Bildanalyse von UAS Flächenbefliegungen

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1 Bildanalyse von UAS Flächenbefliegungen in der Landwirtschaft CiS GmbH, Hansestraße 21, Rostock, Telefon 0381/ , Telefax: 0381/ ,

2 Workflow für einen UAS Flug Vorbereitung, Durchführung und Auswertung von UAS Flügen mit CiS Flugvorbereitung: Auswahl des geeigneten UAS Systems und der Ausrüstung unter Berücksichtigung des Untersuchungsgebiets und der gewünschten Resultate Auswahl eines geeigneten Flugzeitraums (Wetter, ) Vorplanung der Flugroute oder des Fluggebietes im Büro mit UAV Mobile Automatisch oder halb automatische Flugdurchführung Vorbereitung der Flugplattform und der Ausrüstung / Wetterlage prüfen Flugplanung oder Auswahl der Flugroute und Flugparameter vor Ort Automatischer / halb automatischer (Autopilot) oder manueller Flug Datenauswertung Qualitätskontrolle und Möglichkeit der Flugwiedergabe Flugauswertung, Mosaikbildung, Georeferenzieren mit UAV GIS oder anderer Software Dateninterpretation Berechnung von Biomasse Indizes und Applikationskarten für die Landwirtschaft 3D Modellierung

3 Weiterverarbeitung von UAS Luftbildaufnahmen mit UAV GIS Flugdatenverarbeitung mit UAV GIS (CiS Ltd.)

4 UAS Datenverarbeitung Automatische Datenverarbeitung Automatische Mosaikbildung aus der Flug-Protokolldatei Wahl zwischen 2 Bearbeitungsmodi: manuelle schrittweise Datenverarbeitung mit möglicher Interaktion (halb-)automatische Datenverarbeitung vom Einlesen einer Protokolldatei über der automatischen Fotopunktauswahl, Stitching und Blending bis zur Erstellung eines Mosaiks und seiner ungefähren Georeferenzierung

5 UAS und GIS für die Landwirtschaft Biomassekartierung mit Hilfe von UAS Der spektrale Reflexionsgrad ist ein wichtiges Hilfsmittel um die Wachstumseigenschaften (Biomasse) von Pflanzen zu charakterisieren. Die Berechnung des NDVI (normalized difference vegetation index) bietet ein Maß für die Pflanzendichte und ihre Vitalität. In vielen Fällen korreliert der NDVI mit der Photosynthese (Chlorophyll). Gesunde Vegetation absorbiert mehr im roten sichtbaren Bereich und reflektiert stärker im nahen Infrarotbereich und weist damit höhere NDVI Werte auf.

6 UAS und GIS für die Landwirtschaft Berechnung des Biomasseindex NDVI Das Raster (orange) in Fahrspurrichtung und an die Feldgrenzen angepasst ist oft konstant über mehrere Jahre. Automatische Datenverarbeitung: ROT und NIR Pixel-Werte gemittelt auf die Rasterelemente können aus dem Mosaik zur Berechnung des NDVI extrahiert werden: NDVI = NDVI: normalized differenced vegetation index NIR: (NIR RED) (NIR + RED) nahes Infrarot

7 UAS und GIS für die Landwirtschaft Berechnung von Biomasse Indizes zur weiteren Dateninterpretation Normalized Differenced Vegetation Index: (NIR ROT) NDVI = (NIR + ROT) Enhanced Normalized Differenced Vegetation Index: (NIR + GRÜN) 2*BLAU) ENDVI = (NIR + GRÜN) + 2*BLAU) Blue Normalized Differenced Vegetation Index: (NIR BLAU) BNDVI = (NIR + BLAU) Green Normalized Differenced Vegetation Index: (NIR - GRÜN) GNDVI = (NIR + GRÜN) Difference Vegetation Index: DVI = (NIR ROT) Variable Atmopherically Resistant Index: (GRÜN ROT) VARI = (GRÜN + ROT) Ratio Vegetation Index: NIR Ratio = ROT NIR: nahes Infrarot

8 Möglichkeiten der Biomassekartierung mit Hilfe von UAS Mosaikdaten Vorausgehende Bildbearbeitung nach dem Flug Voraussetzung: Flug-Logdatei einlesen Flugpunktauswahl ( Kameradaten kontrollieren, Bilder kalibrieren) Mosaikbildung Georeferenzieren (Testflächen der LFA bei Dummerstorf)

9 Möglichkeiten der Biomassekartierung mit Hilfe von UAS Mosaikdaten Klassifizierung der Biomasse auf Ergebnisflächen Ziel: Einteilung in Zonen unterschiedlicher Biomasse Applikationskartenerstellung basierend auf dem Fahrspurraster (Testflächen der LFA bei Dummerstorf)

10 Möglichkeiten der Biomassekartierung mit Hilfe von UAS Mosaikbildern Voraussetzung: georeferenzierte Luftbilder RGB Aufnahme (3 Farbkanäle: Rot, Blau, Grün) Infrarot-Aufnahmen (NIR: als Graustufe) Multispektralaufnahmen (z.b. Gelbfilteraufnahmen)

11 Möglichkeiten der Biomassekartierung mit Hilfe von UAS Mosaikbildern Extraktion von Farbwerten; Berechnung von Biomasse-Indizes NDVI = (NIR ROT) (NIR + ROT) Rot R NIR Möglichkeiten: 1) Extraktion der Farbwerte und Berechnung verschiedener Indizes auf Ergebnisflächen (Raster) 2) Pixelweise Berechnung eines Indizes

12 Möglichkeiten der Biomassekartierung mit Hilfe von UAS Mosaikbildern Vegetationsindizes auf Raster rechnen Vegetationsindex auf Raster rechnen: Auswahl der Ebene mit den Ergebnisflächen Auswahl des RGB-Farbbildes Extraktion der RGB-Farbwerte Auswahl des NIR-Graustufenbildes Extraktion der Grauwerte (NIR) Berechnung der Vegetationsindizes

13 Möglichkeiten der Biomassekartierung mit Hilfe von UAS Mosaikbildern Vegetationsindizes auf Raster rechnen Normalized Differenced Vegetation Index: (NIR ROT) NDVI = (NIR + ROT) Variable Atmopherically Resistant Index: (GRÜN ROT) VARI = (GRÜN + ROT) Enhanced Normalized Differenced Vegetation Index: (NIR + GRÜN) 2*BLAU) ENDVI = (NIR + GRÜN) + 2*BLAU)

14 Möglichkeiten der Biomassekartierung mit Hilfe von UAS Mosaikbildern Vegetationsindex pixelweise auf Bitmap rechnen Vegetationsindex auf Bitmap rechnen: Multispektrale Rasterdatei (Bitmap) öffnen oder auswählen Berechnungsalgorithmus wählen (z.b. die auf Gelbfilter-Kameras der CiS GmbH abgestimmte NDVI Gelbfilter-Formel) [alternativ: Eingabe einer selbstentwickelten Formel] Umrechnung der Farbkanäle Ergebnis: graustufenskalierte Biomassekarte

15 Möglichkeiten der Biomassekartierung mit Hilfe von UAS Mosaikbildern Klassifizierung der NDVI-Werte aus der Bitmap Klassifizierung von Grauwerten aus einer Bitmap: Auswahl der Ebene mit den Ergebnisflächen Auswahl des NDVI-Graustufenbildes Extraktion der NDVI skalierten Grauwerte Berechnung relativer Werte Einteilung in Biomasse-Zonen

16 Möglichkeiten der Biomassekartierung mit Hilfe von UAS Mosaikbildern Klassifizierung der NDVI-Werte aus der Bitmap NDVI skalierte Graustufenwerte Relative Graustufenwerte / Zonen

17 Erstellung von PSM- und Düngeapplikationskarten PSM- oder Düngeapplikationskarten basierend auf dem Biomasseindex Pflanzenschutz- oder Düngeapplikationskarten zur Maschinenansteuerung können basierend auf Biomassezonen im Agrarmanagement-GIS ADAM berechnet werden.

18 CiS GmbH Hansestraße 21, Bentwisch Tel: 0381 / Fax: 0381 / Erfolg erzeugt Vertrauen. info@cis-rostock.de Internet: