Photogrammetrie mittels UAV (unmanned aereal vehicle ... · Preprocessing der Daten Die...
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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. Ingenieursdienstleistungen für Spezialvermessung und unbemannte Luftfahrzeuge (UAV) Büro München: Nymphenburgerstr. 4, D-80335 München Tel +49-89-516169-36, Fax +49-89-516169-37, Email: [email protected] , Web: www.stellasolar.de
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Photogrammetrie mittels UAV (unmanned aereal vehicle)Versuchsprojekt Kiesgrube Fa. Glück „Hochbirket“
David Mauro, Geospector München, Herbst 2013in 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 Referenzpunktefür 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.
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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
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Preprocessing der Daten
Die terrestrische Absteckung der Referenzpunkte mittels Totalstation wird durch zwei GPS-Messungen 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 Photogrammetrie-Workstation (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)
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Die reine Rechenzeit (v.a. Foto-Alignment und Modellberechnung) beträgt aufgrund der Datenmengetrotz einer spezialisierten Workstation knapp 24 Stunden.
Erzielte Genauigkeiten
Der Vergleich zwischen terrestrischer und photogrammetrischer Aufnahme ergibt folgendes Bild:
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 GPS-Messungen der Referenzpunkte. Diese Werte sollten auch vergleichbar sein mit dem bisherigen Verfahren der SAPOS-RTK-Messung.
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GPS + Totalstation Photogrammetrie AbweichungL [°] B [°] H [m] L [°] B [°] H [m] Lage [cm] Höhe [cm]
GCP1 11,437632 48,092727 0,000 11,437632 48,092727 -0,011 0,6 -1,1
GCP2 11,438223 48,092223 0,326 11,438222 48,092223 0,323 0,4 -0,3
GCP3 11,435712 48,091453 0,625 11,435712 48,091453 0,623 0,6 -0,2
GCP4 11,435603 48,092784 -0,326 11,435603 48,092784 -0,331 0,6 -0,5
GCP5 11,436855 48,094154 -6,013 11,436855 48,094154 -6,008 0,1 0,5
GCP6 11,436360 48,093701 -10,661 11,436360 48,093701 -10,670 0,3 -0,9
GCP7 11,436452 48,092974 -16,612 11,436452 48,092974 -16,596 0,3 1,6
GCP9 11,436858 48,091784 -9,051 11,436858 48,091784 -9,047 0,3 0,4
GCP14 11,438056 48,091269 -5,748 11,438056 48,091269 -5,744 0,7 0,4
Mittel 0,4 0,0
Sigm a 0,2 0,8
GVP8 11,436141 48,092013 -14,039 11,436141 48,092013 -14,005 0,7 3,4
GVP10 11,436727 48,091409 -8,120 11,436727 48,091409 -8,110 0,9 1,0
GVP11 11,436198 48,091412 -7,751 11,436198 48,091412 -7,722 1,1 2,9
GVP12 11,436864 48,091123 -8,927 11,436864 48,091123 -8,903 1,5 2,4
GVP13 11,437893 48,091346 -9,270 11,437893 48,091346 -9,252 1,0 1,8
Mittel 1,0 2,3
Sigm a 0,3 0,9
Orthofoto
In GoogleEarth eingebettetes Orthofoto. Auflösung 1,3 cm
Detailansicht (Orthofoto links, GoogleEarth rechts)
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DEM mit Höhenlinien
Profilquerschnitt West-Ost knapp nördlich des Förderband-Endes. Der Peak in der Mitte ist das Förderband.
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Modelle
Gesamtansicht von Süd nach Nord
Detailansicht Förderband und Schüttung in Richtung Südost
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