Koordinatentransformation mit Kontrollpunkten (GCPs) in Lixel Studio
TitleWarum eine Koordinatentransformation?
Punktwolken werden von Scannern immer in einem lokalen Koordinatensystem erzeugt, das vom Scanner selbst definiert wird. Für viele Anwendungen, insbesondere im Ingenieurwesen, Bauwesen oder in der Vermessung, ist es jedoch erforderlich, diese Punktwolken in ein globales oder projektbezogenes Referenzsystem zu überführen. Nur so können die Scandaten mit anderen georeferenzierten Informationen, CAD-Modellen oder bestehenden Vermessungsplänen kombiniert werden. Eine Koordinatentransformation ermöglicht es, die lokal erfassten Punkte präzise in das gewünschte Referenzsystem zu übertragen und somit die Punktwolke für weitere Analysen oder Planungen nutzbar zu machen.
TitleBenötigte Soll- & Ist-Daten
Für eine Koordinatentransformation mittels Bodenkontrollpunkten (Ground Control Points) werden identische Punkte in zwei Koordinatensystemen benötigt zum einen die Koordinaten der Kontrollpunkte im definierten Referenzsystem (Soll-Daten), z. B. ETRS89 / UTM oder ein Werkskoordinatensystem; zum anderen dieselben Punkte in der aufgenommenen Punktwolke (Ist-Daten), die zunächst im lokalen Scanner-Koordinatensystem vorliegen. Nur durch die eindeutige Zuordnung dieser Soll- und Ist-Koordinaten kann die Punktwolke korrekt in das gewünschte Referenzsystem transformiert werden.
TitleWorkflow für die Koordinatentransformation mit Kontrollpunkten
Aufnahme der absoluten Punkte für die Georeferenzierung
Für die absolute Erfassung der Punkte können GNSS-Empfänger oder Tachymeter genutzt werden. In unserem Feldprojekt haben wir einen GNSS-Empfänger von Emlid eingesetzt und konnten so eine Genauigkeit von etwa einem Zentimeter erreichen. Der Vorteil von GNSS-Empfängern liegt darin, dass die Punkte sehr schnell erfasst werden können und die integrierte Neigungsberechnung es ermöglicht, den Stab auch schräg zu halten, ohne die Messgenauigkeit zu beeinträchtigen.
Aufnahme der Kontrollpunkte beim Scannen mit den 3D-Scannern Lixel K1 und L2 Pro
Bei den verwendeten XGRIDS Lixel-Scannern haben wir die Kontrollpunkte direkt während des Scannens aufgenommen. Sobald ein Scan mit dem Lixel K1 oder L2 Pro gestartet wird, können Kontrollpunkte (GCPs) hinzugefügt werden. Diese Punkte werden als fest definierte Positionen in der Punktwolke hinterlegt und erhalten einen eigenen Namen. Für eine Koordinatentransformation empfehlen wir mindestens drei Kontrollpunkte; besser sind vier Punkte zur Stabilität und besseren rechnerischen Kontrolle.
Nach dem Scannen werden die Punkte automatisch in einer CSV-Datei im Projektordner des Scans im Unterordner project_data gespeichert. Die Datei trägt standardmäßig den Namen control_points.csv. Dort können die Punktnamen bei Bedarf noch angepasst werden, bevor sie für die Koordinatentransformation verwendet werden.
Datenaufbereitung der absoluten Punkte für Lixel Studio
Nach der Aufnahme mit dem GNSS-System müssen die Punkte in das passende Format für Lixel Studio gebracht werden. Es stehen zwei Formate zur Verfügung.
Bei der CSV-Datei werden die Punkte in einer Spalte aufgelistet; die Werte werden durch Kommas getrennt und ohne Leerzeichen geschrieben. Die Reihenfolge lautet Punktname (Name), Rechtswert (Easting), Hochwert (Northing) und Höhe (Elevation).
Bei der TXT-Datei ist das Vorgehen ähnlich, jedoch wird hier kein Komma, sondern ein Tabulator verwendet. Jeder Punkt wird in einer neuen Zeile aufgelistet, ebenfalls in der Reihenfolge Name, Easting, Northing und Elevation, ohne nachfolgende Leerzeichen.
Koordinatentransformation in Lixel Studio
In Lixel Studio werden nun alle Daten zusammengeführt. Unter Project Processing können die Rohdaten und die CSV- oder TXT-Datei zu einer georeferenzierten Punktwolke transformiert werden.
Zunächst wird der Projektordner angegeben. Anschließend wird unter Coordinate Transformation die Option GCP ausgewählt und über das Pluszeichen die vorbereiteten absoluten Punktkoordinaten als CSV- oder TXT-Datei geladen.
Im Anschluss können die Punkte unter GCP Edit überprüft und bei Bedarf korrekt zueinander zugeordnet werden. Es empfiehlt sich, die lokalen Punkte gleich wie in den absoluten Punktkoordinaten zu benennen, da dies später Zeit spart.
Nachdem die Zuordnung abgeschlossen ist, können die Punkte überprüft und die Punktwolke prozessiert sowie transformiert werden.
Genauigkeitsreport der Koordinatentransformation
Nach erfolgreicher Prozessierung erstellt Lixel Studio einen Kontrollpunkte-Genauigkeitsreport. In diesem Bericht lassen sich die Abweichungen der einzelnen Punkte einsehen. Zudem wird eine Übersicht über die maximale und minimale Abweichung angezeigt, die die Genauigkeit der Transformation dokumentiert.
TitleFazit der Koordinatentransformation mit Kontrollpunkten
Die Verwendung von GCPs zur Koordinatentransformation in Lixel Studio ermöglicht eine präzise Überführung von lokal erfassten Punktwolken in ein globales Referenzsystem. Durch die sorgfältige Aufnahme der Soll- und Ist-Punkte, die korrekte Zuordnung in Lixel Studio und die anschließende Prozessierung lässt sich eine präzise Transformation erzielen, die für die Weiterverarbeitung der Punktwolke in Planungs- und Analyseprojekten entscheidend ist. Die Methode stellt sicher, dass die Punktwolken sowohl in Bezug auf Position als auch Maßstab und Orientierung korrekt mit bestehenden georeferenzierten Daten übereinstimmen.
