UnmannedAerial Systems: UFOs für alle (Mess)-Fälle?

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Irmela Fürst
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1 UnmannedAerial Systems: UFOs für alle (Mess)-Fälle? Heinz-Jürgen Przybilla

2 Gliederung Einleitung Technische Komponenten der UAV-Systeme Administrative Rahmenbedingungen Auswertung und Produkte Anwendungsbeispiel Zusammenfassung

3 Begriffe UFO Unidentified Flying Object UAV Unmanned Aerial Vehicle UAS Unmanned Aerial System RPAS Remotely Piloted Aerial System Drohne vom niederdeutschen drone, lautmalerisch zu Dröhnen, stammt ab vom indogermanischen dhren für brummen (

4 UAV im Internet

5 UAV im Internet

6 UAV im Internet (

7 UAV im Internet (

8 UAV im Internet (

9 UAV im Internet (

10 UAVg Tagung Rostock Sept. 2013

11 Rotormesse Baden-Baden März 2014

12 Fernlenkbildflug 1980

13 Fernlenkbildflug 1980

14 Technische Komponentender UAV-Systeme Leistungsfähige Elektromotoren Hochleistungs-Akkus (Lithium-Polymer) Fernsteuerungssysteme mit hoher Reichweite Datenfunk (z.b. zur Übertragung von Live-Bildern) Miniaturisierte Satelliten-Navigationssysteme Sensorik zur Lagestabilisierung (Inertiale Messsysteme, IMU) Microprozessoren zur Prozesssteuerung Digitale Kamerasysteme

15 Quadro-KopterTechnik

16 Videoaufnahme: GoPro3

17 DJI S800 - Hexakopter

18 Risiken Kontroll- und Steuersysteme der UAV in der Regel nicht redundant. Der Ausfall einer elektronischen Komponente führt in der Regel zum Ausfall des Gesamtsystems (Pre-Flight-Check zwingend!!). Derzeit keine administrativen Anforderungen an die Ausbildung des Piloten: Fliegen lernen im Autodidakt-Modus, ggf. am Simulator Eingeschränkte Schulung durch Systemanbieter Vergleichsweise hohe Risikobereitschaft der Nutzer

19 Limitierungen Begrenzte Flugzeiten durch verfügbare Akku- Kapazitäten (10 30 min) Begrenzte Nutzlast durch administratives Gewichtslimit des zivilen UAV (5 kg) Autonomes Fliegen ist möglich, jedoch rechtlich nicht erlaubt: jederzeitiger manueller Eingriff in die Flugsteuerung muss möglich sein. Beschränkte Navigationsqualität durch die Nutzung von 1-Frequenz-GNSS-Empfängern (Lage ca. 3-5m) und barometrische Höhenmessung (ca. 1m)

20 Administrativer Rahmen In Deutschland werden Fluggenehmigungen länderspezifisch erteilt: in NRW sind die Bezirksregierungen für die Genehmigung zuständig, in anderen Bundesländern sind es Ministerien (z. B. der Regierungspräsident in Hessen oder das Ministerium für Energie in Mecklenburg-Vorpommern). Örtliche Ordnungsbehörden sind in der Regel vorab über ein Flugvorhaben zu informieren. Umgebungsbedingungen (z.b. Wetter/Wind)

21 Administrativer Rahmen Weitere Themen bei der Nutzung von UAVs für Luftbildaufnahmen sind: Bestimmungen des Datenschutzes. Bestimmungen aus dem Luftverkehrsgesetz (LuftVG), der Luftverkehrsordnung (LuftVO) und der Luftverkehrszulassungs-Ordnung (LuftVZO). Luftfahrtkarten (ICAO-Karten) mit Informationen zu Lufträumen und Sperrgebieten in Deutschland. ICAO International Civil Aviation Organization

22 Administrativer Rahmen UAV im gewerblichen Einsatz sind keine Spielzeuge! Die Notwendigkeit zum Abschluss einer Versicherung gegen Sach- und Personenschäden ist zwingend gegeben!

23 Öffentliche Akzeptanz Der Begriff Drohne ist mit einem Negativ-Image ausgestattet und suggeriert militärische Nutzung (Waffeneinsatz). Die prinzipielle Möglichkeit des Eindringens in die Privatsphäre (z.b. durch nicht genehmigte Luftaufnahmen) ist gegeben. Die Berichterstattung von Unfällen mit Drohnen ist oft unsachlich.

24 Sensoren in der Geodäsie Der mit erster Priorität eingesetzte Sensor für geodätische Anwendungen ist die Digital-Kamera. Die Nutzung leichter Short-Range Laserscanner (Reichweite bis ca. 30 m) befindet sich in der Experimentierphase.

25 Georeferenzierung Die Orientierung des Sensors (Digital-Kamera) ist das zentrale Problem im Rahmen geodätischer Anwendungen. Anwendung finden vorrangig Structure from Motion - Techniken. SLAM-Verfahren (Simultaneous Localization and Mapping), d.h. Methoden, mit denen ein Roboter/UAV gleichzeitig eine Karte seiner Umgebung erstellen und seine Pose innerhalb dieser Karte schätzen kann, sind in der Entwicklung.

26 Auswertung und Produkte in der Geodäsie Geodätische Endprodukte sind in der Regel bildbasiert: Luftbild zur Dokumentation und Interpretation Triangulierte/georeferenzierte Luftbilder (Bündelblockausgleichung), als Vorprodukt für 3D-Punktwolken Digitale Oberflächenmodelle (und daraus ableitbare Sekundärprodukte) Orthofotos

27 StructurefromMotion Quelle: Räumlicher Bildverband

28 Structurefrom Motion Das Angebot an Systemen zum Dense Image Matching ist umfangreich und wächst stetig weiter! Bundler / PMVS 2 (Cornell University) MicMac (IGN Paris) SURE (Uni Stuttgart) Photomodeler Scanner (EOS Systems) 123D Catch (Autodesk) Webservice Pix4DMapper (Pix4D) Webservice Photoscan (Agisoft)

29 Beispiel Deponie Flugzeit: 30 min Strecke: 27 km Bildanzahl: 1800 Streifenanzahl: 71 Gesamte Überdeckung: 43 ha

30 Bildflugparameter

31 Real-Time Kinematic (RTK)-Positionierung Mavinci Sirius PRO 2-Frequenz GNSS Empfänger TOPCON B110 mit2-frequenz Maxtena M1227 HCTA,

32 3D-Punktwolke (DensePoint Cloud)

33 Sekundärprodukte Farbcodiertes digitales Geländemodell - Höhenlinien

34 Zusammenfassung Entwicklungen in der Mikroelektronik sind wesentlicher Impulsgeber für den UAV-Markt. Obwohl zivil einsetzbare UAVs erst am Beginn ihrer Entwicklung stehen, ist ein professioneller/ wirtschaftlicher Einsatz für geodätische Anwendungen gegeben. Die administrativen Regelungen laufen dem technologischen Fortschritt hinterher

35 Zusammenfassung Dense Image Matching / Structure from Motion ist für den Geodäten ein reizvolles neues Werkzeug, das seine Wurzeln im Bereich des Computervision hat. Die Technologie bietet im Ergebnis Punktwolken, die nahezu die Eigenschaften der durch TLS / ALS erzeugten Geometriedaten aufweisen, aber deutliche Abhängigkeiten von Objektstruktur und Oberfläche haben.

36 Zusammenfassung Die Nutzung der am Markt verfügbaren Softwaren ist (scheinbar) ohne Vorabkenntnisse möglich Die Grundsätze der Photogrammetrie werden auch durch Dense Image Matching / Structure from Motion nicht außer Kraft gesetzt! Kenntnisse im Bereich der Bildtriangulation und insbesondere der Sensor- (Kamera-) Kalibrierung sind zwingend notwendig!

37 und was es sonst noch gibt

38 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Prof. Dr.-Ing. Heinz-Jürgen Przybilla Hochschule Bochum Fachbereich Geodäsie - Labor für Photogrammetrie Lennershofstr Bochum heinz-juergen.przybilla@hs-bochum.de

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