Punktwolken verwenden

Alles, was Sie über Punktwolken wissen müssen

By DJI Enterprise DJI Enterprise
September 9, 2022

Punktwolken richtig nutzen

Wann immer Sie ein detailliertes Modell eines Gebiets erstellen müssen - sei es für Vermessungszwecke, die Rekonstruktion eines Unfalls oder für andere Zwecke - ist die Erstellung einer Punktwolke die beste Lösung für diese Aufgabe.

Ein genaues, detailliertes und hochauflösendes 3D-Punktwolkenmodell ist ein wichtiges Element bei der Erstellung präziser 3D-Modelle. Wenn Ihr Unternehmen nach einer neuen Möglichkeit sucht, digitale Rekonstruktionen von physischen Räumen oder Strukturen zu erstellen, könnten Drohnen, die Punktwolken erzeugen können, das perfekte Werkzeug für Sie sein.

Wenn Sie mehr über Punktwolken erfahren - was sie sind, wie man sie erzeugt, verschiedene Ansätze und Anwendungsfälle - können Sie eine fundierte Entscheidung über die Integration dieser digitalen Werkzeuge in Ihre Arbeitsabläufe treffen. 

Point Cloud - Collision ReconstructionDie LiDAR-Technologie ermöglichte es der Verkehrspolizei, trotz der schlechten Lichtverhältnisse in der Nacht Punktwolkendaten von diesem Zusammenstoß zu sammeln

Punktwolken: Auf die Perspektive kommt es an

Was genau ist eine Punktwolke? Sie ist eine Sammlung von Datenpunkten, die in drei Dimensionen abgebildet sind. Jeder Punkt hat seine eigenen X-, Y- und Z-Werte, je nachdem, wo er sich im Raum befindet. Einige Punktwolken können eine außergewöhnlich hohe Auflösung haben, mit Hunderten von einzelnen Punkten pro Quadratmeter, um genau zu zeigen, was sich in einem 3D-Raum befindet. 

Point Clouds - Cooling StackPunktwolke von zwei Kühltürmen zur Vorbereitung ihres sicheren Abrisses

Die Punkte bezeichnen zusammen die Oberflächen von Objekten und Geländemerkmalen in einem Gebiet, wodurch Vermessungsingenieure oder Inspektoren äußerst genaue 3D-Karten und Modelle dieser Gebiete erstellen können. Die Wolke selbst ist jedoch nicht die Karte. Um ein umfassenderes Modell zu erstellen, benötigen Sie neben den Höhendatenpunkten einen weiteren Datensatz.

Um diese Punktwolken zu erstellen, benötigen Sie die richtige Ausrüstung und eine neue Perspektive auf Ihr Zielgebiet: nämlich eine Luftaufnahme. Indem Sie ein unbemanntes Luftfahrzeug (UAV) über das Gebiet Ihrer Wahl fliegen, können Sie die erforderlichen Informationen über Höhe und Topografie sammeln.

Moderne Drohnen, die mit den neuesten LiDAR-Sensoren (Light Detection and Ranging) ausgestattet sind, können Punktwolken in einem einzigen Durchgang erstellen. Eine Drohne, die ein Photogrammetrie-Kamerasystem verwendet, kann eine Punktwolke als eine der Ausgaben des resultierenden dreidimensionalen Bildes zusammenstellen. In beiden Fällen ist die resultierende Wolke ein detailliertes und genaues Bild des gescannten Bereichs.

Wie Punktwolken funktionieren

Wie genau funktioniert der Prozess der Punktwolkenerstellung? Die genauen Details hängen davon ab, ob Ihre Drohne mit LiDAR-Sensoren oder Photogrammetriegeräten ausgestattet ist, aber das Verfahren ist das gleiche.

Ihre Drohne fliegt über ein ausgewähltes Gebiet und scannt es mit ihren Sensoren. Die Informationen der Datenpunkte werden dann mit einer Software zur Verarbeitung von Punktwolken wie DJI Terra in eine verwertbare Form gebracht. 

Point Clouds - P4 RTK scanning

Um das Ergebnis einer 3D-Punktwolke zu erhalten, fügt die Software entweder einer großen Anzahl von Punkten, die durch Laserimpulse erfasst wurden, einen Kontext hinzu oder generiert Punkte auf der Grundlage einer Sammlung von Fotos, die aus verschiedenen Winkeln aufgenommen wurden. Dies hängt davon ab, ob Sie LiDAR oder Photogrammetrie bevorzugen, und das wiederum hängt von der Art der Vermessung oder Kartierung ab, die Sie durchführen. 

Der Unterschied zwischen LiDAR-Punktwolken und Photogrammetrie-Punktwolken

Die beiden Hauptmethoden zur Erstellung einer Punktwolke aus UAV-Daten, LiDAR und Photogrammetrie, haben jeweils ihre idealen Anwendungsfälle. Möglicherweise werden Sie beide zu verschiedenen Zeiten verwenden. 

LiDAR vs Photogrammetry - Desktop CTA

Unternehmen, die häufig komplexe, bewachsene Gebiete kartieren, werden sich vielleicht für LiDAR entscheiden, während Unternehmen, die klare Sichtlinien haben und eine kostengünstigere Lösung benötigen, vielleicht mit der Photogrammetrie beginnen, aber die Entscheidung lässt sich nicht auf einen oder zwei Punkte reduzieren. Ein Vergleich der beiden Technologien ist eine nützliche Übung, wenn Sie entscheiden, wie Sie Ihre UAVs ausstatten wollen.

LiDAR

Beim LiDAR-Scannen werden häufige Laserimpulse abgegeben, die dann zum Sensor zurückprallen. Mithilfe von Trägheitsmessungen und Satellitenortungsdaten bestimmt der LiDAR-Sensor der Drohne genau, wo im Raum sich ein Punkt befindet.

Die gesammelten Punkte werden von einer speziellen Punktwolken-Software zu einer LiDAR-Punktwolke zusammengesetzt. Dabei handelt es sich um eine hochpräzise Scan-Methode, die allerdings mit anderen Daten abgeglichen werden muss, um den Karten weitere Details, einschließlich der Farbe, hinzuzufügen.

LiDAR eignet sich hervorragend für die Kartierung von Objekten, die zu klein sind, um mit anderen Methoden erkannt zu werden. Wenn Sie zum Beispiel dünne Kabel oder Stromleitungen als Teil Ihrer Punktwolke kartieren müssen, können Sie dies durch die Erfassung von LiDAR-Daten erreichen. Die Technologie funktioniert auch bei schlechten Lichtverhältnissen und kann den Boden durch Laubschichten hindurch erreichen. 

Da es sich bei LiDAR-Punktwolken um direkte Messungen handelt, sind die Dateigrößen im Vergleich zu den hochauflösenden Fotos, die für die Photogrammetrie verwendet werden, relativ klein. Das bedeutet, dass die Nachbearbeitung von LiDAR-Daten schneller geht als die Extraktion von Punktwolken aus Photogrammetriemodellen, was für Kunden, die Wert auf Effizienz legen oder zeitkritische Aufträge haben, ein wichtiger Faktor sein kann.

Da Cloud-basierte LiDAR-Software weniger verbreitet ist als Photogrammetrie-Tools, kann der eigentliche Prozess der Zusammenstellung der Rohdaten zu einer Punktwolke einen technisch geschulten Mitarbeiter vor Ort erfordern. Auch die Kosten können höher sein, einschließlich des Bedarfs an leistungsfähigeren Drohnen, die die speziellen Sensoren tragen. 

Point Clouds - True-Color

PhotogrammetryPhotogrammetrie

Bei der Photogrammetrie werden aus Fotos Datenprojektionen erstellt. Dies ist ein erschwinglicher und unkomplizierter Ansatz für Vermessung und Kartierung, und die Software, die für die Arbeit mit Photogrammetriedaten benötigt wird, ist über ein einfaches, cloudbasiertes Modell verfügbar.

Der Einsatz der Photogrammetrie ist flexibel. Sie können entscheiden, wie schnell Sie die Drohne fliegen lassen, je nachdem, wie detailliert die Karten oder 3D-Punktwolken sein sollen, die Sie für das jeweilige Projekt erstellen.

Je nach dem von Ihnen gewählten Detailgrad und der Größe des zu vermessenden Gebiets nimmt die Drohnenkamera entweder Hunderte oder Tausende von Fotos auf. Diese Bilder sind farbig und können als 3D-Punktwolken zu einer Karte oder einem 3D-Modell zusammengesetzt werden.

Da die Photogrammetrie auf der Fotografie basiert, benötigen Sie eine Lichtquelle, egal ob natürlich oder künstlich. Allerdings kann die allgemeine Benutzerfreundlichkeit der Methode die Unannehmlichkeiten der Suche nach den richtigen Bedingungen wettmachen. Die relativ niedrigen Einstiegshürden machen diese Methode zu einem idealen Einstiegsverfahren für Unternehmen, die gerade mit der Erstellung von 3D-Punktwolken oder anderen Datenmodellen beginnen.

Verwendungszwecke der Punktwolkenmodellierung

Wofür verwenden Sie 3D-Punktwolken, nachdem Sie sie erstellt haben? Die Anwendungsfälle sind je nach Branche unterschiedlich, aber alle konzentrieren sich auf den Bedarf an genauen 3D-Modellen. 

Point Cloud - Powerline Inspection

  • Energieinfrastruktur: Die Vermessung neuer Versorgungsinfrastrukturen ist einfacher und schneller, wenn die Teams Zugang zu Drohnen haben und 3D-Punktwolken der fraglichen Bereiche erstellen können. Dies kann besonders nützlich sein für Anlagen wie Stromleitungen, die in abgelegenen Gebieten gebaut werden, in denen die Teams nur schwer zu Fuß navigieren könnten.
  • Öl- und Gasbau: Ähnlich wie Stromversorgungsunternehmen benötigen auch Öl- und Gasraffinerien oft genaue 3D-Informationen über große Gebiete, die sich möglicherweise an abgelegenen Orten befinden. Dies ist ein weiteres Szenario, in dem sich Drohnen als effektiver erweisen können als bodengebundene Vermessungsteams.
  • Landvermessung: Kunden, die schnell detaillierte topografische Karten von Gebieten benötigen, können von 3D-Punktwolken profitieren, die mit Hilfe von Drohnen erstellt werden. Die Kombination aus schneller Vermessung großer Flächen und hoher Genauigkeit ist ideal für die Vermessung.
  • Forstwirtschaft: LiDAR kann dichtes Blattwerk durchdringen und Oberflächendaten liefern, die mit Photogrammetrie nicht aufgelöst werden könnten. 

Sobald Sie einen guten Anwendungsfall für eine genaue 3D-Punktwolke gefunden haben, müssen Sie nur noch die richtige Drohne und die richtige Nutzlast für die Informationserfassung finden.

Die richtige Punktwolkenmodellierung für Drohnen und Nutzlasten

M300 + L1 + P1

Welche Art von Drohne wird Ihr Team bei Ihrem nächsten Auftrag zur Erstellung von Punktwolken fliegen, und mit welchem Sensor wird sie ausgestattet sein? Wenn Sie mit DJI zusammenarbeiten, haben Sie verschiedene Optionen, darunter:

  • Drohnen-Hardware: Die Wahl der Drohne hängt von der Aufgabe und den Arbeitsbedingungen ab. Die Matrice 300 RTK ist eine gute Wahl für die Erstellung von 3D-Punktwolken. Sie kann unter einer Vielzahl von Umweltbedingungen eingesetzt werden und bietet eine Flugzeit von 55 Minuten, während sie mit dem Sensorpaket Ihrer Wahl ausgestattet ist.
  • LiDAR-Nutzlast: Das Zenmuse L1 ist das erste UAV-LiDAR-System, das von DJI angeboten wird, und seine Funktionsliste ist beeindruckend. Diese Lösung ermöglicht die Kartierung von 240.000 Punkten pro Sekunde bei einer einzigen Rückkehr oder bis zu 480.000 Punkten pro Sekunde bei drei Rückkehren. Eine integrierte RGB-Kamera ermöglicht die Ausgabe von Punktwolken in Echtfarben, und mit Point Cloud LiveView in DJI Pilot können Sie überprüfen, ob Ihre Datenerfassung korrekt verläuft. 
  • Photogrammetrie-Nutzlast: Für Benutzer, die Photogrammetrie bevorzugen, bietet DJI die Zenmuse P1 an. Dieses System kann alle 0,7 Sekunden ein Foto aufnehmen, um schnell genaue und detaillierte Modelle für die Umwandlung in 3D-Punktwolken zu erstellen. 

Point Clouds - Live ViewPunktwolken-LiveView auf DJI Pilot

Wenn Sie mit der Erzeugung von 3D-Punktwolkendaten beginnen möchten, wenden Sie sich an DJI, um diese und weitere Lösungen zu erhalten.

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Tags: Bau und Landvermessung, Öffentliche Sicherheit

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