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Messeigenschaften des Unterwasser-Laserscanners ULi: Untersuchung temperaturbedingter Effekte

Measurement Characteristics of the Underwater Laser Scanner ULi: Investigation of Temperature-related Effects

Ellen Heffner, Clemens Semmelroth, Annika L. Walter, Harald Sternberg

Im Bereich Deformationsmonitoring und Schadensbegutachtung gibt es bisher nur wenige Ansätze für hochpräzise Methoden unter Wasser. Akustische Sensoren eignen sich aufgrund ihrer limitierten Auf­lösung im Zentimeterbereich nur für großskalige Schadensdetektionen, optische Messmethoden hingegen versprechen eine detailreichere Auflösung. Das Underwater LiDAR-System (ULi) bietet eine aktive optische Messmethode in Form eines Unterwasser-Laserscanners zur 3D-Erfassung von Unterwasserstrukturen. Vorangegangene Untersuchungen zeigen eine Messpräzision im Millimeterbereich und maximale Mess­distanzen im Bereich der einfachen bis doppelten Sichtweite im Wasser. Mit bis zu 100 000 Messpunkten pro Sekunde ist ULi vergleichbar zu terrestrischen Laserscannern und bietet das Potenzial für hochaufge­ löstes Zustands- und Deformationsmonitoring von z. B. Unterwasserbauwerken. ULi-Messungen werden jedoch, ähnlich zu terrestrischen Laserscannern, von zahlreichen geräte- und umgebungsbedingten Faktoren beeinflusst. So lassen sich Einflüsse abhängig von Umgebungstemperatur im Millimeterbereich und Aufwärmeffekte von einigen Minuten bis zur Stabilisierung des Lasers feststellen. Für Untersuchungen temperaturbedingter Messeigenschaften der Sensorik wurden Messungen in einer kontrollierten Labor­ umgebung mit unterschiedlichen Wassertemperaturen durchgeführt. Zudem wird das Messverhalten des Lasers über 30 Minuten Aufwärmphasen durch sukzessive Scans analysiert und beschrieben. Dieser Beitrag liefert eine erste Quantifizierung der thermischen Einflüsse und bestätigt, dass bei hochpräzisen Unterwasser-Laserscanning-Anwendungen die Temperatur berücksichtigt werden muss.

In the field of deformation monitoring and damage assessment, there have been few approaches to high-precision underwater methods so far. Due to their limited resolution in the centimeter range, acoustic sensors are suitable only for large-scale damage detection, whereas optical measurement methods promise higher resolution and greater detail. The Underwater LiDAR System (ULi) offers an active optical measurement method in the form of an underwater laser scanner for 3D mapping of underwater structures. Previous studies show measurement precision in the millimeter scale and maximum measurement distances ranging from one to two times the visibility range in water. With up to 100 000 measurement points per second, ULi is comparable to terrestrial laser scanners and offers the potential for high-resolution condition and deformation monitoring of, for example, underwater constructions. However, similar to terrestrial laser scanners, ULi measurements are influenced by numerous factors related to the equipment and the environment. For example, effects related to ambient temperature can be observed in the millimeter range, and warm-up effects can take several minutes until the laser stabilizes. To investigate temperature-dependent measurement characteristics of the sensor system, measurements were conducted in a controlled laboratory environment with varying water temperatures. In addition, the laser’s measurement behavior during 30-minute warm-up phases is analyzed and described through successive scans. This paper provides an initial quantification of thermal influences and confirms that temperature must be taken into account in high-precision underwater laser scanning applications.

DOI: 10.14627/avn.2026.4.3
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