Praxis und Alltag

Technik und Industrie

Laserscanning

Höchste Genauigkeit mit Lasern und Punktwolken

Ob Tatort, der gesamte Kölner Dom oder auch gesamte Stadtviertel: Heutzutage kannst du Laserstrahlen einsetzen, um Objekte oder Umgebungen Punkt für Punkt abzutasten und zu vermessen. Das Verfahren des Laserscannings zählt zu den modernsten Techniken, die du dafür derzeit nutzen kannst, denn es liefert nicht nur hochgenaue Ergebnisse, sondern lässt sich auch noch vielseitig einsetzen.

Prinzipiell ist ein Laserscanner ein Lineal – aber was für eines. Seine Laserstrahlen tasten Oberflächen zeilenartig oder rasterartig ab, liefern so über das zurückreflektierte Licht eine Laufzeitmessung und können so die Entfernung und den Winkel zu einem Objekt messen. Und das erledigt der Laserscanner rasend schnell, denn in jeder Sekunde kann er die Koordinaten von Hunderttausenden Punkten bestimmen und dabei eine Genauigkeit von bis zu 0,1 Millimetern erreichen. Das Ergebnis ist eine riesige digitale Punktewolke, die anschließend als hoch aufgelöstes 3D-Modell weiterverarbeitet werden kann.

Laserscanner sind dabei quasi überall einsetzbar. Du kannst sie benutzen, um Verbrechen aufzuklären, um realistische Landschaften für Computerspiele und Filme zu erzeugen oder detaillierte dreidimensionale Gebäude- und Stadtmodelle zu erstellen. Von diesen können Architekten, Stadtplaner und Denkmalschützer gleichermaßen profitieren.

So setzen das Bundeskriminalamt sowie praktische alle Landeskriminalämter Laserscanner ein, um die Tatorte von Gewaltverbrechen und Verkehrsunfällen aufzunehmen. Der Vorteil dabei ist, dass das Verfahren berührungslos arbeitet und der Tatort selbst unverändert bleibt. Indem sie ihn abtasten, können sie quasi einen Tatort zum Mitnehmen erschaffen, um den Tathergang später möglichst lückenlos zu rekonstruieren.

Die 3D-Modelle des Laserscannings kommen aber auch häufig für grafische Zeichenprogramme und Virtual Reality Anwendungen zum Einsatz. Architekten können mit lasergescannten Innenräumen und Fassaden besser planen und auch im Denkmalschutz spielt das Laserscanning eine wichtige Rolle. Geodäten können dem Laserscanner auch einen fahrbaren Untersatz verpassen und so für Bauprojekte ganze Tunnelsysteme vermessen.

Du kannst ihn aber auch abheben lassen. Unter der Nase oder dem Rumpf eines Flugzeugs, Helikopters oder Drohne montiert, kann ein Laserscanner beispielsweise alle Gebäudehöhen einer Stadt für 3D-Stadtmodelle messen. Auch Überschwemmungsgebiete oder Waldbestände kann der Laserscanner erfassen, und dabei auch aus der Luft bis zu dreißig Punkte über einen Quadratmeter abtasten. Das ist praktisch, denn wer möchte schon jeden Baum einzeln aufnehmen?

Laserscanning kann helfen, Verkehrsunfälle zu rekonstruieren und aufzuklären.

Technik & Industrie

Wie packt man es, bei einem Tunnelprojekt nicht aneinander vorbei zu bohren? Oder: Warum steht das eigene Regal immer schief, ein 300 Meter hohes Bauwerk aber kerzengerade? Weil überall Geodäten im Spiel waren.

Klima & Umwelt

Was passiert wo, wenn es weiter wärmer wird? Was, wenn sich eine Kontinentalplatte weiter auf eine andere schiebt? Wie ändern sich unsere Lebensbedingungen, wenn wir so weiter machen - oder etwas ändern? Geodäten geben messbare Antworten.

Grund & Boden

Jeder hat schon Geodäten gesehen. Autofahrer bremsen, weil sie an (auffällige!) Radarkontrollen glauben. Kinder bleiben stehen und wollen von ihren Müttern auch eine grellbunte Sicherheitsweste haben. Aber was machen wir da überhaupt?

Apps & Mobilität

Früher meinte der Fahrlehrer nur "Bei der nächsten Gelegenheit rechts ab.". Das genügt heute keinem mehr. Sackgassen, neue Kreisel, Abfahrten, Gebäude - ein modernes Navi weiß einfach alles. Aber nur durch die Geodäten...

Praxis und Alltag

Technik und Industrie

Nahbereichsphotogrammetrie

Jenseits von Fotos: 3D-Objekte im Visier der Geodäten

Mach erst einmal ein Bild! Schließlich wollen Gebäude, Kunstbauten, Felswände, Maschinen oder Industriebauteile geplant, dokumentiert oder berechnet werden. Dabei sind es oft Geodäten, die zunächst die Kamera zücken. Mithilfe der Nahbereichsphotogrammetrie kannst du diese Objekte dreidimensional erfassen und vermessen.

Zunächst einmal ist die Photogrammetrie ein Verfahren der Fernerkundung. Es geht darum, Objekte zu vermessen, also ihre Form oder räumliche Lage herauszufinden, ohne selbst Hand anlegen zu müssen. Dabei rückt die Nahbereichsphotogrammetrie jenseits von Satellitenfotos und topographischen Karten ihren zu vermessenden Objekten recht eng auf die Pelle: Sie sind von wenigen Zentimetern bis zu rund hundert Meter von der Kamera entfernt. Mit dieser wollen Geodäten das Objekt aus allen Richtungen möglichst lückenlos fotografieren, je nach Bedarf auch mit Hebebühnen oder Teleskopmasten.

Anschließend kannst du diese Aufnahmen digital weiterverarbeiten. Sie lassen sich beispielsweise schon oft automatisiert mit CAD-Techniken kombinieren und können so vor allem im industriellen Bereich recht kostengünstig und doch mit hoher Genauigkeit das Objekt in drei Dimensionen am Rechner darstellen.

Die häufigsten Anwendungsfelder der Nahbereichsphotogrammetrie sind daher die industrielle Messtechnik, aber auch in der Medizin, der Biomechanik sowie der Unfallaufnahme spielt sie eine Rolle. In der Architektur und Archäologie nutzt man die Nahbereichsphotogrammetrie für die Bauaufnahme, also zur Dokumentation von Objekten als Grundlage von Umbauten und denkmalpflegerischen Maßnahmen.

Darüber hinaus bietet die Nahbereichsphotogrammetrie aber auch ein wichtiges Nebenprodukt, denn sie kann dazu eingesetzt werden, um Fotografien zu entzerren. Denn obwohl Gebäudefassaden oder Gebäude eigentlich ebene Objekte sind, stoßen hier Kameraobjektive an ihre natürlichen optischen Grenzen und können diese nicht so aufnehmen, wie sie in der Wirklichkeit aussehen. Mithilfe der Nahbereichsphotogrammetrie kannst du beispielsweise eben jene Gebäudefassaden so auf eine Fläche projizieren, dass die Abstände im Bild in die tatsächlichen Längen und Abstände umgerechnet werden können.

Hat die Autotür eine Delle? Das kannst du mithilfe der Nahbereichsphotogrammetrie herausfinden.

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Crashtests

Erste Hilfe für den Crashtest-Dummy

Bevor ein neues Fahrzeug auf den Straßenverkehr losgelassen wird, muss es erst einmal den ein oder anderen Test über sich ergehen lassen – inklusive Crashtests. Auf den ersten Blick mögen die Geodäsie und die absichtliche Zerstörung von Autos zwar nicht viel miteinander zu tun haben. Der zweite Blick aber zeigt, dass auch bei Crashtests räumliche Informationen eine große Rolle spielen.

Du kennst die Videos: ein Dummy, ordentlich angeschnallt, aber glücklicherweise nicht lebendig, um ihn herum ein Auto. Das Auto rast auf eine Wand zu, der Dummy schnellt nach vorne in den sich öffnenden Airbag. Das Auto mag hinterher Schrott sein – allerdings Schrott, der seinem Hersteller wichtige Informationen liefert. Denn dieser führt derartige Tests durch, um herauszufinden, wie genau sich das Fahrzeug in unterschiedlichen Kollisionssituationen verhält. Somit liefern Crashtests entweder die Bestätigung der gewünschten Fahrzeugsicherheit, wenn statt Dummys du selbst darin Platz nehmen solltest, oder aber sie decken Schwachstellen auf, die behoben werden müssen. Solche Crashtests finden meistens in speziellen Versuchsanlagen statt, in denen das Fahrzeug gegen verschiedene Hindernisse gelenkt wird. Du kannst Spezialkameras nutzen, um genau zu verfolgen, wo sich das Fahrzeug wie unter den verschiedenen Bedingungen verformt und deformiert. Handelt es sich um ein starres Hindernis, wie ein Betonpfeiler oder eine Wand, oder um eines, das selbst verformt werden kann wie ein anderes Fahrzeug? Auch die Geschwindigkeit spielt eine Rolle. Du kannst mit optischen 3D-Messmethoden quasi Geoinformatik im Miniaturformat betreiben und so genau herausfinden, wie es den Insassen im Fahrzeug bei einem solchen Crash ergeht. Dummy-Insassen und Fahrzeug sind nämlich mit optisch erfassbaren Messpunkten ausgestattet, welche die Spezialkameras erfassen können. Solche Messmethoden machen nicht nur Fahrzeuge, sondern auch Flugzeuge und Schiffe sicherer – und haben schon so manches Leben gerettet.

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Building Information Modelling

3D Modell statt 2D Bauplan

Bevor der erste Spatenstich gesetzt ist, kannst du in deinem künftigen Heim bereits auf Erkundungstour gehen, einen Blick aus dem Fenster werfen, ein wenig Inneneinrichtung planen, und welche Leitungen verstecken sich eigentlich wo hinter der Wand? BIM macht es möglich.  BIM will weg von zweidimensionalen Bauplänen und hin zum digitalen 3D Modell, das weit mehr als nur die reine Geometrie liefert, sondern das gesamte Vorhaben ganzheitlich erfasst. Mitten drinnen bei BIM: Geodäten, die mit ihren Messverfahren die raumbezogenen Daten eines Gebäudes festlegen und das Gebäudemodell updaten.

Das Building Information Modelling, kurz BIM, ist eine kleine Revolution im Bauwesen. Alle Beteiligten an einem Bauvorhaben stellen ihre gesamten Daten und Pläne zentral in einem einzigen Modell zu Verfügung. Die Liste dieser Beteiligten ist lang, umfasst Architekten, Elektroingenieure,Haustechniker,Bauingenieure,Umweltingenieure, Bauunternehmer,Tragwerksplaner... und natürlich die Geodäten.

Somit ist BIM vor allem eine Methode, die dafür sorgen soll, dass die richtige Information zur richtigen Zeit bei der richtigen Person landet – was durchaus hilft, böse Überraschungen zu vermeiden. Hat es sich der Bauherr vielleicht anders überlegt und möchte größere Fenster haben? Mit BIM muss dies nur noch an einer Stelle zentral geändert werden und schon greift diese Änderung auf alle beteiligten Bereiche über. Schließlich sind größere Fenster nicht nur eine optische Entscheidung, sondern auch der Statiker und der Haustechniker würden gerne davon erfahren. Mit BIM kannst du so unmittelbar neue Leitungswege (Steckdose weiter links!), Kostenkalkulationen (Steigen die Heizkosten?) und Zeitpläne (Sind die Fenster überhaupt schon lieferbar?) erstellen.

BIM soll ein effizientes Arbeiten ermöglichen, egal ob bei einem Reihenhaus, einem Schulgebäude oder einem ganzen Flughafen. Das möchte beispielsweise auch die Deutsche Bahn, die derzeit den Umbau des Hauptbahnhofs in Hannover plant – mit BIM erreichen. Als Geodät bist du dabei von Anfang an mit von der Partie, denn schon für Bestandsaufnahme und die Erfassung der Gebäudegeometrie setzt du Laserscanner ein, um an 120 Standorten den Bahnhof komplett digital zu erfassen. Das Ergebnis ist eine Punktwolke gigantischen Ausmaßes und eine fotorealistische Erfassung des Bahnhofs. Diese Daten bilden die Grundlagen für das gesamte weitere Modell. Mit BIM will die Bahn den Umbau so kurz und damit auch die Beeinträchtigungen dadurch für ihre Kunden so gering wie möglich halten.

BIM bedeutet parallele Planung statt einem einem Schritt nach dem anderen, ein übergreifendes Gesamtmodell statt einzelner Pläne und ein virtuelles Bauen lange vor dem ersten Spatenstich. Für uns Geodäten ändern sich dadurch in Zukunft viele Dinge. Vor allem aber macht BIM unseren Beruf durch den Einsatz modernster Mess- und Auswertetechnologien und durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit mit Bauingenieuren und anderen Beteiligten umso spannender.

Dieses BIM-Modell zeigt das Fakultätsgebäude für Bauingenieurwesen der RWTH Aachen.

Dabei steckt in dem Modell aber weit mehr als nur die reine Geometrie des Gebäudes.

Quelle: http://www.gia.rwth-aachen.de/BIM

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Technik und Industrie

Überwachungsmessungen

Damit alles in seiner Form bleibt

Die Welt hält nicht still. Kein Wunder, dass sich nicht nur Hänge, Gletscher oder die gesamte Erdkruste im Laufe der Zeit verschieben und verformen. Hochhäuser, Brücken, Stauanlagen und Maschinen- und Industrieanlagen sollten im Idealfall zwar stillhalten, sind aber doch keine starren Gebilde. Wenn Geodäten diese Tatsache nicht ständig im Blick behielten, könnten solche Objekte zu einem massiven Sicherheitsrisiko werden.

Geodäten wäre das mit dem Schiefen Turm von Pisa wohl nicht passiert. Zumindest aber wäre es ihnen rechtzeitig aufgefallen. Nicht nur historische Türme in Italien, sondern auch Ingenieurbauwerke oder natürliche Objekte wie etwa Hänge oder Gletscher müssen heutzutage überprüft werden: Kann ein Mensch sie betreten? Wird die Staumauer den nächsten Unwettern Stand halten? Ist es eine gute Idee, den Schiefen Turm zu erklimmen? Die Antworten auf diese Fragen liefern geodätische Überwachungsmessungen.

Denn, um beim Beispiel der Staumauer zu bleiben: Sie versagt nicht von heute auf morgen, urplötzlich und ganz ohne Warnung. Stattdessen verrät sie sich durch kleinste geometrische Veränderungen, ein kleiner Riss hier, eine winzige Verschiebung dort. Du kannst diese Warnhinweise mit den passenden Überwachungsmessungen rechtzeitig aufspüren und so erforderliche Gegenmaßnahmen einleiten.

Dabei kannst du je nach Objekt – Brücke, Staumauer, Schiefer Turm? - ganz unterschiedliche Messtechniken und Methoden nutzen. Eine Brücke, die wie die Rügenbrücke zwischen der Insel Rügen und Stralsund mitten im Wasser steht, sollte beispielsweise regelmäßig auf ihre Standsicherheit überprüft werden. Dabei misst du nicht nur die wechselnden Wasserstände, sondern musst auch die Aus- und Wechselwirkungen der Verkehrslast, der Windlast sowie der ständigen Temperaturänderungen vermessen und beurteilen.

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Hier überprüfen Geodäten, ob sich an der Höhe dieses Bauwerks etwas geändert hat.

Da es sich dabei um ein Wehr handelt, wäre das nämlich eher schlecht,

da es dann nicht mehr ohne Weiteres funktionstüchtig wäre.

Quelle: GeoInformation Bremen

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