Ableitung von Geländemodellen aus UAV-Daten am Beispiel der Deponie Rautenweg

Abstract

Große Gebiete, wie z.B. Deponien oder Tagebaue, lassen sich vom Boden aus - beispielsweise mittels GNSS - kaum wirtschaftlich vermessen. Es wird daher häufig auf luftgestützte Verfahren, wie das ALS (engl.: Airborne Laserscanning) oder auf photogrammetrische Verfahren, bei denen Luftbilder ausgewertet werden, zurückgegriffen. Heute kommen für derartige Vermessungen vermehrt autonom fliegende kleine Luftfahrzeuge, sogenannte UAVs (engl.: Unmanned Aerial Vehicle), die mit digitalen Amateurkameras bestückt werden, zum Einsatz. Inhalt dieser Diplomarbeit ist der Vergleich von digitalen Höhenmodellen der Deponie Rautenweg in Wien, welche mit Hilfe von ALS einerseits und UAV-Photogrammetrie andererseits, erstellt wurden. Es werden dazu digitale Geländemodelle (DGMe) aus UAV- und ALS-Daten verglichen. Zusätzlich werden Höhendifferenzen zwischen gemessenen GNSS-Kontrollpunkten und den abgleiten DGMen ermittelt. In einem kleinen Testgebiet innerhalb der Deponie wird genauer untersucht, welchen Einfluss die Vegetation, die bei der Vermessung aus der Luft stets einen Störfaktor darstellt, auf die erstellten Geländemodelle besitzt. Es wird ein Lösungsansatz vorgestellt, der mit Hilfe des Vegetationsindexes NDVI, eine stufenweise Ermittlung von DGMen aus Luftbildern vorschlägt. Hierfür wird das Messgebiet in zwei Klassen (vegetationsfrei und mit Vegetation), welche auf den NDVI-Werten beruhen, eingeteilt. Für Gebiete mit Vegetation wird eine Reduktionsmethode getestet, bei der versucht wird Bodenpunkte in Vegetationslücken zu finden, um so das DGM zu verbessern. Es wird gezeigt, dass durch diese Methode eine Verbesserung des UAV-DGMs in bewachsenen Gebieten erzielt werden kann. Das Ergebnis dieser Diplomarbeit ist ein, aus UAV-Luftbildern abgeleitetes, DGM. Die Analysen zeigen, dass die Messmethode der UAV-Photogrammetrie sehr genaue Ergebnisse liefern kann und somit eine wirtschaftliche Alternative zum ALS darstellt. Systematische Fehler zwischen den Messmethoden werden analysiert. Die Analysen zeigen, dass ein eindeutiges und wohl definiertes Koordinatensystem für alle beteiligten Messmethoden eine Grundvoraussetzung genauerer Gegenüberstellungen verschiedener Messmethoden darstellt.

Large areas, such as landfills or open pits, are almost impossible to economically survey from the ground through e.g. GNSS. This is why airborne techniques, such as ALS (Airborne Laserscanning) or aerial photogrammetry are often used. Today small autonomously flying aircraft, so called UAVs (Unmanned Aerial Vehicle) with non-professional digital cameras are frequently used for this type of surveying job. Content of this thesis is the comparison of digital elevation models of the landfill Rautenweg in Vienna, which were created based on date from ALS, on the one hand, and UAV photogrammetry, on the other hand. Digital terrain models (DTMs) from UAV and ALS data are also compared to GNSS control points. The influence of the vegetation, which is always an interfering factor in aerial surveying, on the terrain model is explored on a small test area within the landfill. Moreover, an approach is introduced, which suggests a gradual calculation of DTMs based on the Normalized Differenced Vegetation Index. For this purpose the surveying area is divided into two classes (free from vegetation and with vegetation) based on the NDVI values. A reduction method for areas with disperse vegetation is tested. In this method the point with the greatest distance below the digital surface model is calculated, in order to improve the DGM. It will be shown that through this application an improvement of the UAV-DTM can be achieved in overgrown areas. The result of this thesis is a DTM derived from UAV aerial photos. It will be shown that the method of UAV photogrammetry provides very precise results and is thus an economical alternative to ALS. Moreover, systematic errors between the derived DTMs are investigated. The analysis shows that it is very important to define a proper reference coordinate system for all involved surveying methods.