Tačnost modeliranja objekata tehnologijom terestričkog laserskog skeniranja

Abstract

Skorašnja unapređenja performansi sistema terestričkog laserskog skeniranja (TLS) itrend opadanja cene ukazuju na značajan potencijal ove tehnologije i u zahtevniminženjerskim zadacima. Pored činjenice da pojedini TLS poseduju frekvencijuskeniranja i preko 1.000.000 Hz, aspekt tačnosti ove metode geodetskog merenja igrapresudnu ulogu u inženjerstvu. Postizanje adekvatne tačnosti modeliranja objekatatehnologijom TLS se osigurava projektovanjem geodetskog eksperimenta. Topodrazumeva optimizaciju relevantnih parametara merenja i metodologije obradepodataka, kroz analizu uticaja različitih izvora grešaka u procesu merenja,instrumentalne preciznosti i performansi TLS, sagledavanja prostorne konfiguracijeobjekta i analize grešaka modela registracije i georeferenciranja.U radu su date osnove tehnologije TLS, matematički modeli opažanja, registracije igeoreferenciranja. Predstavljeni su i analizirani različiti izvori grešaka merenja TLSkoje potiču od instrumenta, sredine, objekta skeniranja i metodologije registracije igeoreferenciranja. Predstavljena su trenutna dostignuća i ograničenja kalibracije TLS.Date su osnovne postavke 3D modeliranja oblaka tačaka tehnikama MNK uklapanjapovrši i zapreminskog modeliranja.Predložena je pojednostavljena procedura ispitivanja TLS po kriterijumima standardaISO17123. Ona obuhvata ispitivanje, analizu i ocenu tačnosti TLS u laboratorijskimuslovima, po ugledu na postupke kalibracije sistema i mreže skenerskih signala.Metrološka laboratorija Građevinskog fakulteta u Beogradu je prilagođena za postupkeispitivanja TLS i izvršeno je ispitivanje jednog modela TLS.Najvažniji rezultati disertacije odnose se na: formiranje proširenog stohastičkog modeladirektnog georeferenciranja, ustanovljavanje metodologije projektovanja merenja TLSna inženjerskim objektima i metodologiju indirektnog georeferenciranja linijskihobjekata.Modifikovan je kompletan teorijski model grešaka direktnog georeferenciranja,korišćenjem procedure poznate stanice i orijentacije, i to u formi kovarijacione matricevikoordinata tačaka. Ona sadrži sve relevantne uticaje, i to: deklarisanu preciznostrezultata TLS merenja, uticaje datih veličina kontrolne geodetske mreže, greškecentrisanja, horizontiranja i merenja visine TLS i greške centrisanja i viziranja signala.Model je formiran na osnovu uticaja pojedinačnih izvora grešaka na vektor translacije irotacije sistema oko z-ose...

In high-demanding engineering applications, the latest performance improvements ofthe terrestrial lasers scanning (TLS) system and price decreasing trend shows thesignificant potential of this technology. Beside the fact that some scanners have thescanning frequency of over 1.000.000 Hz, in the engineering applications the accuracyof this survey method plays the key role. Achievement of the satisfactory accuracy ofthe object modelling using TLS has to be done by experiment designing. This impliesthe optimization process of the relevant measurements parameters and of themethodology of measurement processing through analysis of the different sources ofmeasurement errors, instrumental precision and performance of the specific TLS, spatialconfiguration of the object and analysis of the models of registration and georeferencingerrors.This work presents the fundamentals of TLS technology, mathematical models ofmeasurements, registration and georeferencing. The different types of errors and theirinfluences on the measurement quality are presented and analyzed. The sources of theseerrors are discussed in detail and treated as instrumental, environmental, object relatedand registration and georeferencing methodology dependent. The present TLScalibration achievements and existing operational limits are also analyzed. The basics ofthe point cloud 3D modelling techniques based on the least square fitting andvolumetric approaches are given.The simplified test procedure of the TLS accuracy investigation in accordance with theISO17123 standard is proposed. The proposed procedure covers investigation, analysisand accuracy estimation of the TLS system in laboratory conditions. This procedure isdeveloped based on the model of the system calibration and the network designprocedures. Metrological laboratory of the Faculty of Civil Engineering in Belgrade iscustomized for TLS testing. The accuracy investigation of a commercial TLS has beenperformed...