CASE STUDY
Zurück zur Natur: Drohnenbilder und GIS zeigen, wie es wirklich ist
Die Aufgabe
In der Dissertation "Monitoring of the vegetation condition over the former lignite mining area" von Anna Buczyńska an der Fakultät Geoengineering, Mining and Geology der Wrocław University of Science and Technology sollte der Vegetationszustand eines ehemaligen Braunkohleabbaugebietes in Polen zwischen den Jahren 1989 bis 2020 untersucht werden. Anhand von Satellitendaten wurde die Vegetation aus dem Orbit mit Landsat- und Sentinel-2-Satellitenbildern analysiert. Bei Satellitendaten kann es jedoch zu Informationsverlusten kommen, beispielweise durch Bewölkung. Für eine präzisere Analyse wurden daher Drohnen-Flüge über große, renaturierte Flächen geplant. Die eingesetzten Kamerasysteme sollten multispektrale Bilder liefern, um standardisierte Rasterfunktionen zur Auswertung in ArcGIS Pro nutzen zu können, ebenso wie hochauflösende RGB-Aufnahmen.
Der Kunde
Das 2015 in München gegründete Unternehmen Quantum-Systems hat sich auf Entwicklung und Produktion von Drohnen für den professionellen Einsatz spezialisiert. Sie bieten eine große Reichweite und können senkrecht starten und landen. In die Fluggeräte lassen sich hochpräzise Sensoren für unterschiedliche Anwendungsgebiete integrieren. Dazu zählen Multispektralsensoren, LiDAR-Lösungen und Thermalkameras. Zum Einsatz kommen sie in allen Bereichen der Wirtschaft: bei Behörden, privaten Organisationen und auch in der Landwirtschaft.
Die Lösung
Für das Projekt wurde eine Doppel-Payload-Drohne des Typs Quantum Systems Trinity F90+ verwendet. Sie enthält einen MicaSense RedEdge MX-Sensor und eine hochauflösenden Sony UMC R10C Kamera. Geplant wurden die Flüge mit QBase 3D, die auf ArcGIS Runtime basiert. Mit der Software von Quantum Systems wurden beispielsweise Start- und Landeplätze sowie das zu überfliegende Gebiet definiert. Dank der Einbettung des entsprechenden Kartenmaterials von Esri stehen dem Nutzer der Drohne in QBase 3D verschiedene Basisdaten wie World Imagery oder Open Street Map als Planungsgrundlage zur Verfügung.
Insgesamt wurden bei den Befliegungen über 3000 Multispektral- und RGB-Bilder aufgenommen und anschließend ausgewertet. Die Bestimmung der räumlichen Statistik für die Fernerkundungsindizes sowie alle weiteren Analysen unterschiedlichster Sensoren zur Darstellung der Veränderungen des allgemeinen Zustands der Vegetation und der Bodenfeuchtigkeit über die letzten 30 Jahre erfolgten mit ArcGIS Pro und darin enthaltenen speziellen Rasterfunktionen.
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Die Flugplanungssoftware QBase 3D wird mit ArcGIS Runtime programmiert.
Eingesetzte Technologie
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Der Nutzen
Alle Schritte - von der Auswertung der Drohnendaten über die Visualisierung der Satellitenbilder bis zur Berechnung der Vegetationsindizes - finden in ArcGIS Pro statt. Es ist nicht mehr nötig, die Daten der Landsat- oder Sentinel-Sensoren von externen Anbietern zu beziehen, da diese bereits in der Esri-Lösung implementiert sind und entsprechend der benötigten Bandreihenfolge angezeigt und weiterverarbeitet werden können.
Die gewonnenen Erkenntnisse stellen eine Wissensbasis dar, die zeigt, ob und wie die intensive frühere Bergbautätigkeit die geologische Struktur und die topographischen Bedingungen den gegenwärtigen Zustand der Vegetationsdecke und der Böden beeinflussen.
Das resultierende universelle Modell kann auch zur Vorhersage von Indexwerten in Gebieten herangezogen werden, in denen diese nicht empirisch bestimmt werden können.
ArcGIS Pro bietet uns eine nahezu unerschöpfliche Vielfalt der Weiterverarbeitung und Inwertsetzung der Daten, die mit unseren Drohnen und den verwendeten Sensoren - von Multispektral bis LiDAR - aufgenommen werden.
Stefan Wurmser, Training Manager, Quantum-Systems GmbH
Zusammenfassung
Für die Analyse des Umweltzustands eines ehemaligen Bergbaugebietes an der deutsch-polnischen Grenze (im Rahmen des OPUS-17 Forschungsprojekts "Genesis and course of anthropogenic and natural deformations of the terrain in post-mining areas of the former brown coal mine 'Babina'" finanziert durch das National Science Center in Kooperation mit der Wrocław University of Technology and KGHM CUPRUM geleitet von Jan Blachowski, PhD, DSc, Prof@WUST) kamen eine speziell mit Sensoren und Kameras ausgestattete Drohne von Quantum Systems, entsprechende Software und ArcGIS Pro von Esri zum Einsatz. Die Kombination ist erfolgreich, denn
- sie basiert auf Methoden der räumlichen Datenerfassung wie Satelliten- und Luftbild-Fernerkundung,
- beinhaltet das gesamte erforderliche Kartenmaterial ebenso wie die nötigen Analysewerkzeuge,
- sie lässt Prognosen über die weitere Entwicklung des Gebietes zu, und
- die Ergebnisse fungieren als Wissensbasis für ähnliche, aber nicht untersuchte Flächen.
Kontakt
Quantum-Systems GmbH
Stefan Wurmser
Dornierstr. 11
82205 Gilching
www.quantum-systems.com
Wrocław University of Science and Technology
Faculty of Geoengineering, Mining and Geology
Department of Geodesy and Geoinformatics
Anna Buczyńska
Na Grobli street no. 15
50-421 Wrocław
kgig@pwr.edu.pl