GeoSLAM-pistepilvestä koordinaatistoon

Kirjoittaja: Aino Keitaanniemi

Sisätiloissa ja maan alla, jossa satelliittipaikannus on vaikeaa, voidaan kerätä pistepilviä GeoSLAM-laitteistoilla. Nämä mobiililaserkeilaimet hyödyntävät paikantamiseensa SLAM-algoritmia, joten ne toimivat myös paikoissa, joissa satelliittipaikannuksessa on puutteita. Tästä johtuen GeoSLAM-laitteilla luodut pistepilvet ovat automaattisesti täysin satunnaisessa koordinaatistossa mittauksen aloituspaikkaan nähden. Useissa käyttötarkoituksissa on kuitenkin tärkeää saada pistepilvi todelliseen koordinaatistoon. Tämä voidaan toteuttaa lisäämällä aineiston keruuseen tähyspisteitä monilla eri tavoilla.

Tähykset voivat olla tyypiltään pallotähyksiä, shakkiruututähyksiä tai tunnettuja pisteitä (esimerkiksi naula), jos hyödynnät keilaimeen kiinnitettäviä referenssitasoja. Referenssitason avulla voidaan GeoSLAM-laite kohdistaa tähyksen tai koordinaateiltaan tunnetun pisteen kohdalle. Pallotähyksiä ja referenssitasoa voidaan käyttää kaikilla GeoSLAM-laitteilla. Ainoastaan shakkiruututähykset poikkeavat tästä. Niitä voidaan käyttää vain ZEB Horizon -keilaimen kanssa, koska laite kerää myös intensiteettitiedon (kuva 1). Tämä mahdollistaa shakkiruututähysten tunnistamisen pistepilviaineistosta.

Kuva 1 Kaikkia GeoSLAM-laitteita voidaan georeferoida pallotähysten ja referenssitason avulla, mutta GeoSLAM ZEB Horizonin kanssa toimii myös shakkiruututähykset.

Tähysten tyypistä huolimatta georeferoinnissa eli globaaliin koordinaatistoon sitomisessa hyödynnetään samoja periaatteita. Tähyspisteet ovat pisteitä, joiden globaalit koordinaatit tunnetaan. Tämä tieto voidaan kerätä esim. GNSS-vastaanottimella tai takymetrilla. Jotta tähyspisteillä voidaan georeferoida pistepilvi mahdollisimman tarkasti, tulee tähyspisteitä asentaa kohteeseen vähintään kolme mahdollisimman kattavasti. Paras georeferointitulos saadaan, kun koordinaattipisteet ovat mahdollisimman isolla pistepilven alueella. Useammilla tähyspisteillä voidaan ensin sitoa pistepilvi globaaliin koordinaatistoon. Tämän jälkeen pisteitä, joita ei käytetty georeferoinnissa, voidaan käyttää tarkastellaksemme georeferoinnin tarkkuutta. On siis aina hyvä kerätä mahdollisimman monta georeferointipistettä.

Georeferointi mittauksen aikana

Georeferoidessa GeoSLAM-laitteella kerättyä pistepilveä, tulee georeferoiminen  huomioida jo mittauksen aikana. Ennen mittausta täytyy kohteeseen asentaa tähyspisteet ja mitata niiden globaalit koordinaatit. Esimerkiksi pihapiirissä (kuva 2) tähyksiä asennettiin yhteensä viisi ja ne mitattiin GNSS-vastaanottimella. Tämän jälkeen toteutetaan GeoSLAM laitteella mittaus. Mittauksen aikana varmistetaan tähysten kattava näkyvyys pistepilvessä. Tämä onnistuu osoittamalla laitetta kohti tähystä ja esim. pallotähysten kohdalla kiertämällä tähyksen ympäri. Muilta osin GeoSLAM mittaus voidaan tehdä normaalisti.

Kuva 2. Tähyspisteitä tarvitaan vähintään kolme ja ne tulee sijoitella mittausalueelle mahdollisimman kattavasti.

Referenssitason kanssa mitatessa toimintatapa eroaa hieman. Tällöin GeoSLAM laite lasketaan tähyksen kohdalle noin 10 sekunniksi. Tämän seurauksena laite luo automaattisesti pisteen tähyksen kohdalle. Tähän automaattiseen pisteeseen voidaan yhdistää erikseen mitattu globaali koordinaatti GeoSLAM Hub -ohjelmistossa. Referenssitasoa käyttäessä täytyy huomioida, että taso on laitekohtainen. Tällä tarkoitetaan sitä, että ZEB Revo/Go käyttää eri referenssitasoa kuin ZEB Horizon (kuva 3). Laitekohtainen referenssitason ja laserkeilaimen keskipisteen välinen sijaintiero määrittyy ohjelmistossa automaattisesti tunnistamansa laitteen pistepilven mukaan. Mikäli käytössä olisi laitteelle väärä referenssitaso, olisi georeferoinnin tuloksessa automaattisesti virhe tämän sijaintieron vuoksi. Lisäksi tähysten sijoittelu täytyy huomioida laitteittain. ZEB Revo/Go -laitteilla referenssitasolla mitattavien tähysten tulee olla vaakapinnoilla.

Kuva 3. ZEB Revo RT ja ZEB Horizon käyttävät eri referenssitasoa. Älä siis käytä tasoja ristiin.

Tähyspisteiden tyyppien edut

Koska georeferointitapoja on monia, kannattaa valita menetelmä kohteen ja siitä tuotetun aineiston käyttötarkoituksen mukaan. Mikäli aineisto halutaan georeferoida, mutta pistepilvessä ei saisi näkyä tähyksiä, paras vaihtoehto on käyttää referenssitasoa. Referenssitasolla voidaan merkitä aineistoon pienetkin tähykset esimerkiksi naulan kannat. Toisaalta pallotähyksiä voidaan myös käyttää georeferoinnissa ja poistaa ne sen jälkeen pistepilvestä. Pistepilvestä tähyksen poistamisen suhteen shakkiruututähykset ovat vaikeimpia, koska ne tulee asettaa tasopinnoille ja sen seurauksena tähyksen poistaminen poistaa sen kohdalta myös kaikki pistehavainnot.

Mittaamisen aikana pallotähysten etu on se, että tähys on kaikista suunnista katsottuna samanlainen. Tästä syytä kattavan aineiston saaminen pallotähyksestä on suhteellisen helppoa. Jotta pallotähys voidaan tunnistaa, riittää että pallosta on suurin osa havaittu keilauksen aikana. Kun tähän verrataan shakkiruututähystä, vaatii sen mittaaminen enemmän keskittymistä aineistoa luodessa.  Keilauksen aikana on mahdollista jättää shakkiruututähyksiä havainnoitta, koska ne ohitettiin liian nopeasti tai ne jäivät osittain laitteen pimeän kulman taakse. Kohdista siis laite suoraan tähystä kohden, jotta varmistat havainnot ja tähyksen tunnistamisen.

Hyvin mitatusta pistepilvestä voidaan useissa kolmannen osapuolen ohjelmistoissa (Kuten Trimble RealWorks) tunnistaa automaattisesti sekä pallo- että shakkiruututähyksiä. Automaattisen tunnistamisen jälkeen kannattaa tarkistaa tunnistetut tähykset, jotta mahdolliset virhetunnistamiset huomataan. Tämän jälkeen tähyspistehavaintoihin voidaan yhdistää georeferoinnin koordinaatit ja siirtää pistepilvi haluttuun koordinaatistoon.

Referenssitason kanssa georeferoidessa voidaan käyttää tähyksinä luonnollisia piirteitä kuten tasojen kulmia sisällä ja tiemaalauksia ulkona. Tämä on mahdollista, koska mittauksen aikana käyttäjä kohdistaa referenssitason ristikon tähyksen keskipisteeseen ja laite luo automaattisesti kyseiselle kohdalle tähyspisteen pistepilveen. Näihin automaattisesti luotuihin tähyspisteisiin voidaan yhdistää globaalit koordinaatit suoraan GeoSLAM Hub-ohjelmistossa pistepilven prosessoinnin aikana. Eli georeferointi onnistuu referenssitason kanssa yhdessä ohjelmistossa. Näistä syistä referenssitasolla voidaan säästää aikaa georeferoinnissa, koska tähyksiä ei välttämättä tarvitse asentaa kohteeseen kuten pallo- tai shakkiruututähyksiä ja prosessointi voidaan toteuttaa kokonaan yhdessä ohjelmistossa. Lisäksi referenssitaso antaa joustavuutta luonnollisten tähysten ja kontrollipisteiden koordinaattien mittaamiselle, koska niiden koordinaatit voidaan mitata joko ennen SLAM-mittausta tai sen jälkeen.

Joissakin tilanteissa georeferointimenetelmien yhdistämisestä saadaan etuja. Ulkona voidaan esimerkiksi yhdistää shakkiruututähykset ja referenssitaso. Kuvassa 4 on yhdistetty GeoSLAM Horizon referenssitason ja Aeropoints-tähyksien kanssa. Tässä yhdistyvät laitteiden parhaat puolet. Aeropoints-tähykset keräävät itsessään tiedon omasta globaalista koordinaatistaan, joten näitä tähyksiä käyttäessä ei tarvitse erikseen mitata tähysten sijainteja esimerkiksi GNSS-vastaanottimella. Referenssitasolla havaittu Aeropoints-tähys luo tähyksen kohdalle automaattisen tähyspisteen pistepilveen, joten Aeropoints tähyksen keräämä sijaintitieto on helposti yhdistettävissä automaattiseen GeoSLAM-tähyspisteeseen.

Kuva 3. ZEB Horizon Aeropoints-tähyksen päälle asetettuna.

GeoSLAM-laitteiden georeferoinnissa hyödynnetään samoja periaatteita kuin muidenkin pistepilvien kanssa. Koordinaattipisteitä tulee olla vähintään kolme ja niiden tulee sijoittua mahdollisimman laajasti pistepilven alueella. Lisäksi on aina hyvä kerätä enemmän kuin minimivaatimus  tähyshavaintoja. Ylimääräisillä havainnoilla voi tarkastella georeferoinnin tarkkuutta. Globaalit koordinaattipisteet voidaan merkitä erilaisilla tähyksillä tai ne voidaan mitata GeoSLAM-pistepilveen referenssitasolla. Kun pistepilvesi sisältää georeferointiin tarvittavat tähykset ja niille on erikseen mitattu koordinaatit, voidaan georeferointi toteuttaa missä tahansa pistepilviohjelmistossa. Valitse siis käyttötarkoituksesi ja käytössäsi olevan laitteen mukaan sille sopiva georeferointimenetelmä.

Kirjoittaja

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

aino.keitaanniemi (at) geotrim.fi

Vastaa