Der Forschungsgyrocopter der Hochschule Anhalt als Sensorträger

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Erwin Kraus
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1 Der Forschungsgyrocopter der Hochschule Anhalt als Sensorträger M.Eng. Tobias Kirschke Prof. Dr. Lothar Koppers Prof. Dr. Lutz Bannehr M.Eng. Christoph Ulrich Institut für Geoinformation und Vermessung Dessau

2 Inhalte Idee: Prof. Dr. Lutz Bannehr Gyrocopter Sensorik Beispiele Projekte Einweihung auf dem Flugplatz Dessau 10. Juni 2014 Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 2

3 Gyrocopter Funktionsprinzip Autorotation Quelle: Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 3

4 Forschungsgyrocopter D-MHSA Technische Eigenschaften Gyrocopter: Rotor: Motor: Verbrauch/h: Steiggeschwindigkeit: Reisegeschwindigkeit: Länge Start-/Landebahn: Flugeigenschaften: Leergewicht: zul. max. Abfluggewicht: Breite 1,8 m; Länge 4,7 m 8,2 m Rotax, 115 PS Turbo Boxermotor l Super bleifrei; Tank 100 l km/h km/h m je nach Wind und Temperatur Stabile Fluglage bei Turbulenzen 311 kg 500 kg Quelle: Flugsportzentrum Mitteldeutschland GmbH Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 4

5 Forschungsgyrocopter D-MHSA Sensorik Leitwerk Propeller Motor Sensorik Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 5

6 Forschungsgyrocopter D-MHSA Sensorik Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 6

7 Sensorik Überblick Kameratyp Messbildkamera AC-8 (Digitalkamera Nikon D800e) Thermalkamera (InfraTec VarioCam hr head 600) Hyperspektral abbildendes Spektrometer (HySpex) Auflösung 36,3 Megapixel 640 x 480 Pixel 1600 Pixel je Zeile Fernsteuerung USB 2.0 FireWire BNC (5 Volt-Signal) Gewicht 3 kg 1,3 kg 4,6 kg Weitere Merkmale Bildformat: 24 x 36 mm Brennweite: 50 mm Verschlusstyp: Schlitzverschluss Verschlusszeiten: 30 s 1/8000 s Messbereich: C Thermische Auflösung: <0,03 K Absolute Genauigkeit: ±1 K Brennweite: 30 mm Detektor: Mikrobolometer Spektraler Bereich: nm Spektrale Kanäle: 160 Öffnungswinkel: 34 Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 7

8 Sensorik Räumliche Auflösung der Sensorik Räumliche Auflösung der Sensoren nach Flughöhe (Kantenlänge per Pixel): Flughöhe [m] Messbildkamera AC-8 (Digitalkamera Nikon D800e) Thermalkamera (InfraTec VarioCam hr head 600) 800 7,8 cm 66,7 cm 59 cm 600 5,9 cm 50 cm 45 cm 400 3,9 cm 33,3 cm 30 cm Hyperspektral abbildendes Spektrometer (HySpex) Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 8

9 Sensorik AeroDIDOS/iMAR IMU FSAS Messrate imar IMU FSAS Faseroptischer Kreisel 200 Hz Positions- und Lagegenauigkeit Horizontal Vertikal Roll Pitch Heading Gewicht Leistung 0,02 [m RMS] 0,05 [m RMS] 0,008 [ RMS] 0,008 [ RMS] 0,023 [ RMS] 2,1 kg 16 Watt α h F Flughöhe h F [m] Δs Genauigkeit Δs [cm] ± 2, ± 4, ± 9, ± 11,8 Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 9

10 Befliegungen Ablauf Flugplanung Befliegung Datenauswertung GIS FlightPlanner FlyMap Aviatrix AeroDIDOS optische Sensorik Inertial Explorer Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 10

11 Befliegungen Ablauf Flugplanung Befliegung Datenauswertung GIS FlightPlanner FlyMap Aviatrix AeroDIDOS optische Sensorik Inertial Explorer Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 11

12 Befliegungen Ablauf Flugplanung Befliegung Datenauswertung GIS FlightPlanner FlyMap Aviatrix AeroDIDOS optische Sensorik Inertial Explorer Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 12

13 RGB-Aufnahmen Befliegung Bernburg Flugplanung OpenStreetMap-Mitwirkende Flugplanung und Geräte: Christoph Ulrich Pilot: Silvio Büttner Auswertung: Tobias Kirschke Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 13

14 RGB-Aufnahmen Datenprozessierung RGB- Aufnahmen Lage- und Positionsdaten oder Passpunkte Entzerrung Orthophotoerstellung Structure from motion (SFM) Punktwolke Orthophotoerstellung DOM Datenanalyse / Dateninterpretation Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 14

15 RGB-Aufnahmen Befliegung Bernburg Beobachtungen Bilderanzahl: 353 Flughöhe über Grund: 475 m Bodenauflösung: 0,044 m/pix Fläche: 2,41 km² Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 15

16 RGB-Aufnahmen Structure from motion (SFM) Quellen: Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 16

17 RGB-Aufnahmen Befliegung Bernburg 3D-Modell Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 17

18 RGB-Aufnahmen DOM Auflösung: 0,088 m/pix Punktdichte: 128 Punkte/m² Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 18

19 RGB-Aufnahmen Befliegung Bernburg Dichte Punktwolke: Landwirtschaftsflächen Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 19

20 RGB-Aufnahmen Befliegung Bernburg Dichte Punktwolke: Gebäude Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 20

21 RGB-Aufnahmen Befliegung Bernburg Dichte Punktwolke: Gebäude Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 21

22 RGB-Aufnahmen Sensorik verbesserte Bildgebung für SFM Kameraposition Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 22

23 RGB-Aufnahmen Befliegung Bernburg Orthophoto Orthophoto aus Punktwolke nach Vermaschung und Texturierung 2016 GeoBasis-DE/BKG ( 2009), Google Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 23

24 RGB-Aufnahmen Befliegung Bernburg DOM z. B. für Solarkaster Ausrichtung Neigung ca. 245 Südwest und ca. 65 Nordost Neigung: ca. 37 Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 24

25 RGB-Aufnahmen Dichte Punktwolke Automatische Erstellung von 3D-Gebäudemodellen Filterung der Punktwolke notwendig Im Ergebnis entstehen zwei Punktwolken Region-Growing-Verfahren zum Finden von Ebenen Entstehung von Clustern Bestimmung von Min-/Max- und Clustermittelpunkten Bestimmung von Eckpunkten über Kugel und deren Mittelwert Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 25

26 Thermalaufnahmen Befliegung Magdeburg Thermalaufnahme RGB-Aufnahme Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 26

27 Hyperspektralaufnahmen Hyperspektral abbildendes Spektrometer Jedes Objekt besitzt ein charakteristisches Spektrum. HySpex Spektr. Bereich nm Spektrale Kanäle 160 Spektrale Auflösung 3,7 nm Räumliche Pixel 1600 Die Rauminformation entsteht durch die zeilenweise (1600 Pixel) Vorwärtsbewegung des Gyrocopters. Es entsteht ein Spektrum für jedes Pixel von bis zu 160 Kanälen. Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 27

28 Hyperspektralaufnahmen Spektraler Verlauf Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 28

29 Hyperspektralaufnahmen Datenaufbereitung Daten nach der Aufnahme aufbereitete Daten Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 29

30 Projekte Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 30

31 Zusammenfassung modulares System; erweiterbar gleichzeitige Nutzung von RGB- und Thermalkamera sowie Hyperspektralsensor geeignet für viele Einsatzbereiche umfangreiche Auswertungen möglich Geofachtag 2016 Tobias Kirschke, M.Eng. 31

32 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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