Brug af droner ved kortlægningsopgaver

Transkript

1 Brug af droner ved kortlægningsopgaver Torsdag den 9. oktober, kl Trinity Konferencecenter, Gl. Færgevej 30, 7000 Fredericia Lærerkræfter Lektor Jens Juhl, Aalborg Universitet Sektionsleder og landinspektør Jesper Falk, COWI Kursusleder Lektor og landinspektør Bent Hulegaard Jensen

2 Deltagerliste Arrangementsnavn Brug af droner ved kortlægningsopgaver Arrangementsnumm Dato Sted Hovedarrangør :00 Trinity Hotel og Konferencecenter: Gl. Færgevej 30, Snoghøj 7000 Fredericia DdL's bestyrelse Deltager By Firma Titel Anders Wengel-Hansen Nuuk ASIAQ Greenland Survey Landinspektør Benny Kim Hansen Skive Skive Kommune Ingeniør Bent Hulegaard Jensen Skive Geopartner Landinspektører A/S Landinspektør Curt Kyhn Vejle Region Syddanmark Gitte Gro Vejle Region Syddanmark Henrik Rønnest Aabenraa LandSyd I/S Landinspektør Jens Juhl Aalborg Landinspektør Jesper Falk Hillerød COWI A/S Landinspektør Jesper Larsen Maribo Lolland Kommune Jonas Lassen Jensen Hillerød Tvilum Landinspektørfirma A/S Landinspektør Kåre Lester Christiani Odense Landinspektørfirmaet LE34 A/S Odense Landinspektør Merete Hornskov Davidsen Skive Skive Kommune Mette Sloth Høstgaard Skive Skive Kommune Natur- og miljøteknolog Niels Nørgaard Nielsen Aalborg Aalborg Kommune Landinspektør Peter Eistrup Aalborg Landinspektørfirmaet LE34 A/S landinspektør Peter Christian von Westphal Thomsen Kastrup Tvilum Landinspektørfirma A/S Landinspektør Rasmus Gregersen Ballerup Landinspektørfirmaet LE34 A/S Landinspektør Rasmus Elmann Berentzen Varde LandSyd I/S Landinspektør Rene Bundgaard Christensen Aarhus Landinspektørfirmaet LE 34 Århus Landinspektør Antal deltagere i alt 19

3 Droner og en smule fotogrammetrisk teori Efteruddannelse 2014 Landinspektørforeningen Størstedelen af disse slides stammer fra Thorbjørn Nielsens kursus i 2009 og 2010 Nye slides er tilføjet, og de eksisterende er omorganiseret og udtyndet, så de kan bruges til dette efteruddannelseskursus Jens Juhl 1

4 Indhold Præsentation Hvad er fotogrammetri Historie Terminologi Fotogrammetri og problemer Indre orientering (IO) Fotografering Ydre orientering (EO)/paspunkter Korrelation automatisk måling Aerotriangulation Højdemodel Ortofoto 2

5 Præsentation 3

6 Præsentation Jens Juhl Landinspektør i 76 fra KVL Ansat i LESA (Landinspektørernes EDB Servicebureau A/S) Aerotriangulationsprogram (3 måneders koncentreret arbejde) PHD i fotogrammetri (Lic. Geom) Systematiske og grove fejl (3 års koncentreret arbejde) Ansat i LLO (Landinspektørernes LuftfotoOpmåling A/S) ½ tid i 3 år Første digitale registreringsprogram Farøbro, statuer, palæer, portalkraner Ansat AAU Lektor i digital kortlægning Elsker fotogrammetri Underviser næsten kun i fotogrammetri Normalt 80% orlov I orlovsperioderne beskæftiger jeg mig med GeoCAD 4

7 Hvad er fotogrammetri 5

8 Hvad er fotogrammetri Fotogrammetri Måle med naturligt lys (klassisk) Måle med udsendt lys (LiDAR) Bearbejdning af målinger Digital kort Højdemodel Ortofoto Remote sending Ikke raketvidenskab Litteratur tager (ofte) udgangspunkt i gl. teknik Tingene er som regel simplere end de ser ud 6

9 Hvad er fotogrammetri Hvad er droner gode til (færdige produkt) Højdemodel Ny højdemodel Afledte beregninger. Fx volumen Opdateringer af eksisterende højdemodeller Ortofoto Oversigt/baggrund for tematiske kort Grundmateriale for registrering af tematiske kort Fx arkæologer Skov, landbrug Beredskab Militær, politi Direkte anvendelse: Bedst til ikke teknikere Få kender i dag til teknologien -> medfører dårlige beslutninger 7

10 Historie 8

11 Historie 1824 Verdens første fotografi Joseph Niépche Otte timers eksponering 9

12 Historie 1858 Nadar Første luftfoto 10

13 Historie 60erne og 70erne Analoge metoder til kortlægning Udtegning/konstruktion på papir Simple metoder til at gemme/rekonstruere data (repro, affotografering, lystryk) 11

14 Historie 80erne til midt 00 Analytiske metoder P-C130, ca. 3 mio i 1980 Computere! Heftig udvikling i DK 12

15 Historie Midt 00 -> 14 Udvikling af digitale sensorer 13

16 Historie DK Udvikling i DK : USAF fotograferer DK Efter WW2: Store anlægsprojekter, opbygning af infrastruktur (Naturgas, omfartsveje, motorveje, ledninger ) : Aerokort, LLO, Geoplan (Kampsax), GI, DSB. Fuld produktion i DK God økonomi i branchen : Kraftig udvikling Nyt firma: Scankort Byudvikling tager fat DSFL formatet 14

17 Historie DK Udvikling i DK KMS: Top10DK (Kort10) EU: Blokmarkskort COWI: DDO, DDOvektor VD: DAV Blominfo (Norsk ejet firma) TK99 15

18 Historie DK Udvikling i DK Al produktion i udlandet Flere firmaer kun salgskontorer Cowi har stadig veluddannede fotogrammetre, egne fly og digitale kameraer tilbage i DK 2 laserscannede højdemoder over DK GST: Fri DTM/DSM Ny væsentlig forbedret højdemodel i år! GST: Fri ortofoto hver år (15 cm) FOT Specifikation for ortofoto 16

19 Terminologi 17

20 Terminologi GSD: Ground sambling distance Pixelstørrelse på jorden Flyvehøjde (h) Lodret afstand fra optagecenter til jorden Optageretning Retningen fra hovedpunktet (H ) gennem optagecentret (projektionscenter) ud i genstandsrummet Nadirpunkt Det punkt i billedet (N ), hvor lodlinjen gennem projektionscentret skærer billedets plan Normaltilfældet Optagesituation hvor et stereopars optageretninger er parallelle og vinkelret på basis Målforhold (M) Målestokstal (m) m = 1/M Indre orientering Genskabe (beregne parametrene) strålebundet fra optagelsen Ydre orientering Genskabe (beregne parametrene) kameraets placering/vipninger fra optageøjeblikket Hovedpunkt Optagecentrets ( midten af linsen ) projektion på billedplanet Interessepunkter Punkter Centre for mindre områder, hvor der er god struktur/textur N 18

21 Fotogrammetri og problemer 19

22 Fotogrammetri og problemer Hulkamerea 20

23 Fotogrammetri og problemer Ændring af kamerakonstant (c): d 1 c 1 d1' = d1 d2' d2 d 2 c 2 d 1 d 2 21

24 Fotogrammetri og problemer Ændring af terrænhældning og kote: a b a'= b' a b b a 22

25 Fotogrammetri og problemer Objekter ses fra siden, jo længere væk fra nadirpunktet: 23

26 Fotogrammetri og problemer Vipning af billede: 24

27 Indre orientering 25

28 Indre orientering Måletekniske kamera Vi kender til geometrien (kalibreringsrapport/variabel i AT) Kamerakonstant c (mm) Hovedpunktsforskydning ppa x og ppa y (mm) Linsefortegning (mm) Antal pixler (rækker og søjler) Pixelstørrelse (mm) Billeddimensionen (mm) kan udregnes Vi kan nu genskabe strålebundtet og anvende en simpel matematisk model for et kamera H : Hovedpunkt M : Billedmidtpunkt 26

29 Indre orientering Hovedpunkt Hovedpunktsforskydning Principal Point of Autocollimation (PPA - hovedpunkt H ) y PPA col x row 27

30 Indre orientering Linsefortegning y r dr dx dy f(r )=dr dr' = dx' 2 + dy' 2 x dx' = x' dr' r' dy' = dr' y' r' OBL s

31 Fotografering 29

32 Fotografering Vipninger (ω) - Sideoverlap kompromitteres 30

33 Fotografering Vipninger (φ) - Længdeoverlap kompromitteres 31

34 Fotografering Vipninger (κ) - Længdeoverlap og sideoverlap kompromitteres 32

35 Fotografering To efterfølgende billeder fra 1. sem. overbygningen (Opmåling af Kongerslev Kalkgrav : Malte S. Holm-Christiansen, Soran Khani, Rico Hejlskov Mogensen, Anni Hornbæk Nielsen, Søren Fyhn Smidt) 33

36 Pas på flg. punkter: Fotografering Optagetidspunkt (årstid, tid på dagen, skygger) Solvinkel Lys nok (eksponeringstid) Vind Skyer / Skygger / Dis / Tåge / Regn / Sne Kan bund af grøfter måles (regn/sne) Er der vand på marker Overlap Kan data gemmes hurtigt nok, så overlappet han holdes GSD (pixelstørrelse på jorden Ground Sampling Distance) Pixelfejl, billedprocessering etc. Hotspots Informationsindhold (histogrammer, skyggeområder) Skarphed Er der så store vipninger, at der er område uden overlap Kontroller billederne samme dag, som de blev optaget. Er der problemer med optagelsen, skal en ny flyvning foretages hurtigst muligt 34

37 Farver Fotografering Informationsindhold Er farverne som forventet? Skygger Kan man se detaljer Hvide flader Kan man se strukturer Eller brænder tingene sammen 35

38 Fotografering Informationsindhold 36

39 Fotografering Informationsindhold (histogram) 37

40 Fotografering Histogram af to efterfølgende billeder *. Blænden er justeret efter kalken! * Opmåling af Kongerslev Kalkgrav : Malte S. Holm-Christiansen, Soran Khani, Rico Hejlskov Mogensen, Anni Hornbæk Nielsen, Søren Fyhn Smidt 38

41 Fotografering Elektromagnetisk stråling 39

42 Fotografering Pixelformater Ukomprimeret (fx tiff) Fylder meget 3 farver á 1 byte: 3*antalpixler = pladskrav til et foto Et billede fylder måske 60 Mb 300 billeder fylder 18 Gb Giver de bedste resultater ved korrelation Komprimeret (fx jpeg) Hvorfor? Vi kan spare plads! Vi kan antage at pixelværdierne i mange områder er forholdsvis ens Det menneskelig øje kan ikke se små forskelle Billedpyramider Opløsning som passer en given situation 40

43 Fotografering Pixelformat/billedpyramide Antal pixler i nederste lag: 1 enhed Antal pixler i alle lag: 1 + 1/4 + 1/16 + 1/64 + = 1 + 1/3 Altså en pyramide fylder 1/3 mere end det originale lag 41

44 Ydre orientering 42

45 Ydre orientering GNSS/IMU IMU GPS GPS ca. 5 hz IMU > 100 hz Bedste bud på orienteringen af sensoren fås ved at benytte et kalmanfilter 43

46 3D punkter Centralsymetriske Definition af midten Ydre orientering 3D-paspunkter Ingen tvivl om centrum Må ikke være svært at finde Pas på overstråling (fra ½ til 1 pixel). Det lyse vokser Form vigtigere end størrelse Optimal størrelse: fra 3x3 pixler til 5x5 pixler Gode eksempler: Chaussesten, Brosten, Nedløbsriste Signalering (spraymaling og papskabelon) Brug ikke: Spids af vognbanepil, spids af hajtand 44

47 God struktur Plan overflade Ydre orientering 1D-paspunkter midten er ligegyldig blot der er struktur/textur Eksempler: Striber i asfalt, lapper af asfalt Fortov, brosten, græsareal med ukrudt 45

48 Gul: Model Rød: Paspunktsfigur kote 137 Blå: Paspunktsfigur plan A GORMSVEJ GORMSVEJ A ABELSVEJ ABELSVEJ 21B ERIKSVEJ ERIKSVEJ

49 Ydre orientering Paspunkter Skal kunne ses i minimum to billeder Minimum fire 3D-punkter, der omkranser området Minimum et i midten Mål gerne to punkter hver gang et er nødvendigt Mål gerne flere check-punkter i området Nøjagtigheden falder drastisk uden for det af paspunkterne omkransede område Pas på Parkerede biler Træer Bygninger Skygger 3. sem. overbygningen: Anders Westh Matthesen, Kathrine Schmidt 47

50 Ydre orientering Paspunkter 48

51 Ydre orientering Paspunkter Til dokumentation af paspunkter kan der fx. benyttes et udsnit af et af billederne 49

52 Ydre orientering Paspunkter Husk også en oversigt over samtlige paspunkts beliggenhed 50

53 Ydre orientering Strålebundtets orientering i forhold til et referencesystem Z κ 6 parametre bestemmer orienteringen 3 koordinater til projektionscentret O (optagecentret): X 0,Y 0,Z 0 3 vinkler: Omega (ω), phi (φ) og kappa (κ) De tre drejninger om henholdsvis x-aksen, den meddrejede y-akse og den dobbelt meddrejede z- akse Positiv omløbsretning: O φ ω Y» Omkring 1. aksen: 2. aksen går mod 3. aksen» Omkring 2. aksen: 3. aksen går mod 1. aksen» Omkring 3. aksen: 1. aksen går mod 2. aksen X 51

54 Ydre orientering Stråleligninger a x' = c a a y' = c a ( X ( X ( X ( X X X X X ) + a ) + a ) + a ) + a ( Y ( Y ( Y ( Y Y0 ) + a Y ) + a Y0 ) + a Y ) + a ( Z Z ( Z Z 0 0 ( Z Z ( Z Z 0 ) ) 0 ) ) P (x,y ) O(X 0 Y 0 Z 0 ) c P(X,Y,Z) X = (Z Z 0 ) a 11 x'+a 12 y' a 13 c a 31 x'+a 32 y' a 33 c + X 0 Y = (Z Z 0 ) a 21x'+a 22 y' a 23 c a 31 x'+a 32 y' a 33 c + Y 0 c P (x,y ) O(X 0 Y 0 Z 0 ) P(X,Y) Z 52

55 = ϕ ω ω κ ω ϕ κ κ ω κ ω ϕ ϕ ω κ ω ϕ ω κ κ ω κ ϕ ω ϕ ϕ κ κ ϕ cos cos sin cos cos sin sin sin sin cos cos sin cos sin cos cos sin sin sin sin cos cos sin sin sin cos sin cos cos a a a a a a a a a Ydre orientering Stråleligninger 53

56 Ydre orientering Stråleligningerne Anvendelsesområder Relativ orientering Ydre orientering af et billede Ydre orientering af en model (to billeder) Samlet relativ og absolut orientering Aerotriangulation af en blok (ydre orientering af mange billeder) Samlet udjævning (mindste kvadraters metode) af en blok billeder er ikke afskrækkende observationer er ikke afskrækkende Stereoinstrument udtegningsinstrument - plotter PC med skærm(e) til stereosyn og software Beregning af (x, y ) og (x, y ) ud fra kendt ydre orientering og valg af XYZ (musen) Billedkoordinaterne benyttes til at placere de to målemærker i de to billeder Monoplotting Simpel form for udtegning Beregning af (X, Y) ud fra valg (digitalisering) af (x, y ) og en højdemodel Ortofoto Resampling af et/flere billede(r), så billedet(erne) ændres fra en centralprojektion til en ortogonal projektion Hældningsforskydninger og højdeforskydninger fjernes 54

57 Korrelation 55

58 Korrelation Automatisk måling Første regel : En computer er dum!!! F.eks. puslespil men hvis vi kan sætte regler for løsning af problem Lave en model! Vi kan godt placere brikken rigtigt Men kan en maskine? 56

59 Interessepunkter Korrelation Automatisk måling Interesseoperator (Förstner operator) Steder hvor der er god kontrast/textur Punkter findes i billederne uafhængigt af hinanden (Kant-detektion) 57

60 Korrelation Automatisk måling Definerer et søgemønster og et søgeområde Gennemløb alle kolonner i alle rækker. En pixel af gangen Gennemløb alle kolonner i alle rækker i en delmænge af alle pixler Fx i nærheden af en epipolar linje (kernestråle) (se senere) Begrænser muligheden for fejl Benytter pyramidestruktur og iteration Vi tager udgangspunkt i et interessepunkt Reducerer information til ét bånd Gråtoner,

61 Korrelation Automatisk måling Eksemplet fra før target t s search r = covarians σ ts σ σ t s = Middelværdi target Middelværdi search ( g ( g t t g t g ) t 2 )( g s ( g s g s ) g s ) 2 Spredning target/search Gråtoneværdi target/search 59

62 r= 1: Fuldstændig korreleret r=-1: Fuldstændig negativ korreleret r= 0: Ikke korreleret = = 2 2 ) ( ) ( ) )( ( s s t t s s t t s t ts g g g g g g g g r σ σ σ Korrelation Automatisk måling 60

63 Korrelation Automatisk måling target search t_mean = ( )/9=3.889 s_mean = ( )/9=1.889 Tæller = ( ) *( ) +( ) *( ) + +( ) *( ) N1 = ( ) 2 +( ) 2 + +( ) 2 N2 = ( ) 2 +( ) 2 + +( ) 2 Corr_coeff = Tæller/Sqrt(N1*N2) = σ ts r = σ σ t s = ( ( g t t g )( g g g ) t t 2 s ( g g s s 61 ) g s ) 2

64 Korrelation Automatisk måling target -0.2 search t_mean = ( )/9=3.889 s_mean = ( )/9=1.889 Tæller = ( ) *( ) +( ) *( ) + +( ) *( ) N1 = ( ) 2 +( ) 2 + +( ) 2 N2 = ( ) 2 +( ) 2 + +( ) 2 Corr_coeff = Tæller/Sqrt(N1*N2) = σ ts r = σ σ t s = ( ( g t t g )( g g g ) t t 2 s ( g g s s 62 ) g s ) 2

65 Korrelation Automatisk måling

66 Korrelation Automatisk måling

67 Korrelation Automatisk måling

68 Korrelation Automatisk måling

69 Korrelation Automatisk måling

70 Korrelation Automatisk måling

71 Korrelation Automatisk måling

72 Korrelation Automatisk måling target search t_mean = ( )/9=3.889 s_mean = ( )/9=3.889 Tæller = ( ) *( ) +( ) *( ) + +( ) *( ) N1 = ( ) 2 +( ) 2 + +( ) 2 N2 = ( ) 2 +( ) 2 + +( ) 2 Corr_coeff = Tæller/Sqrt(N1*N2) = NB! løsningen i hele pixels (col, row) 70

73 Subpixel beregning Flere metoder Naboerne til maks-værdien betragtes Funktion for 3D overflade, men for illustration: 2D Diskrete korrelationsværdier bruges til estimering af kontinuert funktion Korrelation Automatisk måling Y = ax 2 + bx + c 2 ax + b = 0? 71

74 Korrelation Automatisk måling Automatisk måling på subpixelniveau kan give nøjagtighed på 1/10 pixel Men ofte næppe bedre end 1/6 pixel Anvendes i vid udstrækning indenfor aerotriangulation og automatisk terrænmodellering (DTM) 72

75 Korrelation Automatisk måling Epipolar plan; epipolar linje (kerneplan; kernestråle) Set fra siden Set forfra Epipolar plan Epipolære linjer 73

76 Aerotriangulation 74

77 Aerotriangulation Udjævning efter mindste kvadraters princip Observationsligninger: Stråleligningerne Observationer: x og y koordinater i billedet 1D/2D/3D koordinater på jorden (paspunkter) X 0, Y 0 og Z 0 til optagecentret (GNSS og IMU) Omega, Phi og Kappa til optagecentret (GNSS og IMU) Ubekendte: X 0, Y 0 og Z 0 til optagecentret (GNSS og IMU) Omega, Phi og Kappa til optagecentret (GNSS og IMU) X, Y og Z til alle punkter på jorden Parametre fra den indre orientering Vildt store datamængder Vurdering af resultatet kan være vanskelig 75

78 Aerotriangulation Vanskelig vurdering, men dog bedre end ingen ting! 1. sem. Overbygningen * * Opmåling af Kongerslev Kalkgrav : Malte S. Holm-Christiansen, Soran Khani, Rico Hejlskov Mogensen, Anni Hornbæk Nielsen, Søren Fyhn Smidt 76

79 Aerotriangulation Forventet nøjagtighed af at nypunkt inden for paspunktsfiguren Fotogrammetrisk kamera: Plan: 1/3 pixelstørrelse Kote: 1/2 pixelstørrelse Systematik forekommer Off-the-shelf kamera (droner): Plan: 1/1 pixelstørrelse Kote: 1 1/2 pixelstørrelse Meget varierende Forvent systematik 77

80 Aerotriangulation Flyvning med stort overlap (70%/70%) og enkelte tværstriber Flyvning med stort overlap (60%/60%) og striber vinkelret på hinanden Ved kraftig blæst bør overlappet forøges Planlagt overlap: 80% længde 60% side 3. sem. overbygningen: Anders Westh Matthesen, Kathrine Schmidt UHA!!!!

81 Højdemodel 79

82 Højdemodel DSM digital overflademodel Automatisk måling i interessepunkter (kernestråler) Opret en trekantsmodel ud fra automatiske målte punkter Evt. interpolation af punkter i et regulært net Klassifikation (overflademodel -> terrænmodel) 80

83 Højdemodel Højdemodellen giver ikke lodrette mure! NB: Fotoet viser et eksempel på området. 3. sem. overbygningen: Anders Westh Matthesen, Kathrine Schmidt 81

84 Højdemodel Ingen punkter i gården og i skoven. Så højdemodellen går i skoven 3. sem. overbygningen: Anders Westh Matthesen, Kathrine Schmidt 82

85 Højdemodel Nøjagtigheder ebee brochure: Ned til 5 cm 1. sem. overbygningen * (spredning på interpoleret kote) Asfalt: 2 cm (3/4 pixel) Græs: 4 cm (3/2 pixel) Kalk godt defineret: 5 cm (2 pixel) Kalk dårligt defineret: 10 cm (4 pixel) * Opmåling af Kongerslev Kalkgrav : Malte S. Holm-Christiansen, Soran Khani, Rico Hejlskov Mogensen, Anni Hornbæk Nielsen, Søren Fyhn Smidt 83

86 Ortofoto 84

87 Ortofoto Kortlægning fra enkeltbilleder Resampling af et/flere billeder Rasterkort Korrektion for hældningsforskydning og højdeforskydning Kræver et orienteret billede (X 0 Y 0 Z 0 ) og (ω φ κ) Kræver en højdemodel En centralprojektion ændres til en ortogonal projektion: Kræver ikke specielt hardware x'= c a 11 (X X 0) + a 21 (Y Y 0 ) + a 31 (Z Z 0 ) a 13 (X X 0 ) + a 23 (Y Y 0 ) + a 33 (Z Z 0 ) y'= c a 12(X X 0 ) + a 22 (Y Y 0 ) + a 32 (Z Z 0 ) a 13 (X X 0 ) + a 23 (Y Y 0 ) + a 33 (Z Z 0 ) P (x,y ) O(X 0 Y 0 Z 0 ω φ κ) c P(X,Y,Z) 85

88 Ortofoto Simpel skitse 86

89 Ortofoto 4: (x, y )->(col, row)->(r,g,b) 3: (X, Y, Z)->(x, y ) Ydre orientering DTM 1: (col, row)->(x, Y) 2: (X, Y)->(X, Y, Z) 87

90 UAV/UAS Eksempel på kortlægning fra drone (+ pix4d.com) Blå: Optagecenter fra flyets GPS/IMU Rød: Optagecenter fra aerotriangulation Automatisk måling 88 af interessepunkter

91 Fejl i ortofoto pga. af fejl i højdemodellen. Højdemodellen skal være en terrænmodel. Vis på tavle! Ortofoto 3. sem. overbygningen: Anders Westh Matthesen, Kathrine Schmidt 89

92 Ortofoto Problemer Seamlines Fejl i højdemodel Automatisk kontrastudjævning 90

93 Ortofoto Farveforskelle, som skyldes samstykning af ortofoto fra forskellige billeder 3. sem. overbygningen: Anders Westh Matthesen, Kathrine Schmidt 91

94 Ortofoto Resampling (interpolation af pixelværdier) Lille kvalitetsforringelse ved hver resambling Fx rotation i Photoshop Eller hente farveværdier i foto Ortofoto Eller skift mellem projektioner Vis ortofo som baggrund Eller opret en pyramidestruktur Gem et ortofoto på fornuftig måde 92

95 Ortofoto Arbejdsgang ved ortofotoproduktion efter fotografering Orientering af billeder GNSS, IMU Aerotriangulation Generering af højdemodel (terrænmodel!) Geometrisk resampling Som beskrevet ovenfor Kontrastudjævning Komprimering Pyramidestruktur 93

96 Ortofoto Nøjagtighed på et ortofoto Afhængig af højdemodellen Højdemodellens nøjagtighed Strålens vinkel i forhold til nadir Ved 30 grader er værdien halvdelen af højdemodellens nøjagtighed Afhængig af orienteringen Aerotriangulationen Ca. samme værdi som et nypunkt i aerotriangulationen ebee brochure: Ned til 3 cm 94

97 Ortofoto 95

98 Ortofoto 96

99 Ortofoto 97

100 98

101 Ortofoto Seest, Kolding Før og efter 3. nov

102 True ortho Ortofoto True ortofoto alm ortofoto: DTM som højdemodel -> bygninger ses fra siden sandt ortofoto: DSM som højdemodel -> bygninger ses i lod 100

103 Ortofoto True ortofoto 101

104 Produkter Ortofoto Anden form for ortofoto? Ikke nødvendigvis terræn eller overflademodel Bygningssider i 3d bymodel (facader) 102

105 Ortofoto facader 103

106 Tiden er givetvis overskredet 104

107 Brug af droner ved kortlægning og inspektioner DDL Efteruddannelse 9 oktober 2014 Jesper Falk, COWI A/S Sektionsleder for Landmåling BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

108 Overblik Generelt om droner Lovgivning og Droner BL 9-4 Anvendelsesmuligheder Fremtidsperspektivering BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

109 Basis info. Definition: Et land, vand eller luftbaseret fartøj som er fjernstyret eller ruten programmeret Betegnelser: UAV - Unmanned aerial vehicle UAS - Unmanned aircraft systems RPAS - Remotely Piloted Aircraft System BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

110 Basis info. (fortsat) To typer til kommercielt brug Fastvinge droner Helikopter droner (rotorkopter) Kameratyper RGB, NIR, termisk Sensorer Lidar, røg/gas, lyd, lys etc. Og til andre formål (bl.a militære) BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

111 Men Droner er ikke kun i luften BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

112 Lovgivning og Droner Statens Luftfartsvæsens bestemmelser for civil luftfart BL 9-4 Drone kategorier kat 1A < 1.5 kg kat 1B > 1.5 kg og < 7 kg kat 2 > 7 kg og < 25 kg Hvis man flyver med en drone under 7 kg gælder følgende: Flyvningen skal udføres på en sådan måde, at andres liv og ejendom ikke udsættes for fare og således at omgivelserne påføres så lidt ulempe som muligt. Afstanden til banen/banerne på en offentlig flyveplads skal være mindst 5 km. JF BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

113 Slide 6 JF3 forskel mellem kategori 1A og 1B Jesper Falk;

114 Lovgivning og Droner Hvis man flyver med en drone under 7 kg gælder følgende: Afstanden til banen/banerne på en militærflyvestation skal være mindst 8 km. Afstanden til bymæssig bebyggelse og større offentlig vej skal være mindst 150 m. Flyvehøjden må højst være 100 meter over terræn. Tæt bebyggede områder, herunder sommerhusområder og beboede campingpladser, samt områder, hvor et større antal mennesker er samlet i fri luft, må ikke overflyves. Afstanden til uheldssteder skal være mindst 200 meter Afstanden til kongehuse skal være mindst 150 meter De særligt følsomme naturområder, der er nævnt i regelsættet om førerløse fly (BL 9-4), må ikke overflyves Indbygget fejlsikkerhedssystem, som kan afbryde flyvningen ved f.eks. mistet kontakt (kun kat. 1B krav) BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

115 Lovgivning og Droner Hvis man flyver med en drone over 7 kg gælder følgende regler: Flyvning må kun finde sted fra en godkendt modelflyveplads, og skal finde sted inden for begrænsningerne af det luftrum, der hører til en anmeldt modelflyveplads. Flyvning må ikke finde sted, medmindre der er tegnet ansvarsforsikring Flyvningen skal udføres under en organisation/person, der er godkendt af Trafikstyrelsen. Generelt Line of Sight (VLOS) BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

116 Lovgivning og Droner Dispensation fra BL 9-4 (AIC B08/14) Virksomheder/institutioner kan ansøge om dispensation fra henholdsvis BL 9-4 og Luftfartsloven, hvis det ubemandede luftfartøj anvendes til: Test og/eller forskning Kommercielle formål, hvilket indbefatter alle slags opgaver, hvor der modtages vederlag for flyvningen. Og der gives dispensation til: At flyve i bymæssig bebyggelse og over større offentlig vej. At flyve i tæt bebyggede områder, herunder campingpladser og sommerhusområder BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

117 Lovgivning og Droner Ændring pr. september 2014 (måske midlertidig) Flyvning med fastvinget droner i bymæssig bebyggelse, samt campingpladser, sommerhusområder, festivalpladser er ikke længere tilladt. Ved flyvning med i bynære områder, langs større offentlige veje etc: Afmærkning af flyvezone svarende til 2 * flyvehøjde dog min. 15 meter og maks. 50 meter omkring centrum af dronen. Privatlivets fred: Juridisk er man beskyttet af Grundloven, men kender din nabo 71 og 72? (beskyttelse af privat ejendom) BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

118 Udstyr og organisation Fastvinge droner (0.5 kg 3 kg) Helikopterdrone (5 kg) Operatører, dataeksperter, projektledere BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

119 Nyheder fra Intergeo biggere, bigger and biggest og RTK BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

120 Hvornår er droner en fordel? Små og mellemstore kortlægningsopgaver Krav om stor detaljerigdom Hasteopgaver Områder i forandring Miljøovervågning Visualisering Inspektion Termografi, lyd- og lys måling etc. 3D Modellering BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

121 Høj detaljeringsgrad Drone ortofoto fra Agger Tange og Gyldensteen Strand BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

122 Fakta om dronekortlægning Output (med GCP): Georefereret ortofoto Pixelstørrelse (ned til 3cm) Plan nøjagtighed: 5-10 cm Højdemodel (DSM) Plan nøjagtighed: 5-10 cm Højde nøjagtighed: Overflade u. græs (asfalt, sten, sand, jord): < 10 cm std. dev. Overflade m. græs: < 10 cm std. dev. Relativ nøjagtighed: få cm BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

123 Test af højdenøjagtighed: Number of Points= 769 Average Z diff = rms = (statistisk middelværdi) LUFTBÅRNE DRONER I VEJSEKTOREN

124 Udfordringer ved kortlægning med droner Ny teknologi > ressource krævende Nye software pakker vær kritisk!!! Krav om "line of sight" og flyvehøjde Vejrlig svært at planlægge flyvninger Kvalitet af sensorer især i vinterperioden 17 varierende kvalitet af ortofotos at holde nøjagtigheden i koten Kortlægning af skove og vandområder Definere overlap og antal paspunkter husk kontrol punkter!!! Håndtering af store datamængder ECW format BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

125 Udfordringer ved kortlægning med droner Fra DSM til DTM (en del manuelt arbejde) men forbedrerede filtreringsmuligheder.. "uskarpe" tage se eksempler Hvad gør man: 2*processering, editering og bedre software på vej BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

126 Anvendelsesmuligheder for fastvinget droner Anlægs- og Infrastruktur projekter 19 Baneprojekter, konstruktion Vejstrækning, støjberegning Natur- og miljø opgaver Kortlægning af plantearter Kortlægning af skove Andre anvendelsesmuligheder Fjernvarme, monitering af fremdrift etc. Byggeudvikling, Novo Nordisk Oversvømmelses simulering i Kbh Kommune Golfbaner og Grusgrave Arktis, Kortlægning af is m.m BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

127 Baneprojekter, konstruktionsfasen Bruges til: monitering af fremdrift, mængdeberegninger, tilsyn etc BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

128 Baneprojekter, konstruktionsfasen DTM med højdekurver BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

129 Vejprojekter, støjberegninger m.m. Monitering af fremdrift Check af vejbelægning og afstribning Støjberegning BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

130 Vejprojekter, støjberegninger m.m BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

131 Vejprojekter, støjberegninger m.m BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

132 Kortlægning af skove Kortlægning af skove efter storme Ortofoto, software til automatisk genfinding Overflademodel (bestemme træhøjden, volumen..) BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

133 Kortlægning af Bjørneklo BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

134 Kortlægning af Rynket Rose KORTLÆGNING MED DRONER

135 Fjernvarme, Rødovre BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

136 Fjernvarme, Rødovre Dronebillede vs Ortofoto (DDOland2012) BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

137 Fjernvarme, Rødovre Mange detaljer BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

138 Fjernvarme, Rødovre Hvor meget fylder udgravningen? Hvor stor er asfaltentreprisen? BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

139 Novo nordisk (detaljeret kort til planlægning) BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

140 Oversvømmelses simulering BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

141 Grusgrave DTM Højdekurver punktsky BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

142 Grusgrave (fortsat) Mængdeberegning Visualisation BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

143 Golfbaner BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

144 Golfbaner Terrænmodel Visualisation BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

145 Eksempel på anvendelsesmuligheder i Nordatlanten / Arktis Grønland Zackenberg Forskningsstation Oprydning på militære installationer Kortlægning af Gletscher Barentshavet Kortlægning af isflager Færøerne Turist formål BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

146 Zackenberg BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

147 Nedlæggelse af militære installationer Flådestation i Grønland (Grønnedal) Formål: opdaterede kort og terrænmodeller til planlægning og beregningsopgaver NIR registrering af vegetation BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

148 Kortlægning af Gletscher Formål: At udarbejde en terrænmodel af KNS Gletscheren pr. sommer Setup: 2 mand og 200 kg udstyr. 5 dage ved KNS gletsjeren BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

149 Kortlægning af Gletscher Terrænmodel BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

150 Kortlægning af isflager Formål: Kortlægning af isflager m.m. Forskellige sensorer / setups blev testet Puma (US military drone) - link Sub ROV's UAV's Etc BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

151 Færøerne Turistformål Gásadalur Trollkonen BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

152 Helikopter drone - projekter Tilstandsregistrering inden start på anlægsprojekt Natur- og miljø opgaver Gyldensteen Strand Tælling af dyr 3D modellering Bygninger Industrielle installationer Trafiktælling BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

153 Infrastruktur og Natur / Miljø Anlægs- og Infrastruktur projekter Tilstandsregistrering af bygninger, skove, vandløb, moser, veje etc. eksempel fra Kbh Rg projektet Natur og miljø opgaver Åbning af Gyldensteen strand Tælling af dyr eksempel BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

154 3D model of bygninger Udfordringer: Planlægning af flyvning Manglende GPS signal "Avoid Collision" At flyve tæt på bygninger = erfaring!! Nøjagtighed BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

155 3D model af industrielle installationer BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

156 Trafiktællinger Formål: optimering / kalibrering af trafikmodeller Eksempel på projekter BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING

157 Andre anvendelsesmuligheder Termografi bygninger og fjernvarmeledning Visualisering Visualisering af nyt anlæg Nye veje og bygninger / tilbygning 3D modeller fra video eksempel Inspektion af byggepladser BRUG AF DRONER TIL KORTLÆGNING