Jämförelse mellan volymberäkning baserad på flygfotografering och volymberäkning baserad på traditionell inmätning

Transkript

1 Fakulteten för humaniora och samhällsvetenskap Naturgeografi Magnus Wallsten Jämförelse mellan volymberäkning baserad på flygfotografering och volymberäkning baserad på traditionell inmätning Comparison of volume calculation based on aerial photography and volume calculation based on traditional surveying Examensarbete 7,5 hp Mät- och kartteknikprogrammet Datum: Handledare: Uliana Danila Examinator: Rolf Nyberg Löpnummer: 2013:7 Karlstads universitet Karlstad Tfn Fax

2 Försäkran Denna rapport är en deluppfyllelse av kraven till högskoleexamen på programmet för Mätoch kartteknik. Allt material i denna rapport som inte är mitt eget har identifierats, och rapporten innehåller inte materiel som har använts i en tidigare rapport. 2

3 Sammanfattning Syftet med det här examensarbetet är att jämföra volymberäkning baserad på flygfotografering med traditionell volymberäkning baserad på NRTK inmätta nivåkurvor med avseende på resultatet efter volymberäkning. Studieområdet valdes till en utav flishögarna på Hedens värmeverk. Flygfotograferingen och volymberäkningen utfördes av Johan Lindquist på företaget rotoview med en UAV (unmanned aerial vehicle). För den traditionella volymberäkningen mättes två nivåkurvor in kring flishögen med NRTK i koordinatsystemet swerref Volymen beräknades sedan i SGB GEO med två beräkningsmetoder, modell mot referensplan och modell mot modell. Resultat blev att flishögen med volymberäkning baserad på flygfotografering fick en beräknad volym på 3288 kubikmeter. Flishögen med volymberäkning baserad på beräkningsmetoden modell mot referensplan fick en beräknad volym på 3318 kubikmeter. Flishögen med volymberäkning baserad på beräkningsmetoden modell mot modell fick en beräknad volym på 3151 kubikmeter. 3

4 Abstract The purpose of this study is to compare the volume calculation based on aerial photography with traditional volume calculation based on Network RTK measured level curves with respect to the results after the volume calculation. The study area was selected to one of the piles of woodchips at Hedens heatingplant. Aerial photography and volume calculation was performed by Johan Lindquist at the company rotoview with a UAV (unmanned aerial vehicle). For the traditional volume calculation was two level curves measured around the pile of woodchips with Network RTK in the coordinate system swerref The volume was then calculated out of the SGB GEO with two methods of calculation, model compared to the reference plane and the model compared to model. The result was that the pile of woodchips with volume calculation based on aerial photography had an estimated volume of 3,288 cubic meters. The pile of woodchips with volume calculation based on the method of calculation model to reference plane had an estimated volume of 3,318 cubic meters. The pile of woodchips with volume calculation based on the method of calculation model to model had an estimated volume of 3,151 cubic meters. 4

5 Innehållsförteckning Sammanfattning...3 Abstract Inledning Bakgrund Syfte/Uppgift Genomförande Metod för arbetsuppgift Planeringsmöte Rekognosering/studieområde Koordinatsystem Inmätning nivåkurvor Volymberäkning SBG GEO Flygfotografering och volymberäkning UAV Material Resultat Volymberäkning UAV Volymberäkning SGB GEO Jämförelse av volymberäkningarna Felkällor/osäkerheter Problem Utvärdering Slutsatser...14 Referenser...15 Bilagor

6 1 Inledning 1.1 Bakgrund Mitt examensarbete gjordes under vecka på företaget rotoview, som är specialiserade på flygfotografering. Bakgrunden till detta examensarbete är att jag läste ett pressklipp om företaget rotoview som anger att volymberäkning baserat på flygfotografering med UAV (unmanned aerial vehicle) är exaktare än traditionell volymberäkning (Stenkoll, 2012). Jag kom därför på iden efter samtal med Johan Lindquist på rotoview att genomföra en studie som skulle jämföra volymberäkning baserat på UAV och traditionell volymberäkning med avseende på resultatet efter volymberäkning. 1.2 Syfte/Uppgift Syftet med examensarbete går ut på att jämföra volymberäkning baserat på rotoview UAV flygfotograferingar med traditionell volymberäkning baserat på NRTK inmätta nivåkurvor med avseende på resultatet efter volymberäkning. Resultatet av arbetet blir en jämförelse mellan den beräknade volymen för volymberäkning baserat på UAV flygfotograferingar och den beräknade volymen för traditionell volymberäkning baserat på NRTK inmätta nivåkurvor. 6

7 2 Genomförande 2.1 Metod för arbetsuppgift Planeringsmöte Vid ett telefonmöte vecka 21 med handledare Johan Lindquist kom vi fram till att studieområdet skulle vara en av flishögarna på Hedens värmeverk Rekognosering/studieområde Vi valde en flishög på plats vid Hedens värmeverk innan inmätning (se figur 1). Flishögen är 85 meter lång, 10 meter bred och 6 meter hög. Figur 1. Bilden visar en inaktuell översiktsbild över Hedens värmeverk. Flishögen som ligger inom rektangeln visar ungefärlig form, storlek och position för flishögen som användes i studien. 7

8 2.1.3 Koordinatsystem Koordinatsystem som användes för NRTK Sweref RH Inmätning nivåkurvor Två nivåkurvor mättes in av mig vid flishögen med NRTK, en nivåkurva runt flishögen på marknivå och en runt toppen på flishögen. Totalt mättes 232 punkter in till nivåkurvorna med cirka en halvmeter mellan varje punkt (se bilaga 1) Volymberäkning SBG GEO Innan volymberäkning kan ske i SBG GEO behövdes först en terrängmodell skapas av flishögen. Med en terrängmodell kan en yta visualiseras digitalt genom att skapa ett nätverk av trianglar från en punktfil (Svensk Byggnadsgeodesi AB 2012a). Volymberäkning av terrängmodell sker sedan med hjälp av funktionen modell mot modell i SBG GEO. Volymberäkning kan utföras mellan modell och modell eller modell mot referensplan. För flishögen har beräkningen utförts mellan en modell och modell (se figur 2) på grund av marken kring flishögen inte är särskilt jämn. För flishögen har även modell mot referensplan testas. Skillnad med den här metoden är att ett plant referensplan används istället för att en yta skapas utifrån alla mätningar vid markplanet under flishögen. Triangelmodell användes som beräkningsmetod vilket innebär att programmet skapar prismor av trianglarna och beräknar volymen för varje prisma och adderar volymen för alla prismor (Svensk Byggnadsgeodesi AB 2012b). Noggrannheten för volymberäkningen beror på antalet inmätta punkter. Ju fler punkter, desto korrektare trianglar kan skapas. Figur 2. Bilden visar modellen av flishögen och modellen av markplanet under flishögen som skapades med SGB GEO. 8

9 2.1.6 Flygfotografering och volymberäkning UAV Flygfotografering och volymberäkning UAV utfördes av Johan Lindquist. Steg för steg hur flygfotograferingen och volymberäkningen av flishögen genomfördes: Steg 1 Placering och inmätning av passpunkter. För att exaktare kunna georeferera flygfotografierna vid beräkning i fotogrammetri programvaran placerades först fyra passpunker ut och mättes in med NRTK. Steg 2 Uppställning av fältdator, radio antenn och förprogrammering av flygrutt. Innan flygfotografering kan ske behövdes först en förprogrammering av flygrutten i en fältdator genomföras. Kommunikationen mellan fältdator och flygplanet (se figur 4 s.10) sker med en radioantenn (se figur 3). Figur 3. Bilden visar fältdator och radioantenn som användes under arbetet. 9

10 Steg 3 Flygfotografering. Flygplanet (se figur 4) flyger på cirka 200 meters höjd efter start och fotograferar med hjälp av en inbyggd digitalkamera och GPS flera stråk av en förprogrammerad rutt (Smartplanes 2012). Varje flygfoto får en 80 procent överlappning efter att flygfotograferingen är klar. Figur 4. Bilden visar Smartone UAV som användes under arbetet vilket är tillverkat av svenska företaget Smartplanes. Steg 4 Beräkning. Stråken lades sedan ihop i efterhand med fotogrammetri programvaran Fotoscan pro. En digital evolutionsmodell (DEM) tas sedan fram över flishögen och exporteras till GIS programvaran Global Mapper, därefter kan volymen beräknas (se figur 5 s.12). Flygplanets foton ger efter alla beräkningarna är klara i fotogrammetri programvaran cirka 50 punkter per kvadratmeter vilket bidrar till en hög noggrannhet vid volymberäkningen. Hela markmodellen har en noggrannhet på cirka 2 4 cm efter att alla beräkningar är utförda. 10

11 2.2 Material Instrument GNSS mottagare: Topcon GRS-1 Programvaror SBG Geo version Microsoft Office 2007 Microsoft Paint version

12 3 Resultat 3.1 Volymberäkning UAV Volymen för flishögen beräknades till 3288 kubikmeter av Johan Lindquist (se figur 5). Figur 5. Bilden visar beräknad modell över flishögen utförd i Global Mapper av Johan Lindquist. 3.2 Volymberäkning SBG GEO Volymen för flishögen beräknades till 3318 kubikmeter med beräkningsmetoden modell mot referensplan (se bilaga 2) med ett referensplan på 50,6 meter som jag hämtade från nivåkurvor skapade av Johan Lindquist (se bilaga 4). Volymen för flishögen beräknades till 3151 kubikmeter med beräkningsmetoden modell mot modell (se bilaga 3). 3.3 Jämförelse av volymberäkningarna Differens mellan volymberäkning för UAV och för beräkningsmetoden modell mot referensplan blir 30 kubikmeter vilket motsvarar 0,9 procent högre volym än för volymberäkningen från UAV. Differens mellan volymberäkning för UAV och för beräkningsmetoden modell mot modell blir 167 kubikmeter vilket motsvarar 5 procent lägre volym än för volymberäkningen från UAV. 3.4 Felkällor/osäkerheter Marken kring flishögen är inte helt jämn och varierar med flera decimetrar kring mitt plana referensplan på 50,6 meter vilket gör att resultatet från beräkningsmetoden modell mot referensplan har en väldigt låg tillförlitlighet. 3.5 Problem Nederbörd På grund av kraftig nederbörd och vind har flygningarna blivit inställda två gånger. Den kraftiga nederbörden kan ha fått flishögen att sjunka ihop något vilket påverkar volymen. 12

13 4 Utvärdering Volymberäkningen från flygfotografering med UAV får anses ge en bättre och antagligen exaktare volymberäkning av flishögen än med SBG GEO. Detta beror på att ett mycket större antal mätpunkter av flishögen kan tas fram efter beräkningarna av flygfotografierna är gjorda. Volymberäkningen från flygfotografering med UAV får därför anses som den mest korrekta volymen i den här studien. Jag mätte bara in nivåkurvor längs flishögens markplan och kring toppen av flishögen. Medan flygfotona från UAV efter beräkning även får fram mätpunkter längs sidorna av flishögen, vilket bidrar till att få fram en korrektare modell av flishögen. Ju korrektare modellen av flishögen är, desto exaktare volym kan beräknas. Volymberäkning med beräkningsmetoden modell mot referensplan, beräknade volymen bättre än beräkningsmetoden modell mot modell i SGB GEO med en skillnad på endast 0,9 procent av volymberäkningen från flygfotografering med UAV. Dock så har detta resultat väldigt låg tillförlitlighet (se kapitel 3.4 s.12). Volymberäkning med beräkningsmetoden modell mot modell gav en skillnad på 5 procent av volymberäkningen från flygfotografering med UAV, vilket är en större avvikelse än beräkningsmetoden modell mot referensplan. Denna beräkningsmetod har dock en högre tillförlitlighet på grund av att fler mätpunkter kring flishögens används vid skapandet av flishögens markyta. 13

14 5. Slutsatser Studien har visat att volymberäkning baserad på UAV beräknar volymen bättre och antagligen exaktare än traditionell volymberäkning baserat på NRTK inmätta nivåkurvor. En exaktare volym är en stor fördel vid val av volymberäkning. En annan stor fördel med flygfotografering förutom bättre beräkning av volymen är att den ger en stor tidsvinst om ett stort antal volymer ska mätas in och beräknas. Den stora nackdelen med att ta flygfoton med UAV är att utrustningen är beroende av bra väderförhållanden till skillnad från NRTK inmätta nivåkurvor som kan mätas i kraftig nederbörd och vind. Vilken beräkningsmetod som väljs vid volymberäkning i SGB GEO kan ge stora skillnader på den volym som beräknas fram. För den här studien gav beräkningsmetoden modell mot referensplan en bättre beräknad volym men resultatet hade sämre tillförlitlighet än beräkningsmetoden modell mot modell. Om fler studier görs i framtiden inom detta område bör fler jämförelser utföras genom att mer än en volym mäts in och beräknas, så att resultatet kan få en högre kontrollbarhet. 14

15 Referenser Stenkoll(2012). En man med högt flygande planer [Elektronisk] s 42. Tillgänglig [ ] Svensk Byggnadsgeodesi AB (2012a). User Manual GEO Terrängmodeller [Elektronisk] s 583. Tillgänglig [ ] Svensk Byggnadsgeodesi AB (2012b). User Manual GEO Volymberäkning modell mot modell [Elektronisk] s 606. Tillgänglig [ ] Smartplanes (2012). SmartOne unnmanned aircraft [Elektronisk] Tillgänglig [ ] 15

16 Bilagor Bilaga 1. Koordinatlista. pnr Y X Z pnr Y X Z

17

18 Bilaga 2. Volymberäkning med beräkningsmetoden modell mot referensplan Bilaga 3. Volymberäkning med beräkningsmetoden modell mot modell 18

19 Bilaga 4. Nivåkurvor med 0,2 meters intervall utförd av Johan Lindkvist i Global Mapper 19