HxMap: Simultane verwerking van beeldvorming vanuit de lucht en LiDAR-gegevens

De airborne sensoren van Leica Geosystems hebben, naast hun hoge kwaliteit en sterke prestaties, allemaal iets gemeen: ze verwerken de gigantische hoeveelheden verzamelde gegevens met HxMap, het eengemaakte, hoogperformante platform voor multisensorworkflows. HxMap biedt in de kleinst mogelijke tijdsspanne updates voor snelle gegevensverwerking over grote gebieden.

Product Manager Felix Rohrbach gaat dieper in op de veelzijdigheid en voordelen van gegevensverwerking met HxMap en doet het allesomvattende softwareplatform uit de doeken.

Hoe werkt HxMap?
Leica HxMap biedt individuele softwaremodules op basis van de verwerkingsbehoeften van de klant. De modules begeleiden u door een gemeenschappelijke verwerkingsworflow voor LiDAR- en beeldvormingsdata. Het downloaden, de ruwe kwaliteitscontrole en het opnemen van gegevens in LiDAR- en beeldvormingsdatasets doorheen de stappen van de voorverwerking Sensorspecifieke modules omvatten verdere stappen, zoals triangulatie vanuit de lucht, radiometrische aanpassingen en puntenwolkregistratie met LiDAR. De modulaire aanpak van HxMap gidst gebruikers stap voor stap door de workflow, waarbij het verwerken van LiDAR- en beeldvormingsdata slechts licht varieert.

In de laatste stap van de HxMap-workflow, de productgeneratie, kunnen gebruikers met een druk op de knop een groot aantal producten uitvoeren, zoals:

• Referentiebeelden

• Orthofoto's

• Puntenwolken in kleur en zwart-wit

• 3D stadsmodellen met of zonder textuur

Deze functies bieden de basis voor grote schuine projecten, orthofotografie of LiDAR-kartering op nationaal niveau en allerhande kleine technische projecten. Bovendien zijn ze volledig schaalbaar, los van het sensormodel waarmee de gegevens worden verzameld.

HxMap is onontbeerlijk voor verschillende oplossingen van Leica Geosystems. Kunt u deze oplossingen even toelichten?
Met het vastleggen van de werkelijkheid vanuit de lucht verwijzen we naar de combinatie van het verzamelen en verwerken van gegevens. Bij Leica Geosystems hebben we oplossingen voor het vastleggen van de werkelijkheid vanuit de lucht uitgebouwd. We bundelen daarbij HxMap met de geschikte airborne sensoren voor een bepaalde toepassing. Dit stelt onze gebruikers in staat om met de hoogste efficiëntie en volledig schaalbaar aan de slag te gaan met de verwerkingsinfrastructuur, ongeacht welke airborne sensor van Leica Geosystems ze gebruiken bij een project.

RealCity combineert de Leica CityMapper of CityMapper-2 hybride sensor voor schuine beeldvorming en LiDAR met HxMap. Deze oplossing is ideaal voor 3D-modellering van steden en produceert naast beeldvormingsproducten in 2D en LiDAR-puntenwolken ook stadsmodellen in 3D.

RealWorld is de combinatie van de Leica DMC III-framecamerasensor met HxMap. Deze twee gaan het best samen voor 2D-beeldvormingsprojecten voor grote oppervlakken.

RealTerrain combineert HxMap met Leica TerrainMapper en Leica ALS80 LiDAR-sensoren met lineaire modus of met de Leica SPL100 single photon LiDAR-sensor. Deze combinatie is ontworpen voor karteringsprojecten met LiDAR op regionaal en nationaal niveau.

Binnen HxMap bestaan er verschillende modules voor specifieke toepassingen. Kunt u wat meer uitleg geven over deze modules?
Men kan HxMap personaliseren door modules toe te voegen die passen bij om het even welke unieke behoefte van de gebruiker.

De HxMap Provider Module biedt de gebruiker de essentiële functie om verzamelde gegevens te laden, opname voor voorverwerking uit te voeren, georeferenties toe te passen en vervolgens de resultaten weer te geven om de kwaliteit ervan te controleren. De Provider Module omvat ook de workflowmanager, onze hoofdapplicatie die de gebruiker door de verschillende stappen van de verwerking begeleidt. Men kan gegevens in een kaartweergave laden of in een specifieke weergavemodule voor nadere inspectie.

De HxMap Core Imaging Module biedt cruciale functies voor het verwerken van beeldvormingsdatasets. Een robuuste, geautomatiseerde puntmatching genereert de vereiste verbindingspunten tussen de verzamelde beelden en in verschillende kijkrichtingen. Triangulatie vanuit de lucht gebruikt de meetwaarden om de beeldoriëntaties te optimaliseren. HxMap biedt verschillende algoritmes voor driehoeksmeting en een modus voor hiërarchische processen voor sets met schuine data, waardoor zelfs de grootste karteringsprojecten die onze klanten ooit hebben gezien kunnen worden verwerkt. De triangulatie van HxMap stelt de gebruiker eveneens in staat om rechtstreeks foutieve uitlijningshoeken toe te passen op de kalibratie van de camera.

De HxMap Core LiDAR Module vult de functieset aan met alle functies die nodig zijn voor het verwerken van LiDAR-gegevens. Een simpele LiDAR-kalibratie met één klik berekent aanpassingen aan de sensorparameters en biedt een bijgewerkte projectkalibratie aan voor de verdere verwerking. Lijn-tot-lijnregistratie verbetert verder de kwaliteit van de overeenkomst over het volledige project heen. De gebruiker kan te allen tijde de ingebouwde QA-tool inzetten om de gegevenskwaliteit van een enkele lijn of van het volledige project te evalueren.

De HxMap 3D Modeller Module vult de eerdere modules verder aan. Het algoritme voor 3D-modellering werkt met beeldmateriaal en LiDAR-gegevens als vrijstaande datasets of samen, als hybride data, en puurt er geometrieën van gebouwen in 3D uit. Met HxMap kan de gebruiker gekende gebouwvoetafdrukken aanwenden om zonder voorgaande informatie gebouwen te genereren of meteen gebouwgeneratie uit te voeren. De kwaliteit van de onttrokken gebouwen wordt verder verbeterd met bijkomende informatie uit voorziene datasets, zoals puntklassen of vegetatie-indices die worden berekend uit de beeldvormingsgegevens.

Welke voordelen heeft HxMap voor de gebruiker?
HxMap is een snel, intuïtief en efficiënt platform voor naverwerking dat gebruikers in staat stelt om alle bekende gegevensproducten te produceren binnen een enkele, gemeenschappelijke interface. Dit vertaalt zich in

• Volledige schaalbaarheid
  Aangezien HxMap een eengemaakte verwerkingsworkflow is voor topografische LiDAR- en beeldvormingsgegevens vanuit de lucht, kunnen gebruikers dezelfde verwerkingsinfrastructuur los van de projectdeliverables gebruiken. Dit biedt hen volledige flexibiliteit om de verwerkingsinfrastructuur wanneer nodig op te schalen en alle producten te realiseren. De modulaire functionaliteit biedt onze klanten de kans om hun initiële investering laag te houden en de infrastructuur indien nodig op te schalen. Zo kunnen zij hun volledige verwerkingscapaciteiten consistent inzetten.

• Tijds- en kostenbesparing
  Uw personeel en u moeten slechts één simpele gebruikersinterface onder de knie krijgen om producten te realiseren met gekende luchtgegevens. Daarnaast kan uw productieteam beeldvormings- en LiDAR-gegevens verwerken zonder bijkomende opleiding. Verspil geen tijd met het verhuizen van uw gegevens tussen verschillende softwarepakketten, maar geniet van één allesomvattende workflow.

• Ongekende doorvoer van gegevens
  Profiteer van de snelste datadoorvoer in de sector en verwerk uw gegevens efficiënter, ongeacht de hoeveelheid. HxMap heeft in de praktijk bewezen dat het SPL100-gegevens kan verwerken. De SPL100 legt per seconde 6 miljoen punten vast en staat er dan ook om bekend extreem grote datasets op te leveren.

Met welke uitdagingen worden gebruikers vandaag de dag geconfronteerd, waarvoor HxMap een oplossing kan bieden?
Toen ik startte, waren verwerkingsomgevingen met een enkel werkstation de norm. De fotogrammetrie- of LiDAR-expert zat dan aan de machine met alle nodige gegevens en software om alle verwerkingsstappen lokaal uit te voeren. Zodra het startschot werd gegeven, was het wachten geblazen totdat het proces volledig was doorlopen en de volgende stap kon worden gezet.

Uitdaging 1: De hoeveelheid gegevens

Tegenwoordig produceren alle moderne sensoren massaal veel gegevens. Voor de originele CityMapper gold min of meer dat 1 uur gegevensverzameling 3 TB aan ruwe data opleverde. Hoewel de hoeveelheid gegevens de afgelopen jaren een veelvoud is van wat het was, zijn de leverdeadlines van onze klanten en hun eindklanten niet veranderd. Ondanks het toegenomen volume, moeten deze gegevens binnen een aanvaardbaar tijdsbestek worden gecontroleerd, verwerkt en geleverd. Dankzij de verdeelde verwerkingscapaciteiten van HxMap is dit nu mogelijk.

Uitdaging 2: Afscherming van de gegevensverwerking

De omslag naar verdeelde verwerking kan ook nieuwe pijnpunten opleveren. Door met zowel beeldvormings- als LiDAR-sensoren te werken, moeten beide workflows wel worden opgeschaald. Afgeschermde verwerkingsomgevingen uitbouwen klinkt vrij eenvoudig, maar de beschikbare hulpmiddelen worden niet langer ten volle gebruikt zodra de datainvoer stilvalt (bv. door slecht weer). Dankzij de hybride workflow van HxMap wordt een verdeelde verwerking opgezet in één gecombineerde omgeving die kan worden geconfigureerd om alle beschikbare capaciteit aan te wenden, onafhankelijk van het type data.

Uitdaging 3: De menselijke werkkrachten

De laatste uitdaging draait om alle stappen uit de workflow waar onze verwerkingscluster niet mee aan de slag kan. Veel stappen van de kwaliteitscontrole worden nog steeds door mensen uitgevoerd, aangezien hun expertise nodig is om te beoordelen of de data wel voldoet aan de vereiste kwaliteit. Het eerste probleem hiermee is dat wanneer het volume gegevens toeneemt, er ook meer werkkrachten nodig zijn om de doorvoer te verzekeren. Deskundig personeel is echter moeilijk te vinden en duur. HxMap pakt dit aan door de gebruiker te helpen bij de evaluatie van de kwaliteit van de verzamelde gegevens met grafische weergaven en klantverslagen rond kwaliteitindices. Zo kan de gemiddelde gebruiker wel de datasets beoordelen. De verwerkingsexpert kan het team gaan leiden en wordt enkel aangesproken bij kritieke randgevallen.

De markt richt zich vandaag de dag op automatisering. Hoe ondersteunt HxMap deze nieuwe technologische grens?
De focus op automatisering is een logisch gevolg van de uitdagingen die we al hebben besproken. Door een taak die vroeger handmatig werd uitgevoerd te automatiseren als verwerkingsstap kunnen we het niet alleen op een enkel werkstation uitvoeren, maar het ook rechtstreeks naar onze verwerkingscluster verzenden. Naast de bespaarde tijd, geld en opleidingsinspanning stelt dit ons ook in staat om de productiestap op te schalen volgens de huidige werklast en levertermijnen. HxMap ondersteunt deze voordelen al voor verwerkingstaken zoals sensorkalibratie, automatisch puntmatching, lijn-tot-lijnregistratie, gebouwgeneratie en nog veel meer. Dit waren vroeger allemaal vervelende handmatige taken. Taken die vandaag automatisch kunnen worden uitgevoerd binnen de workflow van HxMap.

Wat betekent HxMap voor de toekomst van de sector?
De recente trend van toenemende aantallen pixels en punten per project zal zich voortzetten. Niet alleen omdat projecten aan een hogere resolutie zullen worden gevlogen, maar ook omwille van de toename van Content as a Service (CaaS)-intiatieven zoals het HxGN Content Program. Terwijl UAV's beginnen te voldoen aan de behoefte voor landmeetkundige gegevensverzameling op kleine schaal, verschuift luchtkartering naar regionale, nationale of zelfs continentale acquisitie.

Het vinden van vernieuwende manieren om verwerkingsstappen te automatiseren zonder aan gegevenskwaliteit in te boeten, zal essentieel blijken voor het omvormen van handmatig werk in schaalbare en uitkeerbare banen. Het gebruik van hybride data – zoals de gegevens die de CityMappser-sensoren verzamelen – lijkt veelbelovend voor het verbeteren van de datakwaliteit, aangezien informatie van meerdere sensortypes wordt samengevoegd. Onze engine voor stadsmodellering is een goed voorbeeld. De voordelen van zowel LiDAR- als beeldvormingstechnologie worden er ingezet om efficiënt hoogwaardige 3D-producten te creëren.

Dit maakt onze huidige workflow niet alleen efficiënter, we bekijken ook of we ervoor kunnen zorgen dat onze klanten meer producten kunnen genereren in HxMap. We verwerven toegang tot nieuwe technologieën dankzij initiatieven doorheen Hexagon en overnames. Het is dan ook onze taak om er nieuwe producten uit te puren voor onze klanten.

Felix Rohrbach is Product Manager voor HxMap bij Leica Geosystems.
Felix heeft tien jaar ervaring in de luchtkarteringssector en is verantwoordelijk voor de ontwikkeling en het incorporeren van verwerkingssoftware voor fotogrammetrie en LiDAR.