HOVEDPROSJEKT. Bruk av droner i vegprosjekter. Åpen. Institutt for Bygg- og Energiteknikk / 4

Transkript

1 PROSJEKT NR. 1 Institutt for Bygg- og Energiteknikk Postadresse: Postboks 4 St. Olavs plass, 0130 Oslo Besøksadresse: Pilestredet 35, Oslo HOVEDPROSJEKT TILGJENGELIGHET: Åpen Telefon: Telefaks: HOVEDPROSJEKTETS TITTEL Bruk av droner i vegprosjekter FORFATTERE Nikolai S. Engebretsen, Ida H. Holter og Rudi A. Søråsen DATO ANTALL SIDER / VEDLEGG 87 / 4 VEILEDER Bjørn Wangensteen UTFØRT I SAMARBEID MED Blinken AS KONTAKTPERSON Jens-Petter Kihl SAMMENDRAG Rapporten tar for seg hvordan masseberegninger kan gjennomføres ved bruk av droner, og om de kan benyttes til dokumentasjon og oppfølging. Det er også sett på hvordan droner kan benyttes for å samle inn grunnlagsdata til prosjektering. Rapporten inneholder intervjuer og et forsøk med masseberegninger over et pukkverk. Det ble flydd med SenseFly ebee på forskjellige høyder, samt med og uten skråfoto for å se hvordan dette påvirket nøyaktigheten til målingene. Formålet med oppgaven er å kartlegge potensialet til droner i vegprosjekter. Drone Landmåling Vegprosjekter

2

3 Bruk av droner i vegprosjekter HOVEDOPPGAVE FRA HØGSKOLEN I OSLO OG AKERSHUS Nikolai Sebastian Engebretsen, Ida Haagensen Holter, Rudi André Søråsen Hovedprosjekt 27. mai

4 2

5 Forord Denne oppgaven er en avsluttende bacheloroppgave for byggingeniørstudiet ved Høgskolen i Oslo og Akershus, og tilsvarer 20 studiepoeng. Hovedprosjektet er skrevet av tre byggingeniørstudenter som alle har valgt å gå teknisk planlegging som studieretning. Gruppen fikk kontakt med flere interesserte samarbeidspartnere, og valgte å samarbeide med Blinken AS. Her fikk gruppen muligheten til å formulere oppgaven forholdsvis etter egne ønsker. Den interne veilederen på skolen, Bjørn Wangensteen, hjalp oss med å begrense oppgaven, og har gitt oss gode tilbakemeldinger underveis i prosjektet. Siden Blinken er samarbeidspartner har vi valgt å se på den dronen de selger, altså SenseFly ebee. Blinken har satt av rikelig med tid til oss, vært veldig samarbeidsvillige og gitt oss god oppfølging. Dette har hjulpet oss til å skrive en oppgave innenfor et tema som det fra før av er skrevet veldig lite om. I den sammenheng ønsker vi å rette en ekstra stor takk til Patrick Johannessen og Jens-Petter Kihl. Vi har også intervjuet flere bedrifter underveis for å høre om deres erfaringer og hva de bruker eller ønsker å bruke droner til. I den forbindelse ønsker vi også å rette en stor takk til følgende: - Terje Glad - Sweco - Andreas Haugbotn - Vianova - Jostein Sageie - Saco innleid av Hæhre - Arne Storsveen og Kari Pedersen - Statens Vegvesen - Knut Erik Tandberg - NCC - Jesper Mølgaard - Terratec Høgskolen i Oslo og Akershus, mai 2014 Nikolai S. Engebretsen Ida H. Holter Rudi A. Søråsen 3

6 4

7 Innholdsfortegnelse Forord... 3 Sammendrag... 9 Forkortelser og definisjoner Figurliste Tabelliste Innledning Formål og hensikt Avgrensninger Problemstillinger Litteraturstudie Refleksjon og kvalitetssikring Bakgrunn Blinken AS Bruksområder Eksisterende teknologi Vertikalfoto fra fly LiDAR skanning fra fly Tradisjonelle metoder med GNSS/totalstasjon Terrengmodeller og kartdata FKB-data DTM DSM Punktsky

8 2.4.5 Ortofoto Nasjonal terrengmodell Ground Control Point Fotogrammetri Forventet nøyaktighet fra bildedata med SenseFly ebee Sammenheng mellom flyvehøyde og GSD Arbeid i 3d-modeller feillære Grove feil Systematiske feil Tilfeldig avvik og variasjon Regelverk og søknadsprosess NSM-Godkjenning RPAS Operasjonsmanual Luftfartsloven Sammenligning av norsk og svensk regelverk Metoder og verktøy Drøfting og valg av metode Datainnsamling med drone Databehandling Intervjuer Intervjuobjekter Programvare og instrumenter Programvare Instrumenter Flyvning over Onsøy Pukkverk

9 5.1 Bakgrunn Gjennomføring Referansemodell Databehandling Resultat Erfaringer fra forsøket DSM 1, DSM 3 og referansemodellen DSM 3, DSM 4 og referansemodell En sammensetning av alle dataene Unøyaktige signalerte passpunkter Uthenting av masseberegninger Punktnøyaktighet Oppsummering av masseberegningene Utforming av signaleringspunkter Fra intervjuer og litteraturstudier Bruk av drone som et prosjekteringsverktøy Bruk av drone til masseberegning Bruk av drone til dokumentasjon Bruk av drone til oppfølging og kontroll av fremdrift Ulemper med bruk av drone Diskusjon Kan droner benyttes til dokumentasjon? Kan droner benyttes som et prosjekteringsverktøy? Kan dronen benyttes som et oppfølgingsverktøy i vegprosjekter? I hvilken grad kan droner benyttes i masseberegninger? Hvordan kan man med god nøyaktighet lage terrengmodeller og ortofoto?

10 7.6 Er det nødvendig med dagens omfattende regelverk og søknadsprosess? Konklusjon Forslag til videre fremtidig forskning Kildeliste Vedlegg

11 Sammendrag Hovedfokuset i oppgaven har hele veien vært å finne de bruksområdene en drone kan gjøre mest mulig nytte for seg i et vegprosjekt i forhold til eksisterende metoder. Oppgaven tar for seg hvordan masseberegninger kan gjennomføres i praksis på anlegg, og om droner kan benyttes til oppfølging av prosjekter. Det er også sett på hvordan droner kan benyttes til dokumentasjon og i prosjektering for å samle inn grunnlagsdata. Regelverk og dagens søknadsprosess for å operere med droner i norsk territorium er også belyst. Oppgaven omhandler blant annet et forsøk hvor vi fløy med en drone over Onsøy pukkverk. Her ble det samlet inn data som har blitt brukt til å gjennomføre masseberegninger. Dataene ble sammenlignet opp mot profilering med GNSS. Blinken er hovedsamarbeidspartner og har stilt opp med en drone av typen SenseFly ebee til forsøket. Det ble flydd på forskjellige høyder, samt med og uten skråfoto for å se hvordan dette påvirket nøyaktigheten til målingene. Andre metoder som er brukt i rapporten er intervjuer og litteraturstudie. Intervjuobjektene har vært fra byggherre, konsulent-, entreprenør- og landmålingsbedrifter for å høre om synspunkter og erfaringer fra flere deler av anleggsbransjen. Vi har konkludert med at dronen er et godt verktøy til masseberegninger og oppfølging i vegprosjekter. Når det gjelder dokumentasjon og prosjektering med dronen er det fortsatt utfordringer å ta hensyn til. 9

12

13 Forkortelser og definisjoner AGL = Above Ground Level Høyde over bakken. AIC-N = Aeronautical Information Circular Nasjonalt. AIC er en informasjonsmelding fra luftfartstilsynet med tilknytning til flysikkerhet, luftromsnavigasjon, samt tekniske, administrative eller bestemmelsesmessige områder. ATO = Above take-off Høyden over stedet dronen letter fra. BLOS = Beyond Line Of Sight Flyvning med ubemannet luftfartøy utenfor synsrekkevidde for pilot og/eller observatør. CPOS = Kartverket sin eget nett for å sende korreksjoner til måleapparater som benytter GNSS. DSM = Digital Surface model Digital overflatemodell. DTM = Digital Terrain model Digital terrengmodell. EVLOS = Extended Visual Line Of Sight VLOS Operasjoner over 400ft AGL og/eller der ordning for opprettholdelse av visuell kontroll med luftfartøyet utenfor pilotens synsrekkevidde er godkjent av Luftfartstilsynet. Fixed-wing = En generell beskrivelse av luftfartøy som benytter seg av vinger for å generere løft som følge av luftfartøyets fart fremover. FPV = First Person View Ubemannet luftfartøy som via fjernkontroll og et videokamera om bord, en videolink og en skjerm på bakken, kan gi inntrykk av at man befinner seg om bord og kontrollerer flyet i såkalt førstepersons perspektiv. GCP = Ground control point Signalerte passpunkter på bakken som man kan finne igjen på bildene tatt fra luften. Disse punktene er målt inn så man vet de nøyaktige koordinatene. GNSS = Global Navigation Satellite System Fellesbetegnelse for satellittbaserte systemer for navigasjon og posisjonering med global dekning. GSD = Ground Sampling Distance Den gjennomsnittlige avstanden mellom pixler målt fra senter til senter av pixlene på bakken. IMU = Inertial Measurement Unit Et elektronisk apparat som registrerer bevegelser og rotasjon. Luftfartøy = Enhver innretning som bæres oppe i atmosfæren av luftens statiske eller dynamiske oppdrift. LIDAR = Light Detection And Ranging Luftbåret sensorsystem for innsamling av data. 11

14 Multirotor = Et helikopter med mer en to rotorer. Nettverks-RTK = Målemetode med GNSS som gir en nøyaktighet på 10-20mm + 1 ppm i grunnris. Observasjonstiden er minimum 1 epoke på 1-10 sekunder. Er en sanntidsmåling som gir koordinater umiddelbart i felt. NVDB = Nasjonal vegdatabank er en database med informasjon om statlige-, kommunale-, private-, fylkes- og skogsbilveger. PPM = Parts Per Million En ubenevnt størrelse målt i enheten Den brukes for å angi blant annet nøyaktighet, korreksjon og toleranse. RMS = Root Mean Square En nøyaktighetsbetraktning hvor man har med reelle verdier. Det vil si at symmetriske figurer som svinger om 0, vil få 0 RMS. RPAS = Remotely Piloted Aircraft System Bruk av ubemannede luftfartøy. SOP = Standard Operating Procedures en grundig beskrivelse av fremgangsmåte for handlinger som skal til for å nå et bestemt mål. TopNet = Blinken sitt nett for å sende korreksjoner til måleapparater som benytter GNSS. UAS = Unmanned Aircraft Systems Systemer for ubemannede luftfartøy. UAV= Unmanned Aerial Vehicle Ubemannede luftfartøy. VLOS = Visual Line Of Sight Flyvning med ubemannet luftfartøy som kan gjennomføres slik at luftfartøyet hele tiden kan observeres uten hjelpemidler som kikkert, kamera, eller andre hjelpemidler, unntatt vanlige briller. Luftfartøyet skal samtidig kunne kontrolleres manuelt slik at sammenstøt med andre luftfartøy, personer, fartøyer, kjøretøyer og konstruksjoner på bakken forhindres. 12

15 Figurliste Figur 1: LiDAR skanning fra fly. (Directionsmag, 2012) Figur 2: Oversikt over de forskjellige bruksområdene for FKB-klassene. (Kartverket, 2013b) Figur 3: Overlappende bilder, bildematching (Uaver, 2014) Figur 4: Ortofoto mosaikk (Uaver, 2014) Figur 5: Digital overflatemodell, DSM (Uaver, 2014) Figur 6: Utsnitt fra emotion 2 som viser flyvemønsteret i programmet Figur 7: GCP editor. (Postflight terra 3D) Figur 8: Raycloud editor. Gir muligheter for å forbedre modellen og gjøre beregninger. (Postflight Terra 3D) Figur 9: SenseFly ebee (Foto: Rudi A. Søråsen) Figur 10: SenseFly ebee beholder (ebee, 2013) Figur 11: Illustrasjonsbilde av ebee. (ebee, 2013) Figur 12: Topcon Tesla Geo. (Topcon, 2012b) Figur 13: Topcon Hiper SR. (Topcon, 2012a) Figur 14: Oversiktsbilde med markerte signalerte passpunkt. (Google Earth med ortofoto fra drone). 46 Figur 15: Massehaugen som ble dokumentert (Foto: Nikolai S. Engebretsen) Figur 16: DSM 1, DSM 3 og referansemodell. Rutestørrelse 1x1 m (Gemini Terreng og Entreprenør) Figur 17: Detaljutsnitt av DSM 1, DSM 3 og referansemodell. Rutestørrelse 1x1 m (Gemini Terreng og Entreprenør) Figur 18: DSM 3, DSM 4 og referansemodell. Rutestørrelse 1x1 m (Gemini Terreng og Entreprenør) Figur 19: Detaljutsnitt av DSM 3, DSM 4 og referansemodell. Rutestørrelse 1x1 m (Gemini Terreng og Entreprenør)

16 Figur 20: Alle datasett. Rutestørrelse 1x1 m (Gemini Terreng og Entreprenør) Figur 21: Detaljutsnitt av alle datasett. Rutestørrelse 1x1 m (Gemini Terreng og Entreprenør) Figur 22: Detaljutsnitt av DSM 4 og referansemodell. Rutestørrelse 1x1 m (Gemini Terreng og Entreprenør) Figur 23: Detaljutsnitt av DSM 1 og referansemodell. Rutestørrelse 1x1 m (Gemini Terreng og Entreprenør) Figur 24: Geometrisk kontroll mellom DSM 1(5GCP) og GCP som ikke er brukt. XY-planet (Gemini Terreng og entreprenør) Figur 25: Geometrisk kontroll mellom DSM 1(5 GCP) og GCP som ikke er brukt. Loddrett høyde. (Gemini terreng og entreprenør) Figur 26: Data hentet ut fra Gemini. Masseberegning med integralmetoden Figur 27: Hvit firkant Figur 28: Oransje firkant Figur 29: Hvitt kryss Figur 30: Oransje kryss Figur 31: Hvitt kryss Figur 32: Figur fra Håndbok Figur 33: Geometrisk kontroll i xy-planet (Gemini Terreng og Entreprenør) Figur 34: Geometrisk kontroll i høyden (Gemini Terreng og Entreprenør) Figur 35: Oversiktsbilde, og bildet fra sprengningen i Sogndal (Anna Gytri, 2013) Figur 36: Juni 2013 (Foto: Statnett/Vianova) Figur 37: Juli 2013 (Foto: Statnett/Vianova) Figur 38: August 2013 (Foto: Statnett/Vianova) Figur 39: September 2013 (Foto: Statnett/Vianova) Figur 40: Oktober 2013 (Foto: Statnett/Vianova) Figur 41: Detaljert juni 2013 (Foto: Statnett/Vianova) Figur 42: Detaljert juli 2013 (Foto: Statnett/Vianova)

17 Figur 43: Detaljert august 2013 (Foto: Statnett/Vianova) Figur 44: Detaljert september 2013 (Foto: Statnett/Vianova) Figur 45: Detaljert oktober 2013 (Foto: Statnett/Vianova) Figur 46: Krav til landingsplass SenseFly ebee (ebee, 2013)

18 16

19 Tabelliste Tabell 1: Oversikt over litteraturstudiet Tabell 2: Sammenligning av flyvehøyde og GSD Tabell 3: De forskjellige digitale overflatemodellene. (Tabell laget i Excel) Tabell 4: Masseberegninger i kubikkmeter Tabell 5: Geometri kontroll - loddrett avvik fra oppmålte punkter Tabell 6: Oversikt over nøyaktighetskrav til FKB-data (Kartverket, 2013b) Tabell 7: Differanse mellom databehandlingsprosessene, i z-retning fra oppmålte punkter i referansemodellen. Alle tall oppgitt i meter

20 18

21 1. Innledning Drone, også kalt UAV, Unmanned Aerial Vehicle, er et ubemannet fjernstyrt eller selvstyrt luftfartøy som styres gjennom datamaskiner(snl, 2013a). Et luftfartøy er enhver innretning som bæres oppe i atmosfæren av luftens statiske eller dynamiske oppdrift(snl, 2013b). UAV benyttes til en eller annen form for nytteflyvning eller kommersiell flyvning i motsetning til modellfly som kun brukes til rekreasjon, sport eller konkurranse (Luftfartstilsynet). Det er til nå publisert lite materiale som omhandler droner i vegprosjekter. Det er laget rapporter, noen mer omfattende enn andre, om nøyaktighet, brukervennlighet og effektivitet ved bruk av droner. Droner har blitt tatt i bruk mer og mer sivilt de sist årene. I 2012 var det 22 selskaper som hadde tillatelse til å fly droner ifølge Luftfartstilsynet. Per 17.mars 2014 er det 66 selskaper med tillatelse (Luftfartstilsynet, 2014a). Det finnes i dag mange forskjellige typer droner, både fixed-wing og multirotor. Fixed-wing er en generell beskrivelse av luftfartøy som benytter seg av vinger for å generere løft som følge av luftfartøyets fart fremover (Wikipedia, 2014b), mens multirotor er et helikopter med mer enn to rotorer (Wikipedia, 2014c). Noen fixed-wing droner skytes ut ved hjelp av en rampe, andre kastes mot vinden. De varierer i størrelse og vekt, og de fleste veier mellom 0,5-7 kg. 1.1 FORMÅL OG HENSIKT Formålet med oppgaven er å undersøke bruksområder til droner i vegprosjekter. Vi vil dokumentere eventuelle fordeler ved bruk av droner og gi kjennskap til et verktøy som er nytt for mange. Det er ønskelig å gi et best mulig helhetlig bilde av positive og negative sider ved bruk av drone i vegprosjekter. Dette vil vi gjøre ved å gjennomføre flyvninger over områder og sammenligne datafangst opp mot eksisterende metoder for å bedømme nøyaktigheter og dokumentere effektivisering i forhold til tid, kostnader og bemanning. Vi kommer også til å intervjue personer fra flere firmaer i anleggsbransjen for å få innsyn i hvordan prosjektering, masseberegninger, dokumentasjon og oppfølging fungerer i dag. Vi vil undersøke hvilke programmer som blir brukt, hva som er tungvint, hva som er kommet for å bli, erfaringer med bruk av droner og hvor de mener dronen kan gjøre mest nytte for seg. Samarbeidspartneren vår, Blinken AS ønsker en rapport som skal gi en kompetanseheving for de ansatte og andre i anleggsbransjen innenfor muligheter dronen gir innen vegprosjekter. Blinken AS ønsker at denne oppgaven skal fokusere på VLOS operasjoner. VLOS operasjoner er flyvninger med dronen der luftfartøyet under hele flyvningen kan observeres uten andre hjelpemidler enn eventuelt vanlige briller. RPAS operasjoner er den generelle betegnelsen på det å fly ubemannede luftfartøy og står for Remotely Piloted Aircraft Systems. Hensikten er å gi både kunder av Blinken AS og andre som ønsker å bruke droner til sine prosjekter en oversikt og sammenfatning over de mange områdene dronen kan operere. 19

22 1.2 AVGRENSNINGER Oppgaven er avgrenset til bruk av drone i vegprosjekter, men det betyr ikke at oppgaven ikke kan anvendes i andre prosjekter. Innenfor vegprosjekter har vi valgt å se på masseberegning, grunnlagsdata for prosjektering, dokumentasjon og oppfølging på anleggsplass. Oppgaven tar ikke for seg endringer i regelverk og søknadsprosesser publisert etter 1.februar. Med masseberegninger ønsker vi å sammenligne nøyaktigheten med droner opp mot tradisjonell måling med GNSS (Global Navigation Satellite Systems). Dette er en fellesbetegnelse for satellittbaserte systemer for navigasjon og posisjonering med global dekning (SNL, 2009b). Når det gjelder prosjektering ønsker vi å ha mest fokus på hva dronen kan bidra med i prosessen. Om det er hensiktsmessig å bruke dronen til innsamling av grunnlagsdata i prosjekteringen eller om eksisterende data og metoder allerede er gode nok. Ved dokumentasjon ønsker vi å se på nøyaktighetene en drone kan oppnå og om disse er gode nok for de forskjellige kravene som er gitt i vegprosjekter. I denne oppgaven tas det ikke for seg hvordan man kan definere objekter i en overflatemodell. Til oppfølging vil vi å se på fordelen av å fly jevnlig over et anleggsområdet for å ta ortofoto og generere 3D-modeller. Vi vil se hva denne dataen kan brukes til og i hvilken grad den er nyttig i et prosjekt. 1.3 PROBLEMSTILLINGER Sammen med Blinken AS og Bjørn Wangensteen har vi kommet frem til følgende problemstillinger for å få en fullverdig oppgave om tema. Hvilke regler må følges og hvilke godkjenninger må en ha for å gjennomføre RPAS operasjoner? I hvilken grad kan datafangsten fra droner benyttes i dokumentasjon og prosjektering av vegprosjekter? Hvordan er dronen som et oppfølgingsverktøy i vegprosjekter? I hvilken grad kan droner benyttes i masseberegninger? Hvordan kan man med god nøyaktighet lage terrengmodeller og ortofoto? 20

23 1.4 LITTERATURSTUDIE Gjennom arbeidet med hovedoppgaven har vi benyttet oss av flere tidligere forskningsrapporter, publikasjoner og studentoppgaver. Det er i dag begrenset hva som finnes av litteratur om droner i forhold til de emnene hovedoppgaven inneholder, men litteratur om landmåling og geografisk informasjon har det vært enkelt å få tilgang til. Nedenfor er det gitt en oversikt over noen tekster og publikasjoner om vårt tema vi har undersøkt og hvilke resultater disse studiene har gitt. Forfatter Tittel, År Faktorer undersøkt Type studie / metode Resultat / konklusjon Morten Flaglien Ole Kristian Brugrand Simon Stadeløkken Bacheloroppgave fra Høgskolen i Gjøvik Drone i geomatikken. Nøyaktighet og masseberegning Volumangivelse ved repetitiv flyvning - Nøyaktighet i ulike bruksområder - masseberegning i vegprosjekter - Effektivisering - Søknadsprosess -Kvantitativ metode - Samarbeid med Geomatikk AS - På grunn av ulike lysforhold ble det ikke konkludert på om repetitive flyvninger gav lik volumangivelse. - God nøyaktighet sammenliknet med kartverket med en forskjell på 2,1 kubikkmeter over 270 meter. Jesper Mølgaard Samarbeid mellom Hæhre Entreprenør AS og Terratec AS Rapport om dronetest på Ørgenvika Om droner kan erstatte eller supplere mer tradisjonell landmåling, terrestrisk skanning eller bruk av fly- / helikopterbårne skannere - «As built» dokumentasjon - Masseberegninger - Kvantitative og kvalitative metoder - Undersøkelser og erfaringer - Droner kan brukes for måling av terreng uten vegetasjon og bratte skråninger. - Ønsker man ortofoto for kontroll av framdrift eller for inspeksjoner er droner et nyttig verktøy. - I byggefase kan droner brukes til masseberegning - For dårlig nøyaktighet på droner til bruk til dokumentasjon. - Dronekartlegging krever kompetanse på fotogrammetri og databehandling. 21

24 Anders A. Tiltnes Masteroppgave fra Universitet for miljø- og biovitenskap. Institutt for matematiske realfag og teknologi. Kvalitetsevaluering og forbedring av ytre orientering til bilder tatt fra drone Undersøke hvordan droner fungerer som plattform for fotografering og nærfotogrammetriske formål. - Om georefereringen er av så god kvalitet at den kan benyttes som direkte ytre orientering. - Manuell orientering av enkeltbilder. - Kvalitative metoder - Samarbeid med Rambøll Mapping og AeroVision AS. - Utfordring med å integrere godt nok GNSS, INS og kamera i droner (UAS). - Nøyaktigheten er avhengig av blant annet sensorenes oppdateringsfrekvens og presisjon, montering og kalibrering av sensorer, eksentrisitet mellom sensorer og dataprosessering. Kjell-Sture Johansen Masteroppgave fra Universitetet i Tromsø. Det juridiske fakultet. Ubemannede flyvninger i lovtomt rom? Gjeldende lovverk rundt sivil bruk av UAV under 150 kg - Kvalitative metoder - UAV flyr ikke i et lovtomt rom men er gjenstand for regulering gjennom et regelverk som ikke er godt nok tilpasset. - Utfordringer når luftrommet i fremtiden skal tilpasses både UAV og annen luftfart. Tabell 1: Oversikt over litteraturstudiet 1.5 REFLEKSJON OG KVALITETSSIKRING Kildene det er henvist til i denne oppgaven spriker fra nyhetsartikler til omfattende masteroppgaver. Det er et bevisst valg av kilder, hvor troverdigheten til kildene skal stemme overens med viktigheten av påstanden. Ved forskjellige påstander har det blitt forsøkt å finne flere kilder. Utviklingen av droner har vært kraftig de siste årene. Derfor har det ved mange anledninger vært viktig å bruke kilder som ikke er for gamle. Det er også viktig å være kildekritisk til intervjuene som ble gjennomført. Informasjonen fra intervjuene oppleves som troverdige da mange av påstandene har gått igjen hos flere av de besøkte firmaene, selv om firmaene ikke er tjent med påstanden. 22

25 2. Bakgrunn Kapittelet inneholder grunnleggende kunnskap om relevante temaer som vil være til hjelp for at leseren kan få fullt utbytte av oppgaven. 2.1 BLINKEN AS Blinken AS er en totalleverandør av produkter innenfor landmåling. De er leverandør av utstyr fra blant annet Topcon og SenseFly. Firmaet startet opp i 1981 og har i dag over 15 ansatte. Blinken AS har også en egen autorisert serviceavdeling med høy kompetanse. Firmaet er lokalisert i Gressvik utenfor Fredrikstad, og har også en avdeling i Trondheim. Blinken AS har stilt med SenseFly ebee og alt annet nødvendig utstyr og personell for å få gjennomført flyvninger og forsøket over Onsøy pukkverk. 2.2 BRUKSOMRÅDER Droner er i dag først og fremst en luftbåren plattform for datainnsamling, altså et verktøy for å få en oversikt fra et annet perspektiv med et bredt bruksområde. Sikkerhet og beredskap er et felt hvor droner er i sterk vekst, fordi droner raskt kan gi sanntidsinformasjon og overblikk fra luften. Overblikk ved flom, skred eller jordskjelv er aktuelle eksempler. Politiarbeid, rekognosering, søk og redning er også områder der droner nå tas i bruk i flere land (Teknologirådet, 2013). «Hvis maskiner kan innhente informasjon like bra som mennesker, kan alle bransjer bruke ubemannende fly.» Dette sier Lorenzo Fusini som er stipendiat ved Institutt for teknisk kybernetikk og AMOS (Ekra, 2013). Blant annet kan dronen brukes til kartlegging og inspisering av kraftlinjer. Lars Sletten i Hålogaland Kraft, som er det første kraftselskapet med egen tillatelse til å bruke drone, mener det er mye å spare på dette feltet (Europower AS, 2014). 2.3 EKSISTERENDE TEKNOLOGI Datafangsten man får fra droner er ikke datafangst man tidligere ikke har hatt. Det er det samme som vertikalfoto fra fly som har eksistert i mange år. Det er derfor ikke noe revolusjonerende å ta bilder fra luften. Det som er nytt og spennende med droner er prisen og tilgjengeligheten som derfor gir muligheten til å bruke vertikalfoto mer enn før. 23

26 2.3.1 Vertikalfoto fra fly Vertikalfoto fra fly gir som tidligere nevnt den samme dataen man får fra droner. Man bruker satellittposisjonering og treghetsnavigasjon i flyet sammen med signaleringspunkter på bakken for å danne en terrengmodell (SNL, 2009a). Mye av FKB-data, som er nærmere beskrevet i punkt 2.4.2, er innsamlet og ajourført ved hjelp av vertikalfoto fra fly (Kartverket, 2013b, p. 7) LiDAR skanning fra fly Droner har begrensninger i forhold til vekt, i motsetning til fly som kan bære tunge LiDAR sensorer. LiDAR står for Light Detection And Ranging, og er en optisk fjernmålingsteknikk som måler tidsforskjellen mellom et emittert lasersignal og et reflektert lys for å beregne avstand til objekter (SNL, 2009c). LiDAR er i dag mye brukt når det skal lages nøyaktige terrengmodeller over store områder. Terratec bruker en Leica ALS70 i sitt fly. Ved bruk av nøyaktige kontrollflater kan de ha en høydenøyaktighet ned mot ca 3 cm RMS (Mølgaard, 2013). RMS står for Root Mean Square og er en nøyaktighetsbetraktning hvor man har med reelle verdier. Det vil si at punkter som er symmetrisk om referanseflaten, vil få 0 RMS (Wikipedia, 2014a). Leica ALS70 er en multi spectral LiDAR. I motsetning til en tradisjonell LiDAR som får en retur per laserpuls, får man flere returpulser med multi spectral LiDAR. Ved en flyvehøyde på 400 m vil hver målepuls ha en diameter på ca 8 cm når den kommer ned til bakken. En enkelt puls ned til bakken kan i tillegg ha opptil fire retursignaler. Fordi man får flere returer vil det være mulig å måle både bakken og vegetasjon med samme målepuls. For å måle bakken vil det bare være nødvendig med en åpning på ca 8 cm slik at målepulsen kommer ned til bakken. For å georeferere punktene, altså gi dem koordinater, er det vanlig å bruke nøyaktig GNSS sammen med en IMU (Mølgaard, 2013). IMU står for Inertial Measurement Unit og er et elektronisk apparat som registrerer bevegelser og rotasjoner til flyet (Mølgaard, 2013). Figur 1: LiDAR skanning fra fly. (Directionsmag, 2012) 24

27 2.3.3 Tradisjonelle metoder med GNSS/totalstasjon Det er vanlig å lage terrengmodeller ved å måle inn enkeltpunkter hovedsakelig med GNSS, men også med totalstasjon. Punktene blir så triangulert i et dataprogram, det vil si at det blir trukket opp linjer mellom punktene for å danne en terrengmodell. Dette regnes som en meget nøyaktig metode for å lage terrengmodeller og gjøre masseberegninger. Hvis to personer skal gjennomføre en måling over det samme området, vil det bli avvik mellom dem da det skal mye til for at de stikker ut de samme punktene (Statens vegvesen: Arne Storsveen og Kari Pedersen, 2014). Ved bruk av GNSS med egen base kan man oppnå en nøyaktighet på 10-20mm + 1ppm i grunnriss. PPM står for Part Per Million, og i denne sammenhengen betyr det at man får et avvik på 1 mm per kilometer fra base til der målingene blir tatt. Ved bruk av CPOS vil nøyaktigheten i 95 % av tilfellene være innenfor 5 cm vertikalt og 8 cm horisontalt. Nøyaktighetene gjelder for RTK målinger, som vil si sanntidsmålinger som gir koordinater umiddelbart i felt. CPOS er kartverkets eget nett for å sende korreksjonsdata (Kartverk, 2012). 2.4 TERRENGMODELLER OG KARTDATA En god terrengmodeller gir et helt essensielt grunnlag for prosjektering av veger og gater. Statens kartverk har et godt utvalg av gratis kart, men det er dårlig med nøyaktig høydeinformasjon. Detaljert høydeinformasjon er viktig under planlegging av vegprosjekter, for å kunne plassere vegen mest gunstig i forhold til masseberegninger, og hvordan vegen blir liggende i terrenget. Derfor er ikke bestandig offentlige kart et godt nok grunnlag for å planlegge vegutbygginger. Disse kartene kan også være utdaterte (Kartverket, 2014c) FKB-data FKB står for felles kartdatabase og er delt opp i fire grupper FKB-A, FKB-B, FKB-C og FKB-D. Klassene skiller mellom forskjellige nøyaktighetskrav til dataene. Det er bare FKB-A som er bra nok til å kunne brukes i en 3D-modell. FKB-B standarden brukes mye i utbyggingsområder og langs større veger. FKB-D brukes på fjellområder og andre steder det er lite viktig med nøyaktige kart. Formålet med FKB-D er å unngå hull i kartene (Kartverket, 2013c, pp ). Figur 2: Oversikt over de forskjellige bruksområdene for FKB-klassene. (Kartverket, 2013b) 25

28 2.4.2 DTM En digital terrengmodell (DTM) er en visualisering av høydeforskjellene i terrengoverflaten på land eller havbunnen. Den gir en tredimensjonal digital modell av terrenget og gir muligheter for avanserte analyser og visualisering av topografien. Høyde regnes i meter fra et gitt datum. Terrengmodeller av land egner seg til beregning av terrenghellninger, terrengprofiler, masseberegning og kartlegging av flom- og skredutsatte områder (Kartverket, 2013d) DSM DSM står for digital surface model, og i motsetning til DTM inneholder DSM også objekter på bakken. I en DSM har man altså med objekter som vegetasjon og bygninger (Terratec). Digitale overflatemodeller egner seg til siktanalyser, 3D-visualisering og skog- og jordbruksanalyser Punktsky Punktskyer er ofte laserdata, hvor hvert punkt er stedfestet med x, y, z koordinater. Hvert punkt kan også ha en rgb, en farge. Laserdata er som regel i formatet LAS eller LAZ. Det blir fort veldig mye data, og det kreves mye av datamaskinene og programmene for å takle de store datamengdene. Det er ikke vanlig å arbeide i punktskyene, men heller triangulere punktene for å få en 3D-modell. Punktskyer er en god kilde for å lage terrengmodeller (Wikipedia, 2014d) Ortofoto Et ortofoto er sammensatt av flere vertikalbilder og er knyttet til et kartkoordinatsystem, dette kan brukes sammen med andre kartdata og modeller. Fordi et ortofoto er georeferert er det mulig å drapere det over terrengmodeller, for å skape gode visuelle modeller i 3D. Drapere i dette tilfellet vil si å forme et ortofoto over en overflate eller terrengmodell. Det kan også brukes til å finne avvik i kart på for eksempel bygningsmasse så lenge man har god nok nøyaktighet. Fordelen med ortofoto er at det er lett å orientere seg og kjenne igjen gjenstander i terrenget (Grinderud, 2008). Kartverket har flere standarder for ortofoto. Den mest nøyaktige er standarden ortofoto 10. Den har en bakkeoppløsning på 4-15 cm og en nøyaktighet på ± 0,35 m. Standarden dekker normalt byområder og utbyggingsområder der det er behov for høy oppløsning og god stedfestningsnøyaktighet. Ortofoto 20 dekker jordbruksområder og områder som i all hovedsak består av tett- og spredt bebyggelse. Den har en bakkeoppløsning på 20 cm. Ortofoto 50 er landsdekkende. Bakkeoppløsningene varierer mellom 50, 40 eller 25 cm, men data samlet inn etter 2012 skal være på 25 cm (Kartverket, 2013a). 26

29 2.4.6 Nasjonal terrengmodell Kartverket planlegger å lage en 3D-modell av terrenget i hele Norge. Den største fordelen med dette er mer nøyaktige høyder. Datainnsamlingen kommer i all hovedsak til å skje med fly. Den nasjonale terrengmodellen skal ha to punkter per m 2, og en nøyaktighet på ± 10 cm på harde veldefinerte flater (Kartverket, 2014b, p. 14). Det er planlagt at det både skal lages en DTM og DSM. Kartverket håper å få startet på prosjektet i 2015 og få det fullført over en femårsperiode. Sverige er snart ferdig med sin terrengmodell, og Danmark har startet med andre gangs datafangst med fire punkter per kvadratmeter (Lie, 2013). 2.5 GROUND CONTROL POINT GCP står for ground control point, som på norsk kalles signalert passpunkt. Dette er punkter på bakken som man kan finne igjen på bildene tatt fra luften. Disse er målt inn så man vet de nøyaktige koordinatene (Institute for Environment and Sustainability, 2008). For Postflight terra 3D er det anbefalt med minimum fem GCP. 2.6 FOTOGRAMMETRI Fotogrammetri handler om å bestemme geometriske egenskaper som form, størrelse og beliggenhet av et fotografert objekt eller område. Fotografisk registrering, bildetolking og bildetyding regnes gjerne som deler av fotogrammetrien. Ved nærfotogrammetri, også kalt terrestrisk fotogrammetri, blir fotograferingen utført fra stasjoner på bakken (SNL, 2009a). Fotogrammetri fra droner står bak innsamlingen av data for blant annet å kunne produsere kart og digitale modeller. Landskapet blir fotografert fra ulike posisjoner der like elementer vises i flere bilder. Ved å gjøre en stereoskopisk betraktning observerer man en overlapping av et område gjennom bilder fra ulike posisjoner. Det er denne prosessen som omgjør bildene fra todimensjonale til tredimensjonale. Dette gjøres i dag gjennom en digital fotogrammetrisk arbeidsstasjon eller ved bruk av spesielle dataprogrammer på ordinære datamaskiner (Paul A. longley, 2010). Figur 3: Overlappende bilder, bildematching (Uaver, 2014) 27

30 Figur 4: Ortofoto mosaikk (Uaver, 2014) Figur 5: Digital overflatemodell, DSM (Uaver, 2014) Når man skal lage modeller er det nødvendig a rekonstruere posisjon og rotasjon ved fotografering. Med droner kan dette være mer komplisert enn ved tradisjonell flyfotografering fordi man i ulike posisjoner har større endringer i rotasjonen til kameraet. For eksempel der tradisjonell flyfotografering tar bilder tilnærmet loddrett ned mot jorda, blir ofte bilder fra droner tatt i ulike vinkler på grunn av værforhold. Når fotografiets posisjon og rotasjon rekonstrueres er det den ytre orienteringen til bildet som bestemmes. Det ytre orienteringselementet består av seks parametere. Tre parametere som beskriver kameraets posisjon (x, y, z) og tre parametere som beskriver kameraets orientering (ɵx, ɵy ɵz). Posisjonen beregnes med GNSS mens bildets orientering fastsettes ved hjelp av IMU (Tiltnes, 2010). 28

31 For mest mulig nøyaktige modeller der data er innsamlet med drone er det nødvendig å bruke signalerte passpunkt på bakken som man vet koordinatene til. Passpunktene måles i de fleste tilfeller inn med GNSS utsyr. Passpunkt er nødvendig for å sikre at modellen kommer i riktig plan og for å kontrollere forskyvninger. Punktene bør være godt markert slik at man lett kan finne dem igjen på bildene man skal orientere. Det er viktig at man oppnår god fordeling på punktene, for å unngå «det farlige sylinder» kan ikke punktene ligge langs samme linje (Tiltnes, 2010). Dette gjør at modellen vil ligge mest mulig riktig i både høyde og plan. God planlegging ved utsetting av passpunkt gjør at man kan unngå a ma tte dra ut a supplere med nye tidkrevende ma linger. 2.7 FORVENTET NØYAKTIGHET FRA BILDEDATA MED SENSEFLY EBEE Nøyaktighet kan ses på forskjellige måter. Relativ nøyaktighet er for eksempel nøyaktigheten innad i modellen. Det vil si at to punkter i modellen kan være to meter unna deres ekte posisjon på jorda, men hvis den relative nøyaktigheten er bra, vil avstanden mellom de to punktene stemme bra med virkeligheten. Hvis det ikke benyttes GCP, regner man med en nøyaktighet på 1-2 pixler i xy-planet og 2-3 pixler i høyden (Pix4D Support, 2013). Absolutt nøyaktighet er nøyaktigheten til et punkt i en modell i forhold til dens ekte posisjon på jorden. Nøyaktigheten til ebee er avhengig av GSD. GSD står for Ground Sampling Distance, som er den gjennomsnittlige avstanden mellom pixler målt fra senter til senter av pixlene på bakken (Terje Skogseth, 2014, p. 296). Med en GSD på 2 cm, får man 2-4 cm absolutt nøyaktighet i xy-planet og 4-6 cm i høyde. Med en GSD på 10 cm, får man en absolutt nøyaktighet på cm i xy-planet og cm i høyde (Pix4D Support, 2013). Nøyaktigheten på modellen blir blant annet påvirket av antall og nøyaktighet på GCP, og flyvehøyden som påvirker GSD (Pix4D Support, 2013). SenseFly oppgir i sin brosjyre en nøyaktighet ned mot 5 cm i 3D-modeller, og 3 cm i ortofoto (ebee, 2013). 29

32 2.8 SAMMENHENG MELLOM FLYVEHØYDE OG GSD Flyvehøyde H: c CCD = H GSD H = GSD c CCD Faktor Forklaring H (m) Flyvehøyde til dronen GSD (cm) Dekningen til ett pixel på bakken GSD = 2 dekker 2 2 cm på bakken c (mm) Kamerakonstant, tilnærmet lik brennvidden CCD (meter) Pixelstørrelse Tabellen viser maksimal flyvehøyde til SenseFly ebee med kameratype Canon IXUS/ELPH 16 megapixel standardkamera for å oppnå ønsket bildenøyaktighet GSD. GSD Brennvidden c Pixelstørrelse Flyvehøyde H meter meter meter meter meter meter meter meter meter meter meter meter meter Tabell 2: Sammenligning av flyvehøyde og GSD 30

33 2.9 ARBEID I 3D-MODELLER 3D-modeller har kommet inn i anleggs- og byggebransjen for fullt de siste årene. 3D modeller er en måte å digitalisere informasjon på. Ved å arbeide i 3D-modeller har man utviklet samhandlingen i byggeprosessene på nye måter. I en samordningsmodell skjer alle endringer koordinert, og alle involverte på tvers av fagområder kan hente ut den informasjonen de trenger. Det kan i tillegg kjøres kollisjonstester for å finne problemer før byggestart (Statsbygg). I følge Teknisk Ukeblad reduserer 3D-modellering av vegprosjekter ekstrakostnadene fra 20 til 5 prosent. I artikkelen står det blant annet at det var 680 endringsordre på riksveg 150, strekningen Ulven - Sinsen, under byggeperioden. De kostet til sammen 57 millioner kroner, noe som tilsvarte 18 prosent av kontraktssummen. Denne strekningen var prosjektert og bygget etter tegninger. En foreløpig analyse fra Vegvesenet og Vianova av seks prosjekter der 3D-modeller er benyttet, antyder at ekstrakostnadene kan reduseres til fem prosent. Vegvesenets egne tall viser i snitt at en endringsordre koster kroner. På fylkeveg 456 i Vest-Agder var det en strekning der 3Dmodellering var brukt, og der var det tilnærmet null endringsordrer grunnet feil og mangler i prosjekteringen. Her er det ikke sett på hva som kan spares ved færre feil i grunnlagsdataen. En av de største utfordringene for anlegg er at tilfanget av nødvendig data er dårligere enn for bygg. Det begynner nå å bli mer vanlig med LiDAR data fra fly som prosjekteringsgrunnlag, men det er fortsatt mange som bruker kart fra kartverket. Her kan det oppstå lokale feilmarginer på flere meter. Dette skaper blant annet store unøyaktigheter i masseberegningene. For anleggsnæringen har utviklingen gått mye tregere enn for bygg. Statsbygg begynte allerede i 2011 å stille krav til BIM og digitale modeller (Seehusen, 2013). BIM står for building information model og er samordnede digitale modeller FEILLÆRE Det mest vanlige nøyaktighetsmålet er standardavvik. Det er et mål som sier noe om spredningen på resultatet, som igjen viser kvaliteten på målingene. Det er mest gunstig å ha et lavt standardavvik, for da er spredningen på resultatet mindre (Terje Skogseth, 2014, pp ). For å beregne nøyaktighet er det viktig at det måles med overskytende målinger. Det vil si at det finnes minst to målinger, eller beregninger for å få en kontrollmulighet. Nøyaktighetslære er delt opp i tre underdeler, grove feil, systematiske feil og tilfeldig avvik og variasjon Grove feil Feil som skyldes instrumentsvikt, observatørtabbe eller programmeringsfeil i et dataprogram kalles for grove feil. Feilen fjernes ved å eliminere målingene som har store avvik som man ikke finner ut av. Det er også mulig å rette opp i åpenbare feil hvor man vet hva som er riktig (Terje Skogseth, 2014, p. 315). 31

34 Systematiske feil Systematiske feil defineres som feil eller avvik som alltid påvirker målingene ensidig. Avvikene skyldes som regel instrumentfeil eller observasjonsforhold. Feilen kan korrigeres så lenge man vet størrelsen på feilen, og om feilen er konstant eller vokser med målte lengder. Feilene kan elimineres med blant annet beregning av avvikene og korreksjon av målingene, god kalibrering av utstyr eller bruke flere målemetoder eller instrumenter (Terje Skogseth, 2014, pp ) Tilfeldig avvik og variasjon Tilfeldig avvik og variasjon er det som er igjen av variasjon etter at systematiske og grove feil er eliminert. Dette er avvik som skyldes begrenset nøyaktighet hos operatør, ved målemetode, eller ved måleinstrument. Det som kjennetegner avvikene er at de er tilfeldig i størrelse og fortegn, og kan ikke unngås (Terje Skogseth, 2014, p. 316). 32

35 3 Regelverk og søknadsprosess Det kreves en omfattende søknad for å kunne drive kommersielle-, forsknings- eller nytteoperasjoner med ubemannede luftfartøy i Norge. Det stilles krav til at man har NSM fotolisens, forsikringsbevis, bilder av RPAS hovedkomponenter og en operasjonsmanual (Luftfartstilsynet, 2014b). 3.1 NSM-GODKJENNING For å ta bilder eller bruke andre luftbårende sensorsystemer i Norge stilles det krav om godkjenning fra Nasjonal sikkerhetsmyndighet, NSM. Formålet med denne godkjenningen er å beskytte opplysninger for rikets sikkerhet. Det er i utgangspunktet snakk om militære restriksjonsområder som skal skjermes (Forsvarsdepartementet, 1997). For enkeltstående oppdrag, begrenset i tid og omfang, kan det innvilges tillatelse per e-post eller telefon. Behandlingstiden er inntil fire uker på enkeltsøknader. Det er også mulig å sende et søknadsskjema som man finner på NSM sine hjemmesider. For personer som har behov for tillatelse i forbindelse med arbeid eller ervervsmessige oppdrag, kan det søkes om og utstedes en generell lisens, med en varighet på opptil 5 år. Det kreves sikkerhetsklarering av personer som søker om fotolisens over områder hvor det befinner seg objekter som er vurdert skjermingsverdige (Nasjonal sikkerhetsmyndighet). Denne tillatelsen må legges som vedlegg i søknaden for RPAS operasjoner til Luftfartstilsynet. 3.2 RPAS OPERASJONSMANUAL RPAS operasjonsmanual er en omfattende del av søknaden som man må ha for å kunne drive kommersielle-, forsknings- eller nytteoperasjoner med droner i Norge. Det er bare 66 selskaper som har en godkjent RPAS operasjonsmanual, men man regner med at det er mange flere som driver med droner i Norge i dag som egentlig skulle hatt godkjenning. I Norge er det ikke noe forskjell på søknadsprosedyren om dronen veier 0,5 kg eller 150 kg. Manualen krever en Risikoanalyse og SOP for hver operasjon som skal utføres av selskapet. SOP er Standard Operating Procedures og er i dette tilfellet en detaljert beskrivelse av fremgangsmåten til de forskjellige operasjonene. 33

36 3.3 LUFTFARTSLOVEN Samferdselsdepartementet forvalter og utvikler regelverket for norsk sivil luftfart og utga luftfartsloven i 1993 som da erstattet tidligere lov fra Loven ble i sin tid utarbeidet med tanke på å regulere den bemannede luftfarten. Ingen av bestemmelsene i dagens utgave av loven er i utgangspunktet utformet spesielt med tanke på bruk av ubemannede fly, men det er denne som til dags dato gjelder for bruk av droner. Det er gitt bestemmelser både om sivil-, militær- og annen statsluftfart. Loven regulerer krav til registrering, nasjonalitet, merking og rettigheter på luftfartøyer. I de gamle forarbeidene til luftfartsloven er ubemannede fly sporadisk nevnt som en sannsynlig retning for luftfartsteknologien i fremtiden. Det ble da ikke gjort noen form for vurderinger av hvilke problemstillinger som kunne tenkes være aktuelle for fremtiden. Årsaken til dette er at på den tiden da forarbeidene ble skrevet var det utført begrenset forskning på sivil bruk av ubemannede fly (Johansen, 2008). Det kan gis unntak fra loven for luftfartøyer som ikke har fører ombord eller ikke drives frem med motor eller som for øvrig er av særlig art. Departementet kan gjøre unntak fra bestemmelsene og gi særlige forskrifter så lenge det ikke er betenkelig med hensyn til luftfartens sikkerhet eller av andre grunner. Det kan likevel ikke foretas endring i bestemmelser av privatrettslig eller strafferettslig innhold. Med tanke på droner er det blitt utarbeidet et skriv kalt «AIC N 14/13 bruk av ubemannede luftfartøy i Norge» som gjelder i tillegg til luftfartsloven. AIC er en informasjonsmelding fra luftfartstilsynet med tilknytning til flysikkerhet, luftromsnavigasjon, samt tekniske, administrative eller bestemmelsesmessige områder. Den gir informasjon om hvilke krav som stilles til ubemannede luftfartøy i Norge og på Svalbard per i dag. AIC stiller krav til at det skal søkes om tillatelse fra Luftfartstilsynet for RPAS-operasjoner, og lisens fra Nasjonal Sikkerhetsmyndighet. Formålet med AIC er å ivareta sikkerheten for andre brukere av luftrommet og verdier på bakken, dette gjør den ved å setter krav til operatør og oppførsel i luftrommet (Luftfartstilsynet, 2013). Vi har vært i kontakt med luftfartstilsynet flere ganger og de håper at en ny forskrift er klar til høring i løpet av sommeren. 3.4 SAMMENLIGNING AV NORSK OG SVENSK REGELVERK RPAS operasjonsmanualen i Norge er per i dag på 26 sider. Den er lik for alle typer operasjoner, men man trenger bare å fylle inn det som er relevant. Hvis man bare skal fly VLOS operasjoner holder det å fylle inn for det, men man må også skrive for type oppdrag innenfor VLOS, som for eksempel landmåling, undervisning, kartproduksjon og lignende. Det kreves også en risikoanalyse og SOP for hver av de forskjellige typene av oppdrag man ønsker å gjennomføre. I Sverige er det en forenklet søknadsprosess for droner under 1.5kg for det man kaller VLOS operasjoner i Norge. Denne søknaden er i Sverige på en a4 side (Transport styrelsen). Man må heller ikke søke for forskjellige typer oppdrag på samme måte som man må i Norge. I Sverige holder det å skrive om hva dronen kommer til å bli brukt til innenfor VLOS operasjoner. SenseFly ebee dronen går under dette regelverket i Sverige så lenge man flyr under 400fot AGL. AGL er en betegnelse på flyvehøyde over bakkenivå. Sverige sin søknadsprosedyre fremstår betraktelig enklere enn den norske. 34

37 4 Metoder og verktøy Her beskrives de verktøyene og metodene som er brukt for å samle inn informasjon til oppgaven. 4.1 DRØFTING OG VALG AV METODE Metodene i oppgaven er både kvantitative og kvalitative. Analysene fra datafangsten med dronen skal sammenlignes med data fra tradisjonelt landmålingsutstyr. Det skal også flys på forskjellige måter over samme området, for å se på endringer i resultat. Dette er en kvantitativ metode som angår mengde eller omfang. Som en kvalitativ metode for å undersøke noe vi ikke har mye forkunnskaper om, ble det intervjuet personer fra anerkjente bedrifter i anleggsbransjen. Denne metoden brukes for å finne aktuelle bruksområder for droner. Vi vil høre hvilke synspunkter byggherrene og entreprenørene har rundt bruk av droner i vegprosjekter og om noen har erfaringer rundt dette. Kvalitativ metode brukes for å undersøke og beskrive menneskers opplevelser og erfaringer (Kunnskapsbasertpraksis, 2012). Mye informasjon vil vi også samle fra samarbeidspartner og produsenten av ebee, men anser det ikke som hensiktsmessig å føre det som en metode eller intervju i den forstand Datainnsamling med drone Metoden det legges mest vekt på i denne rapporten er datainnsamling og generering av overflatemodeller fra flyvningene med dronen. Den første gangen vi besøkte Blinken AS i Gressvik fikk vi en god demonstrasjon over hvordan dronen opereres. Dronen styres med emotion 2 fra en vanlig pc, eventuelt nettbrett med Windows RT. Programmet emotion 2 er veldig brukervennlig og gir også muligheter til å fly i simulatormodus. Dette gjør at man har muligheten til å lære seg funksjoner i programmet på en trygg måte. I emotion 2 har man muligheter til å planlegge flyrute og merke opp området den skal fotografere. Området kan makeres med et rektangel eller polygon hvor man også velger om man vil fly parallelt eller i et rutete flyvemønster. I siste versjon av emotion 2 har man også muligheten til å ta skråfoto av for eksempel bygninger, for å få bedre foto av sideflatene. Programmet gir muligheten for opptil -50 grader Pitch, som gir et høydefall på 41 meter. Det vil si at dronen stuper skrått nedover 41 meter samtidig som den tar bilde. Ved bruk av mindre Pitch får man et mindre høydefall. 35

38 Figur 6: Utsnitt fra emotion 2 som viser flyvemønsteret i programmet. I dataprogrammet velger man også hvor dronen skal lande, flyvehøyde og arbeidssone. Arbeidssonen er en sikkerhetssone som den ikke skal krysse. Hvis den krysser denne sonen vil den varsle i dataprogrammet og returnere til hjempunkt. I emotion 2 har man også mulighet til å gjøre bevegelser som roll, fast climb og fast descent. Rollfunksjonen roterer dronen 360 grader på tvers. Ved å bruke fast climb funksjonen stiger dronen sirkulært opp omtrent 38 meter, for så å dale ned igjen på samme måte til høyden som er gitt før flyvningen. Fast descent fungerer på samme måte bare at dronen synker omtrent 13 meter. Grunnen til fast climb, fast descent og rollfunskjonen er fordi man i Australia har hatt problemer med at den blir jaktet på av rovfugl. Når man skal ut å fly må man først legge donen på bakken, en plass det er flatt. Da finner den posisjonen. Når den har funnet posisjonen med GPS vil den lyse grønt og den er klar til å fly. Dronen startes ved å riste på den horisontalt tre ganger. Etter dette starter propellen, og da kan man kaste den lett opp, helst mot vinden hvis mulig. Den starter med å sirkle på et forhåndsdefinert sted for å øke flyvehøyden. Når den har oppnådd ønsket flyvehøyde kan oppdraget enten startes automatisk eller ved kommando fra pc. Det samme gjelder for landing, om den skal sirkle til den får en annen beskjed, eller lande selv. Dronen kan gjennomføre landinger på to forskjellige måter, «linear landing» og «circular landing». Circular landing vil si at den går inn for landing i en sirkel. Det er mest vanlig å bruke linear landing. Dette er fordi det er lettere å få den ned på et mindre området og ha kontroll på objekter som kan være i veien. Linear landing vil si at den går inn for landing som et ordinært fly. Det er mulig å avbryte landingen fra PC hvis en ser at dronen har feil kurs inn mot landing. Det er mulig å styre dronen med fjernkontroll. Dette kan enten gjøres i manuell eller halvauto funksjon. I halvauto har den begrensinger i forhold til følsomhet og utslag på de forskjellige funksjonene som sving og gass. Dette systemet blir sett på som et nødsystem hvis pc-en bryter sammen eller noe annet uforutsett skjer som gjør det nødvendig å ta over kontrollen. 36

39 4.1.2 Databehandling Det finnes i dag flere dataprogrammer for å lage terrengmodeller av dataene man får fra droner. Rapporten omhandler bare Pix4d sitt program, Postflight terra 3D, som følger med SenseFly ebee. I programmet laster man inn bildene og georefererer disse med flyloggen. Flyloggen inneholder x, y, z data for posisjon og ɵx, ɵy, ɵz for kameraets rotasjon. Koordinatene til de signalerte passpunktene lastes inn i programmet som en tekstfil. Programmet anbefaler at man krysser av punktene i minimum fem bilder, og bildene kan sorteres etter avstand fra passpunktet, så prosessen går fortere. Figur 7: GCP editor. (Postflight terra 3D) Etter at de signalerte passpunktene er markert i bildene, kan man sette på prosessen for å starte genereringen av ortofoto og punktsky. Denne prosessen er automatisert og tar lang tid. For datasett på over 100 bilder anbefaler Pix4d at man minimum har en Intel I5, I7 eller Xeon prosessor, 16GB ram og 1000 GB harddisk (Pix4D, 2014). Dataprogrammet produserer da en DSM og et ortofoto. Ortofotoet har formatet TIF. Det er også mulig å hente ut punktskyer i formatene LAS, LAZ og XYZ. Hva man velger av format er avhengig av dataprogrammet som benyttes. I Postflight Terra 3D har man en Raycloud editor som gir tilgang på en rekke funksjoner som kan øke nøyaktigheten til modellene. Her er det mulig å legge til flere GCP og markere de eksisterende GCP på nytt, som vil bedre nøyaktigheten. Det kan også lages manuelle knutepunkt, hvor markante objekter i terrenget kan markeres i flere bilder. I Raycloud editoren har man også mulighet til å måle lengder, areal og volum. Muligheten for å beregne volum gjør at programmet også kan brukes til masseberegninger av hauger. 37

40 Figur 8: Raycloud editor. Gir muligheter for å forbedre modellen og gjøre beregninger. (Postflight Terra 3D) Programmet har også en Mosaic editor for å lage ortofoto. Her er det mulig å velge forskjellige bilder, og hvilken del av bildet som skal brukes. Hvis et bygg i ortofotoet er forvrengt, kan man bytte ut bildet, eller kombinere flere bilder for å øke kvaliteten på ortofotoet. Det er også mulig å bedrive enklere bildebehandling som å justere lysnivået og kontraster på bildene Intervjuer Hensikten med intervjuene er først og fremst å kartlegge hvordan nåværende dokumentasjon, masseberegning og prosjektering utføres i vegprosjekter. Vi ønsket også å høre om erfaringer og forventinger til bruk av droner i infrastrukturprosjekter. Intervjuobjektene ble valgt ut med grunnlag i at vi ønsket å snakke med personer fra flere sider av anleggsbransjen. Vi har derfor intervjuet representanter fra byggherre, entreprenør-, konsulent- og oppmålingsbedrifter. På denne måten har vi fått samlet informasjon og meninger fra flere sider innenfor vegprosjekter. Intervjuene ble gjennomført i perioden 27. februar til 18. mars Intervjuene har basert seg på å få til en informativ samtale med intervjuobjektene. Alle som har blitt intervjuet har vist stort engasjement rundt temaet, så det å få til en god samtale har aldri vært et problem. 38

41 4.2 INTERVJUOBJEKTER Følgende personer har blitt intervjuet: Sweco - Terje Glad (VDC): Sweco er et internasjonalt selskap som tilbyr tverrfaglige rådgivertjenester innen teknikk, miljø og arkitektur. I Norge er Sweco et av landets ledende rådgivende ingeniørselskap. Sweco tilbyr et bredt spekter av tjenester innenfor blant annet bygg- og konstruksjonsteknikk, energisystemer, industriteknikk, plan og arkitektur, samferdselsteknikk, tekniske installasjoner og VA-teknikk og miljørådgivning (Sweco, 2014). ViaNova Plan og Trafikk - Andreas Haugbotn (3D og VR designer): ViaNova Plan og Trafikk jobber innenfor forvaltning og utvikling av infrastruktur for samferdsel. Bedriften retter seg mot både offentlige og private aktører innen samferdselssektoren. Bedriften har et stort fokus på å jobbe med 3D-prosjektering, og var tidlig ute med dette i Norge (ViaNova plan og trafikk, 2010). Saco innleid av Hæhre Entreprenør AS - Jostein Sageie (daglig leder): SACO står for Sageie Consulting AS. Firmaet jobber med prosjektledelse, GIS og prosjektering (Sageie Consulting AS). Hæhre Entreprenør AS er en stor aktør innen veg- og anleggsutbygging, og består i dag av omkring 600 ansatte. Bedriften har en stor og moderne maskinpark og de har en lang erfaring og mye kompetanse innenfor anlegg (Hæhre Entreprenør AS). Statens Vegvesen - Arne Storsveen (Oppmålingsingeniør) og Kari Pedersen (prosjektingeniør): Statens Vegvesen arbeider for at alle trafikantgrupper skal komme seg trygt frem. Statens vegvesen planlegger, bygger, drifter og vedlikeholder riks- og fylkesveger i Norge. De er en byggherreorganisasjon som kjøper inn tjenester fra det private (Statens vegvesen, 2014). NCC - Knut Erik Tandberg (Stikningsleder): NCC Construction AS er et av landets ledende entreprenørselskaper. De har lang erfaring og bred kompetanse innenfor kontorer, næringsbygg, boliger, infrastruktur og anlegg. I Norge har NCC omlag 2000 ansatte og omsatte for 6,6 mrd. NOK i 2013 (NCC, 2014). Terratec - Jesper Mølgaard (seksjonsleder): Terratec ble startet opp i 2004 og er en videreføring av kartleggings- og flyfotoaktiviteten i Fjellanger Widerøe. De består i dag av omlag 70 ansatte og er en totalleverandør av georeferert data til planlegging, utbygging, ferdigstilling og utvikling av prosjekter. Terratec leverer tjenester blant annet innenfor landmåling, laserskanning fra fly, bilbåren laserskanning, terrestrisk laserskanning og 3Dmodellering (Terratec). 39

42 4.3 PROGRAMVARE OG INSTRUMENTER Programvare Følgende dataprogrammer har blitt brukt: Gemini 3D Terreng og Entreprenør: Programvaren bruker en 3D-terrengmodell som grunnlag for sine beregninger. Standard digitale kartdata (FKB), landmålte data og laserdata importeres og danner grunnlaget for mengdeberegning, prosjektering og visualisering (Powel, 2010). AutoCAD Civil 3D: Programvaren er et verktøy som brukes til infrastruktur og dokumentasjon. Programmet har god støtte for å behandle grunnlagsdata. Dataprogrammet automatiserer tidkrevende oppgaver og det går fort å implementere endringer (Autodesk, 2014). emotion 2: SenseFly sin egenutviklet programvare for bakkekontroll. Den lar deg planlegge, simulere, overvåke og kontrollere dronens bane både før og under flyvning (SenseFly, 2014b). Postflight Terra 3D: Programmet brukes til å lage punktskyer og ortofoto. Programmet vil la deg knytte hvert eneste flyfoto med posisjonen, og orientere kameraet fra flyloggen, også kjent som georeferering. Du får raskt sjekket bildenes overlapping og finner ut om det er godt nok for videre arbeid (SenseFly, 2014a). 40

43 4.3.2 Instrumenter Følgende instrumenter har blitt brukt: SenseFly ebee: SenseFly ebee er en fixed-wing drone og veier i underkant av 0,7 kg. Den er da en av de letteste dronene på markedet innenfor kartlegging. Det gjør at den i tillegg til å være lett å reparere ved eventuelle uhell også har mye mindre skadeomfang hvis noe etter all formodning skulle gå galt. Dronen har et vingespenn på 96cm og en batterikapasitet på opptil 50 minutter. (ebee, 2013) Figur 9: SenseFly ebee (Foto: Rudi A. Søråsen). Figur 10: SenseFly ebee beholder (ebee, 2013) Til å oppbevare dronen og ved transport har man en koffert med beskyttende skumgummi som vist i Figur 10 der hver enkelt del som medfølger er plassert i tilpassede rom. Det er oversiktlig bygget opp og gir god beskyttelse til komponentene. Med dronen får man også to lithium-polymer batteripakker, reservepropell, ekstra gummibånd for feste av propell og EPP lim. 41

44 Figur 11: Illustrasjonsbilde av ebee. (ebee, 2013) Flykroppen: Dette er kjernen av dronen som inkluderer alt av elektronikk, og som sørger for framdrift, kommunikasjon og produksjon. I flykroppen sitter det GPS for posisjonering og IMU for orientering. Vingene: De to vingene er avtagbare for at dronen skal ta mindre plass ved oppbevaring. For å montere vingene skal de to pinnene føres inn i to hull på siden av dronen samtidig som de klipses fast nederst på dronen som vist på tegningen. Vingene er utformet aerodynamisk og vingeklaffene bakerst er de som styrer dronen. Sideutformingen på vingene sørger for aerodynamisk stabilitet. Kamera: I dronen benyttes det et 16 megapixel kamera for å kunne ta bilder som lagres på minnekort. Før flyvning vil det være viktig å kontrollere at kameraet ligger ordentlig og at kameralinsen har full rekkevidde gjennom linsehullet, dette for best resultat og bildekvalitet. Antennen: Antennen på dronen sitter montert foran og kommuniserer med programmet emotion gjennom en USB radiosender som da er koblet til den datamaskinen man skal håndtere fartøyet med. På radiosenderen vises tre blinkende lys når den har kontakt med dronen. Pitot rør (LED): Røret som sitter foran på dronen er montert for å måle flyhastighet, vind og høyde. Det er viktig at denne er ordentlig rengjort slik at funksjonen fungerer ordentlig. Pitot røret har LED lys som viser dronens status med ulike farger. Bakkesensor: Under dronen sitter bakkesensoren som er en høyhastighets optisk sensor som måler avstand til bakken. (ebee, 2013) 42