Datenerfassung mit UAS Pilotprojekte am LGL

Institut für Photogrammetrie ifp Universität Stuttgart Datenerfassung mit UAS – Pilotprojekte am LGL Michael Cramer LGL Forum Haus der Wirtschaft...
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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