Vermessung der Ahr nach der Flut.
12,5 Kilometer Ahrverlauf, 3,2 Quadratkilometer Aufnahmegebiet, Photogrammetrie und LiDAR aus der Luft kombiniert. Wie der Netzwerkpartner Augel die Grundlagen für den Hochwasserschutz im Stadtgebiet Bad Neuenahr-Ahrweiler erfasst hat.
Im Sommer 2021 traf die Flutkatastrophe das Ahrtal mit einer Wucht, die niemand für möglich gehalten hatte. Im Stadtgebiet Bad Neuenahr-Ahrweiler waren von einstmals 23 Brücken über die Ahr 20 zerstört oder beschädigt. Auch das Ingenieurbüro PlannIng mit Sitz in Bad Neuenahr-Ahrweiler war selbst betroffen.
Der Wiederaufbau brauchte zuerst eine belastbare Datengrundlage. Die Ahr hatte ihren Lauf verändert, ältere Daten bildeten ihn nicht mehr ab. Für Brücken, Ufer und Hochwasserschutz war ein aktuelles, hochauflösendes Geländemodell des Ahrverlaufs nötig.
Diesen Auftrag erhielt im Sommer 2021 unser Netzwerkpartner Augel, der in der Nähe der Ahr sitzt. Drohnen erfassen große oder schwer zugängliche Flächen schnell, berührungslos und dreidimensional. Diese Case Study fasst zusammen, wie das Projekt geplant und durchgeführt wurde, welche Sensorik zum Einsatz kam, welche Genauigkeit belegt wurde und wofür die Daten gebraucht werden.
Ein 12,5 km langer Korridor entlang der Ahr mit 150 m Breite wurde aus der Luft erfasst. 28 Drohnenflüge, je 14 mit Photogrammetrie-Kamera und 14 mit LiDAR-Scanner. 6.943 Bilder, 7,07 Milliarden Punkte, 1,57 cm Lagegenauigkeit über 21 unabhängige Kontrollpunkte.
Was war zu tun.
Drei Aufgabenfelder ergaben sich aus dem Wiederaufbau-Briefing: Geländeerfassung, Auswertungsleistung und Datenübergabe für die nachgelagerten Planungsdisziplinen.
Das Projekt
- Vermessungsleistungen zur weiteren Planung des Wiederaufbaus im Ahrtal
- Aufmaß des Urgeländes nach der Flutkatastrophe
- Korridorlänge: 12,50 km entlang des Ahrverlaufs
- Korridorbreite: 150 m beidseitig
- Aufnahmegebiet: 3,2 km²
Arbeitsauftrag
- Befliegung mittels Drohne für Orthofotos
- Befliegung mittels Drohne für 3D-Punktwolke
- Aufnahme Querschnitte der Ahrsohle im 10-m-Raster
- Photogrammetrie und LiDAR im Parallel-Einsatz
- Genauigkeitsnachweis über Pass- und Kontrollpunkte
Grundlage für
- Brückenplanung im Stadtgebiet
- Straßenplanung und Trassierung
- Uferbefestigung und Hochwasserschutzbauwerke
- Hydraulische Berechnungen
- Zustandsdokumentation des Urgeländes
20 von 23 Brücken zerstört oder beschädigt.
Im Stadtgebiet Bad Neuenahr-Ahrweiler queren 23 Brücken die Ahr. Nach der Flutnacht waren 20 davon zerstört oder beschädigt, nur drei blieben intakt.
Für die Neuplanung braucht jede Brücke konkrete Höhen, Sohlbreiten und Strömungsquerschnitte. Das aktualisierte Geländemodell der Ahr aus der Drohnenbefliegung liefert diese Grundlage.
Warum zwei Verfahren parallel.
Die Befliegung lag im Juni, einer Zeit dichter Ufervegetation. Beide Sensoren flogen auf derselben Drohnenplattform über dasselbe Aufnahmegebiet.
Sony a7R mit 61 Megapixeln
Die Vollformatkamera nimmt überlappende Senkrechtbilder auf, aus denen die Auswertungssoftware das Orthomosaik und eine dichte Punktwolke rechnet. Das bildbasierte Verfahren liefert die anschauliche Foto-Ebene für Planung und Dokumentation und funktioniert dort, wo der Boden im Bild sichtbar ist.
Aktiver Lasersensor
Der LiDAR-Scanner sendet Laserpulse aus und misst ihre Laufzeit. Anders als die Kamera erreicht der Laser den Boden durch Lücken im Bewuchs und erzeugt Bodenpunkte auch unter Vegetation. Ohne diesen Sensor wäre der Uferbereich im Juni nicht durchgehend zu erfassen gewesen, das Datenmodell hätte Lücken.
Die Kombination aus Photogrammetrie und LiDAR ist im Hochwasserschutz und bei Renaturierungen der robuste Weg. Photogrammetrie liefert die visuelle Ebene und ein Höhenmodell der sichtbaren Oberfläche. LiDAR liefert das Geländemodell unter Bewuchs, also die Sohlhöhe, die hydraulische Berechnungen brauchen. Bei dichtem Bewuchs kann die Photogrammetrie auch mit erhöhtem Aufwand keine flächendeckende Bodenpunktwolke liefern.
67 Stunden Rechenzeit für 7 Milliarden Punkte.
Die Rohdaten der Befliegung wurden in Agisoft Metashape Professional ausgewertet. Fünf Schritte führten von 6.943 Einzelbildern zu Punktwolke, Geländemodell und Orthomosaik.
Verarbeitungszeit nach Schritt
Photogrammetrie-Auswertung in Agisoft Metashape Professional. Werte aus dem Projektbericht.
| Verarbeitungsparameter | Wert | Bedeutung |
|---|---|---|
| Anzahl Bilder | 6.943 | Rohdaten der Photogrammetrie-Befliegung |
| Datenvolumen | 182 GB | Sony a7R, 61 MP, RAW-Dateien |
| Dichte Punktwolke | 7.072.273.180 Pkt | 3D-Modell aus Bündelblockausgleichung |
| Auflösung DEM | 2,47 cm/Pixel | Digitales Geländemodell |
| Auflösung Orthomosaik | 1,32 cm/Pixel | Entzerrtes, georeferenziertes Senkrechtbild |
| Aufnahmegebiet | 3,2 km² | Beflogene Fläche, 12,5 km × 150 m Korridor |
| Flughöhe | 118 m | über Grund, Sichtflug-Operation |
| Anzahl Flüge | 28 | 14 mit Kamera, 14 mit LiDAR |
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Vom Briefing bis zur Datenlieferung.
Fünf Schritte führten vom Auftragseingang im Sommer 2021 zur fertigen Datenlieferung an den Auftraggeber.
Auftrag und Ziel
12,5 km Ahr-Korridor erfassen, Querschnitte im 10-m-Raster, Photogrammetrie und LiDAR parallel. Verwendung: Brücken-, Straßen-, Uferplanung.
Flugplanung vor Ort
Vorplanung im Büro war wegen der örtlichen Gegebenheiten nicht möglich. Sichtflug im dicht besiedelten Stadtgebiet, sorgfältige Auswahl der Startplätze.
Festpunkte einmessen
45 Festpunkte mit GPS eingemessen. 24 als Passpunkte für die Auswertung, 21 als unabhängige Kontrollpunkte für den späteren Genauigkeitsnachweis.
28 Drohnenflüge
Befliegung im Juni 2021. 14 Flüge mit Photogrammetrie-Kamera, 14 mit LiDAR-Sensor. RTK-Drohne für direkte Georeferenzierung der Bilder.
Auswertung und Übergabe
67 Stunden Rechenzeit in Agisoft Metashape. Lieferung: Punktwolke, Orthomosaik, DEM, Querschnitte. Übergabe an die Wiederaufbau-Planer.
Vor Ort am Startplatz.
Aufnahmen vom Einsatz im Stadtgebiet.
1,57 Zentimeter Lagegenauigkeit, unabhängig geprüft.
Im Aufnahmegebiet wurden 45 Festpunkte mit GPS eingemessen. 24 davon gingen als Passpunkte in die Auswertung ein, 21 dienten ausschließlich als Kontrollpunkte zur unabhängigen Genauigkeitsprüfung.
Passpunkte
24 PunkteKontrollpunkte
21 Punkte
Die Kontrollpunkte gingen nicht in die Auswertung ein. Ihr Gesamtfehler von 1,57 cm zeigt, was das Modell an unabhängigen Punkten leistet. Möglich wurde die Genauigkeit durch die direkte Georeferenzierung der Bilder über das RTK-System der Drohne. Dadurch ließ sich die Zahl der notwendigen Passpunkte auf ein Minimum reduzieren.
Vom Geländemodell zum Wiederaufbau.
Vier Planungsdisziplinen greifen auf die im Sommer 2021 erfassten Daten zurück. Jede mit eigenen Anforderungen, alle auf derselben Datenbasis.
Brückenplanung
Statik, lichte Höhe, Stützenstellung und hydraulischer Querschnitt brauchen konkrete Höhen und Sohlbreiten. Die Geländedaten liefern sie für jede Brücke im Stadtgebiet.
Straßenplanung
Trassierung, Höhenführung und Anbindung der Brückenrampen. Die Drohnendaten ersetzen veraltete Bestandspläne als Planungsgrundlage.
Uferbefestigung
Mauerhöhen, Böschungswinkel und Sohlanschluss. Für jeden Abschnitt lässt sich aus der flächendeckenden Aufnahme ein eigenes Detailmodell ableiten.
Strömungsberechnung
Numerische Hochwassersimulationen rechnen mit dem digitalen Geländemodell. Bodendaten unter Bewuchs sind dafür die Voraussetzung.
Augel 3D-Solutions
Augel hat seinen Sitz in der Nähe der Ahr und ist im passpunkt-Verzeichnis gelistet. Das Unternehmen führt Befliegungen mit Photogrammetrie und LiDAR aus und setzt dafür RTK-Drohnen ein.
Das Ahrtal-Projekt zeigt die Arbeitsweise: Sensorik passend zum Bewuchs gewählt, Flugplanung im bebauten Stadtgebiet und ein dokumentierter Genauigkeitsnachweis über unabhängige Kontrollpunkte. Die Aufnahme lieferte die Datengrundlage für mehrere Planungsdisziplinen im Wiederaufbau.
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Augel
3D-Solutions
Wir danken Augel für die Bereitstellung der Projektdaten. Unsere Gedanken sind bei allen, die von der Flutkatastrophe 2021 betroffen sind.
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Zehn Begriffe, die in einem Hochwasservermessungs-Bericht regelmäßig vorkommen, knapp erklärt.
- Orthomosaik
- Aus vielen Einzelbildern entzerrtes, georeferenziertes Senkrechtbild eines Gebietes. Maßstabsgetreu, vermessbar, häufig die anschaulichste Datenebene für Planer und Behörden.
- DEM
- Digital Elevation Model. Höhenraster der Erdoberfläche. Im Hochwasserkontext Grundlage für Strömungsmodelle und Hochwassersimulationen.
- Punktwolke
- 3D-Datensatz aus Millionen Einzelpunkten mit Lage und Höhe, Ergebnis aus Photogrammetrie oder LiDAR. Standardformat LAS oder LAZ.
- RTK
- Real-Time Kinematic. GNSS-Korrekturverfahren, das Drohnenbildern direkt zentimetergenaue Koordinaten zuordnet und die Zahl der notwendigen Passpunkte senkt.
- Passpunkt
- Im Aufnahmegebiet eingemessener Referenzpunkt mit bekannten Koordinaten. Dient zur Georeferenzierung der Drohnenaufnahme.
- Kontrollpunkt
- Im Aufnahmegebiet eingemessener Punkt, der nicht in die Auswertung eingeht und ausschließlich der unabhängigen Genauigkeitsprüfung dient.
- LiDAR
- Light Detection and Ranging. Aktiver Lasersensor, sendet Pulse aus und misst Laufzeiten. Erreicht den Boden durch Lücken im Bewuchs und liefert Bodenpunkte unter Vegetation.
- Photogrammetrie
- Aus vielen überlappenden Bildern wird mittels Bündelblockausgleichung eine 3D-Punktwolke und ein Orthomosaik gerechnet. Bildbasiertes Verfahren ohne aktive Sensorik.
- GSD
- Ground Sample Distance, Bodenauflösung. Welcher Bodenausschnitt einem Bildpixel entspricht. Im Ahrtal-Projekt 1,32 cm pro Pixel im Orthomosaik.
- DSA
- Digital Services Act. EU-Verordnung für Vermittlungsdienste im Netz. passpunkt.de vermittelt Anfragen an Vermessungsbüros und führt die Vermessung nicht selbst aus.
Anfrage stellen. passpunkt vermittelt an passende Fachbüros.
Hochwasserschutz, Wasserbau, Renaturierung, Infrastrukturplanung nach Naturereignissen: Welche Sensorik und welche Genauigkeitsklasse zu Ihrem Projekt passt, hängt von Gelände, Bewuchs und Datenanforderung ab. Schildern Sie Ihr Projekt, passpunkt prüft die Anfrage und schlägt fachlich passende Anbieter aus dem Verzeichnis vor.
Hochwasservermessung im Ahrtal: FAQ.
Antworten auf die Fragen, die zum Ahrtal-Projekt am häufigsten gestellt werden.
Die Befliegung lag im Juni, einer Zeit mit dichter Ufervegetation. Photogrammetrie liefert ein flächendeckendes Orthomosaik und eine Punktwolke aus Bildern, kann unter dichtem Bewuchs aber keine durchgehenden Bodenpunkte erzeugen. LiDAR sendet Laserpulse aus, die durch Lücken im Bewuchs den Boden erreichen. Die Kombination aus 14 plus 14 Flügen lieferte das visuelle Orthofoto und ein verlässliches Geländemodell als Basis für die hydraulischen Berechnungen.
Das Aufnahmegebiet umfasste 3,2 km² entlang eines 12,5 km langen Ahr-Korridors mit einer Breite von 150 m. Insgesamt wurden 28 Drohnenflüge durchgeführt, jeweils 14 mit Kamera und 14 mit LiDAR-Sensor. Das Aufmaß diente als Grundlage für Brückenplanung, Straßenplanung, Uferbefestigung und hydraulische Berechnungen im Wiederaufbau.
Über 24 Passpunkte und 21 unabhängige Kontrollpunkte wurde die Genauigkeit nachgewiesen. Der Gesamtfehler an den Passpunkten lag bei 1,51 cm, an den Kontrollpunkten bei 1,57 cm. Grundlage waren eine RTK-fähige Drohne, die jedes Bild mit zentimetergenauen Koordinaten versah, und 45 mit GPS eingemessene Festpunkte im Aufnahmegebiet.
Die hochauflösenden Geländedaten und das Orthomosaik bilden die Grundlage für mehrere Planungsschritte: Neuplanung zerstörter Brücken, Trassierung von Straßen, Dimensionierung der Uferbefestigung und hydraulische Strömungsberechnungen für künftige Hochwasserszenarien. Im Stadtgebiet Bad Neuenahr-Ahrweiler waren von 23 Brücken über die Ahr 20 nach der Flut zerstört oder beschädigt.
Die reine Rechenzeit der Photogrammetrie-Auswertung in Agisoft Metashape Professional summierte sich auf rund 67 Stunden, verteilt auf Bildausrichtung, Tiefenbilder, dichte Punktwolke, Geländemodell und Orthomosaik. Die Zeit hängt von Bildzahl, Rechnerleistung und Einstellungen ab. Im Ahrtal waren es 6.943 Bilder mit 182 GB Rohdaten.
Eingesetzt wurde eine RTK-fähige Drohne mit zwei Sensorvarianten: einer Sony a7R Vollformatkamera mit 61 Megapixeln für die Photogrammetrie und einem LiDAR-Scanner für die Geländeerfassung unter Vegetation. Die Flughöhe lag bei 118 m. Daraus ergab sich eine Bodenauflösung von 2,47 cm pro Pixel im Geländemodell und 1,32 cm pro Pixel im Orthomosaik.
Eine Vorplanung im Büro war wegen der örtlichen Gegebenheiten nicht möglich. Im dicht besiedelten Stadtgebiet musste der Sichtflug durchgehend gewährleistet bleiben, gleichzeitig waren Startplätze sorgfältig zu wählen. Solche Befliegungen in bebauter Umgebung verlangen erfahrene Drohnenpiloten, die die EU-Drohnenverordnung und die örtlichen Aufstiegsbedingungen kennen.
Ja. passpunkt.de ist ein Vermittlungsdienst (DSA) für Vermessungs- und Geomatikleistungen mit bundesweitem Anbieterverzeichnis. Auftraggeber schildern ihr Projekt in einer unverbindlichen Erstanfrage, passpunkt prüft die Anfrage und schlägt fachlich passende Büros aus dem Verzeichnis vor. Auftraggeber zahlen für Anfrage und Vermittlung nichts an passpunkt. Kommt ein Auftrag zustande, erhält passpunkt eine Vermittlungsprovision vom beauftragten Büro.
Im Ahrtal-Projekt wurden 45 Festpunkte mit GPS eingemessen, davon 24 als Passpunkte und 21 als unabhängige Kontrollpunkte. Dank der RTK-Direktgeoreferenzierung der Bilder konnte die Zahl der Passpunkte auf ein Minimum gesenkt werden. Die Kontrollpunkte dienen ausschließlich der Genauigkeitsprüfung und gehen nicht in die Auswertung ein.

