Diplomarbeit Andreas Tharang

Titel:

Entwicklung von Methoden zur kamerabasierten Navigation in Waldbeständen

Beschreibung:

Moderne Forstwirtschaft hat nicht nur die effiziente Bewirtschaftung forstlicher Flächen als Ziel, sondern ebenfalls die Minimierung mit ihr einhergehender Schäden. Die bis zu 55t schweren Forstmaschinen können irreparable Schäden am Waldboden erzeugen. Um diese zu Minimierung bedarf es einer präzisen Navigationslösung welche heute in erster Linie durch GNSS-basierte Verfahren umgesetzt wurde. Aufgrund der Abdeckung durch das Kronendache kann es jedoch zu kurzen Ausfallzeiten dieses Systems kommen. Ziel dieser Diplomarbeit war es daher zu untersuchen ob eine Navigation mit Hilfe von Fisheye-Aufnahmen zu Baumachsen hierfür eine Alternative darstellt. Die Ansätze hierfür sollten erarbeitet und auf Tauglichkeit hin untersucht werden. Es wurde gezeigt dass aus den Bildgeometrien direkt Aussagen zur horizontalen Umgebungsgeometrie abgeleitet werden können. Die beeinflussenden systematischen Einflüsse wie die Zenitverschiebung im Bild oder die Verzeichnungen des Objektives wurden erläutert und es wurde gezeigt wie diese eliminiert werden können.

Weiterhin wurden Ansätze zur automatisierten Detektion von Baumachsen im Bild entwickelt und ein Verfahren zum Funktionsnachweis umgesetzt. Hierbei konnte gezeigt werden dass dies prinzipiell möglich ist, aber für allgemeingültige Waldsituationen nur bedingt robust umsetzbar.

Ein großer Teil der Arbeit beschäftigte sich mit der robusten Berechnung ebener 2D-Richtungsnetze ohne Zusatzinformationen. Diese stellen den mathematischen Ansatz zur Berechnung der 2D-Koordinaten der Standpunkte und Bäume dar. Da für ein reines Richtungsnetz ohne Passpunkte keine Informationen zur Lage, Orientierung und Maßstab des Netzes vorliegen entsteht ein sogenanntes Datumsproblem welches eine direkte Berechnung unmöglich macht. In der Arbeit wurden hierfür Ansätze entwickelt um dennoch aus den Beobachtungen relative maßstabslose Koordinaten zu bestimmen.

Zusammenfassend konnte festgestellt werden dass es zwar prinzipiell möglich ist nur anhand von Fisheye-Aufnahmen eine relative Navigationslösung zu entwickeln. Da jedoch nicht zu erwarten ist das signifikante Verbesserungen gegenüber bestehenden GNSS-Lösungen erreicht werden wird stattdessen empfohlen dieses Verfahren nur in Kombination mit anderen zu verwenden. Schon einfache Erweiterungen wie z.B. ein Kompass können schon maßgeblich die Stabilität und Zuverlässigkeit dieses Systems verbessern. In Kombination mit GNSS kann dieses Verfahren helfen dessen Hauptproblem - den kurzzeitigen Signalausfall - zu überbrücken.