Leica Geosystems Hungary Kft.:

1

Leica-Geosoft mobil térképező rendszer – új trendek a digitális

téradatgyűjtésben

BEVEZETŐ

Talán közhelynek hangzik, de a világgazdasági válság, a hazai politikai és gazdasági

fordulatok alapjaiban írták át a magyarországi földmérési gyakorlatot, piaci lehetőségeket. A

hagyományosnak tekinthető projektek lezárultak, vagy bizonytalan ideig indításra várnak,

miközben olyan piaci és kormányzati igények bukkannak fel, melyek a korábbiaktól eltérő

mérési módszerek, technológiák alkalmazásának szükségességét vethetik fel. Gondoljunk

például az országleltár projektre, ahol a hagyományos geodézia már nagymértékben

ötvöződhet a digitális fotogrammetriát és a nagytömegű téradatfelvételt igénylő

megoldásokkal, de a jelenleg mentőövet jelentő, az áramszolgáltatóknak végzett munkák

továbbgondolása, vagy az egyre sürgetőbb közműtérképi igények is ebbe az irányba

mutatnak. Ugyanakkor nem mindegy, hogy a gazdaságpolitikai törekvések (államháztartási

hiánycél tartása, államadósság lefaragása, stb.) milyen kiadásokat engednek meg (azaz a

műszakilag hatékony technológiát milyen áron lehet beszerezni és működtetni), hiszen a

szóban forgó rendszerek jellegüknél fogva részben, vagy egészében, közvetve, vagy

közvetlenül, de költségvetési forrásokhoz is kapcsolódhatnak. Csakúgy, mint 20 évvel ezelőtt

a GPS technológia gyakorlati alkalmazásának indulásakor, most is új trend látszik

kibontakozódni a 3D lézerszkennelési, a földi távérzékelési, valamint ezek hatékony

kombinációját jelentő mobil térképezési eljárások területén. Ennek megfelelően egyre több

nagy gyártó és rendszerintegrátor kapcsolódik be a fejlesztésbe, így természetesen nem

váratott magára sokáig a Leica Geosystems sem, és az olaszországi Geosoft vállalattal közös

fejlesztésben piacra dobták a PEGASUS SM60 rendszert. Csakúgy azonban, mint annak

idején a GPS-szel kapcsolatban a kérdés az, hogy a mobil térképező rendszerek műszakilag

mikor válnak megfelelővé az átlagos vállalkozások által végzett munkák elvégzéséhez (tehát

nem csak speciális munkákhoz, melyekből kevés adatik), mikor válnak elérhetővé anyagi

oldalról, és a legfontosabb kérdés az előbbi kettő ötvözete: mikor válik megtérülővé és

profittermelővé egy ilyen beruházás. A Leica Geosystems Hungary Kft (közösen egy

magyarországi földmérési vállalkozással) egy olaszországi pilot projekt eredményein

keresztül ezeket a kérdéseket vizsgálta meg, első helyen súlyozva a legutóbbi, a megtérüléssel

kapcsolatos kérdést.

Leica Geosystems Hungary Kft.:

2

RÖVIDEN A MOBIL TÉRKÉPEZŐ RENDSZEREKRŐL – VIZSGÁLATI SZEMPONTOK

A mobil térképező rendszerek, mint technológia nem új keletűek. A 80-as évek végén, 90-es

évek elején jelentek meg először amerikai kísérleti műhelyekben. A rendszeres publikációk

pedig 1995-től már olvashatók, a fejlesztések követhetők. Általánosságban a megoldás

(Sárközy online jegyzet) egy járműre szerelt GNSS, valamint inerciális rendszerből (IMU),

szenzorokból (melyek lehetnek kamerák, lézerszkennerek, radarok, stb., vagy ezek

kombinációi), illetve az alrendszerek összehangolt működését, valamint a valósidejű, illetve

utófeldolgozást biztosító szoftverekből áll. Egy adott célnak megfelelő hasznosságot – a

felhasználó számára nyújtott értéket – olyan jellemzők biztosítják, mint:

� Modularitás: az egyes rendszerelemek skálázhatósága (mennyi helyettesítő rendszerelem áll rendelkezésre a műszaki célok és a költségvetés függvényében?)

� A szenzorok műszaki képességei (pl. a lézerszkenner pontossága, a másodpercenként felvett pontok száma, a kamerarendszer képességei, stb.)

� A kinyert adatok felhasználhatósága (pl. a kamera „csak” vizuális segítség-e, vagy már az általa nyert kép is geometriailag értékelhető téradat?)

� Abszolút és relatív pontosság � A GNSS/IMU nyújtotta lehetőségek: (az abszolút pontosságot ez fogja meghatározni) � Adatkezelés, adatformátumok (kompatibilitás input és output oldalról más

rendszerekkel) � Adatfeldolgozás (valósidejű – utófeldolgozás, levezethető termékek száma,

erőforrásigény a feldolgozási oldalon) � Objektumok pozícióinak, térbeli jellemzőinek meghatározása, attributum adatok

hozzáadása, objektumfelismerés. � Kezelhetőség (emberi erőforrás igény az adatgyűjtési oldalon) � Szervezeti háttér (elérhetőség, szerviz, műszaki támogatás, fejlesztés, szervezeti

stabilitás, stb.) � Ár (beszerzés + üzemeltetés+járulékos költségek)

PEGASUS SM60 RENDSZERELEMEI – MODULARITÁS ÉS

SKÁLÁZHATÓSÁG

A Pegasus SM60 (1. kép) egy mobil, a digitális

fotogrammetriát és a 3D lézerszkennert ötvöző

megoldás. A rendszer elemeinek kiválasztásánál két fő

szempont volt az irányadó. Az egyik, hogy minden

elem a kategóriájának megfelelő legjobb gyártmány

legyen. Jelenleg a piacon egyetlen szereplő sincs, aki

elmondhatná magáról, hogy egy ilyen komplex

Leica Geosystems Hungary Kft.:

3

rendszer minden elemét tekintve az ő gyártmánya a legjobb. Így az egyes elemeket (ha a

maximális minőség a cél) a kategóriájuk legjobb fejlesztőitől érdemes beszerezni. A másik

szempont a skálázhatóság, azaz, hogy a felhasználó a műszaki igényeinek és pénzügyi

lehetőségeinek megfelelően állíthassa össze a kívánt konfigurációt (nyilván bizonyos keretek

között). Ennek megfelelően a főbb elemei:

� Nagy teljesítményű 3D lézerszkenner, illetve lézerszkennerek, mivel opcionálisan két szenzor is illeszthető. A két szkenner illeszthetőségének az árnyékos területek (holt terek) minimalizálásához van lehetőség. A szkennerek a Leica Geosystems termékei.

� Az 5-6 CCD kamerából álló kamera rendszer � Az inerciális rendszer (IMU). Széles választási lehetőséggel (lásd alább) a pontosságot

és az árat tekintve. � A GNSS rendszer (NOVATEL). Ugyancsak számos választási lehetőséget kínál. � Az irányító és feldolgozó munkaállomás, mely a Geosoft saját, illetve ESRI alapú

fejlesztéseiből állnak. � A szállító gépjármű (választás kérdése, a legegyszerűbb középkategóriás, gépjármű is

megfelel)

A SZKENNER

A lézerszkenner tekintetében a műszaki igényeknek és pénzügyi lehetőségeknek leginkább

megfelelő Leica fázisszkenner (HDS6200, illetve a legújabb HDS7000) választható. Fontos

gazdasági szempont, hogy az említett szkennerek önállóan, földi felmérési állomásként is

használhatók, tehát egy mozdulattal függetleníthetők a Pegasus SM60-tól és más projektekben

önállóan bevethetők. Így a szkenner tekintetében egy egyszeri beruházás többcélú

felhasználást is jelent, illetve adott a lehetőség más szervezet által már megvásárolt szkenner

bérletére is.

A lézerszkenner kritikus eleme a rendszernek, nem csak azért, mert a nagytömegű adatgyűjtés

egyik lényegi eleme, hanem mert az elérhető legnagyobb relatív pontosságot a szkenner

pontossága határozza meg. A Leica szkenner (HDS6200 és HDS7000) oldaláról biztosított

legfontosabb műszaki paraméterek:

� Sebesség: � HDS6200: 1.016.727 pont/sec (1 millió pont) � HDS7000: 1.016.727 pont/sec (1 millió pont)

� Pontosság (távmérés): � HDS6200: <2-3mm 50m-ig (90%-os albedojú felületen); <5mm 50m-en (18%-os albedojú

felületen) � HDS7000: <1mm 25m-ig; <3mm 50m-ig; <10mm 100m-ig

� Hatótávolság: � HDS6200: max. 79m (90% albedo); max. 50m (18% albedo) � HDS7000: max. 187m

� Felbontás (statikus mód): � HDS6200: max. 1,6x1,6mm 10m-en; 3,9x3,9mm 25m-en � HDS7000: max. 0,6x0,6mm 10m-en; 1,6x1,6mm 25m-en

Leica Geosystems Hungary Kft.:

4

2. kép: Pozícióhibák a választott inerciális rendszerek függvényében

A KAMERARENDSZER

A kamerarendszerrel kapcsolatban a legfontosabb érv, hogy az általuk létrehozott képekből a

szoftver térmodellt állít elő, így a lézerszkennertől függetlenül is előáll egy mérésre alkalmas

állomány, egy fotogrammetriai termék. Megtérülési szempontból fontos ugyanis, hogy egy

több tízmilliós beruházás minden eleme legyen a termelés szempontjából egyértelműen

hasznos és produktív, így fontos, hogy az amúgy költséges kamerarendszer ne „csak” az

emberi vizuális navigációt segítse, illetve ne „csak” képadatokat szolgáltasson. Az öt kamera

kiváló minőségű, nagyfelbontású 180 fokos panoráma frontképet állít elő. A 6. kamera az

útburkolatra irányítható aminek a segítségével útburkolat szerkezet vizsgálat végezhető. A

kamerák optikailag kalibráltak, hogy fotogrammetriai célokra is használhatók legyenek.

Minden CCD kamera 1024x768 felbontású színes képet biztosít. A rendszer lehetővé teszi a

felvételi arány beállítását, valamint a tájékozást. A képkészítés történhet előre definiált

távolság alapján. A rendszer gyakorlatilag videófelvétel hatású kép streamet állít elő. Fontos,

hogy lehetősége van az operátornak bármikor manuálisan is képkészítésre. Menet közben is

irányítható, tetszés szerint effekt készíthető.

A GNSS/IMU (ABSZOLÚT PONTOSSÁG)

A GPS / INS NOVATEL

SPAN platformon alapul, ami

lehetővé teszi az IMU

(inerciális rendszer) széles

választékát. A rendszerelem

felelős az abszolút

pozícionálásért. A 2. képen

néhány választható inerciális

rendszer GNSS jelvesztés

esetén produkált pozícióhibája

látható (optimális választásnak

az AG58 rendszert bizonyult):

Leica Geosystems Hungary Kft.:

5

Fontos tudni, hogy az abszolút pontosságot a fentieken kívül befolyásolja még a jármű

sebessége, valamint a szenzorok helyzetéből eredő szöghibák (roll, pitch, heading).

A GNSS/IMU rendszerben a nagyobb sebesség nagyobb pontosságot eredményezett, egészen

egyszerűen azért mert rövidebb a GNSS jelvesztés hatás (30-50 km/h-val haladtunk

belterületen és 80-100km/h –val autópályán). A GNSS jelvesztésből eredő pontatlanság

kiküszöbölésének a másik gyakorlati módszere éppen az, ha a jelvesztés után megállunk, vagy

jelentősen lelassítunk és hagyjuk, hogy a rendszer újrainicializáljon. Itt van fontos szerepe a

mérés közbeni gazdag minőségi paraméter visszajelzésnek, mely lehetővé teszi az operátor

számára a gyors beavatkozást és a helyzet által megkívánt döntést (pl., hogy egy jelvesztés

esetén éppen gyorsítsunk, vagy álljunk le).

Az abszolút pontosság lényegében a GNSS/IMU rendszer által nyújtott pontosság. Az viszont

a kísérleteink szerint a mobil térképezés esetén jobb, mint az RTK földmérési pontosság

részben az utófeldolgozás nyújtotta lehetőségek okán, részben pedig a mérési gyakoriság

(eltérő mérési filozófia és modell alkotás) végett. Földi felmérés során ugyanis a modell

jellemző pontjait „fogjuk meg”, majd a pontok közötti vonalakkal modellezzük a valóságot.

Ebből következik, hogy a modellezett rész a két pont interpolálása lehet csak, ami egyértelmű

információveszteséget (egyben pontosságveszteséget) jelent. A 3D lézerszkennelési

eljárásoknál ugyanakkor a „megfogott” pontok mm-re vannak egymástól, így még az egyes

pontokra vonatkoztatott esetlegesen rosszabb abszolút pozíció is összességében – az egész

modellre nézve – jobb eredményt produkálhat, mint a földi felmérés (természetesen itt földi

eljáráson nem egy szabatos felmérést, pláne nem ipari geodéziai méréseket értünk)

Fontos gyakorlati módszer a pontosság növelésére, ha egy-egy problematikusabb útvonalat

újrajárunk úgy, hogy előtte egy nyílt területen „felvesszük” a jó pozíciót és azt megtartatjuk

az inerciális rendszerrel.

Leica Geosystems Hungary Kft.:

6

AZ ADATFORMÁTUMOK

A rögzített adatok formátumát illetően a

képeket jpg. formátumban a szkennelt

állomány LAS, TXT, PTS formátumban

kapjuk. A rendszer támogatja a 3D

képalkotó rendszerekre vonatkozó

nemzetközi ASTM E57 szabványt. A

feldolgozott állományok ESRI SHAPE

fájlokban, illetve az ESRI által

támogatott formátumokban tárolhatók,

exportálhatók. A rendszer kezeli a CAD (3. kép) formátumokat is (DWG, ASCII, stb.)

SZOFTVERES HÁTTÉR – A MÉRÉS ÉS FELDOLGOZÁS FOLYAMATA

Rendszerkalibráció

A műszer kalibrálható, így tetszés szerint átmozgatható másik járműre. Erre például akkor

lehet igény, ha vasúti alkalmazásokhoz is használni kívánjuk az eszközt és ennek megfelelően

vasúti mérőkocsira van szükség. A kalibrálás egyszerű, külön szoftvermodul segíti.

Elvégezhető a felhasználó által, de elvégzi a szállító is kérés esetén. Ennek megfelelően

tetszőleges szállítójárműre átrakható a rendszer, illetve más munkafolyamotokhoz le-, illetve

fel- és leszerelhető a szkenner.

A mérés

A mérés során egy ember is elegendő (nem árt azonban, ha a gépkocsi vezetését más látja el).

Számos minőségi paraméter ad visszajelzést, és beavatkozási lehetőséget az operátornak.

Lehetőség van GNSS koordinátákkal megjelölt események manuális rögzítésére, vagy az

előre definiálttól eltérő képrögzítésre, illetve menet közben dönteni az esetleges pozíció hibák

javításáról (lassítás, gyorsítás, újrabejárás, azaz jó pozíciók felvétele és azzal való „javítás”,

stb.). Nem lehet eléggé hangsúlyozni az útvonaltervezés fontosságát.

3. kép: adatformátum kezelés

Leica Geosystems Hungary Kft.:

7

Helyzeti adatok (GNSS/IMU) feldolgozása

A nyers adatgyűjtés után az első

lépés a trajektory-k, azaz a

GNSS/IMU útvonal feldolgozása.

Érdemes utófeldolgozást végezni,

így lehetőségünk van tetszés

szerinti (akár előre elrendezett saját)

bázisokat bevonni, ami biztosítja a

nagyobb pontosságot. Az első

körben feldolgozott állományt

azonnal exportálhatjuk

GoogleEarth-be a könnyebb

tájékozódás, vagy akár másoknak kiajánlott távoli elérés céljából (4. kép).

A gyanús (pl. kék, vagy vörös) színnel

jelölt pontokra kattintva azonnali

minőségi információkhoz jutunk.

Természetesen van lehetőség a teljes

állomány pontossági mutatóinak

listázására (nem pontonként kell

végigmennünk rajta). A pozíció minőségi

vizsgálatát végezhetjük „visszafelé” is,

amikor a pozíciók minőségét megjelenítő diagramban a hibahatár feletti részekre kattintva a

rendszer a problémás ponthoz navigál.

A mérési állomány feldolgozása

Miután feldolgoztuk a végleges

GNSS/IMU trajektory állományt, a

képek feldolgozása, majd a különböző

forrásból érkező adatok

(fotogrammetriai állomány, 3D

pontfelhő, digitális térkép, stb.)

összedolgozása következik (6. kép). A

4. kép: a pozíció minőségét színkódokkal megjelenítő

pozíciók a GoogleEarth felületén

5. kép: Minőségi információk egy kattintásra

6. kép: Nagyfelbontású kamerakép, digitális vektoros

állomány és szkennelt állomány összedolgozása az

autópályáról..

Leica Geosystems Hungary Kft.:

8

feldolgozott és összekapcsolt állomány a további feldolgozáshoz, szerkesztéshez,

kiértékeléshez a Geosoft által ESRI környezetben fejleszett ArcGDS nevű kiterjesztés alatt

történik.

Itt hivatkoznék újra a rendszer egyik nagy előnyére, hogy a kameraképek nem csak a látványt

segítik, hanem maguk is fotogrammetriai termékek, tehát méréseket, szerkesztéseket

végezhetünk rajtunk, akár a 3D pontfelhő hiányában is. Természetesen ennek pontossága nem

éri el a szkennelt pontfelhőét. A másik nagy előny, hogy a rendszer a 3D pontfelhőből csak

annyit tölt be, amennyivel éppen dolgozunk. Mindezt dinamikusan, esemény-érzékenyen

teszi. Tehát ahogy a fotogrammetriai modellben haladunk, navigálunk, azonnal (időkésleltetés

nélkül) töltődik be a 3D szkennelt felhő is, anélkül, hogy óriási memória igényt (és így

költséges hardvert) támasztana.

A feldolgozás hatékonyságát tovább

növeli, hogy a 3D pontállományban

létrehozható tetszőleges parallaxissal

egy valódi, az operátor részére is 3D

munkakörnyezet biztosító virtuális

valóság (7. kép). Ne felejtsük el, hogy

amikor 3D szkennelt pontfelhőről

beszélünk, akkor az „csak”

geometriai értelemben 3D. A hagyományos síkképernyőről (tehát valójában 2D felületet)

szemlélve az a gyakorlatlan operátor számára egy nehézkesen kezelhető –ahogy a nevében is

benne van – pontfelhő, amit zoomolni, forgatni, „kóstolgatni” kell ahhoz, hogy egyáltalán

azonosíthatók legyenek azok a pontok, melyekkel dolgozni akarok, melyeket be akarok vonni

a szerkesztésbe. A Pegasus SM60 azonban ezt a pontfelhőt, valódi 3D-ben jeleníti meg (mint

egy iMax moziban), így nagyságrendekkel lerövidül a szerkesztési idő. Nem utolsó szempont

az sem, hogy a 3D képek anaglif ábrákként megjeleníthetők, így egy filléres vörös-zöld

szemüveggel harmadik fél is papír alapon szemlélheti a valós térbeli látványt.

7. kép: sztereoszkópikus környezetben való

Leica Geosystems Hungary Kft.:

9

A szerkesztést és feldolgozást még

tovább segítik a rendszer olyan

jellemzői, mint pl. a szkenner 45 fokos

elhelyezése, illetve két szkenner

alkalmazása. A 45 fokos elhelyezés

biztosítja azt, hogy a szkennelt síkok ne

az objektumok függőleges és merőleges

élvonalaikkal párhuzamosan

képződjenek le, hanem 45 fokban

felszeletelve azokat, így biztosítva a sokkal jobb felismerhetőséget (8. kép). Két szkenner

esetén pedig (a képen egy-szkenneres megoldás látható), biztosítható lenne, hogy az árnyékos

(részlet nélküli) felületek is megjelenjenek.

A költséghatékonyság növelésének további lehetősége – ami általában a mobiltérképezési

rendszerek folyamatos fejlesztés alatt lévő területe - az automatikus objektum felismerés és az

automatizált anonimitás kezelés (gépkocsi rendszámok, arcok, stb. kitakarása).

Végül, de nem utolsó sorban itt kell megemlíteni, hogy a sztereoszkópikus látvány

előállításának hardver és szoftver igénye ma már igen csekély, pár száz eurós költséggel

megoldható.

8. kép: a 45º-ban elhelyezett szkenner biztosítja az

egyértelmű élfelismerést. Két szkenner esetén a „fekete”

Leica Geosystems Hungary Kft.:

10

ÖSSZEFOGLALÓ

Válaszul az egyre gyakrabban előforduló felhasználói igényekre, a Leica Geosystems –

együttműködve a Geosoft vállalattal – örömmel áll rendelkezésre a mobil térképezés terén is.

Ez esetben is igyekeztek a fejlesztők olyan megoldást nyújtani (a versenyképes árak mellett),

ami reményeink szerint a Leica Geosystems hírnevének megfelelő értéktöbbletet nyújt a

felhasználók számára:

� Modularitás (lehetőség az igények és árak optimalizálására) � Rendszerelemek a kategóriájuk legjobbjaitól kiválasztva, hogy a legnagyobb

minőség biztosítva legyen � Egyedülálló relatív pontosság � Digitális térfotogrammetria alkalmazása: A költséges kamerarendszer nem csak

„látvány”, hanem önmagában is mérnöki modell, értéket jelentő termék előállítására alkalmas

� 3D valódi környezetben való feldolgozás, hogy a 3D környezet előnyeit ne csak a mérés, hanem a feldolgozás során is kihasználhassuk.

Gombás László

Ügyvezető

Leica Geosystems Hungary Kft

FELHASZNÁLT IRODALOM:

Dr Sárközy Ferenc: Térinformatika, internetes letöltés 2011 szeptember:

http://www.agt.bme.hu/tutor_h/terinfor/tbev.htm