Vermessungsbefliegung basierend auf Azure
Zusammenfassung
Um einen umfassenden Produktservice für den Einsatz von unbemannter Luftfahrzeuge (UAV) zur Speicherung und Verarbeitung der erfassten Messdaten anbieten zu können, stand die Firma Hanseatic Aviation Solutions GmbH vor der Entscheidung, eine eigene Inhouse-Lösung aufzubauen oder sich eines cloudbasierten Infrastructure-as-a-Service (IaaS)- Ansatzes zu bedienen. Durch die Beratung von Axtrion und in Anbetracht der Vorteile der IaaS-Plattform Microsoft Azure in Bezug auf Skalierbarkeit und Flexibilität bei einem vergleichsweise geringen Kostenaufkommen entschloss sich Hanseatic Aviation Solutions, Microsoft Azure als Backbone für ihren Produktservice zu verwenden.
Umfeld
Das Unternehmen Hanseatic Aviation Solutions (HAvS) entwickelt und fertigt unbemannte Luftfahrzeuge (Unmanned Aerial Vehicle, UAV) und übernimmt von ihren Kunden Aufträge zur Landschaftsvermessung. Für die Erfassung der von ihren Auftraggebern erwünschten Messwerte baut HAvS diverse Komponenten wie Kameras im sichtbaren und Infrarot-Bereich, Laserscanner und geo-magnetische Sensoren in die UAV ein und führt die Landschaftsvermessungen durch Überflug ihrer UAV durch.
Motivation
Die Landschaftsvermessung des UAV zum Erhalt der Messwerte erfordert den Aufbau eines projektspezifisch ausgestatteten UAV. Die Spezifikation der hierzu im UAV zu integrierenden Komponenten müssen im Vorfeld mit den Komponenten-Herstellern detailliert abgestimmt und dem Auftraggeber von HAvS zur Freigabe vorgelegt werden, da die Bauformen der Komponenten, deren Kalibrierung und die Funktionalität der Komponenten hinsichtlich der geforderten Messwertaufnahmen sichergestellt werden muss.
Im Nachgang zur Messwerterfassung werden die gesammelten Daten zentral zusammengeführt, analysiert, verarbeitet und visualisiert. Je nach Kundenanforderungen sind für diese Zwecke umfangreiche Berechnungen notwendig, die auf der Interpretation von Bildaufnahmen, Infrarotbildern, magnetischen Wellenbildern und Laserscans basieren, welche von den UAV bei einem Überflug gewonnen wurden. Hierbei entstehen sehr große Datenmengen, da ein UAV über Kameras etwa 10 Bilder pro Sekunde in sehr hoher Auflösung aufnimmt und der Laser ebenfalls umfangreiche Geo-Positionen durch Reflexions-Messverfahren liefert. Für die Ableitung 3-dimensionaler Modelle aus dem 2-dimensionalem Bildmaterial und den Laserscan-Daten sind komplexe Algorithmen zu berechnen.
Der von HAvS angestrebte Produktservice rund um das UAV umfasst neben der zentralen Bereitstellung der Spezifikationen der Messwerterfassungs-Komponenten für die Hersteller und die HAvS-Auftraggeber auch die Datenerfassung und -speicherung der aufgenommenen Messwerte sowie die nachgelagerten Datenanalysen, Auswertungen und Visualisierungen. Hierzu sollte ein System gefunden werden, welches mindestens die folgenden Anforderungen erfüllt:
- flexibler Zugriff auf zentral vorliegende Spezifikationen und Messwerte für die Komponenten-Hersteller und Auftraggeber zwecks einer kollaborativen Abstimmung
- hohe Skalierbarkeit der Speichervolumina zur Ablage großer Datenmengen
- Kunden- und projektspezifische Erstellung von Testszenarien inklusive Archivierung und Wiederherstellung zur Reproduktion von Testläufen
- Nutzung je nach Berechnungsaufwand konfigurierbarer Rechen-Ressourcen
- Bedarfsorientiertes Kostenaufkommen (Pay-per-Use)
Diese Anforderungen sind mit Blick auf den organisatorischen und technischen Aufwand gerade für mittelständische Unternehmen mit eigenen IT-Ressourcen nur mit einem großen Vorab-Investment zu bewältigen. Da das Projektgeschäft jedoch fortwährend Schwankungen unterliegt, fällt vor Projektstart eine Einschätzung sehr schwer, welches Investment konkret notwendig ist. Es ist also ein System vonnöten, welches Spitzenlasten abdecken kann, ohne Kapital bei einer Stagnation der Auftragslage zu binden.
Projektumsetzung
Durch die Beratung von Axtrion kam als Alternative zu konventionellen On-Premise-Lösungen in Betracht, Cloud-Systeme mit ihrer nahezu unbegrenzten Flexibilität und Skalierbarkeit für die hohen Anforderungen einzusetzen und durch die effiziente Nutzung von IT-Ressourcen in Kombination mit den UAV sowie der Integration von Auftraggebern und Partnern in die Wertschöpfungsprozesse Ansätze aus dem Zukunftsprojekt Industrie 4.0 zu verfolgen. Die Kombination der UAV mit den Möglichkeiten der Cloud-IT stellen für HAvS zur Gestaltung eines Produktservice somit einen erheblichen Mehrwert dar.
Axtrion hat als IT-Dienstleister durch die Anwendung von Cloud-Systemen in artverwandten Projekten eine umfassende Expertise hinsichtlich der effizienten Nutzung der IT-Ressourcen von Microsoft Azure aufgebaut und konnte daher das Unternehmen HAvS eingehend zum Aufbau eines Produktservice basierend auf Microsoft Azure beraten und in der praktischen Realisierung unterstützen.
Zur Unterstützung der im Vorfeld notwendigen Abstimmungen über die Spezifikation der Messwerterfassungs-Systeme, die kundenspezifisch in die UAV eingebaut werden sollen, hat Axtrion in Microsoft Azure eine Kollaborationsplattform in Form einer zentralen Datenablage errichtet, auf die sowohl die Komponenten-Hersteller als auch die HAvS-Kunden je nach Projekt einen gesicherten Zugriff erhalten.
Für die Verarbeitung der erfassten Messdaten wurde von Axtrion für HAvS in Microsoft Azure ein umfangreiches Netzwerk mit mehreren virtuellen Maschinen aufgebaut. Die flexible Ausstattung der Maschinen mit je nach Projekt erforderlichen 2 bis 128 GB Arbeitsspeicher und Zugriff auf eine zentrale Datenablage mit einem Speichervolumen von mehreren Terrabyte erlaubt die Ablage der umfangreichen Messdaten sowie die flexible Berechnung der 3D-Topologie-Modelle durch parallel arbeitende Maschinen. Bezüglich der Datenbereitstellung ausgehend von den UAV bis hin zu den Speicherressourcen von Azure hat Axtrion die Firma HAvS umfangreich beraten, sie bei der Installation notwendiger Software-Applikationen unterstützt und Azure-interne Netzwerk-Topologien mit sehr hohen Bandbreiten realisiert. Vorhandene Anwendungen zur Berechnung von 3D-Modellen aus Bild- und Laserscan-Daten wurden von Axtrion auf den virtuellen Azure-Maschinen installiert, adaptiert und getestet. Hierdurch konnte der Gesamtprozess einer Datenübertragung von den UAV hin zu den Speichervolumina in Azure mit nachfolgender Durchführung der Datenauswertung, Triangulierungsberechnungen und Datenvisualisierung umgesetzt werden.
Dieser Ansatz implementiert komplette projektspezifische Testszenarien bestehend aus Hardware-Spezifikationen, Dokumentationen, Messwerterfassungsdaten, Ergebnisdaten sowie die zugrundeliegende Berechnungssoftware und Betriebssysteme und archiviert sie durch Sicherung der gesamten Maschinen-Konfigurationen.
Für die Anwendung des Gesamtsystems in der Praxis hat Axtrion Schulungen und Anwender-Trainings durchgeführt, in denen auch weitere Anwendungsfälle für die erfolgreiche Nutzung von Azure aufgezeigt und diskutiert wurden.
Ergebnisse
Durch den Einsatz von Microsoft Azure hat HAvS folgende Benefits erzielt:
- Unterstützung eines kollaborativen, gesicherten Zugriffs auf zentrale Projektdaten
- Zugriff auf nahezu unbegrenzt skalierbare Speichervolumina zur Ablage der Messwerte
- Datenablage mit automatischer Replikation (5fache Spiegelung in den Microsoft Data Center), Datensicherung und Datenarchivierung zur Sicherung der Geschäftskontinuität bzw. Wiederherstellung von Testszenarien
- Nutzung moderner, skalierbarer, performanter Hardware und Netzwerke zur parallelen Durchführung zeitintensiver Triangulierungsberechnungen
- Minimierung anfallender IT-Kosten durch bedarfsorientiertem Einsatz der virtuellen Computer, Datenspeicher und Netzwerke (Pay-per-Use)
Mit Microsoft Azure als Backbone kann HAvS seinen Auftraggebern nun einen Produktservice anbieten, der neben der reinen Nutzung des UAV den Gesamtprozess zum Projektmanagement, der Hardware-Spezifikation, Messwertaufnahme, -Analyse, -Verarbeitung, -Auswertung und der Archivierung kompletter Testszenarien umfasst.
Dank Axtrion können wir jetzt unseren Kunden einen ganzheitlichen Produktservice rund um unsere UAV anbieten. Axtrion hat uns gezeigt, wie Cloud-Computing effizient für konkrete Anwendungsfälle eingesetzt werden kann und hierbei sogar zu einer Einsparung der Projektkosten führt.
