ifgicopter – Microcopter als Sensorplattform
            für Umweltmonitoring


                Matthes Rieke


   1. Wo? ...
Institut für Geoinformatik




●   Institut für Geoinformatik
     – Fachbereich der WWU Münster
     – Verschiedene Forsc...
swsl Arbeitsgruppe




●   sensor web, web-based geoprocessing &
    simulation lab
●   Arbeitsgruppe am ifgi
     – Enge ...
swsl Arbeitsgruppe



Team




 http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter   4
Motivation

●   Problematiken

    ●   Erstellung von Orthophotos von kleinen
        Untersuchungsgebieten
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Motivation

●   Ziele des Projekts
    1.Individuelles Erstellen von (IR-)Orthophotos
      kleiner Untersuchungsgebiete
 ...
Team und Arbeitsbereiche

●   Projekt-Team
    ●   fünf Diplomanden (Geoinformatik, Geographie,
        Landschaftsökologi...
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
      Untersuchungsgebie...
Kommunikation

●   Kommunikation in Echtzeit
    ●   Copter und ein Notebook verfügen über ein Wi.232
        Modul (HF be...
Szenario 1: Orthophoto-Befliegung

●   Erstes Szenario - Orthophoto-Befliegung
    ●   Planungsprogramm zur Erstellung ein...
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 ...
Szenario 1: Orthophoto-Befliegung

●   60%-Überlappung (Technik aus der
    Luftbildmethodik)




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Szenario 1: Orthophoto-Befliegung

●   Die Kamera: Panasonic LUMIX LX3 – UV+VIS+IR
    ●   Durch Halterung am Kopter insta...
Szenario 1: Orthophoto-Befliegung

●   Fotobeispiel (Infrarot-Falschfarbenkomposit)
    ●




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Szenario 1: Orthophoto-Befliegung

●   Canon IXUS 400 – nur IR
    ●   interner IR-Sperrfilter durch IR-Filter
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Szenario 2: Echtzeit-Datenerfassung

●   Zweites Szenario - Echtzeit-Erfassung
    klimarelevanter Messdaten
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Szenario 2: Echtzeit-Datenerfassung

●   Umsetzung durch eine generisches Zwei-
    Schichten-Framework
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Szenario 2: Echtzeit-Datenerfassung

●   Architektur




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Zukünftige Themengebiete

●   DGPS und Flugroutenplanung
    ●   Positionsbestimmung per DifferentialGPS
    ●   angestreb...
Zukünftige Themengebiete

●   Visualisierung
●   Weitere Sensoren
    ●   Feinstaub
    ●   LIDAR (Lasermessung)
    ●   G...
Videofootage

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




                 http://swsl.uni-muenster.de/research/i...
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
    Gibt es Fragen?

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




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Ifgicopter - Microcopter as a sensor platform for environmental monitoring

  1. 1. ifgicopter – Microcopter als Sensorplattform für Umweltmonitoring Matthes Rieke 1. Wo? Kongress, Duisburg, 16.06.2010 http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 1
  2. 2. Institut für Geoinformatik ● Institut für Geoinformatik – Fachbereich der WWU Münster – Verschiedene Forschungsbereiche ● Geostatistik ● Semantik ● Räumliche Kognition http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 2
  3. 3. swsl Arbeitsgruppe ● sensor web, web-based geoprocessing & simulation lab ● Arbeitsgruppe am ifgi – Enge Zusammenarbeit mit 52°North Initiative for Geospatial Open Source Software GmbH http://swsl.uni-muenster.de http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 3
  4. 4. swsl Arbeitsgruppe Team http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 4
  5. 5. 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 http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 5
  6. 6. 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 http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 6
  7. 7. 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 :-) http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 7
  8. 8. Das Flugmodell ● Grundlage ist Bausatz www.mikrokopter.de ● GPS-Modul bereits integriert http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 8
  9. 9. 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 http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 9
  10. 10. 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 http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 10
  11. 11. Szenario 1: Orthophoto-Befliegung ● Erstes Szenario - Orthophoto-Befliegung ● Planungsprogramm zur Erstellung eines Befliegungsplans http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 11
  12. 12. Szenario 1: Orthophoto-Befliegung ● Erstes Szenario - Orthophoto-Befliegung http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 12
  13. 13. 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 http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 13
  14. 14. Szenario 1: Orthophoto-Befliegung ● 60%-Überlappung (Technik aus der Luftbildmethodik) Quelle: Albertz, 1991 http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 14
  15. 15. 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 Quelle: http://www.digitalkamera.de http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 15
  16. 16. Szenario 1: Orthophoto-Befliegung ● Fotobeispiel (Infrarot-Falschfarbenkomposit) ● Quelle: http://www.maxmax.com http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 16
  17. 17. Szenario 1: Orthophoto-Befliegung ● Canon IXUS 400 – nur IR ● interner IR-Sperrfilter durch IR-Filter (720 nm) ersetzt Quelle: http://www.digitalkamera.de ● nur noch Aufnahmen im nahen Infrarot möglich http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 17
  18. 18. 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 http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 18
  19. 19. 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 http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 19
  20. 20. Szenario 2: Echtzeit-Datenerfassung ● Architektur http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 20
  21. 21. Zukünftige Themengebiete ● DGPS und Flugroutenplanung ● Positionsbestimmung per DifferentialGPS ● angestrebte 3D-Positionsgenauigkeit unter 1m ● Flugroutenplanung und automatische Flugsteuerung 3 DGPS - 2 Korrekturdaten 4 5 Start 1 http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 21
  22. 22. Zukünftige Themengebiete ● Visualisierung ● Weitere Sensoren ● Feinstaub ● LIDAR (Lasermessung) ● Gassensoren ● Digitale 3D-Geländemodelle ● Autonomes Fliegen (Sicherheit und Überwachung) http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 22
  23. 23. Videofootage ● Video eines ersten GPS-Flugs (ca. 2 Minuten) http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 23
  24. 24. Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Gibt es Fragen? ● Projektseite: swsl.uni-muenster.de/ifgicopter http://swsl.uni-muenster.de/research/ifgicopter 24
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