Ifgicopter - Microcopter as a sensor platform for environmental monitoring
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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