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1 luftbildvermessung & analyse Die Welt aus der Vogelperspektive Unmanned Aerial Systems (UAS) im Bereich der Geowissenschaften Matthias Jochner GIS Day

2 Persönlicher Hintergrund PhD Studium seit Anfang 2014 an der ETH (Professur für Waldökologie) Nebenprojekt ab Ende 2014: Aufnahme von Bestandesparametern mittels Drohnendaten ab 2014 (in Eigenfinanzierung) Gründung des Start-up- Unternehmens air Anfang 2016 Firma für UAS Luftbildvermessung- und Analyse Dienstleister für Anwender räumlicher Daten

3 Oberflächenmodelle: Entscheidende Datengrundlage in der (Geo-) Wissenschaft

4 Oberflächenmodelle: Entscheidende Datengrundlage in der (Geo-) Wissenschaft Geomorphologie: Erosionsmonitoring Roering, J. J., & Gerber, M. (2005)

5 Oberflächenmodelle: Entscheidende Datengrundlage in der (Geo-) Wissenschaft Geomorphologie: Erosionsmonitoring Naturgefahren: Massenbewegungen Roering, J. J., & Gerber, M. (2005) WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF

6 Oberflächenmodelle: Entscheidende Datengrundlage in der (Geo-) Wissenschaft Geomorphologie: Erosionsmonitoring Naturgefahren: Massenbewegungen Archäologie: Strukturerkennung Roering, J. J., & Gerber, M. (2005) WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF Environment Agency, U.K.

7 Oberflächenmodelle: Entscheidende Datengrundlage in der (Geo-) Wissenschaft Geomorphologie: Erosionsmonitoring Naturgefahren: Massenbewegungen Archäologie: Strukturerkennung Hydrologie: Gerinneanalyse Roering, J. J., & Gerber, M. (2005) WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF Environment Agency, U.K. air.ch

8 Oberflächenmodelle: Entscheidende Datengrundlage in der (Geo-) Wissenschaft Geomorphologie: Erosionsmonitoring Naturgefahren: Massenbewegungen Archäologie: Strukturerkennung Hydrologie: Gerinneanalyse Bisherige Datenlage Roering, J. J., & Gerber, M. (2005) WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF Environment Agency, U.K. viele (günstige) Produkte verfügbar mit räumlichen Auflösungen bis zu 2m/px und zeitlichen Auflösungen von mehreren Jahren sehr teuer bei höheren Ansprüchen an zeitliche und räumliche Flexibilität air.ch

9 Die Lösung: UAS Photogrammetrie

10 Die Lösung: UAS Photogrammetrie Prinzip: Structure from Motion Automatisierte Befliegung des Perimeters

11 Die Lösung: UAS Photogrammetrie Prinzip: Structure from Motion Automatisierte Befliegung des Perimeters Überlappende Einzelbilder

12 Die Lösung: UAS Photogrammetrie Prinzip: Structure from Motion Automatisierte Befliegung des Perimeters Überlappende Einzelbilder 3D Oberflächenmodell

13 Die Lösung: UAS Photogrammetrie Prinzip: Structure from Motion Automatisierte Befliegung des Perimeters Überlappende Einzelbilder 3D Oberflächenmodell Orthophoto

14 Die Lösung: UAS Photogrammetrie Prinzip: Structure from Motion Automatisierte Befliegung des Perimeters Überlappende Einzelbilder 3D Oberflächenmodell Orthophoto NIR Orthophoto

15 Die Vorteile UAS Luftbildvermessung im Allgemeinen Sehr hohe räumliche Auflösungen von Orthophoto und Oberflächenmodell (< 10 cm/px) Sehr hohe zeitliche Auflösungen realisierbar (z.b. wöchentliche Überflüge möglich) UAS sind kostengünstige Fluggeräte und Sensoren, keine Infrastruktur nötig geringe Kosten für die Datenerhebung Unsere UAS: Open-source-basiert Sowohl Hard- (Autopilot: Pixhawk) als auch Software (Flugsteuerung: Ardupilot) quelloffen und für jedermann frei verfügbar Steigerung der Flexibilität und weitere Kostensenkung möglich

16 Beispiel: Bestandesstruktur im Gebirgswald Fragestellung Ziel: Erhebung von Bestandesparametern (Stammzahlen & Baumhöhen) im Gebirgswald Problem: Klassische terrestrische Vermessung sehr zeit- und damit kostenintensiv und teilweise gefährliches Terrain Lösungsansatz: Erstellung eines digitalen Kronenhöhenmodells und Ableitung der Bestandesparameter. Damit Ablösung der terrestrischen Aufnahmen.

17 Beispiel: Bestandesstruktur im Gebirgswald Pilotstudie Hohgant (Berner Oberland) Point cloud Oberflächenmodell (DSM) Informationen zur Befliegung 152 Luftbilder Auflösung 5 cm/px 25 ha Waldbestand Zeitlicher Aufwand: ein Tag Arbeit für eine Person

18 Beispiel: Bestandesstruktur im Gebirgswald Pilotstudie Hohgant (Berner Oberland) Point cloud Oberflächenmodell (DSM) Informationen zur Befliegung 152 Luftbilder Auflösung 5 cm/px 25 ha Waldbestand Zeitlicher Aufwand: ein Tag Arbeit für eine Person

19 Beispiel: Bestandesstruktur im Gebirgswald Pilotstudie Hohgant (Berner Oberland) Berechnung eines Kronenhöhenmodells Kronenhöhenmodell = Oberflächenmodell - Geländemodell Einzelbaumerkennung durch Watershed segmentation Ableitung der Baumhöhen durch Erkennung lokaler Maxima

20 Beispiel: Bestandesstruktur im Gebirgswald Pilotstudie Hohgant (Berner Oberland) Abgleich der errechneten Baumhöhen aus dem DCM mit tatsächlich im Feld gemessenen. Mittlere Abweichung Kronenhöhendaten - Felderhebung ± 0.4m Berechnung eines Kronenhöhenmodells Kronenhöhenmodell = Oberflächenmodell - Geländemodell Einzelbaumerkennung durch Watershed segmentation Ableitung der Baumhöhen durch Erkennung lokaler Maxima

21 Beispiel: Bestandesstruktur im Gebirgswald Ausweitung der UAS-gestützten Erhebung Bosco/Gurin (TI) ca. 70 ha Wald 2 Tage Arbeit Hohgant (BE) ca. 90 ha Wald 1 Tag Arbeit + Zermatt (VS) ca. 140 ha Wald 2 Tage Arbeit + 4 Tage Arbeit (im Vergleich zur klassischen Erhebung von 300 ha Gebirgswald )

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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