Institut für Photogrammetrie
ifp
Universität Stuttgart
Datenerfassung mit UAS – Pilotprojekte am LGL
Michael Cramer
LGL Forum Haus der Wirtschaft, Stuttgart 13. Mai 2014 1
Namen & Definitionen
ifp
Universität Stuttgart
RPAS
Weigand, Ute: UAS für zivile Einsätze, gis.business 02/2014, S. 35 http://www.wichmann-verlag.de/gis-fachzeitschriften/artikelarchiv/2014/gisbusiness-ausgabe-02-2014/uas-fuer-zivile-einsaetze.html 2
UAS Kategorisierung & Beispielsysteme
ifp
Einführung
Kategorie (MTOW / Reichweite / Ausdauer)
nano
micro
mini
Rotorflügler rotary wing
Leichter-als-Luft lighter than air
HALE
Universität Stuttgart
(Träger-) Plattform
Starrflügler fixed wing
RPAS Yearbook 2013/14, http://uvs-info.com/
Flügelschlag flapping wings
3
UAS Kategorisierung
Universität Stuttgart
ifp
RPAS Yearbook 2012/13, see http://uvs-info.com/
4
UAS Kategorisierung
ifp
nach Systemanzahl
Einführung
mini < 30kg
Universität Stuttgart
micro < 5kg
RPAS Yearbook 2013/14, http://uvs-info.com/
5
UAS Kategorisierung
ifp
nach Trägerplattformtyp
Universität Stuttgart
Einführung
Starrflügler
Rotorflügler
RPAS Yearbook 2013/14, see http://uvs-info.com/
6
Gliederung
ifp
Einführung
Universität Stuttgart
Einsatz von UAS in der Landesvermessung
Pilotprojekte am LGL Baden-Württemberg
Zusammenfassung
7
Situation in der Landesvermessung Baden-Württemberg
ifp
Universität Stuttgart
UAS am LGL BW
flächendeckende Bildflüge GSD 20cm
2012 2011
2013
Großformatige Kamers bis zu 260 Mpix, ~1 Mio EUR
Product / Requirements Orthophotos GSD 20cm / 10cm Accuracy: < 1pix Surface Model / DTM (1m grid, from airborne LiDAR) Accuracy: < 0.5 m 8
Standard-Kartierung versus UAS-Kartierung?
Universität Stuttgart
UAS am LGL BW
ifp
9
UAS Anwendungsfelder beim LGL BW
ifp Topografie-Nachführung
Universität Stuttgart
UAS am LGL BW
Flurneuordnung – vorher
nachher
> 450 Flurneuordnungsprojekte in BW (2013)! (~10% der Landesfläche) 10
Pilotprojekt UAS @ LGL 2012
ifp
Anwendung Flurneuordnung
iFR Canon Ixus 100 Ricoh GXR Mount A12 & Zeiss Biogon
Universität Stuttgart
UAS am LGL BW
Institut für Flugregelung und Flugmechanik
11
UAS Bildqualität: Ricoh/Zeiss System
ifp
Bildflug Hessigheim Aug 23, 2012
Universität Stuttgart
UAS am LGL BW
Ricoh GXR Mount A12 mit Zeiss Biogon, 4288x2848 pix nominelle GSD ~6cm
Ricoh GXR Mount A12 mit Zeiss Biogon, Ausschnitt 1200x900 pix nominelle GSD ~6cm
Universität Stuttgart
ifp
13
UAS Bildqualität: Ricoh/Zeiss System
ifp
Bildflug Hessigheim Aug 23, 2012
Point spread function 1 Kanal 1 (R) Kanal 2 (G) Kanal 3 (B)
UAS am LGL BW
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3
Universität Stuttgart
0.2 0.1 0 -2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0 Pixel
0.5
1
1.5
2
2.5
GSD nominal: 4.942 cm
R0020849 23.08.2012, 12:42 R G
JPG @ 200%
14
sigma_psf 0.397 0.392 1/2000 sec (pix) RP_FWHM 4.615 f/5.6 4.558 Aperture (cm) ISO 250
B 0.395 4.592
Height above star: 188.7 m 14
UAS Bildflugauswertung
ifp
Prozesskette
Universität Stuttgart
UAS am LGL BW
Prozesskette Anfangsorientierung / Set-up Bildverband Orientierung des Bildverbandes Transformation in Geländekoordinaten Kamerakalibrierung
Produkterzeugung DGM/DOM (Dense Matching) & Ortho 15
UAS Bildflugauswertung
UAS-Bildflug / Bildsequenz
15 omega
phi
kappa+180°
10
UAS am LGL BW
5
0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 -5
-10
-15
Fluglage UAS [°]
ifp
Prozesskette
Fluglage Standard [°]
Universität Stuttgart
-20
16
UAS Bildflugauswertung
ifp
Universität Stuttgart
UAS am LGL BW
Standard GNSS/inertial Daten Horizontierte Kamera AAT (Verknüpfung mit FBM/LSM)
Prozesskette Prozesskette Anfangsorientierung / Set-up Bildverband Orientierung des Bildverbandes
UAS GNSS (code) Winkel > 0…20 deg Structure from Motion (SIFT Verknüpfung)
GNSS-gestützte AT Wenige Passpunkte
Transformation in Geländekoordinaten
Wenige Passpunkte
Vorabkalibration + zusätzliche Param. (math. Modelle)
Kamerakalibrierung
Vollständige in-situ Kamerakalibration (physikal. Modelle)
Produkterzeugung DGM/DOM (Dense Matching) & Ortho 17
Photogrammetrische Punktbestimmung
ifp
3D-Punktgenauigkeit
Universität Stuttgart
UAS am LGL BW
Objektpixelgröße GSD 5 – 8 cm
Match- Genauigkeit AT (RMS) Ost 0.029 m Nord 0.024 m Vertikal 0.043 m 22 Passpunkte 11 Kontrollpunkte 18
3D-Oberflächenmodell
Universität Stuttgart
UAS am LGL BW
ifp
ifp SURE – Semi Global Matching SGM
19
Hangrutschung Talheim – Albtrauf
Universität Stuttgart
UAS am LGL BW
ifp
Nachführung Geländemodell
senseFly eBee
Param.
Wert
Größe
750 x 350m²
Höhe DZ
~200m
GSD
~8cm
UAS
senseFly eBee
Kamera
Canon Ixus 127 20
Orthophoto Rutschung Talheim
Universität Stuttgart
UAS am LGL BW
ifp
Orthophoto
3D-Oberflächenmodell
Universität Stuttgart
UAS am LGL BW
ifp
ifp SURE – Semi Global Matching SGM
22
Universität Stuttgart UAS am LGL BW
3D-Oberflächenmodell
ifp
23
Universität Stuttgart
UAS am LGL BW
ifp
3D-Oberflächenmodell Rutschung
SURE Rutschung, 8cm Gitter
24
Universität Stuttgart
UAS am LGL BW
ifp
3D-Oberflächenmodell Gebäude
SURE Gebäude, 8cm Gitter
25
Rutschung
Universität Stuttgart
UAS am LGL BW
ifp
Änderung Referenz: ALS-DGM 2002, 1m Gitter, Landesbefliegung LASER, Genauigkeit: besser 0.5m Rot LASER ALS-DGM Grün UAS-DOM
Profile -10m +7m
26
Genauigkeit Höhendaten aus UAS
Universität Stuttgart
UAS am LGL BW
ifp
UAS-DOM minus ALS-DGM
Referenz: ALS-DGM 2002, 1m Gitter, Genauigkeit < 0.5m Farbkodierung Differenz [m]
UAS-DOM minus ALS-DGM
-0.5
0.0
0.5 27
Genauigkeit Höhendaten aus UAS
Universität Stuttgart
UAS am LGL BW
ifp
UAS-DOM im Vergleich zu terrestr. Laserdaten
Diff. TLS – UAS-DOM ~15 cm 28
Gliederung
ifp
Einführung
Universität Stuttgart
Einsatz von UAS in der Landesvermessung
Pilotprojekte am LGL Baden-Württemberg
Zusammenfassung
29
Standard-Kartierung versus UAS-Kartierung?
Universität Stuttgart
Zusammenfassung
ifp
30
Standard-Kartierung und UAS-Kartierung!
Universität Stuttgart
Zusammenfassung
ifp
31
Zusammenfassung
http://www.uavdach.org/aktuell/NFL-1-281-13.pdf
Universität Stuttgart
ifp Rechtlicher Rahmen für Aufstiegsgenehmigungen
32
Rechtlicher Rahmen für Aufstiegsgenehmigungen
Universität Stuttgart
Zusammenfassung
ifp
Rechtlicher Rahmen zum Betrieb von UAS für Deutschland geregelt in der Luftverkehrsordnung LuftVO Maximales Abfluggewicht darf 25 kg nicht überschreiten. Das Fluggerät muss in Sichtweite des Steurers geflogen werden Die Luftfahrtbehörden der jeweiligen Bundesländer sind verantwortlich für die Aufstiegsgenehmigungen UAS mit einem höheren Abfluggewicht als 25 kg oder Anwendungen außerhalb des Sichtbereichs des Steuerers können im separat abgegrenzten Luftraum oder über einem Flugfeld durchgeführt werden
Gemeinsame Grundsätze für Aufstiegsgenehmigungen gelten für Projekte …
in Sichtweite des Steuerers nicht ausschließlich zum Zweck des Sports oder Freizeitgestaltung eine max. Flughöhe von 100m über Grund nicht übersteigen und deren Gesamtmasse bis zu 25 kg beträgt 33
Universität Stuttgart
Zusammenfassung
ifp
Rechtlicher Rahmen für Aufstiegsgenehmigungen
Für den Aufstieg von unbemannten Luftfahrtsystemen ohne Verbrennungsmotor bis 5 kg Gesamtmasse kann eine allgemeine Erlaubnis erteilt werden, außer für den Betrieb über Menschen und Menschenansammlungen, Unglücksorten, Katastrophengebieten und anderen Einsatzorten von Polizei oder anderen Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS), Justizvollzugsanstalten, militärischen Anlagen, Industrieanlagen, Kraftwerken und Anlagen der Energieerzeugung und -verteilung, soweit diese Stellen den Betrieb nicht ausdrücklich gestattet haben, oder in Luftsperrgebieten und Gebieten mit Flugbeschränkungen (§ 11 LuftVO).
Für den Aufstieg von unbemannten Luftfahrtsystemen mit Verbrennungsmotor oder über 5 kg Gesamtmasse … wird nur eine Erlaubnis für den Einzelfall … durch die örtlich zuständige Behörde des Landes erteilt. (Anm.: Obige Einschränkungen gelten entsprechend.) 34
Seiler, Ines: Remotely Piloted Aircraft Systems (RPAS) – Legal Situation and Practice in Germany, Vortrag auf UAV Dach Konferenz, AERO 2014, Friedrichshafen, 10. April 2014
Universität Stuttgart
Zusammenfassung
ifp
Statistik Aufstiegsgenehmigungen in Deutschland 2013 (lt. BMVI)
35
UAS Kategorisierung
ifp
nach Aufstiegsgenehmigung (lt. BMVI)
Universität Stuttgart
Einführung
Aufstiegsgenehmigungen in Deutschland, Jahr 2013
Allgemeine Aufstiegserlaubnis (gesamt: 1290)
Spezielle Aufstiegserlaubnis (gesamt 688)
Seiler, Ines: Remotely Piloted Aircraft Systems (RPAS) – Legal Situation and Practice in Germany, Vortrag auf UAV Dach Konferenz, AERO 2014, Friedrichshafen, 10. April 2014 36
Institut für Photogrammetrie
ifp
Universität Stuttgart
Datenerfassung mit UAS – Pilotprojekte am LGL
Michael Cramer
LGL Forum
[email protected] 37