Zie Nieuws

3D-kaarten maken met een rugzak

In geval van nood moet actuele informatie over de binnenkant van gebouwen direct beschikbaar zijn voor hulpverleners. UT-onderzoeker Samer Karam ontwikkelde een mobilemappingsysteem (de ITC-Backpack) dat binnen enkele minuten het interieur van gebouwen in kaart kan brengen.

Veel grote openbare gebouwen kunnen behoorlijk complex zijn om nauwkeurig in kaart te brengen. Plattegronden (2D-kaarten) geven alleen de belangrijkste informatie weer en kunnen in complexe gebouwen een warboel worden. Ze zijn dan al snel moeilijk te lezen. Tot overmaat van ramp zijn deze kaarten na elke verbouwing of renovatie verouderd. In geval van nood is het belangrijk om in één oogopslag de huidige situatie te begrijpen. Indoor 3D-kaarten kunnen de oplossing zijn.

De verspreiding van COVID-19 heeft het bewustzijn over het belang van 3D-kartering van binnenruimtes vergroot. Digitale kaarten van binnenruimtes kunnen helpen om afstand te bewaren, virtueel toerisme mogelijk te maken en beslissingen te nemen over onroerend goed zonder dat daarvoor iemand fysiek naar de locatie moet.

3D-kartering van binnenruimtes

Traditionele karteringsmethoden zijn afhankelijk van niet-verplaatsbare apparatuur, zoals laserscanners, die veel tijd nodig hebben en duur zijn. De apparatuur moet op veel verschillende posities worden opgesteld. Zo kan een nauwkeurige 3D-scan uren duren. UT-onderzoeker Samer Karam ontwikkelde voor zijn promotie de ITC-Backpack, een draagbaar mobilemappingsysteem dat snel en gedetailleerd het interieur van gebouwen kan digitaliseren.

ITC-Backpack

Het systeem bestaat uit drie 2D lichtdetectie- en afstandscanners (LIDAR) en een traagheidsmeeteenheid (IMU). De LIDAR-scanners leveren laserpunten. "Ze registreren punten op de omringende muren, het plafond en de vloer", legt Karam uit. De IMU meet de versnellingen en hoeksnelheden van de rugzak door de tijd. Deze gegevens worden gebruikt om de veranderingen in houding te schatten. Omdat wereldwijde navigatiesatellietsystemen (GNSS's) niet werken binnen gebouwen, maakt de ITC-rugzak gebruik van een algoritme voor het zogenaamde ‘Simultaneous Localization And Mapping’ (SLAM), ontwikkeld tijdens het onderzoekstraject van Karam. "Het is het op LIDAR en IMU gebaseerde SLAM dat uitgaat van vlakke structuren in de indoor gebouwde omgeving," legt hij uit.

Afbeelding 1: 3D puntenwolken en de gescande locaties.

Lussen sluiten

Het maken van een 3D-kaart uit deze 2D-datapunten bleek lastig. "De sensorruis, fouten in de pose-schatting en de complexiteit van sommige gebouwen resulteren na verloop van tijd in een afwijking," zegt Karam. "Toen ik in het ITC-gebouw rond de eerste verdieping liep en terugkwam op de startplaats, dupliceerde het systeem de muren van de gang met deze afwijking. Om dit op te lossen heb ik een specifieke techniek ontwikkeld die ervoor zorgt dat het rugzaksysteem de eerder bezochte plaatsen herkent, de afwijking corrigeert en daarmee de gelopen lus sluit."

Testen van het systeem

De rugzak werd getest in verschillende openbare binnenomgevingen met verschillende niveaus van complexiteit. Karam testte de ITC-Backpack in het gebouw van het Instituut voor Geodesy and Photogrammetry van de Universiteit van Braunschweig in Duitsland, het gebouw van de brandweer in Haaksbergen en verschillende gebouwen van de Universiteit Twente. "Ik heb het systeem zelfs gevalideerd in de hal waar ik mijn proefschrift heb verdedigd", aldus Karam.

Meer informatie

Samer Karam was promovendus bij de afdeling Earth Observation Sciences (EOS; faculteit ITC). Zijn promotoren waren prof.dr. George Vosselman en dr. Ville Lehtola van de faculteit ITC. Karam verdedigde zijn proefschrift, getiteld ‘Developing a SLAM-based Backpack Mobile Mapping System for Indoor Mapping’, op 27 oktober. Hij werkt momenteel bij de afdeling Earth Systems Analysis (ESA; faculteit ITC) als postdoctoraal onderzoeker in het Ingenious-project. Dat project is sterk gericht op het gebruik van drones om het werk van eerstehulpverleners veiliger en doeltreffender te maken. Het project wordt gefinancierd door het onderzoeks- en innovatieprogramma Horizon 2020 van de Europese Unie en de Koreaanse regering. Karam is verantwoordelijk voor de ontwikkeling van een microdrone om gebieden in kaart te brengen die om veiligheidsredenen ontoegankelijk zijn, zoals gevaarlijke locaties.

K.W. Wesselink MSc (Kees)
Wetenschapscommunicatiemedewerker (aanwezig ma-vr)