So wählen Sie einen 3D-Laserscanner für Ihr Projekt aus

Niemand trifft diese Entscheidung, indem er sich zunächst für eine Scantechnologie entscheidet. Zunächst steht ein Projekt an: ein bewohntes Gebäude, das vor einer Sanierung vermessen werden muss, eine Bahnstrecke, die zwischen den Sperrzeiten überprüft werden muss, oder eine Halde, die vor Monatsende vermessen werden muss.

Der Scanner ist das Werkzeug, mit dem diese Aufgabe innerhalb der verfügbaren Zeit und mit der im Vertrag geforderten Toleranz erledigt wird.

Der richtige Scanner ist nicht unbedingt der mit der größten Reichweite, der dichtesten Punktwolke oder dem niedrigsten angegebenen Genauigkeitswert. Es ist ein System, das unter den tatsächlichen Projektbedingungen zuverlässige Daten für das geforderte Ergebnis liefert.

Daher ist dieser Leitfaden so aufgebaut, wie die Entscheidung tatsächlich getroffen wird. Er geht von der Art des Projekts und dem daraus resultierenden Ergebnis aus, zeigt für jedes einzelne die passende Lösung auf und vergleicht erst dann die Plattformen und Spezifikationen.

Wenn Sie zunächst eine Erläuterung der zugrunde liegenden Technologie wünschen, finden Sie in unserem Leitfaden zur Funktionsweise der LiDAR-Technologie Informationen zur Physik; dieser Artikel geht davon aus, dass Sie diese bereits kennen, und konzentriert sich auf die Auswahl.

Beginnen Sie mit dem Endprodukt, nicht mit dem Scanner

Notieren Sie, was am Ende des Auftrags Ihr Büro verlässt. Ein Bestandsmodell eines Technikraums, ein Grundriss, ein Volumenwert für eine Halde, eine Kollisionsprüfung anhand eines Entwurfs, eine topografische Oberfläche, eine Denkmalbestandsaufnahme. Dieser eine Satz legt fest, welche Genauigkeit Sie benötigen, welche Dichte Sie benötigen und – was ebenso wichtig ist – welche Dichte Sie nicht benötigen.

Der Grund, warum dies an erster Stelle steht, ist, dass die Spezifikationen für das Scannen offen sind. Viele Scanner können dichte Punktwolken erzeugen. Nur sehr wenige Projekte benötigen diese. Ein Grundriss benötigt eine Geometrie, die auch nach der Abflachung in 2D-Linien noch intakt bleibt. Eine Kollisionsprüfung benötigt den Rohrverlauf an der richtigen Stelle mit einer Toleranz, die der Ingenieur bereits festgelegt hat. Die Festlegung des zu liefernden Ergebnisses wandelt einen offenen Vergleich in einen begrenzten um, und ein begrenzter Vergleich hat in der Regel eine offensichtliche Antwort.

Die entscheidende Frage lautet nicht: „Welcher Scanner erfasst die meisten Daten?“, sondern: „Welches System liefert die für das Projekt erforderlichen Informationen mit der geforderten Genauigkeit bei akzeptablem Aufwand vor Ort und bei der Nachbearbeitung?“

Finden Sie Ihr Projekt in dieser Tabelle

Dies sind die Anwendungsszenarien, auf die der Großteil der 3D-Kartierungsarbeiten entfällt, zusammen mit den jeweiligen Ergebnissen und der jeweils geeigneten Plattform. Suchen Sie die Zeile, die Ihrem Projekt am ehesten entspricht – schon hat sich die Auswahl auf ein oder zwei Systeme eingegrenzt.

Die vollständige Beschreibung der einzelnen Szenarien, einschließlich der Arbeitsabläufe und der dahinterstehenden Software, finden Sie auf der Seite zu Lösungen für mobiles 3D-Mapping und Reality Capture. Im Folgenden geht es um den Teil, der auf dieser Seite nicht behandelt wird: Wie können Sie feststellen, in welchem Szenario Sie sich gerade befinden, und was sollten Sie überprüfen, bevor Sie eine Entscheidung treffen?

Innenraumkartierung und Bestandsdokumentation

In Innenräumen hängt die Wahl der Scanmethode eher vom Gebäude selbst als von den technischen Vorgaben ab. In jedem Raum muss ein Stativ aufgestellt, verschoben und erneut aufgestellt werden – in einem bewohnten Gebäude bedeutet das eine Woche lang, den Menschen im Weg zu stehen. Stattdessen wird ein handgeführter SLAM-Scanner durch den Raum geführt. Deshalb dauert die Erfassung eines Stockwerks, für das bei herkömmlichen Methoden ein ganzer Tag erforderlich wäre, nur eine Stunde, und Treppenhäuser, Setzstufen und Technikräume werden erfasst, anstatt ausgelassen zu werden.
 

Das Ergebnis ist in der Regel eine Bestandsdokumentation: eine Punktwolke für die Sanierungsplanung, das Facility Management oder einen „Scan-to-BIM“-Workflow. Wenn die Arbeiten ausschließlich in Innenräumen stattfinden, ist der RS7 die passendere Wahl. Wenn derselbe Auftrag sowohl innerhalb als auch außerhalb des Gebäudes durchgeführt wird, bietet der RS10 zusätzlich GNSS-RTK, sodass die zurückgelegte Strecke mit einem bekannten Referenzrahmen im Außenbereich verknüpft bleibt und im Innenbereich ausschließlich auf SLAM zurückgreift.

Scan-to-BIM und intelligentes Bauen

Hier geht es nicht um die Abdeckung, sondern um die Toleranz. Ein für die Kollisionserkennung erstelltes BIM-Modell enthält eine vom Ingenieur festgelegte Toleranz, und dieser Wert entscheidet darüber, ob eine mit dem Handgerät gemessene Bahn ausreichend ist oder ob an kritischen Stellen zusätzlich statische Vermessungen erforderlich sind. In der Praxis wird bei vielen Projekten beides kombiniert: Handmessungen für den Großteil des Gebäudes und Messungen mit dem Stativ an den wenigen Stellen, an denen eine Kollision hohe Kosten verursachen würde.

Dieser hybride Ansatz ist oft effizienter, als bei jedem Teil des Projekts die Scanmethode mit der höchsten Genauigkeit anzuwenden.

Korridorkartierung, Eisenbahn und Infrastruktur

Lineare Standorte sind der einzige Fall, bei dem die Länge des Auftrags eher ein Vorteil als ein Kostenfaktor ist – vorausgesetzt, die Plattform kann sich kontinuierlich fortbewegen. Eine Straße, eine Bahnstrecke oder ein Tunnel, die in einem einzigen Durchgang bei Fahrgeschwindigkeit erfasst werden, bieten einen Durchsatz, an den keine andere Methode herankommt, und ein Mehrplattformsystem wie das AlphaUni 20 (AU20) ist genau dafür ausgelegt – einschließlich der Möglichkeit, im Rahmen desselben Projekts zwischen dem Einsatz auf Fahrzeugen und in der Luft zu wechseln.
 

Es lohnt sich, die Grenzen zu kennen, bevor man sich festlegt. Man erfasst nur das, was von der Straße aus sichtbar ist; die Plattform muss dorthin gelangen können, und die Genauigkeit hängt eher von der Positionierung und der Trägheitslösung ab als vom Scanner allein. Abschnitte ohne Fahrzeugzugang sind in der Regel der Grund dafür, dass bei einem Korridorprojekt ein Teil der Strecke letztendlich auch aus der Luft erfasst wird.

Die Wahl steht daher nicht immer zwischen Fahrzeug- und Luftmessung. Viele große Korridorprojekte kombinieren mehrere Plattformen, je nach Zugänglichkeit, Sicherheitsanforderungen und dem endgültigen Ergebnis.

Bergbau, Gelände und Forstwirtschaft

Die Auswahl offener Standorte hängt von der Fläche und den Hindernissen ab. Bei größeren Freiflächen ist UAV-LiDAR oft die effizienteste Methode, insbesondere wenn Gelände, Vegetation oder Zugangsbedingungen eine Bodenvermessung ineffizient machen. Über Vegetation hinweg hat LiDAR einen Vorteil, da Laserimpulse oft Bodeninformationen erfassen können, wo optische Verfahren an ihre Grenzen stoßen. Dadurch eignet sich dieselbe Plattform sowohl für die Ermittlung von Lagerbestandsvolumina als auch für die Biomassebewertung.
 

Die Wahl innerhalb der luftgestützten Produktpalette ist eher eine Frage der Blockgröße und der Flughöhe als der Genauigkeit: Der AlphaAir 6 eignet sich für routinemäßige Standort- und Geländearbeiten, während der AlphaAir 15 Pro die Option für große Entfernungen darstellt, wenn der Block so groß ist, dass ein Fliegen in geringerer Höhe zu viele Einsätze erfordern würde. Beide erfordern die Einhaltung bestimmter Rahmenbedingungen: Flugplanung, Genehmigungen, Wetterbedingungen sowie eine Mindestprojektgröße, unterhalb derer sich der Einsatz wirtschaftlich nicht lohnt.

Vier Fragen, die die Auswahl weiter eingrenzen

Sobald Sie wissen, in welchem Szenario Sie sich befinden, entscheiden vier Fragen darüber, welches System darin zum Einsatz kommt:

Wie groß ist das Gelände und wie ist es angelegt? Entscheidend ist nicht die Fläche, sondern die Form: Lineare Gelände begünstigen einen „Scanner“, der sich ständig bewegt, während geschlossene Gelände einen begünstigen, der stillsteht.
 

Wie sieht die Zugänglichkeit aus? Können Sie ein Stativ wiederholt aufstellen, oder ist der Standort stark frequentiert, überfüllt oder zu unsicher, um sich dort längere Zeit aufzuhalten? Haben Sie über sich freien Himmel für GNSS, oder befinden Sie sich in einem Gebäude, unter einem Dach oder unter der Erde?
 

Welche Toleranz ist im Vertrag festgelegt? Nicht die Toleranz, die Sie sich wünschen, sondern die, die überprüft wird. Millimetergenaues Arbeiten an einem Maschinenfundament und zentimetergenaues Arbeiten an einem Straßenkorridor sind unterschiedliche Aufträge.
 

Wer verarbeitet die Daten, und wie viel Zeit steht dafür zur Verfügung? Diese Frage wird am häufigsten übersehen, und sie ist in der Regel entscheidend dafür, ob sich die Anschaffung eines Scanners gelohnt hat. Eine Methode, die vor Ort eine Stunde spart, im Büro aber einen Tag kostet, ist keine Zeitersparnis.

Die vier Plattformen im Vergleich

Die gleichen Informationen aus der umgekehrten Perspektive – für Leser, die bereits wissen, welche Plattform sie in Betracht ziehen, und wissen möchten, welche Kosten damit verbunden sind.

Die meisten Organisationen, die regelmäßig Scans durchführen, entscheiden sich letztendlich für zwei dieser Optionen statt für eine, da es echte Kompromisse gibt und keine einzelne Plattform alle Szenarien aus der ersten Tabelle abdeckt.

Keine einzelne Plattform ist für jede Kombination aus Genauigkeit, Abdeckung, Zugriff und Kosten optimal.

Genauigkeit im Datenblatt und Genauigkeit vor Ort

Die Genauigkeit gemäß Spezifikation wird unter Bedingungen gemessen, die in Ihrem Projekt nicht nachstellbar sind. Es handelt sich um einen reellen Wert, der für Vergleichszwecke nützlich ist, der jedoch eine einzelne Messung an einer gleichmäßigen Oberfläche in einem festgelegten Bereich unter kontrollierten Bedingungen beschreibt. Der Wert, der darüber entscheidet, ob Ihr Produkt die Anforderungen erfüllt, ist ein anderer und setzt sich aus vier Faktoren zusammen.
 

Die Entfernungsmessung selbst, die in der Spezifikation angegeben ist. Die Registrierung, die einzelne Scans oder eine abgelaufene Trajektorie in einem Koordinatensystem zusammenführt, was bei vielen Projekten zu größeren Fehlern führt als die Entfernungsmessung. Die Georeferenzierung, die die gesamte Punktwolke mit realen Koordinaten verknüpft – hier spielen die GNSS-Qualität und Kontrollpunkte eine entscheidende Rolle. Und die Oberfläche selbst, da dunkle, nasse, glänzende und schräg einfallende Oberflächen alle ein schwächeres Signal zurückwerfen als das für die Spezifikation verwendete Testziel.
 

Die praktische Konsequenz: Beim Vergleich zweier Scanner mit ähnlich angegebener Genauigkeit ist die sinnvollere Frage, welcher von beiden eine fundierte Dokumentation der anderen drei Aspekte liefert. Ein System, das die Qualität seiner Bewegungsbahn angibt und es Ihnen ermöglicht, diese anhand von Kontrollpunkten zu überprüfen, ist bei einem Projekt, das einer Prüfung unterzogen wird, wertvoller als eines mit einem geringfügig besseren Nennwert.

Die Kosten, die nicht zum Kaufpreis gehören

Bearbeitungszeit. Fragen Sie nach, wie lange es dauert, bis ein repräsentativer Datensatz – auf der Hardware, die Sie bereits besitzen – vom Download bis zum fertigen Ergebnis verarbeitet ist. Bitten Sie darum, dies selbst zu sehen, anstatt sich nur darauf verlassen zu müssen, was Ihnen gesagt wird.
 

Software. Ob die Verarbeitung im Lieferumfang enthalten ist oder separat lizenziert wird und ob die Exportformate direkt in die Software Ihrer Kunden importiert werden können, ohne dass ein Konvertierungsschritt erforderlich ist, bei dem Informationen verloren gehen.
 

Korrekturen. Jede Methode, die auf GNSS basiert, ist auf eine Korrekturquelle angewiesen, sei es eine lokale Basisstation, ein Netzwerkdienst oder satellitengestützte Korrekturen. Das verursacht Betriebskosten und stellt in manchen Regionen eine Frage der Verfügbarkeit dar.
 

Schulung und Personalaufwand. Die Bedienung von Handheld-Geräten ist schnell zu erlernen, doch es dauert länger, bis man sie gut beherrscht; der Unterschied zeigt sich in der Punktwolke in Form von Erfassungslücken, die erst entdeckt werden, nachdem das Team den Standort verlassen hat.
 

Datenspeicherung. Punktwolken mit voller Dichte wachsen schnell an, und die Archivierung ist oft eher eine vertragliche Verpflichtung als eine freie Entscheidung.

Drei Projekte und der passende Scanner

Eine Gebäudesanierung, vier Stockwerke, bewohnt. Das Ergebnis soll ein Bestandsmodell zur Planabstimmung sein. Das Gelände ist begrenzt, der Zugang ist schwierig, die Toleranz liegt im Zentimeterbereich, und das Gebäude kann nicht geschlossen werden. Handheld-SLAM ist die passende Lösung: Die Erfassung ist lückenlos, das Team behindert die Bewohner eine Woche lang nicht, und die Toleranz ist gut erreichbar.
 

Ein 30 km langer Straßenkorridor für die Planung einer Erneuerung der Fahrbahndecke. Das Ergebnis ist ein Oberflächenmodell entlang einer linearen Strecke unter freiem Himmel. Das Scannen mit einem fahrzeugmontierten Scanner ist die richtige Lösung, da dies die einzige Methode ist, bei der die Länge des Abschnitts als Vorteil und nicht als Kostenfaktor genutzt wird.
 

Eine Abnahmevermessung für ein Maschinenfundament. Das Ergebnis sind eine geringe Anzahl von Messungen mit enger Toleranz, die überprüft werden. Hier eignet sich das Scannen mit Stativ oder in manchen Fällen sogar eine Totalstation anstelle eines Scanners. Dies ist ein Fall, in dem die Methode mit dem höchsten Durchsatz die falsche Wahl ist.

Was Sie fragen sollten, bevor Sie sich festlegen

Bitten Sie um eine Vorführung an einem Standort wie dem Ihren statt in einem Ausstellungsraum, und verlangen Sie die Rohdaten daraus, nicht nur die fertigen Zahlen. Fragen Sie nach der Genauigkeit bei schlechter statt bei guter Flugbahn, denn genau dieser Fall entscheidet über umstrittene Ergebnisse. Fragen Sie, wie der Arbeitsablauf aussieht, wenn vor Ort etwas schiefgeht, und wie schnell das Team dies erkennen kann. Fragen Sie, wer sowohl die Software als auch die Hardware betreut und von wo aus.
 

Ein 3D-Laserscanner ist eher ein Produktionswerkzeug als eine Anschaffung, und das richtige Gerät ist das, das zum Projekt, zur Baustelle und zum dahinterstehenden Büro passt. Wenn Sie bestimmte Systeme in Betracht ziehen: Die CHC Navigation LiDAR- und 3D-Scanning-Produktpalette umfasst handgeführte, fahrzeugmontierte und luftgestützte Plattformen, und in unserem Beitrag zur Realitätserfassung wird erläutert, was mit der Punktwolke geschieht, sobald der Scanvorgang abgeschlossen ist.

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Über CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) entwickelt fortschrittliche Lösungen für Kartografie, Navigation und Ortung, die darauf ausgelegt sind, Produktivität und Effizienz zu steigern. CHCNAV bedient Branchen wie Geodaten, Landwirtschaft, Maschinensteuerung und Autonomie und liefert innovative Technologien, die Fachleute unterstützen und den Fortschritt der Branche vorantreiben. Mit einer globalen Präsenz in über 140 Ländern und einem Team von mehr als 2.200 Fachkräften gilt CHC Navigation als führendes Unternehmen in der Geodatenbranche und darüber hinaus. Weitere Informationen zu CHC Navigation [300627.SZ] finden Sie unter: https://geospatial.chcnav.com/about/overview