Im Rahmen eines europäischen Projekts haben Forscher der EPFL Boden- und
Luftkomponenten entwickelt, um Flächen und Städte im Tandem zu kartieren.
Eine gute, hochauflösende 3D-Kartierung ist heute meistens teuer und langwierig. Dabei
scannt ein Fahrzeug die Umgebung vom Boden bis zu den Dächern (oder Bäumen). Eine
Drone vervollständigt das Bild mit Luftaufnahmen. Die innovative Idee des europäischen
Projekts mapKITE besteht darin, die Kartierung durch das Tandem Fahrzeug und Drone zu
erstellen. Innerhalb des Konsortiums*, das durch das Programm Horizon 2020 finanziert wird, haben Forscher der EPFL wesentliche Komponenten entwickelt, um diesen technologischen Durchbruch zu erzielen, insbesondere die Zielscheibe und weitere technologische Bestandteile, mit deren Hilfe sich die Drone virtuell ans Fahrzeug «anhängen» kann.
Der Nutzen der Kombination aus Boden- und Luftkartierung wird deutlich, wenn man einen
Blick auf die Lücken der aktuellen Systeme wirft. So ist die Drone bei der Abbildung langer
Korridore wie etwa Strassen, Flüssen oder Eisenbahnstrecken gezwungen, mit
Unterstützung am Boden segmentweise vorzugehen. Aus regulatorischen Gründen muss sie immer im Blickwinkel des Bedieners bleiben. Damit die Sensoren richtig ausgerichtet
bleiben, muss sie stets eine bestimmte Anzahl von Kontrollzielen «sehen». Ein weiterer
Schwachpunkt: Um aus der Luft schlecht texturierte Umgebungen wie Schnee, Sand und
Wasser zu kartieren, muss die Ausrichtung des Sensors laufend korrigiert werden. Am
Boden genügt ein Baum, eine Brücke oder ein Fahrzeug, um das Bild zu blockieren. Ganz zu schweigen von der Kompatibilität und Kohärenz der durch beide Methoden gesammelten Daten.
Virtueller Bezugspunkt
mapKITE kombiniert beide Techniken und deren Vorteile miteinander – ohne ihre Schwächen. Die Drone ist mit Fernerkundungsinstrumenten und einem Navigation-, Steuerungs- und Kontrollsystem ausgerüstet. Das bemannte Landfahrzeug verfügt darüber hinaus über ein Echtzeit-Navigationssystem. Das Fahrzeug berechnet laufend die Strecke dank seines Positionierungssystems. Dadurch generiert es eine Vielzahl von Bezugspunkten, die der Drone als Hinweise dienen, wobei die terrestrische Navigation (Zeit, Position, Geschwindigkeit und Verhaltensparameter) in Befehle in der Luft (Höhe und Richtungen) umgewandelt werden. Eine solche Vorgehensweise schafft einen virtuellen Bezugspunkt, durch den die Drone immer dem Fahrzeug folgt und im gleichen Massstab arbeitet.
Das Tandemkonzept geht somit weit über ein einfaches Verfolgen des Fahrzeugs durch die
Drone hinaus. Die hohe Qualität dieses virtuellen Bezugspunktes beruht auf zwei Dingen.
Der erste Bestandteil ist eine von den Forschern des Topometrielabors (TOPO) der EPFL
erarbeitete optische Zielscheibe, eine auf dem Dach des Fahrzeugs platzierte Fraktalzeichnung, durch die die Drone optisch in Echtzeit (sowie mit grösserer Genauigkeit in Nachbearbeitung) ihre relative Entfernung zum Fahrzeug berechnen kann. So kann sich die Drone ständig und an jedem Punkt ohne die Hilfe von Instrumenten der Satellitennavigation bewegen und die Zusammenführung der Daten vornehmen, ohne sich auf Ziele am Boden zu beziehen. «Durch die Bildung dieses Tandems löst mapKITE auch das Problem der europäischen Reglementierungen, denn die Drone kann jederzeit beim kleinsten Zwischenfall oder zum Batteriewechsel selbständig auf dem Fahrzeug landen», so Jan Skaloud, Lehr- und Forschungsbeauftragter im TOPO.
Vorzüge des europäischen Systems Galileo
Der zweite Hauptaspekt des Systems ist die erstmalige Nutzung auf diesem Niveau des
europäischen Navigationssystem Galileo. Es ist seit Dezember 2016 in Betrieb und liefert
qualitativ bessere Signale als das amerikanische GPS, die es zudem ermöglichen, Fehler bei
der Berechnung terrestrischer Positionen zu reduzieren.
Mitte März wurde das System im BCN Drone Center bei Barcelona getestet, mit spektakulären Ergebnissen: auf den Zentimeter genaue 3D-Karten, die viel präziser sind als ähnliche Produkte wie Google Streetview. «Mit einem Ziel von nur 90 Zentimetern Durchmesser haben die von der Drone aus einer Höhe von 100 Metern aufgenommenen Bilder einen schiefen Winkel von weniger als 1 Prozent und aus 50 Metern von unter 0,25 Prozent», so Davide Cucci, Postdoktorand im TOPO.
Anwendungen der Technologie sind zahlreich. Zunächst einmal ist die Kartierung langer
Korridore, die mit diesem Instrument ermöglicht werden, von Bedeutung. In städtischen
Räumen könnten ausserdem Gebäude und andere Strukturen kontrolliert und überwacht
werden. Ganz zu schweigen von den künftigen Entwicklungen, die diese Technologie bietet.
*mapKITE umfasst zehn Partner (GeoNumerics, TopScan, GRID-IT, ALTAIS, DEIMOS Engenharia, UAVision, CATUAV, EPFL, Engemap Engenharia, UNESP) aus sechs europäischen Ländern und Brasilien. Die EPFL ist der einzige akademische Partner. Ein Patent ist angemeldet worden.
Weitere Informationen:
http://mapkite.com
