THE BIGPOWER OFSMALLPIXELS Erhöhung der Erkennbarkeit Erhöhung der Genauigkeit mit moderner Luftbildvermessung. Wolfgang Aleithe

Transkript

1 THE BIGPOWER OFSMALLPIXELS Erhöhung der Erkennbarkeit Erhöhung der Genauigkeit mit moderner Luftbildvermessung Wolfgang Aleithe

2 GLÜCKAUF VERMESSUNG GMBH Kurzporträt Firmengründung: Firmensitz: Sondershausen, Thüringen Niederlassung: Bautzen, Sachsen Mitarbeiter: Geschäftsführung: 2 Ingenieure: 7 Techniker / CAD-Bearbeiter: 13 Messgehilfe: 3 kaufmännische Mitarbeiter: 2 Auszubildende: 3 Qualitätssicherung: Zertifizierung gemäß DIN EN ISO 9001:2008 Zertifikat TIC Philosophie: Die Zufriedenheit des Kunden ist der Maßstab unseres Handelns. Stand: 05/2014 GLÜCKAUF-VERMESSUNG GMBH SALZSTRAßE SONDERSHAUSEN TEL.: 03632/ FAX.:03632/ INFO@GLUECKAUF-VERMESSUNG.DE WEB: 2

3 GLÜCKAUF VERMESSUNG GMBH Leistungsportfolio Aero Sensorik Glückauf Vermessung GmbH Markscheidewesen Ingenieurvermessung 3D- Laserscanning Architekturvermessung GIS-Dienstleistungen Stand: 05/2014 GLÜCKAUF-VERMESSUNG GMBH SALZSTRAßE SONDERSHAUSEN TEL.: 03632/ FAX.:03632/ WEB: 3

4 Glückauf Vermessung GmbH Ingenieurvermessung Markscheidewesen Aerosensorikk

5 AEROSENSORIK in der Glückauf Vermessung GmbH Ziel: Hohe Auflösung für kleine bis mittlere Flächen bei niedrigen Preisen Wie?: 1. guter digitaler Sensor 2. lange Brennweite kleiner Betrachtungswinkel 3. niedrige Flughöhe 4. relativ langsame Fluggeschwindigkeit 5. geeignete Flug-Plattform Konsequenzen: Hohe Anschaffungskosten Viele Flugstreifen Sicherer Flugbetrieb Einhaltung der gesetzlichen Luftfahrtbestimmungen: -Einhaltung der Flughöhe über bebauten und bewohnten Flächen -Einhaltung von Lärmschutzbestimmungen Ausübung der absoluten Gewalt über das Fluggerät

6 Drohnen in Deutschland: UAV- Unmanned Aerial Vehicle sind zivil in Deutschland noch nicht zugelassen. Klassische Drohne: Kein Sichtkontakt zwischen Fluggerät und Steuereinheit (Controller) 10km - 100km - 500km Entfernung zum Fluggerät möglich ( Militär, Amazon ) Aber: RPV Remotely Piloted Vehicle: Ferngesteuertes Fluggerät, zugelassen Steuerung innerhalb der Sichtweite ohne optische Hilfe etwa m Betriebswirtschaftlich ist im Minimum ein man notwendig, also nicht unmanned Der Arbeitsbereich ist durch die Sichtweite streng limitiert. Die Anwendungsbereiche ergeben sich aus dem begrenzten Arbeitsbereich.

7 THE BIGPOWER OFSMALLPIXELS Auflösungen aus Luftbildern 32cm 16cm Deutsche Landesvermessung bei 20cm 8cm 4cm 2cm Interessanter Bereich! GSD=4-1cm 1cm

8 THE BIG POWER OF SMALL PIXELS Aufnahme mit GSD=11mm, ck=110mm, Ludwigsfelde

9 Flüge mit leichtem Flugzeug Pulsar XP Pulsar XP, Echo-Klasse, cruising speed kn Gute und scharfe Details bei GSD=4cm Hohe Farbtreue

10 THE BIGPOWER OFSMALLPIXELS Aufnahme mit GSD=33mm, ck=110mm Bautzen

11 Projekt Gyrokopter Flug Deutsch-Polnische Grenze auf Usedom GSD=3,8cm 2000 einzelne Luftbilder 140 Minuten Flugzeit 34 Flugstreifen 2 Stunden Aufbau und Abbau Gyrokopter

12 Beispiele der Erkennbarkeit aus der Luft: Bergbau, GSD=4cm

13 Beispiele der Erkennbarkeit aus der Luft: Städte, GSD=3,3cm

14 Beispiele der Erkennbarkeit aus der Luft: Strassen GSD=2,5cm

15 Beispiele der Erkennbarkeit aus der Luft: Freileitungen, GSD=1cm

16 Vitalitätsanalysen: Waldgebiete, Trocken/Feucht, Schilf

17 Unsere Plattformen: von klein bis groß Oktokopter Gyrokopter Helikopter Flugzeug Typ Karbonstar Zen 1 Eurokopter A 355A Pulsar XP Geschwindigkeiten: 0-30kn 30-70kn 0-100kn kn max: 15m/s 36m/s 51m/s 62m/s Flughöhen AGL: bis 300m bis 3000m bis 4000m bis 4000m Reichweiten bis 300m 500km 1000km 900km Flugdauer 20min 240min 360min 240min Kontrollierter Luftraum: nein nein ja ja Befliegung Innenstadt bei 300m ja/nein nein ja ja

18 Kamera PhaseOne ixa180 mit FMC: ixa180, PhaseOne, 80MPixel, Bayer-array, FMC mit TDI Flexibele Öffnungwinkel zwischen 20 und 52 ergeben Unterschiedliche Bodenauflösung Bei 600m ALG: zwischen 2,1cm bis zu 5,7cm GSD. Brennweiten zwischen 55mm-240mm

19 Bündelblockausgleichung Aerotriangulation mit BINGO Bei hoher Bildüberlappung erfolgt die erste Bildorientierung mit SFM- Technik Resultat: sehr gute Näherungskoordinaten Danach scharfe Verknüpfungspunktmessung mit 1/3 Pixelgenauigkeit (oder besser!) und Ausgleichung mit BINGO Kovarianzschätzung für die Bildkoordinatenmessung Kovarianzschätzung für die Passpunktgenauigkeit Bündelblockausgleich ist schwere Arbeit! Nach erfolgreicher AT steht eine Geroreferenzierung für X,Y,Z mit etwa 0,5 der Pixelgröße.

20 Das zentrale Produkt der Luftbildvermessung: Orientierte Luftbilder als Stereo-Bildpaare Mögliche 3D-Digitalisierung das gesamten sichtbaren Bereiches sichern! Nach der Aerotriangulation kann (wann auch immer) gemessen werden. weiterführende Produkte: 3D-Punktwolken 3D-Vektormodelle Orthophotos

21 Anwendunggebiete: Luftbilder mit 2cm-4cm Bodenauflösung 3D- Stereo - Baustellendokumentation Massenberechnungen REB und D Stadtmodelle Versiegelungsflächenerfassung Hochwasserschutz - Deichvermessung Nachtragung Topographischer Karten Freileitungsinspektion Deponievermessung Vitalitätsanalysen Und alles ohne Feldvergleich!

22 Fluggeräte: Tragschrauber Hubschrauber Flugzeuge Robinson 44 ZEN1 Eurocopter 355 A Pulsar XP Geschwindigkeiten 30kn-70kn 0kn- 90kn 70kn-120kn Flughöhen über Gelände (AGL) in Meter: 150m 3000m 150m 4500m 150m 4500m Eignung für innerstädtische Gebiete: nein Eurocopter 335 A (Pulsar XP) ohne Einschränkung abhängig von Flughöhe

23 Komponenten für den Bildwanderungsausgleich (FMC): 1. Flughöhe - je höher -> Unkritisch 2. Pixelgröße - je größer -> Unkritisch 3. Belichtungszeit - je kürzer -> Unkritisch 4. Fluggeschwindigkeit - je langsamer -> Unkritisch Für kleine Pixel: 1. Flughöhe - so tief wie zulässing -> kritisch 2. Pixelgröße - sehr kleine Pixel -> kritisch 3. Belichtungszeit - 1/250 1/500 -> kritisch 4. Fluggeschwindigkeit - hoch, je nach Plattform -> kritisch Ohne Kameras mit FMC gibt es keine scharfen Bilder bei wirtschaftlicher Befliegung!

24 Luftbilder mit hoher Auflösung müssen scharf sein! Wirkung der Bildwanderung (FMC) bei bewegter Luftbildkamera - 2 Beispiele Flughöhe Meter Belichtung Millisekunden Geschwindigkeit kn Zeilenverschiebung 3,2 1,6 0,8 0,47 Zeilen zu schieben Geschwindigkeit kn Zeilenverschiebung 7,35 3,69 1,85 1,11 Zeilen zu schieben Aus 150m Flughöhe, bei Belichtungszeit 1/500 (2ms) muss die Plattform langsamer als 7km/h fliegen, wenn die Kamera kein FMC hat. (bezogen auf ixa180 PhaseOne) Unschärfen mit mehr als 1 Pixel sind sichtbar!

25 0,5 - Keine Zeilenverschiebung notwendig Bezogen auf 30kn, bei 2ms Belichtungszeit mit ixa180, PhaseOne

26 Punktwolken, Punktabstand 3-10cm, ca. 120 Pt./m² und Manuelle 3D-Stereo Messungen in den Bildern Meßgenauigkeit professioneller Operateure = halbes Pixel

27 Dense Point Matching auf Basis SGM: Messungen auf Flächen ab 3x3 Pixel sind meist rauschfrei Schon leichte Unschärfen zerstören die Qualität des Dense Matchings Bei sehr homogener Radiometrie (Asphalt) Neigung zum Rauschen vorhanden

28 Modelle aus den Meßdaten: Rastermodelle

29 Wie geht das alles? 1. Kamera mit Pixeln quer zur Flugrichtung 2. Langsam fliegendes Fluggerät 3. 4 verschiedene Teleobjektive zwischen 55mm bis 150mm Fluggeschwindigkeiten für kleine Pixel: Die Zykluszeit der Kamera ist fest vorgegeben bei uns 1,43 Sekunden theoretisch Wir arbeiten mit Zyklen oberhalb 1,8 Sekunden. Bei herkömmlicher Technologie: Es entstehen aus 450m Höhe über Gelände 2,0cm Pixel, Dabei gibt es bei 70kn aller 1,8 Sekunden ein Bild. Falls starker Rückenwind herrscht, wird die Zykluszeit für die Kamera zu kurz Moderne Photogrammetrie benötigt aber 75%-80% Überdeckung in Flugrichtung!

30 Technologie der Glückauf-Vermessung GmbH: Hohe Überlappung in Flugrichtung ->80%! Eventuelle Zeitprobleme mit Zykluszeit der Kamera, wenn Fluggerät zu schnell Daher: Flug mit alternierenden Projektionszentren 1. 2 Flugstreifen für einen Flugstreifen 2. Der 2. Streifen wird genau über den 1. Streifen geflogen, 3. Die Bilder des 2. Streifen werden mittig zwischen die Bilder des 1. Streifen ausgelöst 4. professionelles und genaues Fliegen notwendig. 1. Streifen 2. Streifen Doppelter Flugaufwand und hohe Konzentration des Piloten notwendig Effekt: PULSAR XP ist einsetzbar bis zu etwa GSD=2cm Helikopter ist einsetzbar bis zu GSD=1cm

31 Unsere Technologie für die Erfassung von Massen: 1. Sichere Vermarkung von ausreichend Passpunkten über die Fläche 2. Genaue geodätische Bestimmung, ausgehend vom Baulagenetz (+/- 1-2cm) 1. Erster Flug: 2. Aerotriangulation alle Bilder 3. Uraufmaß Dreiecksvermaschung und Volumenermittlung 4. Weitere Flüge zum genauen Zeitpunkt 5. Aerotriangulation aller Bilder 6. Aufmaß Dreiecksvermaschung und Volumenermittlung 7. Differenzbildung der Volumen mit Bestimmung der Verschneidungslinie zwischen den Volumina. 8. Nachvollziehbare Berechnung (in Deutschland: REB Massenermittlung aus Prismatischen Körpern)

32 Zeitpunkt 1: Urgelände 3D-Punktwolke, Punktabstand 9cm Resultat: Differenz- Erdhaufen Punktwolke, Punktabstand 9cm Zeitpunkt 2: 3D-Punktwolke Neuer Erdhaufen aufgeschüttet

33

34 Gesamte Dreiecksvermaschung des Erdhaufens

35 Detail der Dreiecksvermaschung Dreiecke mit Höchenschichtlinien 10cm

36 Abrechnung nach REB und

37

38 Genauigkeitsbetrachtung unserer Technologie 1. Die Luftbildpasspunkte definieren die erreichbare Genaigkeit 2. Für Genauigkeiten besser +/-2cm können die Luftbildpasspunkte nicht mit RTK-GPS gemessen werden! 1. Die Aerotriangulation kann bis zu 0,5 Pixel genau werden 2. Die Messgenauigkeit des Luftbildoperateurs ist bei etwa 0,5Pixel 3. Manuelle Messungen können (in Summe) etwa 1 Pixel genau gemacht werden. 4. Bei hoher Längsüberlappung sind die Höhenmessungen in Modellen mit jedem 2. Bild genauer, da Basis größer