Georeferoidun pistepilven tuottaminen miehittämättömällä lento-aluksella kerätystä kuva-aineistosta

Abstract

Miehittämättömien lentoalusten, eli UAV:iden (Unmanned Aerial Vehicle) käyttö on yleis-tynyt 2000-luvun aikana merkittävästi monella alalla eri käyttötarkoituksiin. Fotogrammetrian ja kaukokartoituksen piireissä UAV:iden käyttömahdollisuuksia on tutkittu ja kehitetty kasvavassa määrin erityisesti viimeisen 10 vuoden ajan. Tavanomaisimmat lopputuotteet ovat erilaiset pintamallit, ortokuvat ja 3D-mallit. UAV:t kykenevät tuottamaan edellä mainittuja malleja, mutta tarkkuuksissa on vielä paljon parannettavaa, etenkin kun UAV-systeemin kokoa halutaan pienentää ja operaatiotehokkuutta lisätä.

Suurikokoisilla, ammattikäyttöön suunnitelluilla UAV:illa yllä mainittu mallinnusprosessi kykenee nykyään senttimetritason tarkkuuteen. Kuluttajahintaiset tuotteet ja pienemmät UAV:t luovat erilaisia haasteita hyvälaatuisten sensorien määrän ja painon suhteessa aluksen kantokykyyn. Tässä tutkimuksessa selvitetään pienehkön UAV:n mahdollisuuksia suorittaa kohteen mallinnustehtävä videoaineistosta siten, että aineisto olisi georeferoitu ja mahdollisimman mittatarkkaa. Tutkimukseen on käytetty kaupallisesti kohtuuhintaista, itse koottavaa UAV:ta ja maailman yleisintä pientä toimintakameraa GoProta, joka luo lisähaasteita prosessille kuvausominaisuuksiensa takia. On huomioitava, että liikkuvalla UAV-alustalla kuvatulla kartoitustehtävällä ei kyetä toteuttamaan samaa tarkkuutta, kuin hyvä-laatuisella, täysin paikallaan olevalla perspektiivisellä kameralla. On kuitenkin oletettavaa, että vuoteen 2020 mennessä teknologian kehityksessä on päästy siihen pisteeseen, että kuka tahansa voi hankkia kuluttajahintaisen kameralla varustetun UAV:n kaupasta, suorittaakseen senttimetritason kartoitus- ja mallinnustehtäviä.

Tutkimuksen tueksi on suoritettu kirjallisuusselvitys fotogrammetrian perusajatuksesta, UAV:ista, sekä niiden käytöstä fotogrammetrisissa toimenpiteissä. Varsinaista tutkimusaineistosta luotua pistepilvimallia verrattiin samalta alueelta kerättyyn TLS-laserkeilausaineistoon ja vastaavissa tutkimuksissa selvitettyihin tarkkuuksiin.

The use of unmanned aerial vehicles (UAVs) have become a common task for many fields of operation and industries in the 21st century. For photogrammetric and remote sensing purposes the possibilities of a UAV have been studied and developed increasingly for about 10 years. The most common products of UAV-photogrammetry are digital elevation models (DEM), digital terrain models (DTM), orthoimages and other 3D-models. UAVs have the means to produce these end products, but there is still work to do in the accuracy of the mentioned models. Especially when we want to reduce the size of the UAV and increase the efficiency of the operation.

With large professional UAVs, it is possible to achieve a centimeter level accuracy of a photogrammetric process. Consumer priced products and smaller UAVs create different challenges with the amount and weight of quality sensors compared to the carrying capacity. This thesis studies the possibilities of acquiring a precise, georeferenced 3D-model from a video that has been collected with a small UAV. In the case study, a consumer grade, compiled UAV has been used with the worlds known action camera GoPro. GoPro adds its own challenges with the characteristics of its camera type. It is not possible to acquire as precise models with a mobile UAV compared to stationary images collected with a good quality perspective camera, but it is presumable that by 2020 the technology has developed so much, that anybody can buy a consumer priced camera equipped UAV to conduct centimeter level mapping- and modelling operations.

For support of the case study, a state of the art literary research has been conducted about the basics of photogrammetry, UAVs and the use of UAVs in photogrammetry. The actual point cloud created in the case study, was compared to a TLS-acquired point cloud from the same object, but also to other accuracy results from same kinds of studies.