Erste Erfahrungen mit dem handgeführten Laserscanner ZEB ... · For over 800 years, until four decades ago, intensive mining of lead, zinc and silver ores existed at Schneeberg in

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18. ALTBERGBAU - KOLLOQUIUM Wieliczka 2018

Erste Erfahrungen mit dem handgeführten Laserscanner ZEB-REVO bei Vermessungsarbeiten im Altbergbau am Südtiroler Schneeberg

Diana Hößelbarth, Oliver Richter, Cornelius Martin, Thomas Martienßen1 Marcus Wandinger2

1Institut für Markscheidewesen und Geodäsie, TU Bergakademie Freiberg

2Landesamt für Digitalisierung, Breitband und Vermessung Bayern

ZUSAMMENFASSUNG: Über 800 Jahre lang, bis vor vier Jahrzehnten, existierte am Schneeberg in Südtirol intensiver Abbau im Tief- und Tagebau auf Blei, Zink und Silber. Noch heute sind die Zeitzeugen des Abbaus unverkennbar zu sehen und im Rahmen des Landesmuseums Bergbau Südtirol zu besichtigen. Diese als Grundlage für künftige wissenschaftliche Arbeiten zu dokumentieren, ist ein Ziel markscheiderischer Vermessungen. Dazu wurde im Jahr 2018 im Rahmen eines Komplexpraktikums am Schneeberg auf ca. 2300 m Höhe von Studierenden des Studiengangs Markscheidewesen und angewandte Geodäsie der TU Bergakademie Freiberg unter anderem der Handscanner ZEB-REVO der Firma GeoSLAM eingesetzt und getestet. Der folgende Text stellt zuerst das Bergwerk am Schneeberg vor und konzentriert sich anschließend auf die Handhabung des Handscanners ZEB-REVO. Erste Genauigkeits-untersuchungen werden angestellt, indem die Messergebnisse des Instrumentes mit den Resultaten eines terrestrischen Laserscanners (VZ-400i) gegenübergestellt werden. Mit einer Bewertung der Erfassung eines wohl spätmittelalterlichen untertägigen und nur schwer zugänglichen Örterbaus schließt der Beitrag ab. ABSTRACT: For over 800 years, until four decades ago, intensive mining of lead, zinc and silver ores existed at Schneeberg in South Tyrol. Even today, the witnesses of the mining are clearly visible and can be visited as part of the Landesmuseum Bergbau Südtirol. Documenting these as the basis for future scientific work is one of the objectives of undertaking mine surveying in that area. For this purpose, the ZEB-REVO hand-held scanner from GeoSLAM was used and tested in 2018 at Schneeberg at an altitude of approx. 2300 m as part of a complex internship by students of the university course Mine Surveying and Applied Geodesy of TU Bergakademie Freiberg. The following text first introduces the Schneeberg Mine and then focuses on the operation of the ZEB-REVO handheld scanner. Initial accuracy studies are made by comparing the measurement results of the instrument with the results of a terrestrial laser scanner (VZ-400i). The article closes with an evaluation of the operation of the instrument for the survey of a well-medieval small stope being difficult to access.

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1 Das Bergwerk am Schneeberg in Südtirol – über 800 Jahre Bergbaugeschichte

Heute als bedeutender Standort des Landesmuseums Bergbau in Südtirol, früher als größtes

Erzbergwerk Tirols mit über 140 km untertägigem Streckennetz – so ist bzw. war das Bergwerk am

Schneeberg zwischen Sterzing und Meran bekannt. Schon um 1235 wird im Bozner Notarbuch das

„argentum bonum de Sneberch“, das „gute Silber vom Schneeberg“, erwähnt, womit

höchstwahrscheinlich das hier betrachtete Bergwerk am Schneeberg gemeint war. Die Blei-Zink-

Silber-Lagerstätte auf einer abgeschiedenen Hochalm im Hinterpasseier in den südlichen Stubaier

Alpen war so bedeutend, dass sich hier in ca. 2300 bis 2400 m Meereshöhe während der über 800

Jahre währenden Bergbaugeschichte die höchstgelegene Dauersiedlung Europas entwickeln konnte:

St. Martin am Schneeberg mit verschiedenen Wohnhäusern, eigener Kirche, Gasthaus, einem kleinen

Hospital und einer Schule. Auch im Winter, wenn die Siedlung von den umliegenden Tälern völlig

abgeschnitten war, konnte so der Erzabbau untertage weitergeführt werden. Und nicht umsonst galten

die Schneeberger Knappen als die besten Skifahrer der Gegend.

Abb. 1: Wohl die früheste Darstellung des Bergwerks am Schneeberg findet sich im Schwazer Bergbuch 1556 (Tiroler Landesmuseum Ferdinandeum, Sign. Dip. 856). Deutlich sind die im Ausstreichen der verschiedenen Klüfte übereinander angelegten Stollen zu sehen. Mehrere Gebäude sind ebenfalls dargestellt, darunter die „Fleischpank“ (Metzgerei), womit ihre Bedeutung für die Ernährung der damaligen Siedlung am Schneeberg unterstrichen wird. Ebenso fällt die Maultierkolonne auf, die das Erz von den Gruben über die im Hintergrund gelegene Scharte hinüber in den Bereich von Ridnaun-Sterzing säumt, von wo das Erz weiter zu den Hütten bei Schwaz gebracht wurde.

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Im Wesentlichen unterscheidet man drei Betriebsepochen des Bergbaus am Schneeberg. In den ersten

Jahrzehnten erfolgte aus tagnahen Grubenbauen die Gewinnung von Silbererzen, die durch das

Passeiertal zur Münzprägung nach Meran transportiert wurden, damals die Hauptstadt der Grafschaft

Tirol. Diese erste Epoche währte aber nur kurze Zeit.

Schon bald gerieten die Bleierze in den Fokus, die dringend bei der Fahlerzverhüttung des in

Nordtirol aufblühenden Silberbergbaus in Schwaz benötigt wurden, wie auch das Schwazer Bergbuch

1556 berichtet [1]. Nun mussten die Bleierze zunächst mittels Maultieren über die 2700 m hohe

Schneebergscharte und weiter durch das Ridnauntal und über den Brennerpass bis nach Nordtirol

transportiert werden. In dieser zweiten Epoche lebten im 15. und 16. Jahrhundert an die tausend

Menschen am Schneeberg, die in den Bergwerken und Bergschmieden, als Säumer und Pferde- bzw.

Maultiertreiber arbeiteten – oder beispielsweise als Metzger in der schon im Schwazer Bergbuch

genannten „Fleischbank“, der höchsten Metzgerei Europas, die erst vor wenigen Jahren archäologisch

ausgegraben wurde. Damals waren die Wohnstätten nahe den jeweiligen Stollen gelegen, verstreut

über die mehrere Quadratkilometer große Hochalm.

Abb. 2: Markscheidestufe von 1739 im Karlstollen, angebracht wohl im Zusammenhang mit einer Befahrung von Joseph von Leitner, zu jener Zeit kaiserlicher Verweser zu Sterzing, auf den die Initialen IVL hinweisen könnten. (Foto: Marcus Wandinger, 2015)

In diese zweite Epoche fiel die Anlage des Karlstollens, eines gut 1,6 km langen Erbstollens. Solange

sich am Schneeberg der Abbau auf die Sohlen oberhalb der Stollen des Seemooser Reviers

beschränkte, konnte das Grubenwasser durch diese abgeführt werden, also insbesondere den Peter-

Stollen, dessen Mundloch mit 2206 m am tiefsten der Seemooser Hauptstollen liegt. Sobald jedoch

der Abbau in größere Teufen vordrang, mussten andere Wege der Wasserhaltung gesucht werden.

Wasserheber, die mittels Eimern oder Ledersäcken das Wasser auf Fahrten nach oben trugen oder

manuell Pumpen bedienen mussten, kamen bald an ihre Grenzen. Versuche mit einer Wasserkunst,

die ein Orgelbauer aus Zinn anfertigte, und andere Pumpwerke scheiterten nach kurzer Zeit [2]. So

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blieb es zunächst bei einem Kricklzug, einer Pumpe mit manuellem Antrieb, die pro Arbeitsschicht

immerhin gut 20.000 l Wasser 100 m hoch heben konnte [3]. Da auch dies langfristig nicht

ausreichend war, wurde schließlich 1660 auf Geheiß von Erzherzog Ferdinand Karl von Österreich-

Tirol (1628–1662) in etwa 2030 m Meereshöhe der Karl-Stollen (auch Karl-Hauptbau genannt)

angeschlagen, der somit rund 170 m tiefer liegt. Die ersten 40 Jahre wurde er in reiner Handarbeit

(Schrämarbeit mit Schlägel und Eisen) aufgefahren, bis ab 1680 Schwarzpulver eingesetzt wurde.

Anstelle der geplanten 34 Jahre dauerte es infolge unerwartet harten Gesteins und eines

Wassereinbruchs 90 Jahre, bis der Stollen die Lagerstätte erreicht hat, und sechs Jahre später konnte

der Durchschlag zu den höher gelegenen Grubenbauen vollzogen werden. Dieser Stollen mit

mehreren historischen Markscheidestufen [4] ist heute einer der Höhepunkte bei den Besucher-

befahrungen und dient auch heute noch als einer der Wasserlösungs- und Wetterstollen.

Ende des 18. Jahrhunderts ging die Nachfrage nach Blei langsam zurück, doch im 19. Jahrhundert

rückte die bislang unbeachtet gebliebene Zinkblende in das Interesse und führten zur dritten und

letzten Blütezeit des Schneeberger Bergwerks. Eine grundlegend neue Vermessung, ausgehend von

einer Triangulation im Jahre 1880, erlaubte erstmals einen vollständigen Überblick über das

komplexe Grubengebäude am Schneeberg [5]. In dieser dritten Blütezeit wurde ab 1874 eine

deutliche Verbesserung des seit jeher problematischen Erztransports erreicht: Ein ausgeklügeltes und

in dieser Art und diesem Umfang europaweit einmaliges System von nahezu horizontalen

Pferdebahnstrecken und zum Teil sehr steilen, an die Berghänge angeschmiegten Bremsberganlagen

mit mehreren dazwischen angeordneten Erzkästen (Zwischenlager als „Puffer“ für eventuelle

Transportunterbrechungen) ersetzte die alten Saumpfade und war bis etwa 1920 in Betrieb, als eine

Materialseilbahn errichtet wurde. Nur ein Bremsberg (hier als Wassertonnenaufzug) im Revier

Seemoos war noch bis 1967 in Betrieb.

Abb. 3: Mittlerer Abschnitt des Lazzacher Bremsbergs mit dem Bergbaulehrpfad.

(Foto: Dr.-Ing. Franz R. Schlosser, 2014)

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In dieser dritten Blütezeit konzentrierte sich das Leben auf die Knappensiedlung St. Martin am

Schneeberg – neben dem Herrenhaus der k.u.k. Grubenverwaltung (heute alpines Schutzhaus) und

der Kirche Maria Schnee entstanden mehrere Knappenkauen als Arbeiterwohnhäuser und ein

Frauenhaus für die ledigen Frauen, eine Schule, ein kleines Krankenhaus, eine zentrale

Bergschmiede, eine Werkstatt, und auch Schießstand und Kino für die Freizeit fehlten nicht. Im

Schneebergarchiv dokumentieren einige historische Fotos das damalige Leben in dieser

Knappensiedlung (Abb. 4 ff.).

Abb. 4: Postkarte aus der Zeit vor 1920. Schneebergarchiv des Landesmuseums Bergbau Südtirol.

Abb. 5: Kaisertag (17. August) 1913 am Schneeberg. Vorne: Hutmann und zugleich Schützen-hauptmann Wallnöfer an der Gitarre, Hutmann Peter Lechner als Mundschenk und Hutmann Lapper an der Violine. Dahinter von links: Pfarrer Kössler aus Rabenstein und Bergrat Feuchter (mit Brille), flankiert von zwei Bergleuten. Schneebergarchiv des Landesmuseums Bergbau Südtirol.

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Abb. 6: Blaskapelle vom Schneeberg vor der großen Knappenkaue. Die Gleise führen vom Mundloch des Martinstollens (im Erdgeschoss des Gebäudes, hinter den Personen) zum Erz- und Haldensturz. Schneebergarchiv des Landesmuseums Bergbau Südtirol.

So war das Knappendorf St. Martin am Schneeberg von Leben erfüllt, bis im Juni 1967 in einem

Arbeiterwohnhaus ein Brand ausbrach, der wegen des noch gefrorenen Löschteichs nicht wirksam

bekämpft werden konnte. Der Bergbaubetrieb dort oben wurde 1967 stillgelegt und die

Knappensiedlung St. Martin verwaiste. Manche Gebäude wurden abgebrochen, andere verfielen. Der

Betrieb erfolgte nun an auf der anderen Seite der Schneebergscharte, durch einen neuzeitlichen

Unterfahrungsstollen, dem „nur“ 2000 m hoch gelegenen, über 3 km langen Poschhausstollen im

Lazzachertal, einem Seitental des Ridnauntals bei Sterzing. Dieser Stollen war leicht aus dem Tal mit

einer Personenseilbahn erreichbar.

Doch trotz der enormen Investitionen und Neuerungen konnte der allmähliche Niedergang des

Bergbaus nicht aufgehalten werden. Die hohen Gestehungskosten eines Bergwerks im Hochgebirge

konnten mit den ständig fallenden Blei- und Zinkpreisen auf dem Weltmarkt nicht mehr konkurrieren.

1979 wurde die Gewinnung eingestellt, es wurden dann lediglich noch Explorationsbohrungen

durchgeführt, die aber 1985 auch eingestellt wurden.

Der Schneeberg verwaiste zunächst, einige Häuser verfielen oder wurden eingeebnet. Es blieb ein

mehrere Quadratkilometer großes Hochgebirgsareal mit unzähligen Spuren des Bergbaus aus über

acht Jahrhunderten, mit einer Fülle an montanarchäologischen Bodendenkmälern, wie man sie selten

woanders finden wird. Der erhaltene Gebäudebestand mit Herrenhaus und Gasthaus (die heute als

Schutzhütte dienen), Schule (heute Wohnhaus des Alm-Hirten), Schmiede, Werkstatt (heute

Schauraum) etc. stellt ein einzigartiges Denkmal alpiner Montangeschichte dar. So verwundert es

nicht, dass 1991 neues Leben am Schneeberg entstand, indem er Teil des heutigen Landesmuseums

Bergbau Südtirol wurde. Dessen vier Standorte (das Bergwerk am Schneeberg, das Bergbaumuseum

an der Schneeberger Erzaufbereitung im Ridnauntal, das Kupferbergwerk Prettau mit

Besucherbergwerk und heilklimatischen Therapiestollen, und das Museum Kornkasten) bilden heute

einen Anziehungspunkt für Touristen ebenso wie für Experten. Der Schneeberg ist seit Jahren

Gegenstand montanarchäologischer Forschung [6], und es fanden bereits zwei montanhistorische

Symposien am Schneeberg statt [7]. Außerdem hat der Schneeberg auch seine Qualität als

akademisches Lehrbergwerk unter Beweis gestellt [8]: Im Juni 2018 fand die zweite Kampagne des

jeweils einwöchigen „Markscheiderischen Komplexpraktikums“ von Studierenden und Betreuern des

Instituts für Markscheidewesen und Geodäsie der TU Bergakademie Freiberg am Schneeberg statt,

tatkräftig unterstützt vom Landesmuseum Bergbau und vom Hüttenwirt der Schneeberghütte und

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seinem Team. Die dabei erlangten neuen Erkenntnisse über den Bergbau am Schneeberg werden dem

Landesmuseum Bergbau zur Verfügung gestellt.

2 Bewertung des Handcanners ZEB-REVO

2.1 Aufbau der Hardware

Der ZEB-REVO ist ein handgeführter Laserscanner kombiniert mit einer inertialen Messeinheit

(IMU), welcher vom Messenden händisch durch den Raum geführt wird. Dabei rotiert der Laserkopf

mit einer Geschwindigkeit von 0,5 Hz, so dass in Kombination mit der Bewegung des Messenden

das System ständig seine Raumlage ändert. Bei einer maximalen Reichweite von 30 m eignet sich

der ZEB-REVO für die Aufnahme von Innenräumen. Das Vorgängermodell ZEB1 wurde 2014 einst

genau für diesen Anwendungsfall konzipiert. Die Lasereinheit ist in der Lage, 43.200 Punkte/Sekunde

zu erfassen. Sein Sichtfeld beträgt 360° x 270°. Wird der Handscanner aufrecht gehalten, beträgt die

Auflösung vertikal 1,8° und horizontal 0,625°. Die Laserklasse 1 ermöglicht ein augensicheres

Arbeiten. Verzichtet man auf die Ausbaustufe RT (Real Time), ist der ZEB-REVO in der

Schutzklasse IP64 zertifiziert. Der ZEB-REVO wiegt 1 kg und ist über ein Kabel mit der Registrier-

und Batterieeinheit verbunden, die bequem geschultert werden kann. Abb. 7 zeigt das Handgerät im

Einsatz. In [9] werden die technischen Parameter gelistet.

Abb. 7: Unter-Tage-Aufnahme mit dem ZEB-REVO (Foto: Marcus Wandinger, 2018)

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2.2 Arbeitsweise der Software

Ohne detailliert auf die Beschreibung der Software und die benutzten Algorithmen einzugehen,

werden hier einige wichtige Grundlagen vermittelt, um den ZEB-REVO in der Praxis richtig zu

handhaben, damit brauchbare Ergebnisse erzielt werden.

Wie der Name des Herstellers „GeoSLAM“ des ZEB-REVO schon verrät, stammt die Entwicklung

des Systems aus der Robotik. Dort werden seit vielen Jahren SLAM-Algorithmen entwickelt und

verfeinert. SLAM steht für „Simultaneous Localization and Mapping“, was bedeutet, dass die eigene

Positionsbestimmung und die Kartierung (Erfassung) der Umgebung gleichzeitig stattfinden. Die

verwendeten Algorithmen können dabei deterministischer und probalistischer Natur sein. Letztlich

besteht die zu lösende Aufgabe darin, die Umgebung zu kartieren und gleichzeitig den Weg des

Messenden innerhalb der erzeugten Karte nachzuvollziehen.

Im Ablauf der Messdatenprozessierung, egal ob diese in Echtzeit (Real Time) oder in der Nach-

bearbeitung (Postprozessing) stattfindet, muss der SLAM-Algorithmus ständig entscheiden, ob er die

Informationen (Messwerte), die er bekommt, als eine ihm bekannte Umgebung wahrnimmt, oder ob

er eine neue Teilumgebung dem Bestehenden hinzufügen muss. Kommt es hier zu Zuordnungs-

fehlern, wirkt sich dies auf den Verlauf des Pfades des Messenden aus und auf die Interpretation und

Zuordnung weiterer Teilumgebungen. So kann sich ein Zuordnungsfehler theoretisch unbegrenzt

ausweiten. Grob falsche Ergebnisse können die Folge sein.

Für eine schnelle Zuordnung und Lösung dieser Mehrdeutigkeiten wird die Graphentheorie

benutzt. Für den Messenden ist hier wichtig zu wissen, dass sich die Rückkehr in eine bereits bekannte

Umgebung, auch als Kreisschluss bezeichnet, stabilisierend auf die Prozessierung auswirkt. Dies

beschleunigt sowohl die Lösungsfindung als auch die Qualität und Genauigkeit des Endergebnisses.

Aus diesem Grund ist anzustreben, immer wieder Bekanntes in den Messpfad einzubinden und den

Pfad am Ende zu schließen.

Der Hersteller empfiehlt das Einschalten des Systems in einer Ruheposition, bei der sich die IMU

initialisieren kann. Im Anschluss beginnt die Messung. Man kehrt am Ende zum Startpunkt zurück

und schließt in der gleichen Ruheposition die Messung ab. Später, im Innendienst, werden die

Rohdaten des ZEB-REVO prozessiert.

2.3 Anwendung des ZEB-REVO unter Tage

Für den Einsatz des ZEB-REVO am Schneeberg wurden zwei Anwendungsfälle betrachtet. Einmal

sollte das Instrument für Aufnahmen des 1,6 km langen Karlstollens und einmal für einen ca. 50 x 30

m großen, mehrfach verzweigten alten Abbau verwendet werden.

Um eine Genauigkeitsbetrachtung anstellen zu können, wurden im Karlstollen die Messergebnisse

des ZEB-REVO den Ergebnissen eines RIEGL-Laserscanners VZ-400i gegenübergestellt. Beide

Anwendungsbeispiele wurden so vorbereitet, dass von der übertägigen Situation aus Polygonzüge

nach unter Tage gelegt wurden. Für eine dauerhafte Vermarkung, die auch künftigen Arbeiten dienen

soll, wurden in die Firste Edelstahlbolzen eingelassen. Für die Signalisierung der Referenzpunkte

wurden beim Einsatz des ZEB-REVO auf Empfehlung des Herstellers 10 cm große Kugeln benutzt

(Abb. 8). Diese wurden beim Laserscanning so aufgenommen, dass man diese später eindeutig aus

der Punktwolke detektieren kann.

Vergleicht man nun die Ergebnisse der Kugelpositionen aus der Detektion in der prozessierten

Punktwolke des ZEB-REVO mit den bekannten Koordinaten, ergaben sich deutliche Abweichungen.

Aus der Ausgleichung der Polygonzüge ergab sich eine Genauigkeit der Firstpunktkoordinaten von

durchschnittlich 8 mm in Lage und 3 mm in der Höhe. Die Differenzen betrugen aber mehrere

Dezimeter, was der Sensibilität des SLAM-Verfahrens zuzuschreiben ist.

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Abb. 8: Referenzkugeln (Foto: Marcus Wandinger, 2018)

Am Beispiel des alten Abbaus können aus 5 Messreihen (Schleifen) über 6 Referenzpunkte an 48

Differenzen zwischen dem Polygonzug den Ergebnissen des ZEB-REVO mittlere Abweichungen in

der Lage von 4,3 cm und in der Höhe von 3,2 cm abgeleitet werden.

Im zweiten Beispiel des Karlstollens wurde, wie sich später herausstellte, die Länge der einzelnen

Schleifen zu optimistisch gewählt. Sie betrugen bis zu 200 m und die Messzeiten bis zu 20 Minuten.

Der Hersteller empfiehlt für eine Schleife eine Messzeit von 10 Minuten. Für den Vergleich mit den

Daten des VZ-400i wurde ein Teilabschnitt des Karlstollens zwischen den Polygonpunkten PP2 und

PP5 verwendet. Seine Länge beträgt ca. 160 m. Zwischen den vier Polygonpunkten ergaben sich

dabei Abweichungen in den Distanzen bis zu 40 cm. Das Datenblatt des Herstellers [9] gibt als

absolute Positionierungsgenauigkeit für eine Schleife bei 10 Minuten Messzeit 3-30 cm an.

Berücksichtigt man die für den SLAM-Algorithmus ungünstige Form des langgestreckten

Karlstollens, ist dies ein durchaus realistisches Ergebnis. Es zeigt aber auch, dass man für angestrebte

Genauigkeiten unter einem Dezimeter ohne bekannte Passpunkte in Form von Kugeln nicht

auskommt.

Als relative Genauigkeit gibt der Hersteller 1-3 cm an. Um diesen Wert beurteilen zu können,

wurden im Karlstollen vier ebene Flächen ausgewählt. Es wurde davon ausgegangen, dass der

Laserscanner VZ-400i, wie auch der ZEB-REVO, diese Bereiche als Ebenen erkennen können. Die

Standardabweichung der Ebenenberechnung soll hier als Maß für die Bewertung des Messrauschens

herangezogen werden, wohl wissend, dass die Ebenheit des Objektes selbst nicht hundertprozentig

gegeben ist und das Ergebnis verfälschen wird. Ausgesucht wurden die Stirnseite eines Stempels im

Ausbau (Durchmesser der Fläche 15 cm), ein Stoßausschnitt einer geschlägelten Wand (Größe 30 x

20 cm), die Oberfläche eines Brettes (Größe 60 x 10 cm) und eine Fluchtwegtafel (Größe 40 x 20

cm). Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.

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Tab.1: Gegenüberstellung der Ebenenberechnung aus den Daten des VZ-400i und des ZEB-REVO

Objekt

VZ-400i ZEB-REVO

Punktanzahl Stand.Abw.

/ mm /

Punktanzahl Stand.Abw.

/ mm /

Stempel 5428 14.4 474 86.8

Geschlägelter Stoß 419007 3.3 36498 6.9

Brett 4068 1.0 647 7.8

Fluchtwegetafel 22924 1.4 126 15.6

Die folgende Abbildung 9 zeigt in einer seitlichen Ansicht die Darstellung der Ebenenerkennung für

das gescannte Brett. Die weißen Punkte stammen aus der Messung des ZEB-REVO und die blauen

Punkte, die aufgrund der hohen Punktdichte mehr einer geschlossenen Linie gleichen, aus der

Messung mit dem VZ-400i.

Abb. 9: Seitenansicht der Punktwolken des VZ-400i und des ZEB-REVO für das gescannte Brett

Die Ergebnisse der Tabelle 1 bestätigen die vom Hersteller im Datenblatt angegebene relative

Genauigkeit von 1-3 cm.

Neben diesen erreichbaren Genauigkeitsangeben, die den Einsatz des Messsystems relativieren,

muss bei der Betrachtung des ZEB-REVO vor allem auf zwei wichtige Vorteile eingegangen werden.

Abb. 10: 3D Punktewolken des VZ-400i (Blau) und des ZEB-REVO (Weiß)

Zwar ist man mit dem VZ-400i in der Lage, durch eine hohe Punktdichte den Karlstollen sehr

detailliert aufzunehmen, doch ist die Tagesleistung für die Vermessung des Stollens sehr viel

geringer. Für eine möglichst lückenlose Erfassung durch den VZ-400i waren Scannerpositionen im

Abstand von 5 bis 10 m nötig. Dieser „Stop and Go“ Betrieb ist der schnellen Erfassung durch den

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ZEV-REVO weit unterlegen. Die Tagesleistung mit dem VZ-400i betrug 160 m. Im Gegensatz dazu

der ZEB-REVO, der von seiner Messmethode den Mobile-Mapping-Systemen zuzurechnen ist: Hier

konnte eine schnelle und effiziente Erfassung einzelner Stollenabschnitte erfolgen. Dabei lag die

Tagesleistung bei ca. 1100 m.

Hinzu kommt die Vollständigkeit der Punktwolken. Abbildung 10 zeigt dies eindrucksvoll. Gerade

in Bereichen des Ausbaus oder in Störungszonen, wo verwinkelte Nischen die Einsicht erschweren,

zeigen sich in den Daten des VZ-400i deutliche Lücken, währende der ZEB-REVO mit der weiß

eingefärbten Punktwolke sehr viel vollständiger die Situation erfasst. Da der Karlstollen als Wasser-

lösestollen fungiert, ist die Sohle meist feucht, schlammig oder wenige Zentimeter überspült. Wie in

Abbildung 10 zu sehen, kann auch hier der ZEB-REVO noch Daten liefern, während es beim VZ-

400i zu Fehlmessungen oder Lücken kommt.

Legt man keinen Wert auf Detailtreue oder einen hohen Erkennungsgrad, wie sie der VZ-400i

liefern kann (Abb.10), findet man im ZEB-REVO ein geeignetes Instrument, um zum Beispiel die

Stoßkonturen alter Grubenbaue aufzunehmen. Wie dicht und vollständig die Datensätze werden,

hängt letztlich von der Verweildauer, dem Geschick und der Erfahrung des Messenden ab.

3 Erfahrungsbericht ZEB-REVO

3.1 Messung in alten Abbaubereichen

In Vorbereitung der Messungen mit dem ZEB-REVO war es für die spätere Georeferenzierung der

Punktwolke notwendig, mehrere Firstpunkte in den Grubenbauen am Schneeberg zu vermarken.

Abb. 11: Am Schneeberg genutztes Zielzeichen für den Laserscanner ZEB-REVO

(Foto: Cornelius Martin, 2018)

Die Erfahrungen aus dem Karlstollen haben gezeigt, dass ein Polygonzug nötig war, um einige

Referenzpunkte koordinatenmäßig zu bestimmen. Der ZEB-REVO erfasst ausschließlich die

Geometrie von Objekten. Deshalb wurden direkt vor den Messungen Kugeln als Zielzeichen an den

vermarkten Firstpunkten aufgehängt. Diese Kugeln können beliebig groß und aus beliebigen Material

seien. Am Schneeberg wurden Polystyrolkugeln mit einem Durchmesser von 10 cm genutzt (Abb.

11). Bei der Vermarkung der Punkte und der Befestigung der Zielzeichen musste bedacht werden,

dass die Polystyrolkugeln bei den späteren Arbeiten mit dem ZEB-REVO von jeder Seite gescannt

werden müssen. Nur so kann die Geometrie der Kugeln vollständig erfasst und diese für die

Georeferenzierung genutzt werden. Um dies zu gewährleisten, wurden im Altbergbau am Schneeberg

hauptsächlich Firstpunkte vermarkt und die Kugeln mit einem Distanzstück aufgehängt, welches

durch sein Eigengewicht für eine Ruhelage der Kugeln sorgte.

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3.2 Durchführung der Messungen

Der Laserscanner ZEB-REVO lässt sich leicht zusammenbauen und ist innerhalb weniger Minuten

einsatzbereit. Er hat einen sehr komfortablen Griff und zeichnet sich durch geringes Gewicht aus.

Auch der separate Akku mit der Verarbeitungseinheit ist leicht und handlich und kann bequem in

einem Rucksack auf dem Rücken getragen werden. Die Bedienung des Laserscanners mit nur zwei

Knöpfen ist einfach und nach kurzem studieren der Anleitung kann direkt mit den Messungen

begonnen werden. Das getestete Modell des ZEB-REVO kommt gänzlich ohne Display aus. Dies hat

den Vorteil, dass der Handscanner wesentlich robuster ausfällt (IP 64 zertifiziert). Statt eines Displays

besitzt das Instrument mehrere Kontrollleuchten. Diese geben dem Nutzer durch verschiedene

Farbsignale Auskunft über den momentanen Status des Laserscanners. Problematisch hierbei ist, dass

man oft auf die Kontrollleuchten schauen und aufpassen muss, dass keines der vom Instrument

abgegebenen farblichen Signale verpasst wird.

Zur Initialisierung des Systems muss dieses kurze Zeit ruhig liegen. Da es vor allem im Altbergbau

meist recht nass und nicht gerade sauber ist, musste immer erst ein passender Gegenstand, z.B. die

Kiste eines anderen Instrumentes, zum unterlegen organisiert werden. Nachdem sich der ZEB-REVO

initialisiert hat, wird er aufgehoben und man durchschreitet den zu scannenden Bereich in einem

langsamen Schritttempo. Hierbei ist es für die korrekte Funktion des Laserscanners von Vorteil, eine

Schleife abzulaufen. Der Anfangspunkt eines Messdurchganges sollte also auch der Endpunkt

desselben sein. Trotz des geringen Gewichtes ist es während den Messungen schwierig, den

Handscanner längere Zeit in der Hand zu halten. Allerdings kann man an dafür geeigneten Stellen

das Instrument während des Betriebes an eine weitere Person übergeben, welche die Messung

weiterführt.

Abb. 12: Messung mit dem des ZEB-REVO (Foto: Marcus Wandinger, 2018)

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3.3 Auswertung und Nachbearbeitung

Nach Beendigung des Messeinsatzes wurden die Daten mithilfe eines USB-Sticks übertragen.

Besonders angenehm ist hierbei der einfache Export vom Instrument auf den USB-Stick: Die Dateien

der aktuellen Messung werden mit dem Anstecken des USB-Sticks an den ZEB-REVO automatisch

übertragen. Nachdem nun die Daten auf einen Laptop überspielt wurden, konnten die Punktwolken

direkt mithilfe der mitgelieferten Software prozessiert werden. Die augenscheinliche Betrachtung des

Ergebnisses machte einen guten Eindruck. Die Punktdichte schien für die Aufzeichnung von

Grubenbauen völlig auszureichen, sodass später aus den Punktwolken alle erwünschten weiteren

Daten, wie z.B. Darstellungen im Grund- und Seigerriss, abgeleitet werden können. Anschließend

kann die Punktwolke in der mitgelieferten Software auch georeferenziert werden. Dies gelang

allerdings nicht auf Anhieb. Die für die Georeferenzierung benötigten Kugeln konnten im Bild nur

schwer erkannt werden. Außerdem hatte auch das Computerprogramm offenbar Schwierigkeiten,

diese zu finden. Dies könnte allerdings auch an den hier genutzten Kugeln liegen. Da die mitgelieferte

Software den Autoren nur begrenzte Zeit zur Verfügung stand, konnten am Schneeberg keine

weiteren Versuche der Referenzierung durchgeführt werden. Die Punktwolke wurde nach der

Prozessierung direkt abgespeichert und die Referenzierung schließlich mit der am Institut

hauptsächlich verwendeten Software RiScanPro durchgeführt. Dies war ohne Probleme möglich, da

das Speichern der Punktwolken in einer Vielzahl von gängigen Dateiformaten erfolgen kann.

4 Fazit

Zusammenfassend ist festzustellen, dass sich der Handscanner ZEB-REVO gut im untertägigen

Einsatz bewährt hat. Trotz der widrigen Umgebungsbedingungen am Schneeberg konnten erfolgreich

Messungen im Karlstollen und im Altbergbau durchgeführt werden. Auch schwieriger erreichbare

oder besonders verwinkelte und kleine Grubenbaue wurden verhältnismäßig schnell aufgezeichnet.

Die Bedienung des Instrumentes ist sehr einfach und benutzerfreundlich. Die Messungen erwiesen

sich insgesamt als unkompliziert und konnten deshalb verhältnismäßig schnell realisiert werden. So

konnte mit dem Handscanner ein Teilabschnitt eines Stollens von etwa 200 m Länge innerhalb von

ca. 20 Minuten gescannt werden. Die Übertragung der Messwerte auf einen Laptop und das

anschließende Prozessieren der Punktwolken stellten sich ebenfalls als einfach heraus.

Die Georeferenzierung und die ersten Genauigkeitsabschätzungen haben gezeigt, dass Passpunkte

in Form der mit zu scannenden Kugeln unerlässlich sind, um eine Kontrolle über die prozessierten

Punktwolken zu erhalten. Hier wäre die Software des Herstellers soweit verbesserungswürdig, dass

in den SLAM-Algorithmus und die Prozessierung der Punktwolken diese Passpunktinformationen

mit einfließen können. Da sich die Punktwolken allerdings in mehreren typischen Dateiformaten

abspeichern lassen, konnte die Weiterverarbeitung relativ einfach mit anderen Softwarelösungen

geschehen, was hier mit der Software RiScanPro realisiert wurde.

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5 Literatur

[1] Christoph Bartels, Andreas Bingener & Rainer Slotta, 1556 Perkwerch etc. – Das Schwazer Bergbuch, 2.

Bd.: Der Bochumer Entwurf und die Endfassung von 1556. Textkritische Edition, Bochum 2006 (Veröffentl.

aus dem Deutschen Bergbaumuseum, Nr. 142), hier S. 523. Die dortige Bildunterschrift verweist auf das

Bergrevier Falkenstein bei Schwaz: „Der edle Schneeperg 1556 Pley- unnd Frischwerch. Das Perkhwerch

am Schneeperg ligt in dem Perkhgericht Sterzingen unnd ist Pley- unnd Frischwerch. Wierdet zu dem

Valkhenstainer Ärzschmelzen gebraucht. Und pawen Schmelzer und Gwerkhen von Schwaz, auch Kizpuhl.

Die maistentail daran, hat die ku[nigliche] M[ajestä]t die Fron darbey. Sein die Grueben nahennt ineinannder

verlihen, aber maistails miteinander umb das Maß vertragen.“

[2] Rudolf Tasser: Das Bergwerk am Südtiroler Schneeberg. Bozen: Athesia 1994, S. 100.

[3] Tasser 1994 (Anm. 2), S. 100.

[4] Für eine ausführlichere Beschreibung der Markscheidestufen vgl. Marcus Wandinger: Über das

Markscheidewesen am Bergwerk am Schneeberg. In: res montanarum, Sonderband 2, Leoben 2014, S. 125–

144, hier S. 128 – 131.

[5] Wandinger, 2014 (Anm. 4), hier S. 132–138.

[6] Z.B. Claus-Stephan Holdermann: Geschichte und Technik des Montanwesens am Schneeberg/Moos in

Passeier. Montanarchäologische Grundlagenforschungen zur mittelalterlichen und frühneuzeitlichen

Bergbaugeschichte Südtirols. Ein Forschungsprojekt des Südtiroler Bergbaumuseums – Standortbestimmung

und Perspektiven. In: res montanarum, Sonderband 2, Leoben 2014, 95–112.

[7] Zuletzt fand eine montanhistorische Fachtagung zum Schneeberg im Juli 2014 in Moos in Passeier statt;

die Vorträge dieses Symposiums sind erschienen in: Gemeinde Moos in Passeier & Montanhistorischer

Verein Österreich (Hg.), Blei für Silber – Zink für Messing: Der Bergbau am Südtiroler Schneeberg. res

montanarum, Sonderband 2, Leoben2014.

[8] Pressemitteilung der TU Bergakademie Freiberg vom 25. Juli 2018, online unter https://tu-

freiberg.de/presse/bergwerk-am-schneeberg-als-akademisches-lehrbergwerk (abgerufen am 5.9.2018).

[9] http://geoslam.com/technology/ (abgerufen am 10.9.2018).

http://geoslam.com/technology/

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Erste Erfahrungen mit dem handgeführten Laserscanner ZEB ... · For over 800 years, until four decades ago, intensive mining of lead, zinc and silver ores existed at Schneeberg in