Drone-mittauksen tarkkuus ja sen kehittäminen kuitupuuvarastojen inventoinnissa

Abstract

UPM Kaukaan tehdasintegraatin kuitupuuvarastojen kokoa valvotaan kuukausittaisissa inventoinneissa. Inventoinnissa on otettu käyttöön fotogrammetriaan perustuva mittausmenetelmä, jossa varastoalueen kuitupuupinomuodostelmat ilmakuvataan kauko-ohjattavalla dronella. Käsittelemällä kuva-aineistoa mallinnusohjelmistossa pinoista saadaan mitattua pinojen kehystilavuus. Kertomalla kehystilavuus yleisellä pinokuutiokertoimella saadaan lopputulokseksi pinojen kiintotilavuus. Opinnäytetyössä tutkittiin fotogrammetrisen mittausmenetelmän tarkkuutta sekä kartoitettiin sen kehitystarpeita.

Drone-menetelmän on havaittu tuottavan todellista kiintokuutiomäärää suurempia arvioita pinojen tilavuuksista. Mittaustuloksen virheellisyyden epäillään johtuvan pinokuutiokertoimen epätarkkuudesta sekä pinojen väleihin jäävän tyhjän tilan vaikutuksesta. Opinnäytetyössä tutkittiin mittaustarkkuuteen vaikuttavia tekijöitä sekä käytiin läpi kehitysideoita tarkkuuden parantamiseksi. Tavoitteena oli muodostaa uusi kiintotilavuuden laskennassa käytettävä pinokuutiokerroin.

Tutkimus toteutettiin koejärjestelyin mittaamalla ennalta tunnettuja kuitupuueriä drone-menetelmällä. Kuitupinoja mitattiin erilaisissa pinomuodostelmissa, joissa tarkasteltiin pinovälien vaikutusta kehystilavuuteen. Drone-mittauksen tuloksia verrattiin paino-otantamenetelmän sekä perinteisen pinomittausmenetelmän tuottamiin tuloksiin. Drone-mittaus tuotti keskimäärin 9 % paino-otantamittausta pienemmän arvion koepinojen kiintotilavuudesta. Drone-menetelmä arvioi koepinojen kehystilauuden keskimäärin 20 % pinomittauksen arviota suuremmaksi.

Tuloksien tarkastelussa havaittiin, että fotogrammetrinen mittausmenetelmä kaipaa vielä kehitystyötä nykyisten rajoitteiden hiomiseksi. Merkittävin kehitystä kaipaava alue on paikannuksen tarkkuus. Drone-inventoinnissa päästään tarkempiin tuloksiin hyödyntämällä mittauksessa RTK-satelliittipaikannusta sekä maastotukipisteitä georeferoinnissa. Drone-menetelmän rajoitteista huolimatta se on todettu käyttökelpoiseksi menetelmäksi kuitupuuvarastojen inventoinnissa. Koemittausten rajallisen lukumäärän vuoksi tuloksista ei voida vetää perustavanlaatuisia johtopäätöksiä. Kiintotilavuuden laskennassa käytettävän yleistettävän pinokuutiokertoimen luominen edellyttää jatkotutkimuksia suuremmalla otoskoolla.

The Volume of pulpwood storages of UPM Kaukas mill are monitored in monthly inventories. UPM has implemented a new photogrammetry-based method for the inventory, where the pulpwood stack formations are captured in aerial photography using a remotely controlled drone. The images are processed in photogrammetry software and converted into point cloud from which the gross volume the pulp stacks can be measured. The net volume is calculated by multiplying the gross volume by a standard conversion factor. This thesis studies the accuracy of the photogrammetric method and its developmental needs.

It’s a known problem that the drone method tends to over-estimate the net volume of the pulpwood stacks. Reasons for this error is suspected to be caused by several factors: by using an inaccurate conversion factor when calculating the net volume and by the gaps between the pulpwood piles. This thesis explores the factors causing the measurement error and surveys the potential ways to improve the accuracy. One objective is to form a new conversion factor to be used in net volume calculation.

The research was conducted by measuring pre-selected pulpwood shipments using the drone method. Pulp stacks were measured in different stack formations to study the effects of the gaps between the stacks to the gross volume. Results of the drone-measurements were compared to results yielded by weight sampling and manual stack measuring methods. Drone method estimated the net volume of the pulp stacks an average of 9 % lower compared to the weight sampling method. The drone method yielded the gross volume of the pulp stacks an average of 20% higher than stack measurement method.

It was observed that the photogrammetric measuring method requires further development for patching out its defects. The most significant area in need of improvement is the accuracy of positioning. The accuracy of measurements can be increased by using RTK navigation system in positioning and ground control points in georeferencing. Despite its current limitations, the drone method has been found to be a serviceable method in the inventory of pulpwood stacks. Due to the limited number of measurement samples, no fundamental conclusions can be made based on the results of this study. Forming a standardized conversion factor for net volume calculation requires further studies with larger sample sizes.