luftbildvermessung & analyse Die Welt aus der Vogelperspektive Unmanned Aerial Systems (UAS) im Bereich der Geowissenschaften Matthias Jochner GIS Day 16.11.2016
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
Oberflächenmodelle: Entscheidende Datengrundlage in der (Geo-) Wissenschaft
Oberflächenmodelle: Entscheidende Datengrundlage in der (Geo-) Wissenschaft Geomorphologie: Erosionsmonitoring Roering, J. J., & Gerber, M. (2005)
Oberflächenmodelle: Entscheidende Datengrundlage in der (Geo-) Wissenschaft Geomorphologie: Erosionsmonitoring Naturgefahren: Massenbewegungen Roering, J. J., & Gerber, M. (2005) WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF
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.
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
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
Die Lösung: UAS Photogrammetrie
Die Lösung: UAS Photogrammetrie Prinzip: Structure from Motion Automatisierte Befliegung des Perimeters
Die Lösung: UAS Photogrammetrie Prinzip: Structure from Motion Automatisierte Befliegung des Perimeters Überlappende Einzelbilder
Die Lösung: UAS Photogrammetrie Prinzip: Structure from Motion Automatisierte Befliegung des Perimeters Überlappende Einzelbilder 3D Oberflächenmodell
Die Lösung: UAS Photogrammetrie Prinzip: Structure from Motion Automatisierte Befliegung des Perimeters Überlappende Einzelbilder 3D Oberflächenmodell Orthophoto
Die Lösung: UAS Photogrammetrie Prinzip: Structure from Motion Automatisierte Befliegung des Perimeters Überlappende Einzelbilder 3D Oberflächenmodell Orthophoto NIR Orthophoto
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
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.
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
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
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
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
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 )
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! www.air.ch