Edullinen UA-laite tilavuusmittauksessa

Abstract

Ammattimaisten miehittämättömien ilma-alusten eli UA-laitteiden (Unmanned Aircraft) ohella markkinoilla on paljon valo- ja videokuvaukseen tarkoitettuja edullisia laitteita, joita voidaan soveltaa myös maanmittaukseen. Tämän työn tarkoitus on selvittää edullisen, harrastajakäyttöön tarkoitetun miehittämättömän ilma-aluksen soveltuvuutta tilavuusmittaukseen.

Tutkimuslaitteena oli DJI Phantom 4 -nelikopteri, jolla suoritettiin ilmakuvaus kohdealueilta. Valokuva-aineisto käsiteltiin Agisoft PhotoScan -ohjelmalla. Vertailuaineistona käytettiin maalaserkeilaimella mitattua aineistoa. Fotogrammetrialla tuotettuja maastomalleja vertailtiin referenssiaineistoon arvioimalla malleista tehtyjä poikkileikkauksia sekä vertaamalla aineistoista laskettujen tilavuuksien eroja. Harrastajakäyttöön suunnitellun laitteiston soveltuvuutta ammattimaiseen työhön arvioitiin laitteen toiminnallisten rajoitteiden perusteella. Tutkimuskohteina oli sekä muodoiltaan loivapiirteisiä maa- ja kiviainesvarastoja että jyrkkämuotoinen louhosalue.

Tutkimuksen perusteella edullinen nelikopteri ja sen integroitu kamera voivat tuottaa hyvissä olosuhteissa riittävän tarkkaa valokuva-aineistoa fotogrammetriseen mittaukseen ja tilavuuslaskentaan. Jyrkkien, ylitsekaatuvien louhosseinien mallintamisen laatu paranee, kun kohtisuoraan alaspäin kuvattua aineistoa täydennetään kuvauksella seinämää kohti. Edullisten laitteiden puutteellinen suojaus vedeltä ja pölyltä sekä talviolosuhteisiin soveltumattomat käyttölämpötilasuositukset rajoittavat niiden käyttöä ammattimaisessa toiminnassa.

The purpose of this theses was to study the usability of nonprofessional, low-cost unmanned aircraft in volume calculation surveys. The focus was on the accuracy of the point cloud and the digital elevation model created from aerial photographs. Apart from the accuracy of the model production usability of the device as a survey instrument in general was also evaluated.

The aerial surveys were done by DJI Phantom 4 quadcopter. The aerial photographs were processed and the photogrammetric point clouds were created with The Agisoft PhotoScan software. The reference material was surveyed with ground laser scanning. The survey data was collected in two separate areas. The first area included several soil and rock material stock piles and the other object was an excavation of rock material. The accuracy was evaluated by comparing the calculated volumes between the different models and analysing the cross-sections of the models.

The results proved that with a low-cost UA devices it is possible to produce valid survey data for volume calculations. With low-cost devices there are some significant limitations related to the incomplete ingress protection. This reduces usability of these equipment in some weather conditions. Hence they are more or less supplementary devices beside the conventional land survey equipment.

Key words photogrammetry, UA, quadcopter, volume calculation