Editor’s Note: Our latest case study by Thomas Gaisecker, RIEGL Manager Mining Business Division, covers how the RIEGL VZ-2000i is helping the local government of Tyrol, Austria, ensure the safety of residents and tourists. Please see below an English version followed by a German translated version. We hope you enjoy this fascinating case study!
Anmerkung der deutschen Redaktion: In der jüngsten Fallstudie von Thomas Gaisecker, RIEGL Manager Mining Business Division, erfahren Sie, wie der RIEGL VZ-2000i die Tiroler Landesregierung dabei unterstützt, die Sicherheit von Anwohnern und Touristen zu gewährleisten. Sie finden hier die englische Version, gefolgt von einer deutschen Übersetzung. Viel Spaß beim Lesen!
English version:
Austria is a small country with a rather high proportion of densely populated space in the alpine terrain. Even within the smallest valleys and at the steepest slopes; settlements and infrastructure, such as roads and railways are present. These settlements have existed for centuries and have been laid out in accordance with the experiences of their inhabitants at the safest possible points. Today, they are protected by structural measures from corresponding dangers, such as rockfall, mudflows and avalanches. In the case of linear infrastructure, not every detail part can be fully protected. Fig. 1 shows a typical mountain landslide as it often occurs after winter. When snow is melting away, temperatures rise, and the soil is not frozen anymore. The high-water content on the ground may cause the slope, that is not sufficiently solidified, to slip. During summer, strong thunderstorms cause the slope stability to decrease due to the high amount of water within the soil. The shown street on Fig. 1 is the only connection to a village at the end of the valley. As the region depends on skiing tourism during winter, it is crucial to repair the street and ensure safety before the first snow in Autumn.
The local government of Tyrol (a province of Austria), has decided to establish permanent geo-monitoring to ensure the safety of road construction staff and also the safety of the public after re-opening the road. A RIEGL VZ-2000i 3D terrestrial laser scanner is now permanently positioned on the opposite side of the valley and will be used for data-acquisition. It is mounted on a concrete pillar to guarantee a stable position. Uniquely constructed small, wooden housing, protects the scanner and the electrical equipment from weather impact (Fig. 2). The monitoring project’s area of interest is highlighted in red on Fig. 2. The maximum range from the scanner’s position to the area of interest is almost 1500m (Fig. 3). The maximum range of the RIEGL VZ-2000i is 2500m, this guarantees enough range capability even in poor weather situations, such as rain and fog. The scanner is working 24/7 and acquires data every two hours through one high resolution scan with a point gapping of approx. 20cm in 1500m range.
Data acquisition, scheduling and processing of the data is performed online on the scanner by using RIEGL’s brand-new Monitoring App (Fig. 4). Raw data is processed and a 2D image of the data is generated. For every pixel of this image, a surface normal vector is calculated by analyzing the local neighborhood. The Web-Viewer, part of the Monitoring App, allows for a comparison along the surface normal vector between one scan and a reference scan (Fig. 5). One can immediately identify the areas of change, further indicating movements on the surface. For a detailed analysis, single pixel values can be highlighted.
Scan raw data and the processed results (Web-Viewer images) are synchronized automatically via LTE mobile network onto a NAS (Network Attached Storage) within the computer network of the Tyrolian government. A Web Server publishes the Web-Viewer data on the intranet of the Tyrolean government. Via a Citrix Server, users from outside of this network can login with a username and password to access the Web-Viewer data. If the specialist recognizes critical changes, scan data from the NAS can be downloaded for a detailed analysis within RiSCAN PRO. For users from outside of the network, the IT department of the government installed an FTP-Server to download data from the NAS-drive. The RIEGL team has direct access to the scanner, as well as the Citrix Server for administration and troubleshooting if needed. A detailed diagram of the network configuration is shown in Fig. 6.
Due to its long measurement range, highly accurate and informative measurement data, along with the advantages of the new Monitoring App, the RIEGL VZ-2000i is able to provide up-to-date and reliable information. This enables the specialists in the Tyrolean local government to monitor and evaluate the risk potential for this single connection. Ultimately, this will help to ensure that the appropriate decisions regarding safety are made in time, guaranteeing safety for residents and tourists in this hotspot.
About RIEGL:
RIEGL is an international leading provider of cutting-edge technology in airborne, mobile, terrestrial, industrial and unmanned laser scanning solutions.
RIEGL has been producing LiDAR systems commercially for over 40 years and focuses on pulsed time-of-flight laser radar technology in multiple wavelengths.
RIEGL’s core Smart-Waveform technologies provide pure digital LiDAR signal processing, unique methodologies for resolving range ambiguities, multiple targets per laser shots, optimum distribution of measurements, calibrated amplitudes and reflectance estimates, as well as the seamless integration and calibration of systems.
RIEGL’s Ultimate LiDARTM 3D scanners offer a wide array of performance characteristics and serve as a platform for continuing Innovation in 3D for the LiDAR industry.
From the first inquiry, to purchase and integration of the system, as well as training and support, RIEGL maintains an outstanding history of reliability and support to their customers.
Worldwide sales, training, support and services are delivered from RIEGL’s headquarters in Austria; main offices in the USA, Japan, China, Australia and Canada; and a worldwide network of representatives.
German version:
Fallstudie: Geomonitoring mit dem RIEGL VZ-2000i
Österreich ist ein kleines Land mit einem hohen Anteil an dicht besiedeltem Raum im alpinen Gelände. Selbst in den engsten Tälern und an den steilsten Hängen findet man Siedlungen. Infrastruktur wie Straßen- und Eisenbahnnetz sind weitflächig vorhanden. Die bereits seit Jahrhunderten bestehenden Siedlungen wurden natürlich, den Erfahrungen ihrer Bewohner entsprechend, an möglichst sicheren Punkten angelegt, und sind heute zusätzlich durch entsprechende bauliche Maßnahmen vor möglichen Gefahren wie Steinschlag, Vermurung und Lawinen entsprechend geschützt. Lineare Infrastruktur, wie Straßenverbindungen, kann jedoch nicht immer vollständig geschützt werden. Abb. 1 zeigt einen typischen Bergrutsch, wie er speziell nach der Wintersaison auftritt, wenn der Schnee schmilzt, die Temperaturen steigen und der Boden nicht mehr gefroren ist. Der hohe Wassergehalt des Bodens begünstigt dann ein Abrutschen des Hanges. Auch nach starken Gewittern während der Sommersaison nimmt die Hangstabilität aufgrund des hohen Wassergehaltes im Boden ab. Die in Abb. 1 gezeigte Straße ist die einzige Verbindung zu einem Dorf im Talschluss. Da die Region während der Wintersaison vom Skitourismus abhängig ist und daher über Straßen zugänglich sein muss, ist es entscheidend, die Straße und die Sicherheitsbauten vor dem ersten Schnee im Herbst zu reparieren.
Die Tiroler Landesregierung hat in diesem Fall beschlossen, ein permanentes Geomonitoring einzurichten, um die Sicherheit des Straßenbaupersonals während der Bauarbeiten und auch der künftigen Straßenbenutzer nach der Wiedereröffnung für den öffentlichen Verkehr zu gewährleisten. Ein RIEGL VZ-2000i 3D Terrestrial Laserscanner wurde dafür auf der gegenüberliegenden Talseite fix positioniert und sorgt nun für die permanente Datenerfassung des gefährdeten Hangs. Um eine absolut stabile Aufstellung zu gewährleisten wurde der Scanner auf einem Betonpfeiler montiert. Ein kleines speziell für diesen Zweck konstruiertes Holzgehäuse schützt den Scanner und die elektrische Ausrüstung vor Wind und Wettereinflüssen (Abb. 2). Der Bereich, der überwacht werden soll, ist in Abb. 2 rot hervorgehoben. Der maximale Abstand zum Zielgebiet beträgt nahezu 1500 m (Abb. 3). Da der RIEGL VZ-2000i bis zu 2500m weit misst, ist auch bei schlechten Wetterverhältnissen mit Regen und Nebel eine ausreichende Reichweite garantiert. Der Scanner ist rund um die Uhr im Einsatz und nimmt alle zwei Stunden einen hochauflösenden Scan mit einem Punktabstand von ca. 20cm in 1500m Entfernung auf.
Die Planung der Datenerfassung und die Verarbeitung der Daten erfolgt online auf dem Scanner unter Verwendung von RIEGLs neuer Monitoring App (Abb. 4). Die Scan-Rohdaten werden verarbeitet und ein 2D-Bild der Scandaten erzeugt. Für jedes Pixel dieses Bildes wird durch Analyse der lokalen Nachbarschaft ein Oberflächen-Normalvektor berechnet. Der Web-Viewer – der Teil der Monitoring App ist – erlaubt einen Vergleich entlang dieses Oberflächen-Normalvektors zwischen einem Scan und einem Referenz-Scan (Abb. 5). Man kann sofort Bereiche mit Veränderungen erkennen, was auf Bewegungen der Oberfläche hinweist. Für eine detaillierte Analyse können einzelne Pixelwerte hervorgehoben werden.
Die Scan-Rohdaten und die verarbeiteten Ergebnisse (Web-Viewer-Bilder) werden automatisch über das LTE-Mobilfunknetz auf ein NAS (Network Attached Storage) innerhalb des Computernetzwerks der Tiroler Landesregierung synchronisiert. Ein Webserver veröffentlicht die Web-Viewer-Daten im Intranet der Tiroler Landesregierung. Über einen Citrix-Server können sich Benutzer von außerhalb dieses Netzwerkes mit Benutzername und Passwort anmelden, um auch Zugriff auf die Web-Viewer-Daten zu haben. Falls der Spezialist kritische Veränderungen erkennt, kann er die Scandaten vom NAS herunterladen und weitere detaillierte Analysen innerhalb von RiSCAN PRO durchführen. Für Benutzer von außerhalb des Netzwerkes hat die IT-Abteilung der Regierung einen FTP-Server installiert, um Daten vom NAS-Laufwerk herunterzuladen. Das RIEGL Team hat auch über den Citrix-Server direkten Zugriff auf den Scanner, um ihn bei Bedarf zu konfigurieren und Fehler zu beheben. Ein detailliertes Diagramm der Netzwerkkonfiguration ist in Abb. 6 dargestellt.
Durch seine hohe Messreichweite, die hochgenauen und aussagekräftigen Messdaten und die Vorteile der neuen Monitoring App kann der RIEGL VZ-2000i aktuelle und verlässliche Grundinformationen liefern, die es den Spezialisten der Tiroler Landesregierung ermöglichen, das Gefahrenpotential für diese einzige Verbindung in den Tourismus-Hotspot zu überwachen, zu bewerten und entsprechende Entscheidungen rechtzeitig zu fällen, um die Sicherheit für Einwohner und Touristen bestmöglich zu garantieren.
Mehr über RIEGL:
RIEGL ist ein weltweit führender Anbieter von Laser Scannern und Scanning Systemen für den Vermessungsbereich und liefert modernste Waveform-LiDAR Lösungen für terrestrische, industrielle, mobile, luftgestützte und UAV-basierte Anwendungen.
Seit 1978 fertigt RIEGL LiDAR Sensoren und Systeme für den kommerziellen Einsatz, die auf dem Pulslaufzeitverfahren basieren und bei unterschiedlichen Laser-Wellenlängen arbeiten.
Die von RIEGL konsequent eingesetzte Digitalisierung der LiDAR-Signale („smart waveforms“) ermöglicht Uneindeutigkeiten bei der Zuordnung von Messungen aufzulösen, Mehrfachziele pro Laserschuss zu detektieren, eine optimale Verteilung der Messpunkte zu erzielen, sowie die Ausgabe von kalibrierten Amplituden und Reflektivitätswerten.
Kontinuierliche “Innovation in 3D®” ermöglicht ein Angebot, das den Anforderungen des sich entwickelnden Marktes immer wieder aufs Neue gerecht wird.
Von Beratung und Kauf bis hin zu Schulung und Systemintegration bietet RIEGL kompetente Unterstützung und zuverlässigen Service. Verkauf, Schulung, Support und Service werden sowohl vom österreichischen Hauptsitz in Horn, NÖ, von den Büros in Wien, Salzburg, und der Steiermark als auch den RIEGL Niederlassungen in den USA, Japan, China, Australien und Kanada sowie durch ein weltweites Netz an Vertriebspartnern abgewickelt.