Terrestrisches 3D-Laserscanning: DIN-gerechte Bauwerks-Dokumentation

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Verantwortliche für Vermessung und Dokumentation im Bauwesen und in der Architektur können die Technik des 3D-Laserscannings nutzen, mit deren Hilfe Gebäude, Objekte und Bauwerke vermessen werden können. Im Vergleich zu herkömmlichen Messverfahren ergibt sich damit eine rentable und innovative Möglichkeit, dreidimensionale Abbildungen von Grundstücken und Gebäuden zu bekommen. Hieraus wiederum entstehen hochgenaue räumliche Zeichnungen und fotorealistische Visualisierungen. Des Weiteren können interaktive Räume erstellt werden, die in Absprache mit dem Kunden direkt angepasst werden können.

Terrestrisches Laserscanning: das Messverfahren im Detail

Es handelt sich beim terrestrischen Laserscanning um eine Messtechnologie, die weitgehend automatisiert abläuft. Der Laserscanner wird dafür an einem Punkt aufgestellt. Von hier aus können mithilfe des Laserstrahls alle Winkel und Strecken gemessen werden, die sich in erreichbarer Entfernung des Lasers befinden. Somit entsteht eine riesige Anzahl an Messpunkten. Das Objekt wird dreidimensional zerlegt und es entstehen verschiedene Koordinaten. Der Grad der Zerlegung kann vom Anwender festgelegt werden. Es dauert nur wenige Minuten und schon entsteht eine perfekte Kopie der Objektoberfläche, die gemessen wurde. Auf einfache Art entstehen so Schnitte und Ansichten, Reliefs der Oberflächen und CAD-Modelle.

Die Technologie des Laserscanners

Vergleichen kann man einen 3D-Laserscanner am besten mit einem Tachymeter. Mit diesem ist es möglich, einen Messpunkt im Raum festzulegen. Das geschieht durch die Bestimmung des Zenitwinkels sowie der Horizontalrichtung. Außerdem ist die Schrägentfernung wichtig. Moderne Geräte nutzen hier das Laserlicht, brauchen dafür aber kein Prisma am Objekt. Auch ein Reflektor wird unnötig. Die Messung der Entfernung ist daher ohne weitere Schritte durchführbar. Der Laserscanner arbeitet vergleichbar und legt einen Zenitwinkel und eine Horizontalrichtung automatisch fest. Es entsteht eine große Anzahl an Messpunkten rund um den Scanner und es kann ein dreidimensionales Bild erstellt werden. Hier wird auch von einer Punktewolke gesprochen, die bei einigen Geräten sogar einfärbbar ist.

Möglichkeiten in der Architektur

Um die verschiedenen Anforderungen der Zielgruppen zu erfüllen, wird mit diversen Datenquellen und unterschiedlichen Softwares gearbeitet. So entstehen angepasste Datenmodelle, die dreidimensional aufbereitet und verarbeitet werden können. Auch die Darstellung erfolgt natürlich in 3D.

Möglich ist durch die Nutzung eines 3D-Laserscanners die DIN gerechte Dokumentation von Bauwerken, wobei Werkhallen ebenso dokumentiert werden können wie Fußböden, Fassaden oder Einzelteile aus dem Kanalbau.

Die Aufbereitung der Daten ist nach BIM Standard möglich. Außerdem kann der gesamte Bestand visualisiert werden, was die Grundlage für weitere Baumaßnahmen und Planungen gibt. Gebäude und auch Denkmäler können mithilfe der 3D-Technik vermessen werden, selbst Brücken stellen kein Problem dar. Geht es um Planungen in der Architektur, so können diese durch die Messpunkte visualisiert werden.

Ein wichtiger Einsatzbereich für die terrestrischen Laserscanner besteht in der Analyse der Ebenen von Fassaden, Decken und Böden. Außerdem ist die terrestrische Fotogrammetrie möglich.

Modern und innovativ dokumentieren

Die Koordinatentechnik auf 3D-Basis ermöglicht die Bearbeitung und Darstellung der gesammelten Daten in dreidimensionaler Form. Für die Projektbearbeitung entstehen damit neue Blickwinkel und Analysemöglichkeiten. Diese sind weitaus besser und detaillierter als bei der Verwendung der bisherigen Messmethoden. Ein wichtiger Vorteil des Einsatzes von 3D-Laserscannern besteht zudem darin, dass selbst Gebäude, die bisher keine existenten Pläne besitzen, vermessen werden können. Sie sind damit in CAD darstellbar. Auch alte und historische Gebäudekomplexe können dokumentiert werden. Für die Planung von Neubaugebieten oder bei der Straßenplanung sowie bei der Vorbereitung des Baus großer Gebäudekomplexe oder gar Windkraftanlagen ist die Visualisierung der Geländeoberflächen nötig. Dies geschieht dank der 3D-Laserscanner auf einfache Art.

Besonderheiten des terrestrischen Laserscannings

Beim terrestrischen Laserscanning ist es nicht nötig, Messpunkte zu berühren. Dies ermöglicht vor allem bei Bauwerken in problematischer Lage oder in schlechtem Zustand die einfache und gefahrlose Vermessung. Messmarken müssen nicht angebracht werden, die terrestrische 3D-Lasermessung erfolgt reflektorlos. Der Standpunkt für die Messung kann frei gewählt werden. Es wird lediglich ein Standpunkt für den Scanner festgelegt, dann können Blickpunkt und Bildausschnitt gewählt werden. Danach erfolgt das Zoomen und nun geht die Messung los. Damit ist das Messen mit dem 3D-Laserscanner vergleichbar mit der Anwendung einer Fotokamera.

Der Maßstab kann 1:1 sein, denn die gewählten Punkte bei der Messung ermöglichen eine derart realistische Darstellung. Hierin liegt auch der Unterschied zur Fotogrammetrie, denn diese kann ein Objekt nur zweidimensional und auf einer Bildmatrix verkleinert abbilden.

Das Messen mit dem 3D-Laserscanner ist objektiv möglich. Hiermit erfolgt eine realistische Dokumentation des Zustands eines Objekts, Verfälschungen kommen nicht vor. Gleichzeitig erfolgt die Messung sehr schnell, denn es können mehr als 1.000 Messpunkte pro Sekunde erfasst werden. Einige Hochleistungsgeräte bieten hier sogar die Möglichkeit, mehrere Tausend Messpunkte pro Sekunde aufzunehmen. Selbst sehr komplexe Objekte können damit binnen weniger Minuten in ihrer Gesamtheit erfasst werden.

Auch wenn nur einzelne Messpunkte diskretisiert werden, so wird das Objekt doch in seiner Gesamtheit vermessen. Es wird vollständig erfasst und abgebildet. Teilweise entstehen Hinterschneidungen oder ein Gebäude ist von einem einzigen Standpunkt aus nicht komplett abzubilden. Dann ist es notwendig, unterschiedliche Ausgangspunkte zu wählen. Eine solche Vorgehensweise erfordert die Referenzierung der einzelnen Scans. Diese werden in ein übergeordnetes Bezugssystem oder zueinander referenziert. Durch die hohe Punktdichte ist eine solche Vorgehensweise kein Problem.

Die Messung erfolgt außerordentlich schnell. Dennoch liegt eine sehr hohe Genauigkeit vor. Jeder einzelne 3D-Punkt weist höchstens Abweichungen von zwei bis fünf Millimetern auf und das auch nur, wenn er sich in einer bestimmten Entfernung befindet. Ausschlaggebend für das Messrauschen ist die Distanz, auf die gemessen wird. Je weiter das Zielobjekt entfernt ist, desto größer wird das Messrauschen. Die Genauigkeit, mit der moderne 3D-Laserscanner arbeiten, ist vergleichbar mit reflektorlos arbeitenden Tachymetern. Die Genauigkeit wird durch die Definitionsunschärfe sowie die Rauigkeit der Oberflächen des Objekts bedingt.

Unabhängigkeit und hohe Reichweiten

Das Laserscanning ist von den Umweltbedingungen nahezu unabhängig. Es handelt sich um ein aktives Messverfahren, bei dem ein gleichbleibend helles Laserlicht ausgesendet wird. Das Messobjekt reflektiert dieses Licht und wirft es wieder zum Scanner zurück. Das empfangene Licht wird für die Vermessung verwendet. Auch bei kompletter Dunkelheit oder bei schlechten Lichtverhältnissen kann der Laserscanner somit zuverlässig arbeiten und genaue Daten liefern. Gleichzeitig sind die Reichweiten sehr hoch. Moderne Scanner können die Umgebung noch in 100 Metern Entfernung vermessen. Mit weiterer Entfernung ist jedoch das Messrauschen größer.

Die Daten, die mithilfe des 3D-Laserscanners gesammelt werden, lassen sich mit den bestehenden Systemen sehr gut auswerten. Nur teilweise sind die Datenmengen zu groß, dann ist es nötig, eine spezielle Software einzusetzen. Die Verbindung zu den 3D-Laserscannern besteht über den Laptop, der über Bluetooth oder USB bzw. Ethernet angeschlossen werden kann. Somit ist auch die Fernsteuerung des Laserscanners möglich, denn nicht alle Geräte sind direkt zu bedienen.


Bildnachweis: © morguefile.com – dantada

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Klaus Müller-Stern (25) studiert aktuell Maschinenbau, beschäftigt sich daneben jedoch schon lange mit allen Aspekten rund um Selbstständigkeit und Unternehmensgründung. Eloquent und scharfsinnig bringt er Themen wie Social Media oder den Finanzsektor auf den Punkt. Darüber hinaus blickt der passionierte Laufsportler in seinen Beiträgen hinter die Kulissen erfolgreicher Startup-Firmen.

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