12
elo

Miten laserkeilaus eroaa fotogrammetriasta?

Posted on by Geotrim

Laserkeilaus ja fotogrammetria ovat molemmat vakiintuneita menetelmiä kolmiulotteisen aineiston keräämiseen maastossa, rakennuksissa ja infrastruktuurikohteissa. Käytännön työssä kysymys kuuluu usein: kumpi sopii paremmin tähän projektiin? Vastaus riippuu kohteesta, vaadittavasta tarkkuudesta, olosuhteista ja käytettävissä olevasta laitteistosta. Tässä artikkelissa käydään läpi keskeiset tekniset erot ja se, mitä ne tarkoittavat käytännön mittaustyön kannalta.

Mittausperiaatteet ja tekniset erot

Laserkeilaus ja fotogrammetria tuottavat molemmat pistepilven, mutta niiden tapa kerätä dataa on perustavanlaatuisesti erilainen. Laserkeilain lähettää lasersignaalin kohteeseen ja mittaa sen paluuajan. Jokaiselle mitatulle pisteelle saadaan tarkka XYZ-koordinaatti, heijastuvuusarvo eli intensiteetti sekä väriarvo, jos keilaimessa on kamera. Mittaus on suora ja fyysinen: laite mittaa etäisyyden valon kulkuajasta.

Fotogrammetria puolestaan perustuu kuviin. Menetelmässä otetaan päällekkäisiä valokuvia kohteesta useasta eri kulmasta, ja ohjelmisto laskee pistepilven kuvien välisten pikselivastaavuuksien perusteella. Prosessi tunnetaan myös nimellä Structure from Motion eli SfM. Droonimittauksessa tämä tarkoittaa tyypillisesti automaattista lennätystä ennalta suunnitellulla reitillä, jonka jälkeen aineisto prosessoidaan toimistossa.

Keskeinen tekninen ero on siis siinä, että laserkeilaus mittaa etäisyyksiä suoraan, kun taas fotogrammetria rekonstruoi geometrian epäsuorasti kuvista laskennallisesti. Tämä vaikuttaa siihen, minkälaisissa olosuhteissa ja kohteissa kumpikin menetelmä toimii parhaiten.

Tarkkuus, olosuhteet ja aineiston laatu

Tarkkuuden osalta laserkeilaus on yleisesti ottaen tarkempi menetelmä lähietäisyyksillä ja rakenteellisessa dokumentoinnissa. Esimerkiksi Trimble X9 -laserkeilaimella saavutetaan 3,0 mm:n 3D-pistetarkkuus 20 metrin etäisyydellä, ja kohinataso pysyy alle 1,5 mm:ssä 30 metrissä. Fotogrammetrian tarkkuus vaihtelee enemmän ja riippuu kuvauskorkeudesta, kameran resoluutiosta, tukipisteiden määrästä ja aineiston prosessoinnista.

Olosuhteet ovat merkittävä tekijä erityisesti Suomessa, missä valo, sää ja vuodenajat vaihtelevat voimakkaasti. Laserkeilaus toimii täydessä pimeässä, koska se ei tarvitse luonnonvaloa. Fotogrammetria sen sijaan vaatii riittävän ja tasaisen valaistuksen hyvien kuvien saamiseksi. Kirkas aurinko voi aiheuttaa varjoja ja ylivalottumista, jotka heikentävät lopputulosta.

Pintojen tekstuuri ja heijastuvuus vaikuttavat myös. Laserkeilaus voi tuottaa epätarkkoja tuloksia erittäin heijastavilla tai läpinäkyvillä pinnoilla, kuten lasilla tai vedellä. Fotogrammetrialla on vastaava haaste tekstuurittomien, tasaisten pintojen kanssa, kuten sileällä betonilla tai tasaisella lumipeitteellä, joilta ohjelmisto ei löydä riittävästi pikselivastaavuuksia.

Soveltuvuus eri käyttökohteisiin

Menetelmien vahvuudet ohjaavat niiden luontevaa käyttöä eri projekteissa. Laserkeilaus sopii erityisen hyvin kohteisiin, joissa vaaditaan korkeaa geometrista tarkkuutta, tiheää pistepilveä tai dokumentointia haastavissa valaistusolosuhteissa.

  • As-built-dokumentointi teollisuuslaitoksissa, tunneleissa ja rakennuksissa
  • Muodonmuutosmittaukset ja rakenteellinen seuranta
  • Historiallisten kohteiden tarkkuustallennus
  • Sisätilat ja ahtaat kohteet, joihin droonilla ei pääse
  • Massalaskennat kaivoksilla ja maanrakennuskohteilla

Fotogrammetria ja erityisesti droonimittaus ja UAS-kartoitus on puolestaan tehokas tapa kattaa suuria alueita nopeasti. Laajan maastoalueen, tielinjan tai rakennustyömaan kartoittaminen onnistuu droonilla murto-osassa siitä ajasta, joka maalaserkeilaukseen kuluisi. GNSS-pohjainen paikannus yhdistettynä ilmakuvaukseen tuottaa georeferoitua aineistoa, jota voidaan käyttää suunnittelun lähtötietoina, tilavuuslaskelmissa ja työmaavalvonnassa.

Monissa projekteissa menetelmät täydentävät toisiaan. Droonimittaus antaa nopean yleiskuvan laajasta alueesta, ja laserkeilaus täydentää kriittisiä yksityiskohtia tai vaikeasti kuvattavia kohtia. Yhdistelmä on erityisen toimiva isoilla infrastruktuurihankkeilla, kuten siltojen tai rautateiden dokumentoinnissa.

Kustannukset, laitteisto ja käyttöönoton kynnys

Kustannusten vertailu ei ole suoraviivaista, koska molemmat menetelmät kattavat laajan laitteistovalikoiman eri hintaluokissa. Fotogrammetriaan tarvittava droonikalusto on yleensä edullisempaa kuin ammattitason maalaserkeilain, ja se soveltuu hyvin organisaatioille, jotka aloittavat 3D-mallinnuksen tai maastomittauksen kehittämisen.

Laserkeilauksen laitteistoinvestointi on suurempi, mutta se maksaa itsensä takaisin nopeasti projekteissa, joissa tarkkuus on kriittistä tai joissa perinteinen mittaus vaatisi useita työmaakäyntejä. Trimble X7 on hyvä lähtöpiste aloittavalle laserkeilaajalle, kun taas vaativampiin kohteisiin X9 tai X12 tarjoavat enemmän suorituskykyä.

Käyttöönottoon liittyy myös ohjelmisto- ja osaamiskysymys. Fotogrammetrinen prosessointi on monilta osin automatisoitunut, ja aineiston käsittely onnistuu suhteellisen matalalla oppimiskynnyksellä. Laserkeilauksen pistepilviaineiston rekisteröinti, analysointi ja mallintaminen vaativat enemmän osaamista ja erikoistuneita ohjelmistoja, kuten Trimble RealWorksia tai Trimble Business Centeriä.

Valinta kannattaa tehdä projektikohtaisesti: mikä on vaadittava tarkkuus, kuinka suuri alue pitää kattaa, millaiset ovat valaistusolosuhteet ja kuinka paljon aikaa on käytettävissä prosessointiin. Usein paras lopputulos syntyy, kun molemmat menetelmät ovat käytettävissä ja niitä osataan soveltaa oikein.

Jos laserkeilauksen laitteiston valinta tai käyttöönotto mietityttää, Geotrim auttaa löytämään kohteeseen sopivan ratkaisun. Ota yhteyttä laserkeilauksen tuotepäälliköihin, jotka tuntevat sekä laitteet että suomalaiset käyttöympäristöt.

Aiheeseen liittyvät artikkelit