MSc thesis - Karoly Radoczy

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Építőmérnöki Kar
Földmérő- és Térinformatikai mérnök mesterszak
Vízügyi létesítmény lézerszkennelése
Diplomamunka
2015
Szerző:
Radóczy Károly
Konzulensek:
Dr. Barsi Árpád (BME-FMT)
Dr. Lovas Tamás (BME-FMT)
Kondor Gergely (KDVvizig)

Radóczy Károly: Vízügyi létesítmény lézerszkennelése
2
Nyilatkozat
Alulírott Radóczy Károly, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem hallgatója kijelentem,
hogy ezt a diplomamunkát meg nem engedett segítség nélkül, saját magam készítettem és a
dolgozatban csak a megadott forrásokat használtam fel. Minden olyan részt, melyet szó szerint, vagy
azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen, a forrás megadásával
megjelöltem.
Budapest, 2015.december 10.
..............................................
Radóczy Károly

3
Abstract
Geometric modeling based on mobile laser scanning data
I investigated the application of mobile laser scanning from different moving platforms (ship, car)
considering accuracy, feasibility and expenses. I revealed its pros and cons compared to traditional
surveying methods. Furthermore, I created 2D and 3D CAD models and 3D mesh models based on the
laser scanned point cloud to show what can be offered to other disciplines.

4
Köszönetnyilvánítás
Szeretném ezúton is megköszönni a Közép-Duna-völgyi Vízügyi Igazgatóságnak, hogy lehetővé tették,
hogy ez a dolgozat létrejöhessen: biztosították az eszközöket, megszervezték a mérést, segítették a
feldolgozást. Külön köszönet illeti külső konzulensemet, Kondor Gergelyt, aki időt, energiát nem
spórolva több alkalommal is rendelkezésemre állt, és segített minden felmerülő kérdésben.
Továbbá szeretném megköszönni konzulenseimnek a Fotogrammetria és Térinformatika Tanszékről,
Dr. Barsi Árpádnak és Dr. Lovas Tamásnak, hogy észrevételeikkel, kérdéseikkel és szakértelmükkel
segítették munkámat.

5
Tartalomjegyzék
Nyilatkozat............................................................................................................................................... 2
Abstract ................................................................................................................................................... 3
Köszönetnyilvánítás................................................................................................................................. 4
1. Bevezető.............................................................................................................................................. 7
2. Mobil lézerszkennelés ......................................................................................................................... 9
2.1. Ismertetés..................................................................................................................................... 9
2.2. Hajós lézerszkennelés................................................................................................................. 10
2.2.1. Külföldi példák..................................................................................................................... 10
2.2.2. Hazai példák ........................................................................................................................ 14
2.3. Mobil lézerszkennelés autóról ................................................................................................... 16
2.3.1. Hazai példa .......................................................................................................................... 16
3. Mérés................................................................................................................................................. 18
3.1. Hajóról végzett mobil lézerszkennelés kivitelezése ................................................................... 18
3.1.1. A mérőrendszer................................................................................................................... 18
3.1.2. Mintaterület kiválasztása .................................................................................................... 22
3.1.3. A mérőrendszer felépítése .................................................................................................. 23
3.1.4. Felmérés.............................................................................................................................. 24
3.2. Autóról végzett mobil lézerszkennelés kivitelezése................................................................... 26
3.2.1. A mérőrendszer................................................................................................................... 26
3.2.2. A felmérő autó..................................................................................................................... 27
3.2.3. Felmérés.............................................................................................................................. 27
4. A pontfelhő alapszintű feldolgozása ................................................................................................. 29
4.1. Koordináta-rendszerek............................................................................................................... 29
4.2. A feldolgozás lépései.................................................................................................................. 29
4.2.1. GNSS-INS adatok utófeldolgozása....................................................................................... 30
4.2.2. Pontfelhő színezése fényképek alapján............................................................................... 33
4.2.3. EOV transzformáció............................................................................................................. 33
4.2.4. Az autós mérés feldolgozásának sajátosságai..................................................................... 34
5. Vizsgálatok......................................................................................................................................... 35
5.1. Pontosság vizsgálat..................................................................................................................... 35
5.2. Megvalósíthatóság ..................................................................................................................... 36
5.2.1. Eszközigény.......................................................................................................................... 36
5.2.2. Emberi erőforrás igény........................................................................................................ 36
5.2.3. Időszükséglet....................................................................................................................... 36
5.2.4. Külső tényezők..................................................................................................................... 36

6
5.3. Gazdaságosság............................................................................................................................ 37
5.3.1. Költségek ............................................................................................................................. 37
5.3.2. Munkadíjak becslése ........................................................................................................... 37
5.4. Felmérési módszerek összehasonlítása...................................................................................... 38
5.4.1. Hagyományos módszerek.................................................................................................... 38
5.4.2. Földi lézerszkennelés........................................................................................................... 39
5.4.3. Autóról végzett mobil lézerszkennelés ............................................................................... 41
5.4.4. A választott módszerek indoklása ....................................................................................... 41
6. A pontfelhő felhasználási lehetőségei............................................................................................... 42
6.1. Pontfelhő berepülő videó........................................................................................................... 43
6.1.1. Hajós útvonal alapján.......................................................................................................... 43
6.1.2. Autós útvonal alapján.......................................................................................................... 44
6.2. 2D CAD modellezés .................................................................................................................... 45
6.2.1. Homlokzatrajz...................................................................................................................... 45
6.2.2. Alaprajz................................................................................................................................ 47
6.2.3. Metszetek............................................................................................................................ 48
6.2.4. Alkalmazási lehetőségek...................................................................................................... 49
6.3. 3D CAD modellezés .................................................................................................................... 50
6.3.1. 3D CAD modellek bemutatása............................................................................................. 50
6.4. 3D felületmodellezés.................................................................................................................. 54
6.4.1. Mesh modellek bemutatása................................................................................................ 55
6.4.2. Hajós és autós mérés kombinálásából létrehozott mesh modell ....................................... 56
6.5. A KDVvizig felhasználási lehetőségei.......................................................................................... 58
6.5.1. A Balaton felmérése ............................................................................................................ 58
6.5.2. Tapasztalatok....................................................................................................................... 59
6.5.3. Célok.................................................................................................................................... 59
6.5.4. Javaslatok ............................................................................................................................ 59
7. Összefoglalás ..................................................................................................................................... 60
Irodalomjegyzék .................................................................................................................................... 61

7
1. Bevezető
Napjainkban egyre inkább teret hódít a 3D szemléletmód és az az igény, hogy a minket körülvevő
világot digitálisan reprezentálva szeretnénk látni a számítógépünk képernyőjén. Virtuális világot
alkotunk, amelynek alappillérei a valós méréseken alapuló modelljeink. A térbeli adatgyűjtés egyik
leghatékonyabb módja a lézerszkennelés.
A lézerszkennelésnek alapvetően három fő típusa különböztethető meg: légi, földi (statikus) és mobil
lézerszkennelés. Földi lézerszkenneléssel már alaposabban foglalkoztam BSc diplomamunkámban [1],
amikor egy romos állapotban lévő várat mértünk fel több álláspontból két különböző lézerszkennerrel,
majd a kapott pontfelhő alapján elkészítettem a vár 3D TIN modelljét.
MSc tanulmányaim során látogatást tettünk a Budapesti Közlekedési Központ (BKK) térinformatikai
részlegébe, ahol a főváros közúti hálózatának háromdimenziós térképezésével foglalkoznak. Ezzel
betekintést nyerhettünk a mobil lézerszkennelés világába.
A Fotogrammetria és Térinformatika Tanszéket (továbbiakban: a Tanszék) tavasszal felkereste a Közép-
Duna-völgyi Vízügyi Igazgatóság (továbbiakban: KDVvizig), hogy kutatási lehetőséget biztosítanak
hallgatóknak az általuk használt mobil mérőrendszeren. Az ő feladatuk vizeink partvonalának és vízügyi
létesítmények lézerszkennelése illetve medermérések végrehajtása.
Aktuális munkájuk a Balaton teljes felmérése. Látogatásunkkor elmondták, hogy lehetőség lenne
ennek a projektnek a keretében kipróbálni a hajóról történő mobil lézerszkennelést. Ők biztosítják az
eszközöket, a szakembereket, az irodai feldolgozó környezetet, cserébe kíváncsiak, hogy az adott
hallgató milyen eredményeket hoz ki a mérésekből. Így esett a választásom a hajóra, mint mozgó
platformra.
A helyszín kiválasztása után kiderült, hogy a hajós mérésekkel nem fedhető le a teljes mintaterület,
ezért kiegészítő méréseket is kell végezni. Mivel az adott mérőfelszerelés rögzíthető egy autó tetejére
is és a hajóról nem látható részletek nagy részét autóval meg lehet közelíteni, úgy döntöttünk, hogy az
autóról történő lézerszkennelés lesz a kiválasztott kiegészítő mérési módszer.
A lézerszkennelés az egyik legkorszerűbb felmérési technológia, ami rögzíti a műszer környezetében
található objektumokról visszaverődő lézersugarakat, ezáltal rövid idő alatt többmillió pontból álló
pontfelhő keletkezik.
Ekkora adatmennyiség kezeléséhez speciális szoftverekre, nagy számítási kapacitásra és szakértelemre
van szükség. Emiatt a keletkezett pontfelhő nem minden esetben alkalmas arra, hogy ezzel a
megrendelők, mérnöktársaink, illetve átlagos felhasználók igényeit kielégíthessük. Az esetek nagy
részében a pontfelhőből levezetett eredményekre, termékekre van szükség.
Szabálytalan formájú objektumok esetén célszerű a pontok alapján egy szabálytalan háromszöghálós
modellt, úgynevezett mesh-t generálni, majd ezekből mindenki által megjeleníthető, forgatható,
elemezhető és mérhető 3D PDF-et készíthetünk, vagy modellünket 3D nyomtatóval kézzel fogható
formába is önthetjük.
Ha az objektum szabályos elemekkel modellezhető, akkor pedig célszerű a pontfelhőből vett méretek
alapján 3D CAD modellt készíteni, amelyből aztán levezethető bármilyen irányú metszet vagy például
rekonstrukció esetén, ebből kiindulva további tervek készíthetők.
A megoldás nagy előnye, hogy egy ilyen terméket a többi mérnök egyszerűen tud a saját, már meglévő
szoftverkörnyezetébe integrálni anélkül, hogy új számítógépekre, szoftverekre, azok kezelésének
elsajátítására kellene időt, energiát és pénzt fordítania.

8
Ennek az átjárhatóságnak a megvalósítása lehet véleményem szerint az egyik olyan út, amely
segítségével a lézerszkennelés már nem csak a kutatási projektekben, hanem az üzleti életben is
megvethetné a lábát, rentábilissá válhatna.
Dolgozatomban tehát egyrészt azt a kérdést szeretném alaposabban körüljárni, hogyan valósítható
meg ez az ötlet a gyakorlatban, az adatgyűjtéstől a kész modellekig, másrészt nagyvonalakban
szeretném megvizsgálni a pénzügyi hátterét is, hogy jelenleg nagyjából milyen anyagi ráfordítással jár
egy lézerszkenneres felmérési, feldolgozási és modellezési projekt, mik azok a lehetőségek, ahol ezek
a költségek megtérülhetnek.

9
2. Mobil lézerszkennelés
2.1. Ismertetés
A technológia neve árulkodó, a földi lézerszkenneléssel ellentétben a mérés nem statikusan, különböző
fix álláspontokból történik, mint általában a geodéziában, hanem mozgó platformról. Amint az egy
2012-es Sensors magazinban megjelent cikkben is olvasható, a mobil lézerszkennelésnek igen sok
alfaja különböztethető meg a mozgó platform fajtájától függően [2]. Bemutatnak például autós, kézi
kocsis, csónakos megoldásokat, de végeztek már méréseket szánra, quadhoz csatlakoztatott
utánfutóra vagy éppen hátizsákra szerelhető mobil mérőegységgel is.
Ahhoz, hogy a különböző időpillanatokban mért adatok közötti összhang biztosítható legyen, további
mérőműszerekkel kell kiegészíteni a lézerszkennert.
A fő helymeghatározó komponens a GNSS vevő berendezés, amely műholdas helymeghatározással
szolgáltatja a pillanatnyi koordinátákat. A leggyakoribb mobil platform a gépjármű, a leggyakoribb
alkalmazás pedig utak, városok felmérése. A városi körülmények gyakran okoznak jelvesztést a GNSS
mérések során, ezért és a helyzeti adatok szolgáltatásáért szükség volt emellett további
mérőkomponensek integrálására.
Az INS (Inertial Navigation System, inerciális navigációs rendszer) egy mozgáson alapuló, folyamatos
mérésre alkalmas mérőegyüttes, amely alapvetően gyorsulásmérőt és giroszkópot tartalmaz, és jól
kiegészíti a műholdas helymeghatározást például jelvesztés esetén. Együttes alkalmazásukkal pedig
nagyobb pontosság érhető el. Ezenkívül az INS segítségével határozhatók meg a helyzet adatok, azaz
hogy milyen irányba néz a szenzor az adott pillanatban.
Autós mérés esetén beszélhetünk egy további fontos egységről, az odométerről is. Ez egy
kerékfordulatszám mérő eszköz, amelyet a külföldi szakirodalomban DMI-nek (Distance Measuring
Instrument) is neveznek. Ez a berendezés a megtett távolságot tudja meghatározni.
A lézerszkenner felelős a pontfelhő előállításáért, a GNSS vevő, az inerciális egység és a DMI mérései
alapján pedig elhelyezhetők térben a különböző időpillanatokban mért pontok. A szkenner által mért
pontok a szkenner saját koordináta-rendszerében képződnek le, majd ezek hozzárendelhetők a
műholdas és inerciális mérések által kapott trajektóriához, a mérési útvonalhoz, és ezáltal
transzformálhatók a GNSS vevő által meghatározott koordináta-rendszerbe. Ez általában WGS-84
koordinátákat eredményez, amelyek egy további transzformációval beilleszthetők az országos
rendszerekbe is.
Alapvetően a mobil lézerszkenneléshez olyan mérőrendszereket alkalmaznak, amelyek
profilszkennerrel vannak felszerelve, 2D koordinátákat szolgáltatnak, a harmadik dimenziót pedig a
mobil platform mozgása adja meg.
A gyakorlatban viszont a legkülönbözőbb megoldások fellelhetők, legyen szó a gyártó által készített
alternatív mérőrendszerről, amit hivatalosan forgalmaznak, vagy olyan műszeregyüttesekről,
amelyeket anyagi források híján vagy kutatási célból a felhasználó saját maga állít össze különböző
gyártók által forgalmazott, hivatalosan nem összetartozó komponensekből.
A következő alfejezetekben bemutatok néhány példát a mobil mérőrendszerek legkülönbözőbb hazai
és külföldi előfordulásaiból, melynek során néhány szót ejtek azokról a projektekről is, ahol ezeket az
eszközöket kipróbálták a gyakorlatban is. A hangsúlyt az általunk is kipróbált hajós és autós mérésekre
helyezem.

10
2.2. Hajós lézerszkennelés
2.2.1. Külföldi példák
A hamburgi HCU (HafenCity Universität) egyetem professzora, Volker Böder 2011-ben egy
konferencián beszámolt az addigi kutatási eredményeikről. A hajóról történő lézerszkenneléssel több
projekt keretében is foglalkoztak [3], [7], [8].
Kezdetben a képen (1. ábra) látható megoldást próbálták ki egy erőmű vízről történő felméréséhez.
Egy egészen speciális megoldásról van szó, hiszen egyrészt egy földi lézerszkennerrel (Z+F Imager
5006i) dolgoztak, amelyet egy stabilan rögzített műszerállványra helyeztek el, másrészt a további
komponensek sem voltak egybeépítve a szkennerrel. A GNSS antennát (Leica GPS 500) láthatjuk is, az
mintegy 1 méteres külpontossággal van rögzítve egy állványra, az inerciális mérőegységet (IXSEA
OCTANS) pedig a hajó belső részében körülbelül 2,5 m külpontossággal helyezték el. Ez egy nagyon jó
példa volt, hogyan lehet különböző, már rendelkezésünkre álló eszközöket egy új célra kombinálni.
1. ábra – A hamburgi egyetem első projektje [7]
Ezután egy mesterszakos diplomamunka keretében folytatták tovább a vizsgálatokat, ezúttal más
műszerekkel és hajóval dolgoztak. A képen (2. ábra) megfigyelhető, hogy a szenzorokat már egymás
közvetlen közelében, körülbelül 30 cm-re helyezték el, amely csökkenti a hibalehetőségeket. Az
eszközpark egy földi lézerszkennerből (Riegl VZ-400), egy GNSS vevőből (Trimble SPS851H) és egy
inerciális egységből (IXSEA HYDRINS) állt. Egy azóta már teljesen átalakított kikötői területet mértek fel
Hamburg kikötővárosában.
A két projekt alapján megállapítható volt többek között, hogy a mérések pontosságát erősen
befolyásolja az inerciális eszköz minősége, amely a víz hullámzása miatt kulcsfontosságú tényező.

11
2. ábra – A hamburgi egyetem második projektje [8]
A következő projekt mérései Svájcban, a Rajna vízén készültek. Kiválasztottak 4 tesztterületet, és ott a
3. ábra látható hajóval és eszközökkel dolgoztak. Amelyik eszköz a korábbiakban már bevált,
megtartották (Riegl VZ-400 földi lézerszkenner), amin pedig kellett, azon fejlesztettek (Leica 1200
kétfrekvenciás GNSS vevő és IXSEA PHINS inerciális mérőegység).
Itt a lézerszkenneres méréseken kívül egyidejűleg medermérést is végeztek. Nem ritka ez a fajta
megoldás, hiszen így egyszerre kaphatunk egy víz feletti és víz alatti területet is magában foglaló
komplex modellt a vizsgált területről.
3. ábra – A hamburgi egyetem harmadik projektje [3]
A projekt nagyszerű eredményekkel zárult, kimutatták, hogy 2-3 cm pontosság is elérhető ezekkel az
eszközökkel, ezenkívül az eredményeket integrálták Basel kanton webes térinformatikai rendszerébe,
amely a felhasználók által is elérhető, némi adatszolgáltatási díj fejében.
(Sajnálatos módon a hamburgi egyetem professzora a kutatásait már nem folytathatja tovább, mert
2012-ben egy rajnai mérés során egy tragikus balesetben életét vesztette.)

12
Brazíliában szintén találunk példát hajós lézerszkennelésre [4]. Az alábbi képen és sematikus ábrán (4.
ábra) megfigyelhető ennek a rendszernek a felépítése. A cél az volt, hogy egy könnyű kialakítású,
közepes árkategóriájú mérőrendszert hozzanak létre, amelynek eredményét valós időben figyelemmel
tudják követni. Egy motorcsónakra egy tartószerkezetet szereltek, és arra rögzítették az eszközöket. A
fő komponens egy profilszkenner (MDL Dynascan M150), továbbá egy digitális kamerát (Nikon D3200)
és egy kombinált műszert alkalmaztak, amely a műholdas és az inerciális mérésekért felelős (MDL
GNSS/IMU 5000). Ez az eszköz tartalmaz két GNSS antennát, egy RTK antennát és egy inerciális
mérőegységet.
4. ábra – Egy brazíliai példa [4]
Ez egy kereskedelmi forgalomban kapható megoldás, akár gépkocsira is fel lehetne szerelni.
A mérés vezérlése és az eredmények megjelenítése valós időben történt a Qincy nevű szoftverrel, a
feldolgozásba pedig további kereskedelmi és saját fejlesztésű programokat is bevontak.
A kutatók vízerőművek víztározóinak partfal erózióját vizsgálták 2014-ben ezzel a módszerrel [4]. A
pontfelhő alapján létrehozták a terület digitális domborzatmodelljét (DTM), szintvonalakat,
keresztmetszeteket generáltak belőle. Ezenkívül monitoring célokra is használták a méréseket,
összehasonlítottak különböző időpontokhoz tartozó mérési adatsorokat.

13
Végül pedig a Riegl sokak által ismert velencei projektjét szeretném bemutatni, melynek során 2010-
ben felmérték a híres Grand Canal-t [5], [9]. Ez a projekt tulajdonképpen az egyidejű 3D adatrögzítés
és nagyfelbontású fényképezés tesztelése volt.
A mérést a Riegl VMX-250 mobil mérőrendszerrel (5. ábra) végezték el, ez a rendszer két
profilszkennert, hat ipari kamerát és egy GNSS/INS kombinált egységet tartalmaz. Ehhez a projekthez
külön kiegészítették a rendszert két nagyfelbontású kamerával, amelyek 5 km/h hajózási sebesség
mellett 1,5 másodpercenként készítettek képeket.
5. ábra – A Riegl velencei projektje [5]
A pontfelhőből sok értékes eredményt le lehetett vezetni. A projekthez csatlakozó építésziroda például
elkészítette az épülethomlokzatok 2D CAD modelljeit a pontfelhő alapján (6. ábra), de készült 3D
modell és a falsíkok deformációit is vizsgálták.
6. ábra – Pontfelhő és CAD modell [9]

14
2.2.2. Hazai példák
Magyarországon is találhatunk néhány példát hajóról történő lézerszkennelésre.
A BKK Közút jelenleg is folyó projektje a Közúti Adatgyűjtő Rendszer (KARESZ) alkalmazása, melynek
keretében a főváros közúthálózatát mérik fel [10]. Ebbe beletartoznak a hidak is, azok alsó részét illetve
a rakpartokat hajóról volt célszerű beszkennelni. A képen (7. ábra) látható, hogy ők is Riegl mobil
mérőrendszerrel dolgoznak, de ez már egy korszerűbb változat, a Riegl VMX-450.
7. ábra – A BKK Közút budapesti projektje [10]
A KDVvizig 2015-ben elvégezte a Sió mederfelmérését és jelenleg is zajlanak a Balaton felmérési
munkálatai. Végeztek víz alatti mederfelmérést, a víz feletti részeket pedig lézerszkennerrel tapogatták
le. Egy konferencián elhangzott előadásukban az alábbi ábrával (8. ábra) jellemezték a folyamatot [12].
8. ábra – Mederfelmérési módszerek [12]
Az általuk használt eszközparkkal (9. ábra) dolgozhattam én is, ennek részletesebb ismertetése egy
későbbi fejezetben következik.

15
9. ábra – A KDVvizig mobil mérőrendszere [12]
Az elsődleges feladatuk az volt, hogy a felmérés 2015-ben készüljön el, a feldolgozás nagy része csak
később következik. A Sió felméréséből keletkezett pontfelhő egy részlete itt látható (10. ábra).
10. ábra – Sió felmérése lézerszkennerrel [12]

16
2.3. Mobil lézerszkennelés autóról
Diplomamunkám alapvetően a hajós mérésekről szól, nem szerves része az autós szkennelés
bemutatása. Sokkal inkább az összehasonlító szerepe miatt esik majd szó több helyen is erről a
felmérési technológiáról. Így itt is inkább csak azokra a részletekre szeretnék szorítkozni, amelyek a két
technológiát megkülönböztetik egymástól.
Az egyik fontos különbség, hogy a városi környezetben gyakori a műholdas jelvesztés, ezért megnő a
kiegészítő komponensek szerepe. Célszerű mind az odométer, mind pedig az inerciális egység
lehetőségeit kihasználni.
Az utak sokkal egyenletesebbek, mint a hullámzó víz, így kisebb hibákat kell az inerciális egységnek
kompenzálni, jobb eredményekre számíthatunk.
Az utak és azok hibáinak térképezésére nagyon sokféle rendszert kipróbáltak már világszerte, amelyek
közül nem is mind lézerszkenneléssel működik, léteznek ennél egyszerűbb megoldások. Ezek
említésétől most eltekintek. Helyette röviden bemutatok egy már említett sikeres hazai példát.
2.3.1. Hazai példa
A főváros egyik büszkesége jelenleg a KARESZ projekt, amely saját bevallásuk szerint a világon
egyedülállónak számít, hiszen még sehol nem készítették el egy ekkora város digitális, 3D-s térképét
[10]. A BKK Közút projektje pedig már olyan jól halad, hogy a hírek szerint akár már 2016-ban kész
lehet.
A felmérés eszköze a már bemutatott Riegl VMX-450 mobil rendszer, amelyet általában erre a
kisbuszra szerelnek fel (11. ábra).
11. ábra – A BKK Közút mérőautója [10]
A projekt keretében a fővárosi úthálózatot és az azok mentén található épületeket és egyéb
létesítményeket mérik fel (12. ábra), BKK kezelésébe 4400 km hosszúságú útszakasz, és rajta vagy
mellette 65 ezer jelzőtábla, 280 ezer négyzetméter burkolatjel, illetve 1023 jelzőlámpás csomópont
tartozik.
De emellett kaptak már megbízást az M4 metró teljes szakaszának a felmérésére is (13. ábra), amelyet
szintén sikeresen elvégeztek.

17
12. ábra – 3D városfelmérés [10] 13. ábra – 3D metrófelmérés [10]
A pontfelhő előállításán túl vektoros állományokat is létrehoznak az úthálózatról (14. ábra), illetve
elkészítik például a csomópontok 3D CAD modelljét (15. ábra). Mindezt adatbázisban, kiterjedt
objektumkatalógus alapján tárolják.
14. ábra – Vektoros állomány [11]
15. ábra – 3D CAD modell [11]

18
3. Mérés
A KDVvizig munkatársaival egy hajós és egy autós mérésben is részt vettem. Először a hajós mérés
részleteit ismertetem, majd a különbségeket kiemelve folytatom az autós méréssel.
3.1. Hajóról végzett mobil lézerszkennelés kivitelezése
3.1.1. A mérőrendszer
A KDVvizig mérőrendszere (16. ábra) a következő komponensekből áll: lézerszkenner, GNSS antenna,
inerciális berendezés, az egységek közötti kapcsolatot és szinkront biztosító interfész és egy
nagylátószögű kamera. A mérés vezérlése egy laptopról történik, az áramellátást két autóakkumulátor
biztosítja. A mozgó platform egy mérőhajó, a hajó tetején egy tetősínre csatlakoztathatók a műszerek.
16. ábra - Riegl mobil mérőrendszer
3.1.1.1. Riegl VZ-1000 földi lézerszkenner
A Riegl VZ-1000 (17. ábra) egy földi lézerszkenner, amely a további komponensekkel együttesen mobil
szkennelésre is alkalmas.
17. ábra – Riegl VZ-1000 (www.riegl.com)

19
A műszer technikai adatai (18. ábra) közül érdemes néhányat kiemelni. A gyár által megadott
pontossága 8 mm, amely a mért értéknek a valós értéktől való eltérését jelzi. Megbízhatósága 5 mm,
amely a mérés megismételhetőségének mérőszáma. Különböző mérési hatótávolságok állíthatók be,
ezáltal akár 1400 m távolságból is kaphatunk vissza jelet. Ez viszont azt eredményezi, hogy a pontfelhő
viszonylag ritka. A legközelebbi hatótávolság a 450 méteren belüli beállítás, ez már az előzőhöz képest
körülbelül négyszeres frekvenciával (122000 pont/másodperc) dolgozik és nagyobb pontsűrűséget
eredményez.
18. ábra –A lézerszkenner technikai adatai (www.riegl.com)

20
3.1.1.2. GNSS vevő
Az alkalmazott GNSS vevő - a beépített eszköz helyett - egy külső Trimble antenna (19. ábra) volt, mert
ez a beépített vevővel szemben RTK mérésekre is alkalmas. Mérés előtt be kell állítani az antenna
típusát és a külpontossági adatokat, amelyet jelen esetben az adott Riegl tetősínhez a gyártó
határozott meg.
19. ábra – Trimble GNSS vevő
3.1.1.3. INS
A Riegl inerciális berendezését (20. ábra) használtuk, amely ehhez a típusú szkennerhez van
kialakítva. Ez a berendezés biztosítja a helyzeti és orientációs adatokat.
20. ábra – Riegl inerciális mérőegység

21
3.1.1.4. Nikon D800 kamera
A szkennelt pontfelhő pontjainak színinformációval való ellátása fényképek alapján történik. Ehhez egy
Nikon D800 digitális fényképezőgépet (21. ábra) használtunk. A kamera 36,3 megapixeles geometriai
felbontásra képes és egy nagylátószögű objektívvel van felszerelve.
21. ábra – Nikon D800
A képen látható, hogy a kamera egy, a szkenner tetejéhez csatlakoztatott speciális fogadóegységbe
(úgynevezett camera mount-ba) van rögzítve, amely biztosítja, hogy az eszköz mindig a megfelelő
szögben és pozícióban legyen. Ezt a Riegl szakemberei kalibrálták és ezekkel a beállításokkal használtuk
a fényképezőgépet.
3.1.1.5. A mérőhajó
A méréshez a KDVvizig Felmérő nevű mérőhajóját (22. ábra) használtuk. Mérete alig nagyobb egy kis
motorcsónakénál, körülbelül 4 méter hosszú és 2 méter széles. Merülése terheléstől függően 60-70
cm között van. A külmotoros, benzines, egy hajócsavaros hajót nevéhez hűen felmérésre használják;
ha éppen nem a lézerszkennelés a feladat, akkor például terepi bejárásokra és vízminta vételre veszik
igénybe.
22. ábra – A mérőhajó

22
3.1.2. Mintaterület kiválasztása
Olyan mintaterületet akartam kiválasztani a Balaton partján, amely kellőképpen összetett, így bőven
szolgáltat alapot a vizsgálatokhoz. A választás így a siófoki kikötőre esett (23. ábra).
23. ábra – A siófoki kikötő (Google Maps)
A terület egyik oldalán vitorláskikötő, a másik oldalán személyhajózási kikötő és móló található, a
középső részen pedig vízügyi terület helyezkedik el. Ezek mind színesebbé teszik a mintaterületet és a
feldolgozással kapcsolatban sok érdekességet hordoznak magukban.
Hajózás szempontjából lehetett volna egyszerűbb területet is választani, de itt koncentráltan
jelentkezett nagyon sokféle parti létesítmény, a part mellett hajózva nyaralókat vagy nádast mérni
kevésbé lett volna érdekes a végeredmény szempontjából.
Ezután kiválasztottuk a mérés időpontját. Mivel a KDVvizig Balaton felmérése ekkor már egy másik
szakaszon volt, ezért úgy kellett időzíteni ezt a külön mérést, hogy vagy a hét első vagy a hét utolsó
munkanapjára essen. Ezen kívül figyelembe kellett azt is venni, hogy az időjárás is várhatóan olyan
legyen, amely nem hátráltatja a mérést, de erről bővebben majd egy későbbi fejezetben írok. Végül
2015. szeptember 7-ére esett a választásunk, amely egy hétfői nap volt.

23
3.1.3. A mérőrendszer felépítése
A mérőhajó tetejére egy tetősín van rögzítve, amelyre felszereltük a képen (24. ábra) látható speciális
fogadóegységet, amelybe a szkenner és a többi eszköz csatlakoztatható.
24. ábra – A műszeregyüttes felszerelését biztosító fogadóegység
Ezután bekötöttük a szükséges kábeleket a megfelelő portokba (25. ábra).
25. ábra- Kábelek bekötése
A rendszer UTP kábellel egy vezérlő laptophoz kapcsolódik, arról irányítható, ott történik az adatok
mentése.
A mérőrendszer összeállítása megfelelő felkészültséggel és gyakorlattal körülbelül negyed órát vesz
igénybe.

24
3.1.4. Felmérés
3.1.4.1. Főbb beállítások
A mérés megkezdése előtt be kell állítani a mérés paramétereit. A számos beállítási lehetőség közül
kiemelném a legfontosabbakat.
Először ki kell választani a szkennelés módját, ami azt jelenti, hogy beállítjuk, hogy a műszer hogyan,
milyen irányokban és határok között mozgassa a szkenner fejezetét és tükrét.
Szkennelési módok:
 legyező mód,
 radar mód,
 profilszkenner mód,
 részletszkennelés,
 statikus mód.
A statikus módban a műszer egyszer méri meg a beállított mérési tartományt, majd ezután leállítja a
mérést. A részletszkennelést álló szkennelésnél a kapcsolópontok részletesebb beméréséhez
használják. A műszer használható profilszkennerként is, ha az egyik szkennelési irányt megkötjük.
Radar üzemmódban az eszköz a függőleges tengely körül 360°-ban körbefordulva mér, de a mérés nem
áll le egy kör megtétele után, hanem addig folytatódik, amíg azt a felhasználó le nem állítja. Ez már egy
jellemzően mobil felmérési beállítás. Célszerűbb autós szkennelésnél alkalmazni, ahol minden irányból
szükség van pontokra, vízparti mérésnél jellemzően csak egy irányból végezzük a mérést.
Jelen esetben a legyező módot választottuk, amelynél a beállított mérési tartományban oda-vissza
pásztáznak a lézersugarak. Beállítottuk a függőleges profilt, amely a maximális tartomány volt, azaz a
vízszintes tengelytől -40° illetve +60° szögek között mozgott. Ezután beállítottuk a vízszintes
szögtartományt, 30°és 150° között pásztáztak a lézersugarak, ami a gyakorlatban azt jelenti, hogy csak
arról az objektumról van mérési pontunk, amely a hajó aktuális haladási irányától jobbra helyezkedik
el. Az egyes vízszintes irányok közötti lépésközt pedig 0,2°-ra állítottuk.
Azért volt szükség erre a beállításra, mert így azok a pontok is felmérhetők, amelyek a hajóra merőleges
irányból nem láthatók. Haladás közben a szkenner előrefelé és hátrafelé is bocsát ki lézersugarakat a
megadott tartományban, a vízszintes irányok közötti lépésközre megadott kis érték pedig a mérés
sűrűségét biztosítja.
További fontos beállítás még a lézerszkennerhez kapcsolódóan a szkennelési hatótávolság (26. ábra).
Ez összefügg a mérés frekvenciájával, azaz a lézersugarak kibocsátásának gyakoriságával. Mivel a part
mentén terveztünk hajózni, így elegendő volt a legkisebb hatótávolságot (450 m) beállítani, ami így a
legnagyobb mérési frekvenciát (300 kHz), ezáltal a legsűrűbb pontfelhőt eredményezte.
26. ábra – Szkennelési frekvenciák és hatótávolságok (www.riegl.com)
Ezután beállítottuk, hogy a kamera 5 másodpercenként exponáljon. Ez az eddigi tapasztalatok alapján
6 km/h átlagos hajózási sebesség mellett elegendő számú fotót biztosít a pontfelhő megszínezéséhez.

25
3.1.4.2. Kalibráció
Az ilyen több komponensből álló mérőrendszer esetén elengedhetetlenül fontos a kalibráció. A mérés
egy 5 perces álló kalibrációval kezdődött, majd ezt követte egy 10 perces mozgó kalibráció, melynek
során a hajóval lehetőleg minél gyakrabban kell irányt változtatni és változó sebességgel haladni, hogy
be tudja magát kalibrálni a műszeregyüttes.
A mérés lezárásaként ismét el kellett végezni a 10 perces mozgó, majd végül az 5 perces álló kalibrációt.
3.1.4.3. Mérési útvonal
Mint említettem, a mérési útvonalat úgy kellett megtervezni, hogy minden partszakasz mellett
elhaladjunk úgy, hogy az a hajó jobb oldalán legyen. A vitorláskikötőnek csak az egyik ágába hajóztunk
be, mert a szeles időjárás miatt veszélyesnek bizonyult olyan közel hajózni a vitorlásokhoz. Így alakult
ki az alább látható útvonal (27. ábra).
27. ábra – A hajózási útvonal (Google Earth)
3.1.4.4. A mérés időszükséglete
A műszerek fel- és leszerelésére összesen fél óra számítható, a kalibrációk szintén fél óráig tartottak.
Maga a kalibráció nélküli mérés nagyjából 40 percet vett igénybe. Látható tehát, hogy jelen esetben a
járulékos időtartam hosszabb volt az effektív mérés időtartamánál. Ha ennél nagyobb területet kell
felmérni, érdemes úgy tervezni, hogy egyszerre több órán keresztül is folyhasson a mérés, így javítva
az járulékos munka/mérés arányon. A KDVvizig munkatársai megfelelő időjárási viszonyok esetén akár
6-7 órán keresztül is szoktak mérni a Balatonon.

26
3.2. Autóról végzett mobil lézerszkennelés kivitelezése
Várható volt, hogy a hajós szkennelés után még maradnak olyan belső területek, amelyek a kitakaró
objektumok miatt még hiányoznak a felmérésből. Ennek a hiányosságnak a javítására ezzel a
felszereléssel két megoldás lehetséges.
Ha a belső területek autóval megközelíthetők, érdemes felszerelni a mérőrendszert autó tetejére, és
akár többször is végigautózva a területen, felmérni a belső részeket. Ha hiányzó rész csak gyalog
közelíthető meg, akkor pedig statikus, földi szkennelés alkalmazandó. Ez esetben gondoskodni kell a
különböző álláspontok pontfelhői közötti kapcsolat megteremtéséről.
Én az autós mérést választottam, hiszen a vízügy területének nagy része autózható, másrészt ilyen
mérésben még nem vettem részt és kíváncsi voltam a folyamatára, az eredményeire.
3.2.1. A mérőrendszer
Az autós méréshez ugyanazt, a már ismertetett speciális mobil mérőrendszert használtuk, azzal a
különbséggel, hogy a hordozó platform ezúttal a hajó helyett egy gépkocsi volt (28. ábra). Ezáltal egy
másik fajta tetősínt kellett használni, amely az autó tetőcsomagtartójához csatlakoztatható. A
szkenner, kamera, INS együttes ismét egybe van építve, és a tetősínen külpontosan van elhelyezve a
GNSS antenna.
28. ábra – Az autós mérőrendszer
Az áramforrás és a laptop ezúttal az autó belső terében kaptak helyet, a kábeleket az ablakokon
vezettük be.
A méréshez az odométert nem szereltük fel, a helymeghatározást és a tájékozást ismét a GNSS és az
INSS egységek biztosították.

27
3.2.2. A felmérő autó
A méréshez a KDVvizig felmérő autóját használtuk (29. ábra). A Toyota Hilux típusú, kapcsolható
összkerék meghajtású terepjáró több szempontból is alkalmas lézerszkennelésre. Egyrészt a belső tere
és a csomagtartója egyaránt tágas, így elfér benne a mérőfelszerelés és a személyzet is. Másrészt ilyen
autóval nemcsak úton haladva mérhetünk, hanem nehezebb terepen történő munkavégzés is lehetővé
válik. A KDVvizig tervezi kisebb vízfolyások szkennelését is, amelyet nem hajóról, hanem a töltésen
végighaladva, gépkocsiról szeretnének elvégezni.
29. ábra – A felmérő autó
3.2.3. Felmérés
3.2.3.1. Főbb beállítások
A mérés kezdete előtt itt is be kellett állítani a paramétereket. Belső terület felmérésénél, ahol minden
irányban találhatók felmérendő objektumok, célszerű a radar üzemmód használata. A szkenner ez
esetben körbeforog, az irányok közötti lépésközt 0,2°-ra állítottuk. A szkenner hatótávolsága ezúttal is
maximum 450 méter volt, hiszen minden felmérhető objektum megközelíthető volt. A fényképezés
pedig úgy történt, hogy a fényképek között minden esetben 15% átfedés legyen.
3.2.3.2. Kalibráció
A mérés ismét kalibrációval kezdődött és végződött. Az 5 perces álló kalibrációt körülbelül 10 perc
mozgó kalibráció követte, amikor Siófok utcáin autóztunk ingadozó sebességgel, gyakran irányt váltva,
ahogyan a forgalom engedte.
3.2.3.3. Mérési útvonal
Az ábrán (30. ábra) látható útvonalon kétszer végighaladva mértük fel a Vízügy területének belső
részét. A piros körrel jelölt rész volt a konkrét mérési terület, ezt a részletet külön ábrán is bemutatom
(31. ábra), az többi rész pedig a kalibráció során megtett útvonal.

28
30. ábra – Az autós mérési útvonal
,
31. ábra – A mérési útvonal részlete (Google Earth)
3.2.3.4. A mérés időszükséglete
Maga az effektív mérés körülbelül 10 perc alatt megvolt, ezalatt körülbelül kétszer fél kilométert
tettünk meg és az út mindkét oldalát felmértük. A kalibrációk és a műszerek fel-és leszerelése 1 órát
vettek igénybe, így a teljes folyamat körülbelül 70 percig tartott.
Itt is megfigyelhető, hogy sokkal hatékonyabb lenne egyszerre hosszabb ideig mérni, mert így túl sok a
járulékos munkával eltöltött idő az effektív mérés időtartamához képest.

29
4. A pontfelhő alapszintű feldolgozása
4.1. Koordináta-rendszerek
Egy mobil lézerszkenneres mérésnél többfajta koordináta-rendszerről is beszélhetünk. Az érthetőség
kedvéért szeretném már az elején ismertetni ezeket.
A lézerszkenneres mérés a szkenner saját koordináta-rendszerében (32. ábra) történik, amelynek
középpontja a műszer gyárilag meghatározott azon pontja, ahonnan a lézersugarak kiindulnak. A
koordináta-rendszer tájolása az eszköz főirányaitól függ, abszolút irányokhoz nem köthető.
32. ábra – A szkenner saját koordináta-rendszere (www.riegl.com)
A GNSS és inerciális mérések alapján keletkezik egy útvonal, amelyhez a mért pontokat hozzárendelve
megkapjuk azok WGS84 világrendszerbeli koordinátáit.
Azért, hogy Magyarország területén igazán pontos adatokat kaphassunk, RTK GNSS méréseinket meg
kell javítani a FÖMI által szolgáltatott korrekciókkal, illetve át kell transzformálnunk a mérést EOV
rendszerbe. Így kapjuk meg a koordinátákat országos vetületben.
4.2. A feldolgozás lépései
A pontfelhő elsődleges feldolgozásának fő lépéseit az alábbi folyamatábra (33. ábra) szemlélteti. Ezek
kellenek, hogy előálljon egy egységes, transzformált pontfelhő. A felső sorban láthatók a szoftverek, az
alsó sorban a feldolgozási lépések.
33. ábra – A feldolgozás lépései

30
4.2.1. GNSS-INS adatok utófeldolgozása
Miután a nyers méréseket betöltöttük a Riegl RiPROCESS feldolgozó programjába, meg kell adnunk
mellé az útvonal fájlt is. Az útvonal fájl a GNSS-INS mérések utófeldolgozása után az Applanix POSPac
MMS programból nyerhető ki. Alapértelmezetten a program le tudja tölteni az ingyenesen elérhető
permanens állomások adatait, és az alapján korrigálni tudja az útvonalat.
De a tapasztalatok alapján ez nem elég pontos, így éles munkánál érdemes a FÖMI fizetős
szolgáltatásait igénybe venni. Az adott időpontra lekértük az általunk kijelölt pontban elhelyezkedő (a
mérési terület közepén) virtuális állomáshoz kiszámított korrekciókat, majd a szoftver ezekkel az
adatokkal javította meg az útvonal fájlt. Az alábbi ábrán (34. ábra) zölddel látható a nyers, rózsaszínnel
pedig a FÖMI adatokkal javított mérési útvonal. Rózsaszín felirat (Virtual station) és egy zászló jelzi az
általunk kért virtuális állomás helyét.
34. ábra – A nyers és a FÖMI adatokkal javított útvonalak

31
Az alábbi ábrákon (35. ábra, 36. ábra) figyelhetők meg a fent említett útvonalak hibajellemzői. Látható,
hogy a korrekció után a hibák vízszintes és függőleges értelemben egyaránt jelentősen lecsökkennek,
néhány méterről 2-3 centiméterre.
35. ábra – A nyers hajós mérési útvonal középhibái (néhány méteres nagyságrend)
36. ábra – A FÖMI adatokkal korrigált hajós útvonal hibajellemzői (vízszintes: 1-1,5 cm, magassági: 2-2,5 cm)

32
Az autós mérés középhibái pedig az alábbi ábrákon láthatók (37. ábra, 38. ábra). A nyers mérések itt is
2-3 méteres középhibákat adnak. A virtuális állomás korrekciói által kapott adatok középhibái már csak
2-3 cm nagyságrendűek. Megfigyelhetünk helyenként kiugró értékeket is (40-60 cm), ezeken a
helyeken műholdas jelvesztés történt, ami tekintve, hogy az épületek közvetlen közelében haladtunk,
várható volt.
37. ábra – Az autós útvonal középhibái feldolgozás előtt (2-3 m)
38. ábra - Az autós útvonal középhibái feldolgozás után (2-3 cm)

33
4.2.2. Pontfelhő színezése fényképek alapján
A mérés közben készült fotók alapján színinformációkkal látható el a pontfelhő. A nyers mérés
tartalmazza az időbélyegeket is, ez alapján automatikusan párosítja a szoftver a fényképeket az útvonal
megfelelő pontjaihoz. Ezután meg kell nyitni fényképet a programban, amelyen jól azonosítható, közös
pontpárok kijelölése után illeszthetők a fényképek a szkenneléshez. Elegendő egyetlen képen
megcsinálni (minimum 4 pontpár kell), ezután pedig a szoftver az összes képet automatikusan
hozzáigazítja az útvonal megfelelő pontjaihoz, megfelelő tájékozással.
Nem mindig egyszerű megtalálni a közös pontokat, és az illesztési algoritmus sem vezet minden
esetben tökéletes eredményhez, de az ezután színessé váló pontfelhő egyrészt nagyon látványos, még
a hibáival együtt is, másrészt nagyban segíti a felhasználó számára a pontfelhő értelmezését (39. ábra,
40. ábra).
39. ábra – A színezett pontfelhő egy részlete
40. ábra – Egy másik részlet közelebbről
4.2.3. EOV transzformáció
A színinformációkkal ellátott pontfelhőket ezután exportáljuk és egy külön átszámító szoftverben
(PointCloudScene WGS84 - EOV Converter) elvégezzük az országos vetületbe való transzformációt.

34
4.2.4. Az autós mérés feldolgozásának sajátosságai
Amikor először betöltöttük az autós mérés pontfelhőjét, arra lettünk figyelmesek, hogy van a
pontfelhőben egy szabályos jellegű „hibahatás”. A szkenner minden körbefordulásakor az autó
motorháztetőjéről is kaptunk vissza pontokat. Ez természetesen nem a szó szoros értelmében vett
hiba, ezek a pontok eltávolítandók az állományból.
Ezen pontok előfordulásának szabályosságából adódott, hogy egyszerűen ki is szűrhetők; eltávolítottuk
a szkenner bizonyos sugarú környezetében lévő pontokat. Ha ezt a sugarat akkorára állítottuk, hogy az
egész autó belefért, akkor ezek a pontok kiestek a pontfelhőből.
Az alábbi képen (41. ábra) viszont azt figyelhetjük meg, hogy helyenként hibás a pontfelhő színezése.
A motorháztető és a GNSS antenna a fotókon is szerepeltek, így hiába szűrtük ki a felesleges pontokat,
a színezésben mégis megjelennek ezek a részek is.
41. ábra – Pontfelhő színezési hiba
Tehát az általunk választott megoldás szerint a pontfelhőben színezési hibák maradnak, de már nem
szerepelnek benne a felesleges pontok. Egy másik megoldás lehetett volna a színezett pontfelhőben
történő szűrés, ez azonban időigényesebb művelet.

35
5. Vizsgálatok
5.1. Pontosság vizsgálat
A trajektória elemzése során már kiderült, hogy a virtuális állomás segítségével korrigált útvonalban
átlagosan vízszintes értelemben 1-1,5 cm, magasságilag pedig 2-2,5 cm hiba található.
A szkenner leírása szerint a műszer pontossága 8 mm, megbízhatósága 5 mm.
Összehasonlításképpen betöltöttem az útvonalpont koordinátákat Google Earth-be és ezen az alapon
jelenítettem meg az útvonalat. Ahogy az alábbi ábrán (42. ábra) látható, az eredmény nem pont olyan,
mint amilyent vártunk. A hajózás útvonala az ábra szerint több ízben belemetsz a partvonalba, ami
értelemszerűen nem lehetséges. Ez a hiba a Google Earth kisebb pontosságából adódhat, ebből is
látható, hogy az alaptérképpel való összevetés nem szolgál mérvadó információval a mérés
pontosságát illetően.
42. ábra – Google Earth alapon megjelenített útvonal pontok
Végül a pontfelhő komplex pontosságára vonatkozóan végeztem el egy vizsgálatot. A mérés elvégzése
után RTK GNSS vevővel bemértük néhány jól azonosítható pont koordinátáit. Ezeket a koordinátákat
betöltve pontfelhő mellé megállapítható a pontpárok távolsága (43. ábra).
43. ábra – A pontfelhő összevetése RTK GNSS pontokkal

36
Az RTK módszerrel meghatározott koordináták jellemző ponthibája 1-3 cm [5]. A pontfelhőn teljesen
pontosan nem tudjuk azonosítani ugyanazt a pontot, tehát az azonosításban is van körülbelül 5 mm
bizonytalanság. A bemért pontok és a pontfelhő megfelelő pontjai között 3-6 cm-es eltérések adódtak.
Összességében kijelenthető, hogy nagyságrendileg 5-8 cm körüli abszolút pontossággal kalkulálhatunk
ennél a felmérési módszernél.
5.2. Megvalósíthatóság
5.2.1. Eszközigény
A hajóról végzett mobil lézerszkenneléshez szükség van egy vízi járműre és a megfelelő tartozékokra,
amivel felszerelhető a mérőberendezés.
A feldolgozáshoz kell egy irodai munkaállomás, amely alkalmas nagyméretű pontfelhők kezelésére, és
kellenek a szükséges feldolgozó szoftverek (Riegl szoftverek, Applanix, PointCloudScene) és igény
esetén egy alkalmas modellező szoftver is.
5.2.2. Emberi erőforrás igény
A méréshez elegendő két fő, egy hajóvezető és egy személy, aki a mérést végzi. A mérőberendezés
felszerelése kétemberes munka, ha abban tud segíteni a hajóvezető, akkor nincs szükség még egy fő
segítségre.
A feldolgozás és a modellezés akár egyedül is végezhető munka.
Ezek alapján megállapítható, hogy a munka egésze elvégezhető akár egy szakemberrel is, csak egy
hajót és egy hajóvezetőt kell bérelni a mérés idejére.
5.2.3. Időszükséglet
A kikötő felmérése mindennel együtt a terepen szűk 2 órát vett igénybe. Ez rendkívül hatékony
adatgyűjtési technológia, hagyományos módszerekkel ilyen részletes felmérés elképzelhetetlen. Földi
lézerszkenneléssel ekkora terület felmérése akár napokig is eltartana a kapcsolópontok biztosítása
miatt, és sokkal több manuális munkát igényel.
Az irodai feldolgozás néhány órát vesz igénybe, amelynek nagyobb része passzív számítási idő, amikor
a számítógép dolgozik, addig másik munkarész még nem kezdhető el. Az egyetlen időigényesebb,
irányítást igénylő munkarész a pontfelhő színezése, de kis gyakorlattal az is hamar elvégezhető.
Feladattól függően szükség lehet a pontfelhő szűrésére, ahol különböző algoritmusokkal és egyéb kézi
módszerekkel letisztíthatók a pontfelhőből a felesleges, zavaró pontok. Mindenre kiterjedő módszer
nincs, s noha jó automatikus szűrőalgoritmusok léteznek, sohasem fognak teljes körű megoldást
nyújtani. Ezért szükség van arra is, hogy kézzel töröljünk bizonyos részeket, ez pedig nagyon időigényes
folyamat.
Érdemes átgondolni, mielőtt automatikusan elkezdenénk tisztítani a pontfelhőt, hogy milyen alapos
munkára van szükség e téren, vagy egyáltalán kell-e tisztítani az állományt. Jelen esetben a
pontfelhőből kívántam jól körülhatárolható területekre CAD modelleket levezetni, ezért erre nem volt
szükség.
5.2.4. Külső tényezők
A mérés végrehajtását számos külső tényező, legfőképpen az időjárási viszonyok befolyásolják. Esőben
nem szabad mérni, mert tönkremegy a berendezés. Viharban nem szabad mérni, mert egyrészt
balesetveszélyes, másrészt nagyon dobálják a hullámok a hajót, ami a mérés pontosságára is káros
hatással van.

37
Csak akkor érdemes nekilátni egy teljes napos mérésnek, ha állandó, kiegyensúlyozott, kedvező
időjárási viszonyok várhatók, különben kockáztatjuk a felszerelés és a felmérők épségét, biztonságát.
Ezen kívül anyagilag és időben sem éri meg, hiszen minden egyes mérés új kalibrációt igényel, amely
extra üzemanyag költséggel jár, és a berendezés fel- és leszerelése is sok időt vesz igénybe, ami nem
teszi lehetővé a hirtelen reagálást például eső vagy vihar esetén.
A Balatonnál fokozottan kell figyelni a strandolókra, a vízmélységre és a magán területekre való illegális
behajózás elkerülésére is.
5.3. Gazdaságosság
5.3.1. Költségek
A KDVvizig felszerelésének beszerzési költsége körülbelül 50 és 100 millió forint közé tehető. Ebbe
beletartoznak:
 a mérőeszközök (szkenner, GNSS, INS, DMI, kamera, ladybug kamera),
 a számítógépek (asztali munkaállomás, laptop),
 a szükséges szoftverek és licenszek (Riegl, Applanix, stb.),
 a tartozékok (tokok, kábelek, állványok, kiegészítők, stb.),
 a garancia és termékkövetés,
 a kalibrációk és a pár napos tréning az eszközök átadása után.
A kikötői mérés a KDVvizig saját mérőhajójával történt, így nem kell rá külön költséget számolni. Ha
magánszemély vagy másik cég szeretne elvégezni egy hasonló munkát, akkor ki kell bérelni a hajót,
fizetni kell a hajóvezető munkadíját, meg kell szerezni a szükséges engedélyeket és meg kell téríteni az
hajózás üzemanyagköltségét.
Érdemes számolni további járulékos költségekkel is, amelyek a konkrét méréshez kapcsolódnak, mint
például a kiszállás díja (útiköltség, szállás, ellátás) vagy egy esetleges veszélyességi pótlék (a nyílt vízen
való munkavégzés miatt).
5.3.2. Munkadíjak becslése
A felmérést végző mérnök munkadíjának kiszámításához a Magyar Mérnöki Kamara Geodéziai és
Geoinformatikai Tagozata által készített Online MÉDI-t (http://mmk-ggt.hu/online_medi) vettem
igénybe, amely a geodéziai munkák online mérnöki díjkalkulátora.
Különböző mérnök kategóriákat különböztet meg, amelyek közül azokat emelném ki, amelyek illenek
erre a munkára. Igaz ezek a geodéziai gyakorlatra meghatározott kategóriák és díjszabások, de
tekintve, hogy rokon szakterületekről van szó, alkalmazzuk így a szóban forgó munkára is ezeket a
kategóriákat. A MÉDI definíciói:
 Kezdő mérnök: „Irányítás mellett végez műszaki, mérnöki tevékenységet. Feladatai kezdő
szaktudást igénylő részfeladatok önálló megoldása, de a felelősséget a munkáért az irányító
mérnök viseli. Szakismerete az egyetemi, főiskolai végzettség szintjének és 1-2 éves műszaki
gyakorlatnak felel meg, tervezői, ill. szakértői jogosultsággal még nem rendelkezik.”
 Beosztott mérnök: „Irányítás alapján végez felelősség-teljes mérnöki tevékenységet. Munkáját
részben önállóan végzi, de rendszeres irányítása szükséges. A munkájáért a felelősség részben
őt, részben az irányítóját terheli. Egy adott szakterületen kellő gyakorlattal rendelkezik.”
 Önálló mérnök: „Az átlagos, egyszerűbb feladatokat önállóan, felelősséggel megoldja, az
összetett, speciális feladatokat esetenkénti irányítással, vagy szakértő bevonásával oldja meg.
Irányítja a beosztott mérnök munkáját. Egy szakterületen általános szakismerettel és
gyakorlattal rendelkezik. Jellemzően tervezői, kezdő szakértői jogosultsággal rendelkezik.”

38
 Segéd tervező, szerkesztő: „Irányítás alapján végez műszaki vagy irodai betanított
tevékenységet, szokványos, ismétlődő részfeladatokat old meg. Szaktudása legalább
technikusi, vagy egyéb szakirányú középfokú végzettség és legalább három éves szakmai
gyakorlat.”
A kalkulátor a ráfordított idő alapján számítja ki egy mérnöknap díját, melynek során megkülönbözteti
a terepi és az irodai munkát. Egy mérnöknap díját az alábbi táblázatban (1. táblázat) láthatjuk:
1. táblázat – MÉDI díjszabás (Ft/mérnöknap egységben)
Ez alapján megállapítható, hogy időarányosan mennyi pénzt kérhetünk az adott munkáért, 1
mérnöknap 8 órának felel meg.
Ezen kívül az elkészült termékeket is be lehet árazni, minden egyes elkészített modell, alaprajz,
metszet, térkép, stb. növeli a munka értékét, ami jelentkezhet további bevételek formájában.
Becsléseim szerint egy magánvállalkozásnak több évbe telik kitermelni az eszközök árát.
5.4. Felmérési módszerek összehasonlítása
Először ismertetem a lehetséges felmérési módszereket, amelyeket a választott mintaterületnél
alkalmazni lehetne, majd összehasonlítom ezeket a hajóról történő lézerszkenneléssel.
5.4.1. Hagyományos módszerek
Egy kikötő felmérése esetén hagyományosan geodéziai módszereket szoktak alkalmazni, például a
mérőállomásos vagy GNSS felmérést (44. ábra, 45. ábra).
44. ábra - Mérőállomás 45. ábra – RTK GNSS vevő

39
Ha milliméteres pontosságot szeretnénk elérni, akkor mérőállomással kell bemérni a választott
objektumok jellemző pontjait. A mérés alapját ilyenkor geodéziai alappontok képezik. Ehhez a
méréshez 2-3 emberre van szükség, és az alappontsűrítés miatt már az is hosszadalmas, amíg az első
mért pontig eljutunk.
Ha elég az 1-2 cm-es pontosság, akkor sokkal inkább szokás úgy eljárni, hogy az alappontjainkat GNSS
vevő segítségével állapítjuk meg, és ezekre támaszkodva végezzük el a mérőállomásos felmérést.
Nagyobb terület esetén, ahol a sok álláspont miatt már a mérőállomás körülményes lenne, és nincs
számottevő égboltkitakarás, ott hálózati RTK-s GNSS vevő használata ajánlott, hiszen rövid idő alatt
viszonylag sok pontot mérhetünk vele. Ehhez a méréshez már egyetlen fő is elegendő.
A kikötő alaprajzának elkészítéséhez hagyományos módszereket használva kitűző rúdra szerelt GNSS
antennával bemérhetjük a jellemző sarokpontokat, majd az alaprajz megrajzolható CAD környezetben.
Az épületek modelljének elkészítéséhez mérőállomással felmérhetők az épület jellemző sarokpontjai,
majd 3D CAD állomány készíthető.
Különböző vízépítési műtárgyaknál is hasonlóképpen járhatunk el.
5.4.1.1. Előnyök
A hagyományos geodéziai módszerekkel általában nagyobb pontosság érhető el, mint a hajós
lézerszkenneléssel. A szükséges eszközök jóval olcsóbban beszerezhetők. A lézerszkenneléssel
ellentétben diszkrét pontok mérhetők, így kevesebb mért pontból közvetlenül is meg tudjuk
szerkeszteni a modelleket, térképeket. A mért koordinátákat egyszerűbb számítógépen is meg lehet
jeleníteni, nem gépigényes a feldolgozás.
5.1.1.2. Hátrányok
A nagyobb pontosság feltétele, hogy az álláspont vagy a bemérendő pont ne mozogjon. Vízparti
mérések esetén elkerülhetetlen, hogy néhol a víz irányából kell méréseket végezni, hiszen például a
felmérendő terület megközelíthetetlen. Ehhez általában hajóról kell méréseket végeznünk, amely nem
teszi lehetővé a hagyományos módszerek alkalmazását.
Ezenkívül nem tudunk hagyományos módszerekkel rövid idő alatt olyan nagy területet, olyan nagy
részletességgel felmérni, mint lézerszkenneléssel. Továbbá sokkal nagyobb a hangsúly a mérés
tervezésén, hiszen ha valami kimarad a mérésből, vissza kell térni a helyszínre pótmérést végezni, míg
a lézerszkennelés egy teljeskörű felmérést jelent, ahol utólag, az irodában is eldönthetjük, mely
részleteket vizsgáljuk meg alaposabban.
5.4.2. Földi lézerszkennelés
Egy kikötő felmérése történhet statikus szkenneléssel is. A szkenner hatótávolságának és a felmérendő
terület elrendezésének megfelelően meg kell tervezni azokat az álláspontokat, amelyeken a szkennert
felállítva, annak körbefordulásával a mérés elvégezhető. A különböző álláspontok pontfelhőit a
feldolgozás során térben össze kell kapcsolni, hogy ugyanabba a koordináta-rendszerbe kerüljenek.
A gyorsabb megoldás, ha a pontfelhők hasonló részei alapján próbáljuk összeilleszteni az álláspontokat,
ám ez nem minden esetben jár sikerrel, és kisebb pontosságot eredményez. Célszerűbb úgynevezett
kapcsolójeleket (46. ábra) alkalmazni, amelyek különböző kialakítású (gömb, jeltárcsa, reflektív fólia,
stb.), nagy reflektivitással bíró tárgyak, amelyek a feldolgozás során automatikusan vagy
féautomatikusan felismertethetők, ezáltal a középpontjuk automatikusan detektálható. Ezek a diszkrét
pontok szerepelnek a szomszédos álláspontok méréseiben, ezek alapján azok összekapcsolhatók.

40
46. ábra - Kapcsolójelek
Ha ezt a megoldást választjuk, az hosszabb mérési időt eredményez, és nagyobb odafigyelésre van
szükség. Biztosítani kell a kapcsolójelek mozdulatlanságát illetve láthatóságát is. Jeltárcsák esetén
például az a megszokott megoldás, hogy azok a függőleges tengelyük körül körbeforgathatók, így
mindig az adott álláspont felé irányozhatók.
5.4.2.1. Előnyök
Fő előnye a hajós szkenneléssel szemben, hogy nagyobb pontosságot ad, hiszen nem mozgó
platformról történik a mérés, hanem álló helyzetből. Ezáltal kiesnek a mozgásból származó
hibahatások. Számolnunk kell ugyan az álláspontok közötti összekapcsolások hibáival, de az nem
számottevő. Ezáltal nagy relatív pontosság érhető el. Az így már egy rendszerben lévő pontfelhőket be
lehet illeszteni valamely országos- vagy világkoordináta-rendszerbe. Ehhez meg kell határozni néhány
illesztőpont koordinátáját, amely történhet műholdas helymeghatározással illetve mérőállomással is.
Ezen módszerek meghatározási pontossága meghatározza az eredmény pontfelhő abszolút
pontosságát.
A földi lézerszkennelés nagyobb részletességet tesz lehetővé, legyen szó pontsűrűségről vagy éppen a
felmérésből hiányzó részletek alacsony számáról. A hajós mérésnél léteznek olyan területek, ahová
nem tud lát be a szkenner a kitakaró objektumok miatt. Ez a statikus szkennelésnél könnyedén
javítható egy újabb álláspont felvételével.
A földi lézerszkennelés egyik hátránya a nagyobb időszükséglet. Ha az álláspontok összekapcsolását
kapcsolójelekkel biztosítjuk, a felmérés a fentebb bemutatott mérési területen akár több napig is
eltarthat, hiszen nagyon komplex a terület kialakítása, de véleményem szerint még egy kisebb
részletességű felmérésre is rá kell szánni egy munkanapot.
A kapcsolójelek elhelyezése helyszíni tervezést igényel, és mozdulatlanságuk biztosítása is
körülményes, főleg több napos mérés esetén.
További hátrány, hogy csak azokat a területeket lehet felmérni így, amik a partról látszanak. Tehát
amire a víz felől kellene rálátni, az kimarad ebből a fajta mérésből.

41
5.4.3. Autóról végzett mobil lézerszkennelés
Az autóról végzett lézerszkennelés is alternatíva lehet egy kikötő felmérésére. Technológiailag a hajós
méréshez hasonlítható, hiszen ez is mobil szkennelési módszer, a felmért területet tekintve viszont
inkább a földi szkenneléshez áll közelebb, hiszen nem vízről történik a mérés.
5.4.3.1. Előnyök
Előnye, hogy autóval felmérhetjük azon belső területeket, amelyeket hajóról nem lenne lehetséges.
Nincs szükség hozzá hajóra, hajóvezetőre vagy hajózási engedélyre.
A víz felől mérhető részletek ezzel a módszerrel nem mérhetők fel. Ezen kikötő esetén is van olyan
terület, ahová autóval nem lehet vagy tilos behajtani. Ezek a feltételek jelentősen korlátozhatják a
módszer alkalmazhatóságát.
5.4.4. A választott módszerek indoklása
Mindig az adott feladat dönti el, milyen felmérési módszert célszerű alkalmazni. Ideális esetben tehát
nem az az út, hogy van egy adott mérőeszközünk és minden feladatot azzal próbálunk megoldani. A
gyakorlat persze más, hiszen egy kisebb cégnek nehéz annyi eszközbe beruházni, hogy minden
munkához az éppen legalkalmasabbat választhassa. Ezért inkább okosan kell a munkákat megválogatni
és csak olyat elvállalni, ami az adott műszerparkkal rentábilisan elvégezhető.
Jelen esetben gyakran célszerű lett volna hagyományos módszerekkel dolgozni, hiszen például
épületek egyszerű modellezéséhez elegendő lett volna az a néhány sarokpont, amelyet
mérőállomással nagy pontossággal meg tudunk mérni. A terep durva modellezéséhez legegyszerűbb
az RTK GNSS vevő használata.
Földi lézerszkenneléssel nagyon részletes eredményt kaphattunk volna, de még mindig nem
teljeskörűt, mint ahogy hagyományos módszerekkel sem, hiszen kimaradtak volna a csak a víz felől
látszó részletek.
Ez indokolta legfőképp, hogy a berendezést felszereljük egy hajóra és azzal végezzük el a mérés nagy
részét. A kiegészítő mérési módszer kiválasztásánál azt is figyelembe vettük, hogy a lehető legrövidebb
idő alatt kapjunk eredményt, anélkül, hogy tudnánk melyek pontosan azok a részletek, amelyek
hiányoznak.
A Vízügyi Igazgatóság területe volt az, amely várhatóan a leginkább hiányos lehetett a hajós mérés
után. Ennek nagy részén lehet autóval közlekedni, így ezt a módszert választottuk. Természetesen a
legalaposabb munkát földi lézerszkenneléssel végezhettük volna, de ahhoz már egy újabb munkanapot
rá kellett volna szánni a mérésre. Mivel már foglalkoztam földi lézerszkenneléssel, jobb választásnak
tűnt egy számomra még új módszer kipróbálása.

42
6. A pontfelhő felhasználási lehetőségei
A pontfelhőnek többféle felhasználási lehetősége van. Bejárhatjuk a pontfelhőt, ez történhet egy
speciális pontfelhő feldolgozó programmal, amelyben a pontfelhő mozgatható, forgatható, átállítható
a megjelenítés, mérések végezhetők benne, metszetek generálhatók, stb. Ez viszont, hacsak nem
vesszük fel videóra a képernyőn történő folyamatokat, nem teszi lehetővé, hogy megfelelően széles
körben publikálhassuk felmérésünket.
A pontfelhő bemutatásának egy sokkal látványosabb módja a pontfelhő berepülő videó. Úgy tudjuk
bemutatni a többtízmillió pontból álló állományt, hogy nincs szükségünk hozzá sem nagy teljesítményű
számítógépre, sem speciális programokra, sem pedig szakértelemre.
Viszont érdemes ennél a lépésnél továbbmenni, és bemutatni, mennyivel több egy lézerszkenneres
felmérés egy látványos videónál, amely bemutatja a helyszínt 3D-ben. Célszerű kihasználni, hogy a
felmérésben minden egyes pont térbeli koordinátákkal rendelkezik, ezáltal mérnöki felhasználásra
alkalmas.
Ennek egyik legjobb módja, hogy a pontfelhő alapján modelleket készítünk. A modellezés során
alapvetően két fő irányt különböztethetünk meg.
Az egyik lehetőség a szabályos elemekből felépíthető objektum modellezése. Itt 3D CAD modelleket
építünk a pontfelhő alapján, de a szabályosság miatt bizonyos egyszerűsítésekkel élünk. Igyekszünk
szabályszerűségeket feltételezni: a pontokra síkokat illesztünk, síkok metszéséből egyenesek adódnak.
A pontfelhőből síkokkal metszeteket képezve a metszet pontjai alapján megrajzolható egyszerű
rajzelemekből a profil vonala, amely aztán térben kiterjeszthető. Tulajdonképpen visszafelé tervezzük
meg az objektumot a pontfelhőből származó méretek alapján. Ezt a külföldi szakirodalomban reverse
engineering-nek nevezik. Ez a módszer elképzelhető síkban és térben is. Előbbi esetre jó példa egy
homlokzat fő vonalainak megrajzolása a homlokzat síkjára vetítve, utóbbira pedig egy geometriai
primitívekből megrajzolható objektum (például egy épület) 3D modellezése, amelyre számos jól
sikerült hazai példát is találhatunk (47. ábra).
47. ábra – Pontfelhő alapján készített 3D CAD modell (MindiGIS Kt., www.mindigis.hu)
A másik eset szabálytalan formájú objektumok modellezése. Ide tartoznak azok az objektumok,
amelyek nem építhetők fel geometriai primitívekből (például szobrok, sziklák, stb.) illetve az az eset,
amikor valaminek a konkrét megvalósulását kívánjuk modellezni annak szabálytalanságait is
figyelembe véve (például egy útnál a kátyúk modellezése). Itt a pontfelhő alapján szabálytalan

43
háromszöghálós modellt, mesh-t generálunk, és így megkapjuk a 3D modellt. Általában szükség van a
mesh hibáinak utólagos javítására. A modell fényképek vagy a pontfelhő színinformációi alapján
textúrával látható el, élethűbbé téve ezzel a megjelenítést. A textúra hibái utólagos képfeldolgozással
szintén javíthatók. 3D mesh modellekre (48. ábra) szintén találunk több magyar példát is,
műemlékvédelmi alkalmazásban magam is részt vehettem 2013-ban a SZIME3DAR projektben.
48. ábra – 3D mesh modell (SZIME3DAR projekt, www.szime3dar.com)
6.1. Pontfelhő berepülő videó
6.1.1. Hajós útvonal alapján
A RiPROCESS szoftverben a mérési útvonal alapján pontfelhő berepülő videó készíthető a Trajectory
Animation eszköz segítségével (49. ábra). Ez egy egyszerűen kezelhető felület, ahol laikusok is
könnyedén tudnak animációt készíteni. A művelet kulcsa, hogy a kamera útvonala már adott, hiszen a
mérési útvonalat használjuk fel hozzá. Ezután már csak a haladás sebességét és a videó sebességét kell
beállítani, amely esetünkben 5 m/s és 30 képkocka/másodperc (fps) volt. Ezekkel a beállításokkal olyan
videót kapunk, amely a hajózás útvonalán végighaladva, a hajóról szemlélve bemutatja a felmért
területet.
49. ábra – Trajectory Animation eszköz (www.riegl.com)
A videó egy részletét néhány képkockával szemléltetem (50. ábra).

44
50. ábra – Képkockák a hajós útvonal alapján készült pontfelhő berepülő videóból
6.1.2. Autós útvonal alapján
Az autós mérés pontfelhőjéről is készítettem egy berepülő videót, szintén a mérési útvonal alapján.
Hasonló beállításokat alkalmaztam, mint az előző esetben. Ebből is bemutatok néhány képkockát
szemléltetésképpen (51. ábra).
51. ábra - Képkockák az autós útvonal alapján készült pontfelhő berepülő videóból

45
6.2. 2D CAD modellezés
A 2D CAD modellek létrehozásának folyamatát az alábbi ábra (52. ábra) mutatja be.
52. ábra – 2D CAD modellezés pontfelhő alapján
A modellezés lépéseit Geomagic Design X szoftverben végeztem el, majd átalakítottam az AutoCAD
által olvasható és szerkeszthető formátumba.
6.2.1. Homlokzatrajz
A kiválasztott homlokzat pontjaira síkot illesztettem, majd felvettem ez alapján a felhasználói
koordináta-rendszert. Ennek megfelelően létrehoztam különböző metszősíkokat, amelyekkel
elmetszve a pontfelhőt megkaptam a kontúrvonalakat (53. ábra), amelyek alapján a rajzi síkon
megrajzoltam a homlokzat jellemző vonalait, így jött létre a 2D homlokzat modell (54. ábra).
53. ábra – A pontfelhő metszése síkkal

46
54. ábra – A 2D homlokzat modell
A 2D modellt a pontfelhővel egyszerre megjelenítve (55. ábra) látható, hogy kizárólag a helyenként
hibásan megszínezett pontfelhő színinformációi alapján, a látszólagos jellemző vonalakat megrajzolva
nem lehetne elvégezni a modellezést, mindenképpen szükség van a geometriai információk
felhasználására is.
55. ábra – A 2D homlokzat modell és a pontfelhő
Ez a modell körülbelül fél óra alatt megrajzolható.

47
6.2.2. Alaprajz
A mintaterületen kerestem egy olyan részt, ahol a domborzat vízszintes síkkal közelíthető. Az erre
illesztett síkot függőlegesen mindkét irányba eltoltam, és elmetszettem velük a pontfelhőt (56. ábra),
így megkaptam többek között a partvonal illetve az épületek kontúrvonalait. Ezek alapján CAD
rendszerben elkészítettem az alaprajz egy részletét (57. ábra), amelyen zölddel szerepel a partvonal,
pirossal pedig az épületek körvonalai.
56. ábra – Pontfelhő vízszintes metszete
57. ábra – Alaprajz részlet
Egy ilyen jellegű 2D CAD modell az ábrán látható területre körülbelül fél óra alatt elkészíthető.

48
6.2.3. Metszetek
A metszetkészítés szemléltetéséhez kiválasztottam a pontfelhő egy alkalmas részterületét, amelyet
elmetszettem egy, a pontfelhőre illesztett függőleges síkkal. Beállítottam a metszősík vastagságát is,
azaz hogy milyen mélységben gyűjtsön pontokat. Erre azért van szükség, hogy ne maradjanak ki olyan
pontok, amelyek jellemzőek az adott keresztmetszetre, csak éppen nem metszené őket egy mélység
nélküli metszősík. Így jött létre a képen látható metszet (58. ábra).
58. ábra – Metszet képzése
Majd ezen keresztmetszet alapján megrajzolható a keresztszelvény, amely már csak a külső
kontúrvonalakat tartalmazza. Látható az ábrán (59. ábra), hogy csak ott rajzolható meg biztosan a
keresztszelvény, ahol vannak mért pontok is. Ezeket a részeket folytonos vonallal jelöltem. Ahonnan a
kitakarás miatt nem voltak mérések, ott berajzoltam a feltételezett keresztszelvényt, ezek szaggatott
vonallal vannak jelölve.
Érdekesség, hogy ezzel a módszerrel a felsővezetékek is kimutathatók, hiszen így azoknak a pontjai is
megjelennek a keresztmetszetben.
59. ábra – Keresztszelvény
A bemutatott modell elkészítése is mintegy fél órát vesz igénybe.

49
6.2.4. Alkalmazási lehetőségek
Példákon keresztül szemléltettem, milyen egyszerűen lehet a pontfelhőből 2D CAD modelleket
levezetni. Egy-egy ilyen jellegű modell lényegesen kevesebb munkával előállítható, mint a térbeli
változataik.
Bár jó irányba haladunk, ott még nem tart a mérnöktársadalom, hogy teljes egészében áttért volna a
háromdimenziós gondolkodásra. Ezért gyakran szükség lehet az állapotfelmérés kétdimenziós
leképezéseire is. Mind a homlokzatrajz, mind az alaprajz, mind pedig a keresztmetszeti rajzok
elkészítésének jelenleg van létjogosultsága, hiszen kezelhetők mérnöki körökben elterjedt CAD
rendszerekben, kinyomtatva pedig átlagos felhasználó is használni tudja.
Tegyük fel, a vízügyi területet át akarják építeni a közeljövőben. Ehhez ismerni kell a terület jelenlegi
állapotát. Ha meg is vannak az eredeti tervek, azóta sok minden megváltozhatott. Célszerűbb egy új
felmérést végezni a jelenlegi állapotról, lézerszkenneléssel a kívánt részletességgel felmérhető a
terület.
A pontfelhőt megfelelő magasságban vízszintes síkkal elmetszve a terület beépítettségéről kaphatunk
megbízható képet. Készíthetünk egy alaprajzot, amin csak az épületeket tüntetjük fel, de előállítható
egy olyan változat is, amin már szerepelnek a fák és egyéb, ideiglenes jellegű objektumok is. Ennek
segítségével rögtön látható, hol lehet könnyedén változásokat eszközölni és hol van szükség nagyobb
beavatkozásra.
A különböző irányú metszeteket pedig felhasználhatjuk például űrszelvénytervezéshez. Tegyük fel egy
túlméretes szállítmányt szeretnének behozni a területre vagy egy hajót vízre bocsátani. A jellemző
helyeken felvett metszetek segítségével megállapítható, hol van erre alkalmas terület, hol van
lehetőség a lehető legkisebb változtatással járó átalakításra. Tehát például még mindig könnyebb egy
kiálló faágat levágni, mint lebontani egy épített, használatban lévő objektumot. Az is megállapítható,
hol vannak útban a felsővezetékek, és hogy kell-e egy ilyen munkához további szakágakat bevonni.
Egy kikötő esetén jellemző objektumok a hajók. Az elkészített alaprajz részleten (57. ábra) láthatók
fekete vonalszakaszokkal azok a keresztmetszeti profilvonalak, amelyeket a szoftver generált. Ebből
könnyen megállapítható, melyek a hajók, jellegzetes felülnézeti alakjuk miatt. Kicsit továbbgondolva a
problémát, lehetne írni olyan mesterséges intelligencia alapú programot, amely egy bizonyos tanulási
folyamat után már automatikusan fel tudná ismerni ezeket a formákat felülnézetből. Innen pedig már
csak néhány lépés egy jól működő pontfelhő szűrési algoritmus kifejlesztése, amely el tudná tüntetni
a hajókat a pontfelhőből.
De létre lehetne hozni a felülnézeti rajz alapján egy hajókatasztert is, amelyre alapozva egy
térinformatikai rendszert lehet fejleszteni, amelyet a kikötők illetve a hajósok is használhatnának.
Igaz, ezek jelenleg csak felvetett ötletek, néhol talán kicsit utópisztikusak, de véleményem szerint
például az ezekhez hasonló továbbgondolásokkal lehetne hozzáadni az alap felmérési eredményhez
olyan többlettartalmat, amellyel jelentősen növelhetnénk munkánk piaci értékét.

50
6.3. 3D CAD modellezés
A pontfelhő alapján történő 3D CAD modellezés fő lépéseit az alábbi folyamatábra (60. ábra)
szemlélteti.
60. ábra - 3D CAD modellezés pontfelhő alapján
A síkillesztést, majd ez alapján a felhasználói koordináta-rendszer és a metszősíkok felvételét, illetve
ezáltal a durva profilvonalak meghatározását a Geomagic Design X programmal, a profilvonalak
véglegesítését, majd ezek térbelivé tételét pedig AutoCAD szoftverben végeztem.
6.3.1. 3D CAD modellek bemutatása
6.3.1.1. Hajós mérés modelljei
Egy olyan 3D CAD modellt hoztam létre, amely a pontfelhő mólót tartalmazó részlete alapján készült.
A móló a felmért terület jobb szélén helyezkedik el (61. ábra).
,
61. ábra – A móló

51
Az illesztett sík alapján itt is létrehoztam metszősíkokat, amellyel elmetszve a pontfelhőt megkaptam
a 2D profilvonalakat, majd ezekkel CAD környezetben dolgoztam tovább.
Az AutoCAD többek között olyan eszközöket biztosít a 3D modellezésre, mint egy profil kihúzása térben
a rá merőleges egyenes mentén, a profil végighúzása egy adott útvonalon vagy éppen változó profilok
összekötésével testmodellek létrehozása. Különböző térbeli módosító parancsokkal pedig
elvégezhetők az apróbb igazítások.
Az elkészült modellt a következő képeken mutatom be (62. ábra, 63. ábra, 64. ábra).
62. ábra – A móló CAD modellje
63. ábra – Móló modell (részlet a kikötő irányából)

52
64. ábra – Móló modell (részlet a nyílt víz irányából)
Ezen modell létrehozása nekem több napba került, de hozzá kell tenni, hogy ez volt az első 3D CAD
modell, amit készítettem. Ebben az időszükségletben benne van az alapötlet kitalálása, a jó megoldás
kikísérletezése, a program bizonyos funkcióinak elsajátítása, a modell hibáinak javítása. Mindez kellő
gyakorlattal és modellezési tapasztalattal jóval gyorsabban, valószínűleg akár 1-2 óra alatt elvégezhető
feladat egy ilyen komplexitású objektum esetén.
6.3.1.2. Síkillesztés vizsgálata
A CAD modellezésnél szükség van síkok illesztésére. Megvizsgáltam a Geomagic Control program
segítségével, milyen eltérések figyelhetők meg egy síknak tekinthető mintaterületen (65. ábra) a
pontfelhő és az illesztett sík között (66. ábra).
65. ábra – A móló járda része

53
66. ábra – Sík illesztés – eltérés térkép referencia síkhoz képest
A Best fit sík illesztő algoritmussal dolgoztam, amely megkeresi a pontokra legjobban illeszkedő síkot.
Ezután ettől a síktól való 3D eltéréseket számolta ki a szoftver, a megjelenítés tulajdonságai és az
eredmények osztályozása pedig egyénileg paraméterezhetők.
Kékkel és pirossal vannak azok a pontok megjelölve, amelyek 10 cm-nél távolabb helyezkednek el a
síktól, azok kizárhatók a vizsgálatból. A közbülső rész a járda síkja. Látható, hogy nagy része zölddel van
jelölve, amely azt jelenti, hogy a síktól való eltérés ott nem nagyobb 3 cm-nél. Ahol ez az érték nagyobb,
ott is 5 cm-en belül van az érték. Ez adódhat lokális süllyedésből, kivitelezési problémából vagy a mérés
illesztés pontatlanságából.
A tény, hogy minden pont 5 cm-es szórással rajta van a síkon, azt bizonyítja, hogy a járda területe
síknak tekinthető és a ráillesztett sík felhasználható a modellezés további lépéseiben.
A 3D CAD modellek felhasználása igen sokrétű lehet.
Az elkészített 3D CAD modellben lehetőség van például az objektum áttervezésére, amelyhez az alapot
az általunk készített modell adja.
Ha például épületmodellt készítettünk a pontfelhő alapján, modellünket felhasználhatjuk
épületinformációs modellezés (BIM) céljára is. Nagyon leegyszerűsítve a BIM egy olyan rendszer, ahol
a meglévő három térbeli dimenzióhoz újabb dimenziókat és attribútumokat rendelnek (idő, költség,
anyag, egyéb jellemzők), amely lehetővé teszi például az épület kivitelezésének korszerű
menedzselését is.
De továbbfejleszthetjük a modellünket a megjelenítés irányába is; fotók alapján élethű textúrákkal
láthatjuk el, és elkészíthetjük a felmért terület realisztikus virtuális mását. A digitális városmodellek is
így készülnek. Jelen esetben el tudnám képzelni, hogy az összes objektumot modellezve, a szintén a
pontfelhőből előállított digitális terepmodellre elhelyezhetők a CAD modellek, majd ez a virtuális közeg
szabadon bejárható.
Természetesen a 3D modellekből néhány kattintással kinyerhetők a 2D nézetek és metszetek, ezáltal
nyithatunk a hagyományos alkalmazások irányába is.

54
6.4. 3D felületmodellezés
A mesh modellek előállításának folyamata az alábbi ábrán (67. ábra) látható. Ezt a munkarészt a
Geomagic Studio szoftverben végeztem el.
67. ábra – Mesh modell létrehozása
Első lépésben szükség van a pontfelhő durva tisztítására, tehát ki kell törölni azon részleteket, amelyek
biztosan zavarók lehetnének a modellezésnél (68. ábra). Ezután a pontokra generálható egy
szabálytalan térbeli háromszögháló, a mesh (69. ábra, 73. ábra). Ez általában nem szolgáltat tökéletes
eredményt, szükség lehet a meshben maradó lyukak automatikus és manuális kitöltésére (70. ábra, 72.
ábra). Számos további hibatípus létezik (71. ábra), amelyeket automatikus algoritmusokkal hatékonyan
ki tudunk javítani. Az eredmény ezen a képen látható (74. ábra).
68. ábra – Tisztított pontfelhő 69. ábra – Mesh
70. ábra – Automatikus foltozás után 71. ábra – A javítandó hibák

55
72. ábra - Lyukak manuális kitöltése 73. ábra - Háromszöghálós felépítés
74. ábra – Javított, körbevágott modell
6.4.1. Mesh modellek bemutatása
Mesh modellezésre olyan objektumokat választottam, amelyek nehezen modellezhetők CAD
rendszerben, illetve ahol kíváncsi voltam az egyszerűsített modelltől eltérő tulajdonságaikra, mint
például a tényleges felület, a tényleges forma. Így esett a választásom két hajóra (75. ábra, 76. ábra)
és a hajókikötő egy tetszőleges szakaszára (77. ábra).
75. ábra – Hajó mesh modell (1. típus)
76. ábra – Hajó mesh modell (2. típus)

56
A hajók a kikötőben álltak, ezért a vízről történő méréskor nem látszódtak teljesen, így a modell is csak
azokra a pontokra terjed ki, amelyekről volt mérés.
A kikötő szakasz modelljénél jól megfigyelhető, hogy azok a felületek, amelyeket egyszerűsítve síkkal
modelleznénk egy CAD modell esetén, azok a valóságban ennél bonyolultabbak. Látszik a felület
bordázottsága, valamint a felületi hibák.
77. ábra – Kikötő egy szakaszának mesh modellje
A mesh modell jó közelítése a valóságnak, de fenntartásokkal kell kezelni, mert a technológiából
adódóan vannak benne hibák, kiugró részek, amik nem feltétlenül tükrözik mindig a valós állapotot.
Ezek a mesh modellek egyenként körülbelül fél óra alatt elkészíthetők.
6.4.2. Hajós és autós mérés kombinálásából létrehozott mesh modell
Gyakori az az eset, hogy egy-egy objektum sem a hajós, sem az autós mérésből nem volt meg teljesen,
jól mutatja ezt az alábbi példa is (78. ábra).
78. ábra – Az autós (sárga) és hajós (zöld) mérés pontjai egy vízparti épület esetén
Ez esetben a kétféle mérésből származó pontfelhők egyesítése után létrehozható a modell (79. ábra).
Különböző mérésekből származó pontfelhők esetén célszerű a pontfelhők úgynevezett kombinálása,
ahol nemcsak egyesítjük a pontfelhőket, hanem az egymást átfedő régióknál kiszűrjük azokat a
pontokat, amelyek duplán szerepelnek. Ezután ha újramintavételezzük a pontfelhőt, akkor a pontok
eloszlása egységesebbé válhat.

57
A mesh generálása után itt is szükség volt hibajavításra, de látható, hogy a kapott eredmény közel sem
tökéletes. Véleményem szerint épületeknél sokkal célravezetőbb a CAD modellezés, azzal jobban
leképezhetők a szabályosabb formák.
79. ábra – Két mérés pontjainak egyesítéséből létrehozott mesh modell
Viszont ahogyan az alábbi ábrán (80. ábra) is megfigyelhetjük, egy mesh modellből már néhány
kattintással keresztmetszeteket vehetünk le, amelyek alapján megszerkeszthető a CAD modell is. Tehát
egy gyorsan létrehozható mesh modell jó alapul szolgálhat a további modellezéshez.
80. ábra – Metszet létrehozása
Mint az előbb említettem, a mesh modellek felhasználhatók alapként CAD modellek létrehozásánál.
De nem ez a legjellemzőbb alkalmazási lehetőség. Sokkal inkább használható szabálytalan formájú
objektumok, például szobrok, felszíni formák modellezésére. A felmérés részletességétől függően
szinte valósághűen leköveti az objektum felszínét egy ilyen, pontfelhő alapján létrehozott, szabálytalan
háromszöghálós modell. Ilyen esetekben a CAD modellek nem alkalmazhatók, viszont a mesh
modellek rövid idő alatt igen látványos eredményt produkálnak.

58
A kész modelleket többféleképpen lehet megjeleníteni. Az alapértelmezett lehetőség, hogy mint a
pontfelhő esetében is, a saját feldolgozó környezetében mutatjuk be a modellt és vezetjük le a hozzá
kapcsolódó többlet információt, tehát például méreteket veszünk, metszeteket generálunk, nézeteket
definiálunk, animációt készítünk a modell bemutatására, stb.
Egy másik lehetőség az úgynevezett 3D PDF készítése. A PDF olvasók új verziói már képesek 3D tartalom
megjelenítésére. A kész modellből a program beépített funkciója segítségével létrehozhatunk egy 3D
PDF fájlt, amely a PDF olvasó szoftverrel megnyitva aztán három dimenzióban megtekinthető
(forgatható, mozgatható, nagyítható, kicsinyíthető), illetve szintén működik néhány elemző funkció is,
például ez is mérhető, és tetszőleges síkkal el is metszhetjük.
Lehetőség van arra is, hogy mesh modelljeinket virtuális környezetben felhasználjuk, például
számítógépes játékokban vagy filmekben. Ehhez a modellek háromszög számát a lehető legjobban le
kell csökkenteni, és a textúrát kell úgy módosítani, hogy az az alacsony pontszám ellenére is élethű
modellt eredményezzen.
De nem csak a virtuális térben létezhetnek ezek a modellek, ma már a 3D nyomtatók segítségével
kézzel fogható formába is önthetőek. Esetünkben például mesh modellek segítségével létre lehet hozni
a kikötő terepmodelljét, illetve minden egyes objektumot modellezni lehet, ezek kinyomtatása után
előállna a kikötő makettje.
6.5. A KDVvizig felhasználási lehetőségei
A lehetséges eredmények ismertetése után kitérek a konkrét projektre, amelynek keretében
lehetőségem nyílt mérni és vizsgálatokat végezni, és bemutatom, milyen eredményekre van szükség
az adott szakterületen, illetve mik a fejlesztési lehetőségek.
6.5.1. A Balaton felmérése
A vízügyi igazgatóságok számára kötelező állami feladat vizeink geometriájának, tulajdonságainak,
minőségének felmérése és nyilvántartása. Így került egy korszerűsítés keretében az említett mobil
mérőrendszer a KDVvizig budapesti részlegének tulajdonába. Az alapvető feladat a Balaton víz alatti
mederfelmérése volt, ezt egészítették ki a hajóra szerelt lézerszkennerrel, amely pedig a vízfelszín
feletti partvonal felméréséért felelős.
A lézerszkenneres felmérés egyfajta kutatási-fejlesztési projektként fogható fel, ahol nem határoztak
meg konkrét célokat, hanem fel kellett mérni a Balaton teljes partvonalát, hogy a jövőben ez különböző
vizsgálatok alapjául szolgálhasson. Ez a projekt alkalmas arra, hogy megtanulják az eszközpark
megfelelő kezelését, és kifejlesszék azokat a módszereket, amelyekkel a munkafolyamat
optimalizálható.
A feldolgozás terén még sok idő kell, mire kifejlesztik azokat az alkalmazásokat, amelyek ki tudnak majd
váltani a régi, elavult módszereket.
A Balaton felmérése a diplomamunka írásának kezdete óta időközben elkészült, az alábbi ábrán (81.
ábra) látható, hol történtek mérések. Az effektív mérés 15 napig tartott, ezalatt 240 km-t tettek meg a
hajóval és körülbelül 200 GB adat keletkezett.

59
81. ábra - A Balaton felmérése lézerszkennerrel
6.5.2. Tapasztalatok
A déli part felmérése során az állandó sekély vízállás és a hajó merülése miatt csak nagyon távol tudtak
a parttól hajózni (volt, hogy több mint fél kilométerre), így gyakran éppen a közvetlen partvonalról nem
sikerült elegendő információt gyűjteni.
Ennek kiküszöbölésére változtatni kellene a felmérő hajón. Olyan vízi járműre lenne szükség, amelynek
jóval kisebb a merülése, ezáltal jobban megközelíthető a part. Az ötletek között felmerült egy speciális,
kenukból épített katamarán gondolata, a vízibicikli és a mocsárjáró is. Ennek kikísérletezése még a jövő
egyik feladata.
6.5.3. Célok
A távlati cél tehát bizonyos felmérési módszerek kiváltása a jövőben. Jelenleg az alkalmazási
lehetőségek kifejlesztése ott tart, hogy a pontfelhő alapján a part vonala 3D vonallánccal manuálisan
lett kiszerkesztve. Ennek automatizálására lehetne fejleszteni eljárásokat, ez más alkalmazások során
is hasznos lehetne.
Ami a jelenlegi ötleteik között szerepel még, az egy digitális terepmodell létrehozása, amelyhez a
pontfelhő szűrésére is szükség van. Ez manuálisan nagyon nagy munka, erre is célszerű lenne egy jól
működő automatikus szűrési algoritmust találni vagy kifejleszteni.
A lézerszkennelt pontfelhő és a mederfelmérés terepmodellje alapján már előállítható az a
terepmodell, amely kiindulási alapként szolgálhatna numerikus hidrológiai modellezéshez. Ez főként
vízfolyásoknál lenne hasznos, ahol így sokkal részletesebb felmérés állna rendelkezésre az árvízi
modellezéshez, mint ami a jelenleg használatos módszerekkel elképzelhető.
6.5.4. Javaslatok
Az általam vizsgált modellezési lehetőségek főként az épített környezet modellezését célozták meg, de
néhány ötlet felhasználható lenne a vízügy számára is. A mesh és a CAD modellek segítségével
modellezni lehet a terepet és a rajta található épületeket, tereptárgyakat, amely egy árvízi elöntés
vizsgálatnál felhasználható.
Mindenképpen egyeztetni kellene egy ilyen munka előtt, hogy mi az elvárt pontosság, és a vízügyi
alkalmazásokhoz milyen felbontású modellekre van szükség. Nem érdemes például nagyon kidolgozott
épületmodellt készíteni, ha a felhasználáshoz elegendő lenne egy téglatest modell is.

MSc thesis - Karoly Radoczy

Recommended

Recommended

More Related Content

Featured

Featured (20)

MSc thesis - Karoly Radoczy