Συγκριτική μελέτη προσδιορισμού υψομέτρων με GPS και UAV
Creators: name: Λιούζα, Σεβαστιανή Στέφανου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Προσδιορισμός υψομέτρου
Δορυφορικά συστήματα εντοπισμού θέσης
Μη επανδρωμένο εναέριο όχημα
Height determination
GPS
UAV

description: Η ανάγκη για εύρεση ευκολότερων, οικονομικότερων και γρηγορότερων μεθόδων αποτύπωσης της γήινης επιφάνειας, έχει οδηγήσει πολλούς ερευνητές να μελετήσουν την καταλληλότητα της χρήσης Μη Επανδρωμένων Οχημάτων (UAV) σε τοπογραφικές εφαρμογές. Στην παρούσα μελέτη αξιολογήθηκε η χρήση UAV για τον προσδιορισμό του υψομέτρου του ανατολικού αναχώματος της λίμνης Κερκίνης. Για τις ανάγκες της μελέτης χρησιμοποιήθηκε ένα UAV της εταιρείας DJI – μοντέλο Phantom 3 pro, το οποίο κάλυψε φωτογραφικά απόσταση περίπου 1km κατά μήκος του εν λόγω αναχώματος από ύψος πτήσης 200m. Χρησιμοποιώντας 11 φωτοσταθερά (Ground Control Points - GCP) και μέσω του λογισμικού Photoscan δημιουργήθηκε ένα ψηφιακό μοντέλο υψομετρίας (Digital Elevation Model - DEM) από τις εικόνες που συλλέχθηκαν εναέρια. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε αποτύπωση του ανατολικού αναχώματος με τη χρήση δεκτών GNSS (Global Navigation Satellite Systems) και της κινηματικής μεθόδου, κατά την οποία ο κινούμενος δέκτης κατέγραψε τόσο πρωτογενή δεδομένα όσο και τις απευθείας λύσεις από την εφαρμογή της δικτυακής τεχνικής (Virtul Reference System - VRS. Μετά και από την εκ των υστέρων επεξεργασία των πρωτογενών δεδομένων που συλλέχθηκαν με τους δέκτες GNSS (Post-Processing Kinematic - PPK), τελικά προέκυψαν ένα DEM και δύο σύνολα τιμών υψομέτρου για την περιοχή μελέτης (λύσεις VRS και PPK). Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν συγκρίσεις μεταξύ των τριών παραπάνω συνόλων δεδομένων υψομετρίας. Οι διαφορές που προέκυψαν μεταξύ του DEM και των τιμών PPK έχουν τυπική απόκλιση ίση με 5,1cm, ενώ στην περίπτωση της σύγκρισης του DEM με των τιμών VRS ήταν 5,4cm αντίστοιχα. Για την πραγματοποίηση της σύγκρισης μεταξύ των τιμών PPK και VRS επιλέχθηκαν μόνο τα κοινά σημεία των δύο λύσεων στα οποία και υπολογίστηκαν εκ νέου διαφορές με τυπική απόκλιση 4,5cm (DEM-PPK) και 5,5cm (DEM-VRS). Αυτό σημαίνει πως η ακρίβεια προσδιορισμού του DEM απέχει λίγα μόλις εκατοστά από τις καθιερωμένες κλασικές τοπογραφικές μεθόδους και είναι δυνατό με τη χρήση καλύτερης φωτογραφικής κάμερας, χαμηλότερου ύψους πτήσεις και με τις κατάλληλες τροποποιήσεις κατά την επεξεργασία των εικόνων του UAV, η ακρίβεια αυτή να αυξηθεί. Παράλληλα, αναλύθηκαν οι παράγοντες στους οποίους οφείλεται η ακρίβεια της μεθόδου και οι δυσκολίες που αντιμετωπίστηκαν. Επιπλέον, έγινε σύγκριση των νέων υψομετρικών δεδομένων (DEM, PPK και VRS), με δεδομένα που προέκυψαν από μετρήσεις που έγιναν κατά το έτος κατασκευής του αναχώματος (1982). Στη σύγκριση με τα δεδομένα PPK λήφθηκε υπόψη η διαφορά στάθμης μεταξύ γεωειδούς και κατακόρυφου συστήματος αναφοράς ενώ για τις άλλες δύο συγκρίσεις αυτό δεν ήταν εφικτό. Και στις τρεις περιπτώσεις ωστόσο τα αποτελέσματα των συγκρίσεων αποδείχθηκαν ανεπαρκή για την εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων ως προς τη διαφοροποίηση του υψομέτρου του αναχώματος
description: The need for easier, cheaper and faster methods for mapping the Earth's surface has led many researchers to study the suitability of using Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) in surveying applications. This study evaluated the use of UAV for elevation assessment of the east embankment of lake Kerkini. A DJI Phantom 3 pro UAV was used for the purposes of the study, which collected photographs along approximately 1km of the embankment in question from an altitude of 200m. The processing of the UAV images was carried out with the use of the Photoscan software where a Digital Elevation Model (DEM) based on 11 Ground Control Points (GCP) was produced. On the other hand, the whole east embankment was surveyed with the use of GNSS receivers, where the rover receiver collected both raw data and coordinates directly computed by the Virtual Reference Station (VRS) technique. After post-processing the raw data (Post-Processing Kinematic – PPK), one DEM and two sets of height data became available (PPK and VRS solutions). Next, a comparison was carried out between the three aforementioned datasets. The differences obtained by the comparison of the DEM with the PPK data revealed a standard deviation of 5,1cm, while for the comparison between the DEM and VRS data the corresponding value was 5,4cm. The differences between the heights obtained from the PPK and the VRS solution, were computed only for points available in both solutions. The new difference showed standard deviation values equal to 4,5cm (DEM-PPK) and 5,5cm (DEM-VRS). This means that the DEM accuracy is very close to the accuracy of established by classical surveying methods and it is possible to achieve better accuracy with the use of a better photographic camera, a lower flight level and appropriate modifications in the processing of UAV images. Furthermore, the factors responsible for the accuracy of the process were analysed as well as the difficulties encountered. Additionally, the new height datasets (DEM, PPK and VRS) were compared with previously measured data, obtained right after the construction of the embankment (1982). In order to compare with PPK height data, the systematic difference between the geoid and the local vertical reference system was taken into account. This was not feasible in the comparison with the other two height datasets. In all three cases, however, the comparisons’ outcome proved to be insufficient to derive safe conclusions as to the variation of the altitude of the embankment