Rico Richter, Uta Morgenstern, Rade Hajdin, Holger Diederich, Tim Blumenfeld

• In den letzten Jahren ist eine Vielzahl neuer Verfahren für die Erzeugung von Punktwolken für ingenieurgeodätische Zwecke auf den Markt gekommen. Dies betrifft sowohl terrestrische als auch mobile und Airborne Laserscan-Messsysteme (TLS, MLS, ALS) sowie photogrammetrische Systeme auf der Basis von Drohnen (UAVs). Jedes der unterschiedlichen Messsysteme weist Vor- und Nachteile auf oder ist nur in Kombination mit herkömmlichen Verfahren einsetzbar. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist unklar, welche Systemspezifikationen für Anwendungen in der Straßenbauvermessung zweckmäßig und wirtschaftlich einsetzbar sind. Offen ist ebenfalls, inwieweit die Nutzung für anschließende Arbeitsprozesse einen Gewinn darstellt, z. B. durch georeferenzierte Punktwolken bei der Aufstellung des Entwurfs, bei der vermessungstechnischen Bauüberwachung oder bei der Bauabrechnung. Ziel des Forschungsprojektes war es zu untersuchen, für welche Anwendungen in der Straßenbauverwaltung Punktwolken sowohl unter technischen als auch unter qualitativen Gesichtspunkten eingesetzt werden können. Es wurden die Vor- und Nachteile der Erfassungsverfahren aufgezeigt sowie Spezifikationen für die Auswahl einzelner Messsysteme bzgl. der Datenerfassung, -aufbereitung und -bereitstellung zusammengestellt. Dabei wurden auch Aspekte der Verkehrssicherheit und der Reduzierung der Verkehrsbeeinträchtigung berücksichtigt und diskutiert. Über den rein ingenieurgeodätischen Aspekt hinaus sollte die Frage beantwortet werden, inwieweit die Qualität einer Punktwolke in Hinblick auf einzelne Anwendungsfälle beurteilt werden kann und ob durch den Einsatz neuer Verfahren ein Mehrwert für anschließende Arbeitsprozesse aus den Bereichen Planung, Bau und Betrieb von Straßen zu erzielen ist. Dazu erfolgte zunächst eine Darstellung der Grundlagen zur Punktwolkenerfassung, indem die Funktionsweisen der beiden wesentlichen Erfassungstechnologien zur Erzeugung von Punktwolken erläutert wurden. Anschließend galt es im Rahmen einer Anforderungsanalyse die möglichen Einsatzbereiche von Punktwolken zu beschreiben, die den einzelnen Lebensphasen eines Bauwerks zugeordnet wurden. Für die identifizierten Einsatzbereiche wurde aufgezeigt, unter welchen Voraussetzungen der Einsatz von Punktwolken einen Mehrwert liefern kann. Dazu erfolgte eine einsatzbereichsbezogene Bewertung sowie die Darstellung des mittel- bis langfristigen Nutzens des Einsatzes dieser Technologien. Weiterhin wurden verkehrssicherheitsrelevante Aspekte beim Einsatz von Drohnen entlang von Straßen thematisiert. Ein weiterer Abschnitt beinhaltete eine Marktanalyse zu den verfügbaren Hard- und Softwarekomponenten für die Erfassung und Verwendung von Punktwolken. Zuletzt erfolgte schließlich eine Beurteilung, inwiefern eine Anpassung der gültigen Regelwerke in Bezug auf den Einsatz von Punktwolken erforderlich ist. Dazu wurden die in den Lebensphasen jeweils relevanten Regelwerke gesichtet und der Anpassungsbedarf beurteilt. Zusammenfassend ist festzustellen, dass neben der Planungs- und Bauphase der Einsatz von Punktwolken insbesondere in der Betriebsphase zielführend sein kann. Für den Rückbau ergeben sich analoge Anwendungsfälle wie bei der Bauphase. Es zeigte sich, dass der frühzeitige Einsatz von Punktwolken während der Planungs- und Bauphase für weitere Anwendungsfälle im Rahmen der Betriebsphase nutzenbringend sein kann. Die Bewertung des Nutzens bzw. des Mehrwertes erfolgte zunächst im Sinne einer mittel- bis langfristigen Betrachtung als auch in Hinblick auf spezifische Einsatzbereiche. Neben dem Mehrwert wurden die bei der Erfassung auch zu berücksichtigenden juristischen Aspekte sowie der Einfluss auf den Straßenverkehr beleuchtet. Der Einsatz von Punktwolken macht insbesondere dann Sinn, wenn mehrere Fachgewerke bzw. Fachabteilungen über mehrere Lebenszyklusphasen eines Bauwerks auf die mit Hilfe von Punktwolken erzeugten Datensätze zugreifen. Dies betrifft bspw. die Inventarisierung der Straßenraumausstattung. Mit Hilfe von Punktwolken kann die räumliche Lage der einzelnen Elemente des Straßenraums sehr gut beschrieben und dokumentiert werden. Gleiches gilt für die Grundplanerstellung sowohl mit als auch ohne lärmtechnische Daten, bei denen eine Verortung von Objekten innerhalb eines größeren Analysegebiets von Bedeutung ist. Innerhalb der Betriebsphase besteht ein großes Nutzenpotential in der Verwendung von Punktwolkendaten zur Erstellung von BIM-Modellen bestehender Infrastrukturobjekte. Hierbei können die geometrischen Abmessungen der Bauwerke und Bauwerksteile mit Hilfe von (teil-)automatisierten Algorithmen identifiziert und in ein BIM-Modell integriert werden. Neben einem Überblick zu den am Markt verfügbaren Hard- und Softwaresystemen zur Erfassung und Verarbeitung von Punktwolken erfolgte auch eine Bewertung der Eignung diverser Systeme (auf Technologieebene) für die hier erörterten Einsatzbereiche. Die für die verschiedenen Themenfelder relevanten Regelwerke, Projektierungsnormen und Gesetze bzw. Verordnungen wurden zusammengetragen und beurteilt, inwieweit diese um das Thema Punktwolken ergänzt werden sollten. Insgesamt erfolgte eine Beurteilung von ca. 100 Regelwerken, Normen, Gesetzen und Verordnungen. Für die Planungsphase, insbesondere für den Bereich Vermessung, konnten die meisten Regelwerke identifiziert werden, die ggf. anzupassen sind. Zusammenfassend ist jedoch festzustellen, dass kein unmittelbarer Handlungsbedarf zur Anpassung besteht. Gleichwohl wird bei einigen Regelwerken eine Ergänzung des Themas Punktwolken im Rahmen der nächsten Überarbeitung empfohlen.
• In recent years, many new methods for the generation of point clouds for geomatics engineering have entered the market. This applies both to terrestrial as well as to mobile and airborne laser scanning measurement systems (TLS, MLS, ALS) and photogrammetric systems carried by drones (UAVs). Each of the various measurement systems has advantages and disadvantages or can only be used in combination with conventional methods. At present, it is unclear which systems are suitable and economically viable for applications in road infrastructure surveying. It is also unclear to what extent the use of georeferenced point clouds for subsequent work processes is beneficial, e.g., for the preparation of the design, for quality surveying or for final accounting. The aim of the research project was to investigate for which applications point clouds can be used by road agencies from both a technical and a qualitative point of view. The advantages and disadvantages of the surveying methods were shown and specifications for the selection of individual measurement systems regarding data acquisition, processing and provision were compiled. The aspects of traffic safety and the reduction of traffic disturbance were also considered. Beyond the purely geomatics engineering aspect, the question was to be answered to what extent the quality of a point cloud can be assessed regarding individual applications and whether added value can be achieved by new procedures for subsequent work processes in the areas of planning, construction and operation of roads. To this end, the basics of point cloud acquisition were first presented by explaining the modes of operation of the two main acquisition technologies for generating point clouds. Then, within the framework of a requirements analysis, the possible areas of application of point clouds were described, and assigned to the individual life phases of an infrastructure object. For the identified areas of application, it was shown under which conditions the use of point clouds can provide added value. In addition, application-related evaluation was carried out and the medium- to long-term benefits of the use of these technologies were presented. Furthermore, traffic safety-relevant aspects of the use of drones along roads were addressed. A market analysis of the available hardware and software components for the acquisition and use of point clouds was conducted. Finally, an assessment was made of the extent to which the applicable legislations need to be adapted regarding the use of point clouds. For this purpose, the relevant legislations in the respective life cycle phases were reviewed and the need for adaptation was assessed. In summary, it can be stated that in addition to the planning and construction phases, the use of point clouds can be useful in the operational phase. For the deconstruction phase, analogous applications arise as for the construction phase. It was shown that the early use of point clouds during the planning and construction phase can be beneficial for further applications in the operational phase. The evaluation of the medium- to long-term benefit or added value was initially carried out as well as regarding specific areas of application. In addition to the added value, the legal aspects related to the capturing process and the impact on road traffic were also examined. The use of point clouds is particularly expedient when several specialists or road agencies departments can access the data records generated with the help of point clouds throughout the life cycle of an infrastructure object. This applies, for example, to the inventory of roadside equipment. With the help of point clouds, the spatial position of the individual elements within the road perimeter can be very well described and documented. The same applies to the preparation of road layout plans, both with and without noise data, where the location of objects for the analysis of a larger perimeter is required. Within the operational phase, there is potential benefit in using point cloud data to create BIM models of existing infrastructure objects. In this regard, the geometric dimensions of the structures can be evaluated, and parts of structures can be identified with the help of (partially) automated algorithms and integrated into a BIM model. In addition to an overview of the hardware and software systems available on the market for the acquisition and processing of point clouds, an evaluation of the suitability of various systems (at the technology level) for the areas of application discussed here was also carried out. The legislations and technical standards relevant to the various topics were compiled and evaluated to what extent they should be adapted with regard to point clouds. A total of about 100 legislations and technical standards were analyzed. For the planning phase, especially in the field of surveying, most of the rules and legislations may need to be adapted. In summary, however, it can be stated that there is no immediate need to adapt them. Nevertheless, an adaptation related to point clouds is recommended in the next revision of some legislations and technical standards.