Vermessung von Holzlagern Volumenerfassung mit Hilfe von unbemannten Kleinflugzeugen

Sergej Chmara, Forstliches Forschungs- und Kompetenzzentrum Gotha

Ausgangssituation / Anlass

• Anfall großer Schadholzmengen bei Großschadereignissen,

(z. B. Orkan „Kyrill“/2007)

• Zwischenlagerung großer Holzmengen auf temporären (Nass-) Lagerplätzen mit permanentem Zugang/Abgang

hoher Aufwand für Bestimmung von Wald-Maß

hoher IT-/Daten-Aufwand für Lagerverwaltung

praktische Schwierigkeiten/ Ungenauigkeiten bei Vermessung von großen Poltern

Zielstellung

• Entwicklung eines Verfahrens zur sicheren Vermessung der großen Holzpolter auf Großlagerplätzen

• Optimierung der Prozesse der Holzvermessung bei Großschadereignissen

• Erfassung der Luftbilder mit Hilfe von UAV

• Volumenbestimmung aus Oberflächen-modellen aus Stereoluftbildern

Lösungsansatz

• „Normale“ Holzpolter

• Gebäude (als Referenzmaß)

• Groß-Polter

Pilotbeispiele

Vergleichsmessung „normale“ Polter

Bild

: Ber

nd

Wilh

elm

/Fo

rsta

mt

Ob

erh

of

Ergebnis der Oberflächenberechnung

Ergebnisse

Polter Fix-

länge Polter-länge

Max. Polter-höhe

Sektions-breite

Anzahl Sektionen

Summe der

Sektions-höhen

Sektional-verfahren

Oberflächen-modell

Raummaß -Fehler

m m m m Anz. m (rm) (rm) %

1 5,05 7,9 2,43 2 4 5,84 58,25 55,17 -5,3

2 5,05 6,6 2,06 2 4 6,1 50,83 53,25 4,8

4 2,05 27 3,16 3 9 16,34 100,49 107,42 6,9

5 2,05 19,2 2,76 2 9 14,88 65,08 62,73 -3,6

6 2,05 34 2,97 3 11 17,55 111,20 110,68 -0,5 Mittelwert 0,5

Polter 3 wurde auf Grund zu geringer Höhe (unter 50 cm) nicht berücksichtigt.

Volumenberechnung Sektionalverfahren

Volumenberechnung aus Bilddaten

Die Darstellung ist nur schematisch, die tatsächliche Bildpunktgröße/Genauigkeit liegt im Zentimeter-Bereich

Vergleich der Volumenbestimmungen

Volumenberechnung aus 3D-Oberflächenmodell bildet die Poltergröße deutlich realistischer/genauer ab

Objekt A Objekt B

Referenz-Vergleichsmessung Gebäude (-höhen) Submissionsplatz Erfurt-Willrode

• Mittlere Abweichung 6 cm

• Maximale Abweichung 11 cm

Höhenmessung (wichtigste Komponente der Genauigkeit)

Objekt Punkt Höhe Befliegung

Höhe Vermessung Differenz (m)

A P1 4,85 4,80 0,05

P2 7,09 7,08 0,01

P3 4,92 k. A. k. A.

P4 4,85 4,88 -0,03

P5 7,01 7,12 -0,11

P6 4,95 4,88 0,07

P7 4,10 4,09 0,01

P8 4,17 4,12 0,05

P9 4,08 4,06 0,02

B P10 3,12 3,23 -0,11

P11 3,33 3,43 -0,10

P12 3,34 3,44 -0,10

P13 3,18 3,29 -0,11

P14 1,62 1,67 -0,05

P15 1,62 1,66 -0,04

P16 1,63 1,69 -0,06

P17 1,63 1,67 -0,05

Angaben in Meter

k. A. Aufgrund der Dachstruktur (Lücke im Dach) konnte dieser Punkt mit Lasertechnik nicht eingemessen werden

Objekt A Objekt B

Volumenbestimmung

Objekt

Befliegung Volumen

Vermessung Volumen

Abweichung

Differenz (absolut)

m3 m3 m3 %

A1 5.160,41 5157,56 2,85 0,06

A2 183,27 182,56 0,71 0,39

A Gesamt 5.343,68 5340,12 3,56 0,07

B1 547,37 552,49 -5,12 0,93

B2 12,14 12,22 -0,08 0,65

B Gesamt 559,51 564,70 -5,19 0,92

Holz-(Naß-)-Großlager

Ausschnitt aus den Bilddaten

=> übliche Umrechnungs-faktoren

rm/fm

nicht geeignet

Terrestrisch gemessene Höhen

genaue Höhenmessung im Sektionalverfahren kaum möglich,

innere Polterstruktur nicht sichtbar

Berechnetes Oberflächenmodell

Ergebnisse Polterhöhen

Polter/Seite

Messpunkt [m]

Höhe Vertex [m] Höhe 3D Abweichung

P1-rechts 10 6,4 7,13 -11,41%

1-rechts 30 6,8 6,6 2,94%

1-rechts 50 7,2 7,29 -1,25%

1-rechts 70 7,0 7,02 -0,29%

1-rechts 90 7,0 7,3 -4,29%

1-rechts 110 6,7 7,43 -10,90%

1-links 20 7,2 7,29 -1,25%

1-links 40 7,6 8,39 -10,39%

1-links 60 7,5 8,46 -12,80%

1-links 80 7,3 9,03 -23,70%

1-links 100 7,3 7,98 -9,32%

1-links 120 7,5 7,11 5,20%

P2 14,5 5,4 7,27 -34,63%

P2 35,9 6,7 6,56 2,09%

P2 58,6 6,9 7,5 -8,70%

P2 79,2 6,9 7,81 -13,19%

P2 99,9 7,3 7,68 -5,21%

P2 120 6,9 7,59 -10,00%

P3 20,3 7,4 6,64 10,27%

P3 41,4 6,5 6,56 -0,92%

P3 62,2 6,9 6,24 9,57%

P3 82,9 7,0 6,6 5,71%

P3 103,5 7,0 6,46 7,71%

Mittelwert -4,99%

deutliche Unterschätzung der Sektionshöhen beim klassischen Sektionalverfahren

Empirische Umrechnungsfaktoren Raumaß/Festmaß für Großpolter

Für das Polter 3 standen keine verwendbaren Festmaß-Werte zur Verfügung, da es in den laufenden Produktionsablauf eingebunden war.

Holzpolter Stammholzvolumen (fm) stand Anfuhr

1.7.2015

Raumvolumen in m³ Drohnenmessung

Umrechnungsfaktor rm/fm

1 11.001,97 19.870,60 0,554

2 10.373,61 18.626,60 0,557

Geeignetes Verfahren für die Erfassung der Holzmengen in Groß-Poltern (Schadereignisse, Naßlager, Industrielager)

Genauere Volumenbestimmung als klassische Verfahren (je größer, desto genauer)

Übertragbar auf andere Aufgaben, bei denen Höhen und/oder Volumen erfasst werden müssen (Stroh-, Rüben-Mieten, Biomasse-Silos, Steinbrüche, Deponien, ….)

Ergebnisse

• Vollautomatisierung (Befliegungsplanung/Autopilot, feste Passpunkte/Startplatz, automatische Volumen-Auswertung)

• Initialvermessung der Lagerplätze

• Empirische Bestimmung von Umrechnungsfaktoren für Großpolter

Prozessintegration (was ist noch zu tun)

Prozesseinbindung Großschadereignis - Heute

Holzeinschlag/Rückung

Waldpolter, Vermessung Waldmaß=Disposition-/ Kontrollmaß??

Holztransport

Verkauf, Werksvermessung=Verkaufsmaß, Abrechnung

Naßlager : Menge=ΣEingang-ΣAusgang Lagermaß=??? Holztransport

Holzeinschlag/Rückung

Holztransport; Fuhre=Dispositionsmaß

Verkauf, Werksvermessung=Verkaufsmaß, Abrechnung

Naßlager : Lagermaß=UAV-Raummaß

Prozesseinbindung Großschadereignis - mit UAV

Holztransport; Fuhre=Dispositionsmaß Kontrollmaß-> Stichprobe

Danke für die Unterstützung im Projekt

Thüringer Forstamt Oberhof

Thüringer Forstamt Erfurt-Willrode