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Was macht man zur Ortsbestimmung in Tunneln oder Innenräumen? Leider funktioniert GPS weder in Innenräumen noch im Untergrund. Um eine passende Alternative für eine schnelle Positionierung von Messgeräten in Innenräumen und Tunneln zu finden, haben wir ein System evaluiert und getestet, das mit fest installierten und eingemessenen Basisstationen arbeitet.
Dafür wurden ein oder mehrere Messgeräte verwendet, welche sich mit den Informationen der fest installierten Basisstationen orientieren können. Die berechneten Koordinaten der Messgeräte wurden gespeichert, mit weiteren Messdaten angereichert und standen damit für weitere Auswertungen zu Verfügung.
Beschreibung
Die Elektronik des bestehenden Indoor-Navigationssystems pozyx.io erweiterten wir mit eigenem C++-Code unter der Verwendung der Arduino-Umgebung. Diese Erweiterung umfasste die Speicherung der gemessenen Positionen, Informationen weiterer Sensoren (zum Beispiel Temperatur) und die Erfassung der Bildauslösung der Sony-Systemkameras.
Das Kamerasignal wurde über den Blitzschuh der Kamera abgegriffen und an die Elektronik weitergeleitet. Bei der Erfassung eines Kamerasignals wurde die Position in allen drei Achsen (X, Y, Z) abgespeichert.
Dabei bildeten das Registrieren des Trigger-Signals und der Speicherung der Koordinaten die Basis, um die Messwerte und die Positionen der Sensoren im Raum zu kombinieren.
Für die Kontrolle der Genauigkeit der gemessenen Positionen entwickelten wir ein Gehäuse, welches über ein Vermessungsstativ exakt positioniert werden kann, oder mit einem zentrisch montierten Vermessungsreflektor und einem Tachymeter eingemessen werden kann.
Weiterführende Informationen
- Verwendete Elektronik: pozyx
Für die geologische und bautechnische Beurteilung der Tunnelbrust im konventionellen Tunnelvortrieb werden mit photogrammetrischen Methoden hochaufgelöste 3D-Modelle berechnet. Die Aufnahmen werden mit handelsüblichen, qualitativ hochwertigen Kameras durchgeführt.
Zwischen dem Abschluss eines Abschlages und dem Verschluss der Tunnelbrust mit Spritzbeton stehen für diese Aufnahmen jedoch nur wenige Minuten zu Verfügung. Aufgrund der teils sehr schwierigen geologischen Bedingungen muss der Vortrieb der Tunnelbrust manchmal in mehreren Teilsegmenten durchgeführt werden.
Beschreibung
Da für die Fotoaufnahmen des Vortriebs nur wenig Zeit zur Verfügung steht, werden die Aufnahmen direkt durch die Drittelsführer der Baumannschaft durchgeführt. Um die Strukturierung und Ordnung der Aufnahmen zu vereinfachen und zu vereinheitlichen, wurde mit C# die Windows Presentation Foundation (WPF) Applikation GeoFaceAcquire programmiert.
GeoFaceAcquire steht den Drittelsführern auf einem tunneltauglichen Tablet zu Verfügung und kann ausschliesslich über Touch-Befehle bedient werden.
Über GeoFaceAcquire, einer WiFi-Verbindung welche das Tablet mit der verwendeten Kamera verbindet, und einen JSON-basierten Datenaustausch kann der Drittelsführer die Kamera fernbedienen.
Im Hintergrund der Fernbedienung werden zusätzliche Metadaten (z.B. aktueller Tunnelvortrieb, aktueller Tunnelmeter und allfällige Beobachtungen wie Wassereinbruch) in XML-basierten Dateien abgelegt. Bei der abschliessenden Synchronisation des Tablets und der Kamera stehen die Bilder, Kalibrationsdateien und Metadaten als Paket für die anschliessende 3D-Modellierung zur Verfügung.
Die so erfassten Pakete werden anschliessend über das in den Tunnels zu Verfügung stehende Ethernet-Netzwerk mit dem Baustellenrechner synchronisiert und fliessen in die automatische 3D-Modellierungs-Pipeline ein. Aufgrund der zum Teil schwierigen Situationen kann auch auf die Verwendung der WiFi-Verbindung verzichtet werden. In diesem Fall werden die einzelnen Aufnahmesessionen dann basierend auf den Zeitstempeln und konfigurierbaren Vorgaben strukturiert und ebenfalls für die 3D-Modellierung zur Verfügung gestellt.
Die Karten des Geologischen Atlas der Schweiz 1:25’000 (GA25) zählen zu den komplexesten thematischen Kartenwerken, die aktuell erstellt werden. Sie werden analog in einem aufwendigen Offsetdruck-Verfahren mit 16 einzelnen Druckfarben gedruckt. Digital stehen die Daten als komplexe GIS-Datensätze zur Verfügung.
Die hohen Anforderungen an die Datenausgabe verlangen daher eine sehr hohe Qualität der erfassten Grundlagendaten mit einer absolut fehlerfreien Topologie der erfassten Vektordaten. GeoIdee programmierte ein Plugin für Adobe Illustrator, mit dessen Hilfe topologische Fehler automatisch aufgespürt werden können.
Beschreibung
Für die räumliche Erfassung von Vektordaten werden am Allgemeinen Geografische Informationssysteme (GIS) verwendet. Diese Systeme sind zwar sehr effizient in der Verwaltung von Sachdaten, aber sehr schwach, was die schnelle und intuitive Datenerfassung betrifft.
Für die Datenerfassung des GA25 wurde von der Partnerfirma Digikarto die Arbeits- und Datenprozessierungsmethode Digimap entwickelt, die auf dem Vektorprogramm Adobe Illustrator und der geografischen Erweiterung MapPublisher basiert.
Adobe Illustrator stellt eine einzigartige Umgebung für die Erfassung und Bearbeitung von Vektordaten zur Verfügung. Trotz der sehr ausgeklügelten Werkzeuge von Illustrator fehlen aber Werkzeuge für die Kontrolle der Topologien der erfassten Vektoren. Um einen in sich perfekten Datensatz erstellen zu können, müssen Fehler wie “offene Enden” (dangling arcs), “unnötige Knoten” (pseudo nodes) und “kleinste Abstände” (critical nodes) unbedingt vermieden werden. Bei einer durchschnittlichen Anzahl von 15’000 Segmenten und 5’000 Polygonen eines GA25-Blattes kann das Auffinden solcher Fehler unmöglich manuell durchgeführt werden.
GeoIdee programmierte mit der C++ Programmierschnittstelle von Adobe Illustrator ein spezielles Plugin, dessen Werkzeuge (Dangling Arcs, Pseudo Nodes, Critical Nodes und Automatic Snapping) grosse Datensätze wie den GA25 analysieren und schnell auf topologische Fehler prüfen können.
Die aufgefundenen Fehler werden in einer separaten Ebene der Illustrator-Datei gespeichert und der Benutzer kann die einzelnen Fehler dann sequentiell bearbeiten. Aufgrund der zum Teil sehr komplexen geometrischen Verhältnisse wurde auf eine automatische Fehlerbehandlung verzichtet.
Weiterführende Informationen
Eine Vielzahl von Fachinformationen werden als Punkt- und Linienereignisse an geroutete und kilometrierte Gewässernetze referenziert und grösstenteils von den entsprechenden Fachstellen der kantonalen Verwaltungen erarbeitet. Als digitales Gewässernetz werden zum Teil eigene kantonale Gewässernetze oder das Gewässernetz des Bundes verwendet. Das Bundesamt für Umwelt hat die Aufgabe, diese Fachinformationen der einzelnen Kantone zu sammeln und im Geoportal des Bundes zu publizieren (z.B. Daten zur Ökomorphologie der Gewässer).
Um die Daten zwischen den einzelnen digitalen Gewässernetzen austauschen zu können, müssen die jeweiligen Gewässernetze miteinander verglichen werden. Diese Netzwerkvergleiche und resultierende Relationen gestatten dann einen möglichst verlustfreien Übertrag der jeweiligen Fachinformationen vom ursprünglichen auf ein anderes Gewässernetz.
Beschreibung
Für die Übertragung von Punkt- und Linienereignissen von einem Ursprungs-Gewässernetz auf ein neues Ziel-Gewässernetz (z.B. von einem kantonalen auf das eidgenössische Gewässernetz) müssen identische Gewässerabschnitte ermittelt werden. Nur in den wenigsten Fällen reicht dafür ein einfaches Vergleichen der Attribute – bei weitaus zahlreicheren Fällen muss die komplette topologische Struktur der beiden Netzwerke miteinander verglichen werden.
Grundsätzlich ähnelt diese Aufgabe damit dem Vergleich von Strassennetzwerken und -topologien, obwohl die Topologie von Gewässernetzen um ein Vielfaches komplexer ist als beispielsweise die von Strassen. Je nach Erfassungsmassstab der Netzwerke können etwa verzopfte oder mäandrierende Flussabschnitte völlig unterschiedlich erfasst worden sein.
Basierend auf einer ausführlichen Literaturrecherche und einzelnen Tests wurde das Conflation Toolset von ArcGIS als mögliche Basis evaluiert. Es analysiert die Topologie der beiden Netzwerke und erstellt eine Matching-Matrix der als identisch oder nicht-identisch erkannten Netzwerkabschnitte. Aufgrund des sehr hohen Komplexitätsgrads der Netzwerke werden durch das Conflation Toolset aber auch eine grosse Anzahl von Fehlinterpretationen erstellt. Um diese zu detektieren, wurden typische Fehlerfälle eruiert und mit Geoprocessing-Modellen aus den Matching-Matrizen extrahiert.
In ArcMap werden die detektierten Fehler anschliessend zielgerichtet symbolisiert und dem Benutzer zur Überarbeitung zur Verfügung gestellt.
Für eine möglichst effiziente und fehlerfreie Überarbeitung wurde mit C# und ArcObjects ein Bearbeitungswerkzeug programmiert, das die unterschiedlichsten Methoden zur Korrektur der fehlerhaften Matching-Matrizen zur Verfügung stellt. Gleichzeitig werden alle Arbeitsschritte des Bearbeiters im Hintergrund protokolliert und in einer Geodatabase abgelegt.
Weiterführende Informationen
Anforderungen an die Kilometrierung des Gewässernetzes im swissTLM3D
Für die Erstellung von 3D-Modellen der vier Tunnelvortriebsrichtungen im Semmering-Basistunnel in Österreich braucht die Firma Marti Tunnel AG eine zuverlässige Erfassung und Verwaltung der Fotoaufnahmen. Also programmierten wir die Applikation GeoFaceAcquire.
Die Applikation ist auf stabilen und tunneltauglichen Tablets
installiert, die wiederum in den jeweiligen Tunnelröhren beim
Mannschaftscontainer installiert und über LAN mit dem Baustellenserver
verbunden sind.
Um
allfällige Fallstricke zu entdecken, fand die Inbetriebnahme der Applikation
direkt auf der Baustelle und in den vier Vortrieben statt. Eindrücklich und
ungewohnt! Verschiedene kleinere Fragen und Probleme wurden vor Ort diskutiert
und behoben. Doch nach einigen anfänglichen Netzwerkproblemen innerhalb der
verschiedenen Tunnelröhren wurde ein stabiler Betrieb hergestellt.