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Konzeption und Genauigkeitsabschätzungen für eine Bestimmung der äußeren Orientierung eines Unmanned Aerial Vehicles (UAV)

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Abstract:

This paper focuses on the development of a concept for determining the exterior orientation of an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) using a terrestrial system with target tracking tacheometer, a reflector and additional coloured markers on board of the UAV. Two variants – a one-point solution and a stereo-solution – will be presented. All basic geometrical relations are derived. An accuracy assessment is carried out, based on the law of error propagation and the least squares method, integrating a Monte Carlo approach. The results of the accuracy assessment show that the position accuracy (first part of exterior orientation) may be obtained in the sub-centimetre range. The accuracy of the rotations (roll, pitch, yaw) can be up to 0.2°. This concept seems to be very interesting for practical realisation especially in fields where 1) an UAV cannot be equipped with additional sensors and 2) geodetic and photogrammetric equipment are already used on-site (e.g. construction site monitoring).

German
In diesem Beitrag wird ein Konzept für eine Bestimmung der Position und Orientierung eines UAV durch ein terrestrisches System bestehend aus einem zielverfolgenden Videotachymeter, einem Reflektor und zusätzlichen Markierungen (kugelförmige, verschiedenfarbige Zielmarken) am UAV entwickelt. Zwei Varianten – eine Einbild-Lösung und eine Stereolösung – werden unterschieden, und für beide Varianten werden die zugrundeliegenden geometrischen Beziehungen abgeleitet. Darauf aufbauend wird für jede der beiden Ansätze eine Genauigkeitsbetrachtung zur Bestimmung der äußeren Orientierungsparameter mit Hilfe des Varianzfortpflanzungsgesetzes und der Ausgleichungsrechnung unter Einbeziehung der Monte Carlo Methode durchgeführt.

Die Ergebnisse der Genauigkeitsabschätzungen belegen, dass eine Positionsgenauigkeit im Subzentimeterbereich erreicht werden kann. Für die Orientierungswinkel ergeben sich Genauigkeiten bis zu etwa 0.2°. Somit erscheint eine solche Konzeption durchaus interessant für eine Umsetzung, insbesondere in solchen Bereichen, in denen

1) ein UAV aus Gewichtsgründen nicht mit zusätzlicher Sensorik ausgestattet werden soll und in denen

2) geodätisch-photogrammetrisches Equipment wie z. B. Videotachymeter und Kamera sowieso vorhanden ist, z.B. für Baustellenüberwachung.

Keywords: AUSGLEICHUNGSRECHNUNG; ORIENTIERUNGSGENAUIGKEIT; TERRESTRISCHE ZIELVERFOLGUNG; UNMANNED AERIAL VEHICLE; VARIANZFORTPFLANZUNG

Document Type: Research Article

DOI: https://doi.org/10.1127/1432-8364/2012/0108

Publication date: 2012-05-01

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