Waldvermessung
Photogrammetrie vs. LiDAR
bei Vegetation
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Für eine Projektanfrage haben wir einen unserer Dienstleister gebeten, ein Drohnenvermessung im Wald durchzuführen. Es geht um die Einsatzmöglichkeiten von Photogrammetrie und LiDAR zu vergleichen. Dabei kamen zwei Sensortypen zum Einsatz: die DJI P1 Kamera für Photogrammetrie und der GeoCue TV535, ein LiDAR-Sensor mit drei Kameras.
Ziel war es, die Effektivität beider Technologien in der Waldumgebung zu untersuchen und festzustellen, welches Verfahren überlegen ist.
Hier sind zwei Screenshots aus den resultierenden Punktewolken.
Die Flugparameter
| Sensor | Flight Height | Overlap Front | Overlap Site | Field of View (FOV) | Flight Speed | Flight Time | Picture per trigger |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DJI P1 Kamera | 120m | 80% | 80% | 63,5° | 15 m/s | 5 min | 1 (nadir) |
| TrueView TV535 LiDAR | 100m | durchgehend | 50% | 60° | 10 m/s | 6.5 min | 3 (1x nadir, 2x oblique) |
Im linken Bildteil sieht man ein gleichförmigen Schnitt, der durch zwei Punktwolken gezogen wurde, die mittels Photogrammetrie und LiDAR erzeugt wurden.
Diese "Corss section" ist in einer Breite von 20cm gewählt.
Es wird augenfällig, welche Schwachpunkte
die Photogrammetrie aufweist und in welchen Bereichen LiDAR überlegen ist. Dank der aktiven Messverfahren des LiDARs können Daten gewonnen werden, selbst wenn der Waldboden nicht lückenlos sichtbar ist. Durch den LiDAR wird eine Vermessung im Wald möglich.
Bei der Photogrammetrie ist es notwendig, mehrere Bilder zur Berechnung eines einzelnen Punktes heranzuziehen, während bei der LiDAR-Technologie die Sichtbarkeit des zu messenden Punktes ausreicht. Das vorliegende Bild in 3D-Ansicht verdeutlicht diese Unterschiede: Auf der linken Seite fehlen in der von der Kamera erfassten Punktwolke Bodenpunkte, wohingegen auf der rechten Seite die LiDAR-basierte Punktwolke eine Vielzahl an Bodenpunkten aufweist.
Im gezeigten linken Beispiel wird das gesamte Fluggebiet dargestellt, wobei die Punktwolke von der Kamera aufgenommen wurde. Trotz einer Überlappung der Bilder von 80% konnte der Wald nicht lückenlos erfasst werden und es gibt nahezu keine Bodenpunkte. Die zweite Darstellung auf der rechten Seite zeigt erneut einen identischen Ausschnitt aus beiden Punktwolken. In der von der Kamera erzeugten Punktwolke fehlen vollständig Daten, während die LiDAR-basierte Punktwolke ein vollständiges Bild liefert
Da LiDAR-Punkte grundsätzlich farblos sind, ist der TV535 LiDAR mit drei Kameras ausgestattet. Der Einsatz von drei Kameras dient einerseits dazu, das Sichtfeld des LiDAR, welches bis zu 120° umfassen kann, vollständig abzudecken, ohne dabei Einbußen in der Effizienz hinnehmen zu müssen. Andererseits ermöglichen diese Kameras die Erstellung hochwertiger Orthofotos. In den folgenden Bildern werden die mit Farbe versehenen Punktwolken aus beiden Verfahren präsentiert.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass eine ausschließlich auf Photogrammetrie basierende Befliegung für Vermessungen in Waldgebieten nicht optimal ist, da wichtige Daten wie Bodenbeschaffenheit und Baumstämme unvollständig erfasst werden können oder gar ganz fehlen. Eine Kombination aus Photogrammetrie und LiDAR erweist sich als effektivere Methode, da sie nicht nur Bodenpunkte erfasst, sondern auch RGB-Werte liefert und somit ein umfassenderes Bild des untersuchten Gebiets ermöglicht. Die Erkenntnis in diesem Beispiel zusammengefasst ist, dass eine Drohnenvermessung im Wald grundsätzlich möglich ist, allerdings auf einige wichtige Parameter geachtet werden muss.
Ein besonderer Dank gilt dem Ingenieurbüro Tim Scherer für die Bereitstellung dieser wertvollen Daten!
