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Phototachymetrie in der Anwendung
Eine methodische Unterscheidung lässt sich
mit „Arbeit vor Ort von der Aufnahme bis zum fertigen
Modell“ und „Ermittlung der Grundformen und ausgewählter
Punkte vor Ort, aber mit nachfolgender häuslicher Bearbeitung“
beschreiben. Die Trennung von Aufnahme und Auswertung (vgl.
Laserscannen und Photogrammetrie) kommt den technisch orientierten
Anwendern entgegen. Bauforscher, Archäologen und Denkmalpfleger legen
demgegenüber Wert darauf, vor Ort zu dokumentieren, in engem Kontakt
zum Bauwerk.
Im folgenden Beispiel wurde in die Aufnahme vor Ort und in die
häusliche Bearbeitung getrennt. Dieses Vorgehen kommt mit den einfachsten
instrumentellen Voraussetzungen aus; ein motorisiertes Tachymeter ist
dann nicht nötig. Dennoch sei betont: Die Phototachymetrie ist das
einzige Aufnahmeverfahren, das die vollständige Visualisierung vor Ort
erlaubt. Das virtuelle Modell ist hierbei als durchgreifende
Messungskontrolle wertvoll.
Ansichten
des detailreichen virtuellen Modells des Adlerturms in Dortmund
Vergleich der Phototachymetrie mit Laserscanning
und Photogrammetrie
Zur besseren Einschätzung der Möglichkeiten
der Phototachymetrie im Verhältnis zu Laserscanning und Photogrammetrie
seien einige Unterschiede und Gemeinsamkeiten aufgezeigt: Ein
virtuelles Modell benötigt i. a. wenige charakteristische Punkte zur
Beschreibung der Geometrie. Werden aus der Punktwolke des Laserscannens
geometrische Primitive extrahiert, wird die große Anzahl an Messpunkten
drastisch reduziert. Trotz Automation erfordert dies immer noch
manuellen Einsatz. Anschließend wird das geometrische Modell mit
Bildtextur überzogen, die entweder einer Kamera entstammt, die,
verbunden mit dem Laserscanner, synchron Bilder liefert (vgl.
Einbaukameras in Totalstationen), oder aber man nutzt auch hier –flexibler arbeitend-
Bilder frei beweglicher Kameras. Dann muss jedoch wie in
Photogrammetrie oder Phototachymetrie die äußere Orientierung über
Passpunkte hergestellt werden, ein Prozess, der beim Laserscanning mit
Identifizierung und Referenzierung genauso aufwändig ist wie in der
Photogrammetrie oder beim Einsatz der klassischen Tachymetrie. In der
Phototachymetrie hingegen ist sie schneller durchführbar, da die
Zuordnung von Bild- und Objektpunkt direkt Punkt für Punkt erfolgen
kann (s. v.). In größeren Projekten und bei gehobenen
Genauigkeitsansprüchen wird beim Laserscanning wie auch in der
Photogrammetrie tachymetrisch gemessen: zur Verknüpfung der
Scannerstationen, zur Einmessung von Marken usw. Dieser nicht
verfahrensimmanente Aufwand entfällt bei der Phototachymetrie, weil
diese von Haus aus die Tachymetrie benutzt.
Generell lässt sich nicht sagen, wann
Laserscanning, Phototachymetrie oder Photogrammetrie ideal einzusetzen
sind. Bei Objekten mit stark undulierter, strukturierter Oberfläche
dürfte derzeit das Laserscanning die geeignete Methode sein; ein
engmaschiges Dreiecksraster liefert, belegt mit photorealistischer
Textur, gleich das virtuelle Modell. – Kosten und apparativer
Aufwand sind jedoch vergleichsweise hoch. Ist das Bauwerk durch
Regelkörper hinreichend großflächig zu approximieren, so ist eine
phototachymetrische Aufnahme von Vorteil: Schon während des
Aufnahmevorganges wird generalisiert und Details werden mit
unterschiedlichen Werkzeugen modelliert. Aber auch die Aufnahme
unregelmäßiger Oberflächen ist mit vergleichsweise geringem Aufwand durch
die automationsunterstützte Bildung eines Dreiecksrasters möglich
(s.v).
Liegt photogrammetrische
Erfahrung vor, wird man die Photogrammetrie vorziehen, sofern eine
hinreichend große Aufnahmebasis realisierbar ist. Dies ist aber gerade bei der
Bauaufnahme oft ein Handicap. Dass bei der Phototachymetrie
Einzelbilder ausreichen und dass die Koordinatengenauigkeit prinzipiell
homogen ist, stellt einen
Vorteil gegenüber der klassischen Photogrammetrie dar, die bei der
Koordinatenbestimmung mit dem Vorwärtsschnitt der Bildstrahlen
arbeitet, die also zwei Bilder
mit ausreichender Überdeckung benötigt. Die Tiefenungenauigkeit wächst
überproportional (Abb. s. unterenTeil der Grafik).
In der Phototachymetrie hingegen schneidet der Bildstrahl den
Regelkörper. Er ist zwar der Photogrammetrie entlehnt, aber die
Tiefengenauigkeit ist (abgesehen
vom Einfluss des Einfallswinkels des Bildstrahls auf der
Objektoberfläche; schräger Strahleinfall bewirkt Abweichungen in Richtung
Messstrahl sowie quer hierzu )
durch die tachymetrische Genauigkeit bei der Messung des
Regelkörpers bestimmt (Abb. s. oberer Teil der Grafik):
 Analog
dem Einfluß der Rich-tungsungenauigkeit in der Tachy-metrie verläuft
die Genauigkeitsab-nahme nur entfernungsproportional. Für den Distanzbereich
einer rein tachymetrischen Bauwerksaufnahme ist die Punktgenauigkeit
als homogen und entfernungsunabhängig anzuse-hen.
Gegenüber dem reinen Laserscanning könnte die Phototachymetrie
gerade wegen ihrer Flexibilität – gezielte Aufnahme klarer Strukturen
mit wenigen Punkten (Generalisierung vor Ort), Flächenscannen stark
undulierter Gebiete, universelle, beweglichere, vorhandene,
kostengünstige Geräte - an Bedeutung gewinnen. Unter welchen äußeren
Bedingungen sie ökonomisch einzusetzen ist, lässt sich genauer
beurteilen, sobald mehr Erfahrungen mit den unterschiedlichen
Varianten an verschiedenartigen Objekten, im direkten Vergleich mit den
anderen Aufnahmeverfahren und mit weiter verbesserter Software
vorliegen. Die photogrammetrischen Auswerteprogramme oder die Software
zur Bearbeitung der Punktwolke des Laserscannens sind ausgefeilt; für
die Phototachymetrie liegt nur ein „Prototyp“ vor. PHOTON
(PHOTotachymetrische ON-site-Aufnahme) baut auf dem Programm TOTAL
(Juretzko 2005, s. Literaturverzeichnis) zum intelligenten Scanning und
zur Steuerung der Video-Totalstation auf und liefert Geometrie und
virtuelles VRML-Modell. Experimentelle Erfahrungen ermöglichen die
Fortentwicklung der Software. Es ist zu hoffen, dass professionell
erstellte Software unter Berücksichtigung der Möglichkeiten scannender
bilderfassender Totalstationen (Scherer, Lerma 2009, s. Literaturverzeichnis) die
Phototachymetrie als präzise, bildorientierte Methode mit exzellentem
Visualisierungspotenzial einem breiteren Anwenderkreis erschließen
wird.
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