Der gesamte Prozess der Drohnenvermessung bewegt sich in einem vielschichtigen Datenuniversum. Von einfachen Schrägaufnahmen über dichte Punktwolken bis hin zu komplexen 3D-Modellen – alle Ergebnisse entstehen aus klar definierten Projektanforderungen. Eine sorgfältige Planung im Vorfeld ist daher unverzichtbar. Im Nachfolgenden Beitrag zweigen wir auf, was bei der Flugplanung von Drohnen zu beachten ist und welche Ergebnisse bzw. Produkte nach der Auswertung generiert werden können.
Im gesamten Prozess der Drohnenvermessung kommen verschiedenste Datentypen und daraus entstehende Produkte zum Einsatz. Diese reichen von einfachen Schrägaufnahmen, über Punktwolken bis zu komplexen 3D-Modellen. Daher ist es notwendig die Projektanforderungen im Vorhinein mit Hilfe des Auftraggebers klar zu definieren. Folgende Punkte sollten dabei berücksichtigt werden:
Stehen die Anforderungen der Drohnenvermessung, kann die eigentliche Befliegung geplant und bestmöglich vorzubereitet werden. Für die Flugplanung sollten insbesondere die folgenden Parameter beachtet werden:
Bei einer Befliegung können verschiedene Aufnahmen entstehen, die in der Auswertung zu unterschiedlichen Endprodukten weiter verarbeitet werden.
Eine Schrägaufnahme bzw. ein Panorama ist das einfachste Ergebnis eines Drohnenflugs hierbei handelt es sich um ein einzelnes Foto des Gebiets. Schrägaufnahmen können in verschiedenen Bereichen Anwendung finden, so z.B. als ersten Überblick über das Gebiet aber auch zu Marketingzwecken oder zur Dokumentation des Baufortschritts. Da es sich hierbei aber nur um ein einfaches Bild handelt, ist es nicht möglich Strecken, Flächen oder Volumen zu messen. Dies ist auf die fehlende Georeferenzierung und Verzerrung der Aufnahme zurückzuführen.
Die folgenden Produkte entstehen mittels photogrammetrischer Auswertung von Bildblöcken mit mehreren hunderten oder tausenden Einzelaufnahmen. Ein übliches Ergebnis dieser Berechnung ist das Orthophoto. Dieses ist eine verzerrungsfreie und maßstabsgetreue Abbildung der Erdoberfläche und somit georeferenziert. Daher ist es möglich 2D-Messungen durchzuführen. Das Orthophoto enthält keine 3D-Informationen und eignet sich somit nur für 2D-Lagepläne.
Auf Grundlage der Orthophotos ist es dann möglich einen 2,5D-Lageplan zu erstellen. Dabei handelt es sich um einen 2D-Lageplan, bei welchen für jede Koordinate die Höhe hinterlegt ist. Der Vorteil zur klassischen Vermessung ist dabei, dass das Höhennetz abseits der direkt gemessenen Punkte deutlich genauer ist, da nicht interpoliert wird.
Ein weiteres Produkt aus der photogrammetrischen Auswertung ist die 3D-Punktwolke. Dabei handelt es sich um Millionen einzelner Punkte, welche die Oberfläche des aufgenommenen Gebietes darstellen. Jeder Einzelpunkt besitzt dabei eine X,Y und Z Koordinate sowie einen Farbwert. Die Punktwolke kann dabei bereits als Planungsgrundlage dienen, da diese eine gute Darstellung der Oberfläche gewährleistet und aufgrund der durchgeführten Georeferenzierung auch das Messen von Strecken, Flächen oder Volumen gewährleistet.
Die im vorherigen Abschnitt beschriebene Punktwolke dient als Grundlage für weitere Produkte, wie die 3D-Dreiecksvermaschung. Hierbei handelt es sich um eine Darstellung des Objekts in Form mehrerer tausender Dreiecke. Der Vorteil besteht in der Texturierung der Vermaschung. So wird auf Grundlage der einzelnen Aufnahmen eine Textur generiert, welche ein fotorealistisches Modell erzeugen. Die 3D-Dreiecksvermaschung ermöglicht eine sehr genaue aber vor allem auch anschauliche Ansicht des Objektes bereitzustellen, in welcher immer noch Messungen durchgeführt werden können. Zusätzlich ist es auch möglich das Modell für AR (Augmented Reality) oder VR (Virtual Reality) zu optimieren.
Die Drohnenvermessung verbindet Präzision mit Effizienz. Durch eine klare Festlegung der Projektanforderungen und eine durchdachte Flugplanung lassen sich hochwertige Datensätze erzeugen, die eine Vielzahl an Endprodukten ermöglichen – von Schrägaufnahmen über Orthophotos bis hin zu 3D-Punktwolken und realistischen Modellen. Die richtige Wahl der Datentypen und Formate, gepaart mit der Beachtung rechtlicher Rahmenbedingungen und einer sorgfältigen Georeferenzierung, schafft eine verlässliche Grundlage für Planung, Kalkulation und Umsetzung in der Praxis. In vielen Anwendungen führt dieser Ansatz zu präziseren Messungen, schnellerer Datenerhebung und effizienteren Entscheidungsprozessen.
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.
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:
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.
Drohnen liefern in kürzester Zeit und mit einer hohen Genauigkeit 3D-Daten, welche als optimale Grundlage zur Planung und Umsetzung vieler Vermessungsprojekte dienen.
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 BereicheFührt 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.
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.
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.
VegetationEine 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.
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.
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.
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.
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).
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.
