LiDAR: Unterschied zwischen den Versionen

LiDAR-Messgeräte scannen die Umgebung, indem sie per Laser-Entfernungsmesser den Abstand zwischen dem Messgerät und den Objekten in seiner Umgebung bestimmen. Durch die Kombination vieler einzelner Entfernungsmessungen entsteht ein Modell der Umgebung. Für die Entfernungsbestimmung werden zwei Methoden angewandt. Bei der time-of-flight-Methode wird ein Laserpuls ausgesendet, der beim Auftreffen auf die Geländeoberfläche oder einen Baum o.ä. reflektiert wird. Die Reflexion wird vom Messgerät registriert. Mithilfe der konstanten Lichtgeschwindigkeit und der Zeitspanne zwischen der Aussendung des Laserpulses und dem Empfang der Reflexion kann der Abstand zwischen Scanner und Objekt bestimmt werden. Bei der continuous-wave-Methode wird ein kontinuierliches Messsignal ausgesendet und die Entfernung mithilfe der Phasenverschiebung zwischen ausgesendetem und reflektiertem Signal bestimmt (Petrie & Toth 2008: 4ff.). Unterschieden werden terrestrial laser scanning (TLS) und airborne laser scanning (ALS).

Gute Messergebnisse haben:

- Homogene Punktverteilung (Schürch et al. 2011: 1857)

- hohe Punktdichte (v. a. ALS)

- Möglichst steiler Einfallswinkel des Laserstrahls auf Oberfläche (TLS und ALS) (z. B. Schürch et al. 2011: 1849)

Der Umfang der Datenverarbeitung und das Vorgehen ist stark abhängig von der Zielsetzung. Wichtige Schritte dabei sind die Filterung und Registrierung der Rohdaten, häufig werden außerdem aus den Punktwolken Datensätze in anderem Format abgeleitet.

- Filterung (Pradhan & Sameen 2017: 7; Abellán et al. 2014: 84)

o Kombination mehrerer Einzelscans zu einem zusammenhängenden Modell (Abellán et al. 2014; Kemeny & Turner 2008: 43 f.)

- Ableitung von Datensätzen (TINs, DGMs/Rasterdatensätzen)

Nach Kemeny & Turner (2008) gibt es drei Hauptquellen für Fehler bei LiDAR-Messungen:

1. Die Genauigkeit des Messgeräts und Einstellungen im Feld

3. Die Software und das Vorgehen bei der Prozessierung der Daten

Die Genauigkeit der Entfernungsmessung hängt hauptsächlich von der Genauigkeit der Zeitmessung und dem Signal/Rauschen-Verhältnis ab. Dieses wird z. B. durch die Empfindlichkeit des Signaldetektors, Verstärkerrauschen und Hintergrundstrahlung negativ beeinflusst (Petrie & Toth 2008: 5, 17; Wehr & Lohr 1999: 72). Ungünstige Bedingungen für LiDAR-Messungen sind schlechtes Wetter (z. B. Regen, Nebel, heißer Wind), geringe Reflektivität des Ziels, flache Einfallswinkel des Laserstrahls auf das Ziel, große Entfernungen und unebene Oberflächen (Pradhan & Sameen 2017: 6; Abellán et al. 2014: 82; Jaboyedoff et al. 2012: 8).

Da sich ALS und TLS hinsichtlich ihrer Datenerhebung unterscheiden (ALS: Vogelperspektive, TLS: Messung bodengestützt), werden ihre jeweiligen Vor- und Nachteile getrennt behandelt.

Vorteile

- LiDAR allgemein

o Sehr hohe Auflösung und Messgenauigkeit (Willi et al. 2011: 275; Jaboyedoff et al. 2012: 20)

o Verhältnismäßig billig im Vergleich zu ALS (Willi et al. 2011: 276)

Nachteile/Grenzen

- LiDAR allgemein

o Mindestens zwei Personen für Feldarbeit notwendig (Willi et al. 2015: 276)

o Kombination mehrerer Messstationen notwendig zur Gewinnung flächendeckender Daten (Jaboyedoff et al. 2012: 20; Wehr & Lohr 1999: 74)

- Bauüberwachung

- Erstellung von digitalen Geländemodellen z. B. als Grundlage für:

o Hydrologische Modellierung

o Erforschung von Hangbewegungen (Pradhan 2017; Jaboyedoff et al. 2012)

- Numerische Methoden 1 (TUM Master)

- Sensorgestützte und mobile Informationssysteme, Laser Scan Modellierung (VT 3) (Lehrstuhl Geodäsie TUM)

BALTSAVIAS, E.P. (1999): Airborne laser scanning: basic relations and formulas. – ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing, 54, 199–214.

JABOYEDOFF, M., OPPIKOFER, T., ABELLÁN, A., DERRON, M.-H., LOYE, A., METZGER, R. & PEDRAZZINI, A. (2012): Use of LiDAR in landslide investigations: a review. – Natural Hazards 2012, 61: 5–28.