Development of methods to ensure the quality elevation data collected with UAV : Establishment of procedures for airborne data collection

Företaget Team Exact levererar mätningstekniska tjänster, där den främsta verksamheten är riktad mot byggnads- och markindustrin. Företaget använder UAS och levererar tjänster till kunder med ortofoto och DEM som kan användas till kartläggning, volymberäkningar och planering. Team Exact använder konsultföretagets SkyMap’s webbaserade plattform i fotogrammetrisk bearbetning av UAV genererade flygbilder. DEM behöver uppnå HMK-standardnivå 3 för att användas som underlag till bygghandlingar. För att uppnå HMK-standardnivå 3 så krävs det en lägesosäkerhet på 0,02–0,05 m/ 0,03–0,07 m (plan/höjd). Team Exact uppnår god lägesosäkerhet i plan men har varierande resultat i höjdåtergivningen. Studien har således en målsättning att hitta metoder för att säkerställa höjden inom ett studieområde med varierande topografi, terräng och markytor. Faktorer som ska undersökas är markstödspunkter, RTK-data, flygstråk, kamerainställningar och tänkvärda åtgärder i skiftande topografi samt att se tendenser hur höjdåtergivningen varierar på olika markytor. Ett stomnät etablerades över studieområdet med tre fastställda koordinatsatta stompunkter, punkterna var inmätta med statisk NRTK mätning under 1 minut. Nätet jämnades ut med totalstation och därefter blev kontrollpunkter, profiler, ytor och markstödspunkter inmätta. Studien utredde lägesosäkerheten med 0, 5, 9 och 12 markstödspunkter. Den UAV som användes i studien är försedd med en RTK-modul och förväntades därav tillhandahålla positioneringsdata som var av värde att utreda. Markstödspunkternas utplacering planerades med fyra konstanta i studieområdets yttrehörn och en femte konstant på studieområdets högsta höjd. Resterande punkter placerades ut i en jämnfördelning över områdets toppar och dalar. Flygmetoderna som utvärderades var förankrade i tidigare studier. Gemensamma inställningar över samtliga metoder var studieområdets avgränsning, en flyghöjd på 40 m samt flyghastigheten på 3 m/s. Resterande var flytande parametrar som var av värde att utreda. Studien justerade parametrarna gällande flygstråk, övertäckning, kameravinkel och kamerainställningar. Totalt blev det tre flygmetoder där de fyra olika markstödskombinationerna undersöktes vilket gav 12 processer att utvärdera. Utvärderingen utfördes mot 77 kontrollpunkter där RMSE-värde för höjd och plan undersöktes. Kontrollpunkterna var jämnt fördelade över ytan och marktyperna. En ytterligare analys utfördes med volymberäkningar mellan referens terrängmodeller och de genererade terrängmodellerna. Flygmetod 3 gav bästa resultat där fotogrammetriinställningen Double Grid användes och överlappningen var 80/60 % samt att kameran tiltades till -70°. Sensorkänsligheten var inställd på ISO100, bländaren ett öppningsvärde f/5 och slutartiden var inställd på 1/500s. Studiens resultat visar att flygmetod 3 som blockutjämnats med 12 markstödspunkter genererade bästa resultat på en lägesosäkerhet i plan på 0,015 m samt 0,035 m i höjd.The company Team Exact delivers measurement technical services, and the main business is aimed at the construction and land industry. The company uses UAS and offers services to customers and delivers products such as orthophotos and DEMs that can be used for mapping, volume calculations and planning. Team Exact uses the consulting company SkyMap’s web-based platform for photogrammetric processing of UAV-generated aerial images. DEM needs to achieve good positional uncertainty, to achieve HMK standard level 3, it is required that the basis for construction documents has a positional uncertainty of 0.02–0.05 m / 0.03–0.07 m (level / height). Team Exact achieves good positional uncertainty in horizontal coordinates but has varying results in height reproduction. The study thus aims to find methods to ensure the height within a study area with varying topography, terrain and ground surfaces. Factors to be investigated are ground control points, RTK data, flight paths, camera settings and conceivable measures in varying topography, as well as seeing trends in how the height representation differs on different ground surfaces. A coordinate network was established over the study area with three established coordinate reference points, the points were measured with static NRTK measurement 1 minute. The network was levelled with the total station and then control points, profiles, surfaces, and ground control points were measured. The study investigated the location uncertainty with 0, 5, 9 and 12 ground control points. The UAV used in the study is equipped with an RTK module and was therefore expected to provide positioning data that was worth investigating. The placement of the ground support points was planned with four constants in the outer corner of the study area and a fifth constant at the highest level of the study area. The remaining points were placed in an even distribution over the area’s peaks and valleys. The evaluated flight methods were rooted in previous studies. Common settings across all methods were the study area delimitation, 40 m flight altitude and the flight speed of 3 m/s. Remaining were floating parameters that were of value to investigate. The study adjusted the parameters regarding flight path, coverage, camera angle and camera settings. In total, there were three flight methods where the four different ground support combinations were examined, which gave 12 processes to evaluate. The evaluation was performed against 77 control points where the RMSE value for height and plane was examined. The control points were evenly distributed over the surface and soil types. A further analysis was performed with volume calculations between the reference terrain models and the generated terrain models. Flight method 3 gave the best results where the photogrammetry setting Double Grid was used and the overlap was 80/60 % and the camera was tilted to -70 °. The sensor sensitivity was set to ISO100, the shutter had an aperture value of f/5 and the shutter speed was set to 1/500s. The results of the study indicate that flight method 3, which was levelled with 12 ground support points, generated the best results on a positional uncertainty in horizontal coordinates of 0,015 m and 0,035 m in height