CHC Navigation Luftgestütztes LiDAR für die Straßenvermessung zur Steigerung von Produktivität und Effizienz

Die Straßenvermessung ist ein wichtiger Bestandteil der Infrastrukturentwicklung und -instandhaltung. Mit der zunehmenden Digitalisierung der Straßenverwaltung stehen die traditionellen Vermessungsmethoden vor zahlreichen Herausforderungen in Bezug auf Effizienz, Genauigkeit und Sicherheit. Die erhebliche Zunahme der Datendichte und -aktualität erfordert fortschrittliche Lösungen. Hochauflösende luftgestützte LiDAR-Vermessungen erfüllen diese Anforderungen, indem sie detaillierte, genaue Daten für die Extraktion von Vermögenswerten, die Instandhaltungsplanung und die Aktualisierung von Datenbanken bei Veränderungen der Straßeninfrastruktur liefern.

• Extraktion von Vermögenswerten: Genaue Daten sind entscheidend für die Identifizierung und Katalogisierung von Objekten wie Schildern, Absperrungen und Versorgungsmasten entlang von Straßen. Laut einer Studie der American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) kann eine genaue Bestandsverwaltung die Wartungskosten jährlich um bis zu 20 % senken.

• Vorbeugende Instandhaltung: Genaue, aktuelle Informationen helfen bei der Planung und Durchführung von Instandhaltungsmaßnahmen, um eine Verschlechterung der Infrastruktur zu verhindern. Die Federal Highway Administration (FHWA) berichtet, dass eine proaktive Wartung die Lebensdauer der Straßeninfrastruktur um 25 bis 30 % verlängern kann.

• Pflege der Datenbank: Regelmäßige Aktualisierungen stellen sicher, dass die Bestandsdatenbank den aktuellen Zustand widerspiegelt und verhindern, dass veraltete Daten zu Ineffizienzen und höheren Kosten führen. Untersuchungen von Geospatial World zeigen, dass 15 % bis 25 % der GIS-Daten jedes Jahr veralten, wenn sie nicht regelmäßig aktualisiert werden, was zu möglichen Fehlern und höheren Betriebskosten führt.

Eine CHCNAV BB4-Drohne hebt ab

In diesem Newsletter gehen wir der Frage nach, wie ein komplettes luftgestütztes LiDAR-Ökosystem den Prozess der Straßenvermessung beschleunigen kann, und erläutern die Schritte, die zur effektiven Durchführung dieser Vermessungen erforderlich sind.

Welche Rolle spielen Vermesser bei Straßenbauprojekten?

Die Vermessung von Straßenprojekten umfasst Aufgaben, die für den Erfolg und die Sicherheit von Straßenbau und -instandhaltung erforderlich sind. Vermessungsingenieure kartieren das Gelände genau, erstellen Quer- und Längsprofile und schätzen den Umfang der Erdarbeiten. Herkömmliche Methoden sind zwar bis zu einem gewissen Punkt effektiv, aber in Bezug auf die betriebliche Effizienz oft unzureichend.

Die Voruntersuchung ist die erste Phase der Straßenbauvermessung und dient der Sammlung von Daten für die Planung und Entscheidungsfindung.

• Identifizierung der Projektgrenzen: Festlegung des Projektumfangs und Abgrenzung des Gebiets für die Detailuntersuchung.
• Bewertung des bestehenden Straßennetzes: Bewertung der aktuellen Straßeninfrastruktur, falls zutreffend.
• Bewertung des Geländes und der geografischen Merkmale: Verstehen der Landschaft, einschließlich Höhenlage, Topografie und natürlicher Merkmale.
• Sammeln erster Daten: Sammlung vorläufiger Informationen zur Abschätzung der Projektkosten und des Zeitrahmens, was bei Durchführbarkeitsstudien und frühen Entscheidungen hilfreich ist.

In dieser Phase legen die Vermessungsingenieure eine Traversenlinie entlang der vorgeschlagenen Trasse fest, messen Entfernungen und legen Kontrollpunkte fest. Sie führen auch topografische Vermessungen durch, um Höhendaten zu sammeln und mögliche Hindernisse oder Umweltprobleme zu identifizieren.

Nach der vorläufigen Vermessung und dem Projektentwurf wird eine Standortbestimmung durchgeführt, um den eigentlichen Bau vorzubereiten.

• Festlegen der endgültigen Mittellinie: Übertragung der geplanten Trasse in die Praxis durch Festlegung einer genauen Mittellinie entlang der Strecke.
• Detaillierte Datenerfassung: Sammeln umfassender Informationen über das Gelände, die Bodenbeschaffenheit, die vorhandene Infrastruktur und Umweltfaktoren. Dazu gehören Nivellierungsarbeiten zur Bestimmung von Höhen, Entwässerungsstudien, Bodenuntersuchungen und Bewertungen der Materialverfügbarkeit.
• Verfeinerung des Entwurfs: Verwendung der gesammelten Daten zur Fertigstellung des Straßenentwurfs, einschließlich horizontaler und vertikaler Ausrichtungen, Querschnitte und Entwässerungspläne. In dieser Phase wird sichergestellt, dass alle Entwurfselemente mit den tatsächlichen Standortbedingungen übereinstimmen, um Abweichungen während des Baus zu minimieren.

Was sind die Herausforderungen bei konventionellen Vermessungstechniken in Straßenbauprojekten?

Die derzeitigen Methoden der Straßenvermessung, einschließlich der manuellen Vermessung und der Luftbildphotogrammetrie, sind mit mehreren Herausforderungen verbunden, die die Effizienz, Genauigkeit und Sicherheit beeinträchtigen können.

Bei bodengestützten Vermessungsmethoden werden GNSS-RTK-Empfänger, Totalstationen und andere Geräte zur Messung der Raumkoordinaten von physischen Objekten eingesetzt. Sie sind zwar genau, aber aufgrund einiger einzigartiger Herausforderungen arbeitsintensiv und zeitaufwändig:

• Hoher Arbeitsaufwand: Die manuelle Vermessung erfordert einen erheblichen Personal- und Zeitaufwand, insbesondere bei großen Projekten. Die Vermessungsingenieure müssen zahlreiche Punkte physisch messen, was den gesamten Projektzeitplan verlangsamen kann.
• Geringere Effizienz: Die Notwendigkeit, Geräte manuell einzurichten, Messungen vorzunehmen und Daten aufzuzeichnen, verringert die betriebliche Effizienz und birgt die Gefahr menschlicher Fehler, die die Genauigkeit der Daten beeinträchtigen können.
• Betriebsrisiko: Vermessungsingenieure arbeiten häufig unter gefährlichen Bedingungen, z. B. auf stark befahrenen Straßen oder in unwegsamem Gelände, was das Risiko von Unfällen und Verletzungen während des Vermessungsvorgangs erhöht.

Bei derLuftbildphotogrammetrie werden von einem Flugzeug aus kontinuierlich Fotos aufgenommen, um Karten und 3D-Modelle des zu vermessenden Gebiets zu erstellen. Mit dieser Methode können zwar große Gebiete schnell erfasst werden, sie hat jedoch einige Einschränkungen:

• Notwendigkeit von Passpunkten: Um Genauigkeit zu gewährleisten, sind bei der Luftbildphotogrammetrie viele Bodenkontrollpunkte erforderlich. Das Aufstellen dieser Kontrollpunkte ist arbeitsintensiv und kann eine logistische Herausforderung darstellen, insbesondere in abgelegenen oder schwer zugänglichen Gebieten.
• Aufwändige Nachbearbeitung: Die aus Luftbildern gewonnenen Rohdaten müssen verarbeitet und analysiert werden, was zeitaufwändig ist und spezielle Software und Fachkenntnisse erfordert.
• Umweltbedingte Beschränkungen: Wetter- und Lichtverhältnisse können die Qualität von Luftbildern erheblich beeinträchtigen. Schlechte Sicht, Bewölkung und Schatten können Details verdecken und die Genauigkeit der Daten beeinträchtigen.

Mit dem CHCNAV AA10-System aufgenommenes Baugebiet

Wie die luftgestützte LiDAR-Technologie die Straßenvermessung verändern kann

Die LiDAR-Technologie verändert die Straßenvermessung, indem sie die Grenzen herkömmlicher Methoden überwindet und fortschrittliche Funktionen einführt, die die Effizienz, Genauigkeit und Sicherheit erheblich verbessern.

• Erhöhte Effizienz: Mit LiDAR ausgestattete unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) erfassen Millionen von präzisen Datenpunkten pro Sekunde und erstellen detaillierte 3D-Modelle von Straßenkorridoren. Diese Fähigkeit übertrifft herkömmliche Vermessungstechniken bei weitem und ermöglicht es, große Gebiete und lange lineare Projekte mit weniger Personal schnell zu erfassen. Der Einsatz von UAVs reduziert den Zeitaufwand und die Arbeitskosten, die mit bodengestützten Vermessungen verbunden sind, und ermöglicht es den Vermessungsingenieuren, Projekte effizienter durchzuführen.

Von CHCNAV LiDAR erfasste Straßenpunktwolken

• Angereicherte Daten: LiDAR liefert hochauflösende Daten für eine fundiertere Entscheidungsfindung. Durch die Erstellung hochpräziser 3D-Modelle unterstützt LiDAR die präzise Geländemodellierung, die Erstellung von Querschnitten und Volumenberechnungen. Der angereicherte Datensatz ist wertvoll für die Planung und den Entwurf von Straßeninfrastrukturen, da er einen detaillierten Einblick in die Topografie und die bestehenden Bedingungen des untersuchten Gebiets bietet. LiDAR-Daten sind in der Regel bis auf wenige Zentimeter genau, was sie ideal für technische Vermessungen macht, bei denen Präzision ein Muss ist.

• Durchdringung der Vegetation - Eine der herausragenden Eigenschaften der LiDAR-Technologie ist ihre Fähigkeit, die Vegetation zu durchdringen. Die herkömmliche Photogrammetrie kann durch dichtes Blattwerk behindert werden, so dass es schwierig ist, genaue Bodentopographiedaten zu erhalten. LiDAR hingegen verwendet Laserimpulse, die das Blätterdach durchdringen, den Boden erreichen und detaillierte Höhendaten liefern können. Vermessungsingenieure können daher selbst in stark bewaldeten Gebieten dichte Punktwolken messen, die ein klares Bild der Bodentopografie unter der Vegetation liefern.

Hochdichte Bodenpunktwolke unter dichter Vegetation

• Verbesserte Sicherheit: Die LiDAR-Technologie erhöht die Sicherheit des Vermessungspersonals, da es sich in gefährlichen Gebieten nicht mehr aufhalten muss. Bei herkömmlichen Vermessungsarbeiten muss das Personal oft in der Nähe von Verkehrswegen, auf instabilem Gelände oder in anderen gefährlichen Umgebungen arbeiten. Durch den Einsatz von mit LiDAR ausgestatteten UAVs können Vermessungsingenieure detaillierte Vermessungen aus sicherer Entfernung durchführen, wodurch das Risiko von Unfällen und Verletzungen verringert wird.

Wichtige technische Spezifikationen und Fähigkeiten eines luftgestützten LiDAR-Systems

LiDAR-Systeme, die für die Straßenvermessung eingesetzt werden, verfügen über mehrere fortschrittliche Funktionen, die ihre Leistung verbessern, darunter:

• Hohe Impulsrate: Hochwertige LiDAR-Systeme können bis zu 2 Millionen Laserimpulse pro Sekunde aussenden und so dichte Punktwolken mit hoher räumlicher Auflösung für eine detaillierte Datenerfassung über große Gebiete erfassen.
• Mehrere Rückläufe: LiDAR-Sensoren können mit einem einzigen Laserimpuls mehrere Rückläufe erfassen, so dass sie Daten von verschiedenen Ebenen innerhalb des Vegetationsdachs sowie von der Bodenoberfläche erfassen und genaue digitale Geländemodelle (DGM) erstellen können.
• Große Reichweite: Moderne LiDAR-Systeme haben eine Reichweite von bis zu 1.800 Metern und können in Höhen von bis zu 700 Metern eingesetzt werden, was sie ideal für die Kartierung von Korridoren und andere groß angelegte Vermessungsprojekte macht.
• Kinematische Echtzeit- (RTK) und Post-Processing-Korrekturen (PPK): Diese Technologien verbessern die Positionsgenauigkeit von UAV- und LiDAR-Daten und stellen sicher, dass die erfassten Daten bis auf wenige Zentimeter genau sind. RTK bietet Echtzeitkorrekturen während der Datenerfassung, während PPK Datenkorrekturen nach dem Flug ermöglicht.

Mit CHCNAV LiDAR erfasste klare Bodeninformationen

Schritte der luftgestützten LiDAR-Straßenvermessung

Der LiDAR-Messprozess umfasst mehrere Schritte, von der anfänglichen Flugplanung bis zur abschließenden Datenverarbeitung. Ein robustes Ökosystem kann diesen Prozess rationalisieren und verwertbare Erkenntnisse für Straßenprojekte liefern.

1. flugplanung

Die Flugplanung ist der erste Schritt im LiDAR-basierten Straßenvermessungsprozess und stellt sicher, dass die Datenerfassung effizient und genau ist.

• Softwareanwendungen wie SmartGo von CHCNAV oder DJI Pilot 2 leiten das UAV entlang einer sorgfältig geplanten Flugroute. Die Flugwegplanung hat einen erheblichen Einfluss auf die Leistung der Datenerfassung. Die Ingenieure planen die Route mithilfe einer Software, die das Sichtfeld des LiDAR, die Scan-Distanz und die gewünschte Punktwolkendichte berücksichtigt. Umweltfaktoren, wie z. B. dichte Vegetation, können zusätzliche Scans erforderlich machen, um sicherzustellen, dass genügend Bodenpunktwolkeninformationen erfasst werden.
• GNSS-Korrektur: Genaue Scanergebnisse hängen von der Genauigkeit des LiDAR, der UAV-Positionierung und der Datenverarbeitung ab. Kinematische Echtzeit- (RTK) oder Post-Processing-Kinematik-Korrekturen (PPK) können die Positionierungsgenauigkeit erheblich verbessern. Bei Projekten, die eine hohe Genauigkeit erfordern, wird durch die Verwendung von CHCNAVs iBase zur Bereitstellung von RTK-Konnektivität oder die Verwendung von PPK die Positionierungsgenauigkeit sichergestellt.

CHCNAV iBase

• Bodenkontrollpunkte (GCPs): GNSS-Korrekturen ermöglichen es Hochleistungs-LiDAR, die meisten Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen. Bei höheren Genauigkeitsanforderungen werden durch die Platzierung von GCPs im Scanbereich Datenverarbeitungsfehler minimiert. In Straßenmesszonen hilft die Platzierung von GCPs an vorher festgelegten Orten, eine optimale Genauigkeit zu erreichen. Das AU20-LiDAR von CHCNAV kann beispielsweise bei einem gut durchdachten Betrieb eine RMSE-Genauigkeit von 2 cm erreichen.

2. 3D-Datenerfassung:

In der Datenerfassungsphase werden moderne LiDAR-Systeme eingesetzt, um detaillierte Informationen über die Straße und ihre Umgebung zu erfassen.

• Die Verwendung eines Premium-LiDAR-Systems, wie z. B. des AlphaAir 15 (AA15) von CHCNAV, gewährleistet eine hochdichte 3D-Datenerfassung. Es bietet 16 Wiederholungen pro Laserpuls in 7 Mehrperiodenzonen für eine robuste Durchdringung der Vegetation, 2 Millionen Pulse pro Sekunde mit bis zu 600 Linien pro Sekunde für dichte Punktwolken über großen Flächen und eine maximale Reichweite von 1800 Metern bei einer Arbeitshöhe von 700 Metern, was es ideal für die Kartierung von Infrastrukturen macht.
• Echtzeit-Überwachung, um potenzielle Probleme wie verlorene RTK-Verbindungen oder unerwartete Störungen zu erkennen und zu entschärfen. Ein adaptiver Ansatz gewährleistet die höchste Qualität der Datenerfassung und stellt sicher, dass keine Details übersehen werden.

3. Datenverarbeitung

Die Datenverarbeitung verwandelt LiDAR-Rohdaten in verwertbare Erkenntnisse. Die Software CoPre und CoProcess von CHCNAV rationalisiert diesen Prozess durch hochautomatisierte Arbeitsabläufe.

• Automatisierte Datenverarbeitung: Die CoPre-Software ermöglicht die Verarbeitung von Rohdaten mit einem Mausklick und erzeugt automatisch Punktwolken und Orthophotos, ohne dass manuelle Eingriffe erforderlich sind.
• Genauigkeitsverbesserung: Die Genauigkeit von Punktwolkendaten kann in CoPre durch den Import von Passpunkten verbessert werden, um absolute Fehler zu reduzieren. Kontrollpunkte können auch die Genauigkeit der Punktwolke überprüfen, und es können Genauigkeitsberichte erstellt werden.

Die Dicke der Punktwolke beträgt 0,0353 Meter.

• Erweiterte Punktwolkenverarbeitung: Die CoProcess2.0 Software bietet Werkzeuge für die automatische Filterung von Bodenpunkten, die Erstellung von digitalen Höhenmodellen (DEM) und die Extraktion von Querschnitten, um die Erstellung von Vermessungsergebnissen zu beschleunigen. Im Gegensatz zur traditionellen Vermessung bieten LiDAR-Punktwolken mehr Bodendetails, so dass die CoProcess-Software automatisch Querschnitte aus verarbeiteten Punktwolken erzeugen kann. Für spezielle Geländeformen, wie z. B. Straßengräben, stehen manuelle Bearbeitungsoptionen zur Verfügung, und die Schnitte können zur sofortigen Verwendung in Entwurfsformate oder CAD-Zeichnungen exportiert werden.
• Spezialisierte Funktionen für die Straßenvermessung: CoProcess verfügt über ein Straßenmodul, das in die Bereiche Trassenanalyse und Straßenvermessung unterteilt ist. Die Trassenanalyse umfasst die Berechnung der unterbrochenen Kette, die Berechnung horizontaler Kurven und die Umwandlung von Vektorlinien in Absteckungen. Die Straßenvermessungsfunktionen umfassen die Erzeugung von Querschnitten, die Bearbeitung und Anzeige von Querschnitten und die Bearbeitung von Vektorlinien.
• Extraktion von Straßenmerkmalen: Bei Projekten zur Verbesserung bestehender Straßen erhöht die genaue Extraktion von Fahrbahnmerkmalen die Effizienz der nachfolgenden Planungsarbeiten. Das intelligente Merkmalsextraktionsmodul von CoProcess nutzt KI, um gestrichelte und durchgezogene Fahrbahnlinien mit Breiten- und Linientypparametern mit einer Genauigkeit von über 90% zu verfolgen und zu extrahieren.

Hochgradig automatisierte Extraktion von Straßenmerkmalen

Die Entwicklung der Straßeninfrastruktur mit luftgestützter LiDAR-Technologie fördern

Die Integration der LiDAR-Technologie in die Straßenvermessung stellt einen bedeutenden Fortschritt bei der Planung und Entwicklung der Straßeninfrastruktur dar. Basierend auf fortschrittlichen LiDAR-, GNSS- und IMU-Technologien bieten diese kostengünstigen Systeme eine Präzision und Effizienz, die bisher für viele Vermessungsingenieure unerreichbar war.

Die LiDAR-Technologie verändert die Art und Weise, wie Vermessungsingenieure große Infrastrukturprojekte angehen. Die hochdichte 3D-Datenerfassung von Systemen wie der AlphaAir 15 (AA15) ermöglicht die umfassende Kartierung ausgedehnter Straßennetze in einem Bruchteil der Zeit, die mit herkömmlichen Methoden benötigt wird. Dies ist besonders vorteilhaft für lange, lineare Projekte wie Autobahnen und Hauptverkehrsstraßen, bei denen die herkömmliche Vermessung zu zeitaufwändig und teuer wäre.

CHCNAV AA15 LiDAR

Die LiDAR-Lösungen von CHCNAV, einschließlich der AlphaAir 15 und fortschrittlicher Software wie CoPre und CoProcess2.0, bieten einen umfassenden und effizienten Ansatz für die Straßenvermessung. Durch die Bereitstellung hochauflösender Daten, die Verbesserung der Sicherheit und die Steigerung der Effizienz ermöglichen diese Technologien den Fachleuten im Bereich Geodäsie und Tiefbau, die Anforderungen der heutigen Infrastruktur effektiv zu erfüllen. Durch den Einsatz der LiDAR-Technologie wird sichergestellt, dass Straßenvermessungsprojekte nach den höchsten Genauigkeits- und Sicherheitsstandards durchgeführt werden, was den Weg zu einer intelligenteren und nachhaltigeren Infrastrukturentwicklung weist.

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Über CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) entwickelt fortschrittliche Kartierungs-, Navigations- und Positionierungslösungen, die die Produktivität und Effizienz steigern. CHCNAV liefert innovative Technologien für Branchen wie Geodäsie, Landwirtschaft, Bauwesen und Autonomie, die Fachleute unterstützen und den Fortschritt in der Industrie vorantreiben. Mit einer weltweiten Präsenz in über 130 Ländern und einem Team von mehr als 1.900 Fachleuten ist CHC Navigation als führend in der Geospatial-Industrie und darüber hinaus anerkannt. Weitere Informationen über CHC Navigation [Huace:300627.SZ] finden Sie unter: www.chcnav.com