This diploma thesis is focused on determine the characteristics of accuracy of the terrestrial laser scanner FARO Focus 3D S120. It is validated the recommended distance between the objects (targets and spheres) and the terrestrial scanner. Next it is tested accuracy of the Cartesian coordinates X, Y, Z measured by laser scanning with resolution 1/2. At the end it is investigated the accuracy of the area determination in X coordinate gained by the scanning of a smooth slightly curved surface.

Research on forest ecosystems receives high attention, especially nowadays with regard to sustainable management of renewable resources and the climate change. In particular, accurate information on the 3D structure of a tree is important for forest science and bioclimatology, but also in the scope of commercial applications. Conventional methods to measure geometric plant features are labor- and time-intensive. For detailed analysis, trees have to be cut down, which is often undesirable. Here, Terrestrial Laser Scanning (TLS) provides a particularly attractive tool because of its contactless measurement technique. The object geometry is reproduced as a 3D point cloud. The objective of this thesis is the automatic retrieval of the spatial structure of trees from TLS data. We focus on forest scenes with comparably high stand density and with many occlusions resulting from it. The varying level of detail of TLS data poses a big challenge. We present two fully automatic methods to obtain skeletal structures from scanned trees that have complementary properties. First, we explain a method that retrieves the entire tree skeleton from 3D data of co-registered scans. The branching structure is obtained from a voxel space representation by searching paths from branch tips to the trunk. The trunk is determined in advance from the 3D points. The skeleton of a tree is generated as a 3D line graph. Besides 3D coordinates and range, a scan provides 2D indices from the intensity image for each measurement. This is exploited in the second method that processes individual scans. Furthermore, we introduce a novel concept to manage TLS data that facilitated the researchwork. Initially, the range image is segmented into connected components. We describe a procedure to retrieve the boundary of a component that is capable of tracing inner depth discontinuities. A 2D skeleton is generated from the boundary information and used to decompose the component into sub components. A Principal Curve is computed from the 3D point set that is associated with a sub component. The skeletal structure of a connected component is summarized as a set of polylines. Objective evaluation of the results remains an open problem because the task itself is ill-defined: There exists no clear definition of what the true skeleton should be w.r.t. a given point set. Consequently, we are not able to assess the correctness of the methods quantitatively, but have to rely on visual assessment of results and provide a thorough discussion of the particularities of both methods. We present experiment results of both methods. The first method efficiently retrieves full skeletons of trees, which approximate the branching structure. The level of detail is mainly governed by the voxel space and therefore, smaller branches are reproduced inadequately. The second method retrieves partial skeletons of a tree with high reproduction accuracy. The method is sensitive to noise in the boundary, but the results are very promising. There are plenty of possibilities to enhance the method’s robustness. The combination of the strengths of both presented methods needs to be investigated further and may lead to a robust way to obtain complete tree skeletons from TLS data automatically. / Die Erforschung des ÖkosystemsWald spielt gerade heutzutage im Hinblick auf den nachhaltigen Umgang mit nachwachsenden Rohstoffen und den Klimawandel eine große Rolle. Insbesondere die exakte Beschreibung der dreidimensionalen Struktur eines Baumes ist wichtig für die Forstwissenschaften und Bioklimatologie, aber auch im Rahmen kommerzieller Anwendungen. Die konventionellen Methoden um geometrische Pflanzenmerkmale zu messen sind arbeitsintensiv und zeitaufwändig. Für eine genaue Analyse müssen Bäume gefällt werden, was oft unerwünscht ist. Hierbei bietet sich das Terrestrische Laserscanning (TLS) als besonders attraktives Werkzeug aufgrund seines kontaktlosen Messprinzips an. Die Objektgeometrie wird als 3D-Punktwolke wiedergegeben. Basierend darauf ist das Ziel der Arbeit die automatische Bestimmung der räumlichen Baumstruktur aus TLS-Daten. Der Fokus liegt dabei auf Waldszenen mit vergleichsweise hoher Bestandesdichte und mit zahlreichen daraus resultierenden Verdeckungen. Die Auswertung dieser TLS-Daten, die einen unterschiedlichen Grad an Detailreichtum aufweisen, stellt eine große Herausforderung dar. Zwei vollautomatische Methoden zur Generierung von Skelettstrukturen von gescannten Bäumen, welche komplementäre Eigenschaften besitzen, werden vorgestellt. Bei der ersten Methode wird das Gesamtskelett eines Baumes aus 3D-Daten von registrierten Scans bestimmt. Die Aststruktur wird von einer Voxelraum-Repräsentation abgeleitet indem Pfade von Astspitzen zum Stamm gesucht werden. Der Stamm wird im Voraus aus den 3D-Punkten rekonstruiert. Das Baumskelett wird als 3D-Liniengraph erzeugt. Für jeden gemessenen Punkt stellt ein Scan neben 3D-Koordinaten und Distanzwerten auch 2D-Indizes zur Verfügung, die sich aus dem Intensitätsbild ergeben. Bei der zweiten Methode, die auf Einzelscans arbeitet, wird dies ausgenutzt. Außerdem wird ein neuartiges Konzept zum Management von TLS-Daten beschrieben, welches die Forschungsarbeit erleichtert hat. Zunächst wird das Tiefenbild in Komponenten aufgeteilt. Es wird eine Prozedur zur Bestimmung von Komponentenkonturen vorgestellt, die in der Lage ist innere Tiefendiskontinuitäten zu verfolgen. Von der Konturinformation wird ein 2D-Skelett generiert, welches benutzt wird um die Komponente in Teilkomponenten zu zerlegen. Von der 3D-Punktmenge, die mit einer Teilkomponente assoziiert ist, wird eine Principal Curve berechnet. Die Skelettstruktur einer Komponente im Tiefenbild wird als Menge von Polylinien zusammengefasst. Die objektive Evaluation der Resultate stellt weiterhin ein ungelöstes Problem dar, weil die Aufgabe selbst nicht klar erfassbar ist: Es existiert keine eindeutige Definition davon was das wahre Skelett in Bezug auf eine gegebene Punktmenge sein sollte. Die Korrektheit der Methoden kann daher nicht quantitativ beschrieben werden. Aus diesem Grund, können die Ergebnisse nur visuell beurteiltwerden. Weiterhinwerden die Charakteristiken beider Methoden eingehend diskutiert. Es werden Experimentresultate beider Methoden vorgestellt. Die erste Methode bestimmt effizient das Skelett eines Baumes, welches die Aststruktur approximiert. Der Detaillierungsgrad wird hauptsächlich durch den Voxelraum bestimmt, weshalb kleinere Äste nicht angemessen reproduziert werden. Die zweite Methode rekonstruiert Teilskelette eines Baums mit hoher Detailtreue. Die Methode reagiert sensibel auf Rauschen in der Kontur, dennoch sind die Ergebnisse vielversprechend. Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten die Robustheit der Methode zu verbessern. Die Kombination der Stärken von beiden präsentierten Methoden sollte weiter untersucht werden und kann zu einem robusteren Ansatz führen um vollständige Baumskelette automatisch aus TLS-Daten zu generieren.

Kubhörnsreflektorer används som måltavlor med kontinuerlig och identifierbar reflekterad signalstyrka vid fjärranalys, bland annat för tekniken ”interferometric synthetic aperture radar” [InSAR]. Kubhörnsreflektorer tillämpas exempelvis för bevakning av sättningar i jordytan och kalibrering av [SAR]-system (”synthetic aperture radar”). Hur starkt en kubhörnsreflektor reflekterar satellitsignaler anges med ”radar cross section” [RCS], som minskar vid deformationer såsom avvikelse från ortogonalitet mellan reflektorplåtar, buktighet och ytoregelbundenheter. Därmed är det viktigt att kunna mäta och analysera sådana deformationer. Studiens syfte var att undersöka hur väl fotobaserad skanning [FBS] och terrester laserskanning [TLS] kan användas för att göra deformationsmätningar på kubhörnsreflektorer. En problematik med kubhörnsreflektorer är att ytorna vanligtvis är reflekterande och texturlösa.  Skanningen genomfördes i fältmiljö och FBS gjordes med en systemkamera. FBS-tekniken som användes i studien är baserad på Structure-from-Motion [SfM], vilket automatiserar bildmatchning och 3D-modellering. TLS utfördes med en Leica C10 på kort avstånd, cirka 2 m, från kubhörnsreflektorerna. Insamlade punktmoln segmenterades till separata punktmoln motsvarande de enskilda reflektorplåtarna och referensplan skapades för dessa. Referensplanen användes för att mäta vinklar mellan reflektorplåtar i alla punktmoln, med uppmätta avvikelser från ortogonalitet på 0–0,8°. Buktighet mättes som avstånd mellan plåtarnas punktmoln och referensplan och varierade mycket mellan de två reflektorernas sidor och mellan TLS och FBS, i ett spann från 0 till 6 mm. Ytoregelbundenheter i form av popnitar med storlek 0,6 mm kunde mätas i FBS-punktmoln. Mätosäkerheten var generellt något lägre för deformationsmätningar utifrån TLS jämfört med FBS i studien. Både TLS och FBS har begränsningar vid skanning av kubhörnsreflektorer på grund av reflektorernas ytegenskaper. För FBS kan dessa problem minskas med åtgärder i fält, såsom extra fokuspunkter och artificiell yttextur. TLS-resultat påverkades av infallsvinkeln mot reflektorplåtarna vid skanningen, eftersom en stor infallsvinkel leder till få returer och för liten infallsvinkel riskerar att leda till returer med hög intensitet (och felaktig position). Uppmätt deformation i studien skulle motsvara som mest en förlust på strax över en fjärdedel av det maximala RCS-värdet för den studerade reflektortypen. Den största RCS-förlusten i den här studien berodde på uppmätt buktighet i bottenplåten, i kontrast med att RCS-värdet enligt tidigare studier anses mer känsligt för avvikelse från ortogonalitet mellan reflektorplåtar. / Corner reflectors are used as targets with a continuous and identifiable reflected signal in remote sensing, commonly used with interferometric synthetic aperture radar [InSAR]. Corner reflectors are applied for monitoring crustal changes and calibrating synthetic aperture radar [SAR]-systems. The strength of the reflected radar signal is measured with radar cross section [RCS]. The RCS decreases if the reflector has deformations, such as deviation from orthogonality of the reflector plates, the plate curvature and surface irregularities. Therefore, it is important to be able to measure and analyse these kinds of deformations. The aim of this study was to examine how well close-range photogrammetry [CRP] and terrestrial laser scanning [TLS] can be used to measure deformations of corner reflectors. A problematic aspect of corner reflectors are their surfaces, that usually are reflective and textureless.  Scanning was conducted in a field environment and CRP was performed with a digital camera. The CRP-technique used in this study is based on Structure-from-Motion [SfM], which automates the image matching and 3D-modeling. TLS was done with a Leica C10 at short range from the corner reflector, about 2 m. The point clouds were segmented into separate point clouds for each reflector plate and reference planes were fitted to them. The reference planes were used to measure angles between reflector plates, with measured deviations from orthogonality between 0-0,8°. Plate curvature was measured as the distance from the point cloud to the reference plane and varied between the reflector sides and between TLS and CRP, in an interval from 0 to 6 mm. Surface irregularities in the shape of pop rivets, 0,6 mm in size, could be measured in the CRP-point clouds. Measurement uncertainties were generally lower in measurements based on TLS compared to CRP. Both TLS and CRP have limitations when scanning corner reflectors, caused by surface properties of the corner reflector. These problems can be reduced for CRP with certain field measures, such as extra focus points and artificial surface texture. The TLS results were affected by the incident angle while scanning, since a large incident angle leads to few return pulses and a too small incident angle may lead to returns with high intensity (and incorrect position). Measured deformation in this study would be equivalent to a reduction of RCS slightly above one fourth of the maximum RCS-value for the studied corner reflector type. In contrast to earlier studies, which say that RCS is most sensitive to lack of orthogonality between the plates, the largest reduction of RCS in this study was caused by the measured plate curvature of the bottom plate.

The use of virtual reality in engineering tasks, such as in virtual commissioning, has increased steadily in recent years, where a robot, machine or object of interest can be simulated and visualized. Yet, for a more immerse experience, an environment for the object in question needs to be constructed. However, the process for creatingan accurate environment, for a virtual simulation have remained a costly and a long endeavour. Because of this, many digital simulations are performed, either with no environment at all, or present a very basic and abstract representation of an intended environment.The aim of this thesis is to investigate if technologies such as LiDAR and digital photogrammetry could shorten the environment creation process. Therefore, a demonstrative virtual environment was created and analysed, in which the different technologies was investigated and presented in the form of a comprehensive review of the current state of the technologies with in digital recreation. Lastly, a technique specific evaluation of the time requirement, cost and user difficulty was conducted. As the field of LiDAR and digital photogrammetry is too vast to investigate all forms thereof within one project, this thesis is limited to the investigation of static laser scanners and wide lens camera photogrammetry. A semi industrious locale was chosen for digital replication, which through static laser scans and photographs would generate semi-automated 3D models.The resulting 3D models leave much to be desired, as large holes were present throughout the 3D models, sincecertain surfaces are not suitable for neither replication processes. Transparent and reflective surfaces lead to ripple effects within the 3D models geometry and textures. Moreover, certain surfaces, as blank areas for photogrammetry or black coloration for laser scanners led to missing features and model distortions.Yet despite the abnormalities, the majority of the test environment was successfully re-created. An evaluation of the created environments was performed, which list and illustrate with tables and figures the attributes, strengths and weaknesses of each technique. Moreover, technique specific limitations and a spatial analysis was carried out. With the result, seemingly illustrating that photogrammetry creates more visually accurate 3D models in comparison to the laser scanner, yet the laser scanner produces a more spatially accurate result. As such, a selective combination of the techniques can be suggested.Observations and interviews seem to point towards the full scale application, in which an accurate 3D model is re-created without much effort, to currently not exist. As both photogrammetry and static laser scanning require great effort, skill and time in order to create a seemingly perfect solid model. Yet, utilizing either, or both techniques as a template for 3D object creation could reduce the time to create an environment significantly.Furthermore, methods such as digital 3D sculpting could be used in order to remove imperfections and create what is missing from the digitally constructed 3D models. Thereby achieving an accurate result.

Laserskanning har blivit en vanlig metod för dokumentation, övervakning, underhåll och ut­veckling av olika industrimiljöer. Särskilt för inmätning och visualisering av komplexa rörledningar på industrianläggningars tak är punktmoln från laserskanning ett viktigt verktyg för att på ett enkelt sätt hitta potentiella platser för installation av nya rörledningar. Detta examensarbete genomfördes i samarbete med konsultbolaget Swecos mätningsgrupp i Karlstad och undersökte om det är möj­ligt att ersätta punktmoln från terrester laserskanning med punktmoln skapade med flygbilder tagna med UAS (Unmanned Aerial System) för dokumentering av komplexa rördragningar på industritak. Studien genomfördes på ett mindre område (5x25 m) på reningsverket i stadsdelen Sjöstad (Sjö­stadsverket) i Karlstad. Området innehöll omfattande rörledningar i olika dimensioner och andra detaljer såsom rattar, flänsar och gallerluckor. Detta område ansågs därför vara lämpligt att använda för studiens syfte och tillträdet förutsatte dessutom inte omfattande och dyra säkerhetsutbildningar. Undersökningen genomfördes genom markering av ett sextiotal kontrollpunkter som sedan mättes in med totalstation i ett lokalt referenssystem. Bakåtobjekten användes även som fästpunkter för sfäriska måltavlor under laserskanningen. Dessutom mättes även målade markstödsignaler på bet­ongen in i samband med detta för att möjliggöra en georeferering av flygbilderna. Därefter genom­fördes terrester laserskanning inom undersökningsområdet från nio uppställningar med varierande instrumenthöjder samt två UAS-flygningar med flygfotografering från tio respektive 22 m flyghöjd. Efterbearbetningarna började med att etablera ett lokaltreferenssystem, vilket användes för geo­referering av både laserskanningspunkmolnet samt respektive flygfotograferingspunktmoln. De er­hållna lokala koordinaterna för kontrollpunkterna i respektive punktmoln jämfördes gentemot de totalstationsinmätta koordinaterna för att analysera lägesosäkerheten. Punktmolnet från terrester laserskanning innehöll 55 tydligt identifierbara kontrollpunkter medan punktmolnen från UAS-flygningen visade 53 respektive 22 identifierbara kontrollpunkter. Den kvadratiska medelavvikelsen (RMS) i 3D för dessa punkter uppgick till 8 mm i laserskann­ingspunktmolnet respektive 25 mm för båda flygbildspunktmoln. Efter detta analysmoment valdes punktmolnet från flygningen på 22 m höjd bort inför de fortsatta analyserna då cirka två tredjedelar av kontrollpunkterna inte var identifierbara. Även mät- och lägesosäkerheten från flygbildspunktmolnet från tio meters höjd visade sig dock i början vara otillräckligt för att kunna ersätta terrester laserskanning med flygfotografering med UAS. Ändå tillät detaljeringsgraden en identifiering av ett stort antal kontrollpunkter och vidare analyser visade att den stora lägesosäkerheten främst berodde på kontrollpunkter kopplade till vissa detaljtyper (dolda stödben och omarkerade bultar). En nyberäkning av lägesosäkerheten utan dessa kontrollpunkter gav betydligt bättre värden för lägesosäkerhet inom flygbildspunktmolnet från tio meters höjd, ett RMS i 3D på 12 mm. Eftersom användningarna där Sweco skulle vilja ersätta terrester laserskanning med flygfoto­graf­ering inte kräver en detaljnivå på bultstorlek visade sig därmed flygfotografering med UAS som en lämplig alternativ metod för att dokumentera komplexa rördragningar på industritak. / This study explored the possibility of using aerial photography from Unmanned Aerial Systems (UAS) as a replacement for terrestrial laser scanning in documenting complex pipeline systems on industrial roofs. The research, conducted in collaboration with Sweco's survey group in Karlstad, focused on visual qualities and positional uncertainty in point clouds generated by terrestrial laser scanning and aerial photography. Control points were marked and surveyed using a total station, then terrestrial laser scanning and UAS-aerial photography was performed to generate point clouds. Analysis revealed that the aerial photography at 22 m altitude was not suitable due to unrecognizable control points. However, the aerial photography at 10 m altitude, after excluding certain types of control points, showed improved positional uncertainty. As the desired applications did not require fine-level detail, UAS aerial photography proved to be a suitable alternative for documenting complex pipeline systems on industrial roofs.

Byggnadsinformationsmodellering (BIM) som begrepp har existerat i mer än 20 år och arbetssätt som innefattar BIM är fortfarande ett område i stark utveckling. BIM är ett arbetssätt som använder sig av digitala modeller med särskilt fokus på att knyta an- och dela information. En BIM-integrering medför en stor kostnad vilket har begränsat arbetssättet till de större företagen. Därav har det inte spridits till de mindre företagen i samma omfattning.  Denna fallstudie använde sig av en Trimble X12 och terrester laserskanning som metod för att utforska möjligheterna kring digital integrering hos ett mindre tillverkningsföretag. Detta skedde genom att skapa en nerskalad BIM-modell över en utvald CNC-maskin med dess tillbehör med hjälp av punktmoln och RGB-bilder i mjukvaran Autodesk Inventor. Datainsamling, utförandet och analys av punktmolnskvalitet genomfördes med hjälp av en kvantitativ process. RMS (Root Mean Square) beräknades genom att ta referensmått på CNC-maskinen med måttband för jämförelse med mått i punktmoln. Informationen till den nerskalade BIM-modellen utformades efter företagets behov. Med hjälp av semistrukturerade intervjuer hämtades information in gällande BIM och digitala tvillingar i form av tillvägagångsätt, metodutförande och utmaningar. Punktmolnet bearbetades i Autodesk ReCap för vidare modellering och hade ett medelöverlapp på 56 %, medelosäkerhet på 0,5 mm med ett RMS-värde på CNC-maskinens punktmoln på 6,5 mm. Terrester laserskanning visar sig vara otillräcklig för att noggrannt skanna in den utvalda CNC-maskinen, då den har flera reflektiva och mörka ytor. Detta förhindrar en låg osäkerhetsnivå. Studien föreslår därav andra möjliga alternativ som kan komplettera TLS för att förbättra punktmolnets kvalitet, men som kräver ytterliggare forskning. BIM-modellen berikades med information med hjälp av en ritningsfunktion i Autodesk Inventor i PDF-format. Ritningar presenteras i olika vyer tillsammans med informationstabeller och dimensionsmått efter företagets val av information. Ritningarna, BIM-modeller och arbetssätt utvärderades med företaget i fråga. BIM-modellen visade sig vara detaljmässigt överflödig för företagets intressen. Modellen tog två veckor att framarbeta, vilket anses vara för kostsamt för företaget i fråga. Men den information som modellen var berikad med gav positiva tankar kring framtida BIM-integrering i verksamheten, speciellt inom underhåll och komplettering av underlag för äldre och modifierade maskiner. Studien visar på att mer forskning kring digital integrering i mindre tillverkningsindustrier behövs. / Building information modeling (BIM) is a term that has existed for more than 20 years and is still developing. BIM utilizes enhanced digital models with attributes that focus on adding and sharing information. BIM is very costly to implement, limitingits use to mainly the larger companies. Thus, BIM has not been as widespread regarding smaller businesses. This case study explores the area of digital integration of a BIM-model of a CNC-machine in a smaller manufacturing company. With the aid of a Trimble X12 and terrestrial laser scanning, the study investigated the process of creating a scaled down BIM-model detailing a selected CNC-machine by using point clouds and RGB-images in the software Autodesk Inventor. The data collection, execution, and point cloud quality were analysed with a quantitative process along with RMS-calculations of measurements in the point cloud to reference measurements. The information assigned to the model was according to the company's needs. Using semi-structured interviews, the area of BIM and digital twins regarding the process, methods and challenges were discussed.  The point cloud was processed in Autodesk ReCap for further modeling and had an average overlap of 56 %, an average uncertainty of 0,5 mm with an RMS-value of the CNC-machines point cloud of 6,5 mm. Terrestrial laser scanning proved to be insufficient when it comes to scanning the CNC-machine, as it had multiple reflective and dark surfaces, which prevented a low level of uncertainty. Thus this study proposes several other techniques that can be combined with TLS to improve the point cloud quality, which will require further research. The BIM-model was enriched with information by using Inventors' drawing features. These were then presented in different views together with tables of information and dimensions after the company’s chosen information. The drawings, BIM-models and workflow were then evaluated with the Aknes Mekaniska company. In terms of its level of detail The BIM-model proved to be superfluous, for the company’s interests. The model took two weeks to produce, which was deemed too costly for the company in question. But the information attached to the model resulted in positive thoughts from the company regarding future BIM-integration, specifically in maintenance and supplementing documentation of older or modified machines. In summary, the results of the study points to the need of further research of digital integration in smaller manufacturing companies.

L’érosion des sentiers de moyenne montagne auvergnate est étudiée dans cette thèse à travers l’évolution morphologique de quatre secteurs présentant des stades d’érosion et des rythmes d’évolution différents, répartis dans le Massif du Sancy et la Chaîne des Puys. Notre approche méthodologique repose sur le croisement de trois jeux de données inédits collectés sur le terrain : relevés topographiques, données climatiques et cartographie du comportement des randonneurs. Les relevés topographiques fins mobilisent trois méthodes complémentaires de collecte de données (lasergrammétrie, GPS différentiel et relevés manuel). L’analyse croisée de l’ensemble de ces données nous a permis de : (1) quantifier des volumes d’érosion et de dépôt ; (2) cartographier les secteurs les plus sensibles à l’érosion ; (3) identifier une saisonnalité des processus érosifs ; (4) proposer un outil d’aide à la gestion des sentiers.Nos résultats de quantification de l’érosion des sentiers indiquent une différenciation des secteurs étudiés. Ce gradient d’érosion constaté s’explique par : le contexte climatique local qui commande la saisonnalité des processus d’érosion, la fréquentation touristique inégale et l’érodabilité du substrat. En réponse à cette érosion, nous avons observé la mise en place de divers aménagements (fils guide, fascines, murets, rigoles d’évacuation…), globalement efficaces. Néanmoins, il apparaît qu’un affinement du positionnement de ces derniers, sur la base d’une compréhension des processus érosifs sur un temps plus long, optimiserait le rôle protecteur de ces ouvrages. / In this thesis, weathering of hiking trails has been studied in the low mountain ranges of the Massif Central (Auvergne, France) through the morphological comparison of four sectors in the Massif du Sancy and the Chaîne des Puys, each one presenting different erosion stages and rhythms of evolution. Our methodological approach is based on the crossing of three unpublished field datasets: topographic data, climate data and cartography of hiker behavior. High resolution topographic data mobilized three complementary data collection methods (terrestrial laser scanning, GPS monitoring and manual monitoring). Cross-analysis of all these data allowed us to: (1) quantify erosion and depositional volumes; (2) map the weathering sensitivity of studied areas; (3) identify the seasonality of weathering processes; (4) propose an operational evaluation tool for the management of hiking trails in low mountain ranges. Weathering quantification results show a clear differentiation of the studied areas. This contrasting erosion gradient has been proved to be linked to: local bioclimatic parameters which command the seasonality of weathering processes, irregular touristic attendance and substratum durability. In response to this erosion, varied management were introduced (guideline, wattle fence, low wall, water bars ...) and globally effective. Nevertheless, it appears that a refinement of the positioning adjustments, based on an understanding of weathering processes over a longer period would optimize the protective role of these structures.

För att kunna konkurrera inom dagens fordonsindustri krävs effektiv produktutveckling. Det är under designprocessen som det finns störst möjlighet att påverka slutprodukten till det bättre. Ett sätt att åstadkomma effektivare produktutveckling är att tillämpa ny teknik. För att generera digitaliserade vägmodeller som används i simuleringar kan laserskanning appliceras. I dessa simuleringar kan fordonen testköras virtuellt och därigenom förkorta dimensioneringsprocessen. Laserskanning av kuperad terräng är komplex och därför saknas det underlag av kuperade testbanor i simuleringar. Denna studie syftar till att presentera olika laserskanningstekniker samt att utöka underlaget för virtuella simuleringar inom dimensioneringsprocessen av dumprar. Målet med arbetet är att skapa virtuella vägsektioner som kan användas i simuleringsmodeller.  Tre huvudtekniker inom laserskanning presenteras i teorikapitlet. Vidare har terrest laserskanning utförts på Volvos testbana i Målajord och med skanningsdata som underlag har en vägmodell som kan användas i fordonssimuleringar skapats i Matlab. Vägmodellen som skapats representerar väl den verkliga körbanan, vilket indikerar att terrest laserskanning är en väl fungerande metod för detta ändamål. / Product development is necessary to compete in today´s vehicle industry. During the design process the largest possibility to affect the end product to the better exists. One way to achieve product development is to apply new technology. Through application of terrestrial laser scanning digitalized road models can be achieved and be used in simulations. In these simulations, vehicles can virtually do a trial run and thereby shorten the dimensionprocess. Laser scanning of hilly terrain is complex and therefore groundwork of hilly roadways in simulations is missing.  This study refers to present different types of laser scanning methods and expand the groundwork for virtual simulations in the dimensionprocess of dumpers. The vision is to create virtual roadways which can be used in simulation models. Three main techniques of laser scanning are presented in the theory chapter. Further on terrestrial laser scanning has been used on Volvos test track in Målajord and with this scanning data as groundwork a road model, which can be used in vehicle simulations, has been created in Matlab. The road model is well representing the real roadway, which indicates that terrestrial laser scanning is a well working method for this purpose.

Ein großes Anwendungsgebiet des Flugzeuglaserscannings ist in Bereichen der Forstwirtschaft und der Forstwissenschaft zu finden. Die Daten dienen flächendeckend zur Ableitung von digitalen Gelände- und Kronenmodellen, aus denen sich die Baumhöhe ableiten lässt. Aufgrund der Aufnahmerichtung aus der Luft lassen sich spezielle bodennahe Baumparameter wie Stammdurchmesser und Kronenansatzhöhe nur durch Modelle schätzen. Der Einsatz terrestrischer Laserscanner bietet auf Grund der hochauflösenden Datenakquisition eine gute Ergänzung zu den Flugzeuglaserscannerdaten. Inventurrelevante Baumparameter wie Brusthöhendurchmesser und Baumhöhe lassen sich ableiten und eine Verdichtung von digitalen Geländemodellen durch die terrestrisch erfassten Daten vornehmen. Aufgrund der dichten, dreidimensionalen Punktwolken ist ein hoher Dokumentationswert gegeben und eine Automatisierung der Ableitung der Geometrieparameter realisierbar. Um den vorhandenen Holzvorrat zu kontrollieren und zu bewirtschaften, werden in periodischen Zeitabständen Forstinventuren auf Stichprobenbasis durchgeführt. Geometrische Baumparameter, wie Baumhöhe, Baumposition und Brusthöhendurchmesser, werden gemessen und dokumentiert. Diese herkömmliche Erfassung ist durch einen hohen Arbeits- und Zeitaufwand gekennzeichnet. Aus diesem Grund wurden im Rahmen dieser Arbeit Algorithmen entwickelt, die eine automatische Ableitung der geometrischen Baumparameter aus terrestrischen Laserscannerpunktwolken ermöglichen. Die Daten haben neben der berührungslosen und lichtunabhängigen Datenaufnahme den Vorteil einer objektiven und schnellen Parameterbestimmung. Letztendlich wurden die Algorithmen in einem Programm zusammengefasst, das neben der Baumdetektion eine Bestimmung der wichtigsten Parameter in einem Schritt realisiert. An Datensätzen von drei verschiedenen Studiengebieten werden die Algorithmen getestet und anhand manuell gewonnener Baumparameter validiert. Aufgrund der natürlich gewachsenen Vegetationsstruktur sind bei Aufnahmen von einem Standpunkt gerade im Kronenraum Abschattungen vorhanden. Durch geeignete Scankonfigurationen können diese Abschattungen minimiert, allerdings nicht vollständig umgangen werden. Zusätzlich ist der Prozess der Registrierung gerade im Wald mit einem zeitlichen Aufwand verbunden. Die größte Schwierigkeit besteht in der effizienten Verteilung der Verknüpfungspunkte bei dichter Bodenvegetation. Deshalb wird ein Ansatz vorgestellt, der eine Registrierung über die berechneten Mittelpunkte der Brusthöhendurchmesser durchführt. Diese Methode verzichtet auf künstliche Verknüpfungspunkte und setzt Mittelpunkte von identischen Stammabschnitten in beiden Datensätzen voraus. Dennoch ist die größte Unsicherheit in der Z-Komponente der Translation zu finden. Eine Methode unter Verwendung der Lage der Baumachsen sowie mit einem identischen Verknüpfungspunkt führt zu besseren Ergebnissen, da die Datensätze an dem homologen Punkt fixiert werden. Anhand eines Studiengebietes werden die Methoden mit den herkömmlichen Registrierungsverfahren über homologe Punkte verglichen und analysiert. Eine Georeferenzierung von terrestrischen Laserscannerpunktwolken von Waldbeständen ist aufgrund der Signalabschattung der Satellitenpositionierungssysteme nur bedingt und mit geringer Genauigkeit möglich. Deshalb wurde ein Ansatz entwickelt, um Flugzeuglaserscannerdaten mit terrestrischen Punktwolken allein über die Kenntnis der Baumposition und des vorliegenden digitalen Geländemodells zu verknüpfen und zusätzlich das Problem der Georeferenzierung zu lösen. Dass ein terrestrischer Laserscanner nicht nur für Forstinventuren gewinnbringend eingesetzt werden kann, wird anhand von drei verschiedenen Beispielen beleuchtet. Neben der Ableitung von statischen Verformungsstrukturen an Einzelbäumen werden beispielsweise auch die Daten zur Bestimmung von Vegetationsmodellen auf Basis von Gitterstrukturen (Voxel) zur Simulation von turbulenten Strömungen in und über Waldbeständen eingesetzt. Das aus Laserscannerdaten abgeleitete Höhenbild einer Rinde führt unter Verwendung von Bildverarbeitungsmethoden (Texturanalyse) zur Klassifizierung der Baumart. Mit dem terrestrischen Laserscanning ist ein interessantes Werkzeug für den Einsatz im Forst gegeben. Bestehende Konzepte der Forstinventur können erweiterte werden und es eröffnen sich neue Felder in forstwirtschaftlichen und forstwissenschaftlichen Anwendungen, wie beispielsweise die Nutzung eines Scanners auf einem Harvester während des Erntevorganges. Mit der stetigen Weiterentwicklung der Laserscannertechnik hinsichtlich Gewicht, Reichweite und Geschwindigkeit wird der Einsatz im Forst immer attraktiver. / An important application field of airborne laser scanning is forestry and the science of forestry. The captured data serve as an area-wide determination of digital terrain and canopy models, with a derived tree height. Due to the nadir recording direction, near-ground tree parameters, such as diameter at breast height (dbh) and crown base height, are predicted using forest models. High resolution terrestrial laser scanner data complements the airborne laser scanner data. Forest inventory parameters, such as dbh and tree height can be derived directly and digital terrain models are created. As a result of the dense three dimensional point clouds captured, a high level of detail exists, and a high degree of automation of the determination of the parameters is possible. To control and manage the existing stock of wood, forest inventories are carried out at periodic time intervals, on the base of sample plots. Geometric tree parameters, such as tree height, tree position and dbh are measured and documented. This conventional data acquisition is characterised by a large amount of work and time. Because of this, algorithms are developed to automatically determine geometric tree parameters from terrestrial laser scanner point clouds. The data acquisition enables an objective and fast determination of parameters, remotely, and independent of light conditions. Finally the majority of the algorithms are combined into a single program, allowing tree detection and the determination of relevant parameters in one step. Three different sample plots are used to test the algorithms. Manually measured tree parameters are also used to validate the algorithms. The natural vegetation structure causes occlusions inside the crown when scanning from one position. These scan shadows can be minimized, though not completely avoided, via an appropriate scan configuration. Additional the registration process in forest scenes is time-consuming. The largest problem is to find a suitable distribution of tie points when dense ground vegetation exists. Therefore an approach is introduced that allows data registration with the determined centre points of the dbh. The method removes the need for artificial tie points. However, the centre points of identical stem sections in both datasets are assumed. Nevertheless the biggest uncertainness is found in the Z co-ordinate of the translation. A method using the tree axes and one homologous tie point, which fixes the datasets, shows better results. The methods are compared and analysed with the traditional registration process with tie points, using a single study area. Georeferencing of terrestrial laser scanner data in forest stands is problematic, due to signal shadowing of global navigation satellite systems. Thus an approach was developed to register airborne and terrestrial laser scanner data, taking the tree positions and the available digital terrain model. With the help of three examples the benefits of applying laser scanning to forest applications is shown. Besides the derivation of static deformation structures of single trees, the data is used to determine vegetation models on the basis of a grid structure (voxel space) for simulation of turbulent flows in and over forest stands. In addition, the derived height image of tree bark using image processing methods (texture analysis) can be used to classify the tree species. Terrestrial laser scanning is a valuable tool for forest applications. Existing inventory concepts can be enlarged, and new fields in forestry and the science of forestry are established, e. g. the application of scanners on a harvester. Terrestrial laser scanners are becoming increasingly important for forestry applications, caused by continuous technological enhancements that reduce the weight, whilst increasing the range and the data rate.

Ein großes Anwendungsgebiet des Flugzeuglaserscannings ist in Bereichen der Forstwirtschaft und der Forstwissenschaft zu finden. Die Daten dienen flächendeckend zur Ableitung von digitalen Gelände- und Kronenmodellen, aus denen sich die Baumhöhe ableiten lässt. Aufgrund der Aufnahmerichtung aus der Luft lassen sich spezielle bodennahe Baumparameter wie Stammdurchmesser und Kronenansatzhöhe nur durch Modelle schätzen. Der Einsatz terrestrischer Laserscanner bietet auf Grund der hochauflösenden Datenakquisition eine gute Ergänzung zu den Flugzeuglaserscannerdaten. Inventurrelevante Baumparameter wie Brusthöhendurchmesser und Baumhöhe lassen sich ableiten und eine Verdichtung von digitalen Geländemodellen durch die terrestrisch erfassten Daten vornehmen. Aufgrund der dichten, dreidimensionalen Punktwolken ist ein hoher Dokumentationswert gegeben und eine Automatisierung der Ableitung der Geometrieparameter realisierbar. Um den vorhandenen Holzvorrat zu kontrollieren und zu bewirtschaften, werden in periodischen Zeitabständen Forstinventuren auf Stichprobenbasis durchgeführt. Geometrische Baumparameter, wie Baumhöhe, Baumposition und Brusthöhendurchmesser, werden gemessen und dokumentiert. Diese herkömmliche Erfassung ist durch einen hohen Arbeits- und Zeitaufwand gekennzeichnet. Aus diesem Grund wurden im Rahmen dieser Arbeit Algorithmen entwickelt, die eine automatische Ableitung der geometrischen Baumparameter aus terrestrischen Laserscannerpunktwolken ermöglichen. Die Daten haben neben der berührungslosen und lichtunabhängigen Datenaufnahme den Vorteil einer objektiven und schnellen Parameterbestimmung. Letztendlich wurden die Algorithmen in einem Programm zusammengefasst, das neben der Baumdetektion eine Bestimmung der wichtigsten Parameter in einem Schritt realisiert. An Datensätzen von drei verschiedenen Studiengebieten werden die Algorithmen getestet und anhand manuell gewonnener Baumparameter validiert. Aufgrund der natürlich gewachsenen Vegetationsstruktur sind bei Aufnahmen von einem Standpunkt gerade im Kronenraum Abschattungen vorhanden. Durch geeignete Scankonfigurationen können diese Abschattungen minimiert, allerdings nicht vollständig umgangen werden. Zusätzlich ist der Prozess der Registrierung gerade im Wald mit einem zeitlichen Aufwand verbunden. Die größte Schwierigkeit besteht in der effizienten Verteilung der Verknüpfungspunkte bei dichter Bodenvegetation. Deshalb wird ein Ansatz vorgestellt, der eine Registrierung über die berechneten Mittelpunkte der Brusthöhendurchmesser durchführt. Diese Methode verzichtet auf künstliche Verknüpfungspunkte und setzt Mittelpunkte von identischen Stammabschnitten in beiden Datensätzen voraus. Dennoch ist die größte Unsicherheit in der Z-Komponente der Translation zu finden. Eine Methode unter Verwendung der Lage der Baumachsen sowie mit einem identischen Verknüpfungspunkt führt zu besseren Ergebnissen, da die Datensätze an dem homologen Punkt fixiert werden. Anhand eines Studiengebietes werden die Methoden mit den herkömmlichen Registrierungsverfahren über homologe Punkte verglichen und analysiert. Eine Georeferenzierung von terrestrischen Laserscannerpunktwolken von Waldbeständen ist aufgrund der Signalabschattung der Satellitenpositionierungssysteme nur bedingt und mit geringer Genauigkeit möglich. Deshalb wurde ein Ansatz entwickelt, um Flugzeuglaserscannerdaten mit terrestrischen Punktwolken allein über die Kenntnis der Baumposition und des vorliegenden digitalen Geländemodells zu verknüpfen und zusätzlich das Problem der Georeferenzierung zu lösen. Dass ein terrestrischer Laserscanner nicht nur für Forstinventuren gewinnbringend eingesetzt werden kann, wird anhand von drei verschiedenen Beispielen beleuchtet. Neben der Ableitung von statischen Verformungsstrukturen an Einzelbäumen werden beispielsweise auch die Daten zur Bestimmung von Vegetationsmodellen auf Basis von Gitterstrukturen (Voxel) zur Simulation von turbulenten Strömungen in und über Waldbeständen eingesetzt. Das aus Laserscannerdaten abgeleitete Höhenbild einer Rinde führt unter Verwendung von Bildverarbeitungsmethoden (Texturanalyse) zur Klassifizierung der Baumart. Mit dem terrestrischen Laserscanning ist ein interessantes Werkzeug für den Einsatz im Forst gegeben. Bestehende Konzepte der Forstinventur können erweiterte werden und es eröffnen sich neue Felder in forstwirtschaftlichen und forstwissenschaftlichen Anwendungen, wie beispielsweise die Nutzung eines Scanners auf einem Harvester während des Erntevorganges. Mit der stetigen Weiterentwicklung der Laserscannertechnik hinsichtlich Gewicht, Reichweite und Geschwindigkeit wird der Einsatz im Forst immer attraktiver. / An important application field of airborne laser scanning is forestry and the science of forestry. The captured data serve as an area-wide determination of digital terrain and canopy models, with a derived tree height. Due to the nadir recording direction, near-ground tree parameters, such as diameter at breast height (dbh) and crown base height, are predicted using forest models. High resolution terrestrial laser scanner data complements the airborne laser scanner data. Forest inventory parameters, such as dbh and tree height can be derived directly and digital terrain models are created. As a result of the dense three dimensional point clouds captured, a high level of detail exists, and a high degree of automation of the determination of the parameters is possible. To control and manage the existing stock of wood, forest inventories are carried out at periodic time intervals, on the base of sample plots. Geometric tree parameters, such as tree height, tree position and dbh are measured and documented. This conventional data acquisition is characterised by a large amount of work and time. Because of this, algorithms are developed to automatically determine geometric tree parameters from terrestrial laser scanner point clouds. The data acquisition enables an objective and fast determination of parameters, remotely, and independent of light conditions. Finally the majority of the algorithms are combined into a single program, allowing tree detection and the determination of relevant parameters in one step. Three different sample plots are used to test the algorithms. Manually measured tree parameters are also used to validate the algorithms. The natural vegetation structure causes occlusions inside the crown when scanning from one position. These scan shadows can be minimized, though not completely avoided, via an appropriate scan configuration. Additional the registration process in forest scenes is time-consuming. The largest problem is to find a suitable distribution of tie points when dense ground vegetation exists. Therefore an approach is introduced that allows data registration with the determined centre points of the dbh. The method removes the need for artificial tie points. However, the centre points of identical stem sections in both datasets are assumed. Nevertheless the biggest uncertainness is found in the Z co-ordinate of the translation. A method using the tree axes and one homologous tie point, which fixes the datasets, shows better results. The methods are compared and analysed with the traditional registration process with tie points, using a single study area. Georeferencing of terrestrial laser scanner data in forest stands is problematic, due to signal shadowing of global navigation satellite systems. Thus an approach was developed to register airborne and terrestrial laser scanner data, taking the tree positions and the available digital terrain model. With the help of three examples the benefits of applying laser scanning to forest applications is shown. Besides the derivation of static deformation structures of single trees, the data is used to determine vegetation models on the basis of a grid structure (voxel space) for simulation of turbulent flows in and over forest stands. In addition, the derived height image of tree bark using image processing methods (texture analysis) can be used to classify the tree species. Terrestrial laser scanning is a valuable tool for forest applications. Existing inventory concepts can be enlarged, and new fields in forestry and the science of forestry are established, e. g. the application of scanners on a harvester. Terrestrial laser scanners are becoming increasingly important for forestry applications, caused by continuous technological enhancements that reduce the weight, whilst increasing the range and the data rate.