Die Infrastruktur der DB Netz AG bedarf regelmäßiger Kontrollmessungen aller Bahnanlagen.
Diese sind nicht immer mit den herkömmlichen Messmethoden, der Tachymetermessung in
Kombination mit der terrestrischen Laserscannmessung (TLS), vollständig und unter
Einhaltung der Genauigkeitsvorgaben der DB Station & Service AG, in Bezug auf
Messpunktabstand und relativer Punktlagegenauigkeit, durchführbar. Ziel dieser Masterarbeit
ist die Entwicklung und Umsetzung eines Verfahrens aus einer Kombination von terrestrischen
Laserscan- und Bildaufnahmen, welches robust gegen Umwelteinflüsse ist und die Einhaltung
aller Genauigkeitsvorgaben der DB Station & Service AG an schwer zugänglichen
Bahnanlagen gewährleisten kann. Dafür werden Bildaufnahmen zu verschiedenen
Beleuchtungssituationen und Graden der Überlappung zueinander getätigt. Es erfolgt eine
Auswertung mittels des Structure-from-Motion-Verfahrens (SfM) und einem Vergleich der
erzeugten Punktwolken. Verschiedene Registrierungsvarianten zur Überführung der
Punktwolken in ein einheitliches Koordinatensystem werden sowohl getestet und bewertet als
auch auf ihren Grad der Automatisierung geprüft.

Die Aufnahme der Scan- sowie Bilddaten erfolgt an einem Fußgängertunnel, welcher sich
unterhalb einer Eisenbahnüberführung in der Dresdner Heide befindet. Die zweigleisige
Eisenbahnstrecke 6212 führt von Dresden nach Görlitz. Die Versuche werden an zwei
verschiedenförmigen Objekten durchgeführt: ein Entwässerungsrohr und eine Dehnungsfuge,
welche sich innerhalb des Fußgängertunnels befinden. In Abbildung 1 ist sowohl der
Fußgängertunnel als auch der Versuchsaufbau für die Erzeugung der SfM-Punktwolke
dargestellt. Zur Verifizierung der SfM-Daten wird zusätzlich eine Laserscannermessung
durchgeführt. Die SfM-Messungen finden um 13 Uhr, 15 Uhr und 18 Uhr statt. Um 18 Uhr wird
das Rohr künstlich durch zwei Baustrahler beleuchtet.

Der Vergleich dieser SfM-Punktwolken ergibt, dass die Beleuchtungssituation und der Grad
der Überlappung keinen signifikanten Einfluss auf die Qualität der SfM-Punktwolke haben. Es
ist wichtig, dass die Aufnahmen scharf und ausreichend gut beleuchtet sind. Ob die
Beleuchtung dabei künstlich oder natürlich erfolgt, spielt dabei keine übergeordnete Rolle.
Die Registrierung der beiden Punktwolken zueinander erfolgt über die extrahierten
Mittelpunkte der Zielmarken (SW-Targets, grün) und über die Nutzung der Daten. Bei der
datengetriebenen Variante werden beide Wolken über homologe Punkte grobregistriert und
anschließend geom. Primitive separiert und mittels RANSAC die zu weit von dem geom.
Primitiv abweichenden Punkte entfernt. Die Feinregistrierung erfolgt über ICP. In Abbildung 2
ist der ermittelte Abstand der SfM-Punktwolken („beleuchtet“) sowie die Lage zu der TLS-
Messung, hier exemplarisch durch einen senkrechten Schnitt durch das Rohr, dargestellt. Die
Lage der Punktwolken (TLS weiß) wird anschließend durch Schnitte separat verifiziert. Dabei
ist der Abstand zur TLS-Punktwolke über 5 mm grau, von 3-5 mm rot und der TLS-Messung
am nächsten blau dargestellt. Die DB Station & Service AG gibt vier unterschiedliche
Detaillierungsgrade mit verschiedenen Genauigkeitsvorgaben an. Die Registrierungsvarianten
mit Zielmarken erfüllen zuverlässig den höchsten Grad. Es sind nur minimale Verschiebungen
bzw. -drehungen zur Referenz zuerkennen. Bei den Registrierungen durch die geom.
Primitiven werden unregelmäßige Ergebnisse generiert. Verschiebungen und Verdrehungen
zur TLS-Punktwolke sind weder in Größe noch in der Richtung regelmäßig. Eine Prüfung, für
welchen Detaillierungsgrad sie eingesetzt werden können, steht noch aus.

Die Kombination von terrestrischen Laserscan- und Bildaufnahmen kann zur Erfassung von
schwer zugänglichen Bahnanlagen unter Einhaltung der Genauigkeitsvorgaben der DB
Station & Service AG eingesetzt werden. Der Einsatz von künstlicher Beleuchtung ist ohne
Qualitätsverlust möglich. Die Registrierung mit Zielmarken, speziell schwarzweiße Targets,
hat sich als die beste Variante zur Überführung der Punktwolke des SfM-Verfahrens in das
Koordinatensystem der TLS-Punktwolke herauskristallisiert. Sie erfüllt die Anforderungen der
DB Station & Service AG und ist dabei sehr gut reproduzier- sowie nachvollziehbar. Eine
Optimierung für eine vollständige Automatisierung steht noch aus. Die Kombination aus
Laserscan- und Bildaufnahmen kann auch in Zukunft den immer größer werdenden
Ansprüchen an Punktdichte und Genauigkeit in der Bahnvermessung gerecht werden da noch
große Optimierungsmöglichkeiten in Qualität und Automatisierung vorhanden sind.