Geodata samlet med droner

Transkript

1 Geodata samlet med droner (Drone + navigasjonssystem + måleutstyr + programvare for flyplanlegging og etterprosessering) Krav/behov: Terreng- eller 3D vektordata i kartets/terrengets koordinatsystem med cmnøyaktighet Statens Vegvesen (SVV) bestiller geodata ut fra egne definerte krav, uavhengig av om data er samlet med drone, bemannet fly, helikopter, bil eller til fots.

2 Kart- og oppmåling -> År 2000 Geodesi/Landmåling (kartplanet) Fotogrammetri GIS (Bearbeiding, analyse og presentasjon av kartdata) År > Geomatikk: GIS/GIB/GIV (Rom) Geodesi Datainnsamling landmåling fotogrammetri laserskanning

3 Innhold: Geodata fra droner (tema innovasjon) o Fotogrammetri (strålebuntmetoden uten formler) o Nøyaktighetsundersøkelser o Erfaringer fra prosjekt o Strategi/retningslinjer for droner i SVV Kanskje: Koordinatsystem/fastmerkenett på vegprosjekt

4 RPAS: Remotely Piloted Aircraft Systems Fixed wing Rotary wing Images (photogrammetry) DSM (Digital surface model) Laser scanning (LIDAR) DSM -> DTM (Digital terrain model)

5 Luftfartstilsynet om droner Operatørkategorier, RO1, RO2 og RO3 avhengig av: RPAS innenfor eller utenfor synsrekkevidde, VLOS Flyhøyde (maks 120m i RO1) Vekt (maks 2,5 kg i RO1) Ikke lov å fly nærmere enn 50 meter fra andre mennesker, kjøretøy eller bygninger. Tillatelse kan gis av berørte personer og deres utstyr.

6 Navigasjonssystem Laserskanneren eller kameraets posisjon og retninger i terrengkoordinatsystemet kan beregnes fra dronens navigasjonssystem. x,y,z,ω,φ,κ for et kameras projeksjonssentrum kalles ytre orienteringsparametere Posisjonsnøyaktighet avhengig av GNSS Kodemåling (1-5 m) Fasemåling med korreksjoner fra referansenettverk (1-2cm)

7 Laser scanning (LIDAR) Distance- and direction measurements makes it possible to compute and store several hundred thousand 3D-points/sec. (spherical to rectangular coord.) Possible to classify more than one response!

8 8 Aerial photos (Phothogrammetry) Classic overlap situation modern block setup Images seen from above Models (=pairs of images) seen from above 80% lengdeoverlapp 70 % sideveis Dobbelt stripemønster

9 Photogrammery: bundle adjustment 2D-Image coordinate systems x,y,z,ω,φ,κ for hvert bildes projeksjonssentrum (godt eller dårlig bestemt?) Terrain/map coordinatsyst. 1) GCP=Ground Control Points, known terrain coordinates (kjentpunkter) 2) Tie points, unknown terrain coordinates (sammenbindingspunkter) 3) «Measured» 2D-image coordinates (målte bildekoordinater) DSM established => 3D point cloud with RGB values computed (or resampled)

10 10 Etterprosessering 1) Strålebuntberegningen (MKM = vektet gjennomsnittsberegning) gir: i) endelig bestemte ytre orienteringsparametere x,y,z,ω,φ,κ for hvert bilde ii) en 3D-punktsky med sammenbindingspunkter gitt i terrengkoordinater. Dilemma: Hvordan vekte ytre orienteringsparameterer i forhold til sammenbindingspunkter ved beregningen? God GNSS? Vindens påvirkning på underlag/vegetasjon? 2) Beregning av 3D-terrengkoordinater og fargeverdier for «alle» piksler i bildene ved hjelp av bildematching og framskjæring i rommet. Automatiserte og robuste rutiner for «dense matching» og «single pixel correlation routines» => «Fotogrammetriens gjenfødelse»?

11 3D-punktsky til TIN eller grid for visualisering N = E = Triangelmodell (TIN) Grid/Rutenettsmodel

12 Vegprosjektenes behov for (temporære) data: I dag: 3D-Punktsky Triangelmodell (TIN) for volum/massekontroll? 2D-Ortofoto (flybilder omregnet til kartets koordinatsystem) NVDB s behov: Programmer for automatisk tolkning av 3D-objekter fra punktsky Halvautomatisk linjegjenkjenning er mulig i dagens programvare Framtiden: Ønske om helautomatisk registrering av vektordata (linje-, flate-, volumobjekter til framtidens NVDB.)

13 Testfelt for droner NTNU Geomatikk GCP

14 14 Nøyaktighetsundersøkelse 1 Fixed wing

15 15 Film

16 Prosessert med den samme (strålebunt) programvare a kr !

17 Optimale flyforhold med kontrollpunkter på underlag av harde flater

18 Årsaksforklaring forskjeller?

19 Parametere som beregnes. Posisjon og retninger (endelige) for projeksjonssentrum. (6 per bilde). Koordinater sammenbindingspunkt i terrengkoordinatsystemet (3 per pkt.) Ukjente kameraparametere kan beregnes simultant med beregningen av parametere i strålebuntutjevningen, såkalt selvkalibrering. Hvordan vekte grupper av parametere? Vibrasjoner?, Vindstille?, nøyaktig navigasjonssystem (RTK-GNSS)?

20 Erfaringer fra prosjekter med RTK-drone i region Nord. HMS, minsker/fjerner risiko i bratte og farlige områder, trafikkerte veier mm Enorm innsparing på kapasiteten til landmålere, store områder kan kartlegges i løpet av kort tid. Anleggene kan kartlegges enkelt fortløpende. Demper konflikter med entreprenør, oversiktlig og lett å kjenne seg igjen i målingene.

21 Erfaringer, inspeksjonsdrone (E6 region Midt) Fordeler - Quadcopter, enkel i bruk, fire kontrollingeniører har forsøkt seg som piloter. - Oversiktsbilder av anlegget tas ukentlig, gir svært god oversikt over framdrift på f. eks masseflytting, VA-grøfter. - Gir en «dagbok» som ikke gir rom for tvil i tvister/mengdeoppgjør med entreprenør (eller andre parter/grunneierer) - Byggeleder kan befare anlegget ukentlig uten å lette rompa fra stolen (fordel?) - Gir gode bilder og film til bruk i informasjonsarbeid, f. eks trafikkomlegginger Siste film på facebook-sidende til prosjektet har over visninger - Seniorene på huset har sluttet å vitse om at drone er et leketøy etter de har sett film og bilder Ulemper - Ifølge brukerhåndboka tåler ikke dette quadcopteret nedbør og minusgrader. - Utfordrende å holde seg innenfor minstavstander (for RO1) i tettbygde strøk.

22 Erfaringer kjøp av dronedata i region Øst. Terrenget modelleres systematisk for høyt For å godta bruk av dronedata i forbindelse med dokumentasjon på vegprosjekt forutsettes: Underlag bestående av harde flater uten vegetasjon Dokumentert bruk av nøyaktig landmålte kontrollpunkter eller kontrollflater.

23 Bruksområder for droner i SVV 2015

24 Anbefalinger i forhold til dronestrategi/retningslinjer? Kjøp av egne droner og bygge opp kompetanse, eller kjøpe eksternt? Programvarekompetanse vanskeligere enn å fly. Mulig løsning: Dronepilot flyr selv i stille vær. Bestiller på forhånd kjentpunkter og senere etterprosessering av landmåler/geomatiker (jobber regelmessig med volumberegning).

25 Hva skal det stå i retningslinjer? Ta kontakt ASAP om du er engasjert i dette

26 Landmålerens personlige utstyr (2015-priser u.mva) k 350k 300k + 200k 200k + 150k + + +?

27 Koordinatsystem vegprosjekt Hvordan finner vi koordinatsystemet i felt? Vi ønsker at de prosjekterte vegparseller skal henge godt sammen. (også over tid). Sanntidsmåling mot CPOS σ=1-2 cm i grunnriss. σ=2-4 cm i høyde ikke et alternativ ved strenge toleranser. Spørsmålet UTM eller NTM? Det er en grunn til at NTM finnes. Konvertere kartgrunnlag for prosjektering fra UTM til NTM tar 1 min

28 Fra håndbok V770 modellgrunnlag side 49 Fastmerker fra stamnett og landsnett benyttes ved innmåling/skanning av eksisterende situasjon, og som utgangspunkt for etablering av byggeplassnett. Fastmerker (byggeplassnett) må bestilles tidlig i prosjektet, og alltid før det foretas skanning eller landmåling. 5.5 Stedfestingsnoyaktighet ved etablering av byggeplassnett Fastmerkene etableres i henhold til Kartverks standard «Grunnlagsnett»: Krav til grunnriss finnes i standarden «Grunnlagsnett», kapittel 4.3, tabell 1. Krav til høyde finnes i standarden «Grunnlagsnett», kapittel 4.4, tabell 2. Standarden NS 3580 «Bygg- og anleggsnett Ansvar, kvalitetskrav og metode» kan benyttes som kravspesifikasjon ved etablering av byggeplassnett. Toleransekrav ytre pålitelighet er ikke lik standardavvik!

29 3D-punktskydata Output fra begge teknikker er bl.a. en 3D-punktsky med intensitet og/eller fargeverdier for hvert punkt. More NVDB inneholder (vektor)objekter: (punkt, linjer, flater, volum...) Hvordan modellere vektorobjekter fra punktskyer automatisk?