Tilaanpa mobiilikeilausta – mitä pitikään muistaa

Mobiilikartoitus

Kirjoittaja: Tom Steffansson

Termi mobiilikeilaus saa edelleen monet kiertämään menetelmän kaukaa. Syy lienee se, että ei tiedetä tarkkaan ottaen mitä se kätkee sisälleen. Liekkö sitä samaistetaan Googlen salamyhkäisiin katukuvauksiin saati, että nyt Apple keilaa katuja. Kokemukseni perusteella avaan hiukan asiaa madaltaakseni kynnystä mobiilikeilauksen hyödyntämiseen väylien tiedonkeruussa.

Keilausprojektin ei tarvitse olla satoja kilometrejä

Suurissa projekteissa kaikki määrittelyt on tehtävä tarkkaan laadunvarmistuksen ja kustannustehokkuuden vuoksi. Pienissä hankkeissa voidaan toimia enemmän ’nyrkkisäännöillä’ ja niissä loputon speksien viilaaminen ei välttämättä tuo erityistä lisäarvoa työlle. Tehdään hyvin, mutta suoristetaan hiukan linjoja, jotta asiassa päästään eteenpäin.

Ensikertalaisen tilaajan kannattaa kuitenkin panostaa tilauksen tarjouspyynnön määrittelyihin suht’ huolella välttääkseen pettymykset. Useastihan on käynyt niin, että saa mitä tilaa. Esimerkillä selvennystä tuohon: tilataan maastomalli tiestä, lopputuotteena vaikkapa perinteinen kolmioverkko tien pinnasta. Tilaaja saa mallin, mutta olisikohan kannattanut miettiä pidemmälle ja tilata myös lopputuotteita varten luokiteltu pistepilvikin? Sehän on joka tapauksessa olemassa. Pistepilvi sellaisenaan georeferoituna ilman erikoiskäsittelyä on jo sieventämätön lopputuote.

Pidemmälle viedyllä automaattisella luokittelulla pistepilvi jalostuu jo kummasti. Kun vielä ammattitaitoinen operaattori tarkastaa systemaattisesti luokittelun ja tekee tarvittavat manuaaliset korjausluokittelut, on lopputulos hintansa väärti. Pistepilvestä löytyy paljon hyödyllistä tietoa muun muassa tiealueen ilmajohdot, tien pinnasta tarkempaa tietoa kuten uraisuus, halkeamat/kuopat, sivukaltevuudet ja maaliviivat, sekä tien varsilla olevat liikennemerkit ja muut kalusteet, tien läheisyydessä olevien rakennusten julkisivut ja muuta mielenkiintoista. Talvipakkasilla kartantekijöillä ja suunnittelijoilla on kattava tieto kohteesta, kun sulan maan aikana laitettiin keilaustiimi asialle.

Keilaintyypit

Keilaimissa on pääasiassa kahta eri pääversiota: yksi- ja kaksikeilaimisia. Erikseen ovat keilaimet, jotka ovat tarkoitettu pelkästään vain tienpinnan kuntoanalysointia varten.

Kaksikeilainsysteemissä keilaimet osoittavat yläviistoon sivuille. Näin niiden peitto esim. pylväissä ja tolpissa on noin 270 astetta. Tien kalusteisiin ja ilmajohtoihin saadaan hyvin tasaisen peiton osumia. Jos ei ole puhtaasti tienpinnasta kyse ja vaikka olisikin, kaksikeilainjärjestelmällä, saadaan peittävämpi lopputulos homogeenisemman pistejakauman avulla.

Kuva 1. Trimblen MX9 asennettu ratakeilausta varten

Yhtä keilainta on ehkä mahdollista järjestelmästä riippuen kääntää vinottain ja ajaa edestakaisin, mutta se lisää työmäärää maastossa ja käsittelyssä.

Liikennemerkki- ja kaluste-inventointiin ei yksikeilainjärjestelmä oikein sovellu, koska se peittää käytännössä vain ajolinjasta kohtisuoraan sivuille näkyvät tahot. Myös kohtisuoraan tien ylittävät johdot saavat huonommin osumia, koska ovat lähes samansuuntaisia keilauksen pyyhkäisyjen kanssa.

Kuva 2. Kaksikeilan skannerin pyyhkäisykuvio vasemmalla, yksikeilain oikealla. Kuvan yläreuna ajosuunta

Kamerat

Modernissa keilainjärjestelmässä on tyypillisesti panoraamakamera, jossa kuvien avulla saadaan automaattisesti värjättyä pistepilvi. Värjäyksestä on hyötyä visualisoinneissa ja aineiston käsittelyssä. Toki kamerakalibroinnin on oltava hyvä, jotta kuvien pikselit osuvat tarkasti laserpisteisiin. Vanhan asfaltin reunat saattavat joskus erottua RGB-värjäyksellä intensiteettivärjäystä paremmin tai joissain tilanteissa reuna erottuu parhaiten yhdistetyllä intensiteetti- ja RGB-värjäyksellä. Panoraamakuvia voidaan myös hyödyntää fotogrammetrisesti esim. liikennemerkkien inventoinnissa, käyttää sellaisenaan tiealueen tutkiskeluun ja tuottaa tienpinnan ortokuvia. Kuvilla on sijainti- ja asentotieto.

Kuva 3. MX9-keilaimen päällä kiinteästi asennettu panoraamakamera.

Tarjouspyynnön peruspilarit

Käyn läpi tarjouspyynnössä huomioitavia keskeisiä kohtia ja niihin vaikuttavia seikkoja. Osa on itsestäänselvyyksiä, mutta usein juuri ne saattavatkin tuottaa pettymyksen. Tällä tarkoitan sitä, että oletetaan saatavan jotain mitä ei saadakaan. Pistepilveä ja kuvia voidaan yhdessä ja erikseen hyödyntää lukuisiin eri tarkoituksiin.  

Korkeus- ja tasokoordinaattijärjestelmät

Vuosikausia ollaan jo käytännössä työskennelty ETRS TM35FIN tasokoordinaatti- ja N2000-korkeusjärjestelmässä. Pääosin aineisto halutaan kohdealueen GK-kaistaan. Tässä on oltava vielä tarkkana ovatko kysymyksessä lyhyet vai pitkät itäkoordinaatit. Tilaajalla ei saata olla työkaluja eri tietolähteiden muuntamiseen oikeisiin järjestelmiin. Tarjouspyynnössä on mainittava, että toimitetaan kontrollimittauksiin sovittamisesta raportti. Siitä selviää numeerisesti, miten hyvin xyz-sovitus on tehty. Tilaaja voi myös itse suorittaa satunnaisia tarkemittauksia sovitukseen käytettyjen kontrollipisteiden väliltä varmistaakseen työn tarkkuuden. Tilaaja voi myös itse suorittaa kaikki kontrollimittaukset operaattorin ohjeilla. Hyvä nyrkkisääntö kontrollimittauksissa on: mieluummin enemmän kuin vähemmän.

Kuva 4. Valmiiksi määritetyt koordinaattijärjestelmät ovat arkipäivää.

Ajokuvio:

Ajaminen on suoritettava liikennesääntöjen mukaan. Kahteen suuntaan ajaminen parantaa sisäistä kontrollia varsinkin huonoissa GNSS-olosuhteissa. Jos kuvia ei tarvita, voidaan keilausta suorittaa myös pimeällä. Paras lopputulos saavutetaan, kun keilaus suoritetaan kahteen eri suuntaan. Siten saadaan sisäisen kontrollin lisäksi parempi sisäluiskien peitto. Jos mobiiliskanneri on hyvin kalibroitu, yksi ajokertakin toimii tarkkuuden osalta hyvin.

Ajettaessa kahteen kertaan väyläosuus kannattaa luokitella päällekkäiset pisteet pois. Näin saadaan joka kohtaan laadukkaimmat laserpisteet eikä esiinny mikrokohinaa, jota voi aiheutua aavistuksen verran epätarkasta eri ajokertojen yhteensovittamisesta. Päällekkäisiä pisteitä ei pidä tuhota, koska ne tuovat apua peiteisissä kohteissa. Esimerkkinä tiensuuntainen eristetty ilmajohto, joka kulkee puiden lehvästön sisällä. Päällekkäiset pisteet saattavat antaa riittävän määrän lisäosuma johtoon sen tarkan muodon hahmottamiseksi. Niillä paikataan myös viereisellä kaistalla ajaneiden autojen aiheuttamia reikä pistepilvessä.

Ajosuunnitelman ohjeellisessa havainnekuvassa järjestyksessä ylhäältä alaspäin: moottoritie, normaali kaksikaistainen tie ja alemman luokan esim. soratie, jonka signalointi on hankalaa eikä siksi ehkä järkevää.

Kuva 5. Kuvassa ruutusignaalit ja punaisella korkeuskontrollipisteet

Ohjeellinen tarkkuusmäärittely

Paras tarkkuus: Signaalit 500 m välein ja korkeuskontrollit 100 m välein. Ylempien tieluokkien suunnitteluun ja teiden as-built -keilaukseen. Kontrollien mittaus takymetrillä sidottuna tien mittaperustaan. Paras korkeustarkkuus saavutetaan vaaitsemalla signaalit ja korkeuskontrollipisteet. Kaikissa tapauksissa tiheämmillä korkeuskontrolleilla parannetaan ja varmistetaan korkeustarkkuutta. Korkeuskontrollit ovat kätevää mitata keskeltä reunaviivaa tai reunassa olevien katkoviivojen päistä keskeltä. Näin saadaan vähintään tien sivusuunnassa samalla xy-tarkistuksia. Mikäli kontrollien tasosijainnit mitataan RTK:lla on suositeltavaa vaaita niille korkeudet.

Keskitarkkuus: Vain signaalit 0,2-1 km välein. Alempien tieluokkien suunnitteluun, kaupunkimallien täydennykseen ja vähemmän tarkkoihin infratehtäviin. Kontrollit takymetrillä tai huolellisella RTK-mittauksella.

Välttävä tarkkuus: Ei suoriteta kontrollimittauksia. Korjattu GNSS-tarkkuus riittää (parhaimmillaan = RTK-mittauksen tarkkuus), kun kysymyksessä ovat liikennemerkki-inventoinnit, tien kuntoinventoinnit ja vastaavat tehtävät missä ei tähdätä suunnittelutöihin.

Edellä esitin esimerkinomaisen hahmottelun keilaus- ja mittausjärjestelyistä. Kontrollimittausten tiheys on kiinni keilainjärjestelmän mittaustarkkuudesta. Tällöin on keskiössä GNSS- ja IMU-laitteiston tarkkuus. Määritettyjen tarkkuusvaatimusten perusteella keilausoperaattori suunnittelee asialliset kontrollimittaukset. Tarkan IMU-yksikön hyödyt tulevat esiin huonoissa GNSS-olosuhteissa, ääriesimerkkinä tunnelikeilaukset, joissa paikannus on IMU-yksikön ja ajoneuvon takapyörään asennettavan matkamittauslaitteiston (DMI) varassa.

Kuva 6. Spreijatut signaalit erottuvat selkeästi pistepilvestä intensiteettivärjäyksellä.

Keilausolosuhteet

Paras keilausaika on luonnollisesti heti alkukeväästä, kun kasvustot ovat vielä lähtökuopissa. Pelkän tienpinnan ja muiden kohteiden ollessa kyseessä käy hyvin koko sulan maan aika. Kattavimman ja luotettavimman pistepilven ajoratojen ulkopuolelta saa, kun keilain on mahdollisimman korkealla, mielellään pakettiauton tai vastaavan korkuisen ajoneuvon katolla. Vilkasliikenteisillä osuuksilla minimoituu vastaan tulevan liikenteen aiheuttamat reiät viereisellä kaistalla kumpaankin suuntaan keilattaessa. Sama koskee myös moottoriteitä. Ohittava auto toisella kaistalla peittää lasersäteiden kohdalla tienpinnan. Kahteen kertaan ajettaessa on todennäköistä, että toisista ajoneuvoista aiheutuvia katvealueita jää hyvin vähän tai ei ollenkaan.

Ajonopeus

Maksimiajonopeus on myös hyvä määrittää jollain tarkkuudella, jos halutaan vaikuttaa pyyhkäisyjen tiheyteen. Jos keilain pyörii 250 kierrosta sekunnissa, on pyyhkäisyjen kohtisuora väli 50 km/h nopeudella noin 5 cm. 100 km/h nopeudella se on sitten tuplat, noin 10 cm. Pääsääntöisesti keilausajoneuvo liikkuu liikenteen mukana, mutta varsinkin vähäliikenteisillä osuuksilla tai ruuhka-ajan ulkopuolella ajonopeutta voidaan säätää sopivaksi. Etenkin lyhkäisillä pätkillä ei ole suurta haittaa liikenteelle, jos ajetaan vähän hitaammin ja passaillaan vaikka siltojen alituksiin ja risteysalueisiin, joissa on yleensä enemmän tai vähemmän kalusteita.

Keilaustaajuus

Keilaimesta riippuen se on vakio tai se voidaan määrittää. Esimerkiksi Trimblen MX9-keilaimessa

on valittavana taajuudet 300 KHz, 500 KHz, 750 KHz ja 1000 KHz. Keilaustaajuus vaikuttaa pyyhkäisyjen pistetiheyteen. Nämä seikat kannattaa huomioida tilausmäärittelyssä. Käytännössä ei kuitenkaan saavuteta tasalaatuista pyyhkäisytiheyttä, johtuen ajonopeuden vaihteluista. Siihen vaikuttaa muu liikenne, kiihdytykset, jarruttamiset, pysähdykset ja nopeusrajoitukset. Optimaalista on käyttää vakionopeuden säädintä aina kun mahdollista.

Lopputuotteita ja käyttökohteita

Kuten alussa mainitsin, kannattaa lopputuotteiden määrittelyssä olla tarkkana ja kirjata ne selkeästi spekseineen tarjouspyyntöön. Tilaaja voi toki itsekin jatkojalostaa keilausaineistoa, mikäli on osaamista ja ohjelmistot. Alla listaus tyypillisistä lopputuotteista. Mielikuvitusta voi käyttää mihin kaikkeen aineistoa voi hyödyntää.

  • Tiealueen maastomallit
  • Tienpinnan ortokuvat
  • Tienpinnan kuntoanalyysit
  • Luokiteltu pistepilvi: tienpinta, kalusteet, rakennusten julkisivut, puusto
  • Päällystämisen massaoptimointi
  • Päällystettävän tien geometrian hienosäätö
  • Visualisoinnit
  • Näkemäalueet raivauskarttoineen
  • Erikoiskuljetusten reittisuunnittelu
  • Sulkuviivoituksen mitoitus
  • Katualueilta tarkka kaupunkimalli, voidaan yhdistää ilmakeilausaineiston kanssa

Kuva 7. Harvennettu tienpinnan kolmioverkko taiteviivoituksella.

Kuva 8. Uraisuusanalyysi, Terra-sovelluksilla voidaan viedä ascii-tietona muihin järjestelmiinkin.

Kuva 9. Luokiteltu maanpinta, kasvillisuus ja kalusteet, suunnittelijan lottovoitto.

Kuva 10. Värjätty pistepilvi toimii sellaisenaan osana kaupunkimallia.

Keilauksessa syntyvät aineistot

Lopputuotteina pidän myös keilauksessa syntyviä vakioaineistoja. On huomioitavaa, että keilain ei erottele kohteita tiealueella. Keilain tekee passiivista työskentelyä. Se ampuu tasaisesti lasersäteitä ympärilleen ja jokaisesta kohteesta mihin lasersäde osuu, tulee takaisinheijastumat. Osumakohteet siis kuorruttuvat laserpisteillä. Näin ollen esim. tienpinnan ollessa kiinnostuksen kohteena, saadaan paljon muutakin käyttökelpoista tietoa tieympäristöstä.

Tilauksessa kannattaa eritellä kaikki toimitettavat aineistot. Tilaaja, joka ei suoraan itse pysty hyödyntämään koko aineistoarsenaalia, saattaa myöhemmin halutakin aineiston jatkojalostusta.

Keilauksesta syntyviä vakioaineistoja ovat:

  • ajoratatieto: sisältää ajoradan XYZ-tiedot, aikaleimat ja inertiatiedon
  • GNSS-tarkkuustieto: tarkkuustieto voidaan pultata ajoratatietoon ja esittää graafisesti esimerkiksi xy- ja z-tarkkuus käyttäjän säätämällä asteikoilla, käyttää useiden ajokertojen alueella tarkimman ajokerran eristämiseksi
  • pistepilvi
  • panoraamakuvat, voi olla sivulle katsovien kameroidenkin kuvia
  • kuvalista: sisältää kuvien aikaleimat, xyz-koordinaatit ja kuvien asentokulmat
  • kameran kalibrointiedot: näiden parametrien avulla perspektiivinäkymässä kuvien pikselit täsmäävät laserpisteiden kanssa

Kannattaako keilata?

Markkinoimamme Trimblen MX50 ja MX9 -mobiilikeilaimet edustavat alan uusinta tekniikkaa. Keilausoperointi ja tietojen käsittely ovat hyvin tuotteistetut. Keilausdatan esiprosessoinnissa Trimblen POSPac ja TBC -ohjelmistot loistavat käytön helppoudella. Terra-sovelluksilla voidaan jatkaa lopputuotteiden prosessointia. Aikaisemmin vanhemman sukupolven laitteita ja ohjelmistoja käytettäessä kannattavuusraja saattoi alkaa vasta kaksinumeroisessa kilometrimäärässä. Nyt se on jo yksinumeroinen monissa tapauksissa. Jos katsotaan äärireunaa, se voi olla, vaikka sata metriä, jos halutaan tarkka kaupunkimalli lyhyeltä kadun pätkältä, joka sisältää kaiken: puut, rakennusten julkisivut, kadun kalusteet ja kadun pinnan.

Kannattaa kysyä tarjous takymetri-/RTK-mittauksesta ja mobiilikeilauksesta pienemmissäkin väyläkartoituksissa. Mobiilikeilaus saattaa olla kustannustehokas vaihtoehto, vaikka kartoittajaa ulkoilutettaisiinkin mittaamassa korkeuskontrollipisteet ja rumpujen juoksupinnat. On huomattavaa, että mobiilikeilaus tuottaa käytännössä väyläalueen osumakohteista jatkuvan pinnan, objektit ja muodot, joita ei perinteisellä mittausmenetelmillä voida kartoittaa. Näin mittausmenetelmänä se ei ole aivan vertailukelpoinen perinteisen mittauksen kanssa.

Ennen oli kulmaprisma, mittanauha, vaaituskone ja HP:n laskin, nyt on mobiilikeilain

Pistepilvitekniikan käyttö lisääntyy koko ajan väyläkartoituksissa. Mobiilikeilaus ei ole uusi keksintö. Ensimmäinen tuotteistettu keilainsysteemi tuli markkinoille joskus 2005 aikoihin ja siitä lähtien ala on kehittynyt voimakkaasti. Sitä on vain yleisesti pidetty isojen projektien kartoitusmenetelmänä. Totuuden nimessä on kuitenkin sanottava, että aineiston perusteellinen hyötykäyttö vaatii loppukäyttäjältä hiukan enemmän osaamiseen panostamista kuin millimetripaperille piirretyt poikkarit. Olen kuitenkin vakuuttunut, että panostaminen kannattaa.

Aikoinaan ilmakeilausprojekteissa sisällytin tarjoukseen aineiston lyhyen käyttökoulutuksen, se oli toimiva idea, kun asiakas perehdytettiin datan hyötykäyttöön. Palaute oli hyvä – vinkki keilausoperaattoreille!

Menetelmään kannattaa tutustua keilauttamalla lyhyehkö tien tai rautatien pätkä. Kohteeksi sopii vaikka pari kilometriä peruskunnostusta vaativa kohde tai sen as-built-kartoitus. Pienenkin käyttökokemuksen perusteella on helppo muodostaa käsitys menetelmän eduista ja kustannustehokkuudesta. Rautatieympäristöön pätevät lähes kaikki samat asiat kuin tiekeilaukseen, muutamia vähäisiä poikkeuksia lukuun ottamatta.

Hyvää keilauskautta!

Kirjoittaja:

Tom Steffansson
Myynti-insinööri

020 7510 649

tom.steffansson (at) geotrim.fi

Trimble MX9 -mobiilikartoitusjärjestelmä tutuksi – Osa 3: Trimble MX9-järjestelmän operointi

Kirjoittaja: Sakari Mäenpää

Tässä blogisarjassa tutustutaan Trimblen MX9-mobiilikartoitusjärjestelmään, sen ominaisuuksiin, operointiin ja käyttösovelluksiin. Sarjan kolmannessa osassa käsitellään tiedonkeruuta eli järjestelmän operointia TMI-ohjelmistolla.

Mobiilikartoituksen työnkulku tiedonkeruusta valmiiksi lopputuotteiksi on suoraviivainen prosessi, jossa hyödynnetään useita eri sovelluksia (Kuva 1). Tiedonkeruun jälkeen ajoneuvon liikerata prosessoidaan POSPac -ohjelmistossa hyödyntämällä jälkilaskentaa ja Trimnet-tukiasemadataa. Tämän jälkeen tuotetaan värjätty ja georeferoitu pistepilvi Trimble Business Centerissä. Tarpeista riippuen pistepilven jatkojalostamiseen ja varsinaisten lopputuotteiden tekemiseen on useita vaihtoehtoisia sovelluksia, joista yleisimpiä TBC:n lisäksi ovat Terrasolidin ja Trimble MX -ohjelmistot.

Kuva 1. Mobiilikartoituksen työnkulussa hyödynnetään useita eri ohjelmistoja.

Edellistä sukupolvea edustavan MX8 -järjestelmän operointi edellytti usean tietokoneen, ohjelman ja näytön järjestelmää, joka täytti ison osan auton tavaratilasta (Kuva 2). Trimble MX9 -järjestelmässä käytetään TMI (Trimble Mobile Imaging) -ohjelmistoa, joka on tuttu kuvapohjaisesta MX7-järjestelmästä ja on käytössä myös juuri esitellyssä MX50-järjestelmässä. Yhtenäinen käyttöliittymä suoraviivaistaa ja yksinkertaistaa eri järjestelmien käyttöä. Kun osaat yhden Trimblen mobiilikartoitusjärjestelmän käytön, on helppo siirtyä käyttämään toista järjestelmää, koska käyttölogiikka on kaikissa samanlainen. Nykyaikaisen mobiilikartoitusjärjestelmän operointi sujuu mittausalan ammattilaiselta lyhyen perehdytyksen jälkeen.

Kuva 2. Edellisen sukupolven MX8 vaati ison tietokonejärjestelmän (vasemmalla), mutta MX9:n operointiin riittää tabletti.

TMI on nykysuuntauksen mukaisesti selainpohjainen (Kuva 3), joten mitään ohjelmia ei tarvitse asentaa tietokoneelle, vaan sovellus on asennettu MX9:n kontrolliyksikköön. Käyttöliittymänä kontrolliyksikköön ja TMI-ohjelmistoon voidaan käyttää mitä tahansa selaimella varustettua päätelaitetta, joka tyypillisesti on kannettava tietokone tai tabletti. Hätätapauksessa myös älypuhelimella on mahdollista operoida järjestelmää, mutta tässä tapauksessa näytön koko asettaa omat haasteet käytettävyydelle. Vaikka MX9-järjestelmän operointi on helppoa, turvallinen käyttö vaatii kaksi henkilöä: kuljettaja keskittyy auton ajamiseen ja operaattori järjestelmän operointiin.

Kuva 3. TMI on helppokäyttöinen selainpohjainen sovellus MX9:n operointiin.

Käytettävä päätelaite liitetään kontrolliyksikköön joko wifi-yhteydellä tai ethernet-kaapelilla. Kontrolliyksikkö muodostaa kaksi wifi-verkkoa, joista toista käytetään päätelaiteyhteyteen ja toisen avulla kontrolliyksikkö voi muodostaa internetyhteyden hotspotin kautta. Internetyhteyttä tarvitaan esimerkiksi online-taustakarttojen käyttämiseen TMI:ssä.

Ennen varsinaisen mittaustehtävän aloittamista syötetään ajoneuvon perustiedot ja luodaan tarvittaessa tiedonkeruuta varten parametrit. Nämä ovat usein kertaluonteisia työvaiheita samaa ajoneuvoa käytettäessä ja samantyyppisissä projekteissa. Asennuksen yhteydessä on mitattu järjestelmän korkeus sekä mahdollisten lisälaitteiden (GAMS, DMI) asema järjestelmän 3D-koordinaatistossa. Nämä tiedot syötetään ohjelmistoon luomalla ajoneuvoprofiili, joka valitaan tiedonkeruun alussa. Tiedonkeruussa on mahdollista käyttää ennalta luotuja vakioprofiileja tai luoda omat mittausasetukset kameroille ja laserkeilaimille (Kuva 4).

Kuva 4. Asetuksissa voidaan määrittää kameroiden kuvanottoväli ja laserkeilaimien mittausasetukset.

Kun asetukset on syötetty, luodaan mittaussessio antamalla sille nimi ja valitsemalla ajoneuvoprofiili ja käytettävät mittausasetukset. Mittaussession alussa paikannusjärjestelmä ei ole alustettu (Kuva 5) ja tämä edellyttää tyypillisesti muutaman minuutin ajoa hyvässä GNSS-ympäristössä. Ajoon sisällytetään ajomanöövereitä, kuten voimakkaampia kiihdytyksiä, jarrutuksia sekä käännöksiä, jotka nopeuttavat alustuksen saamista. Paikannustiedon tallennus käynnistyy automaattisesti mittaussession luonnin yhteydessä, kunhan riittävä määrä satelliitteja on mukana ratkaisussa.

Kuva 5. Mittaussession alussa GNSS/IMU-järjestelmä ei ole alustettu, mikä ilmenee punaisena navigointikuvakkeena sivupalkissa oikealla.

Kun järjestelmä on alustettu, muuttuu navigointikuvake vihreäksi ja sitä painamalla saa tarkempaa tietoa paikannuksen tilasta (Kuva 6). Navigointikuvake pysyy vihreänä, kunhan kaikki neljä indikaattoria ovat vihreällä alueella. Järjestelmä on nyt valmis sensoritiedon tallennukseen.

Kuva 6. Navigointikuvake on vihreä ja järjestelmä on valmis tiedon tallennukseen. Oikean alakulman tallennuspainikkeella käynnistyy sensoridatan tallennus.

Kun järjestelmä on alustettu ja valmis tiedonkeruuseen, operaattori käynnistää ja lopettaa sensoridatan tallennuksen painamalla oikean alakulman tallennuspainiketta (Kuva 7). Sijaintitiedon tallennus jatkuu automaattisesti niin kauan kuin järjestelmä on käynnissä eikä operaattori pysty siihen vaikuttamaan. Tallennus kannattaa jakaa loogisiin osiin eli runeihin (run) esimerkiksi kaduittain tai alueittain, mikä helpottaa datan jatkokäsittelyä. TMI-ohjelmiston karttaikkunassa kulku-ura näkyy paksulla viivalla, jos sensoridatan tallennus on ollut käytössä.

Tiedonkeruun aikana operaattori voi tarkkailla paikannustiedon lisäksi sensoridataa eli kameroiden kuvia tai laserkeilaimien profiileja ja varmistaa onnistuneen tiedonkeruun ja kuvien oikean valotuksen. Navigointikuvake voi hetkellisesti muuttua vihreästä oranssiksi, mutta tämä ei aiheuta toimenpiteitä tiedonkeruussa. Jos järjestelmää operoidaan huonossa GNSS-ympäristössä, esimerkiksi suurempien kaupunkien keskustojen katukuiluissa tai puuston varjostamilla alueilla, kannattaa tiedonkeruun aikana käydä säännöllisesti hyvässä GNSS-ympäristössä hakemassa hyvä GNSS-ratkaisu.

Tiedonkeruun aikana operaattorilla on mahdollista syöttää kommentteja, jotka tallentuvat aikaleimattuna mittaustietokantaan. Esimerkiksi tiedonkeruun aikana olosuhteissa tapahtuneet muutokset tai muut huomionarvoiset tapahtumat voidaan näin tallentaa tiedoksi aineiston käsittelijälle. Session aikana, tallennusjaksojen välissä, on myös mahdollista muuttaa mittausasetuksia, joten samaan sessioon on mahdollista tallentaa eri parametreilla kerättyä tietoa. Järjestelmän alustusta ei näin tarvitse tehdä uudestaan.

Kuva 7. Sensoridatan tallennus on päällä, joten oikean alakulman tallennuspainike on punainen ja karttaikkunassa ajorata piirretään paksulla viivalla. Operoinnin aikana operaattori voi tarkastella sensoreiden tuottamaa raakadataa.

Kun tiedonkeruu on valmis, lopetetaan mittaussessio ja ajetaan järjestelmä hallitusti alas ennen virran sammuttamista. Kaikki tieto mittaussession aikana on tallentunut kontrolliyksikön (Kuva 8) kahdelle irrotettavalle SSD-levylle. Jos järjestelmään kuuluu varalevyt, voidaan nämä vaihtaa tilalle ja jatkaa tiedonkeruuta keskeytyksettä ja aloittaa datan käsittely.

Kuva 8. Mittausaineisto tallentuu kontrolliyksikön kahdelle SSD-levylle (5). Levyt voidaan irrottaa ja vaihtaa uusiin, jolloin aineiston käsittely voidaan aloittaa ja jatkaa tiedonkeruuta.

Blogisarjan seuraavassa osassa käsitellään kulku-uran laskentaa ja pistepilviaineiston tuottamista.

Pieni piste – pistepilvien molekyyli

Kirjoittaja: Tom Steffansson

Pistepilvien tuotannossa käytetään suureellisia termejä. Laserkeilaushanke, keilausprojekti, pistepilvi, keilausdata jne. Tietysti näin. Suuren tietomäärän vuoksi pienikin pistepilviprojekti on tavallaan iso. Pienissäkin aineistoissa lähdetään liikkeelle miljoonista pisteistä ja isoissa pyöritään miljardeissa. Isot kokonaisuudet pyörivät mielessä. Pienet purot yhtyvät suureksi joeksi, mutta pienikin puro muodostuu yksittäisistä vesimolekyyleistä, ja nekin voidaan pilkkoa osiin. Niin voidaan pistepilven molekyylikin, yksi pieni piste, jonka koostumus voi vaihdella paljon verrattuna H2O-molekyylin muutamaan atomiin. Tuleeko pistepilviaineistojen käyttäjille koskaan mieleen tutustua tarkemmin yhteen pikkuruiseen pisteeseen, joka on miljoonien samankaltaistensa joukossa? Sen sisältämä moninainen ominaisuustieto saattaa yllättää. Perinteisessä mittauksessa standardin maineen saanut GT-formaatti kalpenee attribuuttikenttiensä puolesta verrattuna laserkeilauksen yleisimpien formaattien, kuten LAS ja LAZ, tukemiin attribuutteihin.

Tarkastellaan aihetta käytännöllisesti.

Liikkuvilla laitteilla tuotetut pistepilvet sisältävät yleisesti tiettyjä vakioattribuutteja kuten aikaleiman, intensiteetin, kaiun numeron ja kaikujen lukumäärän, peilikulman sekä keilannumeron. Jotkut sensorijärjestelmät saattavat tuottaa attribuutteja, jotka ovat käytössä vain sen omassa post-prosessointi ohjelmistossa.

Jotta tämä ei olisi liian yksinkertaista, pikkuruinen piste saa jatkokäsittelyssä lisää kuormaa kannettavakseen. Laskenta-algoritmit tuottavat eri luokittelutarkoituksiin uusia arvoja pisteille, joita voidaan jatkoprosessoinnissa hyödyntää. Esimerkiksi saadaan fotogrammetrisen pistepilven käsittelyssä luotettavampi maanpinta. Tunnelin lattia-, seinä- ja kattopinnat luokittuvat paremmin. Yksittäisten objektien manuaalinen luokittelu nopeutuu ryhmänumeroinnin ansiosta, muutamia esimerkkejä mainitakseni.

Tarkastellaan Terrasolidin TerraScan-sovelluksen roolia aiheessa olennaisilta osilta:

TerraScan-sovelluksen rooli ja attribuutit

TerraScanin tavalla tai toisella tukemat attribuutit ovat alla listattuna. Lihavoitettuna ovat  attribuutit, joita vain TerraScanin Fast Binary Format (FBI) tukee verrattuna ns. standardeihin formaatteihin.

  • pisteluokka
  • lentoratanumero
  • aikaleima
  • kaikutyyppi
  • intensiteetti
  • Rieglin extra-bitti: pulssin muotovaihtelu, heijastavuus, kaiun pituus, kaiun poikkeavuus
  • RGB-värit
  • HSV-värit
  • keilauskulma pystysuorasta
  • kaiun numero
  • skannerin numero
  • kaiun pituus
  • kaiun sijainti
  • peilikulma
  • käyttäjän data
  • etäisyys esim. maanpintaan tai vektorielementtiin (muodostuu käsittelyssä)
  • ryhmänumero (muodostuu käsittelyssä)
  • pisteen värjänneen kuvan numero (muodostuu käsittelyssä)
  • normaalivektori (muodostuu käsittelyssä)
  • kasvillisuusindeksi (muodostuu käsittelyssä)

Käyn läpi eräitä yleisimpiä attribuutteja, joita esiintyy lähtödatassa ja joita syntyy prosessoinnin tuotteena normaalissa prosessointityöskentelyssä, jossa melko rutiininomaisesti tuotetaan hyviä ja toimivia lopputuotteita, menemättä käsittelyssä aivan äärimmäisyyteen. Äärimmäisyydellä tarkoitan sitä, että otetaan olemassa olevasta ja lasketusta tiedosta kaikki mahdollinen irti, haluttaessa automaattisesti niin hyvä lopputulos kuin mahdollista.

Aikaleima

Tallentuu ilma- ja mobiili- ja käsikeilauksessa laserpisteille sekä lento-, ajo- ja kävelyradoille. Aikaleimaa käytetään mm. ratanumeron päättelyssä laserpisteille. Aikajärjestelmä yleensä standardi GPS-aika tai GPS-viikkoaika. Aikaleimat voidaan konvertoida toiseen aikajärjestelmään.

Kaikutyyppi

Yksi ammuttu lasersäde voi antaa useita heijastumia takaisin. Osa säteestä osuu esim. puun lehvästön ensimmäiseen pintaan (First echo). Osa säteestä, koska säteen footprintti leviää ilmakehän molekyylien takia, jatkaa matkaa ja heijastuu edelleen lehvästön pinnasta (Intermediate echo) (näitä osumia voi skannerista riippuen tallentua useampiakin). Viimeinen heijastuma (Last echo) on todennäköinen maanpinta tai voi myös olla kohde maanpinnan yläpuolella, josta säde ei enää jatku eteenpäin. Tiheä lehvästö voi antaa vain yhden heijastuman (Only echo). Kaikutiedolla voidaan luokitella potentiaaliset maanpinnan osumat ennen lopullista maanpinnan luokittelua. Potentiaalisia maanpinnan osumia ovat luonnollisesti Last of many ja Only echo -kaiut. Intermediate kaiut ovat First ja Last of Many kaikujen välissä.

Yhdestä laserpulssista palautuneet heijastumat ylä- ja leikkausnäkymässä.

 

Etäisyys esim. maanpintaan tai vektorielementtiin

Aikaisemmin maanpinnan yläpuoliset pisteet suhteellisella korkeudella maanpinnasta luokiteltiin vertaamalla pisteiden pystysuoria etäisyyksiä maanpinnan pintamalliin. Uudemmassa vastaavassa luokittelussa pisteille lasketaan ensin pystysuora etäisyysattribuutti. Tämän jälkeen maanpinnan yläpuoliset pisteet luokitellaan etäisyydellä maanpinnasta tuon attribuuttitiedon avulla. Tyypillisesti matala-, keskikorkea ja korkea kasvillisuus. Etäisyys voidaan laskea myös muilla periaatteilla. Esimerkiksi 3D-etäisyys vektorielementtiin kuten ilmajohtoihin.

Etäisyysvärjäys pisteillä maan pinnasta, joka on samalla värjätty intensiteettiarvoilla.

 

Ryhmänumero

TerraScan määrittää ryhmänumerot erillisille pistepilvimuodostumille, kuten kadun kalusteille, rakennusten pinnoille, muille objekteille ja puustolle. Tämä auttaa mainittujen kohteiden automaattiluokittelussa ja nopeuttaa myös objektien manuaalista luokittelua. Osoittamalla esim. liikennemerkin yhtä pistettä, kaikki kyseisen liikennemerkin pisteet luokittuvat liikennemerkkiluokkaan. Olettaen tietysti, että ryhmänumeroiden määrittelyssä tietyn objektin pisteille toiminto on päätellyt saman ryhmänumeron. Ryhmiä voidaan yhdistellä ja tuhota.

Ryhmävärjäyksellä yksittäiset kalusteet ja puusto erottuvat kukin omana ryhmänä.

 

Pisteen värjänneen kuvan numero

Pisteen värjäyksessä käytetyn kuvan numero vihreällä kuullotetussa sarakkeessa.

 

Normaalivektori

Arvo, joka kuvaa pinnasta kohtisuoraan lähtevän vektorin suuntaa. Ohjelma hyödyntää sitä eri rakenteiden pintojen luokittelussa. Käytetään mobiilikeilattujen tienpintojen uraisuuden ja muiden epämuodostumien kohtien analysointiin. Alla olevassa kuvassa kattopintojen pisteillä normaalivektorivärjäys. Esim. automaattisesti vektoroitujen rakennusten tarkastamisessa operaattori ymmärtää paremmin top-näkymässä katon muodot.

Interaktiivisessa työskentelyssä rakennuksen kattojen osat erottuvat selkeästi.

 

Kasvillisuusindeksi

Tallentuu etäisyys-attribuutiksi, kuten esimerkiksi maanpinnan yläpuolisten pisteiden kohtisuorat etäisyydet maanpintaan. Kasvillisuusindeksin avulla saadaan erityisesti fotogrammetristen pistepilvien maanpinnan luokittelussa luotettavampi lopputulos. Pistepilvi voidaan värjätä kasvillisuusindeksillä. TerraScan voi määrittää kymmenen värikanavaa joka pisteelle. Mikäli kuvilla on myös infrapunavärit, tällöin niillä on neljä värikanavaa: R G B NIR. Infrapunakanavan avulla saadaan luotettavimmat kasvillisuusindeksiarvot.

Kasvillisuusindeksillä värjätyt pisteet. Vihreä väri ei potentiaalista maanpintaa.

Katsotaan mitä standardiattribuutteja eri sensorijärjestelmät normaalisti tallentavat loppuprosessointiin exportattaville pisteille ja mitä syntyy lisää TerraScanin käsittelyssä.

Ilmakeilauksen pisteillä on tyypillisesti seuraavat alkuperäiset attribuutit:

  • XYZ
  • aikaleima
  • kaikutiedot
  • intensiteetti
  • peilikulma

Jatkokäsittelyssä pisteelle syntyy mm. seuraavia attribuutteja

  • luokittelun tuloksena pisteluokkanumero
  • RGB-värit, jos ilmakuvat käytettävissä
  • lentoratanumero
  • pisteiden etäisyys maanpintaan tai muuhun kohteeseen
  • kasvillisuusindeksi
  • normaalivektori
  • ryhmänumero

Käsikeilauksen pisteillä on tyypillisesti seuraavia attribuutteja:

  • XYX
  • aikaleima
  • intensiteetti
  • RGB-värit, jos keilain varustettu kameralla

Jatkokäsittelyssä pisteelle syntyy mm. seuraavia attribuutteja

  • luokittelun tuloksena pisteluokkanumero
  • kävelyratanumero
  • pisteiden etäisyys maanpintaan tai muuhun kohteeseen
  • normaalivektori
  • ryhmänumero

Fotogrammetrisilla pisteillä on tyypillisesti seuraavat attribuutit:

  • XYX
  • RGB-värit

Jatkokäsittelyssä pisteelle syntyy mm. seuraavia attribuutteja

  • luokittelun tuloksena pisteluokkanumero
  • pisteiden etäisyys maanpintaan tai muuhun kohteeseen
  • kasvillisuusindeksi
  • normaalivektori
  • ryhmänumero

Maakeilauksen pisteillä on tyypillisesti seuraavat attribuutit:

  • XYZ
  • intensiteetti
  • RGB-värit, jos keilain varustettu kameralla

Jatkokäsittelyssä pisteille syntyy mm. seuraavia attribuutteja

  • luokittelun tuloksena pisteluokkanumero
  • keilausaseman numero, voi tulla laitteesta riippuen automaattisesti
  • normaalivektori
  • ryhmänumero

Eri menetelmillä tuotettujen pistepilvien sisältämiä attribuutteja voidaan käyttää sellaisenaan hyväksi ja uusien tietojen laskemiseen. Näitä taas voidaan edelleen käyttää luokittelussa parantamaan lopputulosta ja helpottamaan lopputuotteiden prosessointia. Attribuuttien perusteella pisteiden värjääminen auttaa paremmin havainnollistamaan pistepilveä interaktiivisessa työskentelyssä.

Yksittäisen laserpisteen sisältämä tietomäärä on verrattaen suuri. XYZ-koordinaatit ovat vain osa siitä tiedosta mitä tarvitaan prosessoitaessa aineistoa lopputuotteiden tuottamista varten. Minullakin on vielä aukkoja attribuuttitietämisessä, vaikka olen ollut pistepilvien kanssa tekemisessä yli kaksikymmentä vuotta. Kun saatte pistepilviainestoa, olkaa uteliaita. Katsokaa mitä se sisältää ja ottakaa siitä kaikki hyöty irti.

Laserkeilausohjelmistojen kehitystä seuraamassa – Tompan kokemuksia

Kirjoittaja: Tom Steffansson

Koska laserkeilaus laitteineen ja ohjelmistoineen kehittyy koko ajan, tulee joskus muisteltua, mitä oli menetelmän alkuaikoina. Sain ensimmäisen kerran käsiini pistepilven muistaakseni vuonna 2000 –  ­se oli pätkä voimalinjakeilausta. Ei oikein mennyt tajuntaan, että mitä se pistemössö oli. Aikani tutkittua huomasin, että tässähän on ideaa. Data oli muistaakseni peräisin ruotsalaisen Ahab-firman keilaimesta. LAS-formaatti ei ollut vielä syntynyt, mutta Terrasolidin TerraScanin ensimmäiset versiot olivat jo nähneet päivänvalon. Kiinnostuin laserkeilauksesta ja olin onnekkaasti 2000-luvun alusta lähtien mukana touhussa. Heti alkuun olin apuna mittaamassa isossa, 175 km pitkässä, Orivesi-Pieksämäki -ratakeilausprojektissa GPS-runkoa. Tein manuaalista korjausluokittelua ja taiteviiva- ja kalustevektoroinnin koko matkalle. Nyt oli jo Hasselblad-kamera asennettu keilaussysteemiin ja saatiin tuotettua ortokuvat TerraPhotolla. Kuvat olivat kooltaan  3056 x 2032 pikseliä.

Orivesi-Pieksämäki -ratakeilaus. Lentokorkeus helikopterilla 50 m ja pistetiheys 10 pistettä/1 m2

Sittemmin tuli vuosien mittaan käsiteltyä Terra-sovelluksilla kymmeniä laserkeilaus- ja ilmakuvaprojekteja Terrasolidin TopTerra -tytäryhtiössä. Oli kaivoksia, kaasuputkilinjoja, kaupunkeja, valtateitä, riisiviljelmiä ja vaikka mitä. Samaan aikaan työskentelin jo Terrasolidille ja näin alaa näköalapaikalta ympäri maailmaa 15 vuotta asiakkaitten kouluttamisen ja teknisen tuen merkeissä. Eräs mieleen painuneista työmatkoista oli Ranskan Guayanaan. Aamulenkillä merenrannalla ihmettelin öljytynnyrin näköisiä tummia möykkyjä rantahietikon yläreunassa. Ei raksuttanut. Menin yhtä möykkyä tutkimaan. Olikin 200-kiloinen jättiläismerikilpikonna munimassa. Niitä näkyikin sitten yhdellä silmäyksellä parikymmentä, kun silmät kalibroituvat tilanteeseen.

Nyt eletään 70-luvun scifi-elokuvien tapahtumavuosia ja tuntuu, että tämä ala on yhtä reaaliaikaista scifiä. En arvannut ensimmäistä kertaa käynnistäessäni TerraScania, että siitä tulisi vuosien mittaan maailmankuulu sovellus. Alalle on luonnollisesti kehkeytynyt paljon kilpailua. On varaa mistä valita. Uusin valintani onkin Spatix. Mikä ihmeen Spatix? Se on CAD-ohjelma aidolla stereotuella, jota kehittää venäläinen Gisware Integro -yhtiö. Spatix on optimoitu Terra-sovellusten alustaksi. Erikoisen tästä tekee se, että Spatixin saa ilmaiseksi hankkiessaan Terrasolidin softapaketin. Se on vielä muodollisesti beta-asteella, mutta toimii jo tuotantotyössä ihan hyvin, kun pysytään yksinkertaisissa CAD-elementeissä, eikä tarvitse erityisesti CAD-aineistojen referenssitoimintoja. MicroStationin käyttäjien on helppo siirtyä ilman erityistä treeniä Spatix-ympäristöön. Terra-sovelluksethan ovat tähän saakka toimineet vain MicroStation ympäristössä. Kaikki ei ole vielä valmista, mutta neljä Terra-sovellusta toimii jo, ja ne ovat:

TerraScan

TerraScan on ensimmäinen kaupallinen tuotteistettu sovellus pistepilven käsittelyyn. Samoin ensimmäisenä tuki mobiilikeilausdatoille. Ensimmäisenä tuli markkinoille Optechin Lynx -systeemi 15 vuotta sitten, jota varten Terrasolid lisäsi tarvittavia ominaisuuksia sovelluksiin.

Alun tiedostokohtaisen käsittelyn jälkeen tuli mahdollisuus käsitellä aineistoja projektitasolla ilman kokorajoitusta. Ensin oli manuaalityökaluja, sitten automaattisia luokittelurutiineja. Nyt sovellus sisältää kuutisen sataa eri toimintoa. Suurikokoisten datojen prosessointia voidaan keskitetysti hajauttaa nopeassa verkossa oleville ’orjakoneille’ TerraSlaven avulla. Nämä prosessointikoneet eivät tarvitse muuta kuin TerraSlave-asennuksen.

Kuvassa ensimmäinen laserkeilausaineisto, jonka sain käsiini 1997. Pistetiheys 0.6 pistettä/1 m2

TerraModeler

TerraModeler oli käytössä jo 90-luvun alussa. Se tuki osaltaan mukavasti uutta TerraScania. Hajapisteet ja taiteviivat on saatava ruotuun ja korkeuskäyrätkin piirrettävä. Ajan myötä vaatimukset kasvoivat ja piti saada projektitason korkeuskäyrä- ja gridi-mallien tuotantotoiminnot ja paljon muuta. TerraModelerilla voi muuten tehdä näppärästi mm. maanrakentamisen suunnittelua.

Kuopion Jukolan viestin käyrät erikoiskeilauksesta suunnistuskartantekijä Jussi Silvennoiselle.

TerraPhoto

Kun keilataan, voi myös ilmakuvata ja keilanjärjestelmiin alettiinkin jo pian sovittaa ilmakuvauskameroita. TerraPhoto ilmestyi pian TerraScanin perään. Keilauksen kannalta paras tulos saavutetaan, jos samaan aikaan ilmakuvataan. Samanaikaisesta kuvauksesta on paljon hyötyä laseraineiston viimeistelyssä ja päinvastoin. Pistepilvestä ei välttämättä ymmärrä jotain yksityiskohtaa. Kuvalta se selviää, jos ei olla aivan kuusikossa. Sitten alkoi orastava kaupunkimalli-buumi. Vektoroidut rakennukset vaativat kuorrutuksen. Tuli viistokuvaukseen monikamerajärjestelmiä. TerraPhotoon tuli seinien teksturointiominaisuus aikoja sitten. Nyt sekin on uudella tasolla. Kaupunkimalleja voidaan säilöä ilmaiseen tietokantaan ja ylläpitää aineistoa.

Tietenkin on myös tullut kauan sitten tuki mobiilikeilauksen monikamerajärjestelmien kuvien käsittelyyn.

2005 Alavieskan kunnan laserkeilaus ja ilmakuvaus, josta tosiortotuotanto. Vaalea rakennus on kirjasto.

Alavieskan kirjastorakennus keskellä kuvaa vektoroituna.

TerraMatch

Jokaisessa lentosessiossa on havaittavissa systemaattinen HRP-virhe. Johtuu IMU/GNSS:n ja skannerin välisestä kolmen akselin kulmaerosta. TerraScan ei osannut tätä ongelmaa ratkaista. Tarvittiin TerraMatch. Siitä kehittyi monipuolinen laseraineiston sisäisen kalibroinnin korjaaja. Sillä myös sovitetaan mobiilikeilausdata kontrollimittauksiin mahdollisimman oikeaoppisesti.

Kalibroimaton pistepilvi

Kalibroitu pistepilvi

On hienoa, että suomalainen ohjelmistoyritys on ollut ladunavaajana pistepilvien käsittelyssä. Suomalaisille käyttäjille on kotimaisuudesta etua. Tekninen tuki keskustelee suomen kielellä. Apu on lähellä.

Tämä blogi on alustuksena vuoden alusta alkaneelle Terrasolid-kampanjalle. Tarjoamme asiakkaillemme suomalaista vaihtoehtoa pistepilvien käsittelyyn. Osallistu Geotrimin webinaareihin ja seuraa Geotrimin kotisivuja. Tarkoituksenamme on mahdollistaa matalan kynnyksen tutustuminen sovelluksiin ja tarjota riittävästi ilmaista testausaikaa.

kIRJOITTAJA

Tom Steffansson
Myynti-insinööri

020 7510 649

tom.steffansson (at) geotrim.fi

Webinaari

Pistepilvien jatkokäsittely Terrasolid-ohjelmistolla

Ajankohta: 19.1.2021 klo 10-11
Maksuton

Osallistu webinaariin

LASERKEILAUS

Perinteinen maalaserkeilaus, käsiskannerit, laserkeilaus UAV-järjestelmillä:

Laserkeilaus

Trimble MX9 -mobiilikartoitusjärjestelmä tutuksi – Osa 2: Trimble MX9-järjestelmän asentaminen

Trimble MX9 asennettuna auton katolle

Tässä blogisarjassa tutustutaan Trimblen MX9-mobiilikartoitusjärjestelmään, sen ominaisuuksiin, operointiin ja käyttösovelluksiin. Sarjan toisessa osassa käsitellään MX9:n asentaminen.

MX9-järjestelmän käyttösovellukset liittyvät valtaosiltaan liikenneväylillä tapahtuvaan tiedonkeruuseen, joten tyypillisiä asennusalustoja ovat erilaiset maanteillä ja rautateillä liikkuvat ajoneuvot. Vesiväylillä myös veneet ja muut vesistössä liikkuvat kulkuneuvot tulevat kyseeseen. Joustavan modulaarisen rakenteen ansiosta MX9 voidaan nopeasti asentaa erilaisiin ajoneuvoihin käyttösovelluksen mukaan.

Kahdelta henkilöltä menee MX9:n asentamiseen puolisen tuntia. Nopeutettu video näyttää vaiheet.

Ajoneuvon ominaisuuksien osalta ei ole erityisiä vaatimuksia, ainoastaan asennuskorkeuden on oltava riittävä ja sensoriyksikkö on pystyttävä asentamaan siten, etteivät ajoneuvon rakenteet estä laserkeilaimien ja kameroiden näkemää. Pystyperäiset ajoneuvot soveltuvat parhaiten käyttötarkoitukseen, joten useimmat tila-autot, katumaasturit tai pakettiautot ovat mahdollisia ajoneuvoratkaisuja, joissain tapauksissa myös farmariautot. Trimbleltä on saatavana Excel-laskuri, jonka avulla voi varmistaa ajoneuvon soveltuvuuden mobiilikartoitukseen.

Trimble MX9 ja Trimble MX8
Trimble MX9 asennettuna

Kuva 1. Kolme ajoneuvovaihtoehtoa MX9-järjestelmälle: farmariauto, pakettiauto/pikkubussi ja katumaasturi. Pikkubussin katolla vanhemman sukupolven MX8-järjestelmä.

Korkeudesta on hyötyä

Tiedonkeruun kannalta on eduksi, jos järjestelmä pystytään asentamaan hiukan korkeammalle. Tällöin laserkeilaimien kantama on pidempi ja paremmassa kulmassa tienpintaan nähden sekä kameroiden, varsinkin tien pintaa kuvaavan viistokameran kuva-ala on suurempi. Takakameran riittävän kuva-alan kannalta auton korkeuden on hyvä olla minimissään 1.6 m. Laserkeilaimien minimi mittausetäisyys on puolestaan 1.2 m, joka on ehdoton minimikorkeus asennukselle.

Asennustelineen sijainti

Järjestelmän asennuksen ajallisesti aikaa vievin vaihe on asennustelineen kiinnittäminen auton taakkatelineisiin. Asennustelineen ansiosta itse sensoriyksikkö on nopeasti asennettavissa paikalleen työpäivän alussa ja poistettavissa asennustelineestä helposti työpäivän jälkeen. Asennuksen kannalta näppärin on kattokaiteilla varustettu ajoneuvo, johon taakkatelineet voidaan sijoittaa vapaasti haluttuihin kohtiin, jolloin asennustelineen kiinnityskohtia ei tarvitse säätää. Kattokaiteen ja taakkatelineen on oltava sellainen, että se kestää katolle tulevan kokonaisuuden yhteispainon, 55 kg.

Rautatiesovelluksissa ajoneuvona voidaan käyttää kiskopyörillä varustettua autoa, jolloin asennus ei olennaisesti poikkea normaalista ajoneuvoasennuksesta. Toinen yleinen vaihtoehto on Tka-sarjan ratakuorma-auto. Tässä tapauksessa asennustelineelle on rakennettava sopiva kiinnitysteline ja sensoriyksikkö tulee yleensä ”väärinpäin” eli keulaan siten, että sitä ikään kuin työnnetään eteenpäin.

Trimble MX9:n asentaminen: asennusteline
Trimble MX9:n asentaminen: asennusteline

Kuva 2. Asennusteline kiinnitettynä auton taakkatelineisiin ja Tka-ratakuorma-auton keulaan.

Sensoriyksikön asentaminen

Asennustelineen kiinnityksen jälkeen voidaan sensoriyksikkö nostaa paikoilleen. Yksikkö painaa 37 kg ja paikoilleen nostaminen vaatii kaksi henkilöä. Nostamista varten sensoriyksikkö on varustettu tukevilla kahvoilla, joiden avulla nostaminen on helppoa ja turvallista. Sensoriyksikkö lukittuu automaattisesti paikalleen asennustelineeseen, mutta kiinnitys varmistetaan lukitusruuveilla.

Trimble MX9:n asentaminen: sensoriyksikkö

Kuva 3. Sensoriyksikön nosto asennustelineeseen vaatii kaksi henkilöä. Kiinnitys varmistetaan lukitusruuveilla.

Trimble MX9:n asentaminen: sensoriyksikön lukitus

Muiden komponenttien sijoittaminen

Järjestelmän muut komponentit eli kontrolliyksikkö ja virtayksikkö asennetaan yleensä ajoneuvon sisätiloihin, esimerkiksi takapenkille tai tavaratilaan. Sijoittelu on käytännössä vapaata ja ainoa huomioitava seikka on kaapelien pituudet: sensoriyksikön ja kontrolliyksikön välisen kaapelin pituus on viisi metriä ja kontrolliyksikön ja virtayksikön välisen kaapelin kolme metriä. Takapenkkiasennuksen etuna on se, että operaattori näkee helposti kontrolliyksikön tilan ja pääsee tarvittaessa käynnistämään ja sammuttamaan yksikön tai vaihtamaan kiintolevyt.

Trimble MX9:n asentaminen: kontrolliyksikkö
Trimble MX9:n asentaminen: kontrolliyksikkö

Kuva 4. Kontrolliyksikkö asennetaan yleensä auton tavaratilaan tai takapenkille.

Virtayksikkö liitetään kontrolliyksikköön ja virtalähteeseen. Väliaikaisissa MX9:n asennuksissa ja lyhyissä projekteissa on järkevää käyttää virtalähteenä akkua, joka huomattavasti nopeuttaa asennusta ja antaa joustavuutta operointiin. Järjestelmä toimii 12 VDC jännitteellä ja kytkemällä tarvittaessa useampi akku rinnan, saadaan riittävän pitkä toimintakapasiteetti useimpiin kartoitussessioihin.

Trimble MX9:n asentaminen: virtayksikkö
Trimble MX9:n asentaminen: virtayksikkö

Kuva 5. Virtayksikkö liitetään kontrolliyksikköön ja virtalähteeseen. Kuvan 110 Ah akku antaa MX9- järjestelmälle noin viiden tunnin toiminta-ajan.

GAMS-antenni

Väliaikaisissa asennuksissa voidaan käyttää GAMS-lisäantennia, joka nopeuttaa järjestelmän alustamista mittauksen alussa, mutta ajoneuvon renkaaseen kiinnitettävän DMI:n asentaminen on mielekästä lähinnä kiinteissä asennuksissa tai pidemmissä projekteissa. GAMS-antenni voidaan asentaa nopeasti magneettikiinnityksen avulla auton katolle tai kiinnittää kiinteän tangon avulla asennustelineeseen, jolloin asema asennustelineen suhteen säilyy aina vakiona.

Trimble MX9:n asentaminen: antenni

Kuva 6. GAMS-antenni asennettuna asennustelineeseen kiinnitettyyn tankoon, jolloin asennusparametrit pysyvät vakiona.

Trimble MX9 asentaminen: asennusparametrit ja ajoneuvoprofiili

Viimeinen vaihe asennuksessa on ajoneuvokohtaisten asennusparametrien mittaaminen ja ajoneuvoprofiilin luominen. Asennustelineessä on referenssipiste, jonka suhteen määritetään telineen korkeus maanpinnasta sekä lisälaitteiden, GAMS ja DMI, asema järjestelmän 3D-referenssi­koordi­naatistossa (kuva 7). Referenssipisteestä x-akseli kasvaa ajoneuvon kulkusuuntaan, y-akseli siitä kohtisuoraan oikealle ja z-akseli alaspäin.

Trimble MX9:n asentaminen: referenssikoordinaatisto

Kuva 7. MX9-järjestelmän referenssikoordinaatisto.

Mittaamiseen voidaan käyttää mittanauhaa ja vatupassia. Mikäli GAMS-antennia halutaan käyttää POSPac-jälkilaskennassa suuntareferenssinä, on mittaus syytä tehdä millitarkasti esim. takymetrillä.

Trimble MX9:n asentaminen: parametrit

Kuva 8. Järjestelmän nollapiste, josta mitataan asennuskorkeus maan pintaan sekä lisälaitteiden sijainti referenssikoordinaatistossa.

Parin harjoituskerran jälkeen kahdelta henkilöltä menee MX9:n asentamiseen puolisen tuntia alkaen taakkatelineiden asentamisesta ja päätyen ajoneuvoprofiilin luomiseen. Useamman päivän mittausprojekteissa, kun asennusteline on paikoillaan, järjestelmä on käyttökunnossa huomattavasi lyhyemmässä ajassa.

Blogisarjan seuraavassa osassa aiheena on Trimble MX9-järjestelmän operointi.

Trimble MX9 -mobiilikartoitusjärjestelmä tutuksi – Osa 1: Trimble MX9 -järjestelmä ja sen ominaisuudet

Trimble MX9-laite

Geotrim Oy:n liiketoimintaideaan on aina kuulunut uusien tehokkaiden mittausmenetelmien tuominen Suomeen ja järjestelmien matalan kynnyksen käytön mahdollistaminen asiakkaille. Vuonna 2011 hankittu Trimble MX8 -mobiilikartoitusjärjestelmä oli Suomen ensimmäisiä kaupallisia ajoneuvokartoitusjärjestelmiä ja yksi tämän filosofian ilmentymistä. Kesän 2020 kynnyksellä saapui tuotevalikoimaan MX8:n seuraaja, Trimble MX9, joka tehokkuudellaan ja helppokäyttöisyydellään edustaa uutta sukupolvea.

Trimble MX9 ja Trimble MX8

Kuva. Uusi ja vanha sukupolvi rinnakkan. MX9 ja MX8.

Kuten kaikki Geotrimin tuotevalikoimassa olevat uudet teknologiat, myös Trimble MX9 on asiakkaiden käytettävissä vaihtoehtoisilla tavoilla: käyttökoulutuksen jälkeen voit itse toteuttaa tiedonkeruuprojektin ja siihen liittyvän prosessoinnin omatoimisesti tai voit hankkia yhteistyökumppanimme kautta ‘avaimet käteen’ -paketin tiedonkeruusta valmiiksi lopputuotteiksi.

Tässä blogisarjassa tutustutaan MX9-järjestelmään, tiedonkeruuprosessiin, aineiston prosessointiin, lopputuotteisiin ja järjestelmän käyttösovelluksiin. Tässä ensimmäisessä osassa tutustutaan itse järjestelmään ja sen ominaisuuksiin.

Mobiilikartoitus on geospatiaalisen datan tiedonkeruuprosessi, jossa tietoa kerätään liikkuvassa ajoneuvossa olevilla sensoreilla. Trimble MX9:n ydin on kompakti sensoriyksikkö, johon kaikki järjestelmään kuuluvat sensorit on asennettu. MX9:n sensoriyksiköstä on saatavana neljä vaihtoehtoista kokoonpanoa, joista Geotrimille hankittu järjestelmä edustaa ominaisuuksiltaan laajinta.

Sensoriyksikkö

Sensoriyksikössä on kaksi Rieglin laserkeilainta, joiden keilaustaajuus on säädettävissä välillä 300 kHz…1 MHz eli maksimissaan koko järjestelmä tuottaa kaksi miljoonaa pistettä sekunnissa. Keilaimien pyörimisnopeutta voidaan puolestaan säätää 20 hertsistä aina 250 hertsiin. Pyörimisnopeus vaikuttaa linjaväliin, jonka keilain mitattavaan pintaan, esim. tienpintaan, muodostaa ja 250 Hz taajuus 40 km/h ajonopeudella tuottaa 4 cm linjavälin. Keilaimien mittaustarkkuudeksi on speksattu 5 mm ja kohinatasoksi 3 mm.

Trimble MX9 -mobiilikartoitusjärjestelmä

Kuva. MX9:n sensoriyksikkö asennustelineessään.

Näiden mittausparametrien avulla MX9:n tuottaman pistepilven pistetiheys on joustavasti valittavissa käyttösovelluksen mukaan. Koska pistemäärä vaikuttaa prosessointiaikoihin ja tallennettavan datan määrään, kannattaa mittausaseukset optimoida käyttötarpeen mukaan. Maksimiasetuksilla ja 40 km/h ajonopeudella saavutetaan yli 10000 pistettä/m2 pistetiheys, joka voi olla moniin käyttösovelluksiin tarpeettoman suuri.

Kuva. Mittausparametrien säädöllä pystyy vaikuttamaan pistetiheyteen.

Kamerat

Kamerajärjestelmän muodostavat 360° panoraamakamera sekä kolme viistokameraa. Panoraamakamera tuottaa kuuden kameran avulla aineiston, joka kattaa 90% pallopinnasta ja sen pääasiallinen käyttötarkoitus on pistepilven värjäys. Normaaliasennuksessa viistokameroista kaksi osoittaa etuviistoon ja kolmas taakse ja alaviistoon. Viistokamerat tuottavat visuaalista kuva-aineistoa, jotka helpottavat pistepilven tulkintaa kuten liikennemerkkien lisäkilpien tekstien lukemista tai tien pinnan kunnon arviointia. Kuva-aineistoa voidaan myös hyödyntää fotogrammetriseen 3D-mittaukseen.

Paikannus

Laserkeilaimet ja kamerat pitää myös paikantaa, jotta koordinaattitiedon tuottaminen on mahdollista. Paikannusjärjestelmän perustan muodostaa Trimblen tytäryhtiön Applanixin valmistama AP60 GNSS/IMU -järjestelmä. Applanixin järjestelmät ovat alan de-facto -standardeja ja AP60 on parasta mitä valmistajalla on tarjota mobiilikartoitusjärjestelmiin. AP60 ei ainoastaan paikanna sensoriyksikön sijaintia senttitarkasti, se myös määrittää sensorien asennot ja orientoinnin ja näiden tietojen avulla pistepilven ja kuva-aineiston suora georeferointi haluttuun koordinaattijärjestelmään on mahdollista.

Edellä mainittu sensoriyksikkö asennetaan asennustelineeseen pikalukituksella, joka mahdollistaa nopean päivittäisen kaluston käyttökuntoon saattamisen ja purkamisen työpäivän jälkeen. Asennusteline puolestaan kiinnitetään vakiomallisiin ajoneuvon kattotelineisiin.

Lisävarusteista

Sensoriyksikköä voidaan täydentää kahdella lisävarusteella. Ne eivät ole edellytyksenä järjestelmän käytölle, mutta monessa tapauksessa parantavat lopputulosta tai nopeuttavat prosessia. GAMS (GNSS Azimuth Measurement System) on sensoriyksikköön liitettävä toinen GNSS-antenni, joka nopeuttaa navigointijärjestelmän alustamista. Sen avulla AP60 määrittää ajoneuvon orientoinnin nopeammin kuin käyttämällä pelkästään sensoriyksikössä olevaa GNSS/IMU-järjestelmää. GAMS-antenni voidaan nopeasti kiinnittää magneettikiinnityksellä ajoneuvon kattoon ja sen etäisyys itse primääriantenniin on hyvä olla vähintään parin metrin luokkaa.

Toinen erillinen lisävaruste on DMI (Distance Measurement Indicator), joka asennetaan ajoneuvon renkaaseen. DMI tuottaa tietoa ajoneuvon nopeudesta ja ylipäätään siitä ollaanko paikallaan vai liikkeessä ja tätä tietoa käytetään jälkiprosessoinnissa hyväksi paikannustarkkuuden parantamiseen. DMI:stä on erityisesti hyötyä kun toimitaan ympäristössä, jossa satellittinäkyvyyden kanssa on haasteita.

Kuva. Lisävarusteena saatavat GAMS ja DMI parantavat mittaustarkkuutta.

Sensoriyksikkö liitetään kaapelilla kontrolliyksikköön, joka sijoitetaan ajoneuvon sisätiloihin. Kontrolliyksikkö on itseasiassa tietokone ilman näyttöä ja siihen sisältyy kaksi kappaletta kahden teratavun SSD-kiintolevyä, jotka tallentavat sensorien ja paikannusjärjestelmän dataa. SSD-levyt ovat nopeasti irrotettavissa ja vaihdettavissa toisiin, joten levyjen täyttyminen ei keskeytä tiedonkeruuprosessia.

Kontrolliyksikössä on kaksi wifi-verkkoa, joilla toisella voidaan muodostaa langaton yhteys operoinnissa käytettävään tietokoneeseen ja toisella mobiiliverkon kautta internetiin. Toki yksiköstä löytyvät liitännät myös langallisille yhteyksille. Kontrolliyksikön sisälle on myös asennettuna järjestelmän operointiin käytettävä TMI (Trimble Mobile Imaging) -ohjelmisto, johon käyttöliittymänä toimii mikä tahansa tietokone tai tabletti ja siinä oleva selain. Järjestelmän operointi ei siis edellytä mitään tietokoneelle asennettavaa ohjelmistoa.

Trimble MX9:n Control Unit

Kuva. MX9:n kontrolliyksikkö on tietokone ilman näyttöä.

Kolmas järjestelmään liittyvä yksikkö on virtayksikkö, joka liitetään kontrolliyksikköön ja ajoneuvon virtajärjestelmään. Jos operointiin käytetään aina samaa ajoneuvoa, on järkevää tehdä virransyöttöä varten kiinteä asennus, mutta väliaikainen käyttö onnistuu myös riittävän kapasiteetin omaavalla akulla. MX9:n virrankulutus on 20Ah eli esim. 100Ah akulla saadaan viiden tunnin toiminta-aika.

Sarjan seuraavassa osassa tutustutaan järjestelmän asentamiseen.

Trimble MX9 -tuotesivu

Kirjoittaja

Sakari Mäenpää
Myyntipäällikkö

0207 510 622
sakari.maenpaa (at) geotrim.fi