Trajektorie, Schleifenschluss und Drift: die wichtigsten Begriffe zu SLAM und mobilen Scanverfahren.
SLAM
SLAM steht für Simultaneous Localization and Mapping. Das Verfahren berechnet aus den laufenden Messungen eines Sensors gleichzeitig die eigene Bewegung und eine Karte der Umgebung. Als Sensor dienen meist ein LiDAR-Scanner oder Kameras, das Ergebnis ist eine Punktwolke.
Eingesetzt wird SLAM dort, wo kein GNSS-Signal zur Verfügung steht, etwa in Gebäuden, Tunneln oder unter dichtem Bewuchs. Weil die Position allein aus den Messdaten abgeleitet wird, hängen Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Umgebung, Gerät und Auswertung ab. Bei Aufgaben mit Nachweispflicht wird das Ergebnis über Kontrollpunkte geprüft.
Gaussian Splatting, kurz 3DGS, ist ein Verfahren zur Darstellung einer Szene aus vielen überlappenden Fotos. Die Szene besteht aus sehr vielen kleinen, halbtransparenten Gauß-Elementen mit Position, Größe, Farbe und Transparenz, die sich aus beliebigen Blickwinkeln flüssig darstellen lassen.
Das Ergebnis eignet sich für anschauliche Visualisierungen und die Dokumentation eines Zustands. Es ersetzt keine Punktwolke
oder Mesh
als Messgrundlage: Für belastbare Maße bleiben Photogrammetrie
und Laserscanning die übliche Basis.
Die Trajektorie ist der Weg, den ein Sensor während der Messung zurückgelegt hat, mit Position und Ausrichtung zu jedem Zeitpunkt. Bei mobilen Scansystemen ist sie die Grundlage, um die einzelnen Messungen in ein gemeinsames Koordinatensystem zu überführen.
Bei SLAM wird sie aus den Messdaten selbst berechnet, bei Mobile Mapping
zusätzlich mit GNSS
und IMU
gestützt. Fehler in der Trajektorie wirken direkt auf die Punktwolke und zeigen sich als Versatz oder doppelte Oberflächen. Ihre Qualität bestimmt deshalb die Qualität des Ergebnisses.
Loop Closure bedeutet Schleifenschluss: Das System erkennt, dass es an einen bereits erfassten Ort zurückgekehrt ist, und gleicht die Trajektorie an dieser Stelle an. So werden die über den Weg angesammelten Abweichungen verteilt und verringert.
Ein Scanweg mit Start und Ziel am selben Punkt oder mit gezielten Überlappungen erleichtert den Schleifenschluss. Fehlt er, etwa bei einem langen Gang ohne Rückkehr, bleibt die Drift in der Regel größer. Kontrollpunkte helfen, das Ergebnis zu prüfen.
Sensorfusion verbindet die Daten mehrerer Sensoren zu einem gemeinsamen Ergebnis. Bei Scansystemen sind das typischerweise LiDAR, Kamera, IMU
und gegebenenfalls GNSS.
Jeder Sensor gleicht Schwächen der anderen aus: Die IMU liefert Bewegungsdaten in hoher Taktung, GNSS im Freien einen absoluten Bezug, die Kamera Farbe und zusätzliche Bildmerkmale. Welche Kombination sinnvoll ist, hängt vom Einsatzort und von der Aufgabe ab.
Rucksacksysteme sind mobile Scanner, die auf dem Rücken getragen werden. Sie erfassen die Umgebung beim Gehen, meist mit LiDAR und SLAM, teils zusätzlich mit Kameras und GNSS.
Sie kommen zum Einsatz, wenn Flächen oder Räume zu Fuß erfasst werden sollen und eine Drohne nicht möglich oder ein Handscanner zu langsam ist, etwa unter Baumkronen, in Anlagen oder in Tunneln. Reichweite, Auflösung und Genauigkeit unterscheiden sich je nach Gerät und werden für das Projekt vorab geklärt.
Handscanner sind mobile Scangeräte, die von Hand geführt werden. Sie erfassen die Umgebung auf SLAM-Basis und liefern direkt eine Punktwolke, oft mit Farbinformationen aus integrierten Kameras.
Typische Einsatzfelder sind Innenräume, Bestandsaufnahmen und kleinere Anlagen. Gegenüber stationären Scannern spart das Zeit bei der Aufnahme, bei langen Wegen steigt jedoch die Drift. Für größere Flächen werden Handscanner deshalb oft mit Kontrollpunkten oder Schleifenschlüssen kombiniert.
Drift ist die langsam anwachsende Abweichung zwischen der berechneten und der tatsächlichen Position eines Sensors. Bei SLAM-Systemen summieren sich kleine Fehler über den zurückgelegten Weg.
Begrenzen lässt sich Drift durch Schleifenschluss, Kontrollpunkte, GNSS-Stützung und kurze, gut überlappende Scanwege. Wie groß sie im Projekt ausfällt, hängt von Gerät, Umgebung und Vorgehen ab und wird in der Qualitätskontrolle
geprüft.
