Indoor robotnavigatie
Generieke onderzoeksresultaten
Kust en dijk
kan laserscannen waardevolle informatie opleveren als men
ervan uitgaat, dat een tunnel (in het bijzonder een geboorde
tunnel) een cilindrische vorm heeft.
Dankzij het grote aantal gemeten punten kunnen de parameters
van een cilindersegment, dat het best bij de punten past,
namelijk wel heel nauwkeurig worden geschat. Deformatie
komt aan het licht indien deze parameterschattingen in de loop
van de tijd veranderen. Daarnaast worden locale afwijkingen
van de cilindervorm goed zichtbaar wanneer in een gedeelte
van de tunnelwand relatief veel punten meer naar binnen (of
juist naar buiten) liggen ten opzichte van de geschatte cilinder.
Het procédé is ontwikkeld in de tweede Heijnenoordtunnet
(figuur 5) en wordt momenteel in samenwerki ng met Gemeente
werken Rotterdam toegepast om eventuele deformaties in de
Randstadrail-boortunnel vast te stellen.
Voorlopig zijn terrestrische laserscanners prijzige instrumenten,
die afhankelijk van de specificaties in de orde van tienduizenden
euro's kosten. Er zijn echter ontwikkel ingen gaande om een matrix
van afstandsmeters op één chip onder te brengen (zie bijvoorbeeld
www.mesa-imaging.ch). Daarmee kunnen dan bijvoorbeeld 176
x 144 afstanden tegelijk gemeten worden, verspreid over een
openingshoek van circa 45 x 35 graden. Zulke opnames kunnen
bovendien tot wel dertig keer per seconde genomen worden,
waarbij elke opname een puntenwolk oplevert. Het resultaat
is dus waarlijk 4-dimensionaal: x, y, z, t. Ook deze apparaatjes
zijn nog prijzig zolang de betreffende chip custom made is, maar
eenmaal in massaproductie, komen volgens de producenten vele
embedded toepassingen binnen bereik.
Robot vision is er één. Daarbij is veelal 3D-informatie nodig,
die nu nog uit combinaties van 2D-beelden wordt afgeleid,
maar die dan rechtstreeks uit de sensor rolt. Bij robotnavigatie
gaat het over een autonoom bewegende robot, die moet 'zien'
hoe hij zich verplaatst door de 3D-ruimte. Daarvoor zou een
4D-sensor zeer geschikt kunnen zijn.
Om dit aan te tonen, zijn met de FARO-scanner vanaf een
aantal nabije posities scans gemaakt en is een algoritme
ontwikkeld om de scanposities, en daarmee het 3D-rraject van
de scanner, uit de scans te herleiden (figuur 6). Het algoritme
maakt gebruik van segmentatie: als we in opeenvolgende scans
de afstanden weten tot drie willekeurige niet-evenwijdige
vlakken, dan is de verplaatsing ook bekend. Van belang is dat
aan de eis voor real-time segmentatie bij de gegeven resolutie
voldaan kan worden.
De volgende uitdaging bestaat uit het snel genoeg terugvinden
van dezelfde combinatie van vlakken in opeenvolgende scans.
ComfOvd pMtfioft*
Figuur 6. Reconstructie van scanposities uit gesegmenteerde
Met brute kracht loopt dat uit op een combinatorische explosie,
maar omdat de vlakparameters (de twee hoeken) tijdens de
segmentatie berekend worden en de hoekverdraaiingen ten
opzichte van elk vlak hetzelfde moeten zijn, kan het aantal
mogelijke combinaties binnen de perken gehouden worden.
In het tweede jaar van de MSc-opleiding Geomacics staat een
praktijksituatie centraal. Het thema is dit jaar de monitoring
en modellering van kustafslag en de daarop volgende
herstelwerkzaamheden door middel van zandsuppletie. Het
project vindt plaats in het kader van het initiatief Building
with Nature van onder andere de waterbouwkundige bedrijven
Boskalis en Van Oord (zie www.ecoshape.nl). Ook hier zal
de laserscanner een hoofdrol spelen, waarbij integratie plaats
moet vinden met andere sensoren en gegevensbronnen,
zoals echo sounding en het MEDUSA-systeem voor zee
bodemclassificatie.
Een andere waterbouwkundige activiteit vindt binnenkort
plaats als de Stichting IJkdijk, een initiatief van NOM,
STOWA, Stichting IDL, GeoDelft en TNO, onder
gecontroleerde omstandigheden in Groningen een dijk laat
doorbreken (www.ijkdijk.nl). De deformaties die vóór het
moment suprème optreden, hopen we in een serie laserscans
vast te kunnen leggen.
BEN GORTE
Fac. Luchr en Ruimtevaan, TU Delft
Special Geodata-inwinning
De automatisering van de omzetting van de ruwe data naar
bruikbare modellen, zoals CAD- of GIS-bestanden, vormt
de hoofdmoot van het onderzoek. Dit onderzoek, dat
wordt uitgevoerd samen met de leerstoel Mathematische
Geodesie en Puntsbepaling, heeft als resultaat een
algoritme opgeleverd om in indoor-situaties de beste
scannerposities te bepalen. Dat zijn die scannerposities,
waarbij de foutvoortplanting het kleinst mogelijke effect
heeft.
Een ander onderzoeksresultaat is een zeer snel segmentatie
algoritme om in de ruwe scandata vlakobjecten te
identificeren. Deze objecten, real-time gegenereerd
door scanners die dit algoritme aan boord hebben,
vereenvoudigen het aan elkaar rekenen van scans in
naburige posities.
Dit 'aan elkaar rekenen' is tevens het onderwerp van onze
bijdrage aan een project in het programma Ruimte voor
Geo Informatie, waarbij tegelijk met verschillende scans
ook cyclorama's geregistreerd worden en het resultaat
gegeorefereerd wordt aan de GBKN.
