Eine Anleitung zum Extrahieren von Eisenbahnschienen aus Lidar-Daten

Die präzise Kartierung von Eisenbahnkorridoren ist unerlässlich für zuverlässige Instandhaltung, Bauwerksplanung und effektive Änderungserkennung. Mit den Werkzeugen von Global Mapper Pro zur Punktwolkenverarbeitung, Geländeanalyse und automatisierten Bruchkantenextraktion wird die Eisenbahnanalyse effizient und benutzerfreundlich – unabhängig davon, ob Ihre Daten aus einer Drohnenvermessung oder einem bestehenden digitalen Höhenmodell (DHM) stammen.

Datenanforderungen für die Eisenbahnanalyse

Für die Durchführung eines Workflows zur Extraktion von Schienenmerkmalen benötigen Sie ein hochauflösendes digitales Höhenmodell (DEM). Falls Sie noch kein Geländemodell besitzen, können Sie eines aus einer Punktwolke generieren oder mithilfe von Pixels to Points sogar eine Punktwolke aus Drohnenbildern erstellen . Wenn Sie Ihren Photogrammetrie-Workflow aufbauen oder optimieren möchten, nutzen Sie unsere Selbstlernkurse und weiteren Ressourcen.

Vorbereitung Ihrer Punktwolke

Ausgehend von einer Punktwolke besteht der erste Schritt darin, mithilfe des Höhenraster-Werkzeugs ein digitales Höhenmodell (DEM) zu erstellen. Vor Beginn der Rasterung ist es hilfreich, die Daten zuzuschneiden und zu klassifizieren, um die Verarbeitungszeit zu verkürzen und den Arbeitsablauf zu vereinfachen. 

Da sich dieser Workflow ausschließlich auf die Gleise konzentriert, können die umliegenden Bereiche entfernt werden. Um Ihre Daten zuzuschneiden, öffnen Sie das Digitizer Toolset und zeichnen Sie ein Flächenmerkmal um die Gleise. Wählen Sie anschließend dieses neue Merkmal aus und verwenden Sie das Werkzeug „Auf ausgewählte Bereiche zuschneiden “.

Falls Sie die Daten nicht beschneiden, aber dennoch die Verarbeitung einschränken möchten, verfügen viele der in diesem Workflow verwendeten Tools über eine Registerkarte „Grenzen“, mit der Sie Operationen auf einen definierten Bereich beschränken können.

Um eine Punktwolke weiter zu bereinigen, empfiehlt es sich, die Bodenpunkte zu klassifizieren und unnötige Objekte wie Bäume, Gebäude oder Lärmquellen auszuschließen. Es ist wichtig sicherzustellen, dass die Schienen als Boden markiert und nicht vom Klassifizierungsprozess ausgeschlossen werden. 

Von Lidar zu DEM

Nachdem die Punktwolke zugeschnitten und klassifiziert wurde, verwenden Sie das Werkzeug „Höhenraster erstellen“ , um das für die Bruchkantenextraktion benötigte digitale Höhenmodell (DEM) zu generieren. Dadurch entsteht eine durchgehende Oberfläche, die das Bruchkantenwerkzeug auf Neigungs- und Höhenänderungen hin untersucht, um Gleisverläufe zu identifizieren. Beachten Sie, dass das Bruchkantenwerkzeug nur mit einem Oberflächenmodell, nicht mit einem Netz, arbeitet. In diesem Dialogfeld kann die Punktwolke nach Klassifizierung gefiltert werden, sodass nur Bodenpunkte verwendet werden. Dies ist zwar optional, führt aber in der Regel zu einer saubereren Referenzoberfläche.

Damit der restliche Workflow korrekt funktioniert, müssen die Basisdaten hochauflösend genug sein, damit die Schienen als deutliche Höhenangabe erkennbar sind (siehe Abbildungen unten). Überprüfen Sie mithilfe des Pfadprofil- Werkzeugs, ob das Raster diese Höhenänderung korrekt darstellt.

Schienenextraktion

Das Werkzeug „Bruchkanten generieren“ bietet drei Extraktionsmethoden, darunter Optionen zur Identifizierung der Kanten ebener Flächen oder Bereiche mit gleichmäßigem Gefälle. Für diese Eisenbahnanalyse liegt der Fokus auf der Methode „ Bruchkanten an beliebigen Oberflächenbrüchen finden“ . Diese Methode identifiziert Bruchkanten entlang von Krümmungsänderungen basierend auf dem ausgewählten Rastertyp. Im Dialogfeld „Bruchkanten einrichten“:

1. Krümmungsrastertyp: Profil – Erzeugt Linien, die parallel zu den Schienen verlaufen. 
2. Schwellenwert für Kantenerkennung: ~500 – Steuert, wie steil ein Gefälle für die Gewinnung sein muss. Durch Verschieben des Schwellenwertreglers weit nach rechts lassen sich die für Schienen typischen scharfen, nahezu vertikalen Kanten besser isolieren.
3. Edge-Connect-Schwellenwert: <300 – Beeinflusst, wie das Tool mit kleineren Unstimmigkeiten umgeht. Niedrigere Werte führen zu längeren, durchgehenderen Bruchkanten.

Die Bruchkanten, die die extrahierten Schienenmerkmale darstellen, sind gelb.

Fehlerbehebung bei Bruchkanten

Falls die extrahierten Bruchkanten fragmentiert oder unvollständig erscheinen, erstellen Sie ein Krümmungsraster, um Ihre Einstellungen zu testen und zu visualisieren. Der Workflow für die Bruchkanten basiert auf einem Krümmungsraster, das aus Ihren Höhendaten abgeleitet wird. Die direkte Generierung eines solchen Rasters hilft Ihnen zu verstehen, wie sich Rasterauflösung und -methode auf die Ergebnisse auswirken.

Erstellen Sie Raster in verschiedenen Auflösungen – beispielsweise ein 1-Meter-Raster und anschließend ein 0.1-Meter-Raster – und vergleichen Sie die Ergebnisse. Die Schienen sollten in der Schwarz-Weiß-Krümmungsdarstellung deutlich erkennbar sein. Falls keine Strukturen erkennbar sind und das Bild wie Fernsehrauschen aussieht, passen Sie die Parameter für Krümmung und Bruchlinie an.

Abschließend ist zu prüfen, ob das zugrunde liegende Höhenraster eine ausreichende Auflösung aufweist, damit die Schienen als deutliche Merkmale erkennbar sind; ohne diese Details bleibt die Bruchkantenextraktion unzuverlässig.

Krümmungsraster: 0.1 m (links) und 1 m (rechts)

Die Extraktion von Gleisbruchkanten aus Höhendaten ist eine effektive Methode, um die Genauigkeit von Eisenbahnanalysen, Instandhaltungsplanungen und Änderungsermittlungen zu verbessern. Durch die Erstellung einer sauberen Punktwolke, die Generierung eines hochauflösenden digitalen Geländemodells (DEM) und die Feinabstimmung der Bruchkanteneinstellungen lassen sich Gleismerkmale zuverlässig modellieren und extrahieren. 

Global Mapper Pro optimiert jeden Schritt dieses Workflows und macht ihn zugänglich und zuverlässig, egal ob Sie mit Drohnenbildern, LiDAR-Punktwolken oder vorhandenen Höhendaten arbeiten. Integrieren Sie Global Mapper Pro noch heute in Ihren Workflow.