Die Erfindung betrifft eine Aufnahmevorrichtung sowie ein dazugehöriges Aufnah meverfahren zur Erfassung eines Waldbestands.

Die Erfassung des Zustands und der Veränderung eines Waldbestands ist schon seit vielen Jahrzehnten Gegenstand der sogenannten Forstinventur. Zur Inventur wurde bisher eine Vermessung der Baumstämme in etwa 1,3 m Höhe durchge führt, um einen Vergleichswert über die Jahre hinweg zu erhalten und den jährli chen Zuwachs zu ermitteln. Eine genaue Bestimmung des Zuwachses erfordert wegen des langsamen Wachstums der Bäume eine hohe Messgenauigkeit und ist mit hohem Aufwand verbunden.

Eine Ermittlung des Holzvolumens und dessen Zuwachsprognose ist jedoch für wirtschaftliches Arbeiten und die Planung der wirtschaftlichen Nutzung von Wald beständen von hoher Bedeutung.

Das österreichische Patent des gleichen Anmelders mit der Nummer 519.837 zeigt bereits eine Vorrichtung, die die Erfassung des Waldbestands wesentlich erleichtert und beschleunigt. Dabei wird ein Laserscanner auf einem Stativ mit Schwenkarm angebracht. Dadurch kann die Vermessung von einem Punkt aus auch automati siert erfolgen. Allerdings ist bei unebenem Gelände, Senken, und dichtem Unter wuchs die Erfassung der einzelnen Stämme als Ganzes nicht möglich, da es durch das Gelände und den Unterwuchs zu Abschattungen kommt und der Fußpunkt des Stammes nicht bestimmt werden kann.

Weitere bekannte Methoden sind beispielsweise die Aufnahme des Waldbestands mit einem Hubschrauber aus der Luft. Dabei ist jedoch das Blätterdach des Wald bestands ein Problem bei der Erfassung. Durch die spärlich erkennbaren Stämme führt diese Methode zu Ungenauigkeiten.

Auch die Aufnahme mit einem Rucksackscanner oder durch Fahrzeugscans ist möglich. Dabei werden von Laserscannern während der Fortbewegung zu Fuß mit dem Rucksack oder bei Fahrt mit einem Aufnahmefahrzeug Aufzeichnungen von der Umgebung gemacht. Durch die Fortbewegung und den sich immer ändernden unbekannten Standpunkt des Laserscanners ist die Zuordnung der einzelnen Auf nahmen zueinander nur mittels aufwendiger Verfahren möglich, die große Rech nerzeiten benötigen. Durch vermischte Perspektiven und andere Fehler kommt es zu Ungenauigkeiten, die bei den geringen Zuwächsen, wie sie bei Bäumen und Sträuchern in der Regel Vorkommen, negative Auswirkungen auf die Zuverlässig- keit des Ergebnisses haben. Das erschwert die genaue Bestimmung des Zuwach ses.

Weiters ist es anhand dieser Verfahren nahezu unmöglich eine exakte Wiederho lung des Aufnahmevorgangs zu erreichen. Da Bäume nur annähernd als rund an gesehen werden können, führt oft eine kleine Änderung der Perspektive zur Auf nahme bei der Messung von Baumdurchmessern zu Differenzen im Bereich von mehreren Zentimetern. Da der Zuwachs des Durchmessers in der Regel oftmals nur einige Millimeter groß ist, entstehen hier Fehler, die nicht mehr zumutbar sind und zu sehr unzuverlässigen Aussagen führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Aufnahmevorrichtung und ein Aufnahmeverfahren bereitzustellen, das eine genaue Ermittlung des Zuwach ses ermöglicht und die Aufnahmen verbessert.

Diese Aufgabe wird anhand der oben angeführten Aufnahmevorrichtung erfin dungsgemäß dadurch gelöst, dass die Aufnahmevorrichtung einen Teleskopstab umfasst, an dem zumindest ein Laserscanner angeordnet ist, wobei der Laserscan ner an einem oberen Ende des Teleskopstabs verortet ist und eine Verankerung an einem gegenüberliegenden unteren Ende des Teleskopstabs vorgesehen ist, die zur Befestigung der Aufnahmevorrichtung in einem Boden bestimmt ist, wobei die Aufnahmevorrichtung eine inertiale Messeinheit (Inertial Measurement Unit, IMU) aufweist und die IMU am oberen Ende des Teleskopstabs in zueinander im We sentlichen spielloser Anordnung mit dem Laserscanner vorgesehen ist.

Durch die Ausführung der Aufnahmevorrichtung mit einem Laserscanner, der an einem Teleskopstab angeordnet ist, kann die Abschattung durch das Gelände und durch den Unterwuchs mit der Veränderung der Länge des Teleskopstabs und der dadurch erzielbaren höheren Position des Laserscanners umgangen werden. Damit kann eine vollständige Aufnahme auch bei unebenem Gelände und dichtem Unter wuchs erreicht werden. Gemeinsam mit dem Laserscanner ist die IMU vorgesehen, die Rückschlüsse auf die durchgeführte Bewegung zulässt. Die Aufnahmen der Aufnahmevorrichtung können dadurch sehr genau an der jeweiligen Position des Laserscanners zugeordnet werden und eine umfassende Aufnahme des Waldbe standes erstellt werden. Die Verankerung sorgt dafür, dass die Teleskopstange während des Scanvorgangs stabil bleibt und die Bewegung der Aufnahmevorrich tung um einen Fixpunkt erfolgt, der koordinativ ermittelt werden kann und dem auch eine multi-temporale Aufnahmeserie zugeordnet werden kann.

Unter einem Teleskopstab versteht sich hier ein stufenweise oder stufenlos in sei ner Länge verstellbarer Stab. Die eingesetzten Laserscanner sind beispielsweise Solid-State-Laserscanner. Da bei verstehen sich unter Solid-State-Laserscanner, Laserscanner ohne mechanisch bewegte Bauteile. Dabei übernimmt die Bewegung ein sogenannter Mikroscanner, der die Abtastung ohne mechanische Verdrehung übernimmt, beispielsweise pie zoelektrisch oder auf andere nicht mechanische Art und Weise.

Es können auch herkömmliche Laserscanner mit mechanisch rotierenden Laser eingesetzt werden. Auch der Einsatz von Flash-Lidar ist möglich. Bei Flash-Lidar wird eine Matrix von mehreren tausend Aufnahmepunkten wie bei einer Fotografie zeitgleich erfasst anstatt die Punkte sequenziell abzuarbeiten wie bisher.

Um einen Fixpunkt zur Bestimmung eines Ursprungs bereitzustellen, wird eine Ver ankerung zur festen Verbindung mit dem Boden eingesetzt. Die Verankerung kann dabei durch einen Erdspieß oder Ähnliches realisiert sein.

Aus der Robotik sind zur Bestimmung der Trajektorie und der genauen Position eines Roboters mehrere Verfahren bekannt. Das Verfahren zur Positionsbestim mung und zur gleichzeitigen Aufzeichnung der Umgebung wird im Allgemeinen als SLAM-Verfahren bezeichnet, wobei SLAM eine Abkürzung für Simultaneous Lo- calization and Mapping ist. Während der Bewegung und auch während des Still stands werden die Aufnahmen der Umgebung durchgeführt. Durch die Aufnahmen wird eine Karte der Umgebung erstellt. Im vorliegenden Fall wird eine dreidimen sionale Aufnahme der Bäume, Sträucher und des Waldbodens in der Umgebung angefertigt. Aus den sich überlappenden Aufnahmen werden in hoher zeitlicher Auflösung die Position und die Ausrichtung der Aufnahmevorrichtung rückgerech net. Diese Berechnung ist notwendig, da über GNSS (Global Navigation Satellite System) die Position nicht hinreichend genau bestimmt werden kann.

Außerdem wird diese Aufgabe durch ein Aufnahmeverfahren zur Erfassung eines Forstbestands mit einer Aufnahmevorrichtung gelöst, das zumindest die Schritte Einbringen der Verankerung in einen Boden; Fassen des Teleskopstabs durch einen Anwender und Durchführen einer Messung mit dem Laserscanner in einer ersten Höhe wobei die Aufnahmevorrichtung verschwenkt wird, sodass das obere Ende des Teleskopstabs mit dem Laserscanner zumindest eine Figur beschreibt, zum Ausgleichen einer Drift eines bestimmten Inertialsystems, wobei die Figur unre gelmäßig oder zumindest nicht kreisförmig ist umfasst. Der Laserscanner nimmt Aufnahmen in der ersten Höhe auf. Je nach Orientierung auf dem Teleskopstab und je nach Art des Laserscanners wird die Umgebung aufgenommen. So kann beispielsweise ein rotierender Laserscanner oder ein Solid-State-Laserscanner 360° rundum Aufnahmen in einem Punkt erstellen. Alternativ kann ein feststehen der exzentrisch angeordneter und nach außen weisender Laserscanner durch die Drehung in der unregelmäßigen Form 360° rundum aufnehmen. Durch die unregelmäßige oder zumindest nicht exakt kreisförmige Bewegung der Aufnahmevorrichtung wird der Laserscanner in unterschiedlichen Abständen zu dem Boden bewegt. Der Laserscanner kann dadurch die Aufnahme von im Vorder grund befindlichen Bäumen, Unebenheiten und Unterwuchs umgehen und dadurch können Abschattungen durch Bäume vermieden werden. Okklusionen werden da durch reduziert.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Aufnahmevorrichtung derart verschwenkt wird, dass das obere Ende mit dem Laserscanner eine im Wesentlichen achterför mige Bahn beschreibt.

Aus den Messungen der IMU und den Aufnahmen werden mittels SLAM-Verfahren dreidimensionale Aufnahmen des Waldbestands generiert. Dies wird vorzugsweise als Offline-Slam aus den Aufnahmen durchgeführt.

Durch die gemeinsame Verbauung von IMU und Laserscanner in einem spiellosen Verband, wird über die IMU die Bewegung des Laserscanners bestimmt. Dabei besteht die IMU aus Initialsensoren.

Es ist günstig, wenn der Teleskopstab zumindest ein Gelenk aufweist, das zur Ver schwenkung des oberen Endes mit dem Laserscanner gegenüber der Verankerung dient, wobei das Gelenk vorzugsweise ein Kugelgelenk, ein Kreuzgelenk und/oder ein Federelement und/oder ein Radiallager aufweist. Dieses Gelenk dient dazu, dass die Aufnahmevorrichtung in der Verankerung zentriert ist und bleibt. Der Te leskopstab kann über das Gelenk mit dem oberen Ende mit dem Laserscanner verschwenkt werden, ohne dass sich die Verankerung im Boden löst oder der Spiel raum im Boden erweitert wird und dadurch das Zentrum verloren wird. Außerdem kann somit auch ein Kippen bzw. ein Fallen des Teleskopstabs aus der Verankerung verhindert werden.

Ohne das Gelenk würde der Teleskopstab entweder im Boden rotieren oder im Boden verschwenkt werden und in weiterer Folge aus der Verankerung ausreißen und den Fixpunkt verlieren.

Um Abschattungen der Stämme in Bodennähe noch weiter zu verringen und zum besseren Überblicken von Senken ist es günstig, wenn der Teleskopstab eine Länge - vorzugsweise in einem ausgezogenen Zustand - von zumindest 3 m auf weist, bevorzugt eine Länge von zumindest 5 m aufweist.

Um die Aufnahmen der Aufnahmevorrichtung weiter verbessern zu können, ist es günstig, wenn am oberen Ende des Teleskopstabs neben dem Laserscanner eine Kamera vorgesehen ist, wobei der Laserscanner und die Kamera vorzugsweise je- weils einen Aufnahmebereich erfassen und die beiden Aufnahmebereiche einander im Wesentlichen entsprechen.

Zur schnelleren und unkomplizierten Verarbeitung sowie um eine direkte Spei cherung an der Aufnahmevorrichtung zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass zu den Messaufnehmern zusätzliche Komponenten an der Aufnahmevorrichtung vor gesehen sind, wobei diese zusätzlichen Komponenten beispielsweise ein Prozessor, ein Datenspeicher, ein Energiespeicher zur Versorgung der Aufnahmevorrichtung mit Energie, und Ähnliches sind. Als Messaufnehmer verstehen sich hier Kamera, Laserscanner und IMU.

Eine benutzerfreundlichere und praktischere Aufnahmevorrichtung entsteht, wenn alle zu den Messaufnehmern zusätzlichen Komponenten, am unteren Ende des Te leskopstabs - vorzugsweise im Inneren des Teleskopstabs - angeordnet sind. Diese Maßnahme sorgt dafür, dass der Schwerpunkt tiefer liegt und daher der Teleskopstab einfacher bewegt werden kann und der Anwender weniger Kraft auf wenden muss.

Zur leichteren Handhabung und zur Vermeidung von Verknotungen im Kabel bzw. in den umliegenden Ästen ist in einer günstigen Ausführung vorgesehen, dass im Inneren des Teleskopstabs zumindest ein Kabel - vorzugsweise ein Spiralkabel vorgesehen ist. Durch das Vorsehen eines Kabels zur Verbindung der einzelnen Geräte der Aufnahmevorrichtung können wesentliche Elemente auch vom Laser scanner und der IMU entfernt an der Aufnahmevorrichtung angeordnet werden. Auch das erleichtert die Verlegung des Schwerpunkts zum unteren Ende hin.

Um Gewicht einzusparen, ist es günstig, wenn der Teleskopstab in Leichtbauweise - vorzugsweise mit CFK - Rohren - ausgeführt ist. Dadurch muss weniger Gewicht verschwenkt werden, was wiederum zu höherer Benutzerfreundlichkeit führt.

Es ist vorteilhaft, wenn die Verankerung eine - vorzugsweise abnehmbare - Spitze zum Einbringen in den Boden aufweist. Diese Spitze kann beispielsweise als klas sischer Erdspieß ausgeführt sein.

Alternativ ist vorgesehen, dass die Verankerung zur Verbindung mit einem Gegen stück im Boden verbindbar ist, vorzugsweise über einen Bajonettverschluss, einen Schnappverschluss, ein Gewinde oder einen Gummipfropfen. Dadurch kann das Gegenstück im Boden fix vorgesehen sein und ist damit vortrefflich für periodisch wiederkehrende Aufnahmen geeignet. Dadurch wird auf einfache Weise ein Refe renzpunkt zu Zuordnung der Aufnahmen bereitgestellt und die Zuordnung kann einfacher und schneller erfolgen. Der Gummipfropfen wird dazu in die Teleskop stange eingepresst und in zusammengedrücktem Zustand in ein festes Rohr im Boden eingebracht. Im Rohr expandiert der Gummipfropfen und sorgt so für eine gute Verankerung.

Um Aufnahmen direkt zur Weiterverarbeitung übermitteln zu können ist in einer alternativen Ausführung zumindest eine Sendeeinheit vorgesehen, die zur Über mittlung von Aufnahmen von der Sendeeinheit an einen von dem Laserscanner entfernt angeordneten Empfänger dient. Dieser Empfänger ist zum Beispiel als Recheneinheit (Laptop, Smartphone, Tablet, PC oder Ähnliches) ausgeführt. Die Recheneinheit führt bevorzugterweise das Softwarepaket zur Auswertung aus.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn IMU und ein Prozessor miteinander verbunden sind und mit dem Prozessor zumindest ein Signalelement verbunden ist, wobei das Signalelement zur Ausgabe eines - vorzugsweise akustischen oder haptischen - Feedbacks vorgesehen ist, das die Brauchbarkeit der Aufnahmen für den Anwender bewertet und dem Anwender zeigt, ob die Verschwenkung zu schnell oder zu lang sam ausgeführt wird. Dabei ist dieses Signalelement, beispielsweise als Lampe zur Ausgabe von optischen Signalen oder als Glocke zur Ausgabe von akustischen Si gnalen oder Ähnliches ausgeführt.

Dabei werden Daten von der IMU und die Aufnahmen des Laserscanners in Echtzeit ausgewertet, dass beinahe im selben Moment eine Rückmeldung über der Brauch barkeit der Aufnahmen gegeben werden kann. Beispielsweise könnte bei zu schneller Bewegung durch ein Signalelement ein haptisches Feedback ausgegeben werden, wie beispielsweise dauerhafte Vibration. Bei Erreichen der richtigen Ge schwindigkeit könnte ein kurzes Vibrieren zu spüren sein, um die Schranke zwi schen zu langsamer und ausreichend schneller Bewegung für den Anwender zu markieren.

Dazu ist in einem bevorzugten Aufnahmeverfahren vorgesehen, dass die IMU in Echtzeit ausgewertet wird und ein Feedback ausgegeben wird - vorzugsweise aku stisch oder haptisch - dass die Brauchbarkeit der Aufnahmen für den Anwender bewertet und dem Anwender zeigt, ob die Verschwenkung zu schnell oder zu lang sam ausgeführt wird.

In einer vorteilhaften Ausführung ist ein System mit einem Smartphone und einer Aufnahmevorrichtung wie oben angeführt vorgesehen, wobei das Smartphone den zumindest einen Laserscanner und die IMU aufweist und in einer Halterung am Ende des Teleskopstabs der Aufnahmevorrichtung angeordnet ist. Derzeit sind die bei Smartphones eingesetzten Laserscanner noch nicht zu derartigen Aufnahmen in der Lage, aber ein zukünftiges besonderes Smartphone mit einem verbesserten Laserscanner und einer genauen IMU könnte zur Aufnahme eines Waldbestands herangezogen werden. Um Abschattungen nahezu zu eliminieren ist es günstig, wenn während der Mes sung eine Verdrehung der mit dem Ende des Teleskopstabs beschriebenen Figur erfolgt. Beispielsweise ist durch das Bewegen des oberen Endes des Teleskopstabs in einer Achterfigur die Entfernung an dem oberen Ende des Achters und an dem gegenüberliegenden Ende des Achters der Laserscanner maximal weit vom Fix punkt entfernt. Dadurch kann die Aufnahmevorrichtung an im Vordergrund ste hende Bäume vorbei Aufnahmen anfertigen. Durch Drehung der flachen Figur kann dieser Effekt in mehrere Richtungen perfekt ausgenutzt werden und eine beson ders gute 360° umfassende Aufnahme gemacht werden.

Es ist günstig, wenn die Figur nach einem Aufnahmedurchgang horizontal um etwa 30° bis 45° verdreht wird. Dadurch werden zuerst verdeckte Bäume in den weite ren Aufnahmen sichtbar.

Um diesen Effekt auch für Senken und Unebenheiten sowie Unterwuchs zu errei chen ist es günstig, wenn zumindest eine weitere Messung auf einer weiteren Höhe durchgeführt wird, die unterschiedlich zur ersten Höhe ist, wobei dazu vorzugs weise die Länge des Teleskopstabs verändert wird.

Um die blinden Flecken weiter zu minimieren, ist es günstig, wenn es vorgesehen ist, dass die mit dem oberen Ende des Teleskopstabs mit dem Laserscanner durch fahrene Figur die größtmögliche Fläche umschließt. Das heißt der Anwender sollte möglichst den Bewegungsumfang des optionalen Gelenks oder den Bewegungs umfang seiner Arme ausnutzen.

Zur besseren Zuordnung der einzelnen Aufnahmen zueinander ist es günstig, wenn eine Lokalisierung des Laserscanners durchgeführt wird, vorzugsweise durch SLAM-Algorithmen unter Nutzung der Auswertung der IMU.

Dadurch können die Aufnahmen in weiterer Folge in ihrer Qualität und in ihrer Reproduzierbarkeit verbessert werden. So ist es einfacher möglich ähnliche Auf nahmen in periodischen Zeitabständen herzustellen und Vergleiche über den jähr lichen Zuwachs an Biomasse anzustellen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als SLAM-Algorithmus ein Matching von zylin drischen Elementen verwendet wird, die durch die Lage von Zylinderachsen und von Zylinderdurchmessern bestimmt sind und somit Abschnitte von Stämmen und Ästen beschreiben können. Dieses Matching-Verfahren ist besser für die Anwen dung im Forstbestand geeignet als ein Plane-to-Plane Matching, da im Forstbe stand selten Objekte mit ebenen Flächen anzutreffen sind.

In weiterer Folge wird die Erfindung anhand der nicht einschränkenden Ausfüh rungsbeispiele in Figuren näher erläutert. Die Richtungsangaben oben und unten werden hier für eine bevorzugte Verwen dungslage benutzt, in der die Vorrichtung Bilder und Daten aufnimmt und Vermes sungen vornimmt. Dies soll in keiner Weise einschränkend auf die Aufnahmevor richtung wirken. So kann in horizontaler Ausrichtung eines Teleskopstabs ein un teres Ende und ein oberes Ende durch die geeignete Verwendungslage identifiziert werden. Das untere Ende befindet sich in Verwendungslage bodenseitig.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Anwender bei Ausführung eines erfindungsgemä ßen Verfahrens mit einer erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Aufnahmeverfahrens;

Fig. 3 ein Detail einer ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemä ßen Aufnahmevorrichtung;

Fig. 4 ein Detail einer zweiten Ausführung einer erfindungsgemäßen Auf nahmevorrichtung;

Fig. 5 eine dritte Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Aufnah mevorrichtung;

Fig. 6 ein Detail einer vierten Ausführungsvariante einer erfindungsgemä ßen Aufnahmevorrichtung;

Fig. 7 ein erstes mögliches Bewegungsschema für das erfindungsgemäße Aufnahmeverfahren,

Fig. 8 ein zweites mögliches Bewegungsschema für das erfindungsge mäße Aufnahmeverfahren, und

Fig. 9 ein drittes mögliches Bewegungsschema für das erfindungsgemäße Aufnahmeverfahren.

In Fig. 1 ist ein Anwender 1 bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen Aufnah meverfahrens mit einer erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung 2 gezeigt. Da bei verschwenkt der Anwender 1 die Aufnahmevorrichtung 2 entlang einer Bahn 3, die hier in der gezeigten Darstellung die Form einer Lemniskate aufweist. Der Anwender 1 bewegt dazu seine Arme von einer Seite, soweit es ihm möglich ist, zur gegenüberliegenden Seite. Die Bewegung ist möglichst ausladend auszuführen und die Bahn 3 sollte einen möglichst großen Bereich umschließen, das heißt, die Fläche innerhalb der Bahn 3 sollte maximal sein. Die Aufnahmevorrichtung 2 ist als Teleskopstab 4 ausgestaltet, der ein unteres Ende 5a und ein oberes Ende 5b aufweist. Das obere Ende 5b durchfährt die Bahn 3. Ein Laserscanner 6 ist an dem oberen Ende 5b zur Aufnahme angeordnet.

Der Teleskopstab 4 ist in einer günstigen Ausführungsform aus kohlenstofffaser verstärktem Kunststoff (CFK) gefertigt, um möglichst Gewicht einzusparen und für den Anwender handlich zu sein.

Zur Aufnahme eines Waldbestandes 7 wird an einem bestimmten Punkt im Wald bestand 7 die Aufnahmevorrichtung 2 vom Anwender 1 platziert.

Dazu wird ein unteres Ende 5a der Aufnahmevorrichtung 2 in einem Boden 8 fi xiert. Diese Fixierung kann auf verschiedenste Arten realisiert werden, die weiter unten genauer ausgeführt werden.

Mit Bezugszeichen 9 sind die Laserstrahlen des Laserscanners 6 angedeutet. Durch Reflektion der Laserstrahlen 9 von Bäumen 7a und Ähnlichem und Laufzeitmes sung dieser Laserstrahlen 9 wird die Entfernung einzelner umliegender Bäume 7a und Sträucher oder Gegenstände bestimmt. Dadurch werden Punktwolken ermit telt, die durch weitere Verarbeitung in einem nächsten Schritt zu einer genauen Aufnahme des Waldbestandes 7 verarbeitet werden können.

Wenn zu wenig Raum zur Verschwenkung der Aufnahmevorrichtung 2 vorhanden ist, so ist es möglich die Bahn 3 kleiner auszuführen. Alternativ kann die Bahn 3 eine andere Form aufweisen. Dabei ist wesentlich, dass die Bahn 3 nicht kreisrund ist, um eine Drift der IMU zu vermeiden. Die Bahn 3 kann beispielsweise dreieckig, sternförmig oder eine Zick-zack-Bahn sein. Umso mehr Abweichungen von einer regelmäßigen Form die Bahn 3 aufweist, umso besser sind die Aufnahmen, da Abschattungen vermieden werden und die IMU Nullpunktdrifte ausgleichen kann.

Fig. 2 zeigt einen ersten möglichen Verfahrensablauf eines Aufnahmeverfahrens A: Das Aufnahmeverfahren A zur Erfassung eines Forstbestands 7 mit einer Auf nahmevorrichtung 2 umfasst einen ersten Verfahrensschritt VI, der das Einbringen der Verankerung 10 in den Boden 8 betrifft, einen zweiten Verfahrensschritt V2, der das Fassen des Teleskopstabs 4 durch einen Anwender 1; und einen dritten Verfahrensschritt V3, der das Durchführen einer Messung mit dem zumindest einen Laserscanner 6 in einer ersten Höhe Hl vorschreibt. Dabei wird im dritten Verfahrensschritt V3 die Aufnahmevorrichtung 2 mit dem oberen Ende 5b derart verschwenkt, dass das obere Ende 5b des Teleskopstabs 4 mit dem Laserscanner 6 eine Figur beschreibt. Zum Ausgleichen einer Drift eines bestimmten Inertial systems muss die Figur unregelmäßig oder darf zumindest nicht kreisförmig sein. Optional wird die Aufnahmevorrichtung 2 derart verschwenkt, dass das obere Ende 5b mit dem Laserscanner 6 eine im Wesentlichen achterförmige Bahn 3 beschreibt. Dabei verschwenkt der Anwender 1 den Teleskopstab 4 vorzugsweise durch Be wegung seiner Arme in gleichmäßigen abwechselnd mit beiden Armen in etwa ho rizontalen ausholenden Bewegungen.

Das Einbringen der Verankerung 10 kann der eigentlichen Messung dabei weit vor gelagert sein. So umfasst das Anbringen der Verankerung 10 sowohl das Einram men einer Spitze in den Boden 8 als auch das Einbringen des unteren Endes 5a der Aufnahmevorrichtung 2 in einer bereits vorabangebrachten und/oder fest im Boden 8 verbleibenden Aufnahme. Dabei ist diese Aufnahme das Gegenstück des unteren Endes 5a der Aufnahmevorrichtung 2.

Die Verankerung 10 im Boden 8 kann auf vielfache dem Fachmann bekannte Wei sen realisiert werden. So ist auch eine Verbindung einer Hülse oder eines Rohrs über einen Bajonett- oder einen Schnappverschluss möglich.

Die Verankerung 10 im Boden 8 ist günstig, da über sie eine Zwangszentrierung bei Verschwenkung erfolgt.

Optional kann nun vorgesehen sein, dass während der Messung eine Verdrehung der mit dem Ende 5b des Teleskopstabs 4 beschriebenen Figur, nämlich der Bahn 3 erfolgt. Dies entspricht hier einer optionalen Erweiterung des dritten Verfahrens schritts V3'.

Dabei kann die Bahn, die beispielsweise einer Lemniskate entspricht, vorzugsweise in ihrem Ursprung um einen bestimmten Winkel verdreht werden. Dieser Winkel kann beispielsweise 30°, 45° oder 90° betragen. Dadurch kann der Blickpunkt des Laserscanners 6 auf die aufzunehmende Umgebung ausreichend verändert wer den. Dies dient dazu Abschattungen zu reduzieren und eine umfassendere und vollständigere Aufnahme zu erreichen.

Um die Aufnahme weiter zu verbessern ist vorteilhafterweise ein weiterer Mess schritt, ein vierter Verfahrensschritt V4 vorgesehen, bei dem eine Länge L der Te leskopstange 4 verändert wird und dadurch die Höhe - in der die Messung durch geführt wird - verändert und die Messung in dieser neuen Höhe erneut angestellt. So wird die Höhe von der ersten Höhe Hl zu zumindest einer weiteren Höhe H2 verändert. Dieser Schritt kann beliebig oft durchgeführt werden.

Die bevorzugte Länge L in der ersten Höhe ist beispielsweise 3 m und die Länge L in der zweiten Höhe H2 ist vorteilhafterweise etwa 5 m. Der Teleskopstab 4 kann entweder stufenlos oder in Stufen verstellbar sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Grundlänge des Teleskopstabs 4 1,6 m beträgt und die maximale Länge L des Teleskopstabs 4 5,8 m oder 5 m beträgt. Unter der Grundlänge versteht sich hier die Länge L, in der die Aufnahmevorrichtung 2 für Transportzwecke auf ihre minimale Länge eingeschoben ist. Für die Aufnahme kann der Teleskopstab 4 aus gezogen auf seine erste Auszugslänge 3 m lang sein. Günstig wird dies erreicht, wenn vier Segmente vorgesehen sind, die je Segment eine um 10 cm verringerte Auszugslänge aufweisen, zum Beispiel eine Auszugslänge des ersten Segments von 1,6 m, des zweiten Segments von 1,5 m, des dritten Segments von 1,4 m und des vierten Segments von 1,3 m. So ergäbe sich in diesem Fall eine Gesamtlänge von 5,8 m.

Dieser Messschritt ist nicht zwingend nötig, er dient dazu die Aufnahme weiter zu optimieren.

Der vierte Verfahrensschritt V4 kann entweder direkt nach der einmaligen Messung V3 mit einer in einer Richtung durchgefahrenen Bahn 3 durchgeführt werden oder nach Drehung der Bahn 3 in der Erweiterung des dritten Verfahrensschritt V3 mit dem optionalen Verfahrensschritt V3'.

Auch in der neuen Höhe H2 ist es möglich, die Bahn 3 zu drehen und so zu einem optionalen abgewandelten erweiterten vierten Verfahrensschritt V4' abzuarbeiten.

Die neue Länge der Teleskopstange 4 ist durch Verlängerung oder Verkürzung er zielbar.

Es ist bei jeder Messung vorteilhaft, wenn die mit dem Laserscanner 6 durchfah rene Bahn 3 und die sich damit ergebende Figur die größtmögliche Fläche um schließt.

Es trägt zur Verbesserung der Aufnahme bei, wenn die IMU in Echtzeit ausgewertet wird und ein Feedback ausgegeben wird - vorzugsweise akustisch oder haptisch - das die Brauchbarkeit der Aufnahmen für den Anwender 1 bewertet, und dem An wender 1 zeigt, ob die Verschwenkung zu schnell oder zu langsam ausgeführt wird.

Das Aufnahmeverfahren A kann weitergeführt werden, indem wiederum die Bahn 3 verdreht wird, oder die Höhe verändert wird. Diese Schritte können beliebig oft und in beliebiger Abfolge abgearbeitet werden.

Außerdem ist es möglich, dass der Messpunkt gewechselt wird. Dazu wird die Auf nahmevorrichtung 2 aus dem Boden 8 entfernt und in einem vom ersten Punkt unterschiedlichen zweiten Punkt erneut befestigt und das Aufnahmeverfahren setzt nach dem ersten Verfahrensschritt VI fort.

Weiters kann von der Aufnahmevorrichtung 2 eine Übergabe an beispielsweise eine Recheneinheit erfolgen. Dazu werden die aufgenommenen Daten an die Re cheneinheit gesendet. Dies kann entweder durch Versenden über beispielsweise Bluetooth (Long Range Bluetooth), über eine WLAN-Verbindung, per Funk oder über eine physische Verbindung erfolgen. Alternativ können die Daten auf einer Speicherkarte abgelegt werden und zur Auswertung wird die Speicherkarte aus der Aufnahmevorrichtung entfernt und an einem Rechengerät ausgelesen und weiter verarbeitet.

Es wird optional eine Lokalisierung des Laserscanners 6 durchgeführt, vorzugs weise durch SLAM-Algorithmen unter Zuhilfenahme der Auswertung der IMU.

Diese Lokalisierung kann entweder online oder bei Auswertung der während der Messung aufgenommen Daten durchgeführt werden. Fakultativ kann eine Lokali sierung auch über GNSS unterstützt werden.

Fig. 3 zeigt das untere Ende 5a einer beispielhaften Ausführung des Teleskopstabs 4 der Aufnahmevorrichtung 2. Dabei ist eine Verankerung 10 im Boden 8 zur Fi xierung der Aufnahmevorrichtung 2 vorgesehen. Die Verankerung 10 ist hier der art realisiert, dass im Boden 8 ein Gegenstück zum unteren Ende 5a vorgesehen ist. Hier ist das Gegenstück als Hülse 11 mit einem Innengewinde 12 ausgebildet. Das untere Ende 5a ist als Außengewinde 13 ausgebildet. Das Außengewinde 13 und das Innengewinde 12 sind dabei aufeinander abgestimmt.

Die Hülse 11 ist in dem Boden 8 befestigt und bei Durchführung des Aufnahme verfahrens A wird vom Anwender 1 die Aufnahmevorrichtung 2 im ersten Verfah rensschritt VI mit dem unteren Ende 5a in die Hülse 11 eingeschraubt.

Die Hülse 11 kann beispielsweise im Boden 8 eingeschlagen sein, sie kann in einem Fundament eingebettet sein oder in einem Gesteinsbrocken eingeklebt sein.

Dabei bildet die Hülse 11 ein Gegenstück im Boden 8 für das untere Ende 5a mit der die Verankerung 10 der Aufnahmevorrichtung 2 bildbar ist. Die Verbindung kann vorzugsweise über einen Bajonettverschluss, einen Schnappverschluss, ein Gewinde 12, 13, wie hier dargestellt ausgeformt sein oder auch durch einen ein gepressten Gummi pfropfen, der von innen an ein im Boden 8 befindliches Rohr gedrückt wird, ausgestaltet sein.

Der Teleskopstab 4 weist vom unteren Ende 5a abgewandt ein Gelenk auf, welches in Fig. 3 als Kugelgelenk 14 ausgeführt ist. Durch dieses Kugelgelenk 14 ist es einfacher für den Anwender 1 die Verschwenkung des Teleskopstabs 4 durchzu führen. Der Teleskopstab 4 ist dann vorzugsweise am Teil mit dem oberen Ende 5b teleskopisch. Es wird jedoch auch der Teil im Bereich des unteren Ende 5a mit dem Teleskopstab 4 mitverstanden. Dieser Teil kann ebenfalls teleskopisch kon struiert sein. Strenggenommen, wären dann zwei Teleskopstäbe mit einem Kugel gelenk 14 oder einem anderen Gelenk verbunden oder aber ein Teleskopstab mit einem Stab verbunden. Diese Ausführungsformen sind mit der Bezeichnung Teles kopstab 4 mitgemeint.

In einer bevorzugten Ausführung ist dieser Teleskopstab 4 annähernd durchge hend hohl, sodass zumindest ein Kabel durchgeführt werden kann. Dieses Kabel dient dazu, die Komponenten an dem oberen Ende 5b mit dem unteren Ende 5a zu verbinden. Dieses Kabel ist zur besseren Übersicht in den Figuren nicht einge zeichnet. Es ist vorzugsweise als Spiralkabel ausgeführt, sodass es das Ausziehen des Teleskopstabs 4 ermöglicht.

In weiterer Folge werden weitere Ausführungen beschrieben. Dabei weisen Bau teile mit gleichem Bezugszeichen gleiche Funktion auf und es werden nur die Un terschiede und Besonderheiten der jeweiligen Ausführungsvariante beschrieben.

Die Funktionsweise und die Eignung der einzelnen Ausführungsvarianten zur Durchführung des Aufnahmeverfahrens sind in allen Ausführungen gleich.

In Fig. 4 ist eine alternative Ausführung gezeigt. Diese Ausführung umfasst eine Verankerung 10, die durch einen Erdspieß 15 gebildet wird.

Hier ist der Erdspieß 15 mit einem Gewindestück 16 kombiniert, das in der Aus nehmung eines nachgiebigen elastischen Elements 17 steckt und durch eine Mutter 18 gegenüber des Erdspießes 15 fixiert wird. Gemeinsam bildet dieses Gewinde stück 16 mit dem elastischem Element 17 und der Mutter 18 ein Gelenk zur einfa cheren Verschwenkung der Aufnahmevorrichtung 2.

Das elastische Element 17 ist im unteren Ende 5a des Teleskopstabs 4 fixiert. Dabei kann das elastische Element 17 beispielsweise durch Gummi oder durch ein Elastomer gebildet sein. Dieses elastische Element 17 kann durch einen Pressver band, durch Verkleben oder sonstige Fixierung mit dem Teleskopstab 4 fest ver bunden sein. Weiters kann in beide Achsrichtungen des Teleskopstabs 4 eine Si cherung gegen das Lösen und das Verrutschen vorgesehen sein.

Es ist möglich, dass sich der Teleskopstab 4 gegenüber der Verankerung 10 ver drehen lässt.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführung der Aufnahmevorrichtung 2. Dabei ist am unte ren Ende 5a des Teleskopstabs 4 ebenfalls ein Erdspieß 15 vorgesehen. Um das Einbringen in das Erdreich zu erleichtern, das den Boden 8 bildet, ist in dieser Variante ein Trittbrett 19 vorgesehen, das ähnlich des Tritts eines Spatens zum Einsatz des Körpergewichts des Anwenders 1 zum Einbringen in den Boden 8 dient.

Dieses Trittbrett 19 kann zusätzlich während des Aufnahmeverfahrens A als Auf standsfläche für den Anwender 1 dienen, um ein Gegengewicht zur Verschwenkung durch den Anwender 1 in einem der Verfahrensschritte V 3, V3', V4, V4' bereitstel len zu können oder die Aufnahmevorrichtung 2 zu fixieren. Dadurch kann das Aus reißen des Fußpunkts verhindert werden.

Ein Gelenk G zwischen einem ersten Teil des Teleskopstabs 4 und eines zweiten Teils des Teleskopstabs 4 ist hier nur schematisch angedeutet. Dies kann mit je dem möglichen verschwenkbaren Gelenk gebildet werden. Das Gelenk kann ent weder als ein kraftfreies Gelenk oder federvorgespanntes Gelenk ausgeführt sein.

In dieser Figur ist die Aufnahmevorrichtung 2 einmal in einer ersten Höhe Hl ge zeigt und strichliert in einer zweiten Höhe H2 zur zweiten Messung im Verfahrens schritt V4 oder V4'.

Der Laserscanner 6 kann in jeder Ausführung am oberen Ende 5b des Teles kopstabs 4 zentral beispielsweise in Verlängerung des Teleskopstabs 4 angeordnet sein, wie in Fig. 5 dargestellt ist oder exzentrisch von einer Teleskopstabachse 20 angeordnet sein, wie in Fig. 6 dargestellt ist.

In beiden Ausführungen sind IMU und Laserscanner 6 nah beieinander verbaut und sind derart miteinander und mit der Aufnahmevorrichtung 2 verbunden, dass sie sich im Wesentlichen nicht relativ zueinander bewegen können.

Vorzugsweise ist die IMU in einem Gehäuse mit dem Laserscanner 6 am Teleskop stab 4 angeordnet. Dabei ist auch möglich, dass der Laserscanner 6 und die IMU in einem Simultaneaous Localization and Mapping - Scanner (SLAM-Scanner) in tegriert sind. Zusätzlich kann noch ein Magnetometer vorgesehen oder Bestandteil der IMU sein.

Der Laserscanner 6 sendet in einem Kegel mit einem Öffnungswinkel g in zumin dest einer Ebene von einigen wenigen Grad - beispielsweise 45° nach oben und unten von einer Normalen auf einen Laserscanneraustritt - bis zu 180° oder in Sphären rundum. Solid-State-Scanner können beispielsweise einen Bereich von 30°xl20° oder 30°x50° erfassen. In Fig. 6 beträgt der Öffnungswinkel g etwa 90°.

Es besteht auch die Möglichkeit einen Laserscanner 6 an dem oberen Ende 5b in zwei Richtungen rotieren zu lassen, sodass die gesamte Sphäre abgescannt wer den kann.

Durch die exzentrische Anordnung gemäß Fig. 6, wird die Aufnahmerichtung 2 durch das Gewicht der IMU und des Laserscanners 6 besser vorgegeben. Dies wird dadurch erreicht, dass der Teleskopstab 4 frei um seine Teleskopstabachse 20 drehbar ist und das geringfügig exzentrisch angebrachte Gewicht des Laserscan ners 6 und der IMU den Teleskopstab 4 dazu bringen sich so zu drehen, dass die IMU und der Laserscanner 6 immer nach außen und unten gerichtet sind. Dadurch ist die Aufnahmerichtung meistens nach außen und schräg nach unten gerichtet. Dies ermöglicht die optimale Aufnahme des Waldbestands 7 und des Bodens 8 um die Aufnahmevorrichtung 2 bei Durchführung der Verschwenkung in einem der Verfahrensschritte V3, V3', V4, V4'.

Fig. 7 bis Fig. 9 zeigen mögliche Bahnen 3, wobei den Möglichkeiten bei den Bah nen 3 keine Grenzen gesetzt sind. So ist jede Form, die Erstreckungen in zumin dest zweier Raumrichtungen aufweist möglich, die ungleich Null sind, und die mög lichst unregelmäßig sind. So ist ein Kreis nicht als Bahn 3 für das Verfahren geeig net.

Fig. 8 zeigt eine Lemniskate als Bahn 3, Fig. 9 zeigt eine Bahn 3 bei der die Lem- niskate aus Fig. 8 weitergeführt wird in einer weiteren Lemniskate. Die zweite Fi gur ist hier um 90° gegenüber der ersten Figur verdreht für Verfahrensschritt V3' oder V4'. In Fig. 9 ist demonstriert, dass z.B. im Fall von Platzmangel, eine sehr beliebig durchfahrene Bahn 3 ebenfalls zu brauchbaren Aufnahmen führt. Es ist auch eine blumenförmige Bahn 3 denkbar.

In einer verbesserten Ausführung ist neben dem Laserscanner 6 eine Kamera ver- ortet. Die Aufnahmebereiche von Laserscanner 6 und Kamera entsprechen einan der vorteilhafterweise. Durch die Kamera ist es möglich Farben während der Auf nahmen aufzuzeichnen und diese später mit der Punktwolke zu überlagern. Dies ermöglicht es visuell ansprechende und in RGB eingefärbte dreidimensionale Auf nahmen des Waldbestands zu erhalten. Weiters können durch die Kamera weitere Informationen gewonnen werden. So könnten die Art des Baumes 7a, Schädlinge, Wildverbiss und Krankheiten erkannt werden. Dies kann durch eine künstliche In telligenz (KI) durchgeführt werden. Dabei werten Anwender die Aufnahmen über längere Zeiträume hinweg aus. Bei Auswertung der Bilder durch einen Menschen werden Informationen zu den Aufnahmen eingetragen. Durch diese Vorgehens weise kann die KI lernen und diese Informationen in Zukunft selbst auswerten.

Stammerkennung und Baumartenerkennung kann durch Vergleich mit den Kame radaten und den Aufnahmen vom Laserscanner 6 realisiert werden.

Die Aufnahmen der Kamera werden zeitgleich zur Punktwolke von dem Laserscan ner 6 aufgenommen. Die Kamera und ein Solid-State-Laserscanner 6 weisen bei spielsweise beide einen 30°x50° großen Öffnungswinkel auf und können synchron denselben Ausschnitt aufnehmen.

Entlang des Teleskopstabs 4 oder am unteren Ende 5a können ein Prozessor, ein Datenspeicher, ein Energiespeicher zur Versorgung der Aufnahmevorrichtung 2 mit Energie und Anderes befestigt sein. Diese Komponenten sind im günstigsten Fall über ein - vorzugsweise mehrpoliges - Spiralkabel mit der optionalen Kamera, der IMU und dem Laserscanner 6 verbunden.

Um besonders einfach eine Aufnahmevorrichtung 2 zu erhalten kann ein Smart- phone vorgesehen sein, das den zumindest einen Laserscanner 6 und die IMU auf weist und in einer Halterung am oberen Ende 5b des Teleskopstabs 4 der Aufnah mevorrichtung 2 angeordnet wird.

Um besonders einfache Art und Weise eine haptische Rückmeldung durch die Auf nahmevorrichtung 2 zu erreichen, kann die Eigenfrequenz oder Eigenmode genau bei Verschwenkung mit der optimalen Mess-/oder Aufnahmegeschwindigkeit durchfahren werden. Dies kann beispielsweise durch die Federkonstante des Ge lenks G; 14 oder 17 eingestellt werden oder eine optional vorgesehenen Drehfeder gegen die Verschwenkung beeinflusst werden. Dazu kann auch eine Dämpfung der Schwenkbewegung vorgesehen werden.

Die Federkraft eines Federelements kann aber auch so bemessen sein, dass eine kraftsparende und vorteilhafte Bewegung des Teleskopstabs 4 bestmöglich unter stützt wird.

In weiteren Ausbildungen der Aufnahmevorrichtung 2 ist bevorzugterweise am oberen Ende 5b des Teleskopstabs 4 zur Bewegung des Laserscanners 6 in Relation zum Teleskopstab 4 ein Kugellager, ein Rollenlager, ein Gleitlager oder Ähnliches vorgesehen, und/oder ein solches Lager am unteren Ende 5a des Teleskopstabs 4 vorgesehen, das eine leichte Verdrehung des Teleskopstabs 4 gegen die Veranke rung zulässt.

Das Gelenk G; 14 oder 17 der Aufnahmevorrichtung 2 ist günstigerweise in allen Ausführungen möglichst niedrig am Teleskopstab 4 angeordnet, um eine möglichst große freie Länge zur Verschwenkung gegenüber dem unteren Ende 5a nutzen zu können.

Auch der Gummipfropfen, der zur Verankerung 10 eingesetzt wird, stellt ein Ge lenk zur Verschwenkung dar, ähnlich dem elastischen Element 17.

In einer besonderen Version ist ein Griff oder eine Manschette für ergonomisches Halten für den Anwender 1 am Teleskopstab 4 vorgesehen.

Die exakte Position für Aufnahmeserien, die üblicherweise zu unterschiedlichen Zeitpunkten vom selben Punkt aus im Waldbestand aufgenommen werden, können beispielsweise durch ein Stahlrohr im Boden 8 oder eine andere Markierung ge kennzeichnet werden, um das wiederholte Auffinden zu erleichtern. Dadurch wer den die Aufnahmen exakt immer von diesem Punkt aus abgearbeitet und so ein Fehler vermieden. Der Durchmesserzuwachs kann auf diese Art und Weise durch mehrmalige Messung zu unterschiedlichen Zeitpunkten exakt ermittelt werden.

Der Ort des Laserscanners 6, also seine absolute und relative Position werden mit hilfe von SLAM-Methoden bestimmt und beispielsweise durch sogenanntes Plane- to-Plane Matching bestimmt.

Alternativ dazu wird ein im Waldbestand 7 besonders vorteilhafter SLAM-Algorith- mus eingesetzt, der anstatt des üblichen Plane-to-Plane-Matchings, ein Matching zwischen Stammachsen oder Ast-Achsen vorsieht, da ebene Objekte im Wald sehr selten anzutreffen sind.

Es kann zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit zusätzlich ein Sensor bestimmt sein, der den Winkel der Verschwenkung abgreift und diese Information so zur genauen Positionsbestimmung des Laserscanners 6 herangezogen wird.

Eine mögliche günstige Verschwenkungsgeschwindigkeit ist 90° pro Sekunde bzw. 1 Meter pro Sekunde in Bezug auf die Scaneinheit, um den Waldbestand 7 für eine ausreichende Punktdichte zu erfassen.

Eine Auswertung der Punktwolke hinsichtlich einer Objekt-Extraktion in Echtzeit ist derzeit aufgrund der immensen Datenmenge noch nicht möglich. Eine dem Fach mann bekannte Software verarbeitet erst nach Übergabe die Rohdaten der Auf nahme.

Derartige SLAM-Scanner-Software zur Umwandlung der Punktwolke am PC oder einem anderen Rechner ist bekannt. Die Rohdaten vom Laserscanner 6 werden an den PC übergeben und von Software in dreidimensionale Kartendaten umgewan delt.

GNSS ist für die Aufnahmevorrichtung 2 von Vorteil, da eine GNSS-Antenne gute Mittelwerte für die Position ermitteln.

SLAM-Algorithmen können zusätzlich auch aus den Videobildern der Kamera die Bewegung des Laserscanners 6 herleiten.