Selected aspects of data harmonization from terrestrial laser scanning

Periodic inventory and check surveys of the surfaces in engineering structures using terrestrial laser scanning require performing scans from many locations. The survey should be planned so as to obtain full coverage of the measured surface with a point cloud of appropriate density. Due to a variety of terrain obstacles in the close vicinity of the surveyed structure, structural and technical elements, as well as machinery and construction equipment (whose removal is impossible e.g. because of their role in the building and protection of the structure), it is often necessary to combine scans acquired from locations having different measurement geometry of the scene and performed in different lighting conditions. This makes it necessary to fill in blank spots with data of different spectral and geometric quality. This paper presents selected aspects of data harmonization in terrestrial laser scanning. The laser beam incidence angle and the scanning distance are assumed as parameters affecting the quality of the data. Based on the assumed minimum parameters for spectral data, an example of a harmonizing function for the concrete surface of a slurry wall was determined, and the methodology for determining its parameters was described. The presented solution for spectral data harmonization is based on the selection of reference fields representative of a given surface, and their classification with respect to selected geometric parameters of the registered point cloud. For geometric data, possible solutions to the harmonization problem have been analyzed, and criteria for point cloud reduction have been defined in order to obtain qualitatively consistent data. The presented results show that harmonization of point clouds obtained from different stations is necessary before their registration, in order to increase the reliability of analyses performed on the basis of check survey results in the assessment of the technical condition of a surface, its deformation, cracks and scratches.

Okresowe pomiary inwentaryzacyjne i kontrolne powierzchni obiektów inżynierskich metodą naziemnego skaningu laserowego wymagają wykonania skanowania z wielu stanowisk instrumentu. Pomiar obiektu powinien być tak zaplanowany, aby uzyskać pełne pokrycie mierzonej powierzchni chmurą punktów o odpowiedniej gęstości. Ze względu na znajdujące się w bliskim otoczeniu mierzonego obiektu przeszkody terenowe, elementy konstrukcyjne i techniczne a także maszyny i urządzenia budowlane, których usunięcie na czas wykonywania pomiaru jest niemożliwe np. służące realizacji i zabezpieczeniu obiektu często niezbędne jest łączenie skanów pozyskanych ze stanowisk o różnej geometrii sceny pomiarowej i wykonanych w różnych warunkach oświetlenia. Skutkuje to koniecznością uzupełniania martwych (pustych) pól danymi o różnej jakości spektralnej i geometrycznej. W artykule zaprezentowano wybrane aspekty harmonizacji danych z naziemnego skaningu laserowego. Jako parametry wpływające na jakość danych przyjęto kąt padania wiązki laserowej oraz odległość skanowania. W oparciu o przyjęte minimalne parametry dla danych spektralnych wyznaczono przykładową funkcję harmonizującą dla betonowej powierzchni ściany szczelinowej oraz opisano metodykę wyznaczania jej parametrów. Prezentowane rozwiązanie dla harmonizacji danych spektralnych opiera się na wyborze reprezentatywnych dla danej powierzchni pól referencyjnych i ich klasyfikacji w odniesieniu do wybranych parametrów geometrycznych zarejestrowanej chmury punktów. Dla danych geometrycznych przeanalizowano możliwe rozwiązania problemu harmonizacji oraz określono kryteria ograniczania chmur punktów w celu uzyskiwania spójnych jakościowo danych. Na podstawie zaprezentowanych wyników wykazano, że harmonizacja pojedynczych chmur punktów pozyskanych z różnych stanowisk jest konieczna przed ich wspólną rejestracją (register points clouds) w celu podniesienia wiarygodności analiz wykonywanych na podstawie wyników pomiarów kontrolnych do oceny stanu technicznego powierzchni, jej deformacji oraz spękań i rys.