Case Study · Hochwasserschutz Ahrtal

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.

12,5 km
Ahr-Korridor erfasst
7,07 Mrd.
Punkte in der Wolke
1,32 cm
pro Pixel im Orthomosaik
1,57 cm
Lagegenauigkeit
Sam Flick, Gründer passpunkt.de Sam Flick 8 Min. Lesezeit Anzeige · Projekt von Augel
Das Überflutungsgebiet Ahrthal aus der Luft, Ahr mit Ufer, Weinbergen und Ortsrand
Das Ahrtal aus der Drohnenperspektive: Fluss, Ufer und Ortsrand im Aufnahmegebiet.

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.

Auf einen Blick

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.

Büroräume des Ingenieurbüros PlannIng in Bad Neuenahr-Ahrweiler vor der Flut
Die Büroräume von PlannIng vor der Flutkatastrophe.
Büroräume des Ingenieurbüros PlannIng unmittelbar nach der Flutkatastrophe
Dieselben Räume unmittelbar nach der Flut.
Projektrahmen

Was war zu tun.

Drei Aufgabenfelder ergaben sich aus dem Wiederaufbau-Briefing: Geländeerfassung, Auswertungsleistung und Datenübergabe für die nachgelagerten Planungsdisziplinen.

Projektrahmen

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
Leistung

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
Verwendung

Grundlage für

  • Brückenplanung im Stadtgebiet
  • Straßenplanung und Trassierung
  • Uferbefestigung und Hochwasserschutzbauwerke
  • Hydraulische Berechnungen
  • Zustandsdokumentation des Urgeländes
Ausgangslage Brücken

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.

20 zerstört oder beschädigt
3 intakt geblieben
23 Brücken im Stadtgebiet
Karte der Brücken über die Ahr im Stadtgebiet Bad Neuenahr-Ahrweiler, zerstörte und beschädigte Brücken blau, intakte Brücken rot markiert
Brückenstatus im Stadtgebiet Bad Neuenahr-Ahrweiler. Blau markiert sind zerstörte oder beschädigte Brücken, rot die intakten.
Zerstörte Brücke mit Treibgut im Flussbett der Ahr
Zerstörte Brücke mit Treibgut im Flussbett.
Uferbereich der Ahr mit Treibgut und Brückenresten nach dem Hochwasser
Uferbereich mit Treibgut und Brückenresten.
Brückenreste neben Bäumen und Wohnbebauung im Stadtgebiet
Brückenreste im bebauten Stadtgebiet.
Sensorik im Parallel-Einsatz

Warum zwei Verfahren parallel.

Die Befliegung lag im Juni, einer Zeit dichter Ufervegetation. Beide Sensoren flogen auf derselben Drohnenplattform über dasselbe Aufnahmegebiet.

UAV-Photogrammetrie

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.

Bilder 6.943 (182 GB)
Flughöhe 118 m
GSD Orthomosaik 1,32 cm/Pixel
Flüge 14
UAV-LiDAR

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.

Funktion Bodenerfassung unter Vegetation
Vorteil Mehrfach-Returns pro Puls
Datentyp 3D-Punktwolke (LAS)
Flüge 14
Luftbild der Ahr mit Gehölz und hohem Bewuchs am Ufer im Sommer
Die Ahr im Sommer aus der Luft. Gehölz und hoher Bewuchs verdecken an den Ufern den Boden.
Praxis-Hinweis

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.

Datenmenge und Verarbeitung

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.

Der erfasste Ahr-Korridor als Datensatz, ein schmaler Streifen entlang des Flusslaufs
Der 12,5 km lange Ahr-Korridor aus der Auswertung.

Verarbeitungszeit nach Schritt

Photogrammetrie-Auswertung in Agisoft Metashape Professional. Werte aus dem Projektbericht.

Ausrichtung der Bilder
02:48 h
Tiefenbilder
26:04 h
Dichte Punktwolke
26:16 h
Digitales Geländemodell
01:05 h
Orthomosaik
11:21 h
Gesamt-Rechenzeit ca. 67:34 h
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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So lief die Befliegung

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.

Drohnenpilot in Warnkleidung bei der Startvorbereitung mit Tablet und Drohne
Startvorbereitung am Fahrzeug.
Drohne in der abgesperrten Start- und Landezone mit Hinweisschild
Start- und Landezone mit Absperrband und Hinweisschild.
Tablet und Laptop mit Flugdaten am Startplatz
Tablet und Laptop am Startplatz.
Genauigkeitsnachweis

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 Punkte
Fehler X 1,03885 cm
Fehler Y 0,69873 cm
Fehler Z 0,84801 cm
XY-Fehler 1,25197 cm
Gesamtfehler 1,51 cm

Kontrollpunkte

21 Punkte
Fehler X 0,98699 cm
Fehler Y 0,99462 cm
Fehler Z 1,15623 cm
XY-Fehler 1,40122 cm
Gesamtfehler 1,57 cm
Diagramm der Passpunkte entlang des Ahr-Korridors mit Fehlerwerten in Zentimetern
Lage der Punkte entlang des Korridors mit den Abweichungen in Zentimetern, Auszug aus dem Projektbericht.
Was die Zahlen bedeuten

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.

Wofür die Daten gebraucht werden

Vom Geländemodell zum Wiederaufbau.

Vier Planungsdisziplinen greifen auf die im Sommer 2021 erfassten Daten zurück. Jede mit eigenen Anforderungen, alle auf derselben Datenbasis.

Brückenbau

Brückenplanung

Statik, lichte Höhe, Stützenstellung und hydraulischer Querschnitt brauchen konkrete Höhen und Sohlbreiten. Die Geländedaten liefern sie für jede Brücke im Stadtgebiet.

Verkehrsweg

Straßenplanung

Trassierung, Höhenführung und Anbindung der Brückenrampen. Die Drohnendaten ersetzen veraltete Bestandspläne als Planungsgrundlage.

Wasserbau

Uferbefestigung

Mauerhöhen, Böschungswinkel und Sohlanschluss. Für jeden Abschnitt lässt sich aus der flächendeckenden Aufnahme ein eigenes Detailmodell ableiten.

Hydraulik

Strömungsberechnung

Numerische Hochwassersimulationen rechnen mit dem digitalen Geländemodell. Bodendaten unter Bewuchs sind dafür die Voraussetzung.

Netzwerkpartner im passpunkt-Verzeichnis

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.

Photogrammetrie UAV-LiDAR RTK-Drohne Hochwasserschutz
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Wir danken Augel für die Bereitstellung der Projektdaten. Unsere Gedanken sind bei allen, die von der Flutkatastrophe 2021 betroffen sind.

Begriffe verstehen

Glossar.

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.
Sam Flick, Gründer passpunkt.de
Über den Autor

Sam Flick

Gründer passpunkt.de · Siegen

Beschäftigt sich seit über zehn Jahren mit Vermessung, Drohnen-Anwendungen und Geodaten-Workflows. passpunkt.de betreibt er seit 2022 als Vermittlungsplattform zwischen Auftraggebern und spezialisierten Vermessungs- und Geomatik-Büros in Deutschland. Jedes Büro im Verzeichnis wird vor Aufnahme persönlich aufgenommen und fachlich eingeordnet.

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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.

Bundesweit Unverbindliche Erstanfrage Antwort persönlich
Häufig gefragt

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.