Staubsaugroboter und intelligente Thermostate gehören heute zum Alltag. Die Entwicklung selbstfahrender Autos und LKWs steht kurz vor dem Abschluss. Und autonome Systeme treffen schon ganz ohne menschliches Zutun mittels Echtzeitdaten und maschinellem Lernen wichtige Entscheidungen, was die Produktivität ankurbelt, Geschäftspotenzial freisetzt und eine besser vernetzte Welt schafft.
Die autonome Zukunft ist nicht im Kommen – sie ist schon da.
Das Leica BLK Autonomy-Portfolio ermöglicht eine völlig autonome Realitätserfassung. Unsere neuesten Geräte in diesem Segment dienen zur Automatisierung komplexer ressourcenintensiver Prozesse und erhöhen die Sicherheit. Sie nehmen dem Menschen Arbeit ab, damit er sich ganz auf das konzentrieren kann, was er am besten kann: planen, kreativ sein und neue Ideen entwickeln.
„Die Verwendung dieser Sensoren soll so einfach wie möglich sein“, formuliert Pascal Strupler, Business Director of Autonomous Reality Capture bei Hexagon Geosystems, das Ziel. „Und wir wollen dahin kommen, dass Autonomie dem Benutzer nicht nur hilft, einen perfekten Scan zu erhalten, sondern auch benutzerunabhängig funktioniert. Wenn zum Scannen kein Benutzer mehr benötigt wird, ist eine Ausweitung der Realitätserfassung wie nie zuvor möglich.“
Was bedeutet das? In diesem Blog erkunden wir die Top-Produkte unseres „BLK Autonomy“-Sensorsortiments: unseren tragbaren bildgebenden Laserscanner Leica BLK2GO, den an einem Spot-Roboter montierten Roboterträger Leica BLK ARC und den Leica BLK2FLY, unseren bildgebenden Laserscanner, der fliegt. Außerdem durchleuchten wir, wie die erfassten Daten auf der HxDR-Plattform von Hexagon genutzt werden und uns helfen, intelligente autonome Workflows und dynamische digitale Zwillinge zu schaffen, welche wir als Smart Digital Reality bezeichnen.
Los geht's.
Der Leica BLK2GO: Tragbare mobile Kartierung
Der Leica BLK2GO, unser erster „autonomer“ Scanner, stützt sich bei der Realitätserfassung noch immer auf den Menschen. Jedoch dank maschinellem Lernen und Präzisionssensoren sind keine wiederholten Setups mehr erforderlich und der Registrierungsprozess wird durch mobiles Kartieren automatisiert.
Der BLK2GO, der 420.000 Datenpunkte pro Sekunde erfasst, wird vom Anwender hochgehalten, während er sich durch den Raum bewegt. Durch die Kombination von LiDAR SLAM und Visual SLAM mit einer inertialen Messeinheit (Inertial Measurement Unit, IMU) ermöglicht der tragbare bildgebende Laserscanner volle Bewegungsfreiheit beim Kartieren und erstellt praktisch einen digitalen Zwilling eines Bereiches.
Scannen beim Gehen. Gehen beim Scannen. Einfach gesagt ist der BLK2GO die schnellste und unkomplizierteste Art, große Gebäude, Konstruktionen oder die Umgebung zu scannen. Erfahrung im Vermessen wird nicht benötigt.
„Der BLK2GO eignet sich ideal für Aufgaben, wie z. B. das Scannen zum BIM-Abgleich (Building Information Modeling), bei welchen man die Unterschiede zwischen dem, was geplant war, und dem, was tatsächlich gebaut wurde, sehen will“, erläutert Strupler. „In so einem Fall möchte man zügig durch das Bauwerk gehen.“
Das bedeutet, zugunsten von Tempo auf Detailgenauigkeit zu verzichten, doch der Kompromiss ist es wert.
„Die Qualität muss gegeben sein, aber es braucht nicht so akkurat zu werden, wie z. B. mit dem BLK360“, ergänzt Strupler. „Da geht es mehr darum, ob ein Rohr an der richtigen Stelle verlegt, bzw. ob es überhaupt verlegt wurde. Der entscheidende Punkt beim BLK2GO ist seine Effizienz.“
Vollkommene Autonomie mit dem Leica BLK ARC
Scannen mit einem Handgerät ist das Eine, aber wie wäre es, den gesamten Scanvorgang bequem vom Büro aus zu erledigen?
Die Antwort auf diese Frage gibt der Leica BLK ARC. Als autonomes Laserscanmodul für Roboter bietet der ARC – die Abkürzung steht für Autonomous Reality Capture – die Möglichkeit, Scanner und Roboter bequem per Tablet oder Smartphone zu steuern und sogar Scanmissionen einzurichten, die vollständig autonom ablaufen.
Für seinen ersten Praxiseinsatz wurde der BLK ARC in einem vierbeinigen Spot®-Roboter von Boston Dynamics integriert. Der Roboterhund patrouilliert nach vorgegebenen Missionsplänen durch die Umgebung, während der Sensor diese in 3D-Punktwolken und Panoramabildern erfasst.
Wie der BLK2GO nutzt der BLK ARC GrandSLAM-Technologie, die LiDAR SLAM, Visual SLAM und IMU verbindet. Zudem kann er ganz ohne menschliches Zutun 3D-Daten erfassen. Dazu scannt und speichert er kontinuierlich Echtzeitdaten und verbessert gleichzeitig das autonome Navigationssystem des Roboters.
Wie sich der BLK ARC durch die Umgebung arbeitet
Wo auch immer der BLK ARC auf Mission geschickt wird, dokumentiert er das Geschehen vor Ort. Das spart Zeit und schont Ressourcen bei kräftezehrenden und wiederholungsintensiven Aufgaben. Der BLK ARC erfasst komplexe Strukturen und Umgebungen vollkommen autonom, während er sich durch sein Einsatzgebiet navigiert – dabei könnte das Spektrum von Industriekomplexen und -anlagen bis hin zu Kulturerbestätten reichen. Außerdem schützt diese Lösung den Menschen in unsicheren Umgebungen, wie z. B. unterirdischen Tunneln, indem diese gefährlichen Arbeiten selbständig erledigt werden.
„Wir erkannten, dass wir mit dem BLK ARC tatsächlich in den Bereich einer autonomen Realitätserfassung, ganz ohne den Menschen, vorstoßen könnten“, stellt Strupler fest. „Und wenn das möglich ist, dann sind auch Baustellen mit einem Dock vorstellbar, an dem ein Spot-Roboter mit einem BLK ARC sitzt und täglich einen Rundgang macht, bei welchem er einfach die gesamte Baustelle erfasst. Dank der Autonomie kann die Realitätserfassung mit solchen täglichen Scans in einem Maß ausgeweitet werden, was sonst wahrscheinlich nicht machbar wäre.“
Und der Spot-Roboter ist gerade mal der erste mobile Einsatz mit integriertem BLK ARC. Dessen umfangreiche Fähigkeiten im Erfassen von Umgebungen dürften mit neuen Roboterträgern noch dazugewinnen.
Abheben mit dem Leica BLK2FLY
Nachdem dem Stativ der Laufpass gegeben und der Mensch beim Scannen am Boden verzichtbar gemacht wurde, blieb nur ein Ort übrig, der noch nicht erobert war: der Himmel.
Das führte zur Entwicklung des Leica BLK2FLY, des weltweit ersten autonomen Laserscanners, der fliegt.
Herkömmliche unbemannte Fluggeräte scannen oder fotografieren mit Nutzdaten und konvertieren diese in photogrammetrische Netze oder Punktwolken. Der BLK2FLY dagegen erstellt die Punktwolke unter vollständiger Einbindung aller Sensoren und ohne externe Nutzdaten direkt in der Luft, was ihn zu einer einzigartigen Lösung macht.
Während der BLK ARC Augen am Boden hat, bietet der BLK2FLY Augen im Himmel. Das ermöglicht eine Realitätserfassung aus der Vogelperspektive und in Großaufnahme in zuvor unzugänglichen Bereichen – denken wir nur an Dächer, Fassaden und komplexe Gebäudestrukturen. All diese kann der BLK2FLY mit ein paar Tipp- und Wischbefehlen auf einem Tablet scannen.
Als flugfähiges Gerät ist der BLK2FLY ein ausgezeichnetes Werkzeug für Gebäudevermessungen und Building Information Modelling (BIM), Konstruktionsanwendungen, die Dokumentation von Bauprozesses sowie die Erstellung digitaler Zwillinge von Gebäuden. Dieser intelligente fliegende Scanner hält immer Abstand, um Kollisionen mit den Konstruktionen und anderen Hindernissen zu vermeiden, und kommt bei Bedarf zum Wechseln der Batterie zurück.
So funktioniert's
Wie Strupler berichtet, war es nicht einfach damit getan, einen Laserscanner auf eine Drohne zu montieren. Der BLK2FLY musste genauso bedienungsfreundlich und intuitiv wie die anderen BLK-Sensoren sein – unter Einhaltung der Zulassungsanforderungen für den Betrieb von Drohnen.
Die Bedienung wurde so simpel wie möglich gehalten. Die Benutzer können in der BLK2FLY Live-App Projekte planen, bei denen das Gerät autonom fliegt und scannt, oder wenn ihnen das lieber ist, mit virtuellen Steuerknüppeln selbst zum Pilot werden. Sie klappen einfach das Gerät auseinander, drücken die Einschalttaste und beginnen mit dem Scannen. Über die Sensoren des BLK2FLY können sie den Flug in 2D oder 3D verfolgen. Dabei können sie die Flugroute sogar mitten in der Luft in Echtzeit verändern.
„Wir wollten den Betrieb so autonom wie möglich machen und den Benutzern vermitteln, dass sie keine Erfahrung im Steuern von Drohnen benötigen, um den BLK2FLY zu bedienen“, erklärt Strupler. „Deshalb sagen wir, der BLK2FLY ist ein fliegender Laserscanner, nicht einfach nur eine weitere Drohne mit einem Laser.“
HxDR und die Zukunft
Autonomy ist mehr als eine mechanische Lösung: es ist ein integratives Konzept zur Erstellung von Smart Digital Realities, das Software und komplette Workflows umfasst. Doch auf diesem Erfolg wollten wir uns nicht ausruhen.
Wir setzten unseren Weg zu Smart Digital Reality mit neuen BLK-Produkten, wie beispielsweise dem Leica BLK360 der nächsten Generation, fort, welcher sich über sein Visual Inertial System (VIS) im Raum verfolgt. Die VIS-Technologie fügt Scans im Feld automatisch in unserer Mobile-App Cyclone FIELD 360 zusammen.
Ein weiterer Schritt auf diesem Weg ist HxDR, die cloudbasierte Speicher-, Visualisierungs- und Kooperationsplattform von Hexagon für Realitätserfassungsdaten. Wenn die Benutzer ihre Scans mit dem BLK ARC oder BLK2FLY fertiggestellt haben, können sie sie gleich im Feld auf die HxDR-Plattform hochladen und sofort ansehen oder freigeben.
Für diese Plattform sind aber noch ehrgeizigere, ja sogar autonomere Funktionen geplant.
„Für mich hört Autonomie nicht beim Erfassen auf. Sie muss beim Verarbeiten der Daten weitergehen“, meint Strupler. Er wünscht sich, dass künftig auch die Registrierung und Verbindung der Scans autonom abläuft.
„Auch deshalb haben wir HxDR aus der Taufe gehoben, als eine Art Sandkasten für solche autonomen Algorithmen“, fügt er hinzu.
Tragbar. Fliegend. Robotisch. Von der zügigen mobilen Kartierung zu Fuß über Roboter-Scanmissionen am Boden bis zur nahtlosen Erfassung von Außenbereichen und Dächern aus der Luft bietet die „Leica BLK Autonomy“-Flotte flexible Scanlösungen, die Benutzern weltweit eine schnelle autonome Realitätserfassung ermöglichen. Ganz gleich, ob Sie auf dem Bau, im Planungsbüro oder im Denkmalschutz arbeiten, Leica Geosystems, Teil der Hexagon-Technologie, führt Sie an die Spitze unserer autonomen Zukunft.