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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)2323-15-4660eMail: 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.___________________________________________________________________________________________
1 Bei Bedarf sind diese Grundsätze an den jeweiligen Stand der Technik anzupassen.5
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.6
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:
- den Ort, Zweck und Tag der Messung
- die Namen der Ausführenden
- die Instrumente und Geräte mit Angabe des Herstellers und der Fabrikationsnummer
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die zu berücksichtigenden gerätebezogenen Konstanten und Korrektur- und
Einstellwerte
7Grundsätze zum Einsatz von luftgestützten und terrestrischen Laserscannerverfahren im Bergbau
- die Angaben über den Anschluss und den Abschluss der Messung
- die Angaben über Umstände, die das Messungsergebnis beeinflussen können, wie
Witterung oder Temperatur, bzw. (unter Tage) Wetterzug, Temperatur, Staubbildung
oder Tropfwasser - die Hinweise auf die Berechnungsniederschrift und die Übernahme in rissliche
Darstellungen - die Angaben über weitere zugehörige Messungen (Messungsübersicht)
- 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) - 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:
- den Ort, Zweck und Tag der Messung
- die Namen der Berechnenden und der Kontrollierenden, bei Datenverarbeitungsanlagen
die Typen- und Programmbezeichnungen, die Namen der Datenerfasser - die Eingabewerte aus der Messungsniederschrift
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die Anschluss- und Abschlusswerte mit Hinweisen auf die Entnahmestellen
8Grundsätze zum Einsatz von luftgestützten und terrestrischen Laserscannerverfahren im Bergbau
- den Namen der Datei der berechneten Werte und deren Speicherort und die
erforderlichen Erläuterungen - die Angaben über Messungsdifferenzen, ihre Verteilung oder Ausgleichung sowie
über die Genauigkeit, wenn der Zweck der Messung es erfordert - 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:- Bezeichnung und Fabrikationsnummer
- Baujahr
- 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 LaservermessungsverfahrenTLS Terrestrisches Laser Scanning
Erdgebundenes LaservermessungsverfahrenTLS 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.