Ein Architekt oder Vermessungsingenieur erhält nach einer Laservermessung eine 3D-Punktwolke und ist unsicher, wie er vorgehen soll – in welchem Format er sie weiterleiten soll, an wen und für welchen Zweck. Diese Rohdaten geben den tatsächlichen Zustand originalgetreu wieder. Sie stellen weder einen Plan noch ein gebrauchsfertiges Modell dar. Ihr Wert hängt davon ab, was man anschließend daraus ableitet.
Was eine Punktwolke enthält
Eine Punktwolke umfasst mehrere Millionen Punkte, von denen jeder durch drei Koordinaten – X, Y und Z – in einem bestimmten Koordinatensystem definiert ist. Der Scanner erfasst zudem für jeden Punkt einen Intensitätswert (die Energie des reflektierten Lasersignals) und häufig einen RGB-Farbton, der von einer integrierten oder angeschlossenen Kamera erfasst wird.
Die Punktdichte variiert je nach Abstand zwischen dem Scanner und der zu erfassenden Oberfläche sowie je nach der vor jeder Messstation am Gerät gewählten Auflösung. Eine nahegelegene Wand, die mit hoher Auflösung erfasst wird, erzeugt ein dichtes Netz. Eine weit entfernte Fassade bei niedriger Auflösung weist spärlichere Bereiche auf.
Die Georeferenzierung ist entscheidend für die Rückverfolgbarkeit des gesamten Datensatzes. Sie besteht darin, die Punktwolke an ein anerkanntes Koordinatensystem oder an topografische Messpunkte zu verknüpfen, die mit einem Tachymeter (dem Instrument zur Messung von Winkeln und Entfernungen in der Vermessung) erfasst wurden, damit jeder Punkt auch außerhalb der Erfassungssoftware eine Bedeutung behält.
Ohne diese Verknüpfung bleibt die Punktwolke in ihrem eigenen Koordinatensystem konsistent. Eine lokale Ausrichtung auf einen gemeinsamen Punkt, der sowohl in der Punktwolke als auch auf den Plänen markiert ist, ermöglicht dann einen direkten Vergleich, der zwar weniger rückverfolgbar ist als eine vollständige Georeferenzierung, aber für eine punktuelle Überprüfung ausreicht.
Von der Laserstation zur verwertbaren Datei
Die Erfassung erfolgt entweder mit einem statischen Laserscanner, der Station für Station auf einem Stativ aufgestellt wird, oder mit einem mobilen Scanner, der getragen oder auf einem Wagen montiert wird, um große Volumina schnell zu erfassen. Jede Station erfasst einen vollständigen 360-Grad-Scan um ihren Punkt herum. Bei der Registrierung werden diese Stationen anschließend miteinander verknüpft, entweder durch Erkennung gemeinsamer Formen oder anhand physischer Zielmarken, die in der Szene positioniert sind.
Das Roh- oder teilverarbeitete Ergebnis wird in der Regel in einem der folgenden Formate geliefert. Das durch die Norm ASTM E2807 standardisierte E57-Format dient als neutraler Datenaustausch zwischen Softwareprogrammen. Es bewahrt die Koordinaten, die Intensität, die Farbe sowie die Metadaten der einzelnen Stationen. Das RCP-Format gehört zum Autodesk-Ökosystem und ermöglicht die Bearbeitung der Punktwolke direkt in ReCap vor dem Import in Revit. Das von der ASPRS (American Society for Photogrammetry and Remote Sensing) gepflegte LAS-Format gilt nach wie vor als Referenz für georäumliche LiDAR-Daten, insbesondere aus mobilen oder luftgestützten Erhebungen.
Das Gesamtvolumen hängt von der Anzahl der Messstationen, der gewählten Auflösung, dem Vorhandensein von RGB-Farben, dem Exportformat und dem Komprimierungsgrad ab. Diese Datenmenge lässt sich ohne eine speziell für diesen Dateityp entwickelte Software nur schwer verarbeiten.
Der Verwendungszweck bestimmt den Detaillierungsgrad
Ein und dieselbe Vermessung kann sehr unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden, je nachdem, ob sie für eine punktuelle Kontrolle oder ein umfassendes Planungsprojekt dient.
Die Maßkontrolle eines fertiggestellten Bauwerks, die Überprüfung der Lotrechtigkeit einer tragenden Wand oder der Vergleich zwischen dem Bauzustand und den ursprünglichen Plänen basieren zwar alle auf derselben Vermessung, erfordern jedoch eine unterschiedliche Aufbereitung. Ein Vermessungsingenieur kann direkt in der Cloud arbeiten, dort Maße oder punktuelle Schnitte erfassen, ohne eine vollständige Modellierung durchführen zu müssen.
Ein Architekt hingegen benötigt ein strukturiertes Ergebnis. Ein im DWG-Format lesbarer 2D-Plan oder ein BIM-Modell – das nach dem Building-Information-Modeling-Ansatz nach Bauteilen (Wände, Decken, Öffnungen) strukturierte digitale Modell – lässt sich leichter in den eigenen Entwurfsprozess integrieren.
Ohne vorherige Festlegung des Umfangs, ohne Definition des zu erfassenden Bereichs, der angestrebten Toleranz und der Lieferfrist bleibt die Punktwolke eine Datenmenge, deren Auswertung mit hohem Aufwand verbunden ist. Die Verarbeitungszeit und damit die Kosten hängen direkt von dieser anfänglichen Festlegung ab.
Separate Ergebnisse für jedes Fachgebiet
Die Umwandlung in ein BIM-Modell erfordert eine manuelle oder halbautomatische Modellierung, Element für Element. Bestimmte Tools extrahieren automatisch ebene Flächen oder einfache geometrische Formen aus der Punktwolke, doch ein zuverlässiges Modell erfordert vor der Auslieferung eine Überprüfung und Nachbearbeitung durch den Menschen. Dieser Arbeitsaufwand rechtfertigt den Zeitaufwand und die Kosten, die mit der Verarbeitung verbunden sind und sich von denen der Erfassung vor Ort unterscheiden.
Drei Arten von Ergebnissen kommen am häufigsten vor: DWG-Pläne, ein BIM-Modell mit vertraglich festgelegter LOD oder ein Bericht zur Maßkontrolle mit quantifizierten Abweichungen. Der LOD (Level of Development) beschreibt gemäß der BIMForum-Konvention den Grad der Zuverlässigkeit und des Entwicklungsstands eines Modellelements und nicht nur die Detailgenauigkeit der Erfassung. Ihre Verwendungszwecke, Formate und Leseprogramme unterscheiden sich deutlich voneinander und sind im Folgenden zusammengefasst.
| Ergebnis | Typische Verwendung | Format | Anzeigesoftware |
|---|---|---|---|
| Rohdatenwolke | Punktuelle Prüfung, direkte Bemaßung | E57, LAS, RCP | CloudCompare für E57 und LAS, ReCap und Autodesk-Anwendungen für RCP |
| DWG-Zeichnungen | Baustellenkoordination, Zeichnungsgrundlage für ein Genehmigungsantragsdossier gemäß den Anforderungen der zuständigen Behörde | DWG | AutoCAD |
| BIM-Modell LOD 300 | Entwurfsgrundlage, Geometrie der Elemente in Größe, Form und Position definiert. Die HLK- und Elektrokoordination (Heizung, Lüftung, Sanitär, Elektrik) erfolgt gemäß LOD 350 | RVT, PLN | Revit, Archicad |
Die Faktoren, die die Genauigkeit bestimmen
Die Zuverlässigkeit einer Vermessung hängt von mehreren Faktoren in ihrer Gesamtheit ab, niemals von einer einzelnen Zahl. Die verwendete Ausrüstung, die Reichweite und der Aufnahmewinkel legen eine für jeden Scanner spezifische Fehlermarge fest. Das Kalibrierungsprotokoll zwischen den Stationen, die Anzahl der Kalibrierungsmarken und deren räumliche Verteilung beeinflussen direkt die Konsistenz der endgültigen Punktwolke.
Die Bedingungen vor Ort spielen eine ebenso wichtige Rolle. Ein dunkler Raum beeinträchtigt vor allem die Qualität der von der integrierten Kamera erfassten RGB-Textur, ohne die Lasermessung selbst zu beeinflussen. Reflektierende Oberflächen wie Glas oder poliertes Metall sowie flache Einfallswinkel beeinträchtigen hingegen das Lasersignal und verursachen Rauschen oder Lücken in der Punktwolke.
Die vom Hersteller des Scanners angegebene Genauigkeit, die in der Regel in Millimetern bei einer bestimmten Reichweite ausgedrückt wird, lässt sich vor Ort nur mit einem strengen Kalibrierungsprotokoll erreichen. Die Anzahl der Kalibrierungsmarken und deren räumliche Verteilung sowie die tatsächliche Reichweite der Vermessung führen dazu, dass das Ergebnis desselben Geräts von Baustelle zu Baustelle variiert.
Die Rohdaten allein bieten keinerlei Garantie. Erst das Erfassungsprotokoll und die anschließende Qualitätskontrolle machen die Punktwolke für einen bestimmten Verwendungszweck nachvollziehbar und verwertbar.
Das Wesentliche vor Beginn einer Vermessung
Eine punktuelle Konformitätsprüfung stützt sich direkt auf die Rohdatenwolke oder auf einen Bericht mit quantifizierten Abweichungen, ohne zwischengeschaltete Modellierung. Ein Entwurfs- oder technisches Koordinationsprojekt erfordert hingegen ein nach Elementen strukturiertes BIM-Modell mit einem vertraglich festgelegten LOD.
Das Lieferformat und der festgelegte LOD sind vor dem Termin des Vor-Ort-Einsatzes mit dem Dienstleister zu vereinbaren, nicht erst nach Erhalt der Punktwolke.