Integration of data obtained from laser scanning and UAV used to develop a 3D model of the building object

• Autorzy: Kwoczyńska Bogusława , Małysa Bogumił

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2022.143040

Warianty tytułu

PL

Integracja danych pozyskanych ze skaningu laserowego oraz UAV wykorzystana do opracowania modelu 3D obiektu budowlanego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Currently, the possibilities offered by measurement techniques allow development of both cities in the form of 3D models as well as models of small and large architecture objects. Depending on the needs, the scale of an examined object or the intended use of the final product, geodesy finds ready-made measurement methods. If one wants to work out a 3D model of a building object in detail, the most accurate way is to use laser scanning technology. However, there are situations in which limitations resulting from the terrain layout or the structure of the building preclude to obtain full information about its shape. In such situations, the solution is to integrate data from various measurement devices. If creating a full 3D model of large buildings, the best choice to complete data, especially the roof of the object, is to use an unmanned aerial platform, because the resolution of images made on a low altitude is good enough to obtain a satisfactory effect in the form of a point cloud. The research used integration of data obtained at low altitude from two unmanned aerial vehicles, Fly-Tech DJI S1000 and DJI Phantom 3 Advanced - using various types of missions - with data recorded with the Leica ScanStation P40 terrestrial laser scanner. The data was integrated by giving them a common coordinate system - in this case the 2000 system, for the grid points measured in the field with the GNSS technique, and the use of Cyclone, Metashape and Pix4D software for this purpose. Combined point clouds were used for 3D modelling of the sacred object with Bentley CAD software. The accuracy with which data integration was performed and errors resulting from the use of various measurement techniques were determined. The result of the study is a 3D model of the Church of Our Lady of Consolation, located in Krakow at the Sportowe estate.

PL

Obecnie możliwości jakie dają techniki pomiarowe, pozwalają na opracowywanie zarówno miast w postaci modeli 3D, jak i modeli obiektów małej i dużej architektury. W zależności od potrzeb, skali badanego obiektu, czy przeznaczenia finalnego produktu, geodezja znajduje gotowe metody pomiarowe. Chcąc szczegółowo opracować model 3D obiektu budowlanego, najdokładniejszym sposobem okazuje się wykorzystanie technologii skaningu laserowego. Jednak są sytuacje, w których ograniczenia wynikające z układu terenowego lub konstrukcji budynku, nie pozwalają na pozyskanie pełnej informacji o jego bryle. W takich sytuacjach rozwiązaniem jest zintegrowanie danych z różnych sprzętów pomiarowych. W przypadku tworzenia pełnego modelu 3D dużych obiektów budowlanych, najlepszym wyborem do uzupełnienia danych, szczególnie dachu obiektu, jest użycie bezzałogowej platformy latającej, gdyż rozdzielczość zobrazowań wykonanych na niskim pułapie jest na tyle dobra, że pozwala otrzymać zadowalający efekt w postaci chmury punktów. W badaniach wykorzystano integrację danych pozyskanych z niskiego pułapu z dwóch bezzałogowych platform latających, Fly-Tech DJI S1000 i DJI Phantom 3 Advanced - wykorzystując różnego rodzaju misje - z danymi zarejestrowanymi naziemnym skanerem laserowym Leica ScanStation P40. Zintegrowanie danych obyło się poprzez nadanie im wspólnego układu współrzędnych - w tym przypadku układu 2000, dla pomierzonych w terenie techniką GNSS punktów osnowy oraz wykorzystanie do tego celu oprogramowania Cyclone, Metashape i Pix4D. Połączone chmury punktów wykorzystano na cele modelowania 3D obiektu sakralnego w oprogramowaniu CAD firmy Bentley. Określono dokładność, z jaką przebiegła integracja danych oraz błędy wynikające z zastosowania różnych technik pomiarowych. Efektem opracowania jest model 3D Kościoła Matki Bożej Pocieszenia, znajdującego się w Krakowie na osiedlu Sportowym.

Słowa kluczowe

EN

terrestrial laser scanning; UAV; unmanned aerial vehicles; data integration; 3D model

PL

skaning laserowy naziemny; BSP; bezzałogowy statek powietrzny; integracja danych; model 3D

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 68, nr 4
• Strony: 311--330
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kwoczyńska Bogusława

• University of Agriculture in Krakow, Faculty of Environmental Engineering and Land Surveying, Krakow, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7230-5397

autor

Małysa Bogumił

• RemoteCraftsmen Krakow, Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] R. Al-Tahir, “Integrating UAV into Geomatics Curriculum”, in ISPRS International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2015, vol. XL-1-W4, pp. 387-390.
• [2] M. Bernat, A. Janowski, S. Rzepa, “Studies on the use of terrestrial laser scanning in the maintenance of buildings belonging to the cultural heritage”, 14th SGEM GeoConference on Informatics, Geoinformatics and Remote Sensing, 2014, vol. 3, pp. 307-318; DOI: 10.5593/sgem2014/b23/s10.039.
• [3] K. Michałowska, Ed., Modelowanie i wizualizacja danych 3D na podstawie pomiarów fotogrametrycznych i skaningu laserowego. Rzeszów: WSIE, 2015, ISBN 978-83-60507-29-2.
• [4] W. Boehler, A. Marbs, “3D Scanning and Photogrammetry for Heritage Recording: a Comparision”, in: Proceedings of the 12th International Conference of Geoinformatics. Gavle University Press, 2004, ISBN: 91-974948-1-X, pp. 291-298.
• [5] S.J. Buckley, J.A. Howell, H.D. Enge, B.L.S. Leren, T.H. Kurz, “Integration of Terrestrial Laser Scanning, Digital Photogrammetry and Geostatical Methods for High-Resolution Modelling of Geological Outcrops”, in The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, vol. 36, part B. Dresden, Germany, 2006.
• [6] R. Cantoni, G. Vassena, C. Lanzi, “Laser Scanning and Traditional Survey Integration to Build a Complete 3D Digital Model of Sagrestia dell’Archivo di Stato a Mantova”, in Proc. CIPA-ISPRSWorkshop on Scanning for Cultural Heritage Recording, Korfu, Greece 2002. 2002, pp. 105-114.
• [7] H. Eisenbeiss, M. Sauerbier, “Investigation of UAV systems and flight modes for photogrammetric applications”, Photogrammetric Record, 2011, vol. 26, no. 136, pp. 400-421; DOI: 10.1111/j.1477-9730.2011.00657.x.
• [8] N.M. Figueira, I.L. Freire, O. Trindade, E. Simoes, “Mission-oriented sensor arrays and UAVs; a case study on environmental monitoring”, in: ISPRS International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2015, vol. XL-1/W4, pp. 305-312; DOI: 10.5194/isprsarchives-XL-1-W4-1-2015.
• [9] S. Mikrut, E. Głowienka, Eds., Fotogrametria i skaning laserowy w modelowaniu 3D. Rzeszów: WSIE, 2015, ISBN 978-83-60507-26-1.
• [10] T. Gorecki, P. Penkała, ”Modelowanie bryłowe i powierzchniowe w systemach CAD/CAM”, Postępy Nauki i Techniki, 2010, no. 4, pp. 75-84.
• [11] A. Guarnieri, F. Remondino, A. Vettore, “Digital Photogrammetry and TLS Data Fusion Applied to Cultural Heritage 3D Modelling”, in The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, vol. 36, part B. Dresden, Germany, 2006.
• [12] M. Kędzierski, P. Walczykowski, A. Fryskowska, “The monthly geoinformation Laser Scanners appendix”, Appendix Geodeta Magazine, Scanning Monuments, 2008, pp. 36-38.
• [13] B. Kwoczyńska, U. Litwin, P. Obirek, I. Piech, J. Śledź, “The Use of Terrestrial Laser Scanning in Surveying Historic Buildings”, IEEE Xplore, 2016, pp. 263-268; DOI: 10.1109/BGC.Geomatics.2016.54.
• [14] B. Małysa, “Integracja danych z UAV i naziemnego skaningu laserowego wykorzystana w opracowaniu modelu 3D obiektu sakralnego”, M.A. thesis, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, 2019.
• [15] A.J.S. McGonigle, A. Aiuppa, G. Giudice, G. Tamburello, A.J. Hodson, S. Gurrieri, “Unmanned aerial vehicle measurements of volcanic carbon dioxide fluxes”, Geophysical Research Letters, 2008, vol. 35, no. 6; DOI: 10.1029/2007GL032508.
• [16] S. Mikrut, A. Moskal, U. Marmol, “Integration of image and laser scanning data on selected example”, Image Processing & Communication, 2014, vol. 19, no. 2-3, pp. 37-44.
• [17] B. Mitka, A. Rzonca, “Integration of photogrammetric and 3D laser scanning data as a flexible and effective approach for heritage documentation”, presented at 3rd ISPRS International Workshop 3D-ARCH, 2012.
• [18] K. Pyka, A. Rzonca, “Badanie jakości radiometrycznej ortofotogramów sporządzonych na drodze integracji fotogrametrii bliskiego zasięgu i skaningu”, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, 2006, vol. 16, pp. 512-526.
• [19] F. Remondino, S. El-Hakim, S. Girardi, et al., “3D Virtual Reconstruction and Visualization of Complex Architectures”, International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 2009, vol. XXXVIII-5/W1, pp. 1-9.
• [20] A. Rizzi, F. Voltolini, F. Remondino, S. Girardi, “Heritage recording and 3D modeling with photogrammetry and 3D scanning”, Remote Sensing, 2011, vol. 3, no. 6, pp. 1104-1138; DOI: 10.3390/rs3061104.
• [21] M.S. Quintero, J.L.L. Garcia, B.V. Genechten, 3D Risk Mapping Theory and Practice on Terrestrial Laser Scanning. Training Material Based on Practical Applications. Universidad Politecnica de Valencia, Spain, 2008.
• [22] A. Wójcik, P. Klapa, B. Mitka, I. Piech, “The use of TLS and UAV methods for measurement of the repose angle of granular materials in terrain conditions”, Measurement, 2019, vol. 146, pp. 780-791; DOI: 10.1016/j.measurement.2019.07.015.
• [23] [Online]. Available: https://pl.wikipedia.org/wiki/Modelowanie_(3D).
• [24] [Online]. Available: https://www.cyfrowe.pl/.