Möller, Laura Kristina (2016):
Entwicklung einer digitalen Methode zur Extraktion von Grundrissen aus Gebäude-Punktwolkendaten für mobile Endgeräte.
TU Darmstadt, [Master Thesis]

Abstract

Die gewissenhafte Aufnahme und Dokumentation von Brand- und Tatorten ist als Teil der kriminalistischen Ermittlungsarbeit vor Ort von grundlegender Bedeutung. Versäumnisse bei der Dokumentation können zu fehlerhaften Folgerungen und falschen Ergebnissen führen und dadurch die Aufklärung des Geschehens behindern. Während der Tatortarbeit muss eine Vielzahl von Informationen erfasst und festgehalten werden. Besonders zeitaufwändig ist dabei die Erstellung von Planzeichnungen, auf denen die Positionen von Spuren und Beweismitteln zu vermerken ist. Eine möglichst detailgetreue Abbildung des Brand- oder Tatorts ist jedoch für eine erfolgreiche Rekonstruktion des Tathergangs unumgänglich. Zur Optimierung der Brand- und Tatortdokumentation wird im Rahmen der Forschungsarbeit des Instituts für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen (IIB) der Technischen Universität Darmstadt auf die Anwendung der im Bauwesen angesiedelten Methodik des Building Information Modeling (BIM) zurückgegriffen. In der BIM-Methodik steht die Verwendung vernetzter, digitaler Gebäudemodelle zum Zusammenführen aller verfügbaren Informationen und Disziplinen über den gesamten Lebenszyklus der Bauwerke im Mittelpunkt. In Kombination mit dem Einsatz eines Mobilgeräts, dass eine unabhängige Navigation und das Erfassen der Umgebung in Form von Punktwolken ermöglicht, soll die Erzeugung eines digitalen Gebäudedatenmodells für die Brand- und Tatortdokumentation umgesetzt werden. Die Ermittlung des Gebäudegrundrisses ist hierbei ein erster Schritt zu einer automatisierten Umsetzung der Erzeugung des Gebäudedatenmodells. In der vorliegen Masterarbeit wird in diesem Kontext die Problemstellung zur Ermittlung von Gebäudegrundrissen aus Punktwolkendaten angegangen und im Hinblick auf die Prozesskette von Scan-zu-BIM konzipiert. Diese wird in die drei Schritte Datenerfassung (Scan), Datenverarbeitung und Anwendung der BIM-Methodik (BIM) eingeteilt. Es wird ein Überblick über die grundlegenden methodischen Aspekte dieser Themengebiete gegeben. Die Grundlagen der Datenerfassung beinhalten das Aufmaß von Gebäudegeometrien mit den geodätischen Vermessungsmethoden Handaufmaß, Tachymetrie, Photogrammetrie und Lasersacanning und führen zusätzlich die Erfassung mit Tiefenbildkameras ein. Zur Datenverarbeitung von Punktwolkendaten werden Techniken zur Segmentierung von Punktwolken, die meist aus dem Bereich der Bildverarbeitung entstammenden, eingeführt. Hier wird das Verfahren der Hough Transformation (HT) eingehender betrachtet, da dieses die Grundlage der im Konzept zur Detektion von Ebenen eingesetzten 3D Kern-basierten Hough Transformation (3DKHT) bildet. Die Einführung der BIM Methodik gibt einen Überblick über den Einsatz der Methode im Bereich des Bauwesens, die Bedeutung des digitale Gebäudemodells und reflektiert den Einsatz für Gebäude im Bestand. Die im Rahmen dieser Arbeit konzipierte Methode zur Ermittlung der Gebäudegrundrisse wird in vier Module entsprechend der erforderlichen Arbeitsschritte Aufnahme der Punktwolke, Ermittlung des Raumgrundrisses, Ableitung des Gebäudegrundrisses und Überführung in ein IFCModell eingeteilt. Durch die Entwicklung einer Demonstrationsanwendung des Moduls zur Ermittlung des Raumgrundrisses aus Punktwolkendaten wird die Umsetzbarkeit des entworfenen Vorgehens gezeigt. Die Anwendung wird als Android-Applikation zur Verwendung auf einem Google Tango Mobilgerät implementiert. Zur Ermittlung des Grundrisses werden hierbei zunächst mithilfe der 3DKHT Ebenen in der Punktwolke detektiert. Aus der Menge dieser Ebenen werden für einfache Raumformen die Wandebenen identifiziert. Ein Sortieren der Wandebenen im oder gegen den Uhrzeigersinn und ein Verschneiden mit der Fußbodenebene ermöglicht das Ermitteln des Raumgrundrisses. Dazu werden die ermittelten Schnittlinien entsprechend der Sortierung miteinander verschnitten. Die Schnittpunkte dieser entstandenen Linien repräsentieren den Grundriss des Raumes. Dieser wird dem Nutzer graphisch ausgegeben, sodass er durch diesen manuell validiert werden kann. Bei Bedarf lassen sich die Berechnungsparameter der 3DKHT anpassen, was zu einer Neuermittlung des Grundrisses führt. Überdies wird ein Export der ermittelten Geometriedaten durch Ablegen in einer Datei im json Format ermöglicht. Die so ermittelten Raumgrundrisse stellen eine einfache, aber akkurate Abbildung der Raumgeometrie dar.

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