Maalaserkeilauksen tekniikkaa
Kirjoittaja: Jaakko Järvinen, jaakko.jarvinen[at]iki.fi
Artikkeli pdf-muodossa (Positio 1/2008)
Laserkeilaus on tehokas tapa kerätä paikkatietoa. Ilmakeilauksen lisäksi keilata voi myös maan pinnalta.
Lentokoneesta tai helikopterista tapahtuva laserkeilaus lienee monelle tutumpaa kuin maan pinnalta tapahtuva keilaus. Maalaserkeilausta käytetään yhä enemmän muun muassa suurissa rakennushankkeissa.
Maalaserkeilaimet voidaan jakaa mittausperiaatteensa mukaisesti aikaero- ja vaihe-erolaserkeilaimiin. Aikaero- eli pulssilaserilla mittaaminen perustuu kohteen suuntaan pyörivän peilin tai prisman avulla lähetettyjen ja kohteesta takaisin heijastuneiden laserpulssien edestakaisten kulkuaikojen mittaamiseen.
Vaihe-erolaserkeilaimen toiminta perustuu puolestaan jatkuvan, intensiteetin voimakkuudeltaan tietyn aaltomuodon tai useampien kantoaallonpituuksien mukaisesti muuttuvan signaalin käyttöön. Etäisyyshavainto saadaan määritettyä kohteeseen lähetetyn sekä siitä takaisin heijastuneen signaalin välisen vaihe-eron suuruutta havaitsemalla.
Tarkkuus riippuu mittausperiaatteesta
Jatkuvan signaalin käyttö mahdollistaa huomattavasti suuremman mittausten toistotaajuuden sekä mittaustarkkuuden aikaerolasereihin verrattuna. Toisaalta jatkuva signaali asettaa rajoituksen mittaushavaintojen maksimietäisyydelle jaksollisesti toistuvan signaalin käytöstä johtuen. Aikaerolaserkeilaimet pystyvät huomattavasti pidempien mittausetäisyyksien määrittämiseen, lähinnä käytettävän energiapulssin voimakkuudesta sekä mittauksessa käytettävästä toistotaajuudesta riippuen.
Toimintatapansa perusteella maalaserkeilaimet voidaan jakaa keilamaisiin, tiettyyn suuntaan keilaaviin sekä pystyakselinsa ympäri pyöriviin, panoraamaisesti tai kupolimaisesti mittaaviin laserkeilaimiin. Keilamaiset keilaimet on tarkoitettu ensisijaisesti pienempien kohteiden, kuten esineiden yksityiskohtaiseen keilaamiseen. Pyörivä keilaimet soveltuvat sen sijaan suurempien kohteiden ja laajempien näkymien keilaamiseen.
Pistepilvestä paikkatiedoksi
Laserkeilausprojektin vaiheet ovat keilausvalmistelut ja aineiston keruu, pistepilvien keskinäinen rekisteröinti sekä aineiston valmistelu loppukäyttöä varten. Yleensä vain aineiston keruu suoritetaan paikanpäällä ja varsinainen aineiston käsittely toisaalla.
Pistepilvien keskinäinen rekisteröinti tarkoittaa kohteen eri puolilta tuotettujen pistepilvien sijainnin määrittämistä suhteessa toisiinsa ja niiden yhdistämistä keskenään. Toimenpiteen voi suorittaa esimerkiksi keilausvaiheessa kohteen ympärillä sijoitettujen, muodoltaan tunnettujen tähysten avulla tai 3D-pintojen yhteensovitusmenetelmiin pohjautuen.
Nykyisin laserkeilain saattaa sisältää myös takymetriominaisuuden, jolloin keilausasemien sijainnin voi määrittää keilaustilanteessa tunnettujen pisteiden avulla. Maalaserkeilaimen yhteyteen liitetyn kameran käyttö mahdollistaa väri-informaation keruun pistepilvien myöhempää teksturointia varten.
Rekisteröinnin jälkeiset toimenpiteet vaihtelevat aineiston käyttötarkoituksen mukaan. Tyypillisesti aineistolle suoritetaan ainakin joukko erilaisia suodatustoimenpiteitä kohinan poistamiseksi sekä pyritään korjaamaan aineistossa mahdollisesti ilmenevät virheet.
Sanasto
Mittausetäisyys = mittaustapaan ja lähetystehoon perustuvaa nimellisetäisyys, johon asti keilain pystyy suorittamaan mittauksia. Mittausetäisyys vaihtelee vaihe-erolasereilla alle metristä noin 80 metriin ja aikaerolasereilla jopa yli kilometriin.
Mittaustarkkuus = etäisyysmittauksen tarkkuus eli yhden etäisyyshavainnon mittatarkkuus. Parhaimmillaan millimetriluokkaa. Mittaustarkkuus vaihtelee eri mittausetäisyyksillä.
Kulmaerotuskyky = kahden vierekkäisen lasersäteen välisen kulman suuruus. Määrittää lähtökohdan kohteesta tietyltä etäisyydeltä saatavan aineiston yksityiskohtaisuudelle. Pysty- ja vaakasuuntaisen erotuskyvyn välillä saattaa olla eroja.
Toistotaajuus = mittaushavaintojen määrä sekuntia kohden. Vaihtelee aikaerolasereiden noin 10 000 havainnosta aina vaihe-erolasereiden yli 100 000 pisteen mittaamiseen sekuntia kohden.
Keilauskulma = keilaimen näkemän alueen suuruus, jonka lasersäteet kattavat laitteen toimiessa. Pyörivien keilainten kohdalla vaakasuunnassa täydet 360 astetta ja monesti pystysuunnassa lähes saman verran. Keilamaisesti tiettyyn suuntaan keilaavilla laitteilla huomattavasti kapeampi alue.