Das Einsatzgebiet von Drohnen hat sich in den letzten Jahren stark erweitert. Unmanned Aerial Vehicle (UAV) kommen heute in vielen Branchen zum Einsatz – auch im Vermessungswesen. In diesem Beitrag zeigen wir, wo Drohnen bereits Vermessungsarbeiten unterstützen, welche Vorteile, aber auch Schwächen diese Technik biete und welche Möglichkeiten darüber hinaus bestehen.

Warum Drohnen im Vermessungswesen sinnvoll sind

Der Trend hin zu drohnengestützter Vermessung ist unübersehbar. Drohnen ermöglichen oft eine schnellere, sicherere und kostengünstigere Datenerhebung als herkömmliche Messmethoden die bei den nachfolgenden Gegebenheiten an ihre Grenzen stoßen:

• Die Aufnahme von großen Gebieten, z.B. Agrarflächen, ist mit einem hohen Zeitaufwand verbunden, damit ein möglichst dichtes Vermessungsnetz entsteht
• Die Aufnahme von schwerzugänglichen Gebieten, z.B. der Dachgeometrie, kann nicht nur gefährlich für den Operator sein, sondern ist in einigen Fällen nahezu unmöglich
• Die Verwendung bereits bestehender Daten (z.B. vom Landesvermessungsamt) sind mit Kosten verbunden und zeitgleich nicht zwangsläufig aktuell

Aus den aufgeführten Problemen lässt sich ein weiterer Nachteil herkömmlicher Messmethoden erkennen: Zwar erzeugen diese Punkt- und Linieninformationen, jedoch ist in vielen Fällen die Erfassung von Flächen sinnvoller.

Vorteile der drohnengestützten Datenerhebung

• UAVs bieten die Möglichkeit die Realität detailliert und flächenhaft in kürzester Zeit darzustellen, Beispiel: Geländeaufnahme von Agrarflächen

• Es ist möglich schwerzugängliche Gebiete ohne Gefährdung des Operators zu vermessen, Beispiel: Erfassung der Dachgeometrie

• Periodische Vermessungen können Zeit und kostengünstig durchgeführt werden, Beispiel: Monitoring von Baumaßnahmen

Drohnen liefern in kürzester Zeit und mit einer hohen Genauigkeit 3D-Daten, welche als optimale Grundlage zur Planung und Umsetzung vieler Vermessungsprojekte dienen.

Einsatzmöglichkeiten und Produkte bei der Drohnenvermessung

Geländeaufnahme Bestand

Die Geländeaufnahme ist ein klassisches Ingenieurvermessungstechnisches Problem, bei welchem der Bestand auf gemessen wird, um eine Planungsgrundlage für zukünftige Bauprojekte zu schaffen.

Normalerweise wird die Vermessung mittels klassischer geodätischer Messtechnik, wie Tachymeter und GNSS-Receiver durchgeführt. Gegebenenfalls können zusätzlich Rasterdaten hinzugezogen werden. Ist es jedoch nicht möglich Rasterdaten zu verwenden, müssen viele zeitintensive GNSS- und Tachymeter Messungen durchgeführt werden.

An dieser Stelle ist es möglich drohnengestützte Daten hinzuzuziehen. Dies bietet sich besonders bei großen und freiliegenden Messgebieten, wie Agrarflächen an. Der Vorteil besteht insbesondere darin, dass ein dichtes Grundlagennetz entsteht, welches gegebenenfalls durch einzelne Tachymeter Messungen noch ergänzt werden kann.

Nach Messung und Auswertung entstehen auf Grundlage der Punktwolke ein Bestandsplan, sowie ein Orthophoto des gesamten Gebietes mit einer Genauigkeit von wenigen cm.

Objektinspektion/Bestandsaufnahme schwer zugänglicher Bereiche

Führt man eine Objektinspektion durch ist es notwendig ein genaues Abbild des aktuellen Zustands des Objekts zu erhalten. Dies kann bei schlecht zugänglichen Bereichen, wie zum Beispiel von Dachflächen, Fassaden oder Windkraftanlagen, problematisch sein und ist mit einem Mehraufwand verbunden.

Drohnen können hierbei eine mögliche Lösung sein, da diese Aufnahmen an Orten durchführen können, an welchen eine Tachymeter oder eine Laserscanning-Messung nicht möglich ist.

So kann die Dachgeometrie eines Hauses in wenigen Minuten erfasst werden und wird im Auswertungsprozess mittels einer 3D-Punktwolke oder einer 3D-Vermaschung dargestellt.

Volumen- und Massenberechnung

Die Volumen-/ Masseermittlung ist ein klassisches Anwendungsgebiet der Geodäsie, welches zum Beispiel Anwendung in der Ausmessung von Schutthalden oder Baugruben findet.

In der klassischen Vermessung werden mittels Tachymeter bzw. GNSS-Empfänger viele Punkte auf dem zu vermessenden Gebiet aufgenommen. Drohnengestützte Aufnahme bieten bei diesem Anwendungsfall eine deutliche Zeitersparnis, da das Gebiet nur überflogen werden muss. Ein weiterer Vorteil entsteht dadurch, dass das Messnetz deutlich dichter ist und somit die Oberfläche genauer dargestellt werden kann.

Als Endprodukt erhält man äquivalent zur klassischen Vermessung die Kartierung der Schutthalte oder Baugrube mit dem berechneten Volumen bzw. der berechneten Masse.

3D-Modellierung - realitätsgetreue Vermaschung

Die Erstellung einer realitätsgetreuen Vermaschung ist keine Aufgabe im klassischen Vermessungssinn, ist aber eine Problemstellung welche mittels Drohnendaten bestmöglich gelöst werden kann.

In Kombination mit 3D-Laserscanning bzw. der Aufnahme mittels hochauflösender Kameras kann eine realitätsnahe Abbildung von zum Beispiel historischen Gebäuden erstellt werden.

Limitierung – das sind die Grenzen der Vermessung

Vegetation

Eine drohnengestützte Vermessung ist in vielen Fällen eine gute Möglichkeit zeiteffizient hochgenaue Messergebnisse zu erzielen. Diese stößt unter bestimmten Umständen jedoch an Grenzen. So kann ein starker Pflanzenbewuchs auf der Oberfläche zu hohen Abweichungen führen, zwar kann dieser in der Auswertung mittels Klassifikationsverfahren entfernt werden, dies gelingt jedoch nicht immer im ausreichenden Umfang. Ähnlich verhält es sich, wenn eine starke Bewaldung vorliegt. Das macht eine Aufnahme der Erdoberfläche nahezu unmöglich.

Wetter

Bei Drohnenflügen muss ist die Wetterlage beachtet werden. Bei schlechten Wetterbedingungen, wie hohen Windgeschwindigkeiten, Regen oder Schnee ist eine Drohnenbefliegung nicht möglich. Außerdem ist der Sonnenstand zu beachten, da dies sonst zu starkem Schattenwurf oder einer Überbelichtung führt, welche die Ergebnisse verschlechtern können.

GNSS-Empfängers

Bei der Durchführung der Messung ist auf die Art des GNSS-Empfängers (Satellitenempfänger zur genauen Positionsbestimmung) der Drohne zu achten. Handelt es sich um ein GNSS ohne RTK (Echtzeitkinematik – erhöht die Genauigkeit) ist es notwendig Passpunkte und Kontrollpunkte innerhalb des Messgebietes anzulegen, da sonst die geforderten Genauigkeiten nicht erreichbar sind. Aufgrund dieser Problematik kann dies vor allem in kleineren Messgebieten zu einem zeitlichen Mehraufwand führen.

Rechtliche Voraussetzungen

Je nach rechtlicher Voraussetzung des zu vermessenden Gebietes, kann es zu einer verzögerten Umsetzung führen. In vielen Gebieten, z.B. Naturschutzgebieten, Bundestraßen, etc. sind zusätzliche Genehmigungen notwendig. Für die Beantragung und den Genehmigungsprozess muss Zeit einkalkuliert werden, was zu zusätzlicher Verzögerung führen kann.

Genauigkeit

Generell lässt sich eine Genauigkeit von wenigen cm in vielen Fällen problemlos erreichen. Bei schlechten Messbedingungen, wie ungünstigen Witterungsverhältnissen oder einer schwierigen Oberflächengeometrie ist das jedoch nicht immer umsetzbar. Es ist daher in vielen Fällen sinnvoll eine Drohnenvermessung um weitere Messmethoden bzw. Techniken zu ergänzen, wie um einen GNSS-Empfänger oder ein Tachymeter (Weg-Zeit-Messung).

Fazit

Besonders große Vermessungsprojekten bringen einen hohen Zeitaufwand mit sich, aufgrund von vielen hunderten Messpunkte die dabei erfasst werden. Die Drohnentechnik bietet Ingenieurbüros eine zeiteffiziente Alternative zu herkömmlichen Messmethoden. Damit sind nur wenige Kontrollpunkte mit herkömmlichen Messmethoden anzulegen. Alle weiteren Daten können im Anschluss innerhalb kürzester Zeit durch die Befliegung des Vermessungsgebiets per Drohne erfasst werden.

Drohnen ergänzen die etablierten Messverfahren hervorragend und stellen eine sehr gute Möglichkeit dar um verschiedenste Vermessungsaufgaben zu lösen. Die größten Vorteile drohnengestützten Vermessung, liegen in der Zeiteffizienz und der Möglichkeit von Aufnahmen von schwer zugänglichen Gebieten. Durch eingebaute RTK-GNSS-Sensoren oder die Ergänzung von mit aufgenommenen Passpunkten, ist es möglich eine hohe Genauigkeit im unteren cm Bereich zu erzielen.

Der Einsatz von Drohnen ist nicht immer sinnvoll, da sie von der Wetterlage sowie der Vegetation und allgemeinen Bebauung des Messgebiets abhängig sind. In Kombination mit terrestrischen Laserscanning sind diese Probleme jedoch in den meisten Fällen vermeidbar.

Zusammenfassend ist zu sagen, dass moderne Drohnen im Stande sind eine Vielzahl von Problemstellungen der Vermessungstechnik zu lösen und somit eine gute Möglichkeit darstellen um zeiteffektiv und hochgenau Vermessungen durchzuführen.

Weiter zu: Drohnenvermessung Teil 2 – Flugplanung und Ergebnisse