Geomapping maritimer Flächen: Finnisches Forschungsinstitut nutzt Messsysteme von Fraunhofer IPM

Das renommierte Finnish Geospatial Research Institute FGI nutzt für die Vermessung maritimer Flächen in Zukunft LiDAR-Systeme des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik IPM. Von der Technologie verspricht sich die staatliche Forschungseinrichtung hochwertigere Geodaten und effizientere Messkampagnen als bisher. In einem Forschungsprojekt arbeiten beide Forschungseinrichtungen zudem gemeinsam an einer besonders kompakten Sensorplattform für die laserbasierte Inspektion kritischer Unterwasser- Infrastruktur wie z. B. Offshore-Windenergieanlagen.

LiDAR-Systeme (Light detection and ranging) messen über vergleichsweise große Distanzen und liefern präzise 3D-Daten. An Land sind laserbasierte Systeme für geodätische Messungen längst Standard. Für die 3D-Erfassung von Objekten unter Wasser oder topographische Unterwasser-Messungen kommen jedoch bisher vor allem Kamera- und Sonarsysteme zum Einsatz. Grund dafür sind die besonderen Bedingungen im Medium Wasser: Die starke Lichtabschwächung sowie Trübstoffe erschweren den Einsatz von Lasern unter Wasser. Fraunhofer IPM stellt nun zwei LiDAR-Systeme vor, die erstmals laserbasierte 3D-Messungen unter Wasser und bathymetrische Messungen aus der Luft ermöglichen.

Millimetergenaue 3D-Messungen in mehreren hundert Metern Tiefe

Das Underwater LiDAR System ULi erfasst Infrastruktur unter Wasser millimetergenau auf Basis des Pulslaufzeit-Verfahrens (Pulsed time-of-flight). Das scannende System misst statisch oder in Bewegung von einem Unterwasserfahrzeug oder Schiff aus. Verbaut in einem druckfesten Gehäuse taucht ULi mehrere hundert Meter tief und vermisst Objekte über Distanzen von mehreren zehn Metern. Das System misst bis zu zehnmal genauer als etwa Sonar-Systeme und erzeugt ein präzises 3D-Modell des Objekts.

Ultraleichter LiDAR-Scanner für bathymetrische Messungen aus der Luft

Mit dem Airborne Bathymetric Laser Scanner ABS stellt Fraunhofer IPM erstmals ein laserbasiertes System vor, das Küstenbereiche topographisch aus der Luft vermisst. Das ca. drei Kilogramm leichte und schuhkartongroße System arbeitet mit zwei Lasern unterschiedlicher Wellenlänge (Multiwellenlängenmessung). Bisher verfügbare Laser­bathymetrie-Systeme sind zu groß und zu schwer für den Einsatz auf gängigen Drohnen. ABS kann aufgrund seines geringen Gewichts ohne Fluggenehmigung eingesetzt werden. Das System ermöglicht Messungen bis zu einer Tiefe von zwei Secchi mit einer Präzision von wenigen Millimetern.

In beiden Systemen, ULi und ABS, werden die Messdaten mithilfe einer Full-Waveform-Analyse ausgewertet. Diese Art der Signalauswertung ermöglicht es, die von Wasseroberfläche, Gewässerboden und Partikeln bedingte Echofolge zu trennen und hochaufgelöste topographische Daten zu extrahieren.

Eine Kombination beider Systeme wird in Zukunft das FGI nutzen. »Mit den beiden Systemen haben wir ein absolut neuartiges, mächtiges Tool, um Küstenlinien zu kartieren und Objekte in großer Tiefe in 3D zu vermessen«, freut sich Professor Juha Hyyppä, Direktor des Bereichs Remote Sensing und Photogrammetrie am FGI, »Wir werden hier eine ganz neue Datenqualität sehen.«

Im Forschungsprojekt CoLiBri (Collaborative LiDAR to Monitor Infrastructure in the Water and at the Shoreline), finanziert durch die Fraunhofer-Gesellschaft, arbeiten das Finnish Geospatial Research Institute FGI und Fraunhofer IPM gemeinsam mit dem Leistungszentrum Nachhaltigkeit Freiburg (LZN) an der Entwicklung eines Prozesses für das integrierte Monitoring von Unterwasser-Infrastruktur und Küstenbereichen. Ziel des Projekts ist die kollaborative Nutzung der Systeme und die Evaluierung für unterschiedliche Anwendungsbereiche.