Scantra - Beyond clouds

Scantra ist ein Programm zur automatischen Registrierung von Laserscan-Punktwolken auf Grundlage von identischen Ebenen und Punkten. Es wurde für die Verarbeitung von sehr großen Projekten mit hunderten bis zu tausenden Scans entwickelt, das mit sehr hoher Genauigkeit (jenseits des Fehler-Budgets von ICP-basierten Lösungen) arbeitet. Typische Anwendungen sind die Bestandsdokumentation, das Baufortschrittsmonitoring oder Deformationsmessungen. Scantra ist die einzige am Markt verfügbare Software, die den hohen Ansprüchen der Ingenieurgeodäsie gerecht wird, da ausführliche und aussagekräftige Qualitätsmaße bereitgestellt werden. Letztere stammen aus einer hoch-performanten Blockausgleichung, die das Herzstück von Scantra darstellt. Scantra ist in der Lage, hochredundante Registrierungen zu verarbeiten, die aus Schleifenschlüssen oder stabilen Aufnahmekonfigurationen stammen und so zu zuverlässigen Ergebnissen führen.

Be a part of our net – Ihre Vorteile auf einen Blick:

Effizienz – Kürzerer Aufenthalt im Feld durch Reduktion von Zielmarken

Präzision – Verbessertes Fehlerbudget durch Nutzung von Ebenen (statt einzelner Punkten)

Leistung – Prozessierung von tausenden Scans auf Standard-Hardware

Transparenz – Aussagekräftige Berichte für den Qualitätsnachweis basierend auf einer Blockausgleichung

Vorteile

Effizienz Scantra arbeitet auf Grundlage von redundant erfassten Arealen in Punktwolken und ist damit nicht auf künstliche Zielmarken angewiesen. Die Aufnahmezeit im Feld verringert sich entscheidend, da das Anbringen und Einmessen von Zielmarken entfällt. Dennoch ist Scantra in der Lage, Zielmarken zu verarbeiten, zum Beispiel zur Referenzierung einer registrierten Punktwolke in einem übergeordneten Koordinatensystem. Bei der Bearbeitung großer Projekte ist insbesondere die Auflösung von Widersprüchen im Datenmaterial sehr zeitaufwändig. Hier bietet Scantra einen hocheffizienten, auf mathematischer Statistik beruhenden Algorithmus, zur Lokalisierung von Ausreißern. 

Präzision Im Gegensatz zu punktbasierten Ansätzen, wie dem Iterative Closest-Point Algorithmus (ICP), bildet Scantra Korrespondenzen zwischen Ebenen. Dieser Ansatz reduziert merklich Effekte, die durch die unterschiedliche Punktverteilung im Objektraum hervorgerufen werden. Zusätzlich wird das Fehlerbudget verbessert, da ausgeglichene Ebenen präziser sind als einzelne Punkte.

Performanz Die Datenverwaltung in Scantra basiert auf einem Datenbanksystem, welches die Verarbeitung von tausenden von Scans ermöglicht. Durch die Verwendung von Ebenenparametern anstatt von Punkten wird das Datenvolumen deutlich reduziert: So beansprucht ein Projekt mit 368 Scans 19,86 GB für die Scandateien, während die Scantra-Datenbank lediglich 265 MB belegt. Diese verlustfreie Parameterreduktion ermöglicht die Verarbeitung von sehr großen Projekten mit Standard-Hardware.

Transparenz Ein aussagekräftiger Qualitätsnachweis ist sowohl für den Dienstleister als auch für dessen Auftraggeber von großer Bedeutung. Der abschließende Schritt einers Scantra-Projektes ist eine Blockausgleichung, welche die Informationen aller Stationen berücksichtigt und zu einer optimalen Lösung führt - unabhängig von irgendeiner Berechnungsreihenfolge. Scantra verwendet etablierte und transparente Qualitätsmaße, aus der Theorie der geodätischen Ausgleichungsrechnung.


Der Scantra Workflow

1. Import der Punktwolken

2. Automatische Ebenendetektion in jedem Scan

3. Definieren von Scanpaaren und paarweise Registrierung basierend auf:

  • einem automatischen Ebenenmatching, oder wenn nötig
  • einer manuellen Vorausrichtung gefolgt von einem automatischen Ebenenmatching

4. Blockausgleichung aller Scans in ein gemeinsames Zielkoordinatensystem, beschrieben durch

  • einen Masterscans
  • koordiniertenmäßig bestimmte Zielmarken
  • oder Referenzrahmen bestehend aus Fest-Stationen

Optional kann ein Algorithmus zur Identifizierung von Ausreißern gestartet werden

5. Anwendung der ausgeglichenen Transformationsparameter auf alle Scans

Funktionen

Dateiimport 

  • Binäre Formate: E57 (Universell), zfs (Zoller + Fröhlich), fls (Faro), lps (LupoScan)
  • Ascii Formate: pts (Leica), xyz (frei definierbar)

Dateiexport 

  • Dateiformate: E57 (Universell) oder ascii Format
  • Registrierungsparameter in Datei-Header: E57 (Universell), zfs (Zoller + Fröhlich), lps (LupoScan)

Registrierung

  • Ebenenbasiert
  • Zielmarkenbasiert
  • Ebenen und Zielmarkenbasiert
  • Blockausgleichung (Ebenen und / oder Zielmarken)
  • Bildbasierte Vorregistrierung (Ebenen und / oder Punkte)
  • Verwendung von Vororientierungen (benötigt direkte Georeferenzierung o.ä.)

Qualitätssicherung

  • Paarweise Registrierung: Residuen, Redundanzanteile und normierte Verbesserungen zwischen Punkten und / oder Ebenen
  • Paarweise Registrierung: Grafische Darstellung der verwendeten Ebenen
  • Paarweise Registrierung: Horizontalschnitt
  • Blockausgleichung: Ausgeglichene Registrierungsparameter der Stationen inklusive der Standardabweichungen
  • Blockausgleichung: Residuen und Redundanzanteile für Beobachtungsgruppen und individuelle Beobachtungen
  • Der Inspektor: Browser-Fenster mit den zehn Beobachtungen, welche die größten normierten Verbesserungen aufweisen

Scantra Fallbeispiele

Die wahre Leistungsfähigkeit einer Software zeigt sich bei der Arbeit an praktischen Projekten. In diesem Abschnitt werden daher ausgewählte Fallbeispiele unserer Kunden und Kooperationspartner vorgestellt.

- Zoller + Fröhlich, Wangen im Allgäu: Effiziente Dokumentation von Schloss Johannisburg in Aschaffenburg

- Z&M 3DWelt, Amtzell: Aufmaß eines Rathauses mit ~6000 Scans


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