RYM PRE InfraFINBIM, Pilottipäivä nro 5, 3.10.2012 VTT, Vuorimiehentie 3, Espoo Radanrakentamisen 3D-lähtötietomallin mittaus (Case Jorvas, UAS) Rauno Heikkilä, Oulun yliopisto
Tausta 3D-lähtötietojen tarve rautateiden suunnittelussa ja rakentamisessa, lähtökohta ja edellytys BIM-mallintamisen käyttöön Mittauskohteena maastomalli (Digital Terrain Model), nykyinen rata sekä muut nykyiset rakenteet Tutkittavana UAS (Unmanned Aerial Surveying) mittausperiaate ja teknologia Autonomisesti toimiva pienoislentokone (UAS-robotti) Fotogrammetrinen mittausjärjestelmä Pieneering Oy, UAS-mittaustulosten analysointi- ja mallinnusohjelmisto Hypoteesina hyvä soveltuvuus Jorvaksen ratapihan maastomallin mittaukseen InfraFINBIM, lähtötietojen mallintamisohjeen kehitys
Tavoite Arvioida UAS-mittausperiaatteen soveltuvuus ratapihan maastomallin (ja vastaavien muiden kohteiden) mittaukseen
Mittausperiaatteen soveltuvuus johonkin, kriteerejä *) 1) Voidaanko halutut mittaussuureet määrittää? 2) Onko mittaustarkkuus riittävän hyvä? 3) Voidaanko mittaukset suorittaa riittävän luotettavasti? 4) Ovatko mittauksista saadut hyödyt suuremmat kuin mittauskustannukset? *) Sydenham, P. H. (1982) Handbook of Measurement Science. Volume 1. Theoretical Fundamentals. Singapore, John Wiley & Sons, p. 1-654. Sydenham, P. H. (1983) Handbook of Measurement Science. Volume 2. Practical Fundamentals. Singapore, John Wiley & Sons, p. 655-1413.
UAS-mittausperiaate
Principal of 3D measurement : Stereo viewing (Pieneering)
3D / Stereo model measurement (Pieneering)
Photogrammetric end products (Pieneering) 3D terrain models 3D point clouds 2D ortho photos
Mapping flight principal (Pieneering)
Forward overlap along a strip (Pieneering) Forward Overlap % Target Area
Side overlap between strips (Pieneering) Side Overlap % Target Area
Observations galore (Pieneering) Side Overlap % Forward Overlap %
Toteutus UAS-mittaus Mitta Oy/Kuvaparonit Oy, Pieneering Oy 15.11.2011 Referenssimittaukset maalaserkeilaamalla Leica Scanstation C10, 29.11.2011 Referenssinä käytettiin myös VR Track Oy:n tekemää maalaserkeilausta Riegl VZ1000 -järjestelmällä Referenssimittauksia takymetrimittauksena Leica TS15, 29.11.2011 Vertailumallina käytettiin myös Maanmittauslaitokselta hankittua N2000 VKKM-korkeusmallia (mitattu 2009-2011), mittaustarkkuus ±15 cm Mittaukset KKJ N60 -järjestelmissä
UAS-mittaustekniikka - SmartOne Manufacturer Smartplanes Mass 1 kg Speed 40 km/h Flying time 40 min Coverage 0,4 km 2 /lento Autopilot Paparazzi Derivate: GPS, IR Camera Canon Ixus70 (calibrated) Takeoff Manually Landing Manually
Referenssimittaukset Leica Scanstation C10 Leica Viva TS15 robottitakymetri Riegl VZ-1000 Trimble S6
Referenssimittaukset Scanstation C10
Jorvas - mittausalueet
Vertailun suorittaminen Maanmittauslaitoksen aineisto eri korkeusjärjestelmässä, muunnos N60 -> N2000 (noin +398 mm) UAS-mittapisteitä korkeusmallissa 23 806 kpl, vertailualue noin 2,3 ha 1x1 m2 vertailuruudukko, samasta kohtaa katsotaan kaikkia vertailtavia ja kolmioituja aineistoja Riegl ja Scanstation aineistot todettiin yhteensopiviksi, molempia käytettiin referenssinä
Tulokset
UAS
C10
Riegl
Tulokset UAS-aineisto paikoitellen hyvää/paikoitellen vaihtelevan laatuista (erityisesti muissa kohteissa) UAS-pinta -1,7 cm (keskiarvo) laserkeilausaineistoa alempana, keskihajonta 26 cm (aika suuri) UAS-aineistossa jonkun verran suurempia poikkeamia (karkeita virheitä), puiden varjot (ja niiden liikkuminen) aiheuttaneet isoja geometrisiä virheitä Myös tasainen asfaltinpinta oli vaikea mittauskohde, ei selvästi erottuvia yksityiskohtia, ei mallintunut tarkasti
Muita havaintoja, tuloksia ja kokemuksia Maalaserkeilaus ei sovellu maastomallin mittaukseen (geometria, katveet) huonohko myös referenssinä Riegl-keilauksista tiheämmin Scanstation C10 -keilaukseen verrattuna, koordinaattipisteitä käytetty enemmän muunnoksiin Maalaserkeilaukset yhtä tarkkoja, sillan kannalla noin ±1 mm sisällä, ratapenkassa noin 1 cm ero Takymetrimittaukset oli tehty peitteisestä maastonkohdasta, ei voitu käyttää referenssinä vertailuun
Päätelmiä UAS-mittausperiaate soveltuu vaurauksella hyvin ratapihan tyyppisten pienehköjen alueiden 3D -maastomallin mittaukseen 1) Maaston pinta, raiteet ja muita nykyisiä rakenteita voitiin hyvin havaita 3D:ssä, tosin myöhäinen vuodenaika ja liian aurinkoinen sää aiheutti ongelmia (varjojen liikkuminen), asfaltin pinta vaikea mittauskohde 2) Mittaustarkkuus muiden kohteiden perusteella riittävä ±3 ±5 cm (z-suuntainen keskivirhe), tässä kohteessa tällaista tarkkuutta ei saavutettu 3) Mittausperiaate sisältää runsaasti ylimääritystä ja loppusuureet johdetaan PNS-sovituslaskennan kautta, luotettavuus hyvä, parantaa myös yksittäisten pisteiden havaittavuutta, jäännösvirhekartta toteutettavissa 4) Mittauskustannukset pienet suhteessa saatuihin hyötyihin (ei ehkä tässä, yleisesti vastaavissa kohteissa)
Yleisiä päätelmiä UAS-mittausmenetelmä on erittäin potentiaalinen, joskin vielä osittain kehitysvaiheessa Kaikissa mittauksissa pitäisi kiinnittyä paikalliseen koordinaatistojärjestelmään, ts. välttyä mm. geoidivirheiltä Mittausolosuhteet aurinkoinen sää huono, jyrkkiä varjoja, parempi tasainen pilvipeitteinen mutta kirkas ilma Vuodenaika myöhäisen syksyn johdosta aurinko paistoi viistosti aiheuttaen pitkiä varjoja, jotka liikkuvat noin 20 min mittausaikana Kasvillisuuden aiheuttama peitteisyys lehdetön aika paras erityisesti fotogrammetriselle menetelmälle UAS-signalointipisteet (referenssit) kannattaisi mitata mahdollisimman tarkasti, so. Robottitakymetrilla - ei RTK-GNSS-järjestelmällä UAS tarjoaa uutta ideaa ja mahdollisuuksia myös lähtötietojen mallintamisohjeiden ja vaatimusten kehitystyöhön InfraFINBIM:ssä