Laserkeilaimen tekniset ominaisuudet – Osa 2: Laserkeilauksen tarkkuus

Mitä tarkoitetaan laserkeilauksen ja keilainten tarkkuudella ja mikä merkitys tarkkuudella on? Skannaustarkkuus on usein hieman epäselvä asia ja sen yhteydessä voidaan puhua eri asioista. Englannin kielessä käytetään termejä Precision ja Accuracy ja suomeksi termit kääntyvät ”täsmällisyys” ja ”tarkkuus”.

Precision on kuvaus satunnaisista virheistä tai kahden tai useamman mittauksen läheisyydestä toisiinsa, esim. pistepilven paksuus pinnalla. Etäisyyden kohina (range noise) liittyy täsmällisyyteen ja tähän palaamme myöhemmin tässä tekstissä. Accuracy on kuvaus systemaattisesta virheestä tai mitatun arvon läheisyydestä todelliseen arvoon, esim. tunnetun kohteen mittaamisen todenmukaisuus. Etäisyyden tarkkuusspesifikaatio (range accuracy) liittyy tähän termiin. Alla olevassa kuvassa on havainnollistettu termien ero.

Seuraavaksi käydään läpi termit ”Range accuracy” (etäisyyden tarkkuus), ”Range noise” (etäisyyden kohina),  ”3D Point accuracy” (pistepilven tarkkuus) ja ”Angular accuracy”(kulmatarkkuus).

Range accuracy ja Range noise

Etäisyyden tarkkuus ja kohina ovat etäisyysmittauksessa syntyvä virhemarginaali. Kohinalla (range noise) pistepilvien yhteydessä tarkoitetaan pistemassan paksuutta mitatulla pinnalla. Kun hyödynnetään pistepilveä esim. mallinnukseen, niin kohinan aiheuttama virhe mitätöityy. “Range accuracy” laserkeilauksessa viittaa laserkeilausjärjestelmän kykyyn määrittää kohteen etäisyys tarkasti tai tarkkuudella.

Laserkeilaus on tekniikka, jossa laserpulssit lähetetään keilaimesta kohteeseen, ja sitten mitataan aika, joka kuluu pulssin heijastumisen ja vastaanottamisen välillä. Tämä aika muunnetaan etäisyydeksi, ja etäisyyden tarkkuus kuvaa sitä, kuinka tarkasti järjestelmä pystyy tekemään tämän mittauksen.

3D Point accuracy – 3D-pisteen tarkkuus

Pistepilven tarkkuus eli ”3D Point accuracy” on systemaattinen virhe, joka lasketaan käyttämällä etäisyyttä ja kulmatarkkuutta. 3D point accuracy eli pistepilven tarkkuus esim. Trimblen X9-keilaimessa on 2.3 mm @ 10 m, jolloin 10 metrin päästä skannattuna jokainen yksittäinen piste voi olla ±2,3 mm väärässä paikassa.

Esim. X7:n tapauksessa 3D point accuracy tarkoittaa että 68,3 prosentin varmuusasteella yksittäinen piste on 2,3 mm sisällä, kun käytetään yhden sigman jakaumaa ja etäisyys on 10 m keilattavaan pintaan ja 95,5 %:n varmuusasteella yksittäinen piste on 4,8 mm:n sisällä.

Angular accuracy – kulmatarkkuus

Laserkeilauksessa termi “angular accuracy” eli kulmatarkkuus viittaa keilaimen kykyyn tarkasti mitata ja ilmaista kohteen suunnan tai suuntien suhteellisen sijainnin. Se kuvaa sitä, kuinka tarkasti laserkeilain pystyy määrittämään kohteen suunnan tai kulman suhteessa lähteen tai laitteen omaan referenssiin. X7-keilaimen kulmatarkkuus on 21” (kaarisekuntia) mikä on 0,1018 mrad. 30 metrin etäisyydellä tarkkuus on 3,05 mm 1:n sigman todennäköisyydellä eli 68, 3 %:n (0,1018 x 30 m = 3,05mm). Suomeksi siis jokainen mitattu piste voi poiketa sijainnistaan 3,05 mm 68,3 %:n varmuudella, kun etäisyys keilattavaan pintaan on 30 m.

Mikä on tarkkuusominaisuuksien merkitys lopputuloksen laatuun

• Yksityiskohdat: Mitä tarkempi pistepilvi, sitä enemmän yksityiskohtia se sisältää. Tarkempi pistepilvi mahdollistaa pienempien ja hienorakenteisempien kohteiden havaitsemisen ja tallentamisen.
• Tarkkuus: Pistepilven tarkkuus vaikuttaa suoraan lopputuloksen tarkkuuteen. Kun pistepilvi on tarkempi, myös lopulliset 3D-mallit ja kartat ovat tarkempia eli sisältävät vähemmän virheitä.
• Kattavuus: Tarkempi pistepilvi mahdollistaa suuremman alueen kattavuuden, koska se havaitsee pienempiä kohteita kauempaa.
  Analyysin tarkkuus: Kun suoritetaan analyysejä pistepilvidatan perusteella, kuten tilavuuslaskentaa, pintojen tasaisuuksia tai maanpinnan muutoksen seurantaa, pistepilvitarkkuus vaikuttaa suoraan analyysin tarkkuuteen ja luotettavuuteen.
• Sovellusalueiden monipuolisuus: Tarkempi pistepilvi laajentaa laserkeilauksen sovellusalueita, koska se tarjoaa parempia tuloksia erilaisissa käyttötapauksissa. Esimerkiksi arkeologisissa tutkimuksissa tarvitaan tarkkaa pistepilvidataa.
• Suorituskyky erilaisissa olosuhteissa: Hyvät ominaisuudet auttavat paremmin erilaisissa ympäristöolosuhteissa, kuten vaihtelevissa sääolosuhteissa tai heijastavien pintojen kohdalla. Tämä tekee järjestelmästä monipuolisemman ja luotettavamman.

Lisätietoa:

Tuomas Anttila
Myyntipäällikkö

0207 510 608 tuomas.anttila (at) buildingpointfinland.fi

Trimble X7

3D-laserkeilain

Trimble X9

3D-laserkeilain