University of Oulu

Designing a drone based measurement system for outdoor material fields in industrial environment

Saved in:
Author: Ronkainen, Miikka
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Information Technology and Electrical Engineering, Department of Information Processing Science, Information Processing Science
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 2.7 MB)
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201610052887
Language: English
Published: Oulu : M. Ronkainen, 2016
Publish Date: 2016-10-07
Physical Description: 72 p.
Thesis type: Master's thesis
Tutor: Markkula, Jouni
Reviewer: Similä, Jouni
Markkula, Jouni
Description:
Drones are a rapidly evolving technology with potential for different surveying and measurement purposes. With various embedded sensors, drones can provide data from their surroundings with a capability to easily reach places that can otherwise be difficult to measure. The ability to perform tasks while flying in the air and being able to do them both quickly and inexpensively is what separates the drones from more traditional measurement methods. It is also what makes the use of drones interesting in industrial environments where there is a need to have more accurate and timely measurement systems to provide information about material use and management. The objective of this thesis was to research if a drone based measurement system for outdoor material fields in industrial environment is a feasible concept. In this thesis, a drone based measurement system is considered a system, which uses a drone to collect the measurement data by taking photographs and which produces the measurements through measurable 3D models based on the photographs and GPS location data. This research was conducted with design science research methodology. The system’s feasibility was studied by implementing the system as a pilot project in an industrial environment. Prior research related to the use of drones in similar applications was analysed through a structured literature review, from which recommendations for a good system design could be derived. The system was built by applying the local needs to the system alongside with the theoretical recommendations. The completed system was evaluated by comparing the system’s performance against traditional measurement methods and by comparing the system against the requirements that it was designed with. From the results of the evaluation, the feasibility of the system could be assessed and recommendations for improving and developing the system in the future described. The research showed that a drone based measurement system for outdoor material fields is a feasible and practically working concept. The system can produce very accurate and timely results, being capable of replacing more traditional measurement methods. The system is limited by being dependent on good weather conditions and by having lack of automation in some parts of its workflow. The research as a whole was limited by its approach of pilot testing, which could make some of the results not generalizable.
see all

Dronet eli miehittämättömät ilma-alukset ovat nopeasti kehittyvä teknologia, jossa on potentiaalia erilaisiin kartoitus- ja mittaustehtäviin. Moninaisten sulautettujen sensorien avulla dronet voivat tuottaa erilaista dataa ympäristöstään, pystyen helposti yltämään paikkoihin, joita olisi muutoin vaikea mitata. Kyky suorittaa tehtäviä ilmasta käsin, sekä niiden suorittaminen nopeasti ja edullisesti on ominaisuus, joka erottaa dronet muista perinteisemmistä mittausmenetelmistä. Se myös tekee dronejen käytöstä mielenkiintoista teollisissa ympäristöissä, joissa on tarvetta entistä tarkemmille ja oikea-aikaisemmille materiaalien käytöstä ja hallinnasta tietoa tuottaville mittausjärjestelmille. Tämän pro gradu -tutkielman tavoitteena oli tutkia, onko ulkona sijaitsevia materiaalikenttiä teollisessa ympäristössä mittaava drone-pohjainen mittausjärjestelmä toteuttamiskelpoinen konsepti. Tässä tutkielmassa drone-pohjaisella mittausjärjestelmällä tarkoitetaan järjestelmää, joka käyttää dronea keräämään mittausdataa valokuvia ottamalla ja joka tuottaa mittauksia 3D-malleista, jotka pohjautuvat näihin otettuihin kuviin ja GPS-paikkatietoon. Tämä tutkimus toteutettiin design science research -metodologialla. Järjestelmän toteuttamiskelpoisuutta tutkittiin toteuttamalla järjestelmä pilottiprojektina teollisessa ympäristössä. Aiempaa dronejen käyttöön liittyvää tutkimusta vastaavissa sovelluksissa analysoitiin strukturoidun kirjallisuuskatsauksen kautta. Sen avulla voitiin johtaa suosituksia hyviä järjestelmänsuunnitteluperiaatteita varten. Järjestelmä rakennettiin soveltamalla järjestelmään paikallisia tarpeita teoreettisten suositusten rinnalla. Valmista järjestelmää arvioitiin vertaamalla järjestelmän suorituskykyä perinteisiä mittausmenetelmiä ja järjestelmän suunnitteluvaiheessa käytettyjä vaatimuksia vasten. Arvioinnin tulosten perusteella järjestelmän käyttökelpoisuutta voitiin tarkastella, sekä antaa ehdotuksia järjestelmän parantamiseen ja kehittämiseen tulevaisuudessa. Tutkimus osoitti, että ulkona sijaitsevia materiaalikenttiä teollisessa ympäristössä mittaava drone-pohjainen mittausjärjestelmä on toteuttamiskelpoinen ja käytännössä toimiva konsepti. Järjestelmä voi tuottaa hyvin tarkkoja ja oikea-aikaisia tuloksia, ollen kykenevä korvaamaan perinteisempiä mittausmetodeja. Järjestelmää rajoittaa sen riippuvuus hyvistä sääolosuhteista ja automaation puute joissain osissa sen työnkulkua. Tutkimusta kokonaisuutena rajoitti sen pilottitestausta käyttävä lähestymistapa, joka saattaa estää joidenkin tulosten osien yleistämisen.
see all

Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.