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Testprojekt DJI P4 RTK

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Testprojekt DJI P4 RTK

Für das Testprojekt wurden mit der Phantom 4 RTK  mehrere Flüge in verschieden Flughöhen (75 m bis 40 m über Boden) und verschiedenen Kameraneigungen von 90° (Nadir) bis 75° durchgeführt. Es wurden insgesamt 462 Aufnahmen über einer Gesamtfläche von ca. 1 ha gemacht. Für die Korrektur der GPS Positionen der Drohne wurden Korrekturdaten über SAPOS bezogen.

Um die Abweichung der mit der Drohne aufgenommenen Daten interpretieren zu können wurden 3 Kontrollpunkte auf verschiedenen Höhenebenen im Gelände mit einem Leica GS 15 GPS mit SAPOS Korrektur eingemessen. Hierbei wurde der GPS-Stab in einem Stativ fixiert und jeweils 5 Minuten in 2 m über dem Boden gemessen.

Die Photogrammetrische Auswertung der aufgenommenen Daten wurde mit Agisoft Metashape (1.5.1 build 7618) durchgeführt. Die Lage-Positionen der Fotos wurden dabei in ETRS89 / UTM Zone 32N (EPSG: 25832) und die Höhen in DHHN2016 Transformiert.


Abbildung 1: Markierung von 3 Kontrollpunkten mit Markerplatten 80 x 80 cm.

Ergebnisse

Die photogrammetrische Auswertung erbrachte einen effektiven Reprojektionsfehler von 0.114 (0.243 pix) und einen maximalen Reprojektionsfehler von 0.305 (1.037 pix).

Die ermittelten durchschnittlichen Fehler der Kamerapositionen zum errechneten Modell liegen für die Länge (X) Breite (Y) und die Höhe (Z) bei jeweils knapp unter bzw. über 1 cm. Einzelne Kamerapositionen wichen dabei als Ausreiser bis maximal 4 cm in der Lage und knapp 7 cm in der Höhe ab.

Tabelle 1: Durchschnittliche Kamerapositionsfehler

Fehler X (mm)Fehler Y (mm) Fehler Z (mm)XY Fehler (mm) Gesamtfehler (mm)
7,7911,2211,5813,6517,90

Abbildung 2: Kamerapositionen und Fehlerabschätzung. Z Fehler ist durch Ellipsenfarbe dargestellt. X, Y Fehler sind durch Ellipsenform dargestellt. Geschätzte Kamerapositionen sind mit schwarzen Punkten markiert.

Um die äußere Genauigkeit zu bestimmen wurde die Abweichung der Kontrollpunkte vom photogrammetrisch Modell ermittelt. Dies ergab Abweichungen von maximal 8 mm in der Lage und maximal 2.1 cm in der Höhe. Die Markierung der Kontrollpunkte auf den Fotos (Projektion) konnte mit einer Genauigkeit von ca. 0.3 Pixeln durchgeführt werden.

Tabelle 2: Abweichungen der Kontrollpunkte

NameFehler X (mm)Fehler Y (mm)Fehler Z (mm)Gesamt (mm)Bild (pix)Projektionen
point 1-5,551,04-2,005,99 0.340155
point 2-6,86-2,31-6,709,87 0.326125
point 3-7,90-6,97-21,6024,03 0.29999

Diskussion

Die in diesem kleinen Testprojekt erbrachten Ergebnisse stellen eine sehr positive Aufnahmereihe dar. DJI gibt den Fehler der ausgewerteten Daten mit ca. 5 cm bei einer Flughöhe von 100 m an. Aus eigener Erfahrung wird dieser Fehler in der Regel unterschritten und liegt in der Praxis zwischen 1 und 3 cm je nach Aufnahmebedingungen.


7 Comments so far:

  1. Lukas Beeretz sagt:

    Sehr geehrter Herr Müller,

    die Wahl der verschiedenen Flughöhen und die hohe Anzahl an Bildern liegen in diesem Fall an dem recht komplexen Gelände. Wir haben hier Höhendifferenzen am Boden von über 30 Metern und Baumhöhen bis nahezu 40 Metern. Die Befliegung wurde in drei Durchgängen mit jeweils ca. 15 Minuten durchgeführt. Bei der anschließenden Auswertung wurden keine vorkalibrierten Parameter verwendet, allerdings wurden die Kameraparameter mithilfe der Sukzessiven-Auswahl in mehreren Durchgängen optimiert.
    Die Markierung der Kontrollpunkte wurde automatisiert durchgeführt, weshalb der Aufwand hierfür zu vernachlässigen ist.
    Smileys können mit html eingefügt werden

    🙂


    „&#128578“
    Gruß
    Lukas Beeretz

    • Wolfgang Müller sagt:

      Sehr geehrter Herr Beeretz,
      vielen Dank für Ihre Erläuterungen. Ein, zwei Bemerkungen muss ich aber noch los werden.
      Höhenunterschiede in dem beflogenen Gelände sind für das processing, Bündelblockausgleichung, mit Agisoft eher hilfreich. Probleme gibt es bei total ebenem Gelände.

      „allerdings wurden die Kameraparameter mithilfe der Sukzessiven-Auswahl in mehreren Durchgängen optimiert.“

      Damit meinen Sie das, was ich beschrieben habe? Solange ausprobiert mit Hilfe der „Kontrollpunkte“, bis das Ergebnis am besten passt, insbes. in der Höhe. Dann sind natürlich die „Kontrollpunkte“ streng genommen eigentlich „Passpunkte“, auch wenn sie nicht als solche direkt in das processing eingeflossen sind. In sofern ist es eigentlich auch nicht wirklich ein Test des P4RTK (Messen ohne Passpunkte), denn ich gehe mal davon aus: das selbe Ergebnis wäre auch mit einem normalen P4pro erreicht worden. zu einem Fünftel des Preises, mit vielleicht 1-2 Passpunkten mehr.

      Gruß
      W.M.

      • Lukas Beeretz sagt:

        Sehr geehrter Herr Müller,
        schön dass Sie sich so für das Thema interessieren.
        Die verschiedenen Flughöhen wurden nicht mit dem Fokus auf eine Optimierung des Bündelblockausgleichs durchgeführt, sondern ganz banal, weil eine gewisse Bodenauflösung sowie die Erfassung des Baumbestands und des Bodens darunter gewährleistet werden sollte.
        Die Optimierung der Kamera-Positionen und Parameter mit Hilfe der sukzessiven Auswahl fand im Hinblick auf eine Reduzierung der Reprojektionsfehler statt und zwar bevor die Kontrollpunkte ins Spiel kamen.
        Eine Optimierung der Parameter und Positionen mit dem Ziel die Abweichungen zu den Passpunkten zu reduzieren hat nicht stattgefunden, dass Ergebnis der Befliegung wäre auch gänzlich ohne Kontrollpunkte zu 100 % dasselbe!
        Natürlich lässt sich mit der P4pro in Kombination mit genügend Passpunkten ein vergleichbares Ergebnis erzielen, der Clou ist aber, dass wir eben keine Passpunkte mehr verwenden müssen.

  2. Max Müller sagt:

    Hallo,
    Können bei der DJI Phantom 4 RTK (SDK) die Bildkoordinaten nur im WGS Koordinatensystem abgespeichert werden oder können die Korrekturdaten im durch SAPOS gelieferten ETRS/DHHN2016 gespeichert werden?

    Vielen Dank

    • Lukas Beeretz sagt:

      Hallo,
      es kann nur im WGS84 Koordinatensystem gespeichert werden, die SAPOS Echtzeitkorrektur wird von der p4 RTK nicht erkannt. Die Koordinaten müssen also extern transformiert werden.
      Die gängigen photogrammmetrie Software Lösungen beinhalten aber allesamt entsprechende Transformationstools von WGS84 in z.B. ETRS89/ UTM. Etwas komplizierter wird es mit der Höhe, hierfür ist z.B. für die Transformation der WGS84 Höhe in DHHN2016 ein Undulationsmodell (GCG2016) im Tiff Format notwendig (Agisoft). Dieses kann über das BKG für Deutschland oder Landesvermesungsämter jeweils für die Bundesländer bezogen werden. Ich hoffe ich konnte Weiterhelfen.

  3. Steffen Döring sagt:

    Hallo Lukas,
    habt Ihr schon einmal das GCG2016 in Metashape verwendet? Hat das einwandfrei geklappt?
    Bevor man das GCG2016 kauft wäre es schön zu wissen, ob Metashape das auch ‚mag‘ 😉 Es sind ja doch ein paar hundert €!
    Seid Ihr sicher, dass beim Fliegen mit eingeschaltetem RTK und NTRIP-Verbindung die Timestamp.mrk der (Bild-Aufnahmezeitpunkten + Koordinaten) Daten nicht korrigiert werden?
    Laut diesem White Paper von DJI – https://shop.quadrocopter.com/assets/images/P4RwhitePaperV2.pdf (S. 25) – werden bei bestehender RTK-Verbindung im Timestamp.mrk-File die KORRIGIERTEN Daten – allerdings auch in Grad – gespeichert!?
    „Column 7: real-time position latitude (Lat) of the CMOS center acquired at the time of exposure,
    in degrees. When the aircraft is in the RTK mode, its position is the RTK antenna phase center
    position plus the offset of the antenna phase center relative to the CMOS center at the time of
    exposure, with the RTK accuracy (centimeter level);“
    Danke + viele Grüssle!
    Steffen

    • Lukas Beeretz sagt:

      Hallo Steffen,

      wir arbeiten schon länger erfolgreich mit dem GCG2016, bevor Metashape dieses beim import akzeptiert muss es aber noch in ein Tiff + tfw überführt werden.

      Zu der Korrektur, habe ich mich missverständlich ausgedrückt. Es wird natürlich in echtzeit korrigiert, aber eben nicht transformiert! Alle gespeicherten Koordinaten liegen also in WGS 84 mit ellipsoidischer Höhe vor.

      Gruß
      Lukas

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