimman monta suljettua lenkkiä mittauksen aikana, jotta takaat kattavan videoaineiston sekä tarkan kuvien paikannuksen. Näiden toteutuessa saadaan hyvin värjättyjä GeoSLAM pistepilviä.

Kirjoittaja:

Aino Keitaanniemi
DI, PhD-opiskelija, osa-aikaisesti töissä Geotrimillä

aino.keitaanniemi (at) geotrim.fi

Lisätietoa:

> GeoSLAM-käsikeilaimet

> GeoSLAM

Työmaadokumentointi ilman suurta kuvakansiota

NCC:llä siirrytään askel askeleelta kohti edistyneempää työmaadokumentointia. Riku Laiho, Head of VDC (Virtual Design and Construction), ja Aku-Matti Kauppinen, projekti-insinööri, ovat valjastaneet Matterport Pro2 3D-kameran  apuvälineekseen jo useammalla työmaalla. Tällä kertaa Matterport pääsi työmaalle Jakomäessä, jossa Jakomäen sydän -palvelurakennus rakentuu allianssissa kaupungin, suunnittelijoiden ja NCC:n yhteistyönä. Palvelurakennus tulee sisältämään alueen peruskoulun, päiväkodin, nuorisotalon sekä kansalaistoimintaa. 

Aku-Matti Kauppinen ja Matterport Jakomäen palvelurakennuksen pääportailla.

Matterport 3D-kamera pääsi NCC:n matkaan erään kehityshankeen myötä, jolloin kaivattiin työkalua tekemään 360 asteen dokumentointia työmaalta. Tämän hankkeen jälkeen Matterport-kamera on ollut mukana useilla työmailla sen käytön helppouden vuoksi. Sillä saa kätevästi lähtötiedot kartoitettua. Tämä toteutettiin myös Jakomäen liikuntasalissa samalla, kun suunnittelijat olivat tekemässä omaa katsaustaan. Malliin myös palattiin muutamia kertoja ja se nopeutti suunnittelun etenemistä. Sen takia ei tarvinnut seisauttaa suunnittelua, jotta joku ehtisi käydä paikan päällä tarkistamaan pienen yksityiskohdan. Asia voitiin tarkistaa suoraan työpöydän ääressä eikä aikaa hukattu odotteluun.

Jakomäessä Matterport-kamera pääsi myös mukaan lattialämmitysputkien dokumentoinnissa ja laadunvalvonnassa. Kun putket oli saatu paikoilleen tuotettiin tiloista Matterport malli. Tällä tavalla dokumentoinnissa vältetään tarve kuvata satoja yksityiskohtaisia kuvia kohteesta, jotka tarvisi kansioida ja nimetä vielä tunnistettavasti oikeisiin tiloihin liittyen. Matterport-kameran kuvat näyttävät tarkkojen yksityiskohtien lisäksi tunnistettavasti kuvauskohteen ympäristön. Tästä syystä Matterportin malli pääsi myös mukaan lattialämmitysputkien jälkeen tehtävien muutosten suunnittelussa. Samalla varmistettiin ettei lämmitysputket jää tulevien väliseinien alle. 

Kuvakaappaukset Matterport-mallista sekä sisältä että koko lattiapinnasta lattialämmitysputkien asennuksen jälkeen.

Matterport-kamera valmiin projektin esittelyssä

NCC on käyttänyt Matterport-kameraa myös valmiin projektin esittelyssä. Tämä on suunnitteilla myös Jakomäessä, jotta tulevat opiskelijat voisivat tutustua kouluun jo ennen rakennuksen virallista avautumista. Matterport tarjoaa mahdollisuuden esitellä tiloja virtuaalisesti, joten satojen koululaisten työmaavierailulle ei tarvitse toteuttaa suuria suunnitelmia. Rakennus voidaan mallintaa turvallisesti ja nopeasti. Lopullinen malli voidaan jakaa selaimessa ja siellä voi jopa liikkua virtuaalisesti Samsung Gear VR tai Google Cardboard Headset:n avulla.

Nämä ovat vasta ensimmäisiä askeleita Matterportin ja NCC:n yhteisellä matkalla. Yhdessä he etsivät jatkuvasti uusia käyttötarkoituksia Matterport 3D-kameralle.

Kirjoittaja: Aino Keitaanniemi

Metsästä pistepilvi ja pistepilvestä numeroiksi (GeoSLAMin matkassa osa 2)

Oletko käyttänyt maalaserkeilainta metsäinventoinnissa? Tuntuuko sen metsään pystyttäminen ja kantaminen liian työläältä sekä aikaa vievältä? Voit vähentää vaivaa kokeilemalla GeoSLAM ZEB HORIZON -mobiililaserkeilainta. Sen kanssa ei tarvita kolmijalkaa, koska kevyttä keilainta pidetään kädessä. Tällä tavalla nopeutat koealueen laserkeilausta ja vältät painavan laserkeilaimen ja kolmijalan kantamisen metsään. 

GeoSLAM ZEB HORIZON

on aikaisemmin blogissamme esiintyneen ZEB-REVO:n ulkokäyttöön paremmin sopiva rinnakkaismalli. Molemmat laitteet kulkevat kätevästi kädessä mittauksen aikana. ZEB HORIZON eroaa sisarestaan muun muassa mittausetäisyyden ja pistepilven intensiteetin osalta (kuva 1). Mittausetäisyys on 100 m. Nämä ominaisuudet auttavat metsäinventoinnissa puulajien tunnistamisessa. Lisäksi laitteen nopeus mahdollistaa useiden hehtaarien koealueiden kartoittamisen minuuteissa.

Kuva 1. ZEB HORIZON ja sen tuottama intensiteettipistepilvi metsästä.

Kuinka kerään pistepilven ZEB HORIZON -laserkeilaimella metsäkoealasta?

Saapuessasi koealalle saat ZEB HORIZON -laserkeilaimen käyttövalmiiksi hetkessä. Tämä vaatii vain yhden kaapelin kytkennän laserkeilaimen ja tallennusyksikön välille, niin laite on käyttövalmis. Aineiston keruun aloittamiseksi aseta laserkeilain maahan tai sopivan kiven/kannon päälle ja käynnistä se. Tällöin laserkeilain alustaa mittauksen ja kertoo käyttäjälle valmiutensa vilkkuvien valojen avulla. 

Merkkivalon muututtua vihreäksi (muutamassa sekunnissa) ja laserkeilaimen keilaimen pyöriessä on laserkeilain valmis mittaukseen. On siis aika nostaa laserkeilain käteen ja lähteä kävelylle. Voit valita kulkemasi reitin vapaasti, mutta varmista pistepilven kattavuus mutkittelemalla puiden väleissä. Tällainen reitti mahdollistaa puiden runkojen havainnoinnin mahdollisimman kattavasti, joten lopulliset pistepilvestä mitatut arvot ovat luotettavampia. 

Seuraavassa kuvassa 2 on tekemämme metsäretken aikana HORIZON:illa kerätty pistepilvi. Aloitimme mittauksen ison kiven vierestä ja kiertelimme kuvan mukaisesti puiden väleissä. Kierros lopetettiin samaan paikkaan mistä se oli aloitettu, jossa yhden painikkeen painalluksella lopetetaan mittaus. Lopuksi irrotetaan kaapeli laitteiden väliltä ja pakataan kaikki osat kantolaukkuun. Tämän noin minuutin mittaisen kierroksen aikana kierreltiin noin 30 metrin mittainen lenkki metsässä. Pistepilvestä mitattujen metsäalueen ulkomittojen perusteella se mahdollisti noin 5000 neliömetrin suuruisen alueen kartoittamisen.

Kuva 2 Vasemmalla on koko noin 5000 neliömetrin kokoinen koeala korkeuden mukaan värjättynä. Keskellä olevasta lähikuvasta voidaan havaita mittausreitti puiden lomassa. Sama reitti esiintyy oikealla, mutta tällä kertaa ylhäältä päin kuvattuna. Tässä pistepilvestä on poistettu puiden latvat ja maan pinta.  

Kuinka saada mobiililaserkeilaimen pistepilvestä irti puuparametreja?

Toimistolle saavuttua siirretään kerätty pistepilvi pois laserkeilaimesta yhdistämällä muistitikku tallennusyksikköön. Aineisto rekisteröidään lopulliseksi pistepilveksi GeoSLAM HUB-ohjelmistossa. Tiedoston voi raahata ohjelmistoon, jolloin se aloittaa automaattisesti aineiston rekisteröinnin. Tämän jälkeen voit tallentaa pistepilven halutussa formaatissa.  

Pistepilven muuttamien puuparametreiksi vaatii kolmannen osapuolen ohjelmiston käyttöä. Puuparametrit voidaan mitata missä tahansa pistepilviohjelmistossa, jossa on mittaustyökalu. Tällöin parametrit täytyy määrittää manuaalisesti, mikä ei ole tehokasta. Tähän ratkaisuksi ohjelmistoissa on kehitetty automatisointeja myös maan tasalta kerättyjen pistepilvien puuparametreille. Näistä esimerkki ohjelmistoina: Trimble Business Center (TBC), GreenValley International LiDAR360, Laserdata sekä avoimen lähdekoodin 3DForest. 

Riippumatta ohjelmasta automaattinen puuparametrien irrottaminen vaatii pääpiirteittäin samat vaiheet. Ensimmäisessä vaiheessa kannattaa poistaa suurimmat virheet ja kohinat. Näitä voi syntyä oksien liikehdinnästä ym. mittauksen aikaisista ympäristön muutoksista. Tämä onnistuu oikeilla työkaluilla käden käänteessä. Siivottu pistepilvi luokitellaan kasvillisuuteen ja maanpintaan. Tämä toteutetaan automaattisesti ohjelmistosta riippuen tason tai alimpien pisteiden avulla. Luokitellun pistepilven kasvillisuus luokitellaan vielä yksittäisiksi puiksi (kuva 3), jotta niiden puuparametrien määrittäminen helpottuu. Tässä kohtaa Trimble Business Center eroaa muista ohjelmistoista, koska TBC ei luokittele puita omiksi luokiksi vaan hyödyntää suoraan kasvillisuuden luokkaa. Ennen kuin päästään varsinaisiin puuparametreihin määritetään vielä puiden runkojen paikat. Tämä toteutetaan automaattisesti yksittäisten puuluokkien avulla. Tätäkään vaihetta ei tarvita TBC:ssä, koska automatiikka tunnistaa kaikki puuparametrit samaan aikaan.

Kuva 3. Vasemmalla on 3DForest-ohjelmistolla luokiteltu pistepilvi pinkiksi maan pinnaksi ja punaiseksi kasvillisuudeksi. Oikealla on samalla ohjelmistolla luokitellut puut omiksi pistepilvi luokiksi.

Varsinaiset puuparametrit eli rungon halkaisija rinnan korkeudella, puun korkeus ja latvuston mitat saadaan myös automaattisesti, mutta monissa ohjelmistoissa voi tulosta manuaalisesti muokata. Tämä auttaa luotettavampien tulosten saamisessa, koska ohjelmistojen työkalut eivät aina tunnista kaikkia puita oikein. Monissa ohjelmistoissa rungon sijainnin ja maanpinnan perusteella määritetään rinnan korkeudella puun rungon halkaisija. Voit myös itse säätää rinnankorkeuden lukuarvoa tarpeen vaatiessa. Puiden korkeuksien ja latvuston mittojen määrittäminen onnistuu suoraan pistepilvien avulla. 

Testasimme ohjelmistoja kuvassa 2 esitetyllä GeoSLAM ZEB HORIZON pistepilvellä. Näiden testien pohjalta ohjelmistot ovat helppokäyttöisiä ja niihin löytyy monipuolisesti ohjeita (mm. TBC, 3D-Forest ja LiDAR360). Harmiksemme huomasimme ettei avoimen lähdekoodin 3D-Forest -ohjelmistossa tällä hetkellä toimi puun latvuksen mittojen määrittäminen. Muut puuparametrit saatiin ohjelmistolla, kun aineistosta poistettiin puita ja jäljelle jäi kuvan 3 puut. Ohjelmistoista saadaan lopulliset puuparametrit ulos esimerkiksi taulukkona, yksittäisiin puuluokkiin pohjautuen. Tai arvoja voi tarkastella ohjelmistossa, jolloin pysyy visuaalinen ja numeerinen tieto samassa paikassa. Kuvassa 4 on esimerkki tulos GreenValley International LiDAR360 -ohjelmiston vaiheista ja puuparametreista.

Kuva 4 a) Rinnan korkeudelta poikkileikkaus pistepilvestä ja algoritmin laskemat halkaisijat puille. b) Tuloksia on mahdollista tarkastella puukohtaisesti. c) Metsä luokiteltuna yksittäisiin puihin d) Lopullinen taulukko metsän puuparametreista.

 

Metsien koealoista saadaan tehokkaasti muodostettua numeerisia arvoja GeoSLAM ZEB HORIZON -laserkeilaimen pistepilven ja pistepilviohjelmistojen avulla. Tällöin aikaa ei hukata kantamalla metsään painavia laitteita tai aineiston keräämiseen käytettäviä ylimääräisiä minuutteja. Itse pistepilvi saadaan helposti muutettua numeroiksi hyödyntämällä kolmannen osapuolen ohjelmistoa. Näistä saadaan automaattisesti puuparametrit. Mikäli automatiikka havainnoi parametrin virheellisesti, on ohjelmistoissa selkeät visuaaliset käyttöliittymät manuaalisia korjauksia varten. Helpota elämääsi ja valitse uuden sukupolven laserkeilain avuksesi.

Kirjoittaja:

Aino Keitaanniemi
DI, PhD-opiskelija, osa-aikaisesti töissä Geotrimillä

aino.keitaanniemi (at) geotrim.fi

Miksi sovittaisin eri menetelmillä kerätyt pistepilviaineistot yhdeksi pistepilveksi?

Suunnitteletko rakennuksen korjausrakentamista? Oletko törmännyt tilanteeseen, jossa pistepilviaineiston kerääminen eri menetelmiä yhdistämällä olisi ajallisesti kannattanut? Usein työltä vaaditaan tehokkuutta ja luotettavuutta, jotta hanke olisi kannattava. Tämä pätee myös ja erityisesti rakennuksen korjausrakentamisessa. Kustannukset nousevat kellon raksuttaessa, aikaa on rajallisesti ja mahdollisen myöhästymisen uhkasakot ahdistavat.

Jotta kerätyn pistepilviaineiston laatu ei kärsisi, on tärkeää tunnistaa, mikä menetelmä sopii parhaiten mihinkin tilanteeseen. Esimerkiksi Matterportin kamera on tehokas ja vaivaton tapa kerätä rakennuksen sisätiloista pistepilviaineistoa, mutta sen toimintaperiaate rajoittaa laitteen käyttöä ulkona. Rajoittavana tekijänä on auringonvalo, joka on samalla aaltopituudella kuin Matterport. Tästä syystä ulkotilat kannattaa täydentää pistepilveen laserkeilaimen avulla.

Miten laserkeilauksella ja Matterportin kameralla kerätyt pistepilvet voidaan yhdistää?


Laserkeilaimella ja Matterportin kameralla kerätyt pistepilvet voidaan yhdistää toisiinsa joko tähysten avulla tai pistepilvipohjaisesti. Tähyksinä voidaan käyttää Matterportin omia tähyksiä, jolloin tähykset auttavat suurien tilojen mallinnusta Matterportilla sekä pistepilvien yhdistämistä (Lisätietoa asiasta englanniksi Matterportin sivuilta). Tähykset tulee sijoitella mallinnusalueelle ennen kuin aloittaa aineiston keräämisen. Yhdistämisen varmistamiseksi täytyy molemmissa aineistoissa näkyä vähintään kolme (3) yhteistä tähystä.

Käytännössä yhdistäminen tapahtuu vasta toimistolla, kun molemmat aineistot ovat esikäsitelty. Matterport-pistepilvi ladataan MyMatterport-palvelimelta MatterPak-tiedostona, joka sisältää pistepilven lisäksi kolmioverkkomallin kohteesta. Laserkeilauksen pistepilvi täytyy myös esikäsitellä eli rekisteröidä erilliset laserkeilausasemat yhdeksi pistepilveksi. Tähyksillä yhdistäessä valittu pistepilviohjelmisto vaikuttaa aineistojen yhdistämiseen. Toisissa ohjelmistoissa joudut manuaalisesti näyttämään vastaavat tähykset aineistojen välillä, kun taas toisissa se voi onnistua automaattisesti. Tähysten osoituksen jälkeen saat tiedon kuinka tarkasti pistepilvet osuivat yhteen.

Toinen menetelmä pistepilvien yhdistämiselle on pistepilvipohjainen yhteensovitus. Tällöin on parasta, että molemmilla laitteilla kerätään aineistoa samalta alueelta. Tämän yhteisen alueen tulee olla vähintään 10 % koko pistepilviaineistosta. Lisäksi tarkempi tulos saadaan, jos päällekkäisyysalue ei ole vain yhdellä puolella rakennusta. Tämä vähentää pistepilvien välisiä kiertymiä (kuva 1).

 Jos ei ole tarkkana, voi vähäisellä päällekkäisyydellä pistepilvet kiertyä. Kaukaa rekisteröinti voi näyttää hyvältä, mutta läheltä katsottuna löytyy virheitä. Kuten kuvan vasemmalla olevasta ikkunasta voi havaita. Matterport 3D-kameran pistepilvi (ruskean sävyinen) on kiertynyt TX8-laserkeilaimen pistepilveen nähden (punasävyinen), kun yritetään yhteensovitusta näiden pistepilvien välillä.Kuva 1) Jos ei ole tarkkana, voi vähäisellä päällekkäisyydellä pistepilvet kiertyä. Kaukaa rekisteröinti voi näyttää hyvältä, mutta läheltä katsottuna löytyy virheitä. Kuten kuvan vasemmalla olevasta ikkunasta voi havaita. Matterport 3D-kameran pistepilvi (ruskean sävyinen) on kiertynyt TX8-laserkeilaimen pistepilveen nähden (punasävyinen), kun yritetään yhteensovitusta näiden pistepilvien välillä.

Pistepilvipohjaisella menetelmällä aineistot esikäsitellään samalla tavalla kuin aikaisemmin. Käyttämäsi pistepilviohjelmisto vaikuttaa yhdistämisen toteutukseen. Yhdistäminen voi onnistua joko näyttämällä pistepilvelle muutamia yhteisiä piirteitä tai manuaalisesti sovittamalla pistepilvet yhteen. Manuaalisen sovituksen jälkeen ohjelmistoissa on työkalu, joka toteuttaa automaattisesti tarkemman yhteensovituksen. Tämä antaa lopulta sovitukselle tarkkuuden.

Pistepilvipohjaisella menetelmällä aineistot esikäsitellään samalla tavalla kuin aikaisemmin. Käyttämäsi pistepilviohjelmisto vaikuttaa yhdistämisen toteutukseen. Yhdistäminen voi onnistua joko näyttämällä pistepilvelle muutamia yhteisiä piirteitä tai manuaalisesti sovittamalla pistepilvet yhteen. Manuaalisen sovituksen jälkeen ohjelmistoissa on työkalu, joka toteuttaa automaattisesti tarkemman yhteensovituksen. Tämä antaa lopulta sovitukselle tarkkuuden.

Luontokeskus Haltian pistepilviaineiston kerääminen Matterportin Pro2 3D-kameran, TrimbleTX8-laserkeilaimen sekä GeoSLAM ZEB-REVO RT-käsiskannerin avulla


Kohteenamme oli Suomen Luontokeskus Haltia Nuuksiossa. Sisätilat mallinsimme Matterportilla sekä kädessä kannettavalla GeoSLAM ZEB-REVO RT -laserkeilaimella. Sisätilan lisäksi laserkeilasimme ZEB-REVO RT:llä terassialueita. Noin puoli vuotta myöhemmin kävimme laserkeilaamassa Haltian ulkopuolen Trimble TX8 -laserkeilaimella. Tästä syystä emme voineet käyttää tähyksiä, joten yhdistäminen täytyi tehdä pistepilvipohjaisesti. Yhteensä pistepilvien tuottamiseen kului noin 14 h ja lopulliseen yhdistämiseen noin 1h.

Kuva 2) Aineisto kerättiin seuraavilla laitteilla; Matterport (vasemmalla), TX8 (keskellä) ja ZEB-REVO RT (oikealla).

Puolen vuoden tauon ja ihmispaljouden vuoksi keräsimme Matterportilla aineiston vain sisätiloista ja TX8:lla vain ulkona. Tästä syystä aineistojen välillä oli vain 3 % päällekkäisyys, joka muodostui ikkunoiden kautta tehdyistä TX8-laserkeilaimen havainnoista. Tämä ei kuitenkaan estänyt yhteensovitusta, koska olimme laserkeilanneet myös ZEB-REVO RT:llä. Sillä on päällekkäisiä havaintoja Matterportin kanssa 25 % ja 8 % TX8:n kanssa. Päätimme sovittaa ensimmäisenä Matterportin ZEB-REVO RT:n pistepilveen. Sen jälkeen sovitimme TX8:n pistepilven ZEB-REVO RT:n pistepilveen. Lopuksi yhdistimme Matterportin ja TX8 pienellä hienosäädöllä yhteen.

Pistepilviaineistojen sovittaminen yhdeksi pistepilveksi


Tällä kertaa käytimme Trimble RealWorks -ohjelmistoa ja sen pilvipohjaista yhdistämistyökalua. Ennen eri menetelmien pistepilvien yhdistämistä rekisteröimme TX8-aineistot yhdeksi pistepilveksi ja värjäsimme pistepilvet. Pistepilvet värjättiin laserkeilauksen kanssa samanaikaisesti otetuilla valokuvilla. Nämä kuvat yhdistettiin ensin panoraamakuviksi, jotka yhdistettiin keilausasemiin Trimblen RealWorks-ohjelmistossa. Värjäämisessä käytettiin RealColor-työkalua, jossa jokaiselle keilausasemalle valitaan vastaava panoraamakuva sen värjäämiseksi. Kun kaikki keilausasemat oli värjätty, rekisteröitiin ne yhdeksi pistepilveksi automaattisesti tasopintojen avulla. Rekisteröity pistepilvi tallennettiin omaksi tiedostoksi.

Laserkeilauksen rekisteröinnin jälkeen ladattiin muut aineistot RealWorks-ohjelmistoon. Kun kaikki aineistot oli ladattu samaan projektiin, aloitettiin aineistojen yhdistäminen. Trimble RealWorks:llä pistepilvipohjaisesti pistepilvien yhdistäminen on helppoa. Käyttäjän tulee valita projekti ja sen sisältä yhdistettävät pistepilvet, jonka jälkeen aktivoidaan pistepilvipohjainen rekisteröinti. Tämän jälkeen tarkistetaan, kumpi aineistoista on referenssinä eli kumpi aineistoista pysyy paikallaan. Sen jälkeen osoitetaan muutama yhteinen piste molemmista aineistoista (kuva 3). Näiden pisteiden avulla ohjelmisto yhdistää pistepilvet toisiinsa.

Kuva 3) Pistepilvipohjainen pistepilvien yhteensovitus vaatii käyttäjää osoittamaan yhteisiä pisteitä aineistoista.

Osoitettujen pisteiden jälkeen käytimme refine-työkalua, jolloin ohjelmisto automaattisesti parantaa yhteensovitusta. Kannattaa kuitenkin tarkastaa yhteensovituksen onnistuminen työkalun käytön jälkeen, koska vähäinen päällekkäisyys voi aiheuttaa virheellisiä tuloksia. Tästä syystä vaiheen voi jättää pois, jos automaatio ei osaa yhdistää pistepilviä oikein. Kun rekisteröinti on valmis, valitaan yhdistetäänkö pistepilvet yhdeksi pistepilveksi vai ei. Tässä tapauksessa, kun käytimme ZEB-REVO RT -laserkeilainta yhdistämisen apuna, emme halunneet yhdistää sen pistepilveä lopulliseen pistepilveen. Valitsimme ettei aineistoja yhdistetä ja aktivoimme pistepilvien uudet sijainnit. Tarkemmat sovituksen vaiheet voit tarkastella tästä videosta:


Matterportin ja ZEB-REVO RT:n välinen yhteensovitus onnistui 3,5 cm tarkkuudella. Tämän jälkeen yhteensovitettu TX8 ja ZEB-REVO RT onnistui 3,3 cm tarkkuudella. Näiden yhteensovitusten jälkeen avasimme vielä kerran pilvipohjaisen yhteensovituksen Matterportin ja TX8:n välille. Tällä kertaa tarkastelimme yhdistystä visuaalisesti ja aktivoimme pistepilvien yhdistämisen toisiinsa. Tarkkuudeksi pistepilvien välille saimme 3,3 cm. Tarkkuuden kohdalla tulee huomioida, kuinka pieni päällekkäisyys aineistoilla oli. Mitä pienempi pistepilvien päällekkäisyysalue on sitä vaikeampaa ja epätarkempaa niiden yhdistäminen on. Tässä tapauksessa, kun päällekkäisyys aineistojen välillä oli vain 3 %, tarkkuus on todella hyvä. 

Kuva 4) Lopullinen pistepilvi Haltiasta, jossa ulkotilat on mallinnettu TX8-laserkeilaimella ja sisätilat Matterport Pro 2 -kameralla.

Menetelmien yhdistämisen jälkeen Luontokeskus Haltian pistepilvi koostuu 47 miljoonasta pisteestä (kuva 4). Nyt aineisto kattaa suurimman osan sisä- ja ulkotiloista. Tätä voitaisiin täydentää vielä lisää sisätiloissa sekä katon osalta. Katosta voitaisiin kerätä aineisto dronen avulla ja se voitaisiin yhdistää samalla menetelmällä jo yhdistettyihin pistepilviin. 

Miksi eri menetelmillä kerätty pistepilviaineisto kannatti?


Menetelmien yhdistämisellä voidaan säästää aikaa ja rahaa sekä kattaa suurempia alueita. Säästöjen syynä on Matterportin nopeus verrattuna maalaserkeilaimeen sisätilojen mallintamisessa. Jos tila olisi mallinnettu pelkällä maalaserkeilaimella, olisi siihen kulunut huomattavasti enemmän aikaa. Tästä syystä aineistojen yhdistäminen GeoSLAM ZEB-REVO RT -laserkeilaimen avulla nopeutti tuotantoa. ZEB-REVOn kannettavuuden ansiosta mitattiin muutamassa minuutissa tarvittava päällekkäisaineisto, jolla Matterportin sisätilojen ja TX8:n ulkotilojen pistepilvet yhdistettiin.

Toisaalta laserkeilain mahdollistaa Matterport-pistepilvien sitomisen muuhun ympäristöön. Lisäksi eri menetelmillä ei välttämättä saa kerätyksi aineistoa kaikista kohdista, kuten katolta. Tästä syystä on kannattavaa yhdistää menetelmiä, joten pistepilvet ovat kattavampia ja täten hyödyllisempiä.  

Lopulta epäoptimaalisista lähtökohdista (ei tähyksiä ja vähäinen päällekkäisyys pistepilvien välillä) huolimatta on mahdollista yhdistää eri menetelmien pistepilviä. Yhdistäminen on mahdollista jopa 3 % päällekkäisyydellä, jos apuna voidaan käyttää kattavampaa aineistoa.

Mikäli innostuit kokeilemaan aineistojen yhdistämistä, suosittelemme keräämään aineiston joko yli 10 % päällekkäisyydellä tai vähintään kolmea tähystä käyttäen. Kerää aineistolle mahdollisimman paljon yhteisiä piirteitä esimerkiksi avaamalla ikkunoita tai ovia eri puolilta rakennusta ja muista pitää yhteys muuttumattomana eri menetelmien käytön aikana.    

Kirjoittaja

Aino Keitaanniemi
DI, PhD-opiskelija, osa-aikaisesti töissä Geotrimillä

aino.keitaanniemi (at) geotrim.fi

Mikä erottaa laserkeilaimen syvyyskamerasta?

Ympäristöämme voidaan mallintaa kolmiulotteisesti useilla eri menetelmillä esimerkiksi laserkeilaimilla ja syvyyskameroilla. Nämä laitteet tuottavat pistepilviä, jotka muodostuvat useista pistemäisistä havainnoista, eli pisteistä, kolmiulotteisessa avaruudessa. Näitä pisteitä voi olla miljoonia, jolloin ne muodostavat yhdessä 3D-muotoja. Vaikka lopputuloksien pistepilvet soveltuvat moniin tarkoituksiin, vaikuttaa sen tuottamiseen käytetty laite sen käyttötarkoitukseen. Tarkastellaan seuraavaksi yhden laserkeilaimen ja yhden syvyyskameran toimintaa. Laserkeilaimena on GeoSLAM ZEB-REVO RT ja syvyyskamerana Matterport Pro2 3D-kamera.

Laserkeilaimet kuten ZEB-REVO RT tuottavat pistepilviä laservalon avulla. Ne lähettävät laservaloa tietyllä aallonpituudella, joka kohteeseen osuessaan heijastuu takaisin. Tästä yksinkertaistettu piirros kuvassa 1. Laserkeilain havaitsee takaisin heijastuneen laservalon ja muodostaa 3D-etäisyyshavainnon eli pisteen. Tämän pisteen sijainnin laserkeilain voi laskea esimerkiksi laservalon etenemiseen kuluneen ajan ja sen lähtösuunnan pohjalta. Näistä heijastumista muodostuvista pisteistä muodostuu lopulta pistepilvi.

Kuva 1. ZEB-REVO RT lähettää ja vastaanottaa laservaloa, jota kuvassa punaiset kaksipäiset nuolet esittävät. Samalla itse laite pyörii vihreän nuolen mukaiseen suuntaan.

Kattavimman laserkeilauspistepilven saa, kun kerää havaintoja kohteesta useista suunnista. Tällöin ei yksikään nurkka jää mallintamatta. Tämä on tehty tehokkaaksi ZEB-REVO RT laserkeilaimessa, koska sen kanssa voi kävellä ympäri kohdetta mittauksen aikana. Tästä syystä sillä aineiston kerääminen on huomattavasti nopeampaa kuin muilla 3D-mallinnusmenetelmillä. Laserkeilattuun pistepilveä voidaan vapaasti muokata jälkilaskennassa esimerkiksi värjäämällä aineisto osittaisesti havainnointihetken kuvilla tai vain harmaasävyillä.

Miten Matterport Pro 2 3D-kamera eroaa tästä? Matterport lähettää myös valoa tarkemmin sanottuna infrapuna-aallonpituudella, joka muodostaa kohteen pinnalle tunnetun muotoisen kuvion. Tätä ei paljaalla silmällä erota, mutta laitteen kamera ja tarkoitukseen suunniteltu sensori havaitsevat sen. Kohteeseen osuessaan valokuvio mukautuu kohteen pinnan mukaisesti, joten laite kykenee kuvion havaintojen pohjalta muodostamaan pistehavintoja. Nämä pistehavainnot muodostavat lopulta pistepilven. Kuvassa 2 on yksinkertaistettu piirros kohteeseen heijastetusta kuviosta.

Kuva 2. Punaiset katkoviivat kuvastavat lähetettyä valokuviota, jota Matterport Pro 2 3D-kamera havainnoi sensorilla ja kameralla (oranssit katkoviivat).

Matterport Pro 2 3D-kameralla saa kattavan pistepilven helposti siirtämällä laitetta aina muutaman metrin päähän edellisestä kuvauspaikasta. Tämä on helppoa, koska laitetta ohjataan tabletilta ja samalla voidaan tarkastella aineiston kattavuutta. Laite tuottaa myös tehokkaasti värillisen mallin kohteesta Matterportin pilvipalveluun, josta mallin voi ladata muutamassa formaatissa pientä kustannusta vastaan omalle koneelle.

Fyysisen toimintaperiaatteen lisäksi tärkein ero näiden laitteiden välillä on niiden soveltuvuus eri käyttötarkoituksiin. ZEB-REVO RT:llä voidaan kerätä minuuteissa kattavaa aineistoa sekä sisätiloista, maan alta että ulkoa. Matterport ei tästä jää kauas, koska sillä voidaan kerätä aineistoa sekä sisätiloissa että maan alla. Ulkona aineiston kerääminen Matterportilla on hankalaa, koska lähetetty valokuvio on auringon valon kanssa samalla aallonpituudella. Ulkona mittaaminen on kuitenkin mahdollista auringonlaskun jälkeen. Mittauksen nopeuteen vaikuttaa myös laitteen mittausetäisyys, koska lyhyellä mittausetäisyydellä (alle 10 m) täytyy kerätä aineistoa useammasta paikasta, jotta saadaan tarpeeksi havaintoja. Käyttötarkoituksen mukaan on myös tärkeää valita laite, jonka mittausmenetelmällä saavutetaan toivottu lopputuloksen tarkkuus. Seuraavassa taulukossa 1 ovat molempien laitteiden tarkkuudet, aallonpituudet ja mittausetäisyydet, jotka määrittävät edellä mainituilla tavoilla laitteiden soveltuvuutta eri käyttötarkoituksiin.

Taulukko 1. Laitteiden ominaisuudet.

Tarkastellaan menetelmien eroja samasta kohteesta kerätyn aineiston avulla. Kävimme keräämässä aineistoa Temppeliaukion kirkosta molemmilla laitteilla. Taulukossa 2 näkyy, kuinka nämä menetelmät eroavat toisistaan käytössä. ZEB-REVO RT on huomattavasti nopeampi menetelmä aineiston keruussa, koska laitteen kanssa voi kävellä samalla kun se laserkeilaa. Pistepilven koko on myös isompi ZEB-REVO RT:llä, mutta pistepilven koko vaihtelee aina kohteen mukaan. Lisäksi Matterportin automaattinen pilvilaskenta poistaa Matterportin  pistepilvestä kohinan, mutta laserkeilaimen pistepilvessä kohinaa ei ole poistettu.

Valmiin pistepilven saaminen eroaa laitteiden välillä, koska Matterport toteuttaa pistepilven automaattisesti ja laserkeilain vaatii käyttäjän apua. Matterportin kohdalla käyttäjä lataa aineiston tabletilta Matterportin pilvipalveluun ja palvelu aloittaa automaattisen prosessoinnin. Kun prosessointi on valmis, lähettää palvelu siitä tiedon sähköpostilla käyttäjälle. Viimeisenä vaiheena käyttäjän tulee kirjautua pilvipalveluun ja ladata MatterPak-tiedosto, joka sisältää pistepilven värillisenä xyz-formaatissa.

ZEB-REVO RT:n valmiin pistepilven saaminen eroaa Matterportin automatisoidusta pistepilven prosessoinnista. Prosessointi alkaa, kun käyttäjä lataa laserkeilaimesta kerätyn aineiston tietokoneelle. Tämä ladattu aineisto avataan GeoSLAM Hub -ohjelmistossa, jossa käyttäjä voi halutessaan vaikuttaa pistepilven prosessointiasetuksiin. Tämä ei kuitenkaan ole pakollista, koska ohjelmiston olettamat asetukset toimivat hyvin erilaisilla aineistoilla. Kun asetukset on valittu, aloittaa ohjelmisto pistepilven automaattisen prosessoinnin. Valmiin prosessoinnin jälkeen, käyttäjä voi tarkastella pistepilveä ohjelmistossa ja tallentaa sen valitsemassaan formaatissa. Lopullisen pistepilven tuottaminen riippuu aina kohteesta, mutta normaalisti prosessoinnissa kuluu yhtä kauan kuin aineiston keruussa. Tällä kertaa kuitenkin teimme muutamia siistimisiä pistepilvelle kuten ikkunoiden heijastumien ja aloituksesta syntyvien mittaaja havaintojen poiston.

Taulukko 2 Menetelmien erot mittaustilanteessa.

Kuvaparissa 3 on kuvat molempien menetelmien pistepilvistä. Kuten näistä pistepilvistä havaitaan, eivät menetelmät eroa paljoakaan lopputulokseltaan. Suurin ero on se, että ZEB-REVO RT:n pistepilvi ei ole väritetty mittaushetken väreillä vaan laitteen luomilla harmaasävyillä.

Kuva 3. Temppeliaukion kirkon alttari pistepilvinä sekä Matterport Pro 2 3D-kameralla että ZEB-REVO RT laserkeilaimella.

Eroavista menetelmistään huolimatta molemmille laitteille löytyy käyttötilanteensa. Matterport on tehty käyttäjäystävälliseksi helpon käyttöliittymän ja automaattisen värjätyn pistepilven prosessoinnin avulla. Se on parhaimmillaan sisätilojen visualisoinnissa ja dokumentoinnissa. Vastaavasti ZEB-REVO RT:stä on luotu käyttäjäystävällinen yksinkertaisen käyttöliittymän ja nopeutensa avulla. Laite on tehokkaimmillaan monikerroksisissa sisätilamallinnuksissa, metsissä sekä tunneleissa. On siis hyvä pitää mielessä millainen kohde on kyseessä ja millä menetelmällä siitä saa parhaan mahdollisen tuloksen.

Kirjoittaja

Aino Keitaanniemi
DI, PhD-opiskelija, osa-aikaisesti töissä Geotrimillä

aino.keitaanniemi (at) geotrim.fi


GeoSLAM ZEB-REVO RT

Käsiskanneri


GeoSLAMin matkassa: Havaintoja mittausmatkan varrelta, osa 1

Tervetuloa lukemaan blogimme uutta sarjaa. Tässä sarjassa perehdytään siihen, mitä kaikkea GeoSLAMin ZEB-REVO -tuoteperheellä voidaan mallintaa. Sarjan aikana tuodaan esille erilaisia huomioita, joita ZEB-REVOlla mallintaessa voi kohdata. Vaikka sillä laserkeilaaminen onkin helppoa ja nopeaa, voi mittauksen aikana sattua ja tapahtua myös mittaajasta riippumattomia asioita.

Tässä ensimmäisessä osassa käydään läpi tavallisimpia ZEB-REVO -mittauksiin liittyviä huomioita, jotka saattavat jäädä vähemmälle huomiolle mittaustilanteessa. Tällaisia huomioita ovat esimerkiksi mistä mittaus aloitetaan ja millä tavalla kohde tulisi kiertää mittauksen aikana. Näitä vinkkejä jaamme käytännön esimerkkikohteiden avulla. Ensimmäisenä mallinnuskohteenamme oli Tikkurilan kirjaston Tarina-kirjastoauto, koska ZEB-REVO soveltuu hyvin myös pienehköjen kohteiden mittaamiseen.

Kuva 1) Tarina-kirjastoauto ulkoa ja sisältä.

 

Kuva 2) ZEB-REVOn reaaliaikainen versio mittaustilanteessa, jolloin  näytöltä näkee jo mitatut kohteet.

Itse mittauksessa huomioitavia asioita löytyy muutamia. Ensimmäisenä kannattaa pohtia tarkkaan mistä mittaamisen aloittaa ja lopettaa. Saatat kysyä, miksi tämä on niin tärkeää? Oikean aloitus- ja lopetuspaikan valinnalla säästyt monelta turhalta vaiheelta, joita väärän tai huonon paikan valinta tuottaa. Aloitus- ja lopetuspaikan tulee olla tasainen, jotta sillä voi suorittaa mittauksen alustuksen. Tällaisena kohtana toimii esimerkiksi maanpinta, penkki, pöytä tai mikä tahansa taso. Ongelmana on kuitenkin aloituksesta syntyvä kohina, kun mittaaja joutuu kumartumaan keilaimen päälle kytkeäkseen sen päälle ja samoin sammuttaessaan keilainta.

Paras aloitus- ja lopetuspaikka on kohteen läheisyydessä, mutta ei liian lähellä mielenkiinnon kohdetta. Tämän huomioiden aloitimme ja lopetimme mittaukset noin 5 m päästä kirjastoauton viereiseltä lastauslaiturilta. Tällöin saimme hyvän tasaisen alustan mittauksen alustukselle ja aloituksesta syntyvä kohina saadaan helposti siivottua lopullisesta pistepilvestä. Esimerkiksi jos olisimme aloittaneet mittauksen kirjastoauton sisältä olisi aloituksen kohina ollut huomattavasti monimutkaisempaa poistaa lopullisesta pistepilvestä. Kannattaa kuitenkin huomioida, että aloituspiste ei ole keskellä avointa aluetta. Tällöin laitteen paikannus ei saa tarpeeksi havaintoja sijaintinsa määrittämiseksi ja lopputuloksena saatu pistepilvi saattaa olla vääristynyt. Avointa aluetta voi myös muokata laittamalla alueelle joitakin kohteita, jolloin laitteella on enemmän kohteita paikannuksen laskemisessa. Tämä on kuitenkin hieman työläämpää, joten harkitse tarkkaan aloitus- ja lopetuspaikan valintasi.

Toisena tärkeänä huomioitavana on mittaustapa, koska se vaikuttaa lopulliseen pistepilveen. Tästä syystä suosittelemme useammalla kierroksella kohteen mittaamista. Tällöin laserkeilain havaitsee saman kohteen useampaan kertaan ja sen suorittama pisteiden paikannus paranee. Lisäksi useammalla kierroksella kyetään paikkaamaan mahdollisia aukkoja, joita saattaa syntyä tarkimmallekin mittaajalle. Tässä tapauksessa mittasimme kirjastoauton kuvan 2 mukaisella mittausreitillä. Reitti kulki ensin lastauslaiturilta auton keulan kautta sen sisälle, jossa käveltiin kaksi kahdeksikkoa eli ensin auton peräpäähän ja sen jälkeen auton etuosaan. Sisällä tehtyjen kahdeksikkojen jälkeen palattiin takaisin ulos ja jatkettiin matkaa kohti auton peräpäätä. Tämän jälkeen kierrettiin koko auto vielä kerran ympäri hieman alkuperäisestä reitistä eroavalla reitillä ja palattiin takaisin aloituspisteelle.

 

Kuva 3) Poikkileikkaus mitatusta pistepilvestä. Mittausreitti on merkitty punaisella.

Mittausaineistosta voi saada vielä kattavamman useiden kierrosten lisäksi, mittaamalla usealta eri etäisyydeltä. Tällöin laserkeilain saa havaintoja myös kohdista, joita se ei havaitse ensimmäiseltä etäisyydeltä. Esimerkiksi korkeiden rakennusten kohdalla, useammalla mittausetäisyydellä saadaan havaintoja sekä rakennuksen alaosasta että yläosasta. Tällöin alaosasta saadaan tarkempia tuloksia, kun mitataan rakennuksen lähellä esimerkiksi noin 5 m etäisyydeltä ja yläosa saadaan katettua hieman kauempaa mitatulla kierroksella.

Kun mittaukset on tehty, voidaan aineistot ladata omalle koneelle ja rekisteröidä GeoSLAM Hub -ohjelmistossa. Rekisteröinti on helppoa, kun käyttäjänä tarvitsee vain valita lopullisen pistepilven asetukset kuten pistetiheys, pistepilven värjäys ja formaatti. Rekisteröinnin lopputuloksena saimme Tarina-kirjastoautosta kattavan harmaasävyisen pistepilven. Tästä pistepilvestä siivosimme pois aloitus- ja lopetuspaikan kohinat ja rajasimme lopullisen pistepilven kattamaan vain kirjastoauton. Tämä ei kuitenkaan ole lopullinen tuote, koska pistepilven voi jatkojalostaa esimerkiksi 3D-malliksi. Mihin tarkoitukseen sinä käyttäisit tätä pistepilveä?

Kuva 4) Lopullinen Tarina-kirjastoauton pistepilvi ulkoa ja sisältä päin.

Linkki pistepilveen PointScene palvelussa: https://geotrim.pointscene.com/scene/2064ac19/?op=fly_to&cam_pos=13.367,-2.240,0.102&look_at=2.330,-5.230,1.455

Kirjoittaja: DI Aino Keitaanniemi

Kirjoittaja

Aino Keitaanniemi
DI, Aalto-yliopiston Tohtorikoulutettava