HxMap: Tegelijkertijd verwerken van luchtfoto's en LiDAR-gegevens

Airborne-sensoren van Leica Geosystems hebben, naast hoge kwaliteit en prestaties, nog iets anders met elkaar gemeen: ze maken gebruik van HxMap, het geïntegreerde high-performance multi-sensor workflowplatform, om de enorme hoeveelheden vastgelegde gegevens te verwerken. HxMap levert snelle dataverwerkingsupdates over grote gebieden in de kortst mogelijke tijd.

Product Manager Felix Rohrbach gaat dieper in op de veelzijdigheid en voordelen van gegevensverwerking met HxMap en licht het one-for-all softwareplatform nader toe.

Hoe werkt HxMap?
Leica HxMap biedt individuele softwaremodules afgestemd op de verwerkingsbehoeften van de klant. De modules leiden u intuïtief langs een algemene verwerkingsworkflow voor LiDAR- en beeldgegevens. Tijdens de pre-processingstappen zijn de gegevensdownload, ruwe QC en gegevensopname identiek voor LiDAR- en beelddatasets. Er zijn sensorspecifieke modules beschikbaar voor verdere stappen zoals triangulatie in de lucht, radiometrische aanpassingen en LiDAR-puntenwolkregistratie. De modulaire aanpak van HxMap leidt de gebruikers stap voor stap door de workflow met slechts kleine verschillen tussen de verwerking van LiDAR- en beeldgegevens.

In de laatste stap van de HxMap-workflow (productgeneratie) kunt u met één druk op de knop een groot aantal producten uitvoeren, zoals:

• Referentieafbeeldingen

• Orthofoto's

• Gekleurde en niet-gekleurde puntenwolken

• 3D stadsmodellen, met of zonder textuur

Deze functies leggen de basis voor grote vanuit een schuine hoek gefotografeerde projecten, orthofoto's of LiDAR-kartering van een heel land en kleine technische projecten. Ze bieden volledige schaalbaarheid, onafhankelijk van wat voor sensormodel er wordt gebruikt om de gegevens vast te leggen.

HxMap is een belangrijk element van verschillende Leica Geosystems-oplossingen. Kunt u deze oplossingen uitleggen?
Met Airborne Reality Capture bedoelen we de combinatie van gegevensverzameling en -verwerking. Bij Leica Geosystems hebben we Airborne Reality Capture-oplossingen gecreëerd waarbij HxMap wordt gecombineerd met geschikte airborne sensoren voor specifieke toepassingen. Hierdoor kunnen onze gebruikers de hoogste efficiëntie en volledige schaalbaarheid van de verwerkingsinfrastructuur bereiken, ongeacht welke airborne Leica Geosystems-sensor ze voor een project gebruiken.

RealCity is de combinatie van de Leica CityMapper of CityMapper-2 hybride oblique landmeetkundige en LiDAR-sensor met HxMap. Deze oplossing is ideaal voor 3D-stadsmodelleringsprojecten en genereert 2D-beeldproducten, LiDAR-puntenwolken en 3D-stadsmodellen.

RealCity is de combinatie van de Leica DMC III-framecamerasensor met HxMap. Deze combinatie is bij uitstek geschikt voor beeldvormingsprojecten van grote oppervlakten in 2D.

RealTerrain combineert HxMap met Leica TerrainMapper en Leica ALS80 linear-mode LiDAR-sensoren of Leica SPL100 single-foton LiDAR-sensoren. Deze combinatie is ontwikkeld voor regionale of nationale LiDAR-karteringsprojecten.

HxMap biedt verschillende modules voor specifieke toepassingen. Kunt u iets meer vertellen over deze modules?
Door modules toe te voegen kan HxMap worden aangepast aan de unieke behoeften van elke gebruiker.

De HxMap Provider-module biedt de gebruiker de essentiële functionaliteit om verzamelde gegevens te laden, ingest uit te voeren voor pre-processing, geo-referencing toe te passen en vervolgens het resultaat te visualiseren om kwaliteitscontrole uit te voeren. De provider-module bevat ook de workflowmanager, onze centrale applicatie die de gebruiker door de verschillende stappen van de verwerking leidt. Gegevens kunnen in een kaartweergave of in een specifieke viewermodule worden geladen voor verdere inspectie.

De HxMap Core Imaging-module biedt functionaliteit die essentieel is voor het verwerken van datasets met beeldmateriaal. Een robuuste automatische puntmatching genereert de benodigde verbindingspunten tussen diverse verzamelde foto's met verschillende kijkrichtingen. Met triangulatie van luchtfoto's worden de metingen gebruikt om de beeldoriëntaties te optimaliseren. HxMap biedt meerdere triangulatiealgoritmen en een hiërarchische procesmodus voor datasets met vanuit een schuine hoek genomen foto's, waarmee zelfs de grootste karteringsprojecten van onze klanten verwerkt kunnen worden. Met HxMap-triangulatie kan de gebruiker ook direct eventuele uitlijningsfouten corrigeren voor de kalibratie van de camera.

De HxMap Core LiDAR-module maakt de functieset compleet met alle functionaliteit die nodig is voor de verwerking van LiDAR-gegevens. Met één simpele klik berekent de LiDAR-kalibratie aanpassingen voor de sensorparameters en wordt een bijgewerkte projectkalibratie uitgevoerd voor verdere verwerking. Onderlinge registratie van verschillende lijnen verbetert vervolgens de matchingkwaliteit in het volledige project. De gebruiker kan op elk gewenst moment de ingebouwde QA-tool uitvoeren om de gegevenskwaliteit voor een enkele lijn of het volledige project te evalueren.

De HxMap 3D Modeller-module is een aanvulling op de vorige module. Het 3D-modelleringsalgoritme neemt beeldmateriaal en LiDAR-gegevens als op zichzelf staande datasets of samen als hybride gegevens en extraheert 3D-geometrieën van gebouwen. Met HxMap kan de gebruiker bekende footprints van gebouwen opgeven om gebouwen te genereren of de gebouwen direct genereren zonder enige voorafgaande informatie. Om de kwaliteit van de geëxtraheerde gebouwen verder te verbeteren, wordt aanvullende informatie van verstrekte gegevenssets gebruikt, zoals puntklassen of vegetatie-indexen berekend uit beeldgegevens.

Wat zijn de voordelen van HxMap voor de gebruiker?
HxMap is een snel, intuïtief en efficiënt post-processingplatform, waarmee gebruikers met één enkele interface alle bekende gegevensproducten kunnen produceren. Dit vertaalt zich in

• Volledige schaalbaarheid
  Omdat HxMap een uniforme verwerkingsworkflow is voor airborne topografische LiDAR- en beeldgegevens, kunnen gebruikers dezelfde verwerkingsinfrastructuur gebruiken, ongeacht de te leveren gegevensproducten van het project, wat volledige flexibiliteit biedt om de verwerkingsinfrastructuur zo nodig op te schalen en alle producten te produceren. Dankzij de modulaire functionaliteit kunnen onze klanten de initiële investering laag houden en de infrastructuur opschalen wanneer dat nodig is, zodat ze consequent hun volledige verwerkingscapaciteit kunnen gebruiken.

• Tijd- en kostenbesparingen
  U en ander personeel hoeven alleen handig te zijn met één enkele eenvoudige gebruikersinterface om elk bekend airborne-gegevensproduct te produceren en uw productiepersoneel kan zonder extra training beeldmateriaal en LiDAR-gegevens verwerken. Verspil geen tijd met het verplaatsen van gegevens tussen verschillende softwarepakketten, maar profiteer van één end-to-end workflow.

• Ongeëvenaarde gegevensdoorvoer
  Geniet van de snelste gegevensdoorvoer in de industrie en verwerk elke hoeveelheid gegevens efficiënter. HxMap is uitvoerig getest voor het verwerken van SPL100-gegevens, die 6 miljoen punten per seconde verzamelen en daarom bekend staan om hun extreem grote datasets.

Met welke uitdagingen worden gebruikers in het veld geconfronteerd waarmee HxMap hen helpt?
Als ik terugkijk naar toen ik begon, was het heel gewoon om verwerkingsomgevingen met één werkstation te zien. De fotogrammetrie- of LiDAR-expert zat voor één enkel computer waarop alle gegevens en software stonden die nodig waren om alle verwerkingsstappen lokaal uit te voeren. Eenmaal gelanceerd was het een kwestie van wachten totdat het proces klaar was en de volgende stap gelanceerd kon worden.

Uitdaging 1: De hoeveelheid gegevens

Tegenwoordig produceert elke moderne sensor gigantische hoeveelheden gegevens. Een ruwe vuistregel voor de originele CityMapper was dat 1 uur gegevens verzamelen 3 TB aan onbewerkte gegevens zou opleveren. Hoewel de hoeveelheid gegevens de afgelopen jaren is toegenomen, zijn de leveringstermijnen van onze klanten en hun eindgebruikers niet veranderd. Ondanks de toegenomen omvang moeten de gegevens binnen een acceptabel tijdsbestek gecontroleerd, verwerkt en geleverd worden. Dankzij de gedistribueerde gegevensverwerking van HxMap is dit nu mogelijk.

Uitdaging 2: Silo's in gegevensverwerking

De overstap naar gedistribueerde rekensystemen kan ook nieuwe problemen introduceren. Als u zowel beeld- als LiDAR-sensoren gebruikt, kan het zijn dat u voor beide workflows opschaling nodig hebt. Het opzetten van aparte, niet-geïntegreerde omgevingen voor gegevensverwerking klinkt misschien eenvoudig, maar leidt ertoe dat uw middelen niet optimaal worden benut zodra de gegevensinvoer wordt onderbroken (bijv. bij slecht weer). Dankzij de hybride workflow van HxMap wordt er in één gecombineerde omgeving gedistribueerde gegevensverwerking opgezet die zo kan worden ingesteld dat elke beschikbare capaciteit wordt gebruikt, ongeacht het gegevenstype.

Uitdaging 3: Menselijk personeel

De laatste uitdaging heeft betrekking op alle stappen in de workflow die niet door ons verwerkingscluster kunnen worden afgehandeld. Veel van de stappen in de kwaliteitscontrole worden nog steeds door mensen uitgevoerd, omdat hun expertise nodig is om te beoordelen of gegevens aan de vereiste kwaliteit voldoen. Het eerste probleem hierbij is dat er bij een groeiend gegevensvolume meer personeel nodig is om de doorvoer te garanderen. Het vinden van deskundig personeel is echter moeilijk en kostbaar. HxMap pakt kan hierbij helpen door de gebruiker te ondersteunen bij het evalueren van de kwaliteit van verzamelde gegevens door middel van grafische weergaven en klantrapporten van kwaliteitsindices waarmee zelfs de gemiddelde gebruiker datasets kan beoordelen. De verwerkingsdeskundige kan nu de teamleider worden, die alleen in uitzonderlijke gevallen hoeft te worden geraadpleegd.

De huidige markt is sterk gericht op automatisering. Hoe ondersteunt HxMap deze volgende technologische ontwikkeling?
De focus op automatisering is een logisch gevolg van de bovenstaande uitdagingen. Door een voorheen handmatige taak om te zetten in een geautomatiseerde verwerkingsstap, kunnen we deze niet alleen op een apart werkstation uitvoeren, maar ook rechtstreeks naar ons verwerkingscluster sturen. Dit bespaart niet alleen tijd, geld en moeite voor training, maar maakt het nu ook mogelijk om de productiestap te schalen op basis van de huidige werklast en levertijden. HxMap ondersteunt deze voordelen al voor verwerkingstaken zoals sensorkalibratie, automatische puntmatching, lijn-naar-lijn registratie, het genereren van gebouwen en nog veel meer. Dit waren voorheen allemaal bewerkelijke handmatige taken die nu automatisch uitgevoerd kunnen worden binnen de HxMap-workflow.

Waar brengt HxMap de sector in de toekomst naartoe?
De recente trend van stijgende aantallen pixels en punten per project zal zich voortzetten. Dat komt niet alleen door projecten die met een hogere resolutie gevlogen worden, maar ook door de groei van Content-as-a-Service (CaaS)-initiatieven zoals het HxGN Content Program. Terwijl onbemande vluchten op kleine schaal beginnen te voorzien in de behoefte aan landmeetkundige gegevensverwerving, ontwikkelt airborne landmeetkunde zich naar regionale, nationale of zelfs continentale gegevensverwerving.

Om handmatig werk om te zetten in schaalbare en distribueerbare werkstappen is het van cruciaal belang om innovatieve manieren te vinden om verwerkingsstappen te automatiseren zonder dat dit ten koste gaat van de gegevenskwaliteit. Het gebruik van hybride gegevens, zoals de CityMapper-sensoren die verzamelen, is veelbelovend om de gegevenskwaliteit te verbeteren door informatie van meerdere sensortypes samen te voegen. Onze engine voor stadsmodellering is een goed voorbeeld waarbij de voordelen van zowel LiDAR- als beeldtechnologie worden gebruikt om efficiënt 3D-producten van hoge kwaliteit te maken.

Naast het efficiënter maken van onze huidige workflow, zijn we ook aan het kijken hoe we de reeks producten die onze klanten binnen HxMap kunnen genereren, kunnen uitbreiden. Dankzij bedrijfsbrede initiatieven binnen Hexagon en bedrijfsovernames krijgen wij toegang tot nieuwe technologieën. Het is onze taak om deze om te zetten in innovatieve producten voor onze klanten.

Felix Rohrbach is de productmanager voor HxMap bij Leica Geosystems.
Met tien jaar ervaring in de airborne karteringsindustrie is hij verantwoordelijk voor de ontwikkeling en toepassing van fotogrammetrie- en LiDAR-verwerkingssoftware.