Frågor och svar om visuell positionering och Leica GS18 I

Produktutvecklare Metka Majeric svarar på frågor om tekniken visuell positionering och användningen av GNSS RTK-rovern GS18 I.

Vilka är svårigheterna när man genomför mätningar med en konventionell GNSS-sensor?

För att kunna mäta punkter måste en GNSS-sensor kunna ta emot satellitsignaler. Positionen hos en punkt kan endast mätas när GNSS-sensorn befinner sig under öppen himmel och stavens spets är fysiskt inom punktens räckhåll. Om detta inte är möjligt kan mättekniker använda exempelvis följande alternativa metoder:

• Band- och offsetmätning, mätning med COGO-funktionen och skissning
• Extra utrustning i kombination med GNSS-sensorn, t.ex. CS20 med integrerad DISTO eller en stav på 4 meter. Detta sätt att mäta kan vara tidskrävande och ge försämrad precision.
• Alternativa sensorer såsom totalstationer. Dessa metoder kan också vara tidskrävande om det bara finns ett fåtal punkter som inte kan mätas med en GS-sensor.

Användarna står inför ytterligare en utmaning om det finns många detaljer som behöver mätas. Mätning av varje enskild punkt med stavens spets kräver att man tillbringar mycket tid på plats. Det finns även risk för att man missar punkter. Eftersom man måste besöka platsen flera gånger ökar dessutom kostnaderna.

Hur tar Leica GS18 I itu med dessa utmaningar?

Med GS18 I behöver man inte använda andra tidskrävande metoder eller extrautrustning. Tack vare integration av GNSS, IMU (Inertial Measurement Unit) och en kamera kan punkter som inte har någon siktlinje mot himmeln och andra oåtkomliga punkter mätas från bilder med hjälp av tekniken för visuell positionering i GS18 I. Denna nya teknik gör att punkter av intresse som registrerats från långt håll kan mätas med mycket hög precision.

I vilka situationer använder professionella mättekniker tekniken visuell positionering?

Visuell positionering lämpar sig särskilt för följande ändamål:

• Kartläggning av hundratals punkter.
• Mätning av oåtkomliga punkter såsom tvärs över en trafikerad gata, bakom en port eller i farliga områden (t.ex. där det finns risk för en hundattack, farlig utrustning eller på en takkant).

Figur 1 - Leicas GNSS RTK-rover GS18 I vid mätning av punkter över ett staket

• Mätning av punkter på platser med dålig GNSS-signal (t.ex. under ett tak, en balkong eller ett träd).
• Mätning av punkter på en byggnadsfasad (t.ex. hörn i ett fönster och höjd på tak).

Figur 2 - Mätning av fasader

• Mätning av ytterligare punkter utan att man behöver besöka platsen flera gånger.
• Generering av punktmoln av registrerade objekt.

Figur 3 - Punktmoln som genererats från bildgrupper som tagits med GS18 I

• Beräkning av lagervolymer.
• Tagning av bilder från en olycksplats för punktmätning och generering av punktmoln i 3D.

Figur 4 - Registrering av en olycksplats

Vem ska använda en GS18 I?

GS18 I kan användas av alla som på ett enkelt sätt vill kunna mäta punkter som är svåra att komma åt med en konventionell GNSS RTK-rover. GS18 I är den perfekta lösningen för användare som vill samla in stora mängder data på plats i form av bilder. Användarna kan avgöra senare vilka punkter som ska mätas med ultrahög precision.

Hur fungerar GS18 I? (Mätprincip)

I följande video visas ett exempel.

I följande film visas hur den algoritm som körs på GS18 I spårar kännetecken under bildtagning:

Bilderna kan användas för punktmätning direkt. Detta är möjligt tack vare tekniken visuell positionering som förklaras nedan.

Vilken programvara behövs för bearbetning av tagna bilder?

GS18 I stöds fullständigt av programvaran Captivate på fältdatorn CS20 LTE eller BASIC eller på surfplattan CS35.

Captivate bearbetar, positionerar och riktar automatiskt in bilderna och säkerställer kvalitetskontroll redan från början. Referenspunkter eller linjer behöver inte matchas manuellt, såsom är fallet vid användning av liknande tekniker.

Hur kan punkter på bilder mätas och vilken programvara behövs?

Punkter mäts från bilder inom Captivate som körs på fältdatorn CS20 LTE eller BASIC eller surfplattan CS35. Som nämnts ovan kan användare mäta punkter på fältet, direkt efter att bilderna tagits. Bilderna kan även importeras till Infinity där användare kan fortsätta mätningen av punkterna på en större skärm på kontoret med samma principer som i Captivate.

Välj helt enkelt en punkt på en bild så kommer algoritmen automatiskt att matcha samma punkt på övriga bilder. Med ett enda klick beräknas och lagras 3D-koordinaterna för den uppmätta punkten i Captivate eller Infinity, på samma sätt som om mätning hade skett med stavens spets.

Vid användning av andra lösningar för beräkning av 3D-koordinater från bilder måste punkterna plockas manuellt från varje bild. Punktens 3D-position rekonstrueras därefter med hjälp av genomskärning framåt enligt bilden nedan. Med GS18 I behöver punkterna inte plockas manuellt från varje bild eftersom algoritmen sköter detta. Läs mer om detta i nästa fråga.

Figur 5 -Exempel

Vilken är den grundläggande principen bakom tekniken visuell positionering?

Visuell positionering bygger på den information som tillhandahålls av GNSS-positionerna, IMU och de tagna bilderna.

 
Figur 6 - Sensorfusion

I följande video illustreras mätprincipen.

För att mäta punkter med GS18 I startar man vid utgångsläget och börjar ta bilder med Captivate. En livevideo från kameran visas på skärmen. I bakgrunden tar GS18 I bilder med en frekvens på 2 Hz. När detta är klart bearbetar Captivate automatiskt bildernas position och inriktning i ett globalt koordinatsystem genom att integrera data från GNSS och IMU med de kännetecken som identifieras på bilderna. Dessa bilder sparas sedan som bildgrupp i Captivate.

Bilder bearbetas i realtid och kan användas för mätning av punkter direkt efter de har tagits. Punkter kan mätas med ett klick från en enda bild. Algoritmen på Captivate kommer automatiskt att matcha den valda punkten på andra bilder och beräkna punktens koordinater i ett lokalt koordinatsystem med hjälp av genomskärning framåt.

Går det även att generera punktmoln från tagna bilder?

Ja, bilder som tagits med GS18 I kan även bearbetas till 3D-punktmoln i kontorsprogrammet Infinity.

Hur skiljer sig GS18 I från GS18 T?

Varför ska jag investera i Leica GS18 I?

GS18 I erbjuder flera fördelar för användare:

• GS18 I är en mångsidig GNSS RTK-sensor. Den kan användas för mätning av punkter med rak eller lutad stav. Dessutom kan den användas för mätning av oåtkomliga punkter medultrahög precision från bilder.
• Oåtkomliga punkter kan enkelt registreras på bilder utan att användarens säkerhet sätts på spel. Det går enkelt att mäta punkter tvärs över en trafikerad gata eller på en tomt som vaktas av hund.
• Minska tiden på fältet genom att snabbt och effektivt ta bilder av platsen och avgör senare vad som ska mätas. Tiden på fältet reduceras och mätningen kan slutföras på kontoret, vilket i sin tur ökar produktiviteten.

Vad bör användare tänka på när de använder GS18 I?

Tekniken visuell positionering bygger på GNSS- och IMU-mätningar samt på de bilder som tagits med den inbyggda kameran. Följande punkter bör beaktas vid användning av GS18 I för mätning från bilder:

• GS18 I måste ha tillräckligt god GNSS-mottagning under hela den tid som mätning pågår. Om spårningen av GNSS-satelliterna avbryts stoppas bildtagningen automatiskt.
• Om visuell positionering krävs ska du undvika att använda systemet i mörk omgivning eller riktat direkt mot solen eftersom det leder till att inte tillräckligt många kännetecken kan identifieras för matchning.
• För optimal precision och prestanda ska kameran placeras på ett avstånd av 2–10 meter från berört objekt.

  Om bilder tas på ett avstånd närmare än 2 m kan kamerans fasta fokusering göra bilderna suddiga. Är avståndet större än 10 m minskar däremot precisionen. 
  
  Ibland kan punkter av intresse inte identifieras på bilderna på grund av avståndet till objektet. Den registrerade områdesstorleken på en pixel bidrar till bildernas skärpa och därmed till precisionen. Om bilderna tas från ett kortare avstånd registreras ett mindre område av ett objekt av intresse i en pixel. Om bilderna tas från ett längre avstånd registreras ett större område av ett objekt i en pixel.

Figur 7 – Avstånd till objektet

• Det går att ta bilder från ett avstånd mindre än 2 m eller större än 10 m från objektet. I så fall måste användaren tänka på att precisionen kan försämras avsevärt och att det även finns risk för att det inte går att mäta punkter från bilderna.

• Bildtagningsfrekvensen har optimerats till normal gånghastighet. GS18 I ska inte användas från ett fordon som rör sig eftersom bilderna kan bli suddiga.

 

Mer information om Leica GS18 I finns på leica-geosystems.com/GS18I