NEW technologies for a better mountain FORest timber mobilization

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Dieter Volker Koenig
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1 NEW technologies for a better mountain FORest timber mobilization UAV in der Forstwirtschaft Methoden und Grenzen Bernadette Sotier BFW - Institut für Naturgefahren Bernadette.Sotier@uibk.ac.at Innsbruck 26. November 2013

2 UAV / RPAS = unmanned aerial vehicle unbemanntes Luftfahrzeug unbemannt ferngesteuert kann autonom fliegen (muss aber nicht!) Sensoren zur Erhebung von (Geo)-Daten, z. B. Kamera

3 MODELL - TYPEN Flächenflugzeug Lange Flugzeiten: >> 30 min mit Zuladung Fluglage-Erkennung: bis zu 600 m Geeignet für größere Flächen Harte Landungen: Kamera im Rumpf geschützt, kleinere Schäden können meist leicht repariert werden Starten und Landen: braucht Platz, freie Sicht und gute Landepiste Kamera: i. d. R. nicht schwenkbar Manuelles Fliegen, v. a. Landen: Training! Multikopter Starten / Landen fast überall möglich Kamera: leichte Bedienbarkeit, schwenkbar Kann auf der Stelle stehenbleiben Geeignet für Detailaufnahmen Kurze Distanzen: 7-15 min Zuladung Fluglage-Erkennung schlecht: > 100 m kritisch windanfällig Harte Landungen: meist schwere Schäden am Gerät

4 MODELL - STEUERUNG Manuell Starten und Landen / Zielgebiet anfliegen schwieriges Gelände/ungünstige Sichtverhältnisse schwaches GPS-Signal Thermik nutzbar -> längere Flugzeiten -Überlappung nicht immer optimal (Lücken) -sehr viele Bilder -höherer Aufwand bei Bildauswertung Autopilot = IMU + GPS Wegpunkte / Flugpfad / Kamerapositionen Konstante Flughöhe über Grund Garantierte Bildüberlappung schwaches oder kein GPS-Signal: Abweichungen vom Flugpfad Kein autonomer Flug möglich braucht u. U. mehr Akku = kürzere Flugzeiten

5 FLUGPLANUNG 300m Gelände Höhe über Grund Kontakt zur Fernsteuerung Distanz

6 FLUGPLANUNG Photogrammetrischer Idealfall: Flugstreifen parallel Längsüberlappung: 60% Querüberlappung: > 30% (je mehr, desto besser) Senkrechtaufnahme

7 Pilot muss auf Sicht fliegen! FLUGPLANUNG auch im autonomen Flugbetrieb (gesetzlich geregelt) Reichweite begrenzt auf ca Meter (Erkennung der Fluglage) Flugverbot über Siedlungen max. Höhe über Grund: 150m

8 FLUGPLANUNG

9 FLUGPLANUNG

10 GEOREFERENZIERUNG 1. Direkte Georeferenzierung(GPS) Aufzeichung der GPS Position während des Flugs Synchronisierung Kamera - GPS Lageinformation (X, Y, Z) EXIF

11 2. Indirekte Methode: Passpunkte (GCP) ground control GEOREFERENZIERUNG 50 x 50 cm 50 m 150 m

12 Erreichbarkeit Flächengröße Sichtbarkeit Messbarkeit Verteilung GEOREFERENZIERUNG

13 GEOREFERENZIERUNG Wie viele Passpunkte? Theoretisches Minimum: 3 GCP für flaches Gelände 6 GCP für schwach gewelltes Gelände Daumenregel: doppelt so viele = 12 GCP zeitaufwändig gute Vorbereitung nötig Abbildung aus: Rock et al., 2011

14 GEOREFERENZIERUNG 1. Referenzdaten Orthofoto, DSM, DGM Einfache und schnelle Methode Ergebnis abhängig von Qualität der Referenzdaten (Auflösung, Schatten, Höhengenauigkeit )

15 PRODUKTE 1. Luftbilder 2. 3D-Punktwolke / 3D-Modelle 3. Oberflächenmodelle 4. Orthofotos aktuell schnell verfügbar kostengünstig - hochaufgelöst

16 PRODUKTE Anwendungen: Schäden (Sturm, Rutschung, Lawine, Käfer ) Vegetationskartierung Einzelbäume

17 PRODUKTE Photogrammetrische Auswertung: Entzerrung Image Matching Oberflächenmodell

18 PRODUKTE Grenzen des Image-Matching: gleichförmige Oberflächen (Schnee) stark strukturierte Oberflächen (Wald)

19 PRODUKTE

20 Unter Vegetation: keine / kaum Bodenpunkte kein DSM TESTGEBIET MONTAFON

21 PRODUKTE Thüringerberg 2009

22 PRODUKTE Thüringerberg 2012

23 PRODUKTE

24 TESTGEBIET MONTAFON Ergebnisse 3D-Punktwolke Georeferenzierung mit ALS-Höhen / Orthophoto Probleme Höhenfehler Orthomosaik keine / kaum Bodenpunkte kein DTM Montafon: Testfläche Gaschurn Datum der Befliegung Anzahl der Flüge 1 Flugdauer 20 min Höhe über Grund m Max. Distanz 600 m Steuerung manuell Anzahl Bilder 851 verwendet 608 matching 353

25 Profil 1 Profil 2 2,41m ALS IMAGE TESTGEBIET MONTAFON

26 Differenz: Laser-DSM minus Luftbild-DSM TESTGEBIET MONTAFON

27 Asiago- Flugpfad TESTGEBIET ASIAGO

28 Asiago: ALS DSM minus Image - DSM TESTGEBIET ASIAGO Maßnahme erkennbar (Seilkran) Größere Fehler an den Rändern Georeferenzierung problematisch Verkippung des Luftbild-DSM ALS IMAGE

29 DANKE

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