Comparison of various drone positioning systems when creating surface models

There are many applications where 3D models of landscapes can be used, suchas determining volume of objects, inspecting buildings and planning of infrastructure.One common way of creating 3D models of a geographical area is totake overlapping geotagged photos with a drone and then perform an aerotriangulation(AT). The aerotriangulating software find common key points in theimages and create a 3D surface model of the area. This process requires the use ofground control points (GCPs), which are used to map the 3D model onto a globalcoordinate system. These GCPs consume a lot of time to place at the location,measure accurately with total station and manually pinpoint in several photos.The purpose of this study is to compare models created by images taken with differentGNSS-based drone positioning systems and investigate for example howmany GCPs are needed, how the GCPs should be placed, and how the accuracyof models vary between the drone positioning systems considering both relativeand absolute accuracy.Two data acquisition sessions were done where images from two differentlocations were collected. In the first session the use of regular GPS and the use ofa local reference station are used as positioning system for the drone, and in thesecond session network real time kinematics (RTK) is also used as a third kind ofpositioning system.From the produced 3D models there is no significant difference between modelsusing a local reference station and network RTK, but when only using GPS thevertical accuracy drops significantly which means that more GCPs are required inorder for the model to be accurate. The standard deviation for points in createdmodels is calculated in easting, northing and vertical for the coordinate differencesfor the three positioning methods. When no GCPs are used the absoluteaccuracy is drastically lowered to meter level accuracy. In conclusion, by usingnetwork RTK or a local reference station the same accuracy for the 3D model canbe acquired with much fewer GCPs than if stand-alone GPS is used. None ofthe positioning systems can fully replace GCPs when a high absolute accuracy isneeded. With a relative accuracy requirement of 10 cm or more, both networkRTK and use of a local reference station has the potential to provide such qualitythat a 3D model would not need GCPs.Det finns många tillämpningar där 3D-modeller av geografiska områden används,till exempel att bestämma volym av föremål, inspektera byggnader ochplanera infrastruktur. Ett vanligt sätt att skapa 3D-modeller av ett geografisktområde är att ta överlappande geotaggade foton med en drönare och sedan utföraen aerotriangulering (AT). Under en AT lokaliserar programvaran gemensammanyckelpunkter i bilderna och skapar en 3D-modell av området. Denna processkräver användning av markstöd som används för att passa in 3D-modellen i ettglobalt koordinatsystem. Markstöden tar mycket tid att placera i i området, fastställaexakt position med totalstation och manuellt precisera i flera foton. Syftetmed denna studie är att jämföra modeller skapade av bilder tagna med olikaGNSS-baserade drönarpositioneringssystem och undersöka till exempel hur mångamarkstöd som behövs, hur markstöd ska placeras och hur modellernas noggrannhetvarierar mellan drönarpositioneringssystemen i avseende på relativ och absolutnoggrannhet.Två fältundersökningar genomfördes där bilder från två olika platser samladesin. Under den första fältundersökningen användes vanlig GPS samt enlokal referensstation som positioneringssystem för drönaren, och i den andra fältundersökningenanvändes även nätverks-RTK som en tredje typ av positioneringssystem.Det är ingen signifikant skillnad mellan modeller producerade utifrån datafrån en lokal referensstation och nätverks-RTK, men när man bara använder GPSsjunker den vertikala noggrannheten avsevärt vilket innebär att fler markstödkrävs för att modellen ska bli noggrann. Standardavvikelsen för punkter i deolika modellerna beräknas i östlig, nordlig och vertikal riktning för koordinatdifferenserför de tre positioneringsmetoderna. När inga markstöd används sänksden absoluta noggrannheten drastiskt till meternivå. Sammanfattningsvis, genomatt använda nätverks-RTK eller en lokal referensstation kan samma noggrannhetuppnås för 3D-modellen med färre markstöd än om endast GPS används. Ingetav positioneringssystemen kan helt ersätta markstöd när en hög absolut noggrannhetbehövs. Med ett relativt noggrannhetskrav på 10 cm eller mer har bådenätverks-RTK och en lokal referensstation potentialen att tillhandahålla sådankvalitet att en 3D-modell inte skulle behöva markstöd