Accuracy of merging point clouds at the maximum range of a scanner with limited possibilities of target placement

• Autorzy: Lenda G. , Lewińska P. , Siwiec J.

Identyfikatory

DOI

10.2478/ace-2019-0057

Warianty tytułu

PL

Dokładność łączenia chmur punktów dla pomiaru na odległościach zbliżonych do rzeczywistego zasięgu skanera przy ograniczonej możliwości usytuowania targetów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The research was aimed at analysing the factors that affect the accuracy of merging point clouds when scanning over longer distances. Research takes into account the limited possibilities of target placement occurring while scanning opposite benches of quarries or open-pit mines, embankments from opposite banks of rivers etc. In all these cases, there is an obstacle/void between the scanner and measured object that prevents the optimal location of targets and enlarging scanning distances. The accuracy factors for cloud merging are: the placement of targets relative to the scanner and measured object, the target type and instrument range. Tests demonstrated that for scanning of objects with lower accuracy requirements, over long distances, it is optimal to choose flat targets for registration. For objects with higher accuracy requirements, scanned from shorter distances, it is worth selecting spherical targets. Targets and scanned object should be on the same side of the void.

PL

Badania miały na celu przeanalizowanie czynników wpływających na dokładność łączenia chmur punktów przy pomiarze obiektów na większych odległościach, przy ograniczonej możliwości rozmieszczenia targetów. Sytuacje takie mogą występować np. podczas skaningu w kamieniołomach lub kopalniach odkrywkowych, kiedy pomiar odbywa się z przeciwległych teras wyrobiska. Mogą pojawić się również podczas skanowania obwałowań, umocnień brzegów czy innych elementów infrastruktury z przeciwległego brzegu rzek czy zbiorników wodnych. Podobna sytuacja może wystąpić podczas pomiarów rozmaitych wydłużonych obiektów i budowli położonych po drugiej stronie tras komunikacyjnych. We wszystkich tych przypadkach pomiędzy stanowiskami skanera a mierzonym obiektem pojawia się przeszkoda/pustka, uniemożliwiająca optymalne usytuowane targetów łączących chmury punktów i zwiększająca odległości, na których wykonywany jest skaning. Czynnikami wpływającymi na dokładność łączenia chmur są w takich przypadkach: rozmieszczenie targetów względem siebie, skanera i mierzonego obiektu, rodzaj targetów oraz zasięg instrumentów. Zostały one uwzględnione w przeprowadzonych badaniach, mających wyłonić optymalną konfigurację pomiarową.

Słowa kluczowe

EN

laser scanning; long range; target; registration accuracy; point cloud

PL

skanowanie laserowe; zasięg daleki; cel; dokładność rejestracji; chmura punktów

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 65, nr 4
• Strony: 229--248
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Lenda G.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining Surveying and Environmental Engineering, Kraków, Poland

autor

Lewińska P.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining Surveying and Environmental Engineering, Kraków, Poland

autor

Siwiec J.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining Surveying and Environmental Engineering, Kraków, Poland

Bibliografia

• 1. Balzani M, Pellegrinelli A, Perfetti N, Uccelli F (2001) A Terrestrial 3D Laser Scanner: Accuracy Tests. Proceedings of the 18th International CIPA Symposium. pp 445-453
• 2. Boehler W, Bordas Vincent M, MarbsA (2003) Investigating laser scanner accuracy, originally presented at the XIXthCipa Symposium at Antalya. Turkey. 30 SEP – 4 OCT 2003 UPDATED for web presentation October 2003
• 3. Burcin BG, Jazizadeh F, Kavulya G, Calis G (2011) Assessment of target types and layouts in 3D laser scanning for registration accuracy. Automation in Construction. 20: 649-658. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2010.12.008
• 4. Cheok SG, Stone WC (2007) Performance evaluation facility for LADARs. Proceedings of SPIE — Laser Radar Technology and Applications IX, vol. 5412, 2007, pp 54-65
• 5. Chróścielewski J, Miśkiewicz M, Pyrzowski Ł, Sobczyk B. (2018) Damage Analysis of Tensioning Cable Anchorage Zone of a Bridge Superstructure, Using CDP Abaqus Material Model. Archives of Civil Engineering, 63(3), 3-18, DOI: https://doi.org/10.1515/ace-2017-0025
• 6. Csanyi N, TothChT (2007). Improvement of Lidar Data Accuracy Using Lidar-Specific Ground Targets. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing. https://doi.org/10.14358/PERS.73.4.385
• 7. Cuartero A, Armesto J, Rodriguez GR, Pedro A (2010) Error Analysis of Terrestrial Laser Scanning Data by Means of Spherical Statistics and 3D Graphs. Sensors. https://doi.org/10.3390/s101110128
• 8. Gottwald R. (2008) Field Procedures for Testing Terrestrial Laser Scanners (TLS) A Contribution to a Future ISO Standard. Integrating Generations FIG Working Week 2008 Stockholm. Sweden 14-19 June 2008
• 9. Hiremagalur J, Yen K, Lasky T, Ravani B (2009) Testing and Performance Evaluation of Fixed Terrestrial 3D Laser Scanning Systems for Highway Applications. Transportation Research Board 88th Annual Meeting, 2009
• 10. Kersten T, Mechelke K, Lindstaed M, Sternberg H (2009) Methods for Geometric Accuracy Investigations of Terrestrial Laser Scanning Systems. PhotogrammetrieFernerkundungGeoinformation 4:301-16. https://doi.org/10.1127/1432-8364/2009/0023
• 11. Kersten T, Sternberg H, Mechelke K (2005) Investigations into the accuracy behaviour of the terrestrial laser scanning system Mensi GS100. Optical 3-D Measurement Techniques VII. 1: pp 122-131.
• 12. Lenda G, Marmol U, Buczek M (2018) The effect of partial transparency of spherical targets on TLS point clouds registration accuracy. KSCE Journal of Civil Engineering. 22:2538-2548 https://doi.org/10.1007/s12205-017-1907-9
• 13. Lenda G, Marmol U, Mirek G (2015) Accuracy of laser scanners for measuring surfaces made of synthetic materials. PhotogrammetrieFernerkundungGeoinformation, H. 5:357-372 DOI: 10.1127/pfg/2015/0273
• 14. Lewińska P, Kamiński P, Proficz P, Kubiak S (2016) Inwentaryzacja stanu prac remontowych komory „Gaisruck" w Kopalni Soli „Wieliczka" (Inventory measurement of „Gaisruck” chamber at „Wieliczka" Salt Mine). Wiadomości Górnicze ; ISSN 0043-5120.
• 15. Lewińska P, Matuła R, Dyczko A (2017) Integration of thermal digital 3D model and a MASW (Multichannel Analysis of Surface Wave) as a means of improving monitoring of spoil tip stability, BGC Geomatics 2017 Baltic Geodetic Congress (Geomatics) : 22-25 June 2017, Gdansk, Poland, e-ISBN: 978-1-5090-6040-5, https://goo.gl/djwL7C
• 16. Lichti DD, Stewart MP, Tsakiri M, Snow AJ (2000) Calibration and testing of a terrestrial laser scanner. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing. Vol. XXXIII, Part B5, Amsterdam, http://www.isprs.org/proceedings/XXXIII/congress/part5/485_XXXIII-part5.pdf
• 17. Muralikrishnan B, Rachakonda P, Lee V, Shilling M, Sawyer D, Cheok G, Cournoyer L (2017) Relative range error evaluation of terrestrial laser scanners using a plate, a sphere, and a novel dual-sphere-plate target. Measurement. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2017.07.027
• 18. Pętlicki M, Kinnard Ch (2016) Calving of Fuerza Aérea Glacier (Greenwich Island, Antarctica) observed with terrestrial laser scanning and continuous video monitoring, Journal of Glaciology, 62(235):835-846 https://doi.org/10.1017/jog.2016.72
• 19. Pfeifer N, Dorninger P, Haring A, Fan H (2007) Investigating terrestrial laser scanning intensity data: quality and functional relations. 8th Conference on Optical 3-D Measurement Techniques.
• 20. Podgórski J, Pętlicki M, Kinnard Ch (2018) Revealing recent calving activity of a tidewater glacier with terrestrial LiDAR reflection intensity. Cold Regions Science and Technology. 151:288-301. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2018.03.003
• 21. Rachakonda P, Muralikrishnan B, Cournoyer L, Cheok G, Lee V, Shilling M, Sawyer D (2017) Methods and considerations to determine sphere center from terrestrial laser scanner point cloud data. Measurement Science and Technology https://doi.org/10.1088/1361-6501/aa8011
• 22. Zaczek-Peplinska J, Kowalska M (2017) Terrestrial laser scanning in monitoring of anthropogenic objects. Geodesy and Cartography. 66:347-364. https://doi.org/10.1515/geocart-2017-0011
• 23. Zobel H, Karwowski W, Wróbel M, Mossakowski P (2017) Łazienkowski Bridge Fire in Warsaw – Structural Damage and Restoration Method. Archives of Civil Engineering, 62(4), 171-186, DOI: https://doi.org/10.1515/ace-2015-0104
• 24. Leica geosystems tutorial; Leica MS50 Comparison to HDS, https://cdn.ymaws.com/www.njspls.org/resource/resmgr/Docs/LASERSCANNING.pdf