TIMMS steht für Trimble Indoor Mobile Mapping Solution. Die Lösung vereint dabei verschiedene Sensorsysteme, u.a. IMU, LiDAR und Panoramakameras. Foto: AllTerra Deutschland GmbH

Mit TIMMS bietet Trimble eine mobile Multisensorik-Lösung für die Vermessung und 3D-Dokumentation von Innenräumen mit hoher Flächenproduktivität.

Die 3D-Vermessung von Innenräumen ist inzwischen mit allerlei mobilen Endgeräten aus dem Consumermarkt möglich. Doch für professionelle Anwendungen bedarf es in der Regel einem ambitionierteren Ansatz. Zum Beispiel ist die Fusion mehrerer Sensorsysteme notwendig, um belastbare und präzise Ergebnisse für die 3D-Bestandsdokumentation zu erhalten. Eine solche Lösung bietet Trimble mit dem TIMMS, was für Trimble Indoor Mobile Mapping Solution steht. Der „Messwagen“ liefert die Innenaufnahme, ohne dass ein GNSS-Empfang wie bei „normalen“ Mobile Mapping-Lösungen notwendig wäre. Dafür ist eine genaue Inertialmesseinheit (IMU – inertial measurement unit) integriert, die für die Echtzeitortung des per Hand bewegbaren Geräts sorgt. Als Messsensoren fungieren weiterhin ein LiDAR- und ein Kamerasystem. Die Messwerte werden direkt auf dem „rollenden Computer“ verarbeitet, so dass Anwender als Ergebnis unmittelbar ein 3D-Modell erhalten.

„Die präzise Vermessung vereint hohe Erfassungsgeschwindigkeit und Informationsdichte“, sagt Kai Haupt von der AllTerra Deutschland GmbH, dem autorisierten Vertragshändler für Trimble aus dem unterfränkischen Dettelbach, der auch Service, Wartung und Reparatur der Geräte anbietet. Die Daten und Ergebnisse der Vermessung werden auf die Kundenanforderungen für Planung, Baukontrolle und -abrechnung, sowie alle Aufgaben der 3D-Dokumentation abgestimmt.

Präziser 3D-Weg als Ergebnis

Das Messverfahren basiert auf dem mitgeführten Applanix Inertialmesssensor, der den zurückgelegten Weg in Gehgeschwindigkeit mit 200Hz über alle Achssysteme auflöst. Gestützt von den zwei Radsensoren (DMI) wird daraus ein präziser 3D-Weg der Aufnahme. Diese sogenannte 3D-Trajektorie bildet die Referenzspur für alle durch die verwendeten Messsensoren generierten Erfassungswerte des Trimble TIMMS. Dies sind exakt aufeinander kalibrierte 3D-Profilpunktwolken und 360⁰-Panorama-Aufnahmen. Für einen unterbrechungsfreien Betrieb ist im Systemumfang ein intelligentes Wechselakkusystem integriert, so dass die Aufnahmezeiten nahezu unbeschränkt sind.

Um die Erfassung von Gebäuden oder Industrieanlagen zu vereinfachen, wird der zurückgelegte 3D-Weg im Systemdisplay als Kartenansicht visualisiert. Die als Hintergrundkarte dargestellten Bestandspläne / Grundkarten zeigen dem Nutzer die bereits erfassten Bereiche.

Bei der Vermessung und Erfassung ist das Trimble TIMMS auf fast jedem Untergrund nutzbar. „Besonders im Außenbereich mit Splittwegen, Kopfsteinpflaster oder rauen und beweglichen Untergründen zeigt sich die hochfrequente IMU als wichtiger Sensor der Aufnahmequalität“, sagt Haupt. Das System arbeitet unabhängig auf Rampen, bei Schrägstellungen oder beim Unterqueren von Hindernissen in den meisten Anwendungen ohne Passpunkte oder Referenzierungen.

Flächenproduktivität von bis zu 40.000 m² pro Tag

Endergebnis des im System ablaufenden Erfassungsprozesses der IMU ist ein digitaler 3D-Weg, auf welchem die dichten, hochauflösenden 3D-Laserscandaten und die Aufnahmen der Panoramakamera angewendet bzw. prozessiert werden. Den Systemnutzern des Trimble TIMMS wird somit ermöglicht, sich bei der Aufnahme ausschließlich auf das zu erfassende Objekt und die örtlichen Gegebenheiten zu konzentrieren. Dabei liegt die komplette Dokumentations-Tagesleistung mit 3D-Laserscan und Bild bei bis zu 40.000 m² für Rohbauten, was einer Fläche von mehr als fünf Fussballfeldern entspricht

Bei kleinräumigen Bürokomplexen und Industriebereichen können bis zu 12.000 m² erfasst werden, für GIS Anwendungen oder Ortsstraßen im Außenbereich bis zu 60.000 m². Die automatische Bilderzeugung der Panoramaaufnahmen erfolgt im 1m-Intervall und kann über den höhenverstellbaren Kameraarm frei an die Kunden- bzw. Projektanforderungen angepasst werden.

„Die rauscharme, skalierbare Punktwolke erreicht dabei Qualitäten, die für weiterführende Softwareanwendungen und automatische Extraktionen verwendet werden“, so Haupt. So lassen sich mit der Bürosoftware Trimble RealWorks diverse Objektgruppen im Außenbereich, wie Gebäude, Gelände und Vegetation automatisch klassifizieren.

Für Rohbauten liegt die komplette Dokumentations-Tagesleistung mit 3D-Laserscan und Bild mit der Trimble TIMMS-Lösung bei bis zu 40.000 m². Foto: AllTerra Deutschland GmbH

Bewegte vermessene Objekte (Personen und Fahrzeuge) werden hierbei aus der Punktmenge entfernt. Im Innenbereich werden Klassifizierungen der Punktwolken für Wände, Treppen, Boden, Decke, u.v.m. sowie die 3D-Rohrleitungsverfolgung per KI-Anwendung durchgeführt. Über die Bildanalyse-Software von Trimble können die Panoramabilder auch in Kombination mit den Punktwolken verwendet werden. So sind neben der Kennzeichen- und Gesichts- bzw. Personenverpixelung auch Anwendungen für Detektionen von wiederkehrenden Objekten möglich. Diese werden anschließend in Datenbanken mit den entsprechenden Eigenschaften erzeugt.

Diese Anwendungen basieren auf Katalogen, Objektbibliotheken oder einer Nutzerdefinition für freie Objekte. „Dabei liefern die detaillierten Punktwolken und die Panoramabilder eine hervorragende Ausgangssituation, um den erfassten digitalen Zwilling in die benötigten BIM, CAD oder Datenbankstrukturen zu überführen“, so Haupt.

Zugang über Viewer

Die einfachste Anwendung die Daten für alle Nutzer und Projektbeteiligte zugänglich zu machen, ist die Bereitstellung eines systemunabhängigen Viewers. Hierbei werden die Daten über einen Webservice zu Verfügung gestellt und lassen sich betriebssystemübergreifend auf Büro-PC oder mobilen Geräten abrufen. Die Panoramabilder und die hinterlegten Punktwolken sind so für einfache Mess- und Dokumentationsaufgaben einfach und intuitiv nutzbar. Darüber hinaus lassen sich die Nutzerrechte entsprechend den Bedürfnissen in „Betrachter“, „Anwender/Mitarbeiter“ und „Systemverantwortlicher“ einteilen bzw. skalieren.

Die rauscharme, skalierbare Punktwolke erreicht mit TIMMS Qualitäten, die für weiterführende Softwareanwendungen und automatische Extraktionen verwendet werden können. Foto: AllTerra Deutschland GmbH

Diese Anwendungen aus der Indoor-Outdoor-Navigation beinhalten auch POI-Marker (Point- of–interest) oder virtuelle Begehungen und werden bei vielen Planungsbesprechungen als aktueller Ist-Zustand und Ausgangssituation verwendet. Die Überlagerung der Scan-Bilddaten mit 2D Grundrissen oder 3D Planungsdaten ergänzen und verdeutlichen die visuellen Begehungen. Erfassungsverfahren wurden bereits von vielen Anwendern eingesetzt. Sie stammen aus Branchen und Anwendungsbereichen wie Industrieanlagen, Maschinenhallen, Bürogebäude, Hotels, Schulen, Parkanlagen, Straßenbestände oder Friedhöfe.

www.allterra-ds.de

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Augmented Reality macht raumbezogene Informationen in Echtzeit für Mitarbeiter vor Ort sichtbar. Foto: Virtual Dimension Center

Der Zugriff auf Echtzeit-Ortungsdaten von Objekten stellt die Basis für effizientere Prozesse und ein nachhaltiges Wirtschaften dar. Durch Echtzeit-Ortung können beispielsweise Maschinen und Ausrüstung effektiver eingesetzt sowie Mitarbeiter sicher durch Industriehallen geleitet werden.

Ein praktischer Use Case in diesem Zusammenhang ist zum Beispiel die Indoor-Navigation per Augmented Reality (AR)-Anwendung. Insbesondere solche Anwendungsfälle finden immer häufiger und umfassender ihren Einsatz bei Unternehmen. Grund dafür sind aktuelle Technologieentwicklungen ebenso wie Weiterentwicklungen im Bereich der Funksensoren, Kommunikationstechnologien und Sensornetzwerke im Hinblick auf das Internet of Things und Industrie 4.0. „Die Mobilfunkstandards 5G und 6G werden künftig eine ganz wichtige Rolle für Cloud-basierte AR-Anwendungen mit kleinen, sparsamen Endgeräten spielen“, betont Christoph Runde vom Virtual Dimension Center (VDC) in diesem Zusammenhang. Überdies würden bereits jetzt zahlreiche Projekte laufen, in denen spezifische Szenarien wie die unterstützte Störfallbehebung, das kontextbezogene Lernen, die digitale Spiegelung physischer Objekte (Digital Twin) oder das Einsatzpotenzial verfügbarer Datenbrillen in der Smart Factory erprobt werden.

Neuer Ortungsstandard entwickelt

Zwar ist das Thema Indoor-Navigation kein Neues, in der Vergangenheit bestanden jedoch einige Hürden, die eine Verbreitung von Echtzeit-Ortungssystemen (engl.: real-time locating systems; RTLS) bisher eingeschränkt haben. Um das zu ändern, wurde der offene Ortungsstandard omlox entwickelt. omlox überführt dabei sämtliche Ortungsdaten in ein einheitliches Koordinaten-Referenzsystem und erlaubt zudem die offene und absolute Selbstortung von Objekten im Innenraum. Getragen wird der neue Kommunikationsstandard von der gemeinnützigen Industrievereinigung Profibus-Nutzerorganisation e.V. aus Karlsruhe, welche die Bereitstellung industrietauglicher Technologien in der Automation, Produktion und Logistik vorantreiben will. Ziel von omlox ist es, den bisherigen Weg der silobasierten und herstellergebundenen Herangehensweise für den Bereich Ortungstechnologien abzulösen und ein interoperables Technologie-Ökosystem entstehen zu lassen, dass sich auf einheitliche Schnittstellen verständigt.

Wie der neue Standard genau funktioniert, welche Herausforderungen bestehen und wie diesen begegnet werden kann, erklärt das VDC in einem gemeinsam mit der Hochschule für Technik Stuttgart, der Trumpf Tracking Technologies GmbH und der Holo-Light GmbH erstellten Whitepaper. Das Paper trägt den Titel „Standardisierte Indoor-Ortung mit omlox. Exakte Lokalisierung für Augmented Reality-Anwendungen im Bereich Industrie 4.0“ und kann kostenlos im Web heruntergeladen werden.

www.vdc-fellbach.de

www.omlox.de

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