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Kartierungen der Nächsten Generation - Zeitersparnis bei der Bauvermessung mit Drohnen

STRABAG setzt die Phantom 4 RTK für die Bauvermessung zur Generierung präziser 3D-Modelle ein.

By Hailey Peng Hailey Peng
Dezember 13, 2020

Das europäische Autobahnnetz erstreckt sich über 80.000 km und mehrere Länder. Im Jahr 2017 lag Deutschland mit 12.996 km Länge an Autobahnen europaweit an zweiter Stelle und weltweit an vierter Stelle. Das macht Deutschland zu einem wichtigen Durchfahrtsland für Millionen von Pkw und Lkw auf dem Weg zu Zielen in Ost- oder Südeuropa und belastet die bestehenden Strukturen stark.

Das Bundesverkehrsministerium hat eine umfassende Analyse des zu erwartenden Verkehrswachstums von 2010 bis 2030 durchgeführt und dabei einen Anstieg der Personenkilometer um 12% und der Tonnenkilometer um 38% berechnet. Angesichts der dringenden Notwendigkeit einer Erneuerung und Erweiterung des deutschen Verkehrsnetzes empfahl das Ministerium in seinem Bundesverkehrsinfrastrukturplans bis 2030 Investitionen in Höhe von 270 Milliarden Euro. Fast 75 % der Investitionsmittel sind für die Erneuerung und den Ausbau von Autobahnen und Bundesstraßen bestimmt.1 

Um der wachsenden Nachfrage nach einer verbesserten Verkehrsinfrastruktur gerecht zu werden, haben sich die Teams nach neuen Technologien zur Effizienzsteigerung orientiert. Während des Prozesses haben viele Bauunternehmer Drohnen vor Ort eingesetzt, um regelmäßige Lagepläne zu erstellen und Vermessungsarbeiten schneller durchzuführen.

STRABAG – Spezialisten im Straßenbau

Die Umsetzung des Plans, diese groß angelegten Straßenbauprojekte abzuschließen, ist ein anspruchsvolles Unterfangen, das eine langfristige Planung und Koordination von privatwirtschaftlichen Unternehmen und Spezialisten erfordert.

STRABAG SE, Europas sechstgrößter Baukonzern, und seine deutsche Tochtergesellschaft STRABAG AG sind wichtige Akteure im Verkehrswegebau, welcher etwa 37% des Leistungsumfangs von STRABAG ausmacht. Mit über 100 Jahren Erfahrung und über 70.000 Mitarbeitern weltweit hat sich STRABAG aus gutem Grund seine Spitzenposition im Markt erarbeitet. Einer ist der technologischen Innovation immer einen Schritt voraus zu sein.

Die STRABAG-Teams arbeiten europaweit gleichzeitig an 9.100 Bauvorhaben, davon 4.900 in Deutschland. Zusammengenommen ergeben diese Projekte bis zu 600 km Länge an Autobahnen, die gebaut oder renoviert werden. Der pünktliche Projektabschluss und die Einhaltung des Kostenrahmens erfordern effiziente Arbeitsabläufe sowie Kommunikation. Daher spielt eine genaue und präzise Geländeplanung eine entscheidende Rolle bei der Steuerung und Sicherstellung der Qualität von Bauvorhaben.

Drohnendaten können den Arbeitsfortschritt in Bauprojekten beschleunigen

Die Geschäftseinheit digitale Objekterfassung und Drohnen bei STRABAG setzt seit 2015 Drohnen für interne und externe Kunden ein, um Projekte zu vermessen und gleichzeitig Zeit und Kosten zu sparen. Da diese Technologie für eine wachsende Kundenzahl eingesetzt wird, sind neue Anwendungen mit hohen Genauigkeitsanforderungen entstanden. Um diesen Genauigkeitsanforderungen gerecht zu werden, hat STRABAG die neue Phantom 4 RTK in die Vermessungsausrüstung aufgenommen.

Der Bau der A3 nahe Würzburg ist eines der aktuellen Langzeitprojekte der STRABAG. Seit 2014 bis voraussichtlich 2021 wird STRABAG die Autobahn von zwei auf drei Fahrspuren erweitern, einen neuen Tunnel für den Schallschutz bauen und eine baufällige Brücke ersetzen.2. Die Verbesserungen werden auf mehreren Kilometern Autobahn, in komplexem Gelände mit steilen Hängen und zahlreichen Kurven umgesetzt. Bei einem langjährigen Großprojekt wie nahe Würzburg hat die effiziente Vermessung der Baustelle für die präzise Planung und Verfolgung des Fortschritts eine hohe Priorität für das STRABAG-Team.

„Die Nutzung von Drohnen zur kartographischen Erfassung im Bauwesen hat viele Vorteile. Deren Integration verändert unseren Workflow und vereinfacht viele Arbeitsschritte. Konventionelle Vermessungsmethoden liefern zwar auch 3D-Modelle, aber aus Drohnendaten erstellte digitale Geländemodelle bieten eine höhere Punktdichte, so dass die Realität viel detaillierter dargestellt wird", sagt Thomas Gröninger, Bereichsleiter digitale Objekterfassung und Drohnen bei STRABAG. 

With drones, STRABAG is able to create more detailed 3D models in less time

Mit Drohnen ist STRABAG in der Lage, detailliertere 3D-Modelle in kürzerer Zeit zu erstellen

Die DJI Phantom 4 RTK – Ein Wendepunkt für die Bauvermessung

Heutzutage stellen Drohnen bei STRABAG ein gängiges Werkzeug für bestimmte Aspekte der Bauvermessung dar. Drohnen haben sich in bestimmten Umgebungen gegenüber herkömmlichen tragbaren Vermessungsmethoden als überlegen erwiesen, z.B. bei Projekten mit geringer Vegetation, GPS-Verfügbarkeit und hohem Sonnenlicht. Um mit einer Nicht-RTK/PPK-Drohne präzise Vermessungsergebnisse (d.h. bis zu 3 cm Genauigkeit) zu erzielen, müssen bis zu 40 Bodenkontrollpunkte (GCP) pro Quadratkilometer platziert werden, was mehrere Stunden dauern würde.

Die DJI Phantom 4 RTK bietet, neben dem integrierten zentimetergenauen Navigations- und Positionsbestimmungssystem, auch ein leistungsstarkes Kamerasystem, welches RTK- und PPK-Lösungen unterstützt. Um Bilder für außergewöhnliche Vermessungsergebnisse zu liefern, zeichnet die Phantom 4 RTK werkskalibrierte Objektivparameter, Position, Höhe und anderen Daten in jedem Foto auf und passt die Positionsdaten mit Hilfe des TimeSync-Systems an die Mitte des CMOS-Sensors der Kamera an. Durch den Einsatz des RTK-Positionierungsmoduls (GPS L1 L2, GLONASS L1 L2, Galileo E1 E5a und BeiDou B1 B2) reduziert die Phantom 4 RTK potenziell die erforderliche Menge an GCPs auf 0. Für Qualitätsmanagementzwecke sind 3-5 GCPs pro Quadratkilometer in der Industrie weit akzeptiert. Wenn Sie die Phantom 4 RTK mit weniger GCPs verwenden, können Vermesser eine kleine Genauigkeitssteigerung erzielen und mindestens 75% der GCP-Setup-Zeit einsparen.

Um alle Vorteile des voll integrierten Systems zu nutzen, verwenden Vermesser im RTK-Modus Netzwerk-RTK-Dienste. Um insbesondere in Gebieten mit schlechter Mobilfunkabdeckung noch genauere Ergebnisse zu erzielen, kann die D-RTK 2 High Precision GNSS Mobile Station problemlos angeschlossen werden.

Speziell für die Landvermessung

Um das Innenleben der DJI Phantom 4 RTK detailliert zu erklären, erfasst die Drohne sowohl die ursprünglichen Satellitenbeobachtungsdaten als auch die Ephemeriden-Daten und speichert sie in einer PPKRAW.bin Datei im RTCM 3.2-Format. Zusätzlich konvertiert die Drohne die Satellitendaten als das Receiver Independent Exchange Format (RINEX) und speichert dieses als „Observation Data File“ (OBS) ab. Dank der internen Synchronisation der GNSS-Positionierung und der Kamera, bieten die entsprechenden Timestamp-Markierungsdateien eine präzise Aufzeichnung der Bildpositionen. Alle einsatzrelevanten Daten werden je Mission in einem separaten Ordner auf der microSD-Karte abgelegt. Die Datenkonsistenz der Phanton 4 RTK reduziert die benötigte Zeit zur Datenüberprüfung und spiegelt sich in effizienteren Arbeitsabläufen mit wenigen manuellen Anpassungen in der Nachbearbeitung wieder.

Ohne GCPs beträgt die erreichbare horizontale Genauigkeit bis zu 3 cm und die vertikale Genauigkeit bis zu 5 cm innerhalb des globalen WGS84-Referenznetzwerks der Phantom 4 RTK. In Gebieten mit schlechter Mobilfunkabdeckung ermöglicht die Phantom 4 RTK den Vermessungstechnikern die Verwendung von PPK für die anschließende Auswertung bei gleichbleibender Genauigkeit. 

„Bei der Einrichtung der Flugroute müssen wir die Höhe und die Überlappung auswählen. Die P4R liefert eine integrierte Flugplanungs-App per Fernsteuerung mit allen relevanten Vermessungsparametern, um die Flugplanung einfach und effizient zu gestalten“, sagt Philipp Mielke, Teamleiter digitale Objekterfassung und Drohnen bei STRABAG.

The built-in flight planning app simplifies the setting of operational parameters

Die integrierte Flugplanungs-App vereinfacht die Einstellung der Betriebsparameter

Die Phantom 4 RTK wurde entwickelt, um das Drohnenmapping einfach, bequem und effizient zu gestalten. Mit einer möglichen Flugdauer von bis zu 30 Minuten lässt es Benutzer ein großes Gebiet während eines Fluges erfassen. Sollte der Vermessungsbereich zu groß für eine einzelne Akkuladung sein, setzt die Funktion „Operation Resumption“ in der GS RTK App die Mission automatisch fort, nachdem der Akku ausgetauscht wurde. Die Phantom 4 RTK spart Vermessern noch mehr Zeit, indem sie den Kartierungsplan mit Kurven und Kehren bei gleichbleibender Geschwindigkeit abfliegt. Die Möglichkeit, in konstanter Höhe über komplexem Gelände zu fliegen, wie auch die spezifischen Korridor-Vermessungsfunktionen stellen große Fortschritte für Vermessungsfachkräfte dar. DJI Mobile SDK ermöglicht diese Funktionen. 

If battery change is required for larger mappings, the Phantom 4 RTK resumes the mission automatically

Falls ein Akkuwechsel für größere Vermessungen erforderlich ist, setzt die Phantom 4 RTK die Mission anschließend automatisch fort

Datenverarbeitung

Die erfassten Daten können problemlos in die Photogrammetrie-Software von Drittanbietern integriert werden und liefern branchenübliche Punktwolken und 3D-Modelle. Philipp Mielke betont, dass „Lösungen zum Upload der Drohnendaten von einem Laptop in die Cloud vor Ort, um diese zu verarbeiten, sind ein weiterer Schritt, um die Vermessung vor Ort innovativ zu gestalten. Sie machen die Gutachter unabhängig von den geografischen Entfernungen zwischen der Baustelle und ihrem Büro, um eine sofortige und leistungsfähige Datenverarbeitung zu ermöglichen.“ Die Visualisierung des 3D-Modells in der Cloud kurz nach der Datenerfassung erlaubt den Ingenieuren vor Ort, die Bauarbeiten zu überprüfen und die nächsten Schritte zu initialisieren.

Aufgrund der sehr detaillierten und umfassenden Vermessungsdaten können Vermesser und CAD-Techniker sicher sein, dass sie alle Daten in einem Arbeitsgang erfassen, ohne zur Baustelle zurückkehren zu müssen, um zusätzliche Informationen zu sammeln. Das spart Zeit. Nach der Verarbeitung der 3D-Punktwolke aus den aufgenommenen Drohnenfotos werden die Daten entsprechend den individuellen Projektanforderungen nachträglich verarbeitet. Typische erste Arbeitsabläufe beinhalten die Klassifizierung der Punktwolke zum Herausfiltern unerwünschter Objekte wie Vegetation, Fahrzeuge und künstliche Objekte, Merkmalsvektorisierung und -extraktion. Die verarbeiteten Daten werden dann für die digitale Gelände- und Oberflächenmodellierung, Massen- und Volumenberechnungen sowie die Gebäudeinformationsmodellierung (BIM) verwendet.

Nach der Verarbeitung können die Bilddaten der Phantom 4 RTK zur Erstellung einer Vielzahl von Ergebnissen verwendet werden:

P4 RTK deliverables

Zusätzlich zu den 3D-Ergebnissen können 2D-Orthophotos mit Software von Drittanbietern erstellt werden, um eine hervorragende Übersicht über große Baustellen aus der Vogelperspektive zu erhalten. Sowohl 2D- als auch 3D-Daten sind eine gute Grundlage für wegweisende Projektbesprechungen, die regelmäßige Koordination und Projektüberprüfungen fördern.

Drohnen - Digitalisierung der Bauindustrie

Drohnengenerierte 3D-Modelle bieten eine Vielzahl von Analyse- und Auswertungsmöglichkeiten. Je nach geforderter Genauigkeit sind die häufigsten Anwendungen die Vermessung, Inspektion, Dokumentation und Baufortschrittsüberwachung. All diese genannten Anwendungen werden auf der Würzburger Baustelle mit Drohnen durchgeführt.

„STRABAG ist bestrebt, den Drohneneinsatz für Bauprojekte weltweit auszuweiten. Derzeit beschäftigen wir 170 sachverständige Vermesser in Deutschland und 300 in ganz Europa. Die neue DJI Phantom 4 RTK ist eine einfach zu bedienende und vielseitige Drohne mit integrierten RTK-Netzwerk-Funktionalitäten. Durch diese Kombination kann STRABAG mehr Teams mit Drohnen ausstatten, um die Arbeitsabläufe bei der Bauvermessung schneller und effizienter zu gestalten“, fasst Thomas Gröninger zusammen. Die Phantom 4 RTK ist ein essenzielles Werkzeug im Werkzeugkasten eines Vermessungsingenieurs und wird eine wichtige Rolle bei der Digitalisierung des Baugewerbes einnehmen.

 

 

Dank an Philipp Mielke, Teamleiter Geschäftsbereich digitale Objekterfassung und Drohnen bei STRABAG.

1) Bundesverkehrswegeplan

2) http://www.a3-wuerzburg.de/

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Tags: AEC & Surveying

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