Ist die Drohnen-Fotogrammetrie eine Alternative zu klassischen Vermessungstechniken?

Untersuchungen haben gezeigt, dass Drohnen mit herkömmlichen terrestrischen Kartierungsmethoden bei Präzision, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit konkurrenzfähig sind

By Ishveena Singh Ishveena Singh
März 15, 2021

Terrestrische Vermessung ist sowohl herausfordernd als auch komplex. Vermessungsingenieure haben sich traditionell auf Werkzeuge wie Totalstationen, GPS-Empfänger und Bodenlaserscanner verlassen, um hochauflösende Geodaten zur Landoberflächentopographie zu erfassen. Aufgrund der kontinuierlichen Weiterentwicklung unbemannter Lufttechnologien in den letzten Jahren haben sich Drohnen zu einem herausragenden Vermessungs- und Kartierungsinstrument entwickelt.

Bei der Drohnenkartierung wird eine als Fotogrammetrie bezeichnete Technik verwendet, um aus 2D-Bildern genaue, reale 3D-Modelle zu erstellen. Durch Kombinieren und Verarbeiten mehrerer georeferenzierter Luftbilder werden fotogrammetrische Techniken verwendet, um Ausgaben wie 3D-Punktwolken, digitale Rasterhöhenmodelle und Orthomosaiken zu erzeugen.

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Einer der größten Vorteile der fotogrammetrischen Kartierung durch Drohnen besteht darin, dass Landvermesser in kürzerer Zeit mehr erreichen können. Vermessungsarbeiten, deren Fertigstellung normalerweise Wochen in Anspruch nimmt, können mit Drohnen in wenigen Tagen abgeschlossen werden. Daher kann sich der Einsatz von Drohnen für viele Projekte als deutlich preiswerter erweisen.

Und da Drohnen schnell und nahezu überall eingesetzt werden können, muss Vermessungspersonal nicht mehr in gefährliche Bereiche wie Dächer, Felsvorsprünge, Straßen, instabilen Böden und steile Böschungen entsandt werden. Selbst unzugängliche Strukturen wie Funktürme und Baumwipfel können mithilfe von Drohnen problemlos abgebildet werden.

Trotz der vielen Vorteile der Drohnen-Fotogrammetrie ist die Vermessung immer noch eine Aufgabe, die ein hohes Maß an Genauigkeit erfordert. Und die gemeldeten Genauigkeiten von Drohnen haben ihr theoretisches Potenzial gewöhnlich nicht erreicht.

Können Drohnen dann als effektive Werkzeuge für die terrestrische Vermessung bezeichnet werden?

Ja, sagt ein im Journal of Unmanned Vehicle Systems (Dec 2019) veröffentlichter Bericht. Mit modernster unbemannter Hardware und gewissenhafter Datenverarbeitung ist die Drohnenkartierung genau genug, um terrestrische Vermessungsmethoden für viele Anwendungen zu ergänzen oder zu ersetzen, so die Forscher.Surveying Buying Guide

Um ihre Hypothese zu untermauern, triangulierten die Forscher sieben Mal ein 4 Hektar großes Kirchengelände mit einer DJI Inspire 2 Drohne, die mit einem hochpräzisen PPK-GNSS-System und einer Zenmuse X4S Kamera ausgestattet war. Der Standort enthielt sowohl glatte Oberflächen, von denen bekannt ist, dass Drohnen-Daten diese gut modellieren (Parkplätze, Felder und Dächer), als auch Merkmale, von denen nicht erwartet wurde, dass sie mit Luftfotogrammetrie gut modelliert werden können (Wände, Oberleitungen und Boden unter Vegetation). Die Forscher verwendeten Daten von Stereobildpaaren, um die fehlenden oder verzerrten Merkmale auszufüllen.

Und obwohl das High-End-Positionierungssystem der Drohne dazu führte, dass die Präzision nur wenig von der Bodenkontrolle abhing, sammelte das Team 23 gut verteilte Referenzpunkte, um die Transformation für Redundanz zu berechnen und genügend Daten für aussagekräftige Statistiken bereitzustellen.
Die Luftdatenerfassung wurde in einem halben Tag im Gelände und weiteren anderthalb Tagen Verarbeitungszeit abgeschlossen. Die konventionelle Vermessung und Datenverarbeitung dauerte drei Tage.

Mit einer vertikalen Abweichung von nur 2 cm (Root Mean Squared Error, RMSE) erwies sich die Drohnenkartierung als konsistent und ausreichend genau, um für viele für die terrestrische Vermessung typische Anwendungen verwendet zu werden. Die Forscher beobachteten auch, dass sich die Genauigkeit verbesserte, wenn die Drohne in geringerer Höhe geflogen wurde (wenn auch mit abnehmenden Erträgen). Wäre dies ein typisches terrestrisches Vermessungsprojekt gewesen, hätte der Einsatz von Drohnen zu einer Zeitersparnis von 33 Prozent und einer Kostenersparnis von 58 Prozent geführt.

Die Forscher untersuchten weiter die Wirtschaftlichkeit der Drohnenkartierung, indem sie eine Dachuntersuchung für eine Solarpanel-Installation durchführten. Das Team sammelte an einem einzigen Tag Luftdaten auf drei Dächern von Lebensmittelgeschäften zwischen 3 und 7 Hektar. Ohne einen Arbeiter auf das Dach zu bringen, wurden alle Funktionen in Stereo extrahiert, einschließlich Gasleitungen, Dachentlüftungsöffnungen, HLK-Einheiten, Oberlichter und Schalttafeln. Während die konventionelle terrestrische Vermessung vom Start des Projekts bis zur endgültigen Lieferung 12 Tage gedauert hätte, dauerte der es vom ersten Flug bis zur Abgabe nur 7 Tage. Dies führte zu einer Kostenersparnis von 58 Prozent und einer Zeitersparnis von 41 Prozent.

In einem anderen Beispiel sammelte das Team Luftdaten für eine vollständige topografisch-planimetrische Vermessung von einem 260 Hektar großen Golfplatz an einem Tag. Wenn klassische Methoden eingesetzt würden, hätten drei Außendienstmitarbeiter 30 Tage gebraucht, um diese Daten zu sammeln, was zu erheblichen Ausfallzeiten des Golfplatzes geführt hätte. Einige stark bewachsene Gebiete auf dem Golfplatzes erforderten zwar eine konventionelle Vermessung, aber die Drohne konnte durch Auswahl eines geeigneten Stereomodells viele halbverdeckte Orte durch Stereokompilierung kartieren. Tatsächlich wurde der gesamte Bereich in nur 15 Tagen mit einer Kostenersparnis von 75 Prozent und einer Zeitersparnis von 50 Prozent abgebildet.

drones for terrestrial surveying

Lesen Sie den vollständigen Forschungsbericht mit detaillierten Testmethoden und Ergebnissen zu Präzisionsangaben.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Drohnen heute eine äußerst wertvolle Ergänzung bei der Landvermessung sind und terrestrische Vermessungsmethoden für viele Anwendungen zunehmend ergänzen oder ersetzen. Mit einer Kartierungs-Drohne der nächsten Generation wie der DJI P4 RTK können Vermessungsingenieure bereits Datengenauigkeit auf Zentimeter-Ebene erreichen und benötigen weniger Referenzpunkte. Mit einer leistungsstarken Kartierungs-Software wie DJI Terra, die 2D-Orthomosaiken und 3D-Modelle mit verbesserter absoluter Genauigkeit ermöglicht, können Vermessungsingenieure die gewünschte Ausgabequalität für kritische Projekte erzielen.

 

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Tags: Bau und Landvermessung

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