WO2019178623A1 - Vorrichtung zur erfassung eines forstbestandes - Google Patents

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WO2019178623A1
WO2019178623A1 PCT/AT2019/060081 AT2019060081W WO2019178623A1 WO 2019178623 A1 WO2019178623 A1 WO 2019178623A1 AT 2019060081 W AT2019060081 W AT 2019060081W WO 2019178623 A1 WO2019178623 A1 WO 2019178623A1
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laser scanner
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scan
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Günther BRONNER
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Umweltdata Gmbh
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    • H04N23/57—Mechanical or electrical details of cameras or camera modules specially adapted for being embedded in other devices

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting a forest stand, wherein the device has a base with a first laser scanner and a first viewpoint for measurement is provided, wherein the viewpoint is the point at which the laser scanner is arranged for measurement.
  • the invention relates to a method for recording environmental scans in a forest stand with a device specified above with a base on which in a first step a first laser scanner in a first viewpoint on the base and the first laser scanner from the first viewpoint of a first Environmental scan is performed.
  • laser scanners are used.
  • the laser scanner is mounted on a tripod (tripod) and, during the scanning process, the scanning unit rotates slowly around the vertical axis of the tripod head.
  • the pulsed laser beam of the scanner scans the surroundings in a circle around a horizontal axis, so that at the end of the scanning process a perfect three-dimensional spherical image of the surroundings has emerged, which only has a gap immediately below the stand.
  • a typical laser scanner used in the automotive industry has a horizontally rotating scanning unit in a cylindrical housing, which simultaneously emits vertically 8-16 laser pulses distributed over an opening angle of 10 ° -20 ° and horizontally during rotation in high resolution over 360 ° scans.
  • the three-dimensional image of the forest in the vicinity of a tripod scanner is not complete in the above-mentioned traditional application, as closer to Scanning trees other, distant trees in relation to the scanner position completely or partially obscure, so that these trees by the laser pulses are not or only partially can be achieved.
  • This disadvantage is sometimes compensated by detecting a piece of forest from multiple scanner positions and combining the resulting single point clouds in a downstream data processing operation.
  • the disadvantage here is that, firstly, the device has to be set up several times, resulting in a considerably longer scanning time, and secondly, the data processing effort takes longer because of the required fusion of several data sets.
  • several spherical pass marks usually have to be distributed in the forest before the scanning process, which additionally increases the effort.
  • the recording device is mounted on the vehicle and is thereby transported to multiple sites.
  • the images obtained by this measurement are afflicted with blind spots and therefore lack large parts of the geometric data of the trees in the vicinity of the recording device.
  • the object of the present invention is to increase the quality of the images cost-effectively.
  • an initially mentioned device in that at least a second viewpoint is provided for measurement and that either the first laser scanner between the first viewpoint and second viewpoint is displaced, or that arranged at least a second laser scanner in the second viewpoint for measurement is and in the first view of the first laser scanner is arranged.
  • the present invention differs substantially from the known triangulation, a geometric method of optical distance measurement by accurate angle measurement within triangles.
  • the invention is not concerned with determining the distance, but rather with shifting the viewpoint in order to virtually circumvent optical obstacles, which are formed, for example, by superficial trees, and thereby generate additional measurement data via measurement objects located behind the obstacles.
  • the second viewpoint is spaced from the first viewpoint by a length, the length having an amount greater than 0.8 m, and preferably between 1 m to 2.5 m.
  • This object is also achieved by a method mentioned at the outset by performing a second ambient scan in a second step from a second viewpoint, the second viewpoint having a length L greater than 0.8 at the first viewpoint m is and is preferably between 1 m to 2.5 m.
  • a particularly simple device with particularly small external dimensions to ensure the handling is achieved when this length between the viewpoints is arranged by a base rod on which the laser scanner is reached and at least partially bridged by this base rod.
  • Particularly accurate detection of the environment can be achieved by a device which provides that the base rod is rotatable about an axis of rotation relative to the base. This makes it easy to perform multiple scans from different perspectives.
  • a drive for rotating the base bar is provided, which is arranged on the base or on the base bar, wherein the drive is preferably an electric motor.
  • the first laser scanner is displaceable along the base rod of the base and can be arranged in the first viewpoint and in the second viewpoint.
  • the viewpoint can simply be changed along the base bar and the device remains favorable since only one laser scanner is required.
  • the first laser scanner is moved between the first environmental scan and the second environmental scan from the first viewpoint into the second viewpoint, preferably by a linear drive.
  • the first laser scanner is simply pivoted from the first viewpoint into the second viewpoint between the first environment scan and the second environment scan, preferably by an electric motor.
  • the laser scanner In order to be able to record a particularly large number of geometric data of the environment particularly accurately, it is expedient for the laser scanner (s) to perform / perform environmental scans during the movement. This can alternatively or additionally also be achieved if the laser scanner is ever rotated around its own vertical axis in one of the viewpoints for carrying out the environmental scan.
  • a second laser scanner is arranged in the second viewpoint, and that the first laser scanner is arranged in the first viewpoint. These two can then perform the first environment scan and the second environment scan simultaneously or sequentially.
  • at least one laser scanner has an opening angle that is greater than 100 ° and is preferably greater than or equal to 120 °.
  • the base is a tripod. This can be, for example, a typical tripod or a spike.
  • the base may form a means for mounting on a vehicle.
  • the device has at least one camera, the camera being associated with a viewpoint, and if preferably two cameras are provided ,
  • the images are used to evaluate the geometry and position of the tree surfaces as well as the appearance of the tree surface stereo-photogrammetrically.
  • the laser scanner (s) are rotatable / rotatable - and are preferably connected to a drive for rotation.
  • Laser scanners can be used to achieve particularly high quality and good measurement results. These are used to determine the geometry and position of the tree surfaces in high resolution. These have at least one laser outlet opening. When the laser scanner is rotatable, laser measurement pulses can be output in high resolution in all directions (360 ° in a horizontal plane).
  • a particularly advantageous arrangement results when the device has a hyper-spectral sensor for the visual and automatic detection of tree species, tree vitality or tree damage. It is favorable if the device deposits the recorded data in a data memory or if the device forwards the recorded data. In addition, it is convenient if the device records the exact coordinates of the current viewpoint with the taking of the environmental scans. So the environment scans can be assigned to a point.
  • the scanning unit is positioned on a horizontal cantilevered arm connected to a motor unit on the tripod axis, with an electronically controlled geared motor slowly rotating the scanning unit on the cantilever arm about the vertical tripod axis. If during this slow movement of the eccentric arm a circular scanning of the surroundings takes place about the horizontal axis of the arm, two scanning positions opposite the tripod axis are scanned in the same direction at a distance of twice the length of the eccentric arm.
  • a length of the eccentric arm of preferably at least 50 cm, a large part of the shadowing of standing trees removed from the stand can be avoided by this geometrical arrangement, without requiring an additional installation of the scanning unit.
  • Another advantage is that a single tree is not scanned from a single point as before, resulting in less than half of the circumference always being detected, depending on the distance of the tree to the scanner and the diameter of the tree but from two positions whose distance from each other is greater than the tree diameter, so that more than half of the circumference can always be detected.
  • This improvement results in the reconstruction of the individual tree diameters when the tripod is mounted at only one point with a higher accuracy than with traditional tripod laser scanning.
  • the laser scanners instead of a scanner with a circular scan, it is alternatively possible to use a plurality of solid-state scanners, which transmit the pulses e.g. at an opening angle of 120 °.
  • the staggered and / or overlapping arrangement of a plurality of such scanners or scanning compartments can be optimized in particular in such a way that the co-referencing of the point cloud fragments to be assigned to a single laser scanner is facilitated by the compression of the point cloud at the overlapping areas and thereby the accuracy is increased.
  • eccentric scanner arrangement consists in arranging two laser scanners (or scanner combinations) at the ends of a horizontal arm projecting on both sides and rotating around the vertical tripod axis, which leads to a higher stability of the system due to the symmetrical arrangement Statives leads and in addition has the positive effect that in each case at the same time (and not delayed by the slow rotation of the arm) in the same direction is scanned.
  • Moving targets such as branches moved by the wind, are thereby more accurately mapped, thereby facilitating the co-referencing of the point cloud fragments.
  • the previously vertical axis about which the cantilevered arm is moved is tilted so that the axis is oriented at right angles to the terrain plane and thereby in inclined terrain the circular movement of the scanner approximately parallel to Terrain level takes place.
  • laser scanners can be supplemented by one or more cameras, which additionally hold the scanned environment on photos or videos. They can be used to visually inspect the scans and to automatically or visually address tree species or root qualities.
  • a useful complement to the described arrangements of the sensors is a digital unit for measuring the angle of rotation traveled, whereby the position of the laser scanner in space can be deduced and thus the co-referencing of the point cloud fragments is improved.
  • the device has a recording module with a satellite-based radio module-preferably a fifth-generation mobile radio module-in which the data collected by the recording module during the environmental scans are collected.
  • the recording module verifies the authenticity of the recorded data as well as its temporal and spatial assignment using blockchain technology, since the recorded data are linked with place and time. The entire image is thus defined in terms of time and place and sealed forgery-proof.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a device according to the invention in one
  • Figure 2 shows the first embodiment in a section along the line II-II in Fig. 1.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a device according to the invention in a side view
  • Fig. 4 shows a third embodiment of a device according to the invention.
  • a device 1 is shown in a first embodiment.
  • the device 1 on a base rod 2, which is rotatably mounted on a stand 3 about a rotation axis A.
  • the base bar 2 has a drive 4 for the tripod 3.
  • a first laser scanner 7 and a second laser scanner 8 are each arranged in a first viewpoint 5 and in a second viewpoint 6.
  • These two laser scanners 7 and 8 are each rotatable about their vertical axis H, wherein in the embodiment shown, in turn, a drive for rotating the laser scanners 7 and 8 relative to the base bar 2 is provided.
  • the two viewpoints 5 and 6 have a length L to each other, which is approximately 1.5 m.
  • the device 1 shown in Fig. 1 is shown on a slope H with an approximate inclination at an angle a.
  • the stand 3 is a ground spike which is either driven vertically (dashed) or normal to the slope H into the earth.
  • the base bar 2 is pivotally provided for the stand and can be fixed, for example, with a screw substantially parallel to the slope H. This makes it easier to record the surroundings, as otherwise a part of the picture would only show the slope H on a steep slope.
  • a laser scanner is shown, which has an opening angle ß, which is 120 ° in the illustrated embodiment.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the device 1. Only the first laser scanner 7 is provided, which is arranged in the first viewpoint 5 in the considered instant. The first laser scanner 7 is displaceable along the base bar 2 either manually or via a drive up to the second viewpoint 6.
  • the stand 3 is formed in this embodiment as a tripod.
  • a third embodiment of the device 1 is shown in Fig. 4.
  • the base bar 2 is arranged eccentrically with a length L / 2 about the axis of rotation A and as in the second embodiment, only a first laser scanner 7 is first arranged in a viewpoint 5.
  • the base bar 2 is pivoted in a second step, so that the first laser scanner 7 is subsequently arranged in the second view point 6.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein dazugehöriges Verfahren zur Erfassung eines Forstbestandes, wobei die Vorrichtung (1) eine Basis mit einem ersten Laserscanner (7) aufweist und ein erster Blickpunkt (5) zur Messung vorgesehen ist, wobei der Blickpunkt (5) jener Punkt ist, an dem der Laserscanner (7) zur Messung angeordnet ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die Qualität von Umgebungsscans kostengünstig zu erhöhen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein zweiter Blickpunkt (6) zur Messung vorgesehen ist und dass entweder der erste Laserscanner (7) zwischen erstem Blickpunkt (5) und zweitem Blickpunkt (6) verschiebbar ist, oder dass zumindest ein zweiter Laserscanner (8) im zweiten Blickpunkt (6) zur Messung angeordnet ist und im ersten Blickpunkt (5) der erste Laserscanner (7) angeordnet ist.

Description

Vorrichtung zur Erfassung eines Forstbestandes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Forstbestandes, wobei die Vorrichtung eine Basis mit einem ersten Laserscanner aufweist und ein erster Blickpunkt zur Messung vorgesehen ist, wobei der Blickpunkt jener Punkt ist, an dem der Laserscanner zur Messung angeordnet ist.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Aufnahme von Umgebungsscans in einem Forstbestand mit einer oben angegebenen Vorrichtung mit einer Basis an der in einem ersten Schritt ein erster Laserscanner in einem ersten Blickpunkt an der Basis angeordnet ist und der erste Laserscanner von dem ersten Blickpunkt aus einen ersten Umgebungsscan durchführt.
Um die Position und die Geometrie von Bäumen im Wald in hoher Detailtreue zu erfassen, werden unter anderem Laserscanner eingesetzt. Bei einer häufig ver- wendeten Anwendung von Laserscannern zu diesem Zweck ist der Laserscanner auf einem Stativ (Dreibein) montiert und es dreht sich während des Scannvor- ganges die Scanneinheit langsam um die vertikale Achse des Stativkopfes. Gleich- zeitig tastet der gepulste Laserstrahl des Scanners die Umgebung in einem Kreis um eine horizontale Achse ab, sodass am Ende des Scannvorganges ein vollkom- menes dreidimensionales sphärisches Abbild der Umgebung entstanden ist, wel- ches nur unmittelbar unterhalb des Stativs eine Lücke aufweist.
Laserscanner erfahren aktuell eine rasante Entwicklung, da sie in der Automobil- industrie beim autonomen Fahren zur Erkennung der Umgebung eingesetzt wer- den. Sie werden laufend miniaturisiert und immer kostengünstiger hergestellt. Ein typischer, in der Automobilindustrie eingesetzter Laserscanner hat in einem zylin- drischen Gehäuse eine horizontal rotierende Scanneinheit, die gleichzeitig vertikal 8-16 Laserpulse, verteilt auf einen Öffnungswinkel von 10°-20° aussendet und horizontal während der Rotation in hoher Auflösung über 360° scannt.
Die Entwicklung geht hin zu sogenannten Solid-State-Laser-Scannern, die keine sich drehenden Teile besitzen und die Laserpulse beispielsweise in einem Bereich von 120° mal 10° aussenden, wobei die Winkelauflösung entlang der 120° sehr groß ist und entlang der 10° nur etwa 1° beträgt. Diese Scanneinheiten werden noch kleiner, leichter und kostengünstiger sein als die zylindrischen 360° Scanner.
Das dreidimensionale Abbild des Waldes im Umkreis eines Stativ-Scanners ist bei der oben genannten traditionellen Anwendung nicht vollständig, da näher am Scanner stehende Bäume andere, weiter weg stehende Bäume im Bezug zur Scan- nerposition ganz oder teilweise verdecken können, sodass diese Bäume von den Laserpulsen gar nicht oder nur teilweise erreicht werden können. Dieser Nachteil wird manchmal dadurch ausgeglichen, dass ein Waldstück von mehreren Scanner- positionen aus erfasst wird und die dabei entstehenden einzelnen Punktwolken in einem nachgelagerten Daten-Prozessierungsvorgang miteinander kombiniert wer- den.
Dabei besteht der Nachteil, dass erstens das Gerät mehrmals aufgestellt werden muss und dadurch eine erheblich längere Scannzeit entsteht, und zweitens der Daten-Prozessierungsaufwand wegen der erforderlichen Fusionierung mehrerer Datensätze länger dauert. Um die einzelnen Punktwolken zueinander orientieren zu können, müssen in der Regel vor dem Scannvorgang mehrere kugelförmige Pass-Marken im Wald verteilt angebracht werden, was den Aufwand zusätzlich vergrößert.
Zur Aufnahme der geometrischen Daten des Forstbestandes, zur Erfassung der Durchmesser einzelner Bäume und die Zuordnung zu ihrem Standort wird bisher entweder händisch durch den Förster vorgenommen, was jedoch sehr zeit- und kostenintensiv ist. Andererseits ist es bekannt ein Aufnahmegerät mit einem Sen- sor, beispielsweise kombiniert mit einer photogrammetrischen Auswertung an spe- ziellen Messpunkten im Forstbestand aufzustellen und somit einen möglichst gro- ßen Ausschnitt des Forstbestands derartig geometrisch zu erfassen. Problematisch ist dabei, das bisher das Gerät während einer Messung fest an einem Ort verbleibt. Während der Messung und vor Ort ist keine Überprüfung der aufgenommenen Da- ten möglich.
Beispielsweise ist das Aufnahmegerät am Fahrzeug montiert und wird dadurch an mehrere Aufstellungsorte transportiert.
Durch die Bäume, die sich nahe dem Aufnahmegerät befinden sind die durch diese Messung gewonnenen Aufnahmen mit blinden Flecken behaftet und es fehlen da- her große Teile der geometrischen Daten der Bäume in der Umgebung zu dem Aufnahmegerät.
Um trotzdem einen Überblick über den Zustand der nicht einfach zugänglichen Holzbestände zu erhalten, wurden mehrere Möglichkeiten zur Inspektion ent- wickelt. Eine sehr teure und umständliche Methode stellt die Messung mit einem Flugzeug oder mit einem Hubschrauber aus der Luft dar. Dabei wird Laserscanning eingesetzt, um von der Position über dem Forstbestand Daten zu erheben. Beim Flugzeuglaserscanning werden Laserpulse aus mehreren hundert Metern Höhe über dem Boden nahezu senkrecht zur Erdoberfläche gesendet, dem entsprechend gibt es im Wald Echos von Baumkronen, von Ästen und vom Boden, aber nur ein ganz geringer Prozentsatz wird dabei von den Stämmen reflektiert. Daher können gute Messungen hauptsächlich im Winter aufgenommen werden, da das Kronen- dach während des restlichen Jahres verhindert, dass eine Messung bis zum Stamm der Bäume vordringt. Ultraschall oder Radarmessimpulse werden vom Blätterdach reflektiert und das Messergebnis zeigt somit teilweise nur die Baumkronen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die Qualität der Aufnahmen kosten- günstig zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch eine eingangs erwähnte Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, das zumindest ein zweiter Blickpunkt zur Messung vorgesehen ist und dass entweder der erste Laserscanner zwischen erstem Blickpunkt und zwei- tem Blickpunkt verschiebbar ist, oder dass zumindest ein zweiter Laserscanner im zweiten Blickpunkt zur Messung angeordnet ist und im ersten Blickpunkt der erste Laserscanner angeordnet ist. Durch dieses Vorsehen von zwei Blickpunkten ent- steht der Vorteil, dass zumindest zum Teil mit der Vorrichtung an Bäumen die im Vordergrund stehen vorbei geblickt werden kann. Dadurch ist eine höhere Dichte an gesammelten Daten erreichbar und die Höhe der Vollständigkeit der Messung wird gesteigert. Darüber hinaus ist die Aufnahme durch diese Vorrichtung günstig und einfach möglich.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich dabei wesentlich von der bekannten Triangulation, einer geometrischen Methode der optischen Abstandsmessung durch genau Winkelmessung innerhalb von Dreiecken. Es geht bei der Erfindung nicht um Abstandsbestimmung, sondern um eine Verlagerung des Blickpunktes, um optische Hindernisse -welche beispielsweise durch vordergründige Bäume ge- bildet werden - quasi zu umgehen und dadurch zusätzliche Messdaten über hinter den Hindernissen liegende Messobjekte zu generieren.
Versuche habe gezeigt, dass ein signifikanter Effekt in durchschnittlichen, mittel- europäischen Forstbeständen ab einer Entfernung der Blickpunkte von mehr als 0,8 m erhältlich ist. Daher ist es vorteilhaft, wenn der zweite Blickpunkt von dem ersten Blickpunkt um eine Länge beabstandet ist, wobei die Länge einen Betrag aufweist der größer als 0,8 m ist und vorzugsweise zwischen 1 m bis 2,5 m ist.
Diese Aufgabe wird auch von einem eingangs erwähnten Verfahren dadurch gelöst, dass in einem zweiten Schritt von einem zweiten Blickpunkt aus ein zweiter Um gebungsscan durchgeführt wird, wobei der zweite Blickpunkt zu dem ersten Blick- punkt eine Länge L aufweist, die größer als 0,8 m ist und vorzugsweise zwischen 1 m bis 2,5 m ist. Eine besonders einfache Vorrichtung mit besonders kleinen äußeren Abmaßen um die Handlichkeit zu gewährleisten, wird erreicht, wenn diese Länge zwischen den Blickpunkten durch eine Basisstange an der der Laserscanner angeordnet ist, er- reicht wird und zumindest teilweise durch diese Basisstange überbrückt wird.
Besonders genaue Erfassung der Umgebung kann durch eine Vorrichtung erreicht werden, die vorsieht, dass die Basisstange um eine Drehachse gegenüber der Basis verdrehbar angeordnet ist. Dadurch ist es einfach möglich, mehrere Umgebungs- scans aus verschiedenen Perspektiven durchzuführen.
Besonders vorteilhaft ist das möglich, wenn ein Antrieb zur Verdrehung der Ba- sisstange vorgesehen ist, der an der Basis oder an der Basisstange angeordnet ist, wobei der Antrieb vorzugsweise ein Elektromotor ist.
Es ist günstig, wenn der erste Laserscanner entlang der Basisstange der Basis verschiebbar ist und im ersten Blickpunkt und im zweiten Blickpunkt anordenbar ist. Dadurch kann der Blickpunkt einfach entlang der Basisstange gewechselt wer- den und die Vorrichtung bleibt günstig, da nur ein Laserscanner benötigt wird.
Dabei wird der erste Laserscanner zwischen dem ersten Umgebungsscan und dem zweiten Umgebungsscan vom ersten Blickpunkt in den zweiten Blickpunkt - vor- zugsweise durch einen Linearantrieb - verschoben.
Eine gleichwertige Alternative wird erreicht, wenn der erste Laserscanner exzen- trisch und verschwenkbar an der Basis angebracht ist.
Dabei wird der erste Laserscanner einfachzwischen dem ersten Umgebungsscan und dem zweiten Umgebungsscan vom ersten Blickpunkt in den zweiten Blickpunkt verschwenkt - vorzugsweise durch einen Elektromotor.
Um besonders viele Geometriedaten der Umgebung besonders genau aufnehmen zu können, ist es günstig, wenn der/die Laserscanner während der Bewegung Um gebungsscans durchführt/durchführen. Das ist alternativ oder zusätzlich auch er- reichbar, wenn der Laserscanner je um seine eigene Hochachse in einem der Blick- punkte zur Durchführung des Umgebungsscans verdreht wird.
Um schneller Umgebungsscans durchführen zu können, ist in einer alternativen Ausführung vorgesehen, dass ein zweiter Laserscanner im zweiten Blickpunkt an- geordnet ist, und dass im ersten Blickpunkt der erste Laserscanner angeordnet ist. Diese beiden können dann den ersten Umgebungsscan und den zweiten Umge- bungsscan zeitgleich oder nacheinander durchführen. Um ein umfassendes Bild der Umgebung zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn zu- mindest ein Laserscanner einen Öffnungswinkel aufweist, der größer als 100° ist und vorzugsweise größer gleich 120° ist.
Um die Ausrichtung des Laserscanners oder der Laserscanner möglichst flexibel zu gestalten, ist es günstig, wenn die Basis ein Stativ ist. Dabei kann es sich bei- spielsweise um ein typisches Dreibein oder auch einen Erdspieß handeln. In ande- ren Ausführungen kann die Basis eine Einrichtung zur Montage auf einem Fahrzeug bilden.
Um Geometriedaten der Umgebungsscans mit Bildern der Umgebung kombinieren zu können, oder um den Geometriedaten Informationen über Baumarten beifügen zu können, ist es günstig, wenn die Vorrichtung zumindest eine Kamera aufweist, wobei die Kamera einem Blickpunkt zugeordnet ist, und wenn vorzugsweise zwei Kameras vorgesehen sind.
Mit einem Laserprojektor ist es möglich, während Fotoaufnahmen Lichtpunkte auf die Umgebung zu projizieren und durch die Lichtpunkte in den Aufnahmen ein Image-Matching-Verfahren zu ermöglichen. Dadurch können Aufnahmen einander automatisch zugeordnet werden.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn aus den Bildern Geometrie und Lage der Baum- oberflächen, sowie das Aussehen der Baumoberfläche stereo-photogrammetrisch ausgewertet werden.
Um die Möglichkeit zur Aufnahme der Umgebung noch zu erweitern, ist in einer besonderen Ausführung der Vorrichtung vorgesehen, dass der/die Laserscanner verdrehbar ist/verdrehbar sind - und vorzugsweise mit einem Antrieb zur Verdre- hung verbunden sind.
Durch Laserscanner lassen sich besonders hochwertige und gute Messergebnisse erzielen. Dieser werden zur Bestimmung der Geometrie und der Lage der Baum- oberflächen in hoher Auflösung verwendet. Diese weisen zumindest eine Laseraus- trittsöffnung auf. Wenn der Laserscanner drehbar ist, können Lasermesspulse in hoher Auflösung in alle Richtungen (360° in einer waagrechten Ebene) abgegeben werden.
Eine besonders vorteilige Anordnung ergibt sich, wenn die Vorrichtung einen Hy- perspektralsensor zur visuellen und automatischen Erkennung von Baumarten, Baumvitalität oder Baumschäden aufweist. Es ist günstig, wenn die Vorrichtung die aufgenommenen Daten in einem Daten- speicher ablegt oder wenn die Vorrichtung die aufgenommenen Daten weitersen- det. Außerdem ist es praktisch, wenn die Vorrichtung die genauen Koordinaten des aktuellen Standpunktes mit der Aufnahme der Umgebungsscans aufnimmt. So können die Umgebungsscans einem Punkt zugeordnet werden.
Zur Vermeidung der oben genannten Nachteile wird in der gegenständlichen Erfin- dung die Scanneinheit auf einen horizontalen auskragenden Arm positioniert, der mit einer Motoreinheit an der Stativachse verbunden ist, wobei ein elektronisch gesteuerte Getriebemotor die Scanneinheit auf dem auskragenden Arm langsam um die vertikale Stativachse dreht. Wenn währen dieser langsamen Bewegung des Exzenterarms eine kreisförmige Abtastung der Umgebung um die horizontale Achse des Armes erfolgt, so wird von zwei hinsichtlich der Stativachse gegenüber- liegenden Scannpositionen im Abstand der doppelten Länge des Exzenterarms zeitversetzt in dieselbe Richtung gescannt. Bei einer Länge des Exzenterarms von vorzugsweise mindestens 50 cm können durch diese geometrische Anordnung ein großer Teil der Abschattungen vom Stativ entfernter stehender Bäume vermieden werden, ohne dass eine zusätzliche Aufstellung der Scanneinheit erforderlich wäre.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein einzelner Baum nicht wie bisher von einem einzigen Punkt aus gescannt wird, was dazu führt, dass - abhängig von der Entfernung des Baumes zum Scanner und vom Durchmesser des Baumes - stets weniger als die Hälfte des Umfangs erfasst wird, sondern von zwei Positionen aus, deren Abstand zueinanderd größer ist als der Baumdurchmesser, sodass stets mehr als die Hälfte des Umfangs erfasst werden kann. Diese Verbesserung führt dazu, dass die Rekonstruktion der einzelnen Baumdurchmesser bei Aufstellung des Stativs auf nur einem Punkt mit einer höheren Genauigkeit erfolgen, kann als bei traditionellem Stativ- Laserscanning.
Durch die fortschreitende Miniaturisierung der Laserscanner können anstelle eines Scanners mit kreisförmiger Abtastung alternativ mehrere Solid-State-Scanner, verwendet werden, welche die Pulse z.B. in einem Öffnungswinkel von 120° aus- senden. Die versetzte und / oder überlappende Anordnung mehrerer solcher Scan- ner bzw. Scann-Fächer kann insbesondere dahingehend optimiert werden, dass durch die Verdichtung der Punktwolke an den Überlappungsbereichen die co-Re- ferenzierung der einem einzelnen Laserscanner zuzuordnenden Punktwolken-Frag- mente erleichtert wird und dadurch die Genauigkeit gesteigert wird.
Eine weitere Möglichkeit der exzentrischen Scanneranordnung besteht darin, zwei Laserscanner (oder Scanner-Kombinationen) an den Enden eines beidseitig aus- kragenden, sich um die vertikale Stativachse drehenden horizontalen Armes an- zuordnen, was durch die symmetrische Anordnung zu einer höheren Stabilität des Statives führt und zusätzlich den positiven Effekt hat, dass jeweils gleichzeitig (und nicht durch die langsame Drehung des Armes zeitversetzt) in dieselbe Richtung gescannt wird. Bewegte Ziele, wie zum Beispiel vom Wind bewegte Äste, werden dadurch präziser abgebildet und erleichtern dadurch die co-Referenzierung der Punktwolken-Fragmente.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung der Scannvorrichtung wird die zuvor vertikale Achse, um die sich der auskragende Arm bewegt, so gekippt, dass die Achse im rechten Winkel zur Gelände-Ebene ausgerichtet ist und dadurch in geneigtem Gelände die Kreisförmige Bewegung des Scanners in etwa parallel zur Gelände-Ebene erfolgt.
Alle beschriebenen Anordnungen von Laserscannern können ergänzt werden durch eine oder mehrere Kameras, welche die gescannte Umgebung zusätzlich auf Fotos oder Videos festhalten. Sie können zur visuellen Kontrolle der Scanns herangezo- gen werden sowie zur automatischen oder visuellen Ansprache der Baumarten oder Stamm-Qualitäten.
Eine nützliche Ergänzung zu den beschriebenen Anordnungen der Sensoren stellt eine digitale Einheit zum Messen des zurückgelegten Drehwinkels dar, wodurch die Position des Laserscanners im Raum hergeleitet werden kann und damit die co- Referenzierung der Punktwolkenfragmente verbessert wird.
In einer besonders günstigen Ausführung weist die Vorrichtung ein Aufnahmemo- dul mit einem satellitenbasierten Funkmodul - vorzugsweise einem Mobilfunkmo- dul der 5. Generation - auf, wobei von dem Aufnahmemodul die während der Um gebungsscans erhobenen Daten gesammelt werden. Durch das Aufnahmemodul wird die Authentizität der aufgenommenen Daten sowie seine zeitliche und örtliche Zuordnung mit Blockchain-Technologie belegt, da die aufgenommenen Daten je- weils mit Ort und Zeit verknüpft werden. Die gesamte Aufnahme ist somit hin- sichtlich Zeit und Ort definiert und fälschungssicher versiegelt.
In der Folge wird die Erfindung anhand der nicht einschränkenden Figuren näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer
Seitenansicht;
Fig. 2 die erste Ausführung in einem Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht; und
Fig. 4 eine dritte Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 in einer ersten Ausführung gezeigt. Dabei weist die Vorrichtung 1 eine Basisstange 2 auf, die an einem Stativ 3 um eine Drehachse A drehbar gelagert ist. Die Basisstange 2 weist zum Stativ 3 einen Antrieb 4 auf. An der Basisstange 2 sind je in einem ersten Blickpunkt 5 und in einem zweiten Blick- punkt 6 ein erster Laserscanner 7 und ein zweiter Laserscanner 8 angeordnet. Diese beiden Laserscanner 7 und 8 sind je um ihre Hochachse H verdrehbar, wobei in der gezeigten Ausführung wiederum ein Antrieb zur Verdrehung der Laserscan- ner 7 und 8 gegenüber der Basisstange 2 vorgesehen ist. Die beiden Blickpunkte 5 und 6 weisen zueinander eine Länge L auf, die in etwa 1,5 m beträgt.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 ist an einem Hang H mit einer ungefähren Neigung um einen Winkel a gezeigt. Das Stativ 3 ist in dieser Ausführung ein Erd- spieß, der entweder vertikal (strichliert dargestellt), oder normal zum Hang H in die Erde gerammt wird. Bei vertikaler Ausrichtung des Stativs 3 ist die Basisstange 2 zum Stativ schwenkbar vorgesehen und beispielsweise mit einer Schraube im Wesentlichen parallel zum Hang H fixierbar. Dadurch lässt sich die Umgebung bes- ser aufnehmen, da bei einem steilen Hang sonst ein Teil der Aufnahme nur den Hang H darstellen würde.
In Fig. 2 ist ein Laserscanner dargestellt, der einen Öffnungswinkel ß aufweist, der in der dargestellten Ausführung 120° beträgt.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführung der Vorrichtung 1. Dabei ist nur der erste La- serscanner 7 vorgesehen, der im betrachteten Augenblich im ersten Blickpunkt 5 angeordnet ist. Der erste Laserscanner 7 ist entlang der Basisstange 2 entweder händisch oder über einen Antrieb verschiebbar bis in den zweiten Blickpunkt 6. Das Stativ 3 ist in dieser Ausführung als Dreibein ausgeformt.
Eine dritte Ausführung der Vorrichtung 1 ist in Fig. 4 dargestellt. Im Unterschied zu den anderen Ausführungen ist die Basisstange 2 dabei exzentrisch mit einer Länge L/2 um die Drehachse A angeordnet und wie in der zweiten Ausführung ist nur ein erster Laserscanner 7 zuerst in einem Blickpunkt 5 angeordnet. Die Ba- sisstange 2 wird in einem zweiten Schritt verschwenkt, so dass der erste Laser- scanner 7 anschließend in dem zweiten Blickpunkt 6 angeordnet ist.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Vorrichtung (1) zur Erfassung eines Forstbestandes, wobei die Vorrichtung (1) eine Basis mit einem ersten Laserscanner (7) aufweist und ein erster Blickpunkt (5) zur Messung vorgesehen ist, wobei der Blickpunkt (5) jener Punkt ist, an dem der Laserscanner (7) zur Messung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweiter Blickpunkt (6) zur Messung vorgesehen ist und dass entweder der erste Laserscanner (7) zwischen erstem Blickpunkt (5) und zweitem Blickpunkt (6) verschiebbar ist, oder dass zumindest ein zweiter Laserscanner (8) im zweiten Blickpunkt (6) zur Mes- sung angeordnet ist und im ersten Blickpunkt (5) der erste Laserscanner (7) angeordnet ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Blickpunkt (6) von dem ersten Blickpunkt (5) um eine Länge (L) be- abstandet ist, wobei die Länge (L) einen Betrag aufweist, der größer als 0,8 m und vorzugsweise zwischen 1 m bis 2,5 m ist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Basis eine Basisstange (2) angeordnet ist, an der der Laserscanner (7) ange- ordnet ist.
4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ba- sisstange (2) um eine Drehachse (A) gegenüber der Basis verdrehbar ange- ordnet ist.
5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein An- trieb (4) zur Verdrehung der Basisstange (2) vorgesehen ist, der an der Basis oder an der Basisstange (2) angeordnet ist, wobei der Antrieb (4) vorzugs- weise ein Elektromotor ist.
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Laserscanner (7) entlang der Basisstange (2) der Basis verschiebbar ist und im ersten Blickpunkt (5) und im zweiten Blickpunkt (6) anordenbar ist.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Laserscanner (7) exzentrisch und verschwenkbar an der Basis an- gebracht ist.
8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Laserscanner (7) einen Öffnungswinkel (ß) aufweist, der größer als 100° ist und vorzugsweise größer gleich 120° ist.
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis ein Stativ (3) ist.
10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zumindest eine Kamera aufweist, wobei die Kamera einem Blickpunkt (5, 6) zugeordnet ist und dass vorzugsweise zwei Kameras vorgesehen sind.
11. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Laserscanner (7, 8) verdrehbar ist/sind - und vorzugsweise mit einem Antrieb zur Verdrehung verbunden ist/sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Aufnahmemodul mit einem satellitenbasierten Funkmodul - vorzugsweise einem Mobilfunkmodul der 5. Generation - auf- weist.
13. Verfahren zur Aufnahme von Umgebungsscans in einem Forstbestand mit einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit einer Basis an der in einem ersten Schritt ein erster Laserscanner (7) in einem ersten Blick- punkt (5) an der Basis angeordnet ist und der erste Laserscanner (7) von dem ersten Blickpunkt (5) aus einen ersten Umgebungsscan durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Schritt von einem zweiten Blickpunkt (6) aus ein zweiter Umgebungsscan durchgeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste La- serscanner (7) zwischen dem ersten Umgebungsscan und dem zweiten Um gebungsscan vom ersten Blickpunkt (5) in den zweiten Blickpunkt (6) - vor- zugsweise durch einen Linearantrieb - verschoben wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste La- serscanner (7) zwischen dem ersten Umgebungsscan und dem zweiten Um gebungsscan vom ersten Blickpunkt (5) in den zweiten Blickpunkt (6) - vor- zugsweise durch einen Elektromotor - verschwenkt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste La- serscanner (7) und ein zweiter Laserscanner (8), der im zweiten Blickpunkt (6) angeordnet ist, den ersten Umgebungsscan und den zweiten Umgebungs- scan durchführen.
17. Verfahren nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Laserscanner (7, 8) während der Bewegung Umgebungsscans durch- führt/durchführen.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dass der Laserscanner (7, 8) je um seine eigene Hochachse (H) in einem der Blickpunkte (5, 6) zur Durch- führung des Umgebungsscans verdreht wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufnahmemodul mit satellitenbasiertem Funkmodul - vorzugsweise einem Mobilfunkmodul der 5. Generation - die aufgenommenen Daten mit einer zeitlichen und örtlichen Zuordnung durch Blockchain-Technologie ver- sieht.
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