University of Oulu

RPAS-laitteiden käyttömahdollisuudet vesistörakenteiden tarkkailussa ja muissa vesivaratehtävissä

Saved in:
Author: Keto, Katriina1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Technology, Environmental Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 2.6 MB)
Pages: 107
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202003191297
Language: Finnish
Published: Oulu : K. Keto, 2020
Publish Date: 2020-03-19
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Marttila, Hannu
Reviewer: Marttila, Hannu
Rautio, Liisa Maria
Description:

Tiivistelmä

Kauko-ohjattavien ilma-alusjärjestelmien (RPAS, Remotely Piloted Aircraft System) eli droonien käyttö ympäristön tutkimuksessa ja seurannassa on lisääntynyt huomattavasti 2010-luvulla RPAS-laitteiden sekä sensoriteknologian kehittyessä ja droonien saatavuuden parantuessa. Vesivarojen hallinta edellyttää monia maastossa tehtäviä havaintoja, joiden hankkimisessa voidaan hyödyntää drooneja. Useita maastomittauksia ei vielä voida täysin korvata drooneilla, mutta droonit tuovat kuitenkin uusia näkökulmia ja niiden avulla voidaan täydentää tutkimuksia korkean spatiaalisen resoluution aineistoilla.

Tämän diplomityön tavoitteena on selvittää RPAS-laitteiden käyttömahdollisuudet vesivarojen hoidon ja käytön suunnittelun tehtävissä, joihin kuuluu muun muassa vesistörakenteiden kuten patorakenteiden tarkkailu sekä hydrologisen seurannan tehtävät kuten vesistöjen vedenkorkeuden ja virtaaman mittaus. Työ on tehty Etelä-Pohjanmaan elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskukselle, jolla oli tarve selvittää ja raportoida droonien hyödyntämismahdollisuudet sen vesistöyksikön tehtävissä. Tämä selvitys on toteutettu kriittisenä kirjallisuuskatsauksena, jossa on kartoitettu RPAS-laitteiden ja -tekniikoiden hyödyntämistapauksia vesivarojen hallintaan, käyttöön ja hoitoon liittyvissä tehtävissä ja sovelluksissa. Työssä käsitellään kirjallisuuskatsauksen tuloksena selvinneiden yleisimpien RPAS-yhteensopivien kaukokartoitusmenetelmien toimintaperiaatteita sekä kokemuksia menetelmien soveltuvuudesta vesistörakenteiden tarkkailuun ja vesivarojen seurantaan ja tutkimukseen. Työssä suoritetun kartoittavan ja kriittisen kirjallisuuskatsauksen tuloksia ja käsiteltyjä RPAS-sovelluksia voidaan käyttää droonien käytön perusteluna vesivaratehtävissä sekä aloitteena RPAS-laitteiden soveltuvuutta vesivaratehtävissä käsitteleville lisätutkimuksille.

Yleisimpiä droonien hyödyntämiä kaukokartoitusmenetelmiä ovat ilmavalokuvaus, monikaistakuvaus (multi- ja hyperspektrikuvaus), laserkeilaus (LiDAR) sekä lämpökuvaus. Drooneihin asennetuilla kameroilla otettuja ilmavalokuvia käytetään muun muassa tulvatilanteiden seurannassa sekä vesistöjen kunnostustarpeen arvioinnissa. Fotogrammetriset menetelmät eli valokuvien hyödyntäminen maastokohteiden mittauksessa ja 3D-mallinnuksessa soveltuvat esimerkiksi jokirantojen tai patorakenteiden digitaalisten korkeusmallien tuottamiseen. Muita RPAS-yhteensopivia kaukokartoitusmenetelmiä voidaan käyttää esimerkiksi vesistöjen vedenkorkeuden mittauksessa, vesikasvillisuuden kartoituksessa ja lumipeitteen mittauksessa. Selvityksessä on käsitelty myös vähemmän käytettyjä drooneja hyödyntäviä mittausmenetelmiä, joita käytetään esimerkiksi vesistöjen vedenlaadun mittauksessa. Lisätutkimuksia tarvitaan esimerkiksi erilaisten drooneihin asennettujen tutkalaitteiden hyödyntämisessä vesistön virtaaman tai lumipeitteen ominaisuuksien mittauksessa.

Possible applications of RPAS in the monitoring of hydraulic stuctures and other water resources management tasks

Abstract

In the field of environmental research and monitoring, the use of RPAS (Remotely Piloted Aircraft System), also known as drones, has considerably increased in the 2010s as RPAS and sensor technology have developed and the availability of drones has improved. Water resources management requires field measurements and drones can be utilized in obtaining these required measurements. Drones cannot yet replace many field measurement methods, but the use of drones gives new aspects in environmental monitoring, and previous research materials can be updated with high resolution data obtained with a RPAS.

The objective of this Master’s thesis is to investigate the possible uses of RPAS in water resources management tasks such as supervision of dams and other hydraulic structures and hydrological monitoring such as measuring the water elevation and discharge in different water bodies. This Master’s thesis is done for the Centre for Economic Development, Transport and the Environment of South Ostrobothnia, where there was a need to investigate and report the possible uses of drones in the tasks of the water resources department. The investigation part of this Master’s thesis is carried out as a critical literature review, in which the state-of-the-art RPAS technologies and methods used in water resources management tasks and applications were critically overviewed. The results of the literature review including the operational principles and praxes of RPAS compatible remote sensing methods and their applicability for monitoring of hydraulic structures as well as monitoring and research of water resources are discussed in this report. The outcome of the investigation discussed in this Master’s thesis and the results of the completed literature review can be used to justify the use of RPAS in different water resources management tasks and to provide background for further research in the field of drone applications in water resources management.

The most common RPAS compatible remote sensing methods include aerial photography, multispectral and hyperspectral imaging, light detection and ranging (LiDAR) as well as thermal imaging. Aerial photographs produced with cameras mounted in drones are used to assess floods and the need for environmental remediation of surface waters. Photogrammetry, which means measuring and 3D modelling of different objects by using photographs, is suited for digital elevation modelling of riverbanks and earth dams or levees. Other RPAS compatible remote sensing techniques are used in measuring water elevation of surface water bodies and streams, mapping of aquatic vegetation as well as measuring snow depth. This report discusses also some less used RPAS compatible field measurement methods, which are used for example to measure the quality of surface waters. Further research is required to assess the feasibility of using remote sensing instruments such as radar devices attached to a RPAS to measure discharge of streams and properties of snow cover.

see all

Subjects:
Copyright information: © Katriina Keto, 2020. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.