Das Fraunhofer Institut für Physikalische Messtentwickelt im Rahmen eines europäischen Forschungsprojekts ein neuartiges, kompaktes Erfassungssystem für UAV.
Kaum zehn Minuten benötigt der fliegende Laserscanner, um komplexe Strukturen eines Areals von mehreren hundert Quadratmetern zu erfassen, auszuwerten und zu visualisieren. Bild: Fraunhofer IPM
Mit einem fliegenden Messsystem möchten Forscher des Fraunhofer IPM in Zukunft Straßen, Bahnlinien, Dämme oder ganze Waldgebiete aus der Luft vermessen und überwachen. Im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts „MonIs“ (Fast and Reliable Monitoring of Infrastructure by Small UAVs) entwickeln sie dazu besonders leichte Laserscanner und Kamerasysteme, die auf kleine, unbemannte Luftfahrzeuge, sogenannte UAVs (Unmanned Aerial Vehicles), montiert werden. Sie sollen 3D-Daten großer, mitunter schwer zugänglicher Infrastrukturgebiete liefern – zu deutlich geringeren Kosten als Hubschrauber, Flugzeuge oder Satelliten.
Das Messsystem soll nicht mehr als zwei Kilogramm wiegen und nicht größer als ein Schuhkarton sein. Die Messeinheit wird zudem unabhängig von der UAV-Plattform entwickelt und kann für unterschiedliche Herstellerfabrikate angepasst werden. Im Projekt wird ein UAV des Projektpartners Airrobot verwendet. Das kommerziell erhältliche UAV wird durch eine spezielle Montagevorrichtung, Positionierungs- und Orientierungssensoren und eine Datenverbindung zur Bodenstation erweitert.
Hochfrequente Messungen für ein hochaufgelöstes 3D-Profil
Das Laserscanmodul misst die Entfernung zum Objekt 40.000 Mal pro Sekunde auf Basis von Lichtlaufzeitmessungen: Aus der Zeit, die der Lichtpuls benötigt, um vom Messsystem zu einem Objekt und wieder zurück zu gelangen, lässt sich die Entfernung zum Objekt errechnen. Ein sich schnell drehender Polygonspiegel bewegt den Laserstrahl 20 Mal pro Sekunde über einen Winkelbereich von 90 Grad und sorgt so dafür, dass der Strahl nur kurz auf einem Punkt verweilt. So wird die Augensicherheit des Laserscanners garantiert und eine hohe Rate an Messpunkten erreicht, aus denen sich ein präzises 3D-Modell der Oberfläche ergibt. Der Arbeitsbereich des Laserscanners liegt bei etwa 250 Metern, die erreichbare relative Genauigkeit abhängig von den äußeren Bedingungen im Bereich weniger Zentimeter. Das kommerziell erhältliche Lasermessmodul wurde im Hinblick auf die Anwendungen stark angepasst und mit entsprechender Elektronik erweitert. Unter anderem wurde es mit einem Speicher-BUS ausgerüstet. Dadurch wird eine Koppelung mit einem Multi-Kamerasystem zur schnellen und GNSS (Global Navigation Satellite System)-freien Positionierung/ Orientierung möglich. Aus diesem Grund eignet sich das Gesamtsystem besonders für den Einsatz in abgelegenen Gebieten ohne Satelliten- Empfang. Durch die Befestigung an den kleinen Plattformen können nun erstmals Bereiche vermessen werden, in denen ein Vordringen mit vom Boden aus arbeitenden Messsystemen unmöglich wäre.
MonIs An
„MonIs“ arbeiten Forscher des Fraunhofer IPM gemeinsam mit Partnern aus Deutschland, Österreich und Spanien. Ihre Arbeit wird im Rahmen des europäischen Förderungsprogramms „Eurostars“ gefördert. Das Projekt startete im September 2015 und ist auf zwei Jahre angelegt. Im November 2016 veranstaltet das Fraunhofer IPM den MoLaS Technology Workshop, einen internationalen Workshop zum Thema mobiles Laser-Scanning.