• GRUNDSÄTZE ZUM

    EINSATZ VON LUFTGESTÜTZTEN UND TERRESTRISCHEN

    LASERSCANNERVERFAHREN IM

    BERGBAU

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Deutscher Markscheider-Verein e.V., Arbeitsgruppe Laserscanning, Herne 2008

    Stand: 14.04.2008

    Ausgabe: 26.06.2008

    Grundsätze zum Einsatz von luftgestützten und terrestrischen Laserscannerverfahren im Bergbau

     

     

    Versionen:

    1.0         26.04.2007

    2.0         20.06.2007

    3.0         07.08.2007

    3.1         27.08.2007

    4.0         30.09.2007

    4.1         14.04.2008

     

     

     

     

     

     

    Copyright:

    Deutscher Markscheider-Verein e.V.
    Shamrockring 1
    44623 Herne
    Tel. +49 (0)2323-15-4660

    eMail: geschaeftsstelle@dmv-ev.de

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    Grundsätze zum Einsatz von luftgestützten und terrestrischen Laserscannerverfahren im Bergbau

     

    Gliederung

    1. Zielsetzung, Vorgehensweise .............................................................................................4

    2. Allgemeines........................................................................................................................5

        2.1 Vorschriften..................................................................................................................5

        2.2 Laserscanning im Bergbau ..........................................................................................5

        2.3 Einsatzbereiche (Beispiele)..........................................................................................6

        2.4 Beschreibung des Messverfahrens..............................................................................6

    3. Messung.............................................................................................................................7

    4. Auswertung und Ergebnisse ...............................................................................................8

    5. Genauigkeiten, Kalibrierung, Geräteprüfung.......................................................................9

    6. Abkürzungen......................................................................................................................9

     

     

     

     

     

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    Grundsätze zum Einsatz von luftgestützten und terrestrischen Laserscannerverfahren im Bergbau

     

    1. ZIELSETZUNG, VORGEHENSWEISE

    In den letzten Jahren wurde die Technologie des Laserscannings deutlich weiterentwickelt
    und hat mit luftgestützten und terrestrischen Verfahren zunehmend Eingang in die
    Vermessung, auch für bergbauliche Aufgabenstellungen, gefunden.

    Diese Grundsätze geben den Anwendern und verantwortlichen Personen in der betrieblichen
    und behördlichen Praxis des Bergbaus grundlegende Informationen zu den Laserscanner-
    verfahren und ihren möglichen Einsatzgebieten.

    Dabei wird auf die Anwendung von Laserscannermessungen für gesetzlich und behördlich
    vorgeschriebene markscheiderische Aufgaben, z.B. zur Übernahme von Messergebnissen ins
    Risswerk oder Überwachungen nach § 125 BBergG, und besondere betriebliche Nutzungen
    eingegangen.

    Die Erarbeitung der Grundsätze erfolgte durch eine Adhoc-Arbeitsgruppe des Deutschen
    Markscheider-Vereins e.V. (DMV) im Zeitraum November 2006 bis September 2007.

     

    Folgende Fachleute haben mitgewirkt:

     

    Norbert Benecke, DMT GmbH & Co KG (Obmann)

    Thomas Bulowski, RWE Power AG

    Wolfgang Busch, TU Clausthal – Institut für Geotechnik und Markscheidewesen

    Joachim Deutschmann, RAG Aktiengesellschaft

    Andreas Fischer, K+S Kali GmbH

    Andreas Frische, BR Arnsberg, Abt. 6

    Jörg Fugmann, arguplan GmbH

    Sven Jany, Milan Geoservice GmbH

    Hans-Jochen Kowar, Vattenfall Europe AG

    Rainer Kuchenbecker, DMT GmbH & Co KG

    Moritz Ostenrieder, Ing.-Büro Ostenrieder

    Olaf Wallner, Wismut GmbH

     

     

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    Grundsätze zum Einsatz von luftgestützten und terrestrischen Laserscannerverfahren im Bergbau

     

    2. ALLGEMEINES

    2.1 Vorschriften

    Für markscheiderische und sonstige vermessungstechnische Arbeiten im Zusammenhang mit
    Tätigkeiten und Einrichtungen nach § 2 Bundesberggesetz (BBergG) sowie für Messungen
    zur Erfassung von Bodenbewegungen nach § 125 BBergG können Verfahren des
    Laserscannings eingesetzt werden.

    Verfahren des Laserscannings sind keine Sonderverfahren nach § 7 Abs. 1 der Verordnung
    über markscheiderische Arbeiten und Beobachtungen der Oberfläche (Markscheider-
    Bergverordnung - MarkschBergV).

    Zur Umsetzung der Vorschriften der MarkschBergV bei Verfahren des Laserscannings
    werden die folgenden Grundsätze herausgegeben, die den derzeitigen Stand der Technik
    berücksichtigen1. Die Einhaltung der Forderungen der MarkschBergV hinsichtlich der
    Nachvollziehbarkeit von Messungen wird vermutet, soweit die Grundsätze beachtet werden.

    Beim Einsatz von Laserscannern unter Tage sind zusätzlich die jeweils gültigen Vorschriften
    zum Einsatz von Lasergeräten unter Tage, ggf. auch Regelungen zum Explosionsschutz zu
    beachten.

     

    2.2 Laserscanning im Bergbau

    In diesen Grundsätzen werden Vermessungsverfahren für den über- und untertägigen
    Bergbau behandelt, die mittels Laserscannertechnologie und mit geodätischer Genauigkeit
    luftgestützt oder terrestrisch, statisch oder kinematisch Geländeformationen, Bauwerke,
    technische Einrichtungen und Geräte (u.a.m.) abtasten und als 2D - oder 3D - Punktwolken
    darstellen können. Durch Auf- und Nachbereitungen der Messdaten lassen sich
    anwendungsspezifische Darstellungen erzeugen. Aus wiederholten Aufnahmen lassen sich
    Zustandsveränderungen ermitteln.

    Dabei werden für das Airborne-Laserscanning (ALS) sowie das Terrestrische Laserscanning
    (TLS) im übertägigen (üT) und untertägigen (uT) Einsatz die wesentlichen Punkte bzgl.
    Messung, Auswertung und Ergebnisse sowie zu Genauigkeiten, Kalibrierung, Geräteprüfung
    beschrieben.

     

     

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    1
    Bei Bedarf sind diese Grundsätze an den jeweiligen Stand der Technik anzupassen.

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    Grundsätze zum Einsatz von luftgestützten und terrestrischen Laserscannerverfahren im Bergbau

     

    2.3 Einsatzbereiche (Beispiele)

    Grundsätzlich sind Laserscannerverfahren, ggf. in Kombination mit anderen Verfahren
    (z.B.Tachymeter- oder GPS-Messungen zur Einbindung der Messergebnisse in ein
    Koordinatensystem), für fast alle markscheiderischen Aufgabenstellungen im Bergbau
    geeignet. Ob ein Einsatz sinnvoll ist, ist im Einzelfall zu entscheiden.

    Typische Einsatzbereiche für Airborne Laserscanning sind die Erstellung großräumiger
    digitaler Höhenmodelle oder die Volumenbestimmung von Halden und Abbaubereichen
    im Tagebau.

    Typische Einsatzbereiche für terrestrisches Laserscanning über Tage sind ebenfalls die
    Erstellung digitaler Geländemodelle oder die Volumenbestimmung von Halden, Kippen und
    Abbaubereichen im Tagebau oder Sanierungsbergbau. Hinzu kommen beispielsweise noch
    die Erfassung von Betriebsanlagen und die Überwachung von Bewegungsvorgängen.

    Typische Einsatzgebiete für das terrestrische Laserscanning unter Tage sind die Erfassung
    großer untertägiger Bauwerke oder Hohlräume (z.B. Abbaukammern, Bunker, Schächte,
    Füllörter), die Abnahme von Bauarbeiten (z.B. Kontrolle von Auffahrungsquerschnitten oder
    Betondicken), die Erfassung von Betriebsanlagen, Konvergenzüberwachungen und
    Engpassanalysen.

     

    2.4 Beschreibung des Messverfahrens

    Ein Laserscanner misst Strecken und Winkel mittels eines Laserstrahls, der in einem
    vorgegebenen Bereichsfenster in einem vorgegebenen Raster mit hoher Geschwindigkeit
    kontrolliert abgelenkt wird und von beliebigen Oberflächen reflektiert wird. Das Messen
    einzeln ausgewählter Punkte ist nicht möglich. Das Laserscanning ist ein Polar-Messverfahren.

    Für jeden Messpunkt werden aus den Messungen (2 Winkel und 1 Strecke) lokale kartesische
    Koordinaten (x,y,z) abgeleitet. Zusätzlich steht für jeden Messpunkt ein „Reemissionswert“ (i)
    zur Verfügung, der die Reflektivität des Objektes beschreibt. Falls der Scanner über eine
    kalibrierte Digitalkamera verfügt, können zu jedem Messpunkt z.B. RGB-Farbwerte
    gespeichert werden.

    Ein erstes Ergebnis ist eine einfärbbare dreidimensionale Punktwolke, deren Dichte durch die
    eingestellte Auflösung des Scanners bestimmt wird. Die Einfärbung kann z.B. aufgrund der
    gemessenen Intensität, der RGB-Farbwerte oder der Höhe erfolgen. Anhand dieser
    visualisierten Punktwolke ist bereits vor Ort eine erste Kontrolle der Messergebnisse möglich.

    Es wird unterschieden zwischen statischen und kinematischen Messanordnungen.

    Bei den statischen Messungen wird das verwendete Instrument fest aufgestellt (z.B. Stativ)
    und misst aus dieser Position die relevanten Objekte ein. Über identische Punkte können
    Punktwolken mehrerer Messungen zusammengeführt werden. Die Orientierung kann über
    koordinativ bekannte Passpunkte erfolgen.

     

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    Grundsätze zum Einsatz von luftgestützten und terrestrischen Laserscannerverfahren im Bergbau

     

    Beim kinematischen Verfahren ist der Laserscanner während des Messvorgangs in
    Bewegung (z.B. beim Airborne Laser Scanning unter einem Fluggerät oder beim
    Terrestrischen Laser Scanning auf einem Fahrzeug). Dabei liefern in der Regel
    satellitengestützte Messverfahren und inertiale Navigationssysteme die Position des
    Laserscanners und die Richtung des Laserstrahls im Raum. Mit diesen Eingangswerten
    können die dreidimensionalen Koordinaten jedes Reflektionspunktes berechnet werden.

    Die Auswertung von Daten aus Laserscanner-Messungen erfolgt meistens in mehreren
    Schritten und ist abhängig von den Abläufen und Funktionalitäten der jeweiligen
    Auswertungssoftware. In das Risswerk fließen Ergebnisse dieser Auswertungen ein wie z.B.
    Bruchkanten, Höhenlinien, Gebäudekonturen, Streckengeometrien oder Rohrleitungslinien.

     

    3. MESSUNG

    (1) Für die Anbindung einer Laserscannermessung an das amtliche Festpunktfeld gelten die
         Vorschriften der Markscheider- Bergverordnung bzw. die Grundsätze zum Einsatz von
         satellitengeodätischen Verfahren im Bergbau.

    (2) Vor dem erstmaligen Einsatz, bei Änderung der Konfiguration der Komponenten des
          Laserscannersystems sowie, falls erforderlich, innerhalb einer Messkampagne ist das
          Laserscannersystem an eindeutig definierten Objekten zu überprüfen.

    (3) Die als unmittelbares Ergebnis einer Messung registrierten Daten werden als Rohdaten
          bezeichnet.

    (4) Aus den Rohdaten werden durch projektspezifische Verarbeitungsschritte (z.B.
          Fehlerbereinigung, Filteroperationen, Anbringung von Korrekturwerten) die gemessenen
          Werte im Sinne der MarkschBergV abgeleitet.

    (5) Die gemessenen Werte (gemäß Abs. 4) werden in einer Datei gespeichert. Von
         Ausdrucken nach Anlage 2 Nr. 2.1.2 Satz 1 MarkschBergV kann mit Zustimmung der
         zuständigen Behörde abgesehen werden, wenn gewährleistet ist, dass der Inhalt der
         Datei dauerhaft sicher gespeichert ist und ein Ausdrucken unverzüglich möglich ist.

    (6) Vor Messungsbeginn und während der Messung sind die Daten zu erfassen und in einer
          Messungsniederschrift zu dokumentieren, welche zur Auswertung, Berechnung und
          Beurteilung der Ergebnisse notwendig sind.

    (7) Die Messungsniederschrift muss folgende Angaben enthalten:

    1. den Ort, Zweck und Tag der Messung
    2. die Namen der Ausführenden
    3. die Instrumente und Geräte mit Angabe des Herstellers und der Fabrikationsnummer
    4. die zu berücksichtigenden gerätebezogenen Konstanten und Korrektur- und
      Einstellwerte
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                                                                              Grundsätze zum Einsatz von luftgestützten und terrestrischen Laserscannerverfahren im Bergbau

    5. die Angaben über den Anschluss und den Abschluss der Messung
    6. die Angaben über Umstände, die das Messungsergebnis beeinflussen können, wie
      Witterung oder Temperatur, bzw. (unter Tage) Wetterzug, Temperatur, Staubbildung
      oder Tropfwasser
    7. die Hinweise auf die Berechnungsniederschrift und die Übernahme in rissliche
      Darstellungen
    8. die Angaben über weitere zugehörige Messungen (Messungsübersicht)
    9. bei kinematischen Aufnahmen eine Übersicht des Instrumentenweges während der
      Aufnahme sowie die relevanten Zeitangaben (Messungsanfang und –ende), bzw.
      (beim ALS) eine Flugstreifenübersicht sowie die relevanten Zeitangaben
      (Messungsanfang und -ende)
    10. den Namen der Datei der gemessenen Werte und deren Speicherort und die
      erforderlichen Erläuterungen

     

     

    4. AUSWERTUNG UND ERGEBNISSE

    (1) Die Ergebnisse der Auswertung von Laserscannerdaten richten sich nach dem
         jeweiligen Anwendungszweck und können sehr unterschiedlich sein.

    (2) Die Bearbeitungsschritte der Auswertung sind nachvollziehbar zu dokumentieren und die
         dabei verwendeten Programme sind zu benennen und den einzelnen Bearbeitungsschritten
         zuzuordnen.

    (3) Werden die Scannerdaten für Aufgabenstellungen im Zusammenhang mit dem Risswerk
          verwendet, so sind die Daten in das jeweils gültige Koordinatensystem zu transformieren.
          In anderen Fällen kann die Verwendung örtlicher Koordinatensysteme ausreichend sein.

    (4) Die berechneten Werte werden in einer Datei gespeichert. Von Ausdrucken nach Anlage 2
          Nr. 2.2.2 Satz 1 MarkschBergV kann mit Zustimmung der zuständigen Behörde abgesehen
          werden, wenn gewährleistet ist, dass der Inhalt der Datei dauerhaft sicher gespeichert ist
          und ein Ausdrucken unverzüglich möglich ist.

    (5) Es ist eine Berechnungsniederschrift zu erstellen, die folgende Angaben enthalten muss:

    1. den Ort, Zweck und Tag der Messung
    2. die Namen der Berechnenden und der Kontrollierenden, bei Datenverarbeitungsanlagen
      die Typen- und Programmbezeichnungen, die Namen der Datenerfasser
    3. die Eingabewerte aus der Messungsniederschrift
    4. die Anschluss- und Abschlusswerte mit Hinweisen auf die Entnahmestellen

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                                              Grundsätze zum Einsatz von luftgestützten und terrestrischen Laserscannerverfahren im Bergbau

    5. den Namen der Datei der berechneten Werte und deren Speicherort und die
      erforderlichen Erläuterungen
    6. die Angaben über Messungsdifferenzen, ihre Verteilung oder Ausgleichung sowie
      über die Genauigkeit, wenn der Zweck der Messung es erfordert
    7. die Hinweise auf die Messungsniederschrift und die Übernahme in rissliche Darstellungen

     

     

    5. GENAUIGKEITEN, KALIBRIERUNG, GERÄTEPRÜFUNG

    Für den Laserscanner sowie mit dem Laserscanner verbundene Komponenten (z.B.
    Digitalkamera) und die zur Messwertkorrelation bei kinematischen Messungen
    notwendige Technik (z.B. GPS/INS) sind die Datenblätter der Hersteller mit folgenden
    zusätzlichen Angaben vorzuhalten:

    1. Bezeichnung und Fabrikationsnummer
    2. Baujahr
    3. Letzte Kalibrierung / Prüfung

     

     

    6. ABKÜRZUNGEN

    BBergG                         Bundesberggesetz

    MarkschBergV            Markscheider Bergverordnung

    2D / 3D                           Zwei- bzw. dreidimensional

    RGB                             Rot-Grün-Blau Farbwerte

    ALS                              Airborne Laser Scanning
                                          Luft-/Flugzeug-gestütztes Laservermessungsverfahren

    TLS                                 Terrestrisches Laser Scanning
                                            Erdgebundenes Laservermessungsverfahren

    TLS üT                         über Tage angewendet

    TLS uT                        unter Tage angewendet

    GPS                              Global Positioning System

     

     

     

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    Abdruck mit freundlicher Genehmigung des DMV e.V.