Photogrammetrie mittels UAV (unmanned aereal vehicle) Versuchsprojekt Kiesgrube Fa. Glück Hochbirket

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Leopold Roland Fleischer
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1 Photogrammetrie mittels UAV (unmanned aereal vehicle) Versuchsprojekt Kiesgrube Fa. Glück Hochbirket David Mauro, Geospector München, Herbst 2013 in Zusammenarbeit mit Partnern aus der Vermessungsbrancher Einleitung Durch eine Befliegung der Kiesgrube der Firma Glück in der Liegenschaft Hochbirket mittels UAV und anschließender photogrammetrischer Auswertung wurden die Praxistauglichkeit des Workflows und die erzielbaren Genauigkeiten untersucht. Versuchsobjekt Das relevante Gebiet umfasst die Kiesgrube in der gesamten Länge (ca. 400 Meter) innerhalb der beiden Grubengrenzen (Distanz zwischen aktueller Bruchkante und Wiederbefüllung bis zur ursprünglichen Terrain-Höhe ca. 300 Meter). Die maximale Tiefe der Grube in Bezug auf die ursprüngliche Terrain-Höhe beträgt ca. 18 Meter. Referenzmessungen Es wurden insgesamt 14 Referenzpunkte mittels GPS und Totalstation über die gesamte Kiesgrube abgesteckt und mittels gelber Marken gekennzeichnet. Davon werden neun Stück als Referenzpunkte für die photogrammetrische Auswertung verwendet (GCP = ground control point), die restlichen fünf Stück werden als Verifikationspunkte zur Genauigkeitsbeurteilung verwendet (GVP = ground verification point), ohne dass diese vorab in der photogrammetrischen Auswertung als Stützstellen einfließen.

Befliegung und fotographische Aufnahme Die Befliegung erfolgte bei bedecktem Himmel mittels Oktokopter und zweiachsiger Kamerastabilisierung: Flugplan Vier Teilflüge mit zusammen 45 Minuten Flugzeit,

2 Befliegung und fotographische Aufnahme Die Befliegung erfolgte bei bedecktem Himmel mittels Oktokopter und zweiachsiger Kamerastabilisierung: Flugplan Vier Teilflüge mit zusammen 45 Minuten Flugzeit, autonomes Wegpunktfliegen in Streifenmuster unter manueller Kontrolle. Startpunkte Jeweils in der Nähe der Referenzpunkte GCP 1 4 in Höhe des alten Terrain-Niveaus Überlappung 80% in Flugrichtung, 60% zwischen den Streifen Flughöhe 50 Meter über Terrain-Niveau Kamera Sony NEX-6 mit 20mm Pancake, Fokusierung auf unendlich, Verschlusszeit 1/500 Sekunde, ISO 200 Aufnahmerichtung Azimut ca. 340 (in Flugrichtung), Pitch 90 (senkrecht nach unten) Bildanzahl 696 Anmerkung: Westlicher Versatz aufgrund älteren Hintergrund-Bildmaterials

3 Preprocessing der Daten Die terrestrische Absteckung der Referenzpunkte mittels Totalstation wird durch zwei GPSMessungen bei GCP1 und GCP3 gelagert. Die kombinierte Ausgleichung erfolgt mittels Topcon Magnet Office und SAPOS-Referenzdaten. Als Genauigkeiten a posteriori ergeben sich: Lage: 2,0 cm Höhe: 2,0 cm Zur Vereinfachung und zur Georeferenzierung wird ein lokales Höhendatum mit der Bezugshöhe von GCP1 = 0,00 m eingeführt. Alle weiteren Berechnungen und Untersuchungen werden zur Vermeidung von Transformationsunsicherheiten weiterhin in WGS84 durchgeführt. Die aufgenommenen Fotos werden wie folgt bearbeitet: Import von RAW-Daten, erste Qualitätsbeurteilung und Bildauswahl Korrektur von Verzeichnung, Schärfe und Vignetierung Konvertierung nach JPEG Georeferenzierung mittels Zeitstempel und GPS-Log (consumer grade) Photogrammetrische Bearbeitung Die Auswertung erfolgt mittels Agisoft Photoscan auf einer speziell konfigurierten PhotogrammetrieWorkstation (16 GB RAM, Quadcore, zwei Grafikprozessoren) in dieser Reihenfolge: Einlesen der Aufnahmen und der Referenzpunkt-Koordinaten Entfernen redundanter oder mangelhafter Aufnahmen Maskierung dynamischer Objekte (Bagger, PKW) Manuelles Setzen der Referenzpunkte in jeweils zwei Aufnahmen Foto-Alignment in hoher Qualität berechnen Automatisch generierte Referenzpunkt-Positionen manuell nachbearbeiten Korrektur der Kameraparameter und Verbesserung der Punktwolke mittels GCPs berechnen Beschnitt der Punktwolke auf relevante Anteile Modellberechnung in hoher Qualität, Highfield-Modus berechnen Export der gewünschten Objekte (Modelle, Punkte, DEM, Ortho)

4 Die reine Rechenzeit (v.a. Foto-Alignment und Modellberechnung) beträgt aufgrund der Datenmenge trotz einer spezialisierten Workstation knapp 24 Stunden. Erzielte Genauigkeiten Der Vergleich zwischen terrestrischer und photogrammetrischer Aufnahme ergibt folgendes Bild: GPS + Totalstation Photogrammetrie Abweichung L [ ] B [ ] H [m] L [ ] B [ ] H [m] Lage [cm] Höhe [cm] GCP1 11, , ,000 11, , ,011 0,6-1,1 GCP2 11, , , , GCP3 11, , ,625 11, , ,623 0,6-0,2 GCP4 11, , , , ,6-0,5 GCP5 11, , ,013 11, , ,008 0,1 0,5 GCP6 11, , ,661 11, , ,670-0,9 GCP7 11, , ,612 11, , ,596 1,6 GCP9 11, , ,051 11, , ,047 GCP14 11, , ,748 11, , ,744 0,7 M itte l 0,0 Sigm a 0,2 0,8 GVP8 11, , ,039 11, , ,005 0,7 3,4 GVP10 11, , ,120 11, , ,110 0,9 1,0 GVP11 11, , ,751 11, , ,722 1,1 2,9 GVP12 11, , ,927 11, , ,903 1,5 2,4 GVP13 11, , ,270 11, , ,252 1,0 1,8 M itte l 1,0 2,3 Sigm a 0,9 Beim Workflow der Auswertung wird die Punktwolke zunächst provisorisch auf die GCPs bezogen. Ein separater Korrekturlauf transformiert die Punktwolke anschließend auf die GCPs. Die resultierende Abweichung liegt in Lage und Höhe deutlich unter 2 cm. Bei den in obiger Transformation unberücksichtigten GVPs ist die Streuung fast identisch, es scheint jedoch ein systematischer (?) Höhen-Offset von knapp 2 cm vorzuliegen, der an dieser Stelle jedoch nicht weiter untersucht wird. Insgesamt lassen sich aus der stichpunktartigen Betrachtung der GVPs folgende Maximalabweichungen ableiten: Lage: 1,5 cm Höhe: 3,4 cm Diese Maximalabweichungen liegen im Bereich der Genauigkeit der zugrundeliegenden GPSMessungen der Referenzpunkte. Diese Werte sollten auch vergleichbar sein mit dem bisherigen Verfahren der SAPOS-RTK-Messung.

5 Orthofoto In GoogleEarth eingebettetes Orthofoto. Auflösung 1,3 cm Detailansicht (Orthofoto links, GoogleEarth rechts)

6 DEM mit Höhenlinien Profilquerschnitt West-Ost knapp nördlich des Förderband-Endes. Der Peak in der Mitte ist das Förderband.

7 Modelle Gesamtansicht von Süd nach Nord Detailansicht Förderband und Schüttung in Richtung Südost

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