DE10024718C2 - Verfahren zur digitalen Erfassung von Oberflächen von Flachdächern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur digitalen Erfassung von Oberflächen von Flachdächern durch Aufnahme der Szene aus einer oder mehreren unterschiedlichen Richtungen oder Positionen zum Erhalt einer oder mehrerer Ansichten der Szene und Erstellen digitaler Bilddatensätze sowie Bestimmung von natürlichen und künstlichen Verknüpfungselementen auf der Basis der digitalen Bilddatensätze mittels eines Bildverarbeitungssystems gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 477 404 A1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Anlagendokumentation vorbekannt. Dort wird mit Hilfe eines han­ delsüblichen Fotoapparates, der zusätzlich mit einer an sich bekannten Meßgit­ terplatte versehen ist, das Anfertigen von Aufnahmen vorgenommen. Die derartig gewonnenen Fotografien werden im Anschluß digitalisiert und mit Hilfe einer CAD- Methode ausgewertet.

Zur räumlichen Darstellung einer Industrieanlage, z. B. eines Rohrleitungssystems, werden für einzelne Anlagenteile Mittellinien bestimmt und es wird aus dem Verlauf der Mittellinien über das CAD-Verfahren ein räumliches Bild der Anlage erstellt. Da­ durch, daß die Mittellinie von Anlagenteilen bewertet wird, soll erreicht werden, daß äußere Unebenheiten der betreffenden Teile, z. B. Isolierungen, die gewünschte Dokumentation nicht nachteilig beeinflussen. Zusätzlich wird auf bestimmten Anlage­ teilen eine Markierungseinrichtung angebracht. Durch diese Markierung soll eine Richtungszuordnung von Fotografien, die aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufge­ nommen wurden, möglich werden.

Weiterhin zeigt die DE 197 35 175 A1 ein Verfahren zur digitalen Erfassung räumli­ cher Szenen sowie zur Bestimmung von Objektkoordinaten. Hierbei wird zunächst ein Aufnehmen der Szene aus einer oder mehreren Positionen und/oder unterschied­ lichen Richtungen zum Erhalt von einer oder mehreren Ansichten der Szene sowie Erstellen digitaler Datensätze, die den aufgenommenen Bildern entsprechen, reali­ siert. Im Anschluß daran wird ein Bestimmen von natürlichen oder künstlichen, in der Szene vorhandenen Verknüpfungselementen auf der Basis der digitalisierten Datenmenge der Ansichten bzw. Bilder der Szene vorgenommen, wobei ein Daten­ verarbeitungssystem eine automatische Bestimmung der Verknüpfungselemente möglich macht. Ergänzend können Verknüpfungselemente durch interaktive Eingriffe vorgegeben oder selektiert werden. Durch Zuordnung der Verknüpfungselemente aus verschiedenen Bildern und Ableiten von Gleichungen für die Bestimmung der räumlichen Geometrie im System der Verknüpfungselemente, wird die Voraussetzung zur eigentlichen Geometrieermittlung des Systems der Verknüpfungselemente, gege­ benenfalls unter Rückgriff auf externe Koordinaten oder Paßpunkte geschaffen. Anhand des derart erstellten räumlichen, dreidimensionalen Modells, werden die zweidimensionalen Merkmale aus den Einzelaufnahmen in ein dreidimensionales Modell transferiert, um so eine vollständige dreidimensionale digitale Beschreibung der Szene bzw. des Objektes zu erreichen. Das nach DE 197 35 175 A1 recht auf­ wendige, mittels Parallelrechnersysteme zu realisierende, Verfahren soll es ermögli­ chen, beliebige natürliche Szenen durch Einzelpositionsaufnahmen zu erfassen, ohne daß von vornherein Paßpunkte oder ein einheitliches Koordinatensystem vorgegeben werden muß, was jedoch bei Flachdächern die dokumentationsseitig beschreibbar sind, nicht erforderlich ist.

Letztendlich ist aus der DE 43 38 280 C1 ein Verfahren zur bildgestützten Lageerfas­ sung und Kartierung unterirdischer, oberflächennaher Objekte mit einem optischen Meßgerät sowie geophysikalischen Sensoren zur Erfassung, Auswertung und Inter­ pretation geophysikalischer Daten bekannt. Mit einer hochgenauen Peilvorrichtung im Verbund mit einer Orientierungsplattform wird eine kontinuierliche, plangenaue und dreidimensionale oberirdische Lagebestimmung durchgeführt, wobei die relative Lage der Koordinatensysteme mit hoher Genauigkeit erfaßt werden müssen. Oberir­ dische und unterirdische Objektdaten werden dann in einen Zentralrechner eingege­ ben und nachträglich auf ein für digitale Kartensysteme entsprechendes Format übertragen und zur Ansicht gebracht. Die dort notwendige Sensorik sowie die ge­ naue Lage, respektive Koordinatenzuordnung, führen jedoch zu einem erheblichen Aufwand, so daß das Anwendungsgebiet der Lehre nach DE 43 38 280 C1 sehr eingeschränkt ist.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Havariemanagement in oder an Bauwerken, zum Facility-Management und zur Gebäude-Automatisierung mittels faseroptischer Sensoren wurde in der DE 197 02 126 A1 vorgeschlagen. Dort erfolgt eine laufende Messung und Bestimmung der zeitlichen Änderungen des jeweiligen linearen, flächi­ gen oder räumlichen Temperaturfeldes. Die Meßdaten werden in ein beliebiges, den Bedingungen und Aufgabenstellungen angepaßtes Modellkoordinatensystem des Gebäudes oder einzelner Raumzonen transformiert. Ein rechnergestützter Vergleich der erhaltenen Meßwerte mit einem oder mehreren Referenzmodellen dient dem Erstellen und Ermitteln von Anomalie- oder Havariewerten mittels der den Meßorten zugeordneten Darstellungen der zeitlichen Änderungen des oder der erfaßten Tem­ peraturfelder. Aufgrund dieser Werte wird dann ein Auslösen von Maßnahmen zur Beseitigung von Anomaliewerten oder zur Havariebekämpfung vorgenommen. Zur Überwachung von Dächern ist jedoch das Verfahren nach DE 197 02 126 A1 nicht oder nur beschränkt geeignet, da dies voraussetzt, daß bereits bauseitig die entsprechenden faseroptischen Sensoren bei der Verlegung des Daches eingebracht werden müssen.

Aus der JP 09061164 A ist ein photogrammetrisches Verfahren zur Feststellung von Änderungen in der Nutzung eines Geländes und von Änderungen der Gestalt von Gebäuden vorbekannt, wobei die Änderungen in Jahresperioden erfasst werden.

Die DE 198 21 690 C1 zeigt ein Überwachungssystem für externe Baustellen, bei dem standortseitig installierte Aufnahmeinrichtungen Bilddaten eines entstehenden Gebäudes erfassen und Einrichtungen zur Informationsübertragung und eine Emp­ fängerstation und empfängerseitig Einrichtungen zur automatischen Informations­ auswertung vorhanden sind. Mithilfe der dortigen Lösung können Baustellen ohne Begehungen durch Leitungspersonal von einer zentralen Stelle aus kontrolliert wer­ den.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur digi­ talen Erfassung von Oberflächen von Flachdächern, durch Aufnehmen der Szene aus einer oder mehreren unterschiedlichen Richtungen oder Positionen zum Erhalt einer oder mehrerer Ansichten anzugeben, das es gestattet, in einfacher Weise den Dach­ status auch ohne Vornahme baulicher Eingriffe zu erfassen.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Aus­ gestaltungen und Weiterbildungen umfassen.

Erfindungsgemäß werden Oberflächenszenen von Flachdächern zu unterschiedlichen Zeitpunkten, insbesondere in größeren zeitlichen Abständen, zu unterschiedlichen Jahreszeiten oder Witterungsbedingungen und/oder während und nach Niederschlä­ gen aufgenommen, wobei durch Zuordnen der jeweiligen Verknüpfungselemente, welche beispielsweise durch vorhandene Dachaufbauten, Entlüftungsrohre, Licht­ kuppeln, Dachaufstiege oder dergleichen gebildet werden, ein Dachzustandsmodell erstellbar ist, anhand dessen Schäden festgestellt werden können und das zur Ab­ schätzung und Bestimmung von Sanierungsmaßnahmen dient.

Bevorzugt wird zur Szenenerfassung eine mobile oder stationäre Kamera eingesetzt, wobei die Kamera für Strahlung im sichtbaren Bereich aber auch im Infrarot-Bereich selektiv ist, um Dachuntergrundstrukturen und mögliche Undichtigkeiten, insbeson­ dere während und nach Niederschlägen erfassen zu können. Mit Hilfe vorstehend beschriebener Maßnahme kann auch bei Entwässerungseinrichtungen am Dach der Zustand dieser, d. h. die Ablaufeigenschaften und mögliche Verstopfungen festge­ stellt werden, was zum Einleiten von Sofortmaßnahmen zur Verhinderung des Ein­ dringens von Wasser in das Gebäudeinnere von Vorteil ist.

Aus den Szenenaufnahmen kann eine Bildreihe zur visuellen Beurteilung und Zu­ standsanalyse auch in Anwesenheit des potentiellen Kunden erstellt werden, wobei anhand der Verknüpfungselemente eine automatische Bildformatanpassung erfolgt, so daß durch quasi Übereinanderlegen eine Veränderung von Teilbereichen oder Eigenschaften der äußeren Dachhaut deutlich gemacht werden kann.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, durch Online-Bildübertragung und z. B. Nutzung einer Webcam über das Internet oder ein Intranet die gewonnenen Daten zu über­ tragen, so daß quasi als Serviceleistung von einem Dritten eine laufende Dachüber­ wachung möglich ist. Die eigentliche Zustandsanalyse kann anhand eines automati­ sierten Bilddatenvergleiches durchgeführt werden, wobei die Bilddaten der aktuellen Aufnahme mit Bilddaten einer Datenbank in Bezug gesetzt werden, wobei letztere typische Schadensfälle und Schadensereignisse beinhalten.

Wie bereits erwähnt, können die Verknüpfungselemente vorhandene Dachaufbauten, Entlüftungsrohre, Lichtkuppeln, Dachausstiege oder dergleichen Einrichtungen sein, wobei aber auch zusätzlich die Möglichkeit besteht, auf dem Dach an- oder aufge­ brachte Markierungen zu nutzen.

Für den Fall, daß Zugang zu den Bauzeichnungssätzen hinsichtlich des Dachaufbaus und der Dachstruktur besteht, können diese in digitale Datensätze transformiert und für das erfindungsgemäße Verfahren nutzbar gemacht werden. Hier besteht die Mög­ lichkeit, die erwähnten bauseitigen Elemente, z. B. Entlüftungsrohre, Lichtkuppeln, Dachausstiege oder dergleichen, in besonders günstiger Weise als Verknüpfungs­ elemente zu verwenden, so daß sich die Bilddatenauswertung mit Hilfe des Verfah­ rens gemäß eingesetztem Bildverarbeitungssystems vereinfacht.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist insbesondere bei einer mobilen Ka­ mera ein Magnetkompaß integriert, um eine eindeutige Lagezuordnung der gewon­ nenen Bilddaten zur leichteren Verarbeitung zu ermöglichen. Ebenfalls kann zur Groborientierung der Lage, insbesondere bei Flachdächern großer Ausdehnungen, die Kamera mit einem GPS-System (Global Positioning System) verbunden sein.

Für jedes zu analysierende oder zu überwachende Flachdach wird im Rechner des Bildverarbeitungssystems ein internes Modell geschaffen, wobei über den zeitlichen Verlauf auftretende Veränderungen gegenüber dem Ausgangszustand durch Ver­ gleich mit den ursprünglichen Modelldaten feststellbar sind. Bei der Aktualisierung der dachspezifischen Datenbank werden dann nur Änderungsdaten, bezogen auf das Ursprungsmodell, abgespeichert, so daß sich der hardwareseitige Aufwand in Gren­ zen hält.

Erfindungsgemäß können die durch das vorgestellte Verfahren gewonnenen Daten und Analysen zum Dachzustand zur Erstellung von Leistungsverzeichnissen und/oder zur Kalkulation von Sanierungsmaßnahmen verwendet werden.

Zusammenfassend gelingt es also mit Hilfe des vorgestellten Verfahrens, unter Nut­ zung einer vorzugsweise digitalen Dachkamera, die mobil oder stationär angebracht ist, den Dachstatus, insbesondere die Oberfläche über größere Abschnitte oder im Detail visuell digital festzuhalten, um hierauf gestützt eine Bildverarbeitung zur komplexen Zustandsanalyse zu erreichen.

Wie erwähnt, werden die Bilddaten oder -datensätze in einer Bilddatenbank fest­ gehalten und es wird mit einer Mustererkennungs-Software die Zustandsanalyse durchgeführt, welche Rückschlüsse auf das Alter, den generellen Zustand der Dach­ bahn und daraus abgeleitet Sanierungsvorschläge angibt. Durch die Möglichkeit eine visuelle Zeitreihe von Bildern zu erstellen, können drohende Dachschäden frühzeitig erkannt werden, so daß entsprechende Maßnahmen zur Schadensverhinderung ein­ leitbar sind.

Weiterhin liegt es im Sinne der Erfindung, als Ergebnis des Verfahrens eine bebil­ derte Dachanalyse bereitzustellen, die im Rahmen technischer Gutachten, eines Leistungsverzeichnisses oder einer Ausschreibung als Bestandteil integrierbar ist.

Durch das vorgestellte Verfahren ist es nicht mehr notwendig, daß eine Fachkraft, z. B. ein Gutachter oder Techniker, im Rahmen eines Ortstermins zur Dachbegehung den Dachstatus durch Inaugenscheinnahme analysiert. Es hat sich nämlich gezeigt, daß derartige Analysen sehr unterschiedlich ausfallen und daß die Beschreibung des Zustandes ebenfalls stark von individuellen Ansichten und Bewertungen abhängt. Auch ist es nicht mehr erforderlich, zum Erstellen von Zeitreihen, in fest definierten Zeitabschnitten dasselbe Objekt mehrmals aufzusuchen, wodurch insgesamt eine Kostenreduzierung erreichbar ist.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Möglichkeit einer Ferndiagnose über das Internet oder ein Intranet, so daß letztendlich im Rahmen des Facility-Management eine Dachüberwachung vorgenommen werden kann. Mögliche Wasseransammlungen durch verstopfte Gullys, Fremdkörper o. ä. können rechtzeitig erkannt werden. Das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gewonnene Bildmaterial und die abgeleitete Zustandsanalyse können direkt in ein Leistungsverzeichnis eingehen, um eine Effektivierung der Ausschreibungsarbeit zu erreichen. Insbesondere bei räum­ lich getrennten Gebäudeobjekten, die nicht oder nur sehr selten von Personen auf­ gesucht werden, und die von einer Zentrale aus zu verwalten sind, erweist sich die vorgeschlagene Möglichkeit der Ferndiagnose als Vorteil.

Claims (9)

1. Verfahren zur digitalen Erfassung von Oberflächen von Flachdächern durch Aufnehmen der Szene aus einer oder mehreren unterschiedlichen Richtungen oder Positionen zum Erhalt einer oder mehrerer Ansichten der Szene und Erstellen digitaler Bilddatensätze sowie Bestimmen von natürlichen oder künstlichen Verknüpfungselementen auf der Basis der digitalen Bilddatensätze mittels ei­ nes Bildverarbeitungssystems, gekennzeichnet durch Aufnehmen der Szene zu unterschiedlichen Zeitpunkten, beispielsweise in größerem zeitlichen Abstand, zu unterschiedlichen Jahreszeiten oder Witte­ rungsbedingungen und/oder während und nach Niederschlägen, wobei durch Zuordnen der jeweiligen Verknüpfungselemente ein Dachzustandsmodell zum Feststellen von Schäden sowie zur Abschätzung und Bestimmung von Sanie­ rungsmaßnahmen berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Szenenerfassung eine mobile oder stationäre Kamera eingesetzt wird, wo­ bei die Kamera für Strahlung im sichtbaren und/oder infrarot-Bereich selektiv ist, um Dachuntergrundstrukturen und Undichtigkeiten während und nach Niederschlägen, zu erfassen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Szenenaufnahmen eine Bildreihe zur visuellen Beurteilung und Zu­ standsanalyse erstellt wird, wobei anhand der Verknüpfungselemente eine automatische Bildformatanpassung erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Online-Bildübertragung mittels einer Webcam über das Internet oder ein Int­ ranet.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Zustandsanalyse anhand eines automatisierten Bilddatenvergleichs über in ei­ ner Datenbank abgelegte Datensätze typischer Schadensfälle.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Verknüpfungselemente vorhandene Dachaufbauten, Entlüftungsrohre, Lichtkuppeln, Dachausstiege oder dergleichen Einrichtungen genutzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Verknüpfungselemente auf dem Dach aufgebrachte Markierungen Verwen­ dung finden.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je Dach ein rechnerinternes Modell geschaffen wird, wobei über den zeitlichen Verlauf Veränderungen gegenüber dem Ausgangszustand durch Vergleich mit dem ursprünglichen Modell feststellbar sind und bei der Aktualisierung der dachspezifischen Datenbank nur Änderungsdaten bezogen auf das Ur­ sprungsmodell abgespeichert werden.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Verwendung der gewonnenen Daten des Dachzustandes zur Erstellung von Leistungsverzeichnisses und/oder zur Kalkulation von Sanierungsmaßnahmen.