Was ist eine Drohnenvermessung?
Eine Drohnenvermessung ist eine Vermessung, die aus der Luft mit einer Drohne durchgeführt wird. Dabei werden stark überlappende Fotos aufgezeichnet, die anschließend zusammengefügt werden, um ein georeferenziertes Orthomosaik zu erstellen. Dieser Prozess, der mit spezieller Photogrammetrie-Software durchgeführt wird, wird als Photogrammetrie bezeichnet. Die Aufnahmen müssen sehr präzise erfolgen, um Ungenauigkeiten zu vermeiden. Ein Tachymeter ist in der Lage, Messpunkte aufzuzeichnen; Drohnen erfassen jedoch Millionen von Messpunkten, was zu dichten Punktwolken führt, die manchmal ausgedünnt werden müssen. Diese Vielzahl von Aufnahmen ermöglicht die Erstellung eines 3D-Modells. Auf diese Weise lassen sich die Größe von Gebäuden feststellen und vermessen. Zusätzlich können Drohnen alle Fassaden aufnehmen und bieten damit einen guten Blick auf Unregelmäßigkeiten wie Brüche, Risse oder andere Beschädigungen.
Welchen Grad an Genauigkeit können Drohnenvermessungen erreichen?
Drohnen für Vermessungen können je nach den Anforderungen des Projekts Vermessungen mit unterschiedlicher Genauigkeit erstellen. In einer unabhängigen Studie von DroneDeploy erreichte die DJI Phantom 4 RTK eine relative vertikale Genauigkeit von 2 cm und eine relative horizontale Genauigkeit von 1,20 cm. Für Aufgaben, die eine hohe absolute Genauigkeit erfordern, gibt es Drohnen, die mit RTK (Real Time Kinematic) und PPK (Post Processed Kinematic) ausgestattet sind. In Kombination mit einigen Ground Control Points (GCPs) erreicht die Drohnenvermessung eine noch höhere Genauigkeit.
Welche Ergebnisse liefert die Photogrammetrie?
Um das 3D-Modell zu erstellen, wird ein spezielles Verfahren angewendet: Die Photogrammetrie. Damit lassen sich digitale Zwillinge von Bauwerken erstellen. Während der Datenerhebung wird die Georeferenzierung genutzt, um alle Größen maßstabsgetreu darzustellen. Dazu dienen die sogenannten Punktwolken, mit denen sich die 3D-Modelle erstellen lassen. Ist die Erstellung abgeschlossen, wird das 3D-Modell in Form einer Datei abgespeichert. Das Format lässt sich beispielsweise mit einer CAD oder BIM (Building Information Modeling) Software auslesen und verarbeiten.
Orthofotos und Ihre Vorteile im Detail
Mit Hilfe der Georeferenzierung lassen sich detaillierte und geometrisch genaue Karten aus Luftbildern erstellen. Diese Option wird primär in der Stadtplanung und -Entwicklung genutzt. In der Vergangenheit wurden Flugzeuge oder sogar Satelliten eingesetzt, um aktuelle Orthofotos zu erstellen. Dass sich die Kosten dafür kaum noch in einem überschaubaren Bereich bewegen, muss wohl nicht extra erwähnt werden. Der Einsatz einer Drohne sorgt dafür, dass sich die Kosten deutlich senken lassen. Drohnen liefern einen weiteren entscheidenden Vorteil bei Orthofotos: Sie können im Gegensatz zu Flugzeugen, Satelliten und Hubschraubern in geringerer Höhe fliegen und liefern damit einen höheren Detailgrad der Orthofotos. Zwar müssen bei der Drohnenvermessung mehr Bilder aufgezeichnet derden um ein Orthofoto zu erstellen, jedoch resultiert daraus eine höhere Auflösung, was die Gesamtaufnahme positiv beeinflusst.
Orthofoto einer Photovoltaikanlage
Mehrere Sensoren steigern die Genauigkeit der 3D-Modellierung und der Orthofots
Im Freizeitbereich sind die verschiedenen Modelle häufig mit weniger Sensoren ausgestattet, als es im professionellen Bereich der Fall ist. Hier werden ausgeklügelte optische Sensoren verwendet, um auch Hindernisse erfassen zu können. Freizeitdrohnen sind zum Teil auch mit GPS ausgestattet und können deshalb Flugrouten abfliegen, jedoch geht die Ausstattung einer professionellen Drohne ein paar Schritte weiter. So kann neben einer RGB-Kamera auch eine Wärmebildkamera genutzt werden, wenn thermografische Aufzeichnungen gewünscht sind. Drohnen werden spezifisch für die Vermessung mit sogenannten RTK-GPS Sensoren (Real Time Kinematic) konzipiert und ausgestattet. Daraus ergeben sich Genauigkeiten von ein bis zwei Zentimetern sowie eine Aufösung von < 1cm/Pixel und darunter bei Orthofotos. Handelt es sich um Orthofotos welche mittels Flugzeug entstehen, beträgt die Auflösung 20-40 cm/Pixel.
Bei Drohnen welche nicht mit RTK-Sensoren ausgestattet wurden, lässt sich damit eine Genauigkeit von fünf bis zehn Zentimetern erreichen. Der mögliche Einsatz eines Vermessungstechnikers mit Tachymeter richtet sich nach dem geforderten Detailgrad. Dieser wird eingesetzt, um die sogenannten Ground Control Points (GCP), also die Passpunkte einzumessen. Die Erstellung dieser Passpunkte ist erforderlich, da die Orientierung eines Messbildes damit bestimmt wird. Zwar handelt es sich bei der Vermessung mit dem Tachymeter um die genaueste Methode am Markt, jedoch liefern Drohnenvermessungen weitere entscheidende Vorteile.
Was ist eine RTK Drohne?
Echtzeitkinematik (Real-Time Kinematics, RTK) ist eine fortschrittliche Satellitenpositionierungstechnik, bei der eine Bodenstation mit einem bekannten Standort als sekundäre Positionsreferenz verwendet wird, um genauere Daten zu liefern. Wenn ein RTK-System in einer Drohne integriert ist, werden Positionsdaten von virtuellen und physischen Basisstationen kombiniert und gegenübergestellt, um den Kamerastandort der Drohne in Echtzeit zu korrigieren. Bei korrektem Einsatz können die Drohnen zentimetergenaue Standortdaten erzeugen, die während des Flugs in das Luftbild eingebettet werden.
RTK benötigt während des Flugs zwei Arten von Datenverbindungen: eine zwischen der Fernsteuerung und der RTK-Basisstation und eine andere zwischen der Fernsteuerung und der Drohne. Die Verbindung zwischen Fernsteuerung und Basisstation ist anfällig für instabile Netzwerkverbindungen, während die Verbindung zwischen Fernsteuerung und Drohne durch Hindernisse in der Nähe des Startpunktes beeinträchtigt werden kann. Um das Risiko des Verlusts von Datenverbindungen zu verringern, ist PPK eine hervorragende Alternative für Vermessungseinsätze, die in abgelegenen Gebieten mit schlechtem Signalempfang und/oder mit Hindernissen wie Bäumen, Gebäuden oder Metallstrukturen stattfinden.
Was ist PPK?
Um das Risiko des Verlusts von Datenverbindungen zu verringern, ist PPK eine hervorragende Alternative für Vermessungseinsätze, die in abgelegenen Gebieten mit schlechtem Signalempfang und/oder mit Hindernissen wie Bäumen, Gebäuden oder Metallstrukturen stattfinden. Bei nachgelagerter Kinematik (Post-process Kinematics, PPK) werden die Daten nach dem Drohnenflug und nicht während des Flugs korrigiert. Die Daten werden an Bord der Drohne gespeichert und die Berechnungen nach dem Drohnenflug am Computer generiert. Dies ermöglicht mehr Flexibilität und Zuverlässigkeit. Selbst wenn während des Drohnenfluges Echtzeit-Datenverbindungen verloren gehen, kann die Genauigkeit der Ergebnisse beibehalten werden, da die Berechnungen die PPK-Daten enthalten. Der Standort muss nicht perfekt sein und die Reichweite von der Basisstation kann erweitert werden.
Es kann festgehalten werden, dass sowohl Drohnen mit RTK- als auch PPK-Lösungen zentimetergenaue Daten liefern:
RTK-Lösungen erfordern eine Basisstation und spezifischere Umstände im Allgemeinen für die Start- und Flugumgebungen, um Daten in Echtzeit verarbeiten zu können.
PPK-Lösungen bieten mehr Flexibilität bei der Art und Weise, wie und wo Drohnen für Flugeinsätze eingesetzt werden können und eine höhere Zuverlässigkeit dank größerer Reichweite.
Drohnenvermessung im Baugewerbe
Die Drohnenvermessung gewinnt in allen Bereichen der Baubranche immer mehr an Bedeutung. Der Einsatz von Drohnen in der Baubranche ist in den letzten Jahren sowohl für Ingenieure als auch für Bauunternehmen und Drohnendienstleister stark angestiegen. Ein großer Vorteil dabei ist, dass Drohnen nicht nur Bilder aufnehmen, sondern auch Messungen anhand der durch photogrammetrische Aufnahmen erstellten 3D-Modellierungen durchführen können.
Building Information Modeling (BIM) ist eine Visualisierung der Größe, des Maßstabs und der Funktionalität aller Systeme in einem Gebäude. Drohnen nutzen dieses computergestützte Design und überlagern realistische, naturgetreue 3D-Modelle, um eine genaue Konstruktion gemäß den Vorgaben aus den Plänen sicherzustellen. Von Beginn eines Projekts an wird die Drohnenvermessung im BIM zusätzlich zur Fernanzeige und zur Überprüfung der Konformität für eine permanente Aufzeichnung der Bauarbeiten verwendet. Die Drohnenvermessung ist dabei nicht nur hervorragend geeignet, um die Fertigstellung und Qualität der Arbeit sicherzustellen, sie hilft auch auf präzise Weise über den gesamten Bauzyklus hinweg. Wenn das Projekt beginnt und Vermessungen vorgenommen werden müssen, wird die Drohnenvermessung eingesetzt, um genaue Messungen zu erhalten und genau zu verstehen, wo das Fundament gelegt werden soll und wo die Grundstücksgrenzen enden.
Eine Drohnenvermessung im Baubereich wird auch verwendet, um die Menge an Schnitt und Füllung zu messen, um ein ebenes Fundament zu schaffen. Hiervon ausgehend können Drohnenvermessungen bei der Erstellung einer realistischen 3D-Modellierung mithilfe einer Photogrammetrie-Software helfen.
Die Vorteile über unwegsamem Gelände bei der Drohnenvermessung
Ein weiterer Vorteil der Drohnenvermessung ist der entscheidende Vorteil für den Vermessungstechniker, unwegsames Gelände nicht mehr abgehen zu müssen. Dadurch lässt sich nicht nur wertvolle Zeit einsparen, sondern auch die Sicherheit wird erhöht. An schwer zugänglichen Stellen und in Gefahrengebieten besteht ein erhöhtes Risiko für den Vermessungstechniker, der die Gebiete nun mit der Drohne aus sicherer Entfernung überfliegen kann. Dieser Zugewinn an Sicherheit spielt vor allem im Tagebau eine große Rolle.