Long Strip Registration of TLS Point Clouds and Propagation of Uncertainty

Terrestrial laser scanning systems provide quick three-dimensional data acquisition with high spatial resolution. The technology can serve multiple applications such as monitoring and 3D modeling but several problems arise when scanning long objects such as tunnels, bridges, and corridors. Uncertainties in the data tend to propagate when conducting sequential registration on a long strip of point clouds and the errors can reach unacceptable levels only with a few scans. This thesis aims to examine this propagation of uncertainty caused by long strip registration and its effects on point cloud accuracy and precision. It further aims to evaluate the results of different ground control point distributions used for georeferencing and finally to construct guidelines and recommendations for the planning of terrestrial laser scanning projects of long objects. The thesis was divided into an analytical- and an experimental study. The analytical study explored the theoretical effects of long strip registration on a point cloud’s uncertainty by simulating repeated target-based registration in a 95-meter-long and 2.5-meter-wide corridor. This resulted in standard uncertainties of the point cloud coordinates on dm-level after the last registration and a clear trend in exponential growth. Tie point distribution in the overlaps between scans proved to have a big effect on the precision of the final point cloud. In the experimental study, a corridor of the same dimension was scanned from 16 stations and georeferenced in a local control network established at the scan site. Indirect registration in two steps was used, first by performing automatic feature-based registration in RealWorks before the point cloud was georeferenced. The results of different ground control point (GCP) scenarios were compared and evaluated by studying check point residuals. All scenarios had numerous check points that failed verification as the residuals exceeded the limit set to 15 mm. An even distributio
Terrester laserskaning erbjuder snabb, tre-dimensionell datafångst med hög punkttäthet. Teknologin täcker flertalet användningsområden såsom monitorering och 3D-modellering men problem kan uppstå vid skanning av långa objekt såsom tunnlar, broar och korridorer. Osäkerheter i data tenderar att fortplantas när registrering av en lång rad punktmoln genomförs sekventiellt och felen kan nå oacceptabla nivåer bara med några få skanningar. Detta examensarbete syftar till att undersöka denna fortplantning av mätosäkerhet orsakad vid registrering av långsträckta objekt och dess påverkan på punktmolnets noggrannhet och precision. Vidare syftar arbetet till att utvärdera resultatet av olika distributioner av utgångspunkter vid georeferering och slutligen till att utforma riktlinjer och rekommendationer för planering av terrestra laserskanningsprojekt över långa objekt. Arbetet delades upp i en analytisk- och en experimentell studie. Den analytiska studien undersökte de teoretiska effekterna av långsträckt registrering på ett punktmolns osäkerhet genom att simulera upprepad punktbaserad registrering i en 95-meter-lång och 2.5-meter-bred korridor. Detta resulterade i standardosäkerheter av punktmolnets koordinater på dm-nivå efter den sista registreringen samt en tydlig exponentiell ökning. Distributionen av konnektionspunkter i överlappen mellan skanningarna visade sig ha en stor effekt på precisionen av det slutliga punktmolnet. I den experimentella studien skannades en korridor av samma dimensioner från 16 stationer innan det georefererades till ett lokalt stomnät som etablerats på platsen. Indirekt georeferering i två steg användes, först genomfördes automatisk objektbaserad registrering i RealWorks innan punktmolnet georefererades. Resultatet av olika scenarion av utgångspunkter jämfördes och utvärderades genom att studera avvikelser hos kontrollpunkter. Alla scenarion hade flertalet kontrollpunkter vars avvikelser överskred den satta gränsen på 15 mm. En jämn distribution