Kansallinen maastotietokanta. KMTK Kuntien tuotantoprosessit: Selvitys RPASmenetelmistä

Samankaltaiset tiedostot
KANSALLINEN MAASTOTIETOKANTA-HANKE (KMTK) KMTK KUNTIEN TUOTANTOPROSESSIT: SELVITYS RPAS-MENETELMISTÄ

Miehittämättömän ilma-aluksen käyttö toimitustuotannon kartoitustyössä

Kansallinen maastotietokanta. KMTK Kuntien tuotantoprosessit: Selvitys mobiilikartoitusmenetelmistä

Laitetekniset vaatimukset ammattimaiselle dronetoiminnalle. Sakari Mäenpää

Kaupunkimallit

Kansallinen maastotietokanta. KMTK Kuntien tuotantoprosessit: Selvitys RPASlentotyötoiminnan

Lämpökamerakuvaus Terrafame Oy:n Sotkamon kaivosalueella

Dronit metsätiedon keruussa Uuden teknologian mahdollisuudet puunhankinnassa seminaari

Kokemuksia kauko-ohjattavien pienoiskopterien käytöstä turvetuotannossa. Hanne Mäenpää/Tarja Väyrynen

Kansallinen maastotietokanta. KMTK Kuntien tuotantoprosessit: Ohjeistus RPAS- ja MMS-menetelmien käyttöönotolle

Drone pilottikoulu

UAV-kopteri Jyväskylän kaupunkiympäristössä. Juha Kantanen Jyväskylän kaupunki

Taustaa. Opinnäytetyön materiaali kesältä 2017 Mustialan opetusmaatilalta Materiaalit on myös viety internettiin. Hämeen ammattikorkeakoulu

Kansallinen maastotietokanta. KMTK Kuntien tuotantoprosessit: Loppuraportti

KANSALLINEN MAASTOTIETO- KANTA-HANKE (KMTK)

LOCATION BUSINESS FORUM 2018

MIEHITTÄMÄTTÖMÄN ILMA-ALUKSEN JA LENNOKIN LENNÄTTÄMINEN

UAV-MEMO Unmanned Aerial Vehicles in Mineral Exploration and Mining Operations in the Arctic Areas of Finland

Hyperspektrikuvaamisen uusia sovellusalueita maatalouden, ympäristöalan ja rakennusalan tarpeisiin

Miehittämättömän lennokin ottamien ilmakuvien käyttö energiakäyttöön soveltuvien biomassojen määrän nopeassa arvioinnissa

Miehittämätön ilmailu

Kansallinen maastotietokanta. KMTK Kuntien tuotantoprosessit: Selvitys MMStuotantoprosessista

Palopaikan dokumentointi. vrk. Tuomas Teräväinen

Miehittämättömän ilmailun sääntely Suomessa ja maailmalla

KMTK Kuntien tuotantoprosessit: Selvitys RPAS- ja MMS-menetelmien ja kuntien nykyisten tuotantoprosessien kustannuksista

Puhelintukiasema-antennin säteilykuvion mittaus multikopterilla (Valmiin työn esittely)

Voimassa: toistaiseksi

KAUKO-OHJATUT ILMA-ALUKSET LUONNONVARA-ALALLA

ja ilmakuvauksen hankinta

Lentorobotit sähköverkon tarkastuksissa

Matterport vai GeoSLAM? Juliane Jokinen ja Sakari Mäenpää

Ilmailujohtajan esikunta. Vastuullinen liikenne. Rohkeasti yhdessä.

Tarkkuuden hallinta mittausprosessissa

RPAS viranomaissääntely Suomessa

LASERKEILAUKSEEN PERUSTUVA 3D-TIEDONKERUU MONIPUOLISIA RATKAISUJA KÄYTÄNNÖN TARPEISIIN

Kansallinen maastotietokanta. KMTK Kuntien tuotantoprosessit: Selvitys kuntien kantakartan ylläpidon nykyisestä tuotantoprosessista

KAUKO-OHJATUN ILMA-ALUKSEN JA LENNOKIN KÄYTTÄMINEN ILMAILUUN

Tehoa metsätalouteen droneilla Tekes Vastuullinen liikenne. Rohkeasti yhdessä.

Luento 10: Optinen 3-D mittaus ja laserkeilaus

Miehittämätön ilmailu

Luento 5: Stereoskooppinen mittaaminen

SPS ZOOM D Laserkeilain

Voimassa: toistaiseksi

Mobiilikartoitusdatan prosessointi ja hyödyntäminen

UAV:N AVULLA TUOTETUN FOTOGRAMMETRISEN PIS- TEPILVEN VERTAILU JA KÄYTETTÄVYYS

Magneettiset testimittaukset miehittämättömällä lentolaitteella (UAV) Rovaniemellä

Camflight x8:n RPAS-ilmakuvaus väylämäisessä

ihmiset etusijalle! SANO asettaa Akkutoimiset porraskiipijät

Tuulivoima-alueiden havainnollistamisprojekti

Julkinen Mobiililaserkeilaukset rataverkolla

Esittelyssä AutoDome Easy Täydellinen keskikokoisiin kohteisiin

F3A SPORT-OHJELMA 2008

Malminetsintä, UAV:t ja virtuaalitodellisuus

Voimassa: toistaiseksi

Maa Fotogrammetrian, kuvatulkinnan ja kaukokartoituksen seminaari Liikennejärjestelmien kuvaaminen laserkeilauksen avulla

LIIKKUVAT LAITEALUSTAT (LILA)

MIEHITTÄMÄTTÖMIEN LENTOJÄRJESTELMIEN (UAS) SOVELTUMINEN MASSALASKENTAAN

AquaPro IP 54. Laser 635 nm. auto man man DE 02 GB 09 NL 16 DK 23 FR 30 ES 37 IT 44 PL 51 FI 58 PT 65 SE 72 NO 79 TR 86 RU 93 UA 100 CZ 107 EE 114

Voimassa: toistaiseksi

Lentotekniikan perusteet

1. Hankinnan tausta ja tarkoitus

TIES530 TIES530. Moniprosessorijärjestelmät. Moniprosessorijärjestelmät. Miksi moniprosessorijärjestelmä?

Säilörehunurmen sadon määrän kaukokartoitus

Luento 7: Fotogrammetrinen mittausprosessi

Mäntsälän Ilmailukerho. Ks. yllä.

HE 79/2014 vp Hallituksen esitys eduskunnalle ilmailulain muuttamiseksi - Sisällön tarkastelua lennokkitoiminnan näkökulmasta -

Täydennyskoulutus Hermanni Lehtomäki

Trimnet Plus -palvelut

UAV-kuvauksella tuotetun fotogrammetrisen aineiston käyttö puustotulkinnassa

EKOkeS. Energiahävikkien Kartoituslaitteiston ja Osaamisen kehittäminen energiatehokkaan Satakunnan tarpeisiin ( ) Satakunnassa

Ilmailu / RPAS. Sääntelyn sidosryhmäinfo. Jukka Hannola Johtava asiantuntija Ilmailujohtajan esikunta Helsinki

Lennokkikartoitus on menetelmä, joka. Lennokkikuvauksen hyödyntämisestä turvetuotantoalueen kartoituksessa. Ilmakuvaus lennokilla

Malleja ja menetelmiä geometriseen tietokonenäköön

KAATIKSEN KENTTÄALUEEN SÄÄNNÖT ILMATILAN KÄYTÖSTÄ

Teledyne Optech Titan -monikanavalaser ja sen sovellusmahdollisuudet

UAV-LENNOKIN HYODYNNETTÄVYYS ILMAKUVAKARTAN TEOSSA

SAATAVILLA OLEVAT UAV- JA UAS-JÄRJESTELMÄT

Rautatiekasvillisuudenhallinta laserkeilauksen avulla

Miehittämättömien ilma-alusten käyttö häiriöselvityksissä

Miehittämätöntä ilmailua koskeva lainsäädäntöhanke. lainsäädäntöjohtaja Hanna Nordström työryhmän puheenjohtaja Kuulemistilaisuus 2.10.

Maanmittauslaitoksen ilmakuva- ja laserkeilausaineistot ktjkii-päivä

Kansallinen maastotietokanta 3D-kaupunkimallit

Miehittämättömät ilma-alukset vakuutusalan näkökulma. RPAS-seminaari

FlyMarker PRO merkintälaite. Mark like a Professional

Tiedonkeruun miljoonat pisteet

Kauko-ohjattavien ilma-alusten käyttömahdollisuuksista metsätaloudessa

NEX-3/NEX-5/NEX-5C A-DRJ (1) 2010 Sony Corporation

Luento 6: 3-D koordinaatit

Maa Fotogrammetrian perusteet

FOTOGRAMMETRINEN PISTETIHENNYS

Drone-kuvausten käyttökelpoisuudesta metsäkeskuksen toiminnassa Maaseutu 2.0 loppuseminaari

Laserkeilauksen ja kuvauksen tilaaminen

Antti Yli-Panula. UAV-ilmakuvaus ja sen hyödyntäminen lunastustoimituksissa

HANKKEEN ALKUAJATUS. Kuinka tilannekuvaa voitaisiin kartoittaa monipuolisemmin ja nopeammin?

EEDI -hanke ja laivamittauskampanja

JOHDATUS TEKOÄLYYN TEEMU ROOS

Suuriformaattiset digitaaliset ilmakuvakamerat

Fotogrammetrian termistöä

Janne Hirvonen. Rakennuksen vesikaton mittaus multikopterikuvausta käyttäen

LIITE 1(5) TYÖOHJELMA NUMEERISEN KAAVAN POHJAKARTAN LAATIMINEN. 1. Tehtävän yleismäärittely

Transkriptio:

Kansallinen maastotietokanta KMTK Kuntien tuotantoprosessit: Selvitys RPASmenetelmistä

Projektin selvitys 1 Sisältö 1 JOHDANTO... 2 1.1 LYHENTEISTÄ JA TERMEISTÄ... 2 2 YLEISTÄ RPAS-JÄRJESTELMISTÄ... 2 2.1 RPAS-JÄRJESTELMÄN OSAT... 2 3 KAUKO-OHJATTAVAT ILMA-ALUSTYYPIT... 4 3.1 MULTIKOPTERI... 4 3.2 KIINTEÄSIIPINEN... 5 4 HYÖTYKUORMA... 6 4.1 NÄKYVÄN VALON KAMERAT... 6 4.1.1 Action -kamerat... 6 4.1.2 Pokkarikamerat... 6 4.1.3 Järjestelmäkamerat... 6 4.1.4 Huomioitavaa kameroista... 7 4.2 MUU HYÖTYKUORMA... 9 5 LENTOMENETELMÄT... 9 5.1 ERILAISET KUVAUSMENETELMÄT... 9 5.2 TYYPILLISIÄ ILMAKUVAUSKUVIOITA... 10 5.3 RPAS-KARTOITUKSEN RAJOITTEISTA... 12 6 LÄHTEET...12 1

Projektin selvitys 2 1 Johdanto Tämä selvitys on Kansallinen Maastotietokanta-hankkeen (KMTK) KMTK-Kuntien tuotantoprosessitprojektin selvitys erilaisista miehittämättömistä ilma-aluksista ja niissä käytetyistä mittalaitteista ja menetelmistä. Selvitykseen on pyritty tiivistämään lyhyesti oleelliset asiat, jotka on syytä ottaa huomioon erityisesti kartoitustoiminnassa. Tässä selvityksessä keskitytään esittelemään miehittämätön ilma-alusjärjestelmä ja siihen kuuluvat osat, sekä miehittämättömillä ilma-aluksilla suoritettavassa kartoituksessa käytetyt menetelmät yleisellä tasolla. Tarkempi kuvaus mittausaineiston prosessoinnista, lopputuotteiden muodostamisesta ja tuotantoprosessista esitetään myöhemmissä selvityksissä. Kommentit ja kyselyt selvitykseen liittyen KMTK-Kuntien tuotantoprosessit-projektin projektipäällikölle: Olli Nevalainen (olli.nevalainen@maanmittauslaitos.fi) 1.1 Lyhenteistä ja termeistä Miehittämättömistä ilma-aluksista käytetään yleisesti monia eri termejä ja lyhenteitä, kuten UAV (Unmanned Aerial Vehicle), UAS (Unmanned Aerial System), RPAS (Remotely Piloted Aircraft System) tai drone. Eri termeillä tarkoitetaan usein samaa asiaa, mutta niillä on myös käsitteellisiä eroja: Lyhenne UAV viittaa pelkästään itse lentävään laitteeseen Lyhenteellä UAS viitataan itse lentävän laitteen lisäksi myös muuhun mukana olevaan laitteistoon kuten mahdolliseen maa-asemaan ja hyötykuormaan, kuten kameroihin. Lyhenne RPAS täsmentää, että miehittämätöntä ilma-alusta ohjaa pilotti eli kyseessä on kaukoohjattu ilma-alus, eikä kyseessä ole esimerkiksi autonominen miehittämätön ilma-alus. Tässä selvityksessä käytetään termiä RPAS, sillä nykyinen toiminta, etenkin kartoituksessa taajama-alueilla, täytyy tapahtua kauko-ohjaajan toimesta. Lisäksi tässä selvityksessä käytetään termiä miehittämätön tai kauko-ohjattava ilma-alus, sillä Liikenteen turvallisuusviraston (Trafi) määräyksessä kauko-ohjattu ilma-alus on määritelty ammatilliseen toimintaan käytettynä RPAS-järjestelmänä, kun taas kauko-ohjattava lennokki on harrastetoiminnasta käytetty termi RPAS-järjestelmälle. Kyseessä voi siis olla sama laite, mutta eri termiä käytetään eri käyttötarkoituksissa 2 Yleistä RPAS-järjestelmistä RPAS-järjestelmät ovat viime vuosina yleistyneet huimaa vauhtia ammatillisessa ja harrastelukäytössä. RPASjärjestelmien hinnat ovat nykyään sillä tasolla, että niiden hyödyntäminen eri sovelluksissa, kuten kartoitustoiminnassa, alkaa olla kustannustehokasta. RPAS-järjestelmien yleistyessä myös saatavilla olevien ohjelmistojen tarjonta on parantunut, joten RPASilmakuvausten suunnittelu, sekä lopputuotteiden, kuten ortokuvien ja pintamallien, valmistaminen onnistuu nykyään melko automaattisesti. 2.1 RPAS-järjestelmän osat RPAS-järjestelmä koostuu ilma-aluksesta, hyötykuormasta, kauko-ohjaajasta ja maa-asemasta. Maa-asema koostuu kauko-ohjaimesta, jolla voidaan ohjata ilma-alusta ja lähettää sille komentoja. Lisäksi maa-asemaan usein sisältyy tietokone, johon ilma-aluksesta lähetetään ajantasaista tietoa ilma-aluksen toiminnasta ja liikkeistä eli telemetriaa (mm. nopeus, sijainti, suunta). Maa-asema ja pilotti ovat jatkuvassa kaksisuuntaisessa yhteydessä lentolaitteeseen Itse ilma-alus koostuu useasta eri komponenteista, joita ovat: 2

Projektin selvitys 3 Runko Roottorit Autopilotti Paikannusjärjestelmä (GNSS) Inertiajärjestelmä, joka mittaa ilma-aluksen asentoa (IMU, Inertial Measurement Unit) Radiolähettimet, maa-aseman kanssa kommunikointiin Akku tai polttomoottori Hyötykuorma, esim. kamera Teline hyötykuorman kiinnittämiseen (mahdollisesti käännettävä teline kameran kallistamista varten) Kuva 1 RPAS-järjestelmä koostuu ilma-aluksesta, hyötykuormasta, kauko-ohjaajasta ja maa-asemasta. Lähde: http://aggieair.usu.edu/aggieair. Lisäksi ilmakuvapohjaista kartoitusta varten tarvittavia kalustoja ovat: Maastotukipisteet ja mahdollisesti niiden näkyvöittäminen ilmakuvasignaalein Maastotukipisteiden sijainnin määrittämistä varten GNSS-laitteisto Radio- tai matkapuhelimet kauko-ohjaajan ja tähystäjän yhteydenpitoon RPAS-toimintaan kuuluu myös tietokoneohjelmistot, joita tarvitaan lennon monitorointiin ja suunnitteluun ja aineiston prosessointiin. Lennon suunnitteluun tarkoitetut ohjelmistot mahdollistavat lentokuvion, -ajan ja -nopeuden määrittämisen, sekä kuvanottopaikkojen ja kuvauspeittojen suunnittelun kuvattavalle alueelle. Ilmakuvausaineiston prosessointia varten on olemassa useita fotogrammetrisia ohjelmistoja. Nämä ohjelmistot ovat nykyään melko automaattisia ja käyttäjän tehtäväksi jää usein maastotukipisteiden osoittaminen kuvilta ja blokkitasoituksen ja lopputuotteiden laadun varmistaminen. Muuten laskenta ja 3

Projektin selvitys 4 lopputuotteiden muodostus, kuten pistepilvien, ortokuvien ja pintamallien, onnistuu suoraviivaisesti, jos vain aineisto on kunnossa. 3 Kauko-ohjattavat ilma-alustyypit Miehittämättömiä ilma-aluksia on monia erilaisia. Ne eroavat pääasiassa toimintaperiaatteen ja koon mukaan. Erityyppisillä ilma-aluksilla on omat hyvät ja huonot puolensa ja käytettävä ilma-alus valitaankin sen sovelluskohteen mukaan. Toimintaperiaatteeltaan ilma-alukset voivat olla mm. kiinteäsiipisiä, helikoptereita, multikoptereita, palloja, tai ilmalaivoja. Seuraavassa on lyhyesti esitelty käytetyimpiä ilma-alustyyppejä ja niiden ominaisuuksia. 3.1 Multikopteri Multikopterien toiminta perustuu kopterissa oleviin useampaan nostavan tai laskevan voiman muodostavaan roottoriin, joiden pyörimisnopeuksia ja -suuntia muuttamalla kopteri saadaan kääntymään ja kallistumaan haluttuun suuntaan. Yleisimpien multikopterien roottorien lukumäärä vaihtelee kolmesta kahdeksaan roottoriin. Ominaisuudet: Multi- ja helikoptereilla on mahdollista lentää hitaasti, minkä ansiosta voidaan kasvattaa ilmakuvauksen kuvapeittoja ja täten parantaa kuvien välisten vastinpisteiden löytämistä ja kameran orientointitietojen määrittämistä, mikä parantaa laskettavan pistepilven ja pintamallin tarkkuutta. Toisaalta kyseisillä ilma-aluksilla ei ole mahdollista lentää yhtä nopeasti kuin kiinteäsiipisillä ilmaaluksilla. Multi- ja helikoptereilla on myös mahdollista suorittaa lentoon lähtö ja lasku hyvinkin ahtaissa paikoissa, sillä niillä pystytään nousemaan ja laskeutumaan suoraan ylös ja alas. Soveltuvuus: Multi- ja helikopterit soveltuvat hyvin tapauksiin, jossa kaivataan suurta maastoresoluutiota ja kuvapeittoa Kuva 2 Esimerkki multikopterista. Kuva: Olli Nevalainen 4

Projektin selvitys 5 3.2 Kiinteäsiipinen Kiinteäsiipisten ilma-alusten toiminta perustuu samoihin periaatteisiin kuin perinteisten miehitettyjen lentokoneidenkin. Ilma-alukseen saadaan noste siivillä ja roottorilla, joka muodostaa työntävän tai vetävän voiman. Ominaisuuksia: Kiinteäsiipisillä ilma-aluksilla voidaan lentää nopeasti, minkä vuoksi niillä voidaan kattaa yhdellä lennolla laajempia alueita kuin multikoptereilla. Nopea lentonopeus aiheuttaa kuvapeittojen pienentymisen. Kiinteäsiipiset tarvitset yleensä lentoonlähtöä varten kiitoradan tai esimerkiksi katapultin, mistä johtuen ne tarvitsevat nousuja ja laskuja varten laajemmat alueet kuin multikopterit. Soveltuvuus: Kiinteäsiipiset ilma-alukset sopivat hyvin kartoituksiin, jossa kartoitettava alue on laaja Kuva 3 Esimerkki kiinteäsiipisestä kauko-ohjattavasta ilma-aluksesta. Lähde: http://uas.trimble.com/ux5. Miehittämättömiä ilma-aluksia on myös paljon eri kokoluokissa. Suuremmilla ilma-aluksilla pystytään lentämään pitkiä matkoja ja kattamaan laajoja alueita, mutta ne vaativat käytännössä erikoislupia ja ilmatilavarauksia, mistä syystä ne eivät sovellu kartoitustoimintaan asutuilla alueilla. Ne ovat myös hinnaltaan huomattavasti kalliimpia. Suuria miehittämättömiä ilma-aluksia esiintyy pääasiassa sotateollisuudessa. 5

Projektin selvitys 6 4 Hyötykuorma Miehittämättömiin ilma-aluksiin voidaan kiinnittää monia erilaisia sensoreita. Näistä tyypillisin ja oleellisin kartoitustoiminnalle on näkyvän valon kamera. Koska kameraa käytetään kartoitukseen, jossa mittaustarkkuus ja -luotettavuus ovat tärkeitä, täytyy kameran ominaisuuksiin, kuten valovoimaan, kalibroitavuuteen ja sen stabiiliuteen, kiinnittää hyvin huolta. Muita mahdollisia kartoitukseen soveltuvia hyöytykuormia ovat laserkeilaimet ja erikoiskamerat, kuten lämpökamerat tai multi- tai hyperspektraaliset kamerat. 4.1 Näkyvän valon kamerat Erityyppisillä kameroilla on omat hyödyt ja heikkoutensa, jotka on syytä huomioida kartoituskuvauksia tehtäessä, sille ne oleellisesti vaikuttavat aineiston tarkkuuteen ja laatuun. Seuraavassa on esitelty lyhyesti tyypilliset kameratyypit, joita voidaan käyttää RPAS-ilmakuvauksessa. 4.1.1 Action -kamerat Kalansilmäoptiikalla varustettu hyvin kevyt kamera valo- tai videokuvaukseen. Hyvin pieni fyysinen pikseli- ja sensorikoko. Hyödyt: Kevyt ja edullinen ratkaisu Heikkoudet: Kameran ja kuvien heikko laatu Suuri maastopikselikoko jo matalilla lentokorkeuksilla Perspektiivivääristymät Kalansilmäobjektiivin haasteet, etenkin kameran kalibroinnissa 4.1.2 Pokkarikamerat Yleensä kiinteä tai zoom-objektiivi, joka vetäytyy kameran sisään. Pikselikoko vaihtelee hyvin pienestä kohtalaisen isoon. Hyödyt: Kevyt Kohtalaisen kokoinen pikseli Heikkoudet: Sammutuksen yhteydessä vetäytyvä optiikka aiheuttaa usein kalibroinnin muutoksia, mikä huonontaa mittaustarkkuutta ja -luotettavuutta 4.1.3 Järjestelmäkamerat Suurella pikselin koolla ja kennolla varusteltu kamera, jossa erillinen vaihdettava objektiivi. 6

Projektin selvitys 7 Hyödyt: Hyvä kuvan laatu Vaihdettava optiikka, jolloin voidaan valita tilanteeseen sopiva objektiivi Antialiasoimaton kenno, mistä syystä yksityiskohdat tulevat paremmin esille Hyvä kennon dynamiikka Heikkoudet: Kamera on painava Optiikan irrotus ja kiinnitys muuttavat kameran kalibrointia (sisäistä orientointia) 4.1.4 Huomioitavaa kameroista Etenkin kuluttaja kameroiden suhteen on syytä huomioida joitain ominaisuuksia, joista saattaa olla haittaa lopputuotteiden laatuun. Kameran sulkimen toimintaperiaate Kameroiden suljin on joko rolling shutter tai global shutter -tyyppinen. Jos koko kenno valotetaan samanaikaisesti, niin kysessä on global shutter -tyyppinen suljin. Jos vain osa kennosta valotetaan kerrallaan, kyseessä on rolling shutter -suljin. Tästä johtuen liikkeessä kuvatessa rolling shutter -tyypinen kamera ei valota kuvaa yhdessä pisteessä, vaan kameran projektiokeskuksen paikka muuttuu kuvauksen hetkellä, mikä aiheuttaa kuviin vääristymiä. Esimerkkejä vääristymistä on Kuva 4. Rolling shutter -suljin on hyvin yleinen kuluttajakameroissa, sillä se on halvempi ja helpompi valmistaa. Suljintyypillä on erityisesti merkitystä kun lennetään matalalla ja nopealla vauhdilla. Rolling-shutter sulkimen aiheuttamia vääristymiä on myös mahdollista kompensoida matemaattisella kuvakorjauksella. Kuva 4 Esimerkki "rolling shutter"-tyyppisen sulkimen aiheuttamista vääristymistä liikkuvalle kohteelle. 7

Projektin selvitys 8 Bayer matriisi Bayer-matriisi on yleisesti kuluttajakameroissa käytetty kameran kennon edessä oleva suodin, joka mahdollistaa värien erottelun. Suotimen takia värikanavien resoluutio on ½ tai ¼ kennon resoluutiosta. Bayer-matriisista johtuen harmaat kohteet ovat terävämpiä kuin värilliset. Kuva 5 Bayer-matriisi. Lähde: Wikipedia. Antialisointi Antialiasointisuodinta käytetään kameroissa pehmentämään kuvaa miellyttävämmäksi katsoa. Suodin vähentää Moiré-kuviota. Antialiasointisuodin on kuluttajakameroissa todella yleinen ja on yleensä kamerassa, jos sen puuttumista ei erikseen mainita. Mittauskameroissa kyseinen suodin ei ole hyödyllinen sillä se aiheuttaa resoluution heikkenemisen. Kuva 6 Esimerkki antialiasoinnin vaikutuksesta kuvaan. Lähde: www.filterforge.com. 8

Projektin selvitys 9 4.2 Muu hyötykuorma Laserkeilaimet Pieniä laserkeilaimia, joita voidaan kiinnittää kauko-ohjattaviin ilma-aluksiin, on jo olemassa ja niitä luultavasti tulee saataville useampia tulevaisuudessa sensorien pienentyessä. Tällä hetkellä niiden käyttämisen suurin rajoitus on niiden paino. Laserkeilainten etuna on etenkin parempi läpäisykyky mm. kasvillisuuden läpi, josta on hyötyä puustoisilla alueilla, sekä riippumattomuus auringon valosta ja muuttuvista valaistusolosuhteista. Spektrikamerat Multi- ja hyperspektraalisilla kameroilla voidaan kuvata näkyvän valon ulkopuolella, kuten lähi-infrapunaalueella, mikä voi mahdollistaa erilaisten kohteiden paremman luokittelun, kuten rakennusten ja kasvillisuuden. Myös tällaisia spektrikameroita on jo kaupallisesti saatavilla, mutta ne ovat usein kalliita tai niiden massa rajoittaa niiden käytettävyyttä RPAS-kuvauksessa. Lämpökamerat Lämpökamerat soveltuvat parhaiten kasvillisuuteen liittyvissä mittauksissa tai esimerkiksi rakennusten lämpövuotojen havaitsemiseen. Itse karttatuotantoon ne eivät erityisen hyvin sovellu. 5 Lentomenetelmät Käytännössä RPAS-ilmakuvaus on periaatteiltaan lähes samanlaista kuin miehitetyillä ilma-aluksilla tehtävä kartoitus ilmasta. Kauko-ohjattava ilma-aluksen lento-ominaisuudet, kuten hitaasti ja matalalla lentäminen, ja kuvausgeometria (saman kohteen kuvaaminen useasta eri suunnasta), joka vastaa paljon lähifotogrammetriaa, mahdollistavat maastoresoluutioltaan tarkemman kolmiulotteisen tiedon tuottamisen. Toisaalta RPAS-toiminnalla ei voida kattaa pinta-alaltaan yhtä laajoja alueita kuin perinteisellä miehitetystä lentokoneesta tehtävällä ilmakuvauksella. Perinteisestä stereokuvauksesta, jossa syvyysulottuvuus saadaan kahdelta kuvalta, RPAS-toiminnassa on siirrytty lähemmäs monistereokuvausta, jossa suurilla kuvapeitoilla samat maaston kohteet nähdään usealta eri kuvalta ja kuvaussuunnasta. Tämä ja tietokoneiden laskentateho ovat mahdollistaneet usealta kuvalta nähtävien kohteiden automaattiset tunnistusmenetelmät ja tuhansien vastinpisteiden tunnistamisen kuvilta ja niiden 3D-sijainnin määrittämisen fotogrammetrisin keinoin. Nämä tuhannet tai miljoonat vastinpisteet muodostavat kohteesta kolmiulotteisen pistepilven. RPAS-toiminta mahdollistaa monenlaisia ilmakuvausmenetelmiä ja lentokuvioita. Lentomenetelmän ja - kuvion valinta riippuu aina kuvattavasta kohteesta ja käytössä olevasta ilma-aluksesta. Huomioitavaa on esimerkiksi se, että kiinteäsiipinen ilma-alus tarvitsee laajemmat kääntymissäteet, eikä sillä pysty nousemaan suoraan ylös. Ilmakuvauskuviot täytyy aina suunnitella kartoitettavan kohteen ja mittaustavoitteiden mukaan, mutta seuraavassa on esitelty joitain yleisiä RPAS-ilmakuvauksessa käytettyjä ilmakuvausmenetelmiä. Kuvaussuunnitelma tehdään etukäteen yleensä autopilotin omalla ohjelmistolla. Suunnitelmaan merkitään halutut lentolinjat reittipisteiden avulla. Kuvaussuunnitelma laaditaan määriteltyjen lopputuotteiden ja niiden haluttujen tarkkuuksien perusteella. Lopputuotteiden tarkkuuksiin vaikuttavat kuvanottoväli, lentonopeus ja -korkeus, sekä käytettävän kameran ominaisuudet, kuten kameran polttoväli ja sensorikoko. 5.1 Erilaiset kuvausmenetelmät 9

Projektin selvitys 10 Pystykuvaus Perinteisessä pystykuvauksessa kohdetta kuvataan ylhäältä päin (nadiirista) kameran ollessa kohtisuoraan alaspäin lentosuuntaan nähden. Pystykuvaus on käytetyin ja toimivin kuvaustapa kaikkeen kartoitukseen. Viistokuvaus Viistokuvauksessa kameraa kallistetaan viistoon, jolloin maastoa ei kuvata suoraan ylhäältä päin, vaan hieman sivulta viistosta. Kameraa kallistetaan käännettävän telineen avulla. Viistokuvaus soveltuu erityisesti 3D-rakennusmallien tekemiseen, sillä rakennusten julkisivut saadaan paremmin kuviin. Tällöin pystytään mittauspisteiden lisäksi saamaan kuvat rakennusten julkisivujen tekstuureista, joita voidaan hyödyntää 3Dmallien visualisoinneissa. 5.2 Tyypillisiä ilmakuvauskuvioita Perinteinen ilmakuvauskuvio Sopii hyvin tasaiselle maastolle. Jos alueella on huomattavat korkeuserot, eri lentolinjat voidaan lentää eri korkeuksilla. Tavallisesti 80 % pystypeitolla ja 60% sivupeitolla, mutta haastavammalle maastolle suositellaan suurempia peittoja. (Grenzdörffer & Cramer, 2016) Kuva 7 Perinteinen ilmakuvauskuvio. Lähde: Grenzdörffer & Cramer, 2016. Perinteinen ilmakuvauskuvio poikittaisilla linjoilla: Perinteisiin ilmakuvauskuvioon kannattaa tarvittaessa lisätä poikittaisia lentolinjoja, jos kyseessä on erityisen haastava maasto, jossa on mahdollisesti paljon katveita. Esimerkiksi rakennetuilla alueilla rakennusten aiheuttamia katveita voidaan vähentää. Haastavilla alueilla useamman lentokuvion lentäminen eri maastoresoluutiolla saattaa parantaa aineiston täydellisyyttä. Samaan lentokuvioon on myös mahdollista sisällyttää sekä pysty- että viistokuvausta, joka voi olla hyödyllistä kaupunkialueilla. (Grenzdörffer & Cramer, 2016) 10

Projektin selvitys 11 Kuva 8 Perinteinen ilmakuvauskuvio poikittaisilla linjoilla. Lähde: Grenzdörffer & Cramer, 2016. Käytäväkuvio Tällainen kuvio sopii erityisesti esimerkiksi teille ja joille. Tavallisesti 80 % pystypeitolla ja 60% sivupeitolla. Suositellaan minimissään kolmea lentolinjaa, jotta ongelmia lopputuotteiden korkeuden deformaatiossa ja itsekalibroinnissa pystytään välttämään. (Grenzdörffer & Cramer, 2016) Kuva 9 Käytäväkuvio. Lähde: Grenzdörffer & Cramer, 2016 Kohteiden kiertäminen ja viistokuvaus Tällainen kuvio soveltuu tapauksiin, joissa kartoitettavana kohteena on esimerkiksi yksi rakennus, josta halutaan saada kattava 3D-malli. Lentokuviossa kohdetta kuvataan viistokuvaamalla eri suunnista ja kiertämällä kohdetta eri korkeuksilla. Lisäksi voidaan ottaa kuvia pystykuvauksella kohteen yläpuolelta. 11

Projektin selvitys 12 Maksimikuvauskulman muutos kuvien välillä on noin 10 astetta. (Grenzdörffer & Cramer, 2016) Kuva 10 Kohteiden kiertäminen ja viistokuvaus. Lähde: Grenzdörffer & Cramer, 2016 5.3 RPAS-kartoituksen rajoitteista Miehittämättömien ilma-alusten toimintasädettä ja kartoitettavien alueiden laajuutta rajoittavat lentoaika sekä turvallisuusmääräykset. Sähkökäyttöisten ilma-aluksen lentoaika määräytyy akkujen kapasiteetin mukaan. Suuremman kapasiteetin akut tai akkujen lisääminen kasvattavat ilma-aluksen lentoon lähtömassaa, joka taas lisää sähkön kulutusta sekä mahdollisesti tekee ilma-aluksesta liian painavan lentoon nousemiseksi. Tästä syystä akkukapasiteetin lisäämisellä ei voida suoraan kasvattaa lentoaikoja. Akkuteknologia kehittyy jatkuvasti, mistä johtuen lentoajat tulevat tulevaisuudessa todennäköisesti kasvamaan. Lisäksi Trafin turvamääräykset asettavat rajoja sallitulle lentoonlähtömassalle ja vaativat jatkuvan näköyhteyden ilma-alukseen. 6 Lähteet Grenzdörffer Görres & Cramer Michael, 2016, RPAS in Land Survey, EuroSDR (European Spatial Data Research) Eduserv 14 course material. 12