Optimierung terrestrischer Lasersacnning (TLS) Netze auf Basis der Sensitivitätsanalyse

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Schwieger
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536596365

Sensitivitätsanalyse, wie sie in der Ingenieurgeodäsie verstanden wird, beschäftigt sich mit der Möglichkeit die auf einem angenommenen Deformationsmodell (Festkörperbewegungen und Verformungen) basierten Deformationen, zu detektieren. In diesem Projekt werden diese Deformationen mittels Terrestrischen Laserscanning (TLS) von verschiedenen Standpunkten erfasst. Die Herausforderung ist die Entwicklung einer multi-kriteriellen Optimierungsmethode für das geodätische Design 1. Und 1. Ordnung Ordnung eines TLS Netzes. Dieses umfasst die Anzahl und Positionen der TLS Standpunkte, aber auch der Scaneinstellungen wie z.B. bzw. Aufnahmerate und Winkelschrittweite. Die Optimierung erfolgt hinsichtlich Vollständigkeit und Sensitivität. Die Optimierungsergebnisse können bereits in der Planungsphase zur Verfügung gestellt werden. Die entwickelte Optimierungssoftware soll auf beliebige Objektgeometrien und Deformationsmodelle ausgelegt sein. Sicherstellung der Vollständigkeit bedeutet, dass alle Oberflächen, Kanten und Ecken des Objektes in der Gesamtpunktwolke sichtbar sind und eine ausreichende Überlappung der einzelnen Scans zur Registrierung vorhanden ist. Die Vollständigkeitsoptimierung wird mit Greedy Algorithmen, gemischte linearer Programmierung oder metaheuristischen Ansätzen eine minimale Anzahl an TLS Standpunkten zusammen mit deren Positionen (drei-dimensionale Koordinaten) liefern. Dieses dient als Startlösung für die Sensitivitätsoptimierung. Die Zielfunktion der Optimierung wird die Determinante der Kovarianzmatrix in Richtung des Deformationsmodells sein. Hierfür muss auch die Genauigkeit der Objektpunkte jedes TLS Standstandpunktes mittels der Parameter Rotationsgeschwindigkeit, Winkelschrittweite, Einfallswinkel und Objekt-Scanner-Entfernung-optimiert werden. Diese Parameter werden die Sensitivität hinsichtlich Deformationen beeinflussen. Ein metaheuristischer Ansatz (z.B. genetische Algorithmen oder simulated anealing) wird zur Sensitivitätsoptimierung herangezogen. Während der Optimierung werden die Anzahl der TLS Standpunkte und die räumliche Dichte der Standpunkte variiert, bis das globale Minimum der Zielfunktion erreicht wird. Da die beiden Optimierungsziele keine identischen Ergebnisse liefern werden, müssen eine Vielzahl an Pareto-optimalen Lösungen erzeugt werden. Dieser Zielkonflikt wir durch weitere Optimierungsziele (z.B. minimale Scanzeit) weiter verschärft und führt zu einem multi-dimensionalen Optimierung. Es wird eine Pareto-Front möglicher Optimal-Entscheidungen bestimmt und zur Entscheidungsunterstützung eine Visualisierung mittels Radarplots vorgenommen. Im Gegensatz zum aktuellen Forschungsstand, soll dieses Projekt die gleichzeitige Optimierung eines TLS Netzes hinsichtlich Sensitivität auf 3D Deformationen und vollständiger 3D Erfassung des zu überwachenden Objekts liefern. Daher wird an der multi-kriteriellen Optimierung geforscht und ein Planungsunterstützungstool entwickelt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen