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Drohnenvermessung in der Praxis
In der heutigen Vermessungswelt sind effiziente und präzise Lösungen unerlässlich. Drohnen haben sich zu einem dieser unverzichtbaren Werkzeuge entwickelt. Während vor einigen Jahren noch die Frage nach Flughöhen und Flugdauer im Vordergrund stand, rückt heute die Verarbeitung und Verwendbarkeit der aufgenommenen Daten in den Fokus. Drohnen können, je nach Qualität der Sensorik, hochaufgelöste Daten erzeugen, die zu detaillierten Endprodukten verarbeitet und in vielen Bereichen eingesetzt werden. Ob im Hochbau, Straßen- und Tiefbau, in Steinbrüchen, Minen, für den Umweltschutz, bei PV-Anlagen und vielem mehr – die Einsatzmöglichkeiten sind nahezu unbegrenzt. Für das Generieren der Aufnahmen werden unterschiedliche Sensoren eingesetzt.
In der Drohnenvermessung sind kleine Drohnen mit RGB-Kameras weit verbreitet, die mittels photogrammetrischem Verfahren zu wertvollen Helfern geworden sind. Die Drohnen sind immer kleiner und einfacher einsetzbar geworden und somit ein unverzichtbares Werkzeug für viele Vermessungs- und Ingenieurbüros. Nach dem Auspacken im Feld und Erstellen der Flugplanung fliegen die Drohnen, je nach Modell, beachtliche 30-40 Minuten und nehmen Flächen von mehreren Hektar auf. So können Gebiete, in denen Bilder für den Nutzer ausreichend sind, schnell und kostengünstig beflogen und bei entsprechenden Bedingungen in guter Qualität Daten aufgenommen werden. Gute Gerätschaften gibt es hier schon für wenige Tausend Euro.
So einfach der Flug mit den kleinen Drohnen und so gut die Datenqualität bei guten Flugbedingungen auch sind, so schnell stoßen sie jedoch an ihre Grenzen. Zum einen leidet die Fotoqualität bei unbeständigen Lichtverhältnissen. Da die Drohnen entsprechend klein sind, können keine größeren Kameras geflogen werden und die Hersteller bedienen sich beispielsweise kleineren 1-Zoll-Sensoren, was das Rauschen in den Bildern fördern kann. Zum anderen sind höhere Flughöhen nicht unbedingt empfehlenswert, weil die Pixelgröße auf dem Boden (GSD) mit der Höhe zunimmt. Daher sind die Bilder "unschärfer" bzw. es werden weniger Details sichtbar. Die Erhöhung der Pixelzahl ist in dem Fall auch nicht das Mittel der Wahl, sondern besser ist es, einen größeren Sensor zu nutzen, der mehr Informationen in Form von Licht aufnehmen kann. Hat man also den Fall, dass große Flächen mit schwierigeren Lichtbedingungen geflogen werden sollen, dann macht eine größere Drohne Sinn, die entsprechende Sensorik heben kann, wie zum Beispiel eine 42-Megapixel-Vollformatkamera.
Im rechten Bild ist illustriert, wie in etwa das Größenverhältnis der unterschiedlichen Sensoren ist. Ganz grob kann man sagen: Umso kleiner der Sensor, desto besser sollten die Lichtverhältnisse sein. Umso größer der Sensor, desto mehr Licht und damit Informationen werden aufgenommen. Einige Drohnennutzer besitzen mehrere Geräte in ihrer Flotte, um für unterschiedliche Aufgabenstellungen stets das passende Werkzeug zur Verfügung zu haben. Dabei gilt es, das richtige Verhältnis zwischen Einsatz und Investition zu finden – oder wie man sagt: „Man sollte nicht mit Kanonen auf Spatzen schießen.“ Das bedeutet in der Praxis, dass es sich nicht lohnt, viel Geld auszugeben, wenn man nur zweimal im Jahr ein kleines Gebiet befliegen muss. Auf der anderen Seite kann es sich durchaus lohnen, in hochwertigere Ausrüstung zu investieren, wenn man regelmäßig größere Flächen befliegt und dabei präzise und hochwertige Daten benötigt. Eine gut ausgestattete Drohnenflotte kann in solchen Fällen die Effizienz und die Qualität der Arbeit erheblich steigern.
Haben Sie Fragen zum Kauf einer Drohne oder wissen nicht, welches das passende Modell für Sie ist?
Neben den RGB-Sensoren sind LiDAR-Sensoren auf dem Vormarsch. LiDAR (Light Detection and Ranging) bietet aufgrund eines aktiven Messverfahrens eine hervorragende Möglichkeit, Daten bei schlechten Lichtverhältnissen oder auch bei Vegetation zu erfassen. Detailreiche, nahe beieinander liegende Flächen, vor allem mit größeren Höhenunterschieden, werden ebenfalls gut aufgenommen. Anders als bei der Photogrammetrie benötigt ein LiDAR-Sensor nicht die Aufnahme eines Punktes aus verschiedenen Winkeln (Überlappung der Bilder), sondern dank der aktiven Messung nimmt er den Punkt direkt auf. Mittels RTK (Real Time Kinematic) oder PPK (Post Processing Kinematic) wird dem Punkt eine genaue Koordinate zugewiesen.
Der Unterschied besonders in Vegetationsreichen Gegenden ist gegenüber der Photogrammetrie immens hoch. Im linken Bild ein Schnitt durch ein Datenset mit Vegetation, aufgenommen mit einer Kamera, rechts aufgenommen mit einem LiDAR.
Dieses Datenset wurde mit einer Kamera aufgenommen. Der Schnitt zeigt deutlich, dass gerade bei Vegetation das photogrammetrische Verfahren nicht das Mittel der Wahl ist. Informationen über den Waldboden fehlen. Die Aufnahme birgt aber auch Risiken. Bei Wind, zum Beispiel, fehlen häufig Daten komplett, da sich die Bäume bewegen und die Nachbearbeitungssoftware dann an ihre Grenzen kommt, weil sie den Punkt aus Bild 1 in Bild 2 und weiteren Bildern nicht wiederfindet.
In diesem Ausschnitt sieht man, dass der LiDAR-Sensor auch bei Vegetation in der Lage ist, Daten aufzunehmen. Das ist dank der aktiven Messung möglich. Anders als bei der Photogrammetrie ist der gemessene Punkt tatsächlich vorhanden. Dank mehrerer Impulse werden sogar Stämme und Vegetation über dem Boden erfasst. In diesem Ausschnitt erkennt man deutlich, dass der Waldboden klar sichtbar ist.
Der große Nutzen der LiDAR-Sensoren, insbesondere in der Autoindustrie, hat dazu geführt, dass die Sensorik rasant weiterentwickelt und die Stückzahlen erhöht wurden. Dies hat nicht nur zur Reduzierung der Kosten beigetragen, sondern auch die Effizienz der Sensorik sowie die damit verbundene Datenaufnahme erheblich verbessert. In den letzten fünf Jahren haben sich die Preise für LiDAR-Sensorik etwa halbiert.
Hier ein Zitat aus einem RIB-Beitrag über LiDAR: "Die LiDAR-Technologie, die heutzutage für die Drohnenvermessung verwendet wird, stammt ursprünglich aus dem Automotive-Umfeld. Die Scanner wurden größtenteils zur Abstandsmessung eingesetzt, weshalb die Flughöhe der Drohne ursprünglich sehr limitiert war. Mit Hilfe der neuen technologischen Möglichkeiten auf dem sogenannten Survey Grade, also entsprechend der Anforderungen für die Vermessung entwickelt, sind heute Genauigkeiten im 6-cm-Raster bei einer durchschnittlichen Flughöhe von 100 bis 120 Metern möglich. Selbst Flughöhen von rund 300 Metern wären denkbar und würden eine vergleichbare Genauigkeit liefern, was innerhalb Deutschlands nur mit Sondergenehmigungen durchgeführt werden kann."
Da sowohl das photogrammetrische Verfahren als auch LiDAR ihre Vorteile haben, ist die Königsdiziplin die Kombination beider Aufnahmeverfahren in einem Kombisensor. So profitieren die Nutzer sowohl von den hochauflösenden Bildern und visuellen Daten der Kamera, zum Beispiel für die Abdigitalisierung, als auch von den Vorteilen der aktiven Messung eines LiDAR-Sensors, wenn es um Höhengenauigkeit und Vegetation geht. In den beiden Bilden sehen Sie einen kleinen Ausschnitt aus einem Datenset. Zum einen aus dem LiDAR mit den Bodenpunkten und im anderen Bild das Orthofoto, welches von den Kameras des LiDAR Sensor produziert wurde.
Haben Sie Projekte, in denen Wald oder andere Vegetation eine Rolle spielt? Möchten Sie einmal eine LiDAR-Vermessung ausprobieren? Fragen Sie unverbindlich an.
Mit Hilfe von Basisstationen und Passpunkten wie dem "Accuracy Star" kann die Lage- und Höhengenauigkeit in X, Y und Z genau ermittelt, die Punktwolke geometrisch überprüft sowie gegebenenfalls korrigiert werden. Waren vor Kurzem Bestimmungen der Lagegenauigkeit in X und Y nur schwer möglich (zum Beispiel anhand von Fahrbahnmarkierungen im Intensitätsmodus), ist die neueste Entwicklung die automatische Ermittlung der Passpunkte sowie die Einpassung per Knopfdruck. Dies erfolgt nach den ASPRS (American Society for Photogrammetry and Remote Sensing) Standards. Ein praktisches Beispiel hierfür ist ein Flug über eine Golfanlage.
Sie Fragen sich, was eine Drohnenvermessung mit Auswertung in der Praxis kostet? Hier ein paar Beispiele:
Vermessung einer Fläche ca. 13 ha
Sensorik: LiDAR und Kamera
Gewünschtes Ergebnis: LiDAR Punktwolke, Orthofoto, Passpunkte. Mengenberechnung und Herstellung eines Soll-Ist-Vergleiches
Genauigkeitsanforderung: <5 cm in Lage und Höhe
Preis: etwa 2.100 EUR
Vermessung eines Waldgebietes ca. 80 ha
Sensorik: LiDAR und Kamera
Gewünschtes Ergebnis: Bestandsaufnahme für Verlängerungs- und Erweiterungsplanung
Genauigkeitsanforderung: <3 cm in Lage und Höhe
Preis: etwa 7.800 EUR
Vermessung einer Fläche ca. 330 ha
Sensorik: Kamera
Gewünschtes Ergebnis: Orthofoto, Passpunkte für Erstellung eines Lageplans
Genauigkeitsanforderung: 3 cm in Lage und 5 cm in Höhe
Preis: etwa 5.200 EUR
Vermessung einer Fläche ca. 95 ha
Sensorik: LiDAR und Kamera
Gewünschtes Ergebnis: LiDAR Punktwolke, Orthofoto, Passpunkte. Berechnung von Setzungsbeträgen
Genauigkeitsanforderung: <4 cm in Lage und <2 cm in Höhe
Preis: etwa 9.000 EUR
Vermessung einer Deponie ca. 170 ha
Sensorik: LidAR und Kamera
Gewünschtes Ergebnis: LiDAR Punktwolke, Orthofoto, Passpunkte
Genauigkeitsanforderung: 3 cm in Lage und Höhe
Preis: etwa 8.000 EUR
Vermessung einer Deponie ca. 60 ha
Sensorik: LidAR und Kamera
Gewünschtes Ergebnis: LiDAR Punktwolke, Orthofoto, Passpunkte
Genauigkeitsanforderung: 3 cm in Lage und Höhe
Preis: etwa 4.100 EUR
Suchen Sie nach einem Drohnenpiloten, der Ihnen Daten für Ihr Projekt aufnimmt? Möchten Sie gerne eine Drohnenvermessung mit Kamera und LiDAR ausprobieren? Dann freuen wir uns auf Ihre unverbindliche Anfrage.