Hochpräzise Trajektorienbestimmung eines UAS mittels Integration von Kamera- und Laserscannerdaten mit generalisierter Objektinformation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Heipke; Professor Dr.-Ing. Ingo Neumann
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315096149

Ziel des beantragten Vorhabens ist die integrierte, auf Zentimeter präzise, zuverlässige, hochfrequente und echtzeitfähige Bestimmung der Trajektorie eines unbemannten Flugobjekts (unmanned aircraft system - UAS), das mit mehreren Kameras und Profillaserscannern bestückt ist. Die Bestimmung der Trajektorie erfolgt unter Zuhilfenahme eines nach Level of Detail 2 (LoD2) generalisierten Gebäudemodells. Die Positionierung und Orientierung wird durch die Integration von GNSS Signalen und IMU-Sensoren unterstützt. Die Verfügbarkeit einer derartigen Trajektorie eröffnet eine große Anzahl neuartiger Möglichkeiten in Forschung, Entwicklung und Anwendung, die aber im Rahmen des vorliegenden Antrags nicht weiter betrachtet werden. Die Bestimmung der Trajektorie erfolgt durch eine sequentiell arbeitende und damit echtzeit-fähige, robuste Parameterschätzungs- und Filterungsmethode, die klassische Ansätze der photogrammetrischen Bündelausgleichung geeignet erweitern. Dabei ist primär zu untersuchen, wie sich der Bezug der Beobachtungen zu einem LoD2-Modell herstellen lässt und welcher Mehrwert in einer Zusammenführung von Kamera und Laserscanner hinsichtlich Genauigkeit und Zuverlässigkeit liegt.Die wissenschaftliche Neuheit des Vorhabens liegt in der Einführung von generalisiertem Objektwissen, kombiniert mit der gemeinsamen Auswertung von Bild- und Laser-beobachtungen, in die echtzeitfähige, hochpräzise Schätzung einer UAS-Trajektorie, wobei der Ansatz auf jegliche Mobile-Mapping-Plattformen übertragbar ist. Erstmals erfolgen hier einerseits eine Zuordnung der aus Sensordaten abgeleiteten 3D-Objektpunkte zu Ebenen eines generalisierten Gebäudemodells und andererseits die gegenseitige Zuordnung von Bild- und Laserscannerinformationen. Die Objektinformation dient der langfristigen Stützung der Trajektorie und ist insbesondere in Situationen wichtig, in denen der Satellitenempfang gestört ist. Zusätzliche Ebenen, welche die Kombination der Laser- und Bildbeobachtungen stützen, dienen der kurz- und mittelfristigen Stabilisierung der Trajektorie. Die Ergebnisse werden anhand von Simulationen und unabhängigen Kontrollversuchen validiert, um die Methodik ggf. zu adaptieren und zu verfeinern. Als Szenario für die Anwendung dient der untere Luftraum, z.B. im städtischen Gebiet, in dem es für Navigation und nachträgliche Auswertung gleichermaßen zu störenden Ausfällen der GNSS-Satelliten-signale kommen kann und eine besonders präzise Trajektorie u.a. zur Vermeidung von Kollisionen notwendig ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen