Terrestrial laser scanning in civil engineering surveying

Abstract

This thesis examines the possibilities to use terrestrial laser scanning (TLS) in civil engineering surveying. A set of field measurements was organized to gather real data for analysis. The aim of this thesis was to create or specify the requirements which should be set to TLS measurements to obtain accurate enough, not too dense and otherwise applicable laser scanning data for civil engineering surveying projects. Another aim was to compare TLS data to total station data to evaluate, how accurate TLS data is compared to total station data and compared to the requirements set to quality of construction. A comparison to theoretical geometry was conducted as well to find out, how accurately according the plan the measurement target was constructed. This is a major aim in all engineering surveying.

The test target of field measurements is a football field on which an artificial turf was installed. Because the most important quality requirement for installed turf surface was the height position, the results and conclusions of this thesis are mostly based on height difference calculations within a certain observation area. The differences are calculated between TLS data, total station data and theoretical geometry data. This focus is generally relevant since the functionality of most pieces of infrastructure is highly dependent on the correctness of its height position. The height difference observations were calculated by using two different software packages to compare their calculation results and assess their applicability to process TLS data.

The results of the thesis show that terrestrial laser scanning is applicable to civil engineering surveying under certain conditions which can partly be difficult to satisfy in field conditions. This thesis also introduces a minimum point cloud density to measure the test target. This density value can also be applied to other civil engineering targets.

Tässä diplomityössä tutkittiin koetyön avulla terrestriaalisen laserkeilaimen eli maalaserkeilaimen hyödyntämismahdollisuuksia infrarakentamisen mittauksissa. Työn tavoitteena oli luoda tai täsmentää vaatimuksia, joita maalaserkeilaukselle asetetaan, jotta aineistosta saadaan tiheydeltään ja laajuudeltaan tarkoituksenmukaista infrarakentamisen mittausten tarpeisiin. Toisena tavoitteena oli pistepilviaineistoa takymetrimittauksiin vertaamalla arvioida, kuinka tarkasti koemittausalue saatiin takymetrimittauksiin ja toisaalta kohdekohtaisiin vaatimuksiin nähden laserkeilaamalla mitatuksi. Suunniteltuun geometriaan vertailemalla muodostettiin myös käsitys koemittauskohteen pintarakenteen suunnitelmanmukaisuudesta, jonka toteamiseen merkittävä osa infrarakentamisen mittaustarpeista liittyy.

Koemittauskohde on kumirouhetekonurmipintainen jalkapallokenttä, jonka valmiiksi rakennettua pintaa mitattiin todellisissa maasto-olosuhteissa. Kohteen valmiin pinnan laatuvaatimuksista tärkein oli suunnitellun korkeusaseman toteutuminen, joten tämän työn tulokset sekä johtopäätökset perustuvat lähinnä eri havaintojen ja suunnitelman välisten tietyllä laskenta-alueella tehtyjen korkeuserotushavaintojen tutkimukseen. Korkeuskomponenttiin keskittyminen on perusteltua, sillä yleisemminkin infrarakenteen toimivuus määräytyy usein toteutuneen korkeusaseman suunnitelmanmukaisuuden perusteella. Erotushavainnot muodostettiin kahden eri ohjelmiston avulla, jotta päästiin vertailemaan laskentatuloksia ja ohjelmistojen soveltuvuutta maalaserkeilausaineiston käsittelyyn.

Tutkimuksen perusteella maalaserkeilaus todettiin koemittauskohteeseen ja yleisemminkin infratyömaamittauksiin soveltuvaksi menetelmäksi tietyin edellytyksin, joista osan täyttäminen työmaaoloissa voi olla haastavaa. Lisäksi esitettiin vähimmäisvaatimus koemittauskohteen mittaustiheydelle, jota voidaan soveltaa muihinkin maalaserkeilaamalla mitattaviin infrakohteisiin.