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Diplomarbeiten am ifp

Tu Tao

Entwicklung und Bewertung von LiDAR-Auswertemodulen für die Aufnahme von Freileitungstrassen

Dauer der Arbeit: 6 Monate
Abschluss: März 2009
Betreuer: PD Dr.-Ing. habil. Norbert Haala, extern: Dipl.-Ing. Ingo Dörr, Dipl.-Ing. Hermann Balsen und Dr.-Ing. Alexander Walter (alle GA Energieanlagenbau Süd GmbH)


Aufgabenstellung

Der Einsatz von helikoptergestütztem Laserscanning-Verfahren ist eine etablierte Methode bei der Aufnahme von Freileitungstrassen. Dabei werden hochauflösende LiDAR (Light detection and ranging) 3D Punktwolken genutzt, um Leitungskorridore geometrisch zu erfassen. Für die Auswertung der LiDAR Daten stehen die kommerzielle Softwareprodukte wie das Programm FLIP7 der Firma Fugro und auch eigene Entwicklungen GA-Scan der Firma GA Energieanlagenbau Süd GmbH zur Verfügung. Das Problem existierender Lösungen ist jedoch der nach wie vor sehr hohe manuelle Aufwand bei der Auswertung der Daten.

Ziel der Diplomarbeit ist es, existierende LiDAR-Auswertemodule für die Aufnahme von Freileitungstrassen zu bewerten und Lösungsvorschläge zur weiteren Automatisierung der Datenerfassung zu entwickeln und zu implementieren. Dabei sind auch Genauigkeitsuntersuchungen der dabei erzielten Ergebnisse auf Basis terrestrischen Referenzmessungen durchzuführen.
 


Vorgehensweise

Zuerst werden die terrestrischen Profilmessungen der Referenzleitung 20-kV-Freileitung in Rheinhessen von Dittelsheim-Hessloch bis Bechtheim (Name:C11) der EWR Netz GmbH durchgeführt. Mittels GA-Programme wurden die Messdaten ausgewertet. Die erzielten Ergebnisse werden genügend genau als Referenzdaten zur Genauigkeitsuntersuchung der zwei LiDAR-Auswertemodulen angenommen.
Anschließend werden dieselben LiDAR-3D-Punktwolken der 20-kV-Freileitung C11 mit dem GA-Scan von GA und Flip7 von Fugro ausgewertet. Für die automatische Vektorisierung und der Modellierung der LiDAR-3D- Punktwolken werden die Vor- und Nachteile der beiden LiDAR- Auswertemodulen gegenübergestellt und miteinander verglichen. Um die Genauigkeitsuntersuchung durchzuführen, werden die terrestrischen
Vermessungsergebnisse als Referenzdaten zu den ausgewerteten Daten beiden LiDAR-Auswertemodule verglichen (Siehe folgende Tabelle 1).

Tabelle 1
Tabelle 1 Übersicht des Vergleich der zwei LiDAR-Auswertemodulen auf Basis der automatische Vektorisierung und Genauigkeit

Um die Automatisierung der LiDAR-3D-Datenauswertung zu erhöhen und die fachliche Digitalisierung der Mast- und Seilgeometrie von GA-Scan zu verbessern, wird im Rahmen dieser Diplomarbeit ein Algorithmus für die vollautomatische Seilverfolgung ohne Verlust der Genauigkeit entwickelt und in der Referenzleitung C11 realisiert. (Siehe folgende Abbildung 1)

Abbildung 1
Abbildung 1 Die automatische Seilverfolgung und Mastgeometrie (blaue Linie: Seilverfolgung, grüne Linie: Mast-Mittellinie, rote Linie: Traverse)

 


Möglichkeit zur weiteren Entwicklung

Der innerhalb dieser Diplomarbeit entwickelte Algorithmus passt in den meisten Fällen - Halbierung des Leitungswinkels - an. Zur weiteren Entwicklung sollte die Seilverfolgung im nicht winkelhalbierten Fall auch automatisch realisiert werden. Außerdem kann man der vorhandene Parabel- Algorithmus weiter verbessern, um das Seil im extrem kurzen Feld besser zu generieren. Und mittels KD-Tree wird die dynamische Speicheroperation der großen Menge von 3D-LiDAR-Punktwolken realisiert, um die Leistungs- fähigkeit der Verarbeitung von 3D-LiDAR-Punktwolken zu beschleunigen.