Mobile Laser Scanning – System development, performance and applications

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2013-12-21
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2013
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
247
Series
Suomen Geodeettisen laitoksen julkaisuja, Publications of the Finnish Geodetic Institute, Veröffentlichungen des Finnischen Geodätischen Institutes, 153
Abstract
Laser scanning is a surveying technique used for mapping topography, vegetation, urban areas and infrastructure, ice, and other targets of interest. Its application on a terrestrial mobile platform is a promising method for effectively collecting three-dimensional data for complex environments and for producing model information for location-based services necessitating rapidly collected and up-to-date data. Development of mobile laser scanning (MLS) systems for such purposes is presented in this study. Different aspects of this technology were analyzed in laboratory experiments, simulations and field tests, in order to understand their effects on the ranging, intensity and point cloud data, especially in terms of point distribution and accuracy. In order to validate the performance of the developed ROAMER and AKHKA MLS systems, various three-dimensional mapping tasks were performed during an international benchmarking test, as well as in the field in numerous projects. The results showed that the proposed systems can reliably provide accurate data. It has also been shown that the various modalities of the systems allow data acquisition in numerous application scenarios and environments not previously possible. MLS improves the data output compared to terrestrial laser scanning (TLS) and outperforms airborne laser scanning (ALS) in ranging precision and point density. As a result, MLS is well suited to fill the gap between these two previously dominant 3D data acquisition techniques.

Laserkeilaus on mittaustekniikka, jota käytetään maaston topografian kasvillisuuden, rakennettujen alueiden, infrastruktuurin, jään ja muiden kohteiden kartoitukseen. Tekniikan soveltaminen liikkuvalle alustalle on lupaava menetelmä monimuotoisten ympäristöjen tehokkaaseen kolmiulotteiseen mittaamiseen ja mallinnustiedon tuottamiseen paikkatietopalveluihin, jotka edellyttävät tiedon nopeaa hankintaa ja ajantasaisuutta. Tässä tutkimuksessa kehitettiin liikkuvia laserkeilausjärjestelmiä (MLS). Eri tekijöiden vaikutuksia etäisyys- ja intensiteettihavaintoihin, pistejakaumaan ja tarkkuuteen selvitettiin laboratoriokokein, simuloimalla ja koetöin. Tutkimuksessa kehitettyjen ROAMER ja AKHKA MLS-järjestelmien suorituskykyä kolmiulotteisen mittaustiedon tuottamiseen erilaisissa kartoitustehtävissä tutkittiin kansainvälisessä vertailututkimuksessa kaupunkitestikentän avulla, mutta lisäksi käytännön sovelluksissa useassa eri projektissa. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että kehitetyt MLS järjestelmät tuottavat tarkkaa tietoa luotettavasti. Järjestelmien monikäyttöisyys mahdollistaa aineistonhankinnan eri sovellustapauksissa ja ympäristöissä tavalla, joka ei ole aikaisemmin ollut mahdollista. Liikkuva laserkeilaus parantaa merkittävästi mittauksen tehokkuutta maalaserkeilaukseen verrattuna, ja ylittää lentolaserkeilauksen suorituskyvyn etäisyysmittauksen tarkkuudessa ja pistetiheydessä. Liikkuva laserkeilaus tarjoaakin näitä kahta aikaisemmin vallitsevaa 3D-mittausteknologiaa hyvin täydentävän kartoitusmenetelmän.
Description
Supervising professor
Haggrén, Henrik, Prof., Aalto University, Department of Real Estate, Planning and Geoinformatics, Finland
Thesis advisor
Hyyppä, Juha, Prof., Finnish Geodetic Institute, Department of Remote Sensing and Photogrammetry, Finland
Kaasalainen, Sanna, Docent, PhD, Finnish Geodetic Institute, Department of Remote Sensing and Photogrammetry, Finland
Keywords
laser scanning, lidar, mobile, mapping, multiplatform, 3D, accuracy, performance, test field, point cloud, GNSS/INS, MLS, TLS, ALS, topography, DEM, urban, geomorphology, laserkeilaus, lidar, liikkuva, kartoitus, monialusta, 3D, tarkkuus, suorituskyky, testikenttä, pistepilvi, GNSS/INS, MLS, TLS, ALS, topografia, DEM, rakennettu alue, geomorfologia
Other note
Parts
  • [Publication 1]: Antero Kukko, Sanna Kaasalainen, and Paula Litkey. 2008. Effect of incidence angle on laser scanner intensity and surface data. Applied Optics, volume 47, number 7, pages 986-992. doi:10.1364/AO.47.000986.
  • [Publication 2]: Antero Kukko and Juha Hyyppä. 2009. Small-footprint laser scanning simulator for system validation, error assessment, and algorithm development. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, volume 75, number 9, pages 1177-1189.
  • [Publication 3]: Antero Kukko, Constantin-Octavian Andrei, Veli-Matti Salminen, Harri Kaartinen, Yuwei Chen, Petri Rönnholm, Hannu Hyyppä, Juha Hyyppä, Ruizhi Chen, Henrik Haggrén, Iisakki Kosonen, and Karel Čapek. 2007. Road environment mapping system of the Finnish Geodetic Institute - FGI ROAMER -. In: Petri Rönnholm, Hannu Hyyppä, and Juha Hyyppä (editors). Proceedings of the ISPRS Workshop on Laser Scanning 2007 and SilviLaser 2007. Espoo, Finland. 12-14 September 2007. International Society for Photogrammetry and Remote Sensing. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, volume 36, part 3 / W52, pages 241-247. ISSN 1682-1777.
  • [Publication 4]: Antero Kukko, Harri Kaartinen, Juha Hyyppä, and Yuwei Chen. 2012. Multiplatform mobile laser scanning: Usability and performance. Sensors, volume 12, number 9, pages 11712-11733. doi:10.3390/s120911712.
  • [Publication 5]: Harri Kaartinen, Juha Hyyppä, Antero Kukko, Anttoni Jaakkola, and Hannu Hyyppä. 2012. Benchmarking the performance of mobile laser scanning systems using a permanent test field. Sensors, volume 12, number 9, pages 12814-12835. doi:10.3390/s120912814.
  • [Publication 6]: P. Alho, A. Kukko, H. Hyyppä, H. Kaartinen, J. Hyyppä, and A. Jaakkola. 2009. Application of boat-based laser scanning for river survey. Earth Surface Processes and Landforms, volume 34, number 13, pages 1831-1838. doi:10.1002/esp.1879.
  • [Publication 7]: Matti Vaaja, Juha Hyyppä, Antero Kukko, Harri Kaartinen, Hannu Hyyppä, and Petteri Alho. 2011. Mapping topography changes and elevation accuracies using a mobile laser scanner. Remote Sensing, volume 3, number 3, pages 587-600. doi:10.3390/rs3030587.
Citation