Das Einsatzgebiet von Drohnen hat sich in den letzten Jahren stark erweitert. Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) 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 bietet und welche weiteren Möglichkeiten bestehen.

Warum Drohnen im Vermessungswesen sinnvoll sind

Der Trend hin zur drohnengestützten 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 großer Gebiete, z. B. Agrarflächen, ist mit einem hohen Zeitaufwand verbunden, damit ein möglichst dichtes Vermessungsnetz entsteht.

+ Die Aufnahme schwer zugänglicher Gebiete, 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, ist 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, z. B. bei der Geländeaufnahme von Agrarflächen.

+ Es ist möglich, schwer zugängliche Gebiete ohne Gefährdung des Operators zu vermessen, z. B. bei der Erfassung der Dachgeometrie.

+ Periodische Vermessungen können zeit- und kostengünstig durchgeführt werden, z. B. beim Monitoring von Baumaßnahmen.

Drohnen liefern in kürzester Zeit und mit hoher 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 aufgenommen 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 Zentimetern.

Objektinspektion und 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 Dachflächen, Fassaden oder Windkraftanlagen, problematisch sein und ist mit einem Mehraufwand verbunden.

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

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

Volumen- und Massenberechnung

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

In der klassischen Vermessung werden mittels Tachymeter bzw. GNSS-Empfänger viele Punkte auf dem zu vermessenden Gebiet aufgenommen. Drohnengestützte Aufnahmen bieten bei diesem Anwendungsfall eine deutliche Zeitersparnis, da das Gebiet lediglich 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 Schutthalde 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, jedoch 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.

Limitierungen – die Grenzen der Drohnenvermessung

Vegetation

Eine drohnengestützte Vermessung ist in vielen Fällen eine gute Möglichkeit, zeiteffizient hochgenaue Messergebnisse zu erzielen. Unter bestimmten Umständen stößt sie 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. Diese macht eine Aufnahme der Erdoberfläche nahezu unmöglich.

Wetter

Bei Drohnenflügen muss 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 es sonst zu starkem Schattenwurf oder einer Überbelichtung kommen kann, wodurch die Ergebnisse verschlechtert werden.

GNSS-Empfänger

Bei der Durchführung der Messung ist auf die Art des GNSS-Empfängers der Drohne zu achten. Ein GNSS-Empfänger dient der genauen Positionsbestimmung mittels Satelliten. Handelt es sich um ein GNSS ohne RTK, also ohne Echtzeitkinematik zur Erhöhung der Genauigkeit, ist es notwendig, Passpunkte und Kontrollpunkte innerhalb des Messgebietes anzulegen. Andernfalls sind die geforderten Genauigkeiten meist nicht erreichbar.

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 kommen. In vielen Gebieten, z. B. in Naturschutzgebieten oder in der Nähe von Bundesstraßen, sind zusätzliche Genehmigungen notwendig. Für die Beantragung und den Genehmigungsprozess muss Zeit einkalkuliert werden, was zu zusätzlichen Verzögerungen führen kann.

Genauigkeit

Generell lässt sich eine Genauigkeit von wenigen Zentimetern 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, etwa durch einen GNSS-Empfänger oder ein Tachymeter.

Fazit

Besonders große Vermessungsprojekte bringen einen hohen Zeitaufwand mit sich, da dabei viele hundert Messpunkte erfasst werden müssen. Die Drohnentechnik bietet Ingenieurbüros eine zeiteffiziente Alternative zu herkömmlichen Messmethoden. Dadurch müssen nur wenige Kontrollpunkte mit klassischen Messverfahren angelegt werden. 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, verschiedenste Vermessungsaufgaben zu lösen. Die größten Vorteile der drohnengestützten Vermessung liegen in der Zeiteffizienz und in der Möglichkeit, schwer zugängliche Gebiete aufzunehmen. Durch eingebaute RTK-GNSS-Sensoren oder die Ergänzung durch aufgenommene Passpunkte ist es möglich, eine hohe Genauigkeit im unteren Zentimeterbereich 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 terrestrischem Laserscanning sind diese Probleme jedoch in den meisten Fällen vermeidbar.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass moderne Drohnen in der Lage sind, eine Vielzahl von Problemstellungen der Vermessungstechnik zu lösen. Sie stellen somit eine gute Möglichkeit dar, Vermessungen zeiteffektiv und hochgenau durchzuführen.

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