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ifgicopter – Microcopter als Sensorplattform für Umweltmonitoring

Matthes Rieke

1. Wo? Kongress, Duisburg, 16.06.2010

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Institut für Geoinformatik

● Institut für Geoinformatik– Fachbereich der WWU Münster– Verschiedene Forschungsbereiche

● Geostatistik● Semantik● Räumliche Kognition

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swsl Arbeitsgruppe

● sensor web, web-based geoprocessing & simulation lab

● Arbeitsgruppe am ifgi– Enge Zusammenarbeit mit 52°North Initiative

for Geospatial Open Source Software GmbH

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swsl Arbeitsgruppe

Team

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Motivation

● Problematiken

● Erstellung von Orthophotos von kleinen Untersuchungsgebieten– finanziell und logistisch meist sehr aufwendig– Gebiete möglicherweise schlecht zugänglich (Moore)

● Messdaten von Klimaphänomenen nicht immer im gewünschten Maße verfügbar oder nicht aktuell

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Motivation

● Ziele des Projekts

1.Individuelles Erstellen von (IR-)Orthophotos kleiner Untersuchungsgebiete– Nachhaltiges Umweltmonitoring

● Vegetationsbestand● Bodenbeschaffenheiten● Hochauflösende Bilder → temporäre Veränderungen bei schwer

zugänglichen Untersuchungsgebieten

2.Hochflexibler Einsatz einer fliegenden Sensorplattform zur Erfassung von Klimadaten– Ohne lange Vorbereitung ermöglichen

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Team und Arbeitsbereiche

● Projekt-Team● fünf Diplomanden (Geoinformatik, Geographie,

Landschaftsökologie)● zwei Master-Studierende (Geoinformatik)

● Arbeitsbereiche● Planungssoftware (Geoinformatik)● Kommunikationsframework (Geoinformatik)● Luftbilderfassung und Orthophotoerstellung (Geographie)● Luftbildauswertung (Lanschaftsökologie)● Positionierungsverbesserung mit DGPS (Geoinformatik)

● Fliegen → Alle :-)

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Das Flugmodell

● Grundlage ist Bausatz www.mikrokopter.de

● GPS-Modul bereits integriert

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Anwendungsszenarien

● Unterteilung in zwei Szenarien

1.Orthophoto-Befliegung eines kleinen Untersuchungsgebietes → Bestückung des Copters mit IR-fähiger Kamera (für landschaftsökologische Untersuchungen)

2.Echtzeit-Datenerfassung mit Hilfe verschiedener Sensoren → Integration kleiner Sensoren

● Beide Szenarien verbindet● Drahtlose Kommunikation mit dem Copter

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Kommunikation

● Kommunikation in Echtzeit● Copter und ein Notebook verfügen über ein Wi.232

Modul (HF bei 868 Mhz → lizenzfrei)● über proprietäres aber offenens Protokoll● Erfassung diverser Daten (u.a. GPS-Position) in

Echtzeit

● Beispiel● GPS-Wegpunkte-Paket an Copter senden● Copter bestätigt die Anzahl empfangener WP

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Szenario 1: Orthophoto-Befliegung

● Erstes Szenario - Orthophoto-Befliegung● Planungsprogramm zur Erstellung eines

Befliegungsplans

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Szenario 1: Orthophoto-Befliegung

● Erstes Szenario - Orthophoto-Befliegung

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Szenario 1: Orthophoto-Befliegung

● Für eine Flug-Route eine 60%-Überlappung berechnen und entsprechende Wegpunkte der Route hinzufügen (Beachtung der Flughöhe und Kameraparameter)

● Automatische Routenberechnung durch Vorgabe des Befliegungsraumes durch ein Polygon auf der Karte

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Szenario 1: Orthophoto-Befliegung

● 60%-Überlappung (Technik aus der Luftbildmethodik)

Quelle: Albertz, 1991

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Quelle: http://www.digitalkamera.de

Szenario 1: Orthophoto-Befliegung

● Die Kamera: Panasonic LUMIX LX3 – UV+VIS+IR

● Durch Halterung am Kopter installiert● interner IR-Sperrfilter entfernt → Aufnahmen im VIS

und NIR durch Vorsetzen des entsprechenden Filters möglich

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Szenario 1: Orthophoto-Befliegung

● Fotobeispiel (Infrarot-Falschfarbenkomposit)●

Quelle: http://www.maxmax.com

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Szenario 1: Orthophoto-Befliegung

● Canon IXUS 400 – nur IR● interner IR-Sperrfilter durch IR-Filter

(720 nm) ersetzt● nur noch Aufnahmen im nahen Infrarot möglich

Quelle: http://www.digitalkamera.de

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Szenario 2: Echtzeit-Datenerfassung

● Zweites Szenario - Echtzeit-Erfassung klimarelevanter Messdaten● Zwei-Schichten-Ansatz

– Übertragung der Messdaten vom Copter zum Notebook– Codierung der empfangenen Daten in standardisierte

Datenformate (OGC: Observation & Measurements) und Integration in web-basierte Dienste

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Szenario 2: Echtzeit-Datenerfassung

● Umsetzung durch eine generisches Zwei-Schichten-Framework● Daten in proprietärer Form als Input● Generierung standardisierter Daten als Output

● Generisch● Integration verschiedener Sensoren leicht

ermöglichen● Anbindung an Web-basierte Dienste vereinfachen

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Szenario 2: Echtzeit-Datenerfassung

● Architektur

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Zukünftige Themengebiete

● DGPS und Flugroutenplanung● Positionsbestimmung per DifferentialGPS● angestrebte 3D-Positionsgenauigkeit unter 1m● Flugroutenplanung und automatische

Flugsteuerung3

2

1

45

Start

DGPS - Korrekturdaten

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Zukünftige Themengebiete

● Visualisierung● Weitere Sensoren

● Feinstaub● LIDAR (Lasermessung)● Gassensoren

● Digitale 3D-Geländemodelle● Autonomes Fliegen (Sicherheit und

Überwachung)

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Videofootage

● Video eines ersten GPS-Flugs (ca. 2 Minuten)

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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

Gibt es Fragen?

● Projektseite: swsl.uni-muenster.de/ifgicopter