Bachelorarbeit Sarah Natalie Arndt
Titel der Arbeit:
Entwicklung von Methoden zur automatischen Erstellung eines 3D-Abschattungsdiagramms auf Basis terrestrischer Laserscannerdaten
Betreuer:
Dr.-Ing. Danilo Schneider, Dr.-Ing. Volker Frevert
Beschreibung:
Abschattungen haben bei GNSS-Messungen eine große Bedeutung. Zum einen ist eine freie Sicht zu möglichst vielen Satelliten wichtig, zum anderen kann man mit Hilfe von Abschattungsdiagrammen Bereiche erfassen, in denen Signalbeugung auftreten kann. Liegen zusätzlich Informationen über die Distanz zwischen Standpunkt und Hindernis vor, können potentiell reflektierende Objekte, die insbesondere im Nahbereich Mehrwegeeffekte verursachen, erkannt werden.
Ziel dieser Arbeit war es, Methoden für eine automatische Erstellung eines solchen 3D-Abschattungsdiagramms für einen beliebigen GNSS-Standpunkt auf Basis terrestrischer Laserscannerdaten zu entwickeln. Als Datengrundlage liegt eine 3D-Punktwolke (Koordinaten in Ost-, Nord-, und Höhenwerten) der Antennenumgebung, hier eine verknüpfte Punktwolke von vier Laserscanning-Standpunkten auf dem Dach des Beyer-Baus in Dresden, vor (siehe Abbildung 1).
Die Abschattungsdiagramme sollen als Raster-Diagramme mit manuell einstellbarer Rasterweite erstellt werden. Da Azimut-Elevations-Diagramme für diese Anwendung üblich sind, werden die kartesischen Koordinaten in sphärische Koordinaten (Azimut, Elevation und Schrägstrecke) umgerechnet. Zunächst wird jedem Rasterelement die Eigenschaft "Abschattung" (= schwarze Einfärbung der Pixel) zugeordnet, wenn mindestens ein Punkt in dem entsprechenden Rasterbereich vorhanden ist (siehe Abbildung 2).
Da mit dieser Vorgehensweise jedoch Ausreißerpunkte der Punktwolke ebenfalls als "Abschattung" eingeordnet werden, benötigt man Verfahren, um diese zu verringern. Dazu wurden folgende Bearbeitungen des Ausgangsdiagramms vorgenommen: Eliminierung von Rasterelementen über einen Mindestwert für die Punktanzahl pro Rasterelement, Eliminierung von Rasterelementen über einen Mindestwert für die Punktanzahl und für die minimale Entfernung der Punkte, Eliminierung von Rasterelementen mittels Opening und die Eliminierung von Rasterelementen mittels Konnektivitätsanalyse.
Die erste Variante eignet sich gut für die Weiterverarbeitung zu einem 3D-Abschattungsdiagramm mit dem Ziel, Objekte, die Mehrwegeeffekte verursachen könnten, ausfindig zu machen. Die Hinzunahme von Entfernungen erfolgt über Entfernungsbereiche der minimalen Entfernung für jedes Rasterelement (siehe Abbildung 3). Das Ergebnis des Openings ist vor allem für eine Ableitung der Horizontlinie mittels Kantendetektion nützlich (siehe Abbildung 4).