Labor für optische 3D-Messtechnik

Die Photogrammetrie ist ein berührungsloses Messverfahren, bei dem räumliche Informationen von Objekten aus photographischen Aufnahmen gewonnen werden. Je nach Einsatzort der Kamera spricht man im Wesentlichen von Aerophotogrammetrie oder terrestrischer Photogrammetrie. Die Anwendungsgebiete reichen von der Einzelbildauswertung zur Erfassung von Gebäudefassaden bis hin zur 3D Rekonstruktion von Geländeoberflächen oder komplexen Gebäuden.

Das Laserscanning dient der effizienten Erfassung der Objektgeometrie. Hierbei wird die Oberfläche mit vielen Messpunkten erfasst. Das Ergebnis ist eine 3D-Punktwolke, welche für die weitere Analyse oder Modellierung in CAD zur Verfügung steht. Die Anwendungsbereiche reichen von der terrestrischen Erfassung (TLS) von Immobilien (BIM) über die mobile, fahrzeuggetragene Messung (Strassenvermessung) bis hin zum flugzeuggetragenen Airborne Laserscanning zur Geländeerfassung.

Anstelle der Erfassung von Objektgeometrie (Photogrammetrie) steht in der Fernerkundung die Auswertung der Objektbedeutung im Fokus. Zur sicheren Unterscheidung von Objekten werden durch die Sensoren neben dem sichtbaren Licht (RGB) auch Informationen aus dem nicht sichtbaren Teil des Spektrums aufgezeichnet (Nahes und Thermales Infrarot). Neuartige Ansätzen wie die"Object Based Image Analysis" (OBIA) ermöglichen Anwendungsfälle wie die Änderungsdetektion von Bebauung im innerstädtischen Bereich oder die automatisierte Landbedeckungsklassifikation zur Aktualisierung amtlicher Geodatenbestände.

Verfahren wie das Structure from Motion (SfM) ermöglichen die effiziente und genaue Erfassung von Objektgeometrien. Aufnahmen aus der Luft ergänzen dabei oft TLS Messungen vor Ort. Grundlegende Voraussetzung hierfür sind passende Kamerasysteme und Unmanned Aerial Vehicles (UAV) als Sensorträger. Seit 2009 wurden hierzu Systeme der Firmen Microdrones, AirRobot, Multirotor und Hexapilots eingesetzt. Derzeit verfügt das Labor über HexaCopter mit bis zu 2,5 kg Nutzlast und diverse teilweise angepasste Kamerahalterungen für Nadir und Dual-Schrägaufnahmen sowie Video und Thermalaufnahmen.

Mit dem Verfahren zur Interferometrie auf langen Basislinien (VLBI) können Strecken zwischen Radioteleskopen auf unterschiedlichen Kontinenten im Millimeterbereich bestimmt werden. Allerdings unterliegt die Stahlkonstruktion des Hauptreflektors eines Teleskops Lastwechselreaktionen, wenn die Antenne geneigt wird, um einer Signalquelle (Quasar) während der Messung zu folgen. Zwischen einer horizontalen Ausrichtung und der Blickrichtung in den Zenit (Opferschalenstellung) kann sich der Brennpunkt des Antennenparaboloids um einige Millimeter ändern. Um solche geringen Änderungen messtechnisch berührungslos zu erfassen, wird standardmäßig die Photogrammetrie eingesetzt. Der Einsatz von Unmanned Aerial Vehicle (UAV) ermöglicht die Positionierung einer Kamera an nahezu jede beliebige Stelle. Mit einer geeigneten Kamera und einem Hexacopter wurde eines der Onsala Twin Telscopes (OTT) beflogen und gemeinsam mit Wissenschaftlern der Frankfurt Universtity of Applied Sciences und dem Chalmers University of Technology in Onsala ausgewertet.

www.researchgate.net/publication/336123626_Gravitational_deformation_of_ring-focus_antennas_for_VGOS_first_investigations_at_the_Onsala_twin_telescopes_project

Evaluierung des Potentials multispektraler Punktwolken und deren Erfassung mit multispektralen Airborne Laserscannern.

Projektpartner: Bundesamt für Kartografie und Geodäsie

Die eingesetzte Sensorik hat einen hat einen maßgeblichen Einfluss auf die Genauigkeit der Bildmessung und damit auch auf alle abgeleiteten Produkte wie Punktwolken oder Oberflächenmodelle. Im Labor werden hierzu regelmäßig unterschiedliche Sensoren überprüft und auf Testfeldern verglichen.

MTF Funktionen und Auswirkungen der Bildqualität eines Sensors auf die Qualität von 3D-Punktwolken. Quelle: aus Ansgar Greiwe, Ralf Gehrke (2013): Foveon Chip oder Bayer Pattern-geeignete Sensoren zur Aerophotogrammetrie mit UAS.

Erschienen in: Luhmann, T. & Müller, C.(Hrsg.): Photogrammetrie, Laserscanning, Optische 3D-Messtechnik-Beiträge der Oldenburger 3D-Tage 2013,Wichmann Verlag, S. 334-343

Oberflächenvergleich an einem Testfeld, Quelle: Greiwe, A., Peters J., Loesler, M, Eschelbach, C.Spreckels, V. und A. Schlienkamp, (2017): Geeignete Kameras zur Geländeaufnahme durch UAS.

Erschienen in: Luhmann, Müller (Hrsg.): Photogrammetrie–Laserscanning-Optische 3D-Messtechnik, Beiträge der Oldenburger 3D-Tage 2017

Die vorliegende Punktwolke basiert auf einer UAV Befliegung vom 16.04.2021. Für die Berechnung wurden insgesamt 2460 Senkrecht und Schrägaufnahmen verwendet.

Punktwolke des UAV Testfeldes aufrufen

Die vorliegende Punktwolke basiert auf einer Abschlußarbeit der Hochschule Bochum in Kooperation mit der Soester Dombauhütte und dem Vermessungsbüro Ludwig und Schwefer aus dem Frühjahr 2019. Aufgabenstellung war eine Deformationsanalyse im Innenraum der Kirche.

Punktwolke der Wiesenkirche zu Soest aufrufen

Für die Flugplanung der photogrammetrischen Aufnahme durch UAV wurden die Radioteleskope in Wettzell in dem Forschungsprojekt per TLS aufgenommen. Mit den erhobenen Daten konnten Flugradien und Abstände vom Teleskop direkt in die Flugplanungssoftware übernommen werden.

Punktwolke eines 13m Radioteleskops aufrufen

Punktwolke eine 20m Radioteleskops aufrufen

Die Punktewolke einer Saline aufrufen

Mit dem Team der Verkehrsunfallaufnahme der Polizei Düsseldorf wurde im März 2021 eine nachgestellte Unfallszene auf einer still gelegten Autobahn im Rahmen einer Übung photogrammetrisch erfasst. Das traditionelle Einzelbildverfahren, die Aufnahme per TLS und die photogrammetrischen Erfassung per UAV wurden in dieser Übung verglichen.

Punktwolke der Unfallaufnahme aufrufen.

Die vorliegenden Daten wurden im Rahmen der 3D Capture Tage 2022 von der Vertieferstudenten erhoben.

Die Punktwolke des Ludwig Becker Platzes aufrufen.

Die vorliegenden Daten wurden im Rahmen der 3D Capture Tage 2022 von den Vertieferstudenten erhoben.

Die Punktwolke der Orangerie aufrufen.

Die vorliegenden Punktwolke basiert auf einer Befliegung aus dem Jahr 2017.

Die Punktwolke der Zeche Zollern aufrufen.

Die vorliegenden Daten wurden im Rahmen der 3D Capture Tage 2023 von den Vertieferstudenten erhoben.

Die Punktwolke der Schachtanlage aufrufen

In einem Forschungsprojekt des BKG wird das Potential multispektraler Punktwolken und deren Erfassung mit multispektralen Airborne Laserscannern untersucht. Neben der geometrischen Analysewerden auch die spektralen Eigenschaften der aufgezeichneten Punktwolken für Filterungen und Klassifikationen genutzt.

Mit der RAG Aktiengesellschaft wird seit Jahren das multisensorale Geomonitoring erforscht. Aktuelle Beispiele für die Kooperation ist die Beteiligung an zwei Forschungsvorhaben, „Nutzung eineshochgenauen GNSS-Monitoringnetzes für das UAV gestützte Geomonitoring im Bereich desAltbergbaus (UAV-GeoRef)“ und die „3D Erfassung untertägiger Hohlräume“. Hierbei steht die Erprobung von Messkonzepten, Sensorauswahl und Genauigkeitsanalysen zur Kombination von TLS und SfM im Fokus.

Tagesbrüche in der Reliefdarstellung. Quelle: Spreckels, V., Schlienkamp, A., Greiwe, A. und L.Eberhardt (2016): Eignung von ALS, Aero-und UAS-Photogrammetrie zur Früherkennung undErfassung von Tagesbrüchen. 36. Wissenschaftlich-Technische Jahrestagung der DGPF, At Bern, CH,Volume: Band 25, 2016; ISSN 0942-2870

Objektbasierte Bildanalyse, insbesondere Change Detection in urbanen Gebieten mit amtlichen Luftbilddaten (Change 3D).

Für das Anwendungsgebiet der Stadt Herne wird aus den Bilddaten unterschiedlicher Jahrgänge ein Oberflächenmodell abgeleitet. Innerstädtische Änderungen im Gebäudebestand können so mit einem Regelkatalog aus der objektbasierten Bildanalyse detektiert werden.

Am 14.11.2023 besuchten die Masterstudierende des Moduls Industrielle Messtechnik im Rahmen einer Exkursion die Firma Sigma3D in Gescher. Nach einer Begrüßung durch den Geschäftsführer Herrn Frank Mönsters wurden in einer ausführlichen Präsentation verschiedene Projekte der letzten Jahre vorgestellt. Dabei wurde auf die besonderen Verfahren und Problemstellungen der industriellen Messtechnik eingegangen und die entsprechenden Lösungen anschaulich dargelegt. Nach einer kurzen Mittagspause wurden im firmeneigenen Messraum unterschiedliche Messverfahren wie Streifenlichtprojektion, taktiler Messarm und auch Triangulationscanner vorgestellt und im praktischen Einsatz gezeigt.

Link zur Firma Sigma3D

Vom 30.06 – 02.07.2023 fand mit 12 Studierenden des 6. Semesters aus dem Fachbereich Geodäsie die Exkursion des Vertiefungsmoduls „Optische 3D-Messtechnik III“ in Oberhausen, Sterkrade statt. Unter der Leitung von Prof. Ansgar Greiwe und Dipl.-Ing. Rainer Brechtken hatten die Studierenden in diesen 4  Tagen die Aufgabe, den stillgelegten Förderturm der Zeche Sterkrade mit den Mitteln der Photogrammetrie und des Laserscanning vollständig zu erfassen. Im Vordergrund stand hierbei, den Projektablauf und das Arbeiten im Team über mehrere Tage hinweg durchzuführen.

Es wurden verschiedene Gruppen gebildet. Eine war für die Erfassung des Gebäudes, innen und außen, mittels TLS zuständig, eine andere für das Messen eines hochgenauen Netzes. Der Komplex wurde zudem mit verschiedenen UAV und unterschiedlichen Kamerasystemen beflogen und im Inneren des Gebäudes wurden kleinere Konstruktionselemente mit photogrammetrischen Methoden im Detail erfasst. Die Auswertung erfolgte durch die Studenten teils schon vor Ort und anschließend im Labor für Optische 3D Messtechnik in Bochum.

Vom 07.06 – 10.06.2022 fand mit 7 Studierenden des 6. Semesters aus dem Fachbereich Geodäsie die Exkursion des Vertiefungsmoduls „Optische 3D-Messtechnik III“ in Nordkirchen statt. Unter der Leitung von Prof. Ansgar Greiwe und Dipl.-Ing. Rainer Brechtken hatten die Studierenden in diesen 4 intensiven Tagen die Möglichkeit, zwei große Projekte in den Bereichen Photogrammetrie und Laserscanning eigenständig zu bearbeiten. Im Vordergrund stand hierbei, den Projektablauf von der Auftragserteilung bis zur Abgabe der Ergebnisse vollständig zu begleiten.

Die erste Aufgabe bestand in der Aufnahme eines zentralen Platzes in Nordkirchen. Der Ludwig-Becker Platz wird für Fest und touristische Aktivitäten sowie Märkte genutzt. Als Planungsgrundlage solcher Aktivitäten sollte ein 3D-Modell erstellt werden, in dem nachträglich Messungen möglich sind. Mittels Laserscanning erfassten die Studierenden mithilfe der zwei terrestrischen 3D-Laserscannern der Hochschule Bochum den gesamten Ludwig-Becker-Platz und die Außenfassade der angrenzenden St. Mauritius Kirche. Die Punktwolke wird auf den Seiten des Labors online gestellt und steht so für Analysen der Gemeinde Nordkirchen zur Verfügung.

Des Weiteren stand für die Studierenden die erste UAV-gestützte photogrammetrische Erfassung innerhalb des Studiums auf dem Plan. Um dieses Projekt flugrechtlich korrekt durchzuführen (Außenbereich) wurde die Oranienburg, welche unmittelbar an das Schloss Nordkirchen angrenzt, gewählt. Für die Ergänzung der Bildflugdaten hat eine Teilgruppe der Studierenden eine photogrammetrische Fassadenaufnahme durchgeführt, welche gemeinsam mit den Bildflugdaten noch vor Ort ausgewertet wurde. Nach erfolgreicher Auswertung lag eine detailgetreue 3D-Punktwolke vor, welche nun der Beweissicherung oder auch als Grundlage für eine detaillierte 3D-Modellierung dienen kann.

Als drittes Projekt haben zwei Studierende im Auftrag der Gemeindeverwaltung eine Sichtbarkeitsanalyse für verschiedene Standort zukünftiger Windkraftanlagen durchgeführt. Hierbei entstand neben den „traditionellen“ 2D-Karten der Sichtbarkeitsanalyse auch ein 3D Modell mit den potenziellen Standorten der Windkraftanalagen. Dazu wurden die im Netz frei verfügbaren Geländeoberflächen des Landes NRW in eine anschauliche 3D-Punktwolke des gesamten Gebietes überführt. In der Punktwolke kann der Betrachter nun an beliebige Stellen „fliegen“ und prüfen, ob die Windkraftanlagen von dem gewählten Standort sichtbar sind. Eine 3D-Applikation dient nun der Gemeindeverwaltung zur konkreten Visualisierung der Windkraftanlagen, mit einer hohen Flexibilität für nachfolgende Analysen oder Bürgerbeteiligungen.

Abschließend wurden sämtliche Ergebnisse dem Verwaltungsleiter der Gemeinde Nordkirchen im Rahmen eines Ortstermines präsentiert

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On Thursday 28th of October, as a part of the course „Industrial Metrology“, we headed to the company named Sigma3D to see industrial geodesy in action and to bring life to everything we learned in lectures so far.

We gathered at 8:30 on a bright sunny day and arrived at the spot after a 1 hour drive. There we were greeted by Mr. Frank Mönsters (CEO of sigma 3D and a also former student of Hochschule Bochum). After a pleasant chat and warm cup of coffee, the presentation began, informing us of Sigma3D's history, headquarters, customer profile, required precision and the neccessary measurement equipment used in industrial metrology projects. We were shown photo and video material from the sites and given a thorough explanation of servereal use cases and sigma 3D’s worldwide projects. By visiting their laboratory, we saw a 3D hand held scanner, laser trackers and a structured light scanner. In a hands on example, we tried to capture a 3D model of a salt crystal. After a lunch break, we looked at the footage from field work at different VLBI telescopes around the world.

After this interesting insight and a few group photos later, it was time to head back home. This valuable experience will certainly help us to better understand the course.

Bernarda Pinjatela

Auf die Einhaltung der Coronaregeln wurde geachtet!

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Am 22. Januar 2020 besuchten Studierende des Fachbereichs Geodäsie (Vertiefung
Photogrammetrie) die RAG in Herne. Dort wurden in praktischen Beispielen und Vorträgen die
einzelnen Tätigkeitsfelder der Gruppe Fernerkundung vorgestellt. Fachgebiete wie Photogrammetrie,
Fernerkundung und Anwendungen wie die Erfassung untertägiger Hohlräume und Monitoring per
GNSS und Radar wurden in der praktischen Anwendung vorgeführt. Zudem wurden auch die
Forschungstätigkeiten der RAG präsentiert. Für die TeilnehmerInnen bot sich die Möglichkeit für
persönliche Gespräche, um die Durchführung einer Praxisphase bei der RAG zu konkretisieren. Wir
möchten uns für den informativen und angenehmen Aufenthalt bei Herrn Schlienkamp und seinen
Mitarbeitern bedanken.

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Exkursion des Photogrammetrie- und Laserscanningvertiefungskurses zu den 19. Oldenburger 3D- Tagen

Zum Abschluss des Wintersemesters 2019/2020 fuhren wir, die „Photovertiefer“, zusammen mit unserem Professor Herrn Greiwe und Herrn Brechtken, zu den 19. Oldenburger 3D-Tagen, die dort jedes Jahr an der Jade-Hochschule stattfinden.
Früh morgens um 6 Uhr ging es am 5. Februar 2020 mit dem Fachbereichsbulli hoch in den Norden, so dass wir pünktlich zur Begrüßung und den ersten Fachvorträgen dort ankamen. Die Vorträge gaben uns nochmal einen weitgreifenden Einblick, in welchen Bereichen Photogrammetrie und Laserscanning
angewendet wird. So behandelten einige Vorträge die klassischen Vermessungsaufgaben, wie zum Beispiel Deformationsmessungen an einem Radioteleskop, einige Vortragende machten sich aber auch die Genauigkeit des Verfahrens zu Nutze, um alte römische Münzen zu vermessen und auf Grund deren
Abnutzungsgrad und das Wissen über den Fundort die damalige Feldzugsroute nachzuvollziehen.
Zwischen den Vorträgen blieb genug Zeit, um sich über das Gehörte auszutauschen und mit anderen Firmen und Ausstellern ins Gespräch zu kommen. Am Abend fand das klassische gemeinsame Grünkohlessen in der Weser-Ems-Halle statt. Im Anschluss daran bot sich noch einmal die Gelegenheit, Bekannte wiederzutreffen oder neue Kontakte zu knüpfen und nett zu plaudern.
Am nächsten Morgen begannen die Vorträge wieder um 9 Uhr und beinhalteten weitere spannende Themen. Eine Firma stellte beispielsweise ihren Unter-Wasser-Laserscanner vor, an dem sie gerade arbeiten und erklärte, welche Probleme sie bereits behoben hatten und wie er weiter optimiert werden sollte.
Auf der Rückfahrt nach Bochum konnten wir uns im Bulli noch weiter über unsere Eindrücke mit Herrn Brechtken austauschen und kamen schließlich um 18 Uhr wieder in Bochum an.
An dieser Stelle möchte sich der gesamte Vertiefer-Kurs bei Herrn Greiwe und Herrn Brechtken bedanken, dass sie uns im Anschluss an das Semester die Möglichkeit gegeben haben, sie zu dieser Veranstaltung zu begleiten und diese Erfahrung zu sammeln.

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Veröffentlichungen von Prof. Dr. Greiwe finden Sie auf https://www.hochschule-bochum.de/fbg/team/greiwe/

Veröffentlichungen von Dipl.-Ing. R. Brechtken finden Sie auf www.hochschule-bochum.de/fbg/team/brechtken/