Grenzüberschreitende Unterstützungsleistung

Transkript

1 Thomas Weser GEOSYSTEMS GmbH Grenzüberschreitende Unterstützungsleistung Vorstellung von Lösungen zur nahtlosen Integration von Drohnendaten bei der Führungsunterstützung für Großschadensereignisse Workshop 5: 8-9. Oktober 2014

2 GEOSYSTEMS Steckbrief Partner von Hexagon Geospatial für die gesamte Geospatial Produktlinie inklusive der ERDAS Software. Seit 25 Jahren erfolgreich auf dem Geoinformatik-Markt. Softwarevertriebsunternehmen und Lösungsanbieter. +

3 Überblick

4 Lösungen zur nahtlosen Integration Fliegen Fliegen Plattform Prozessieren Prozessieren Bereitstellen Datenvorverarbeitung Katalogisierung Bereitstellen Nutzen Verteilen WPS OGC/ECWP Lokale Bildauswertung File Vor Ort

5 Was liefern UAVs Viele Fotos. ohne Lagebezug mit Qualitätsunterschieden Kamera Kanalanzahl Pixelauflösung Plattformstabilität GPS IMU Basis für wertvolle Information Basisdaten = Bilddaten mit Geobezug Basisdienste = Basisdaten als standardisierte Webdienste (z.b. als OGC-Dienste)

6 Basisdaten und Basisdienste Basisdaten = Bilddaten mit Geobezug lokaler Zugriff auf Datei Desktopsysteme (Bildverarbeitung, Photogrammetrie, GIS) Hintergrundbilder zur schnelleren und besseren Orientierung geeignet für Fachauswertung Fachpersonal Spezielle Auswerterarbeitsplätze Basisdienste = Basisdaten als standardisierte Webdienste (z.b. als OGC-Dienste) universell verfügbar, jederzeit, überall kontrollierbarer Datenbestand (Ausprägung, Version) zusätzliche Zugriffsbeschränkungen auf Bereiche, Maßstabsebene Desktopsysteme, aber auch für Browseranwendungen, z.b. WebGIS, Stabs-/Führungssysteme, Leitzentralen für serverseitige Geoprozessierung

7 Fokus: Zeitnahe Aufbereitung von Bilddaten Automatische und operationelle Aufbereitung von luftgestützten Bilddaten bis hin zu Near-Realtime und deren Verteilung über Web-Dienste (OGC und ECWP)

8 Charakteristik von UAV-Daten

9 Charakteristik von UAV-Daten Fliegen Prozessieren Bereitstellen Nutzen

10 Benötigte Informationen Genaue Position der Kamera zum Zeitpunkt der Bildaufnahme (X, Y, Z) = GPS-Information Lagewinkel = IMU 1 Information Roll (Omega) Pitch (Phi) Yaw (Kappa) Kamerainformationen Pixelauflösung Lage des Bildhauptpunktes (inkl. Brennweite) Verzeichnung 1) IMU = Inertial Measurement Unit, d.h. Lagesensor

11 Qualität der Lagegenauigkeit Fluggerät Große, lagestabile Plattformen Genauigkeit und Aufzeichnungsrate der GPS-Aufzeichnung Genauigkeit und Aufzeichnungsrate der IMU-Aufzeichnung Kleine Plattformen Größe der Zeitdifferenz zwischen Bildaufnahme, GPS- und IMU-Erfassung Werte der Kamerakalibrierung verwendete Plattform (indirekt): Nutzlast beschränkt die Systemwahl von GPS und IMU Stabilität der Plattform Flughöhe, z.b. sind Umklappeffekte bei Gebäuden umso geringer, je größer die Flughöhe ist

12 Qualitätsmerkmal: Flughöhe Bildverkippung Umklappeffekte bei Gebäuden Flughöhe Bildflugplanung (aus Albertz 1991) s/method_aerial.gif

13 Plattformen Fluggerät Große, lagestabile Plattformen Datenaufbereitung vollautomatisch Größere Fluggeräte (Flugzeug, Motorsegler u.a.) Datenverwaltung/-verteilung Stabile Plattform AT Ortho Hohe Nutzlast Größere Flughöhe DSM Mosaik 3D Objekte Change Detection Metadaten Katalog Nutzen WMS WCS Lange Flugdauer, großes Aufnahmegebiet WMTS Hochwertige Kameras ECWP auch metrische Kameras, z.b. Leica RCD 30 Unflexibel in der Flugplanung Großer Befliegungsaufwand Hohe Anschaffungskosten CSW

14 Plattformen Fluggerät UAVs Leicht instabile Plattform Geringe Nutzlast Kleine Plattformen Geringere Flughöhe Kurze Flugdauer, kleines Aufnahmegebiet Flexibel in der Flugplanung Minimaler Befliegungsaufwand Geringere Anschaffungskosten Keine metrischen Kameras

15 Automatische Prozesskette

16 Automatische Prozesskette Fliegen Prozessieren Bereitstellen Nutzen

17 Automatische Prozesskette GEOSYSTEMS hat einen automatische Workflows entwickelt - speziell für UAV-Bilddaten Bildverarbeitungs- und Photogrammetriepakete führender Hersteller können integriert werden, z.b. ERDAS IMAGINE; Photoscan von Agisoft Metadatenerfassung, Bildkatalogisierung, Bild- und Metadaten verteilen als OGC Webdienst oder als ECWP Fliegen Plattform Prozessieren Bereitstellen Datenvorverarbeitung Katalogisierung Verteilen The GEOSYSTEMS Workflow-Manager

18 GEOSYSTEMS UAV-Workflows Basierend auf dem UAV-Workflow Manager stehen drei Ausbaustufen zur Verfügung: Stand Alone: erzeugt Orthomosaik, DEM und LAS-Punktwolke als File und als Webdienste Generisch: erlaubt darüber hinaus eine flexible Erweiterung der Prozessierung als Modul im ERDAS IMAGINE Spatial Modeler Cloud: stellt darüber hinaus ein Uploadportal für die Daten zur Verfügung UAV Images Stand alone Generisch ERDAS IMAGINE Spatial Modeler Cloud UAV-Workflow manager (automation + photogrammetry package) Ortho Point cloud Webservic e ECWP OGC-GIS 3Dobjects WPS

19 Datenverteilung mit ERDAS APOLLO Ein umfassendes System zur Verwaltung, Analyse und Verteilung von (Geo-)Daten: Verwaltung enormer Datenbestände Schnellster Bilddatentransfer Sicherer Datenaustausch und zugriff Nutzerrechte On-Demand Geoprocessing OGC und ISO-konform Nahtlose Integration

20 Katalogsuche CSW: räumliche Suche und Suche in den Metadaten möglich

21 Datenverteilung Zugriff über WMS, WMTS, WCS, ECWP und Integration in andere Systeme

22 Projektbeispiele der verschiedenen Plattformen

23 GEOSYSTEMS UAV-Workflows Alle Beispiele sind mit einer der drei Ausbaustufen des UAV-Workflow Manager prozessiert: bei größeren Projekten eigentlich immer Anpassung für kundenspezifische Daten-/Metadatenhaltung notwendig Prozessierungskomponente abhängig von Plattform UAV Images Stand alone Generisch ERDAS IMAGINE Spatial Modeler Cloud UAV-Workflow manager (automation + photogrammetry package) Ortho Point cloud Webservic e ECWP OGC-GIS 3Dobjects WPS

24 Plattformen mit großer Nutzlast

25 Beispiel: Selsas / SIMPA System zur echtzeitnahen Luftbild- Serverauswertung für hochauflösende Sensoren

26 Nahe-Echtzeit Workflow für zeitkritische Einsatzfälle Selsas Hym Projekt der WTD 81: OHB Systems, Fraunhofer IOSB, GEOSYSTEMS GmbH Flug Prozessieren Organisieren Verteilen Nutzen Recording multisensor downlink real time Geodata server Remote data processing and interpretation Web-Client WPS Data preprocessing - Georeferencing - Mosaicing Local analysis - Direct file access 1 Sekunde / Bild von Bildaufnahme zum Webservice

27 SELSAS - Komponenten Condor Mobile Bodenstation Web Zugang Multisensor Pod (VIS/HS) Downlink Antenne Datenempfangseinheit Datenprozessierungseinheit Datenkatalog ERDAS APOLLO

28 Nahe-Echtzeit Workflow für zeitkritische Einsatzfälle Selsas Hym Projekt der WTD 81: OHB Systems, Fraunhofer IOSB, GEOSYSTEMS GmbH Video 1 alle Videos stehen als separate Dateien zur Verfügung Szenario: Fiktive Evakuierung einer Botschaft Echtzeit Information für ein effektives, universelles Lagebild

29 Nahe-Echtzeit Workflow für zeitkritische Einsatzfälle Selsas Hym Projekt der WTD 81: OHB Systems, Fraunhofer IOSB, GEOSYSTEMS GmbH Zusammenspiel aller beteiligten Kräfte, Bereitstellen eines echtzeit-nahen, standardisierten Lagebildes für alle Real-time situation awareness image Consumption of UAV- webservice in other emergency products Greding: Realer Krieg im virtuellen Raum

30 Nahe-Echtzeit Workflow für zeitkritische Einsatzfälle Gute Lage durch GPS/IMU Keine Passpunkte Echtzeitnahe Prozessierung 1 Sek. pro Bild von Datenaufnahme zum Webdienst

31 Beispiel: Situationserfassung bei Katastrophen Tornado in Sachsen, Ziel: schneller Überblick, Bestandsaufnahme, sofortige Einsatzplanung, zuverlässige Information an die Entscheider Standardmessflug mit UltraCam 100 Bilder a 7000 * (15 cm Bodenauflösung) Prozessierungszeit: ca. 1 Std

32 Beispiel: Lagebild und Situationserfassung bei Katastrophen Video 2

33 UAV als Plattform

34 UAV als Plattform GPS- und IMU-Genauigkeit i.d.r. nicht ausreichend um eine akzeptable Bildlage gewährleisten zu können Kamerakalibierung i.d.r. nicht verfügbar automatische Verknüpfungspunktsuche zur Verbesserung der relativen Orientierung der Einzelbilder ohne Verknüpfungspunkte mit Verknüpfungspunkte

35 Die Verknüpfungspunktsuche völlig automatisch ohne Nutzerinteraktion erlaubt die Bestimmung der Kameraverzeichnung ist rechenzeitintensiv (ca Sekunden pro Bild) benötigt möglichst viele und große Überlappungen zwischen den Bildern Ein Workflow der die Verküpfungspunktsuche beinhaltet erlaubt keine Near-Realtime-Verarbeitung (wie in SELSAS)

36 UAV Operatoren kombiniert mit APOLLO-Connector Prozesskette vollständig im Spatial Modeler UAV Operatoren APOLLO- Connector Eine echte Cloud-ready Lösung!

37 GEOSYSTEMS UAV-workflow im ERDAS IMAGINE/Spatial Modeler Video 3

38 Beispiel: UAV-workflow als Cloud-Anwendung Ausbaustufe erlaubt die automatische Prozessierung von UAV-Daten in der Cloud Erweitert Desktop Ausbaustufen um Upload-Portal

39 Beispiel: UAV-workflow als Cloud-Anwendung Online-Datenmanager erlaubt Nutzer Verwaltung der eigenen UAV-Daten und Ergebnisse

40 Beispiel: UAV-workflow als Cloud-Anwendung Nutzer-/Rollenverwaltung im Portal erlaubt Zugang zu unterschiedlichen Profilen Erfassung von Metadaten durch Nutzer möglich

41 Beispiel: UAV-workflow als Cloud-Anwendung Video 4

42 Lösungen zur nahtlosen Integration Fliegen Plattform Prozessieren Bereitstellen Datenvorverarbeitung Katalogisierung Verteilen WPS Lokale Bildauswertung File OGC/ECWP Vor Ort Der GEOSYSTEMS Workflow-Manager kombiniert und steuert die Funktionen der Hexagon Produktfamilie zu einem automatischen Ablauf

43 Beispiel: Halde Humbert* Datenvisualisierung und Datendownload Video 5 * Die Daten wurden freundlicherweise von der RAG zur Verfügung gestellt

44 Beispiel: Veränderungsnachweis in urbanem Gebiet Video 6 Fluggerät Kleine Plattformen Bilder aus unterschiedliche Flughöhen Unterschiedlichste Bodenauflösung der Bilddaten Extrem: geringe Flughöhe max. 50 m in urbanem Gebiet Baustellenüberwachung, Flächenversiegelung,

45 Ausblick: Automatisches Ableiten von 3-D-Objekten

46 Ausblick: Erzeugen von 3D-Objekten Herausforderung: Standard VIS-Kamera (RGB) somit konnte das Standardverfahren zur Trennung zwischen Vegetation und Gebäude nicht genutzt werden *Daten wurden freundlicherweise von OHB AG zur Verfügung gestellt

47 Ausblick: Erzeugen von 3D-Objekten* * Mit freundlicher Unterstützung von

48 Ausblick: Erzeugen von 3D-Objekten* * Mit freundlicher Unterstützung von

49 Zusammenfassung Kernaussagen Vorteile Bausteine zur Erstellung einer individuell angepassten Lösung im Zusammenspiel kompetenter Partner Vollautomatische Aufbereitung und Katalogisierung von UAS-Bilddaten Erzeugt Daten und Dienste Schnelle Prozessierung Basis: COTS Software Standardisierte Produkte Generischer Ansatz Konsequente Weiterentwicklung In der Praxis erprobt Anerkannte Industriepartner Flexibel erweiterbar Katalogisierung in ERDAS APOLLO Datenzugriff über OGC-Webservices oder ECWP-Streaming Erzeugung von 3D Objekten

50 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

51 Zeitkritische, aktuelle Information aus UAV-Bilddaten für Leitzentralen

52 Schnelle Lageerkundung im Katastrophenschutz Quelle: USGS Von Intergraph SG&I

53 Informationen des BBK / ZKI Quelle: Hendrik Zwenzner, DLR, ZKI Von Intergraph SG&I

54 Informationen des BBK / ZKI Quelle: Dr. Judex, Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe Von Intergraph SG&I

55 Anforderungen im Katastrophenschutz aus Sicht BBK Quelle: Dr. Judex, Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe Von Intergraph SG&I

56 Anforderungen im Katastrophenschutz aus Sicht BBK Quelle: Dr. Judex, Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe Von Intergraph SG&I