TY - BOOK

T1 - UAV-gestützte Vermessung im Bergbau - Zur Frage der Genauigkeit unter Verwendung von Structure from Motion

AU - Tscharf, Alexander

N1 - nicht gesperrt

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - Die regelmäßige Vermessung des Betriebes zur Nachtragung des Bergbaukartenwerks bzw. als Basis der markscheiderischen Sicherheits- und Betriebskontrolle stellt eine der zentralen Aufgaben in der Mineralrohstoffgewinnung dar. Aufgrund immer schneller fortschreitender Betriebe und aufgrund des hohen personellen und zeitlichen Aufwands bei herkömmlichen Vermessungsmethoden bilden UAV-gestützte (unmanned aerial vehicle) photogrammetrische Verfahren schon seit einiger Zeit eine wertvolle Ergänzung, während ihre Verbreitung nach wie vor stark zunehmend ist. Obwohl vergleichbare Systeme bereits in der täglichen Praxis angekommen sind, sind die erreichbare Genauigkeit und insbesondere die genauigkeitswirksamen Einflussgrößen noch nicht abschließend untersucht, weshalb die vorliegende Dissertation auf genau diese Frage abzielt. Zur Beantwortung der aufgeworfenen Fragen bilden neben theoretischen Analysen und der numerischen Simulation einzelner Verfahrensschritte vor allem praktische Untersuchungen im Laborund Realmaßstab den Kern der Forschungsarbeiten. Nach den Grundsätzen der “Statistischen Versuchsplanung“ wurde versucht die realen Anwendungsbedingungen und Einsatzgebiete bestmöglich abzubilden, und basierend auf einer Reihe von Vorversuchen zur Ermittlung der Systemgrenzen wurde insbesondere der Einfluss der Flughöhe, der Bildüberlappung, der räumlichen Konfiguration von Strahlenschnitten sowie der Passpunktanordnung zur Georegistrierung und Skalierung näher untersucht. Die Beurteilung der erreichten Genauigkeit erfolgte einerseits als punktweiser Vergleich zu übergeordnet genauen Referenzpunkten und andererseits wurden, auch um mögliche Begründungen für erkannte Phänomene zu finden, den Auswerteprozess betreffende Größen der “inneren Genauigkeit“ in die Betrachtungen miteinbezogen. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen zunächst, dass bei “richtigem“ Einsatz (Systemdesign, Flugplanung und Auswertung) die Genauigkeitsanforderungen der Markscheideverordnung 2013 (Bundesministerium für Wirtschaft, Familie und Jugend, 2013) eingehalten werden können, und die UAV-gestützte Vermessung somit im Rahmen der Systemgrenzen eine wertvolle Ergänzung zur Erfüllung der markscheiderischen Aufgaben im Tagbau sein kann. Hinsichtlich Parameteridentifikation sind vor allem die signifikanten Einflüsse der Flughöhe, der Bildüberlappung und der Orientierung der Aufnahmeachse relativ zum Objekt zu nennen, wobei insbesondere die den ursprünglichen Erwartungen entgegenstehende Wirkrichtung der Flughöhe hervorstechend ist. Entgegen den aus der klassischen Photogrammetrie erwarteten Zusammenhängen zeigt die Flughöhe einen umgekehrten Einfluss auf die Auswertung bei Structure from Motion, wobei die gesteigerte Genauigkeit in unmittelbarem Zusammenhang zur Stabilität der Bildverknüpfung bzw. der Anzahl an gültigen Verknüpfungspunkten zu stehen scheint. Zusammenfassend bietet die umfangreiche Datenlage und Analyse der vorliegenden Arbeit eine theoretische wissenschaftliche Grundlage zur Flugplanung bei Auswertung mittels SfM und stellt auf diese Weise auch eine wichtige Handlungsempfehlung für aktuelle und künftige Anwender dar.

AB - Die regelmäßige Vermessung des Betriebes zur Nachtragung des Bergbaukartenwerks bzw. als Basis der markscheiderischen Sicherheits- und Betriebskontrolle stellt eine der zentralen Aufgaben in der Mineralrohstoffgewinnung dar. Aufgrund immer schneller fortschreitender Betriebe und aufgrund des hohen personellen und zeitlichen Aufwands bei herkömmlichen Vermessungsmethoden bilden UAV-gestützte (unmanned aerial vehicle) photogrammetrische Verfahren schon seit einiger Zeit eine wertvolle Ergänzung, während ihre Verbreitung nach wie vor stark zunehmend ist. Obwohl vergleichbare Systeme bereits in der täglichen Praxis angekommen sind, sind die erreichbare Genauigkeit und insbesondere die genauigkeitswirksamen Einflussgrößen noch nicht abschließend untersucht, weshalb die vorliegende Dissertation auf genau diese Frage abzielt. Zur Beantwortung der aufgeworfenen Fragen bilden neben theoretischen Analysen und der numerischen Simulation einzelner Verfahrensschritte vor allem praktische Untersuchungen im Laborund Realmaßstab den Kern der Forschungsarbeiten. Nach den Grundsätzen der “Statistischen Versuchsplanung“ wurde versucht die realen Anwendungsbedingungen und Einsatzgebiete bestmöglich abzubilden, und basierend auf einer Reihe von Vorversuchen zur Ermittlung der Systemgrenzen wurde insbesondere der Einfluss der Flughöhe, der Bildüberlappung, der räumlichen Konfiguration von Strahlenschnitten sowie der Passpunktanordnung zur Georegistrierung und Skalierung näher untersucht. Die Beurteilung der erreichten Genauigkeit erfolgte einerseits als punktweiser Vergleich zu übergeordnet genauen Referenzpunkten und andererseits wurden, auch um mögliche Begründungen für erkannte Phänomene zu finden, den Auswerteprozess betreffende Größen der “inneren Genauigkeit“ in die Betrachtungen miteinbezogen. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen zunächst, dass bei “richtigem“ Einsatz (Systemdesign, Flugplanung und Auswertung) die Genauigkeitsanforderungen der Markscheideverordnung 2013 (Bundesministerium für Wirtschaft, Familie und Jugend, 2013) eingehalten werden können, und die UAV-gestützte Vermessung somit im Rahmen der Systemgrenzen eine wertvolle Ergänzung zur Erfüllung der markscheiderischen Aufgaben im Tagbau sein kann. Hinsichtlich Parameteridentifikation sind vor allem die signifikanten Einflüsse der Flughöhe, der Bildüberlappung und der Orientierung der Aufnahmeachse relativ zum Objekt zu nennen, wobei insbesondere die den ursprünglichen Erwartungen entgegenstehende Wirkrichtung der Flughöhe hervorstechend ist. Entgegen den aus der klassischen Photogrammetrie erwarteten Zusammenhängen zeigt die Flughöhe einen umgekehrten Einfluss auf die Auswertung bei Structure from Motion, wobei die gesteigerte Genauigkeit in unmittelbarem Zusammenhang zur Stabilität der Bildverknüpfung bzw. der Anzahl an gültigen Verknüpfungspunkten zu stehen scheint. Zusammenfassend bietet die umfangreiche Datenlage und Analyse der vorliegenden Arbeit eine theoretische wissenschaftliche Grundlage zur Flugplanung bei Auswertung mittels SfM und stellt auf diese Weise auch eine wichtige Handlungsempfehlung für aktuelle und künftige Anwender dar.

KW - Markscheidekunde

KW - UAV-gestützte Vermessung

KW - Structure from Motion

KW - Mine Surveying

KW - UAV-based surveying

KW - Structure from Motion

M3 - Dissertation

ER -