UAS-gestützte Datenerfassung für Anwendungen in der Landesvermessung

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1 1 Institut für Photogrammetrie ifp UAS-gestützte Datenerfassung für Anwendungen in der Landesvermessung Michael Cramer Hamburg, Juni 2014

2 Definition Landesvermessung Einführung 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. Geportal Baden-Württemberg 2

3 3 ifp Landesvermessung Aufgabenbeschreibung LGL Einführung 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 4 ifp turnusmäßige Bildflüge GSD 20cm Luftbildbefliegungen einmalige Bildflüge GSD 10cm Einführung

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

6 6 ifp Laserscannerbefliegung (ALS) Einführung 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 ifp Gliederung Einführung Einsatz von UAS in der Landesvermessung Pilotprojekte am LGL Baden-Württemberg Zusammenfassung

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

9 Standard-Kartierung versus UAS-Kartierung? 9

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

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

12 12 ifp 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 ifp

16 Bildqualität: Ricoh/Zeiss System Bildflug Hessigheim Aug 23, Point spread function Kanal 1 (R) Kanal 2 (G) Kanal 3 (B) % Pixel GSD nominal: cm R , R 12:42 G B sigma_psf (pix) 1/2000 sec RP_FWHM Aperture f/ (cm) ISO Height above star: m16

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 UAS Canon Ixus, GSD 8 cm November 2013 Bildflug LGL Ultracam Xp, GSD 10 cm März

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

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

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

22 3D-Oberflächenmodell ifp SURE Semi Global Matching SGM 22

23 Orthophoto Orthophoto Rutschung Talheim

24 3D-Oberflächenmodell ifp SURE Semi Global Matching SGM 24

25 3D-Oberflächenmodell 25

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

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

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

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

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

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

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

33 Standard-Kartierung versus UAS-Kartierung? 33 Zusammenfassung

34 Standard-Kartierung und UAS-Kartierung! 34 Zusammenfassung

35 UAS in der europäischen Landesvermessung Zusammenfassung Ordnance Survey Großbritannien Kadaster Niederlande IGN Frankreich Küstenerosion / Kliffvermessung, Niedrigwasservermessung Verifikation von Kadastergrenzverläufen Cramer et al. UAV-g 2013 IGN 2014 Deichmodellierung, UAS- Forschung & Entwicklung (eigene UAS-Kamera CAMLIGHT) 35

36 36 Institut für Photogrammetrie ifp UAS-gestützte Datenerfassung für Anwendungen in der Landesvermessung Michael Cramer