Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Forstbestandes, wobei die Vorrichtung eine Basis mit einem ersten Laserscanner aufweist und ein erster Blickpunkt zur Messung vorgesehen ist, wobei der Blickpunkt jener Punkt ist, an dem der Laserscanner zur Messung angeordnet ist.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Aufnahme von Umgebungsscans in einem Forstbestand mit einer oben angegebenen Vorrichtung mit einer Basis an der in einem ersten Schritt ein erster Laserscanner in einem ersten Blickpunkt an der Basis angeordnet ist und der erste Laserscanner von dem ersten Blickpunkt aus einen ersten Umgebungsscan durchführt.

Um die Position und die Geometrie von Bäumen im Wald in hoher Detailtreue zu erfassen, werden unter anderem Laserscanner eingesetzt. Bei einer häufig ver- wendeten Anwendung von Laserscannern zu diesem Zweck ist der Laserscanner auf einem Stativ (Dreibein) montiert und es dreht sich während des Scannvor- ganges die Scanneinheit langsam um die vertikale Achse des Stativkopfes. Gleich- zeitig tastet der gepulste Laserstrahl des Scanners die Umgebung in einem Kreis um eine horizontale Achse ab, sodass am Ende des Scannvorganges ein vollkom- menes dreidimensionales sphärisches Abbild der Umgebung entstanden ist, wel- ches nur unmittelbar unterhalb des Stativs eine Lücke aufweist.

Laserscanner erfahren aktuell eine rasante Entwicklung, da sie in der Automobil- industrie beim autonomen Fahren zur Erkennung der Umgebung eingesetzt wer- den. Sie werden laufend miniaturisiert und immer kostengünstiger hergestellt. Ein typischer, in der Automobilindustrie eingesetzter Laserscanner hat in einem zylin- drischen Gehäuse eine horizontal rotierende Scanneinheit, die gleichzeitig vertikal 8-16 Laserpulse, verteilt auf einen Öffnungswinkel von 10°-20° aussendet und horizontal während der Rotation in hoher Auflösung über 360° scannt.

Die Entwicklung geht hin zu sogenannten Solid-State-Laser-Scannern, die keine sich drehenden Teile besitzen und die Laserpulse beispielsweise in einem Bereich von 120° mal 10° aussenden, wobei die Winkelauflösung entlang der 120° sehr groß ist und entlang der 10° nur etwa 1° beträgt. Diese Scanneinheiten werden noch kleiner, leichter und kostengünstiger sein als die zylindrischen 360° Scanner.

Das dreidimensionale Abbild des Waldes im Umkreis eines Stativ-Scanners ist bei der oben genannten traditionellen Anwendung nicht vollständig, da näher am Scanner stehende Bäume andere, weiter weg stehende Bäume im Bezug zur Scan- nerposition ganz oder teilweise verdecken können, sodass diese Bäume von den Laserpulsen gar nicht oder nur teilweise erreicht werden können. Dieser Nachteil wird manchmal dadurch ausgeglichen, dass ein Waldstück von mehreren Scanner- positionen aus erfasst wird und die dabei entstehenden einzelnen Punktwolken in einem nachgelagerten Daten-Prozessierungsvorgang miteinander kombiniert wer- den.

Dabei besteht der Nachteil, dass erstens das Gerät mehrmals aufgestellt werden muss und dadurch eine erheblich längere Scannzeit entsteht, und zweitens der Daten-Prozessierungsaufwand wegen der erforderlichen Fusionierung mehrerer Datensätze länger dauert. Um die einzelnen Punktwolken zueinander orientieren zu können, müssen in der Regel vor dem Scannvorgang mehrere kugelförmige Pass-Marken im Wald verteilt angebracht werden, was den Aufwand zusätzlich vergrößert.

Zur Aufnahme der geometrischen Daten des Forstbestandes, zur Erfassung der Durchmesser einzelner Bäume und die Zuordnung zu ihrem Standort wird bisher entweder händisch durch den Förster vorgenommen, was jedoch sehr zeit- und kostenintensiv ist. Andererseits ist es bekannt ein Aufnahmegerät mit einem Sen- sor, beispielsweise kombiniert mit einer photogrammetrischen Auswertung an spe- ziellen Messpunkten im Forstbestand aufzustellen und somit einen möglichst gro- ßen Ausschnitt des Forstbestands derartig geometrisch zu erfassen. Problematisch ist dabei, das bisher das Gerät während einer Messung fest an einem Ort verbleibt. Während der Messung und vor Ort ist keine Überprüfung der aufgenommenen Da- ten möglich.

Beispielsweise ist das Aufnahmegerät am Fahrzeug montiert und wird dadurch an mehrere Aufstellungsorte transportiert.

Durch die Bäume, die sich nahe dem Aufnahmegerät befinden sind die durch diese Messung gewonnenen Aufnahmen mit blinden Flecken behaftet und es fehlen da- her große Teile der geometrischen Daten der Bäume in der Umgebung zu dem Aufnahmegerät.

Um trotzdem einen Überblick über den Zustand der nicht einfach zugänglichen Holzbestände zu erhalten, wurden mehrere Möglichkeiten zur Inspektion ent- wickelt. Eine sehr teure und umständliche Methode stellt die Messung mit einem Flugzeug oder mit einem Hubschrauber aus der Luft dar. Dabei wird Laserscanning eingesetzt, um von der Position über dem Forstbestand Daten zu erheben. Beim Flugzeuglaserscanning werden Laserpulse aus mehreren hundert Metern Höhe über dem Boden nahezu senkrecht zur Erdoberfläche gesendet, dem entsprechend gibt es im Wald Echos von Baumkronen, von Ästen und vom Boden, aber nur ein ganz geringer Prozentsatz wird dabei von den Stämmen reflektiert. Daher können gute Messungen hauptsächlich im Winter aufgenommen werden, da das Kronen- dach während des restlichen Jahres verhindert, dass eine Messung bis zum Stamm der Bäume vordringt. Ultraschall oder Radarmessimpulse werden vom Blätterdach reflektiert und das Messergebnis zeigt somit teilweise nur die Baumkronen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die Qualität der Aufnahmen kosten- günstig zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch eine eingangs erwähnte Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, das zumindest ein zweiter Blickpunkt zur Messung vorgesehen ist und dass entweder der erste Laserscanner zwischen erstem Blickpunkt und zwei- tem Blickpunkt verschiebbar ist, oder dass zumindest ein zweiter Laserscanner im zweiten Blickpunkt zur Messung angeordnet ist und im ersten Blickpunkt der erste Laserscanner angeordnet ist. Durch dieses Vorsehen von zwei Blickpunkten ent- steht der Vorteil, dass zumindest zum Teil mit der Vorrichtung an Bäumen die im Vordergrund stehen vorbei geblickt werden kann. Dadurch ist eine höhere Dichte an gesammelten Daten erreichbar und die Höhe der Vollständigkeit der Messung wird gesteigert. Darüber hinaus ist die Aufnahme durch diese Vorrichtung günstig und einfach möglich.

Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich dabei wesentlich von der bekannten Triangulation, einer geometrischen Methode der optischen Abstandsmessung durch genau Winkelmessung innerhalb von Dreiecken. Es geht bei der Erfindung nicht um Abstandsbestimmung, sondern um eine Verlagerung des Blickpunktes, um optische Hindernisse -welche beispielsweise durch vordergründige Bäume ge- bildet werden - quasi zu umgehen und dadurch zusätzliche Messdaten über hinter den Hindernissen liegende Messobjekte zu generieren.

Versuche habe gezeigt, dass ein signifikanter Effekt in durchschnittlichen, mittel- europäischen Forstbeständen ab einer Entfernung der Blickpunkte von mehr als 0,8 m erhältlich ist. Daher ist es vorteilhaft, wenn der zweite Blickpunkt von dem ersten Blickpunkt um eine Länge beabstandet ist, wobei die Länge einen Betrag aufweist der größer als 0,8 m ist und vorzugsweise zwischen 1 m bis 2,5 m ist.

Diese Aufgabe wird auch von einem eingangs erwähnten Verfahren dadurch gelöst, dass in einem zweiten Schritt von einem zweiten Blickpunkt aus ein zweiter Um gebungsscan durchgeführt wird, wobei der zweite Blickpunkt zu dem ersten Blick- punkt eine Länge L aufweist, die größer als 0,8 m ist und vorzugsweise zwischen 1 m bis 2,5 m ist. Eine besonders einfache Vorrichtung mit besonders kleinen äußeren Abmaßen um die Handlichkeit zu gewährleisten, wird erreicht, wenn diese Länge zwischen den Blickpunkten durch eine Basisstange an der der Laserscanner angeordnet ist, er- reicht wird und zumindest teilweise durch diese Basisstange überbrückt wird.

Besonders genaue Erfassung der Umgebung kann durch eine Vorrichtung erreicht werden, die vorsieht, dass die Basisstange um eine Drehachse gegenüber der Basis verdrehbar angeordnet ist. Dadurch ist es einfach möglich, mehrere Umgebungs- scans aus verschiedenen Perspektiven durchzuführen.

Besonders vorteilhaft ist das möglich, wenn ein Antrieb zur Verdrehung der Ba- sisstange vorgesehen ist, der an der Basis oder an der Basisstange angeordnet ist, wobei der Antrieb vorzugsweise ein Elektromotor ist.

Es ist günstig, wenn der erste Laserscanner entlang der Basisstange der Basis verschiebbar ist und im ersten Blickpunkt und im zweiten Blickpunkt anordenbar ist. Dadurch kann der Blickpunkt einfach entlang der Basisstange gewechselt wer- den und die Vorrichtung bleibt günstig, da nur ein Laserscanner benötigt wird.

Dabei wird der erste Laserscanner zwischen dem ersten Umgebungsscan und dem zweiten Umgebungsscan vom ersten Blickpunkt in den zweiten Blickpunkt - vor- zugsweise durch einen Linearantrieb - verschoben.

Eine gleichwertige Alternative wird erreicht, wenn der erste Laserscanner exzen- trisch und verschwenkbar an der Basis angebracht ist.

Dabei wird der erste Laserscanner einfachzwischen dem ersten Umgebungsscan und dem zweiten Umgebungsscan vom ersten Blickpunkt in den zweiten Blickpunkt verschwenkt - vorzugsweise durch einen Elektromotor.

Um besonders viele Geometriedaten der Umgebung besonders genau aufnehmen zu können, ist es günstig, wenn der/die Laserscanner während der Bewegung Um gebungsscans durchführt/durchführen. Das ist alternativ oder zusätzlich auch er- reichbar, wenn der Laserscanner je um seine eigene Hochachse in einem der Blick- punkte zur Durchführung des Umgebungsscans verdreht wird.

Um schneller Umgebungsscans durchführen zu können, ist in einer alternativen Ausführung vorgesehen, dass ein zweiter Laserscanner im zweiten Blickpunkt an- geordnet ist, und dass im ersten Blickpunkt der erste Laserscanner angeordnet ist. Diese beiden können dann den ersten Umgebungsscan und den zweiten Umge- bungsscan zeitgleich oder nacheinander durchführen. Um ein umfassendes Bild der Umgebung zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn zu- mindest ein Laserscanner einen Öffnungswinkel aufweist, der größer als 100° ist und vorzugsweise größer gleich 120° ist.

Um die Ausrichtung des Laserscanners oder der Laserscanner möglichst flexibel zu gestalten, ist es günstig, wenn die Basis ein Stativ ist. Dabei kann es sich bei- spielsweise um ein typisches Dreibein oder auch einen Erdspieß handeln. In ande- ren Ausführungen kann die Basis eine Einrichtung zur Montage auf einem Fahrzeug bilden.

Um Geometriedaten der Umgebungsscans mit Bildern der Umgebung kombinieren zu können, oder um den Geometriedaten Informationen über Baumarten beifügen zu können, ist es günstig, wenn die Vorrichtung zumindest eine Kamera aufweist, wobei die Kamera einem Blickpunkt zugeordnet ist, und wenn vorzugsweise zwei Kameras vorgesehen sind.

Mit einem Laserprojektor ist es möglich, während Fotoaufnahmen Lichtpunkte auf die Umgebung zu projizieren und durch die Lichtpunkte in den Aufnahmen ein Image-Matching-Verfahren zu ermöglichen. Dadurch können Aufnahmen einander automatisch zugeordnet werden.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn aus den Bildern Geometrie und Lage der Baum- oberflächen, sowie das Aussehen der Baumoberfläche stereo-photogrammetrisch ausgewertet werden.

Um die Möglichkeit zur Aufnahme der Umgebung noch zu erweitern, ist in einer besonderen Ausführung der Vorrichtung vorgesehen, dass der/die Laserscanner verdrehbar ist/verdrehbar sind - und vorzugsweise mit einem Antrieb zur Verdre- hung verbunden sind.

Durch Laserscanner lassen sich besonders hochwertige und gute Messergebnisse erzielen. Dieser werden zur Bestimmung der Geometrie und der Lage der Baum- oberflächen in hoher Auflösung verwendet. Diese weisen zumindest eine Laseraus- trittsöffnung auf. Wenn der Laserscanner drehbar ist, können Lasermesspulse in hoher Auflösung in alle Richtungen (360° in einer waagrechten Ebene) abgegeben werden.

Eine besonders vorteilige Anordnung ergibt sich, wenn die Vorrichtung einen Hy- perspektralsensor zur visuellen und automatischen Erkennung von Baumarten, Baumvitalität oder Baumschäden aufweist. Es ist günstig, wenn die Vorrichtung die aufgenommenen Daten in einem Daten- speicher ablegt oder wenn die Vorrichtung die aufgenommenen Daten weitersen- det. Außerdem ist es praktisch, wenn die Vorrichtung die genauen Koordinaten des aktuellen Standpunktes mit der Aufnahme der Umgebungsscans aufnimmt. So können die Umgebungsscans einem Punkt zugeordnet werden.

Zur Vermeidung der oben genannten Nachteile wird in der gegenständlichen Erfin- dung die Scanneinheit auf einen horizontalen auskragenden Arm positioniert, der mit einer Motoreinheit an der Stativachse verbunden ist, wobei ein elektronisch gesteuerte Getriebemotor die Scanneinheit auf dem auskragenden Arm langsam um die vertikale Stativachse dreht. Wenn währen dieser langsamen Bewegung des Exzenterarms eine kreisförmige Abtastung der Umgebung um die horizontale Achse des Armes erfolgt, so wird von zwei hinsichtlich der Stativachse gegenüber- liegenden Scannpositionen im Abstand der doppelten Länge des Exzenterarms zeitversetzt in dieselbe Richtung gescannt. Bei einer Länge des Exzenterarms von vorzugsweise mindestens 50 cm können durch diese geometrische Anordnung ein großer Teil der Abschattungen vom Stativ entfernter stehender Bäume vermieden werden, ohne dass eine zusätzliche Aufstellung der Scanneinheit erforderlich wäre.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein einzelner Baum nicht wie bisher von einem einzigen Punkt aus gescannt wird, was dazu führt, dass - abhängig von der Entfernung des Baumes zum Scanner und vom Durchmesser des Baumes - stets weniger als die Hälfte des Umfangs erfasst wird, sondern von zwei Positionen aus, deren Abstand zueinanderd größer ist als der Baumdurchmesser, sodass stets mehr als die Hälfte des Umfangs erfasst werden kann. Diese Verbesserung führt dazu, dass die Rekonstruktion der einzelnen Baumdurchmesser bei Aufstellung des Stativs auf nur einem Punkt mit einer höheren Genauigkeit erfolgen, kann als bei traditionellem Stativ- Laserscanning.

Durch die fortschreitende Miniaturisierung der Laserscanner können anstelle eines Scanners mit kreisförmiger Abtastung alternativ mehrere Solid-State-Scanner, verwendet werden, welche die Pulse z.B. in einem Öffnungswinkel von 120° aus- senden. Die versetzte und / oder überlappende Anordnung mehrerer solcher Scan- ner bzw. Scann-Fächer kann insbesondere dahingehend optimiert werden, dass durch die Verdichtung der Punktwolke an den Überlappungsbereichen die co-Re- ferenzierung der einem einzelnen Laserscanner zuzuordnenden Punktwolken-Frag- mente erleichtert wird und dadurch die Genauigkeit gesteigert wird.

Eine weitere Möglichkeit der exzentrischen Scanneranordnung besteht darin, zwei Laserscanner (oder Scanner-Kombinationen) an den Enden eines beidseitig aus- kragenden, sich um die vertikale Stativachse drehenden horizontalen Armes an- zuordnen, was durch die symmetrische Anordnung zu einer höheren Stabilität des Statives führt und zusätzlich den positiven Effekt hat, dass jeweils gleichzeitig (und nicht durch die langsame Drehung des Armes zeitversetzt) in dieselbe Richtung gescannt wird. Bewegte Ziele, wie zum Beispiel vom Wind bewegte Äste, werden dadurch präziser abgebildet und erleichtern dadurch die co-Referenzierung der Punktwolken-Fragmente.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung der Scannvorrichtung wird die zuvor vertikale Achse, um die sich der auskragende Arm bewegt, so gekippt, dass die Achse im rechten Winkel zur Gelände-Ebene ausgerichtet ist und dadurch in geneigtem Gelände die Kreisförmige Bewegung des Scanners in etwa parallel zur Gelände-Ebene erfolgt.

Alle beschriebenen Anordnungen von Laserscannern können ergänzt werden durch eine oder mehrere Kameras, welche die gescannte Umgebung zusätzlich auf Fotos oder Videos festhalten. Sie können zur visuellen Kontrolle der Scanns herangezo- gen werden sowie zur automatischen oder visuellen Ansprache der Baumarten oder Stamm-Qualitäten.

Eine nützliche Ergänzung zu den beschriebenen Anordnungen der Sensoren stellt eine digitale Einheit zum Messen des zurückgelegten Drehwinkels dar, wodurch die Position des Laserscanners im Raum hergeleitet werden kann und damit die co- Referenzierung der Punktwolkenfragmente verbessert wird.

In einer besonders günstigen Ausführung weist die Vorrichtung ein Aufnahmemo- dul mit einem satellitenbasierten Funkmodul - vorzugsweise einem Mobilfunkmo- dul der 5. Generation - auf, wobei von dem Aufnahmemodul die während der Um gebungsscans erhobenen Daten gesammelt werden. Durch das Aufnahmemodul wird die Authentizität der aufgenommenen Daten sowie seine zeitliche und örtliche Zuordnung mit Blockchain-Technologie belegt, da die aufgenommenen Daten je- weils mit Ort und Zeit verknüpft werden. Die gesamte Aufnahme ist somit hin- sichtlich Zeit und Ort definiert und fälschungssicher versiegelt.

In der Folge wird die Erfindung anhand der nicht einschränkenden Figuren näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer

Seitenansicht;

Fig. 2 die erste Ausführung in einem Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht; und

Fig. 4 eine dritte Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 in einer ersten Ausführung gezeigt. Dabei weist die Vorrichtung 1 eine Basisstange 2 auf, die an einem Stativ 3 um eine Drehachse A drehbar gelagert ist. Die Basisstange 2 weist zum Stativ 3 einen Antrieb 4 auf. An der Basisstange 2 sind je in einem ersten Blickpunkt 5 und in einem zweiten Blick- punkt 6 ein erster Laserscanner 7 und ein zweiter Laserscanner 8 angeordnet. Diese beiden Laserscanner 7 und 8 sind je um ihre Hochachse H verdrehbar, wobei in der gezeigten Ausführung wiederum ein Antrieb zur Verdrehung der Laserscan- ner 7 und 8 gegenüber der Basisstange 2 vorgesehen ist. Die beiden Blickpunkte 5 und 6 weisen zueinander eine Länge L auf, die in etwa 1,5 m beträgt.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 ist an einem Hang H mit einer ungefähren Neigung um einen Winkel a gezeigt. Das Stativ 3 ist in dieser Ausführung ein Erd- spieß, der entweder vertikal (strichliert dargestellt), oder normal zum Hang H in die Erde gerammt wird. Bei vertikaler Ausrichtung des Stativs 3 ist die Basisstange 2 zum Stativ schwenkbar vorgesehen und beispielsweise mit einer Schraube im Wesentlichen parallel zum Hang H fixierbar. Dadurch lässt sich die Umgebung bes- ser aufnehmen, da bei einem steilen Hang sonst ein Teil der Aufnahme nur den Hang H darstellen würde.

In Fig. 2 ist ein Laserscanner dargestellt, der einen Öffnungswinkel ß aufweist, der in der dargestellten Ausführung 120° beträgt.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführung der Vorrichtung 1. Dabei ist nur der erste La- serscanner 7 vorgesehen, der im betrachteten Augenblich im ersten Blickpunkt 5 angeordnet ist. Der erste Laserscanner 7 ist entlang der Basisstange 2 entweder händisch oder über einen Antrieb verschiebbar bis in den zweiten Blickpunkt 6. Das Stativ 3 ist in dieser Ausführung als Dreibein ausgeformt.

Eine dritte Ausführung der Vorrichtung 1 ist in Fig. 4 dargestellt. Im Unterschied zu den anderen Ausführungen ist die Basisstange 2 dabei exzentrisch mit einer Länge L/2 um die Drehachse A angeordnet und wie in der zweiten Ausführung ist nur ein erster Laserscanner 7 zuerst in einem Blickpunkt 5 angeordnet. Die Ba- sisstange 2 wird in einem zweiten Schritt verschwenkt, so dass der erste Laser- scanner 7 anschließend in dem zweiten Blickpunkt 6 angeordnet ist.