RPAS im operationellen Einsatz beim LGL Baden-Württemberg 3D-Dokumentation von Hangrutschungen

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1 1 Institut für Photogrammetrie RPAS im operationellen Einsatz beim LGL Baden-Württemberg 3D-Dokumentation von Hangrutschungen Michael Cramer LGL Forum Gelsenkirchen, Juni 2014

2 Geportal Baden-Württemberg Einführung Definition Landesvermessung Die Landesvermessung umfasst die landesweit einheitliche Grundlagenvermessung, topographische Landesaufnahme und Kartographie. Durch die Grundlagenvermessung werden geodätische Referenzsysteme durch Festpunkte und einen satellitengestützten Positionierungsdienst realisiert sowie geodätische Informationen nach Lage, Höhe und Schwere erhoben und geführt. Durch die topographische Landesaufnahme werden topographische Informationen über die Erscheinungsformen der Landschaft nach Gestalt und Nutzung erhoben und geführt. Durch die Kartographie werden Geobasisinformationen aufbereitet, als kartographische Informationen geführt und in topographischen Karten sowie in weiteren digitalen und analogen Produkten präsentiert. 2

3 Einführung 3 Landesvermessung Aufgabenbeschreibung LGL Obere Vermessungs-, Flurbereinigungs- und Siedlungsbehörde Gesetzliche Aufgaben nach dem Flurbereinigungsgesetz (u. a. ) sowie Entscheidung über Widersprüche gegen Verwaltungsakte im Vorverfahren Landesvermessung: Grundlagenvermessung (Lage, Höhe, Schwere) und Topographische Landesaufnahme, Fernerkundung Erzeugung von landesweiten Geobasisdaten und zentrales Geodatenmanagement Herstellung und Herausgabe der amtlichen topographischen Karten sowie von Wander-, Rad- und Freizeitkarten

4 Einführung 4 turnusmäßige Bildflüge GSD 20cm Luftbildbefliegungen einmalige Bildflüge GSD 10cm

5 Einführung 5 turnusmäßige Bildflüge GSD 20cm Luftbildbefliegungen Großformatige Kameras bis zu 260 MPix, ~1 Mio EUR 2013 Produkte / Anforderungen Orthophoto GSD 20cm / 10cm Genauigkeit: < 1pix Oberflächenmodell DOM / DGM Geländemodell (1m Gitter, LiDAR) Genauigkeit: < 0.5 m

6 Einführung 6 Laserscannerbefliegung (ALS) Landesweite ALS / Laserbefliegung Ersterfassung DGM, ca. 0.8 Pkte/m², mittlerer Punktabstand ~1.5m DGM 1x1 m² Raster Genauigkeit <50cm (RMS) Datenerfassung Optech ALTM 1225, Hz, first/last-pulse (+Intensität) Scan angle ±20deg Fluggeschw. 80m/s, Flughöhe ü.g. 900m

7 7 Gliederung Einführung Einsatz von RPAS in der Landesvermessung Pilotprojekte am LGL Baden-Württemberg Zusammenfassung

8 8 Gliederung Einführung Einsatz von RPAS in der Landesvermessung Pilotprojekte am LGL Baden-Württemberg Zusammenfassung

9 9 Standard-Kartierung versus RPAS-Kartierung?

10 10 Flurneuordnung vorher Potenzielle RPAS Anwendungen beim LGL BW Topografie-Nachführung nachher > 450 Flurneuordnungsprojekte in BW (2013)! (~10% der Landesfläche)

11 11 Pilotstudie Hessigheimer Felsengärten 2012 Flurneuordnung Institut für Flugregelung und Flugmechanik ifr Canon Ixus 100 Ricoh GXR Mount A12 & Zeiss Biogon

12 12 Hangrutschung Talheim Albtrauf 2013 Nachführung Geländemodell sensefly ebee

13 Hangrutschung Talheim Albtrauf 2013 Nachführung Geländemodell Bildverband 16 Flugstreifen, ca. 20 Bilder / Streifen Insgesamt 312 Bilder Realisierte GSD ~8cm sensefly ebee 13

14 Bildqualität: Ricoh/Zeiss Kamera Bildflug Hessigheim Aug 23, 2012 Ricoh GXR Mount A12 mit Zeiss Biogon, 4288x2848 pix nominelle GSD ~6cm

15 15 Ricoh GXR Mount A12 mit Zeiss Biogon, Ausschnitt 1200x900 pix nominelle GSD ~6cm

16 Bildqualität: Ricoh/Zeiss System Bildflug Hessigheim Aug 23, Point spread function Kanal 1 (R) Kanal 2 (G) Kanal 3 (B) Pixel 200% GSD nominal: cm R , R 12:42 G B sigma_psf (pix) 1/2000 sec RP_FWHM (cm) Aperture f/ ISO Height above star: m 16

17 Bildqualität: Canon Ixus 127 Talheim Nov 5, 2013 sensefly Canon Ixus 127 HS, 4608x3456 pix nominelle GSD ~8cm

18 Bildqualität: Canon Ixus 127 Bildflug Talheim Nov 5, 2013 Bildflug RPAS Canon Ixus, GSD 8 cm November 2013 Bildflug LGL Ultracam Xp, GSD 10 cm März

19 Aerotriangulation Aerotriangulation Prozesskette Anfangsorientierung / Set-up Bildverband Orientierung des Bildverbandes Transformation in Geländekoordinaten Kamerakalibrierung Produkterzeugung DGM/DOM (Dense Matching) & Ortho 19

20 Standard-AT Aerotriangulation Prozesskette RPAS GNSS/inertial Daten Horizontierte Kamera Anfangsorientierung / Set-up Bildverband GNSS (code) Winkel > 0 20 deg AAT (Verknüpfung mit FBM/LSM) Orientierung des Bildverbandes Structure from Motion (SIFT Verknüpfung) GNSS-gestützte AT Wenige Passpunkte Transformation in Geländekoordinaten Wenige Passpunkte Vorabkalibration + zusätzliche Param. (math. Modelle) Kamerakalibrierung Produkterzeugung DGM/DOM (Dense Matching) & Ortho Vollständige in-situ Kamerakalibration (physikal. Modelle) 20

21 Photogrammetrische Punktbestimmung 3D-Punktgenauigkeit Hessigheim Objektpixelgröße GSD 5 8 cm Match- AT Ost Nord Vertikal Genauigkeit (RMS) m m m 22 Passpunkte 11 Kontrollpunkte 21

22 3D-Oberflächenmodell SURE Semi Global Matching SGM 22

23 Orthophoto Rutschung Talheim Orthophoto

24 3D-Oberflächenmodell SURE Semi Global Matching SGM 24

25 25 3D-Oberflächenmodell

26 3D-Oberflächenmodell Rutschung SURE Rutschung, 8cm Gitter 26

27 3D-Oberflächenmodell Gebäude SURE Gebäude, 8cm Gitter 27

28 28 Rutschung Änderung Referenz: ALS-DGM 2002, 1m Gitter, Landesbefliegung LASER, Genauigkeit: besser 0.5m Rot LASER ALS-DGM Grün RPAS-DOM Profile +7m -10m

29 Genauigkeit Höhendaten aus RPAS RPAS-DOM minus ALS-DGM Referenz: ALS-DGM 2002, 1m Gitter, Genauigkeit < 0.5m Farbkodierung Differenz [m] RPAS-DOM minus ALS-DGM

30 30 Genauigkeit Höhendaten aus RPAS RPAS-DOM im Vergleich zu terrestr. Laserdaten Diff. TLS RPAS-DOM ~15 cm

31 31 Gliederung Einführung Einsatz von RPAS in der Landesvermessung Pilotprojekte am LGL Baden-Württemberg Zusammenfassung

32 32 Gliederung Einführung Einsatz von RPAS in der Landesvermessung Pilotprojekte am LGL Baden-Württemberg Zusammenfassung

33 Zusammenfassung 33 Standard-Kartierung versus RPAS-Kartierung?

34 Zusammenfassung 34 Standard-Kartierung und RPAS-Kartierung!

35 35 Institut für Photogrammetrie RPAS im operationellen Einsatz beim LGL Baden-Württemberg 3D-Dokumentation von Hangrutschungen Michael Cramer LGL Forum