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Für welche Art von Vermessungsprojekten sind Drohnen ideal?

Warum werden Drohnen in Zukunft zu einem unverzichtbaren Werkzeug für Vermessungsprofis und was ist überhaupt die “perfekte” Vermessungs-Einstiegsdrohne?

By Malek Murison Malek Murison
Dezember 22, 2021

Da Genauigkeit und Zuverlässigkeit für Vermessungsfachleute von entscheidender Bedeutung sind, ist es verständlich, dass viele gezögert haben, Drohnentechnologie einzuführen. Traditionelle Methoden funktionieren, und wie das alte Sprichwort sagt: “Wenn es nicht kaputt ist, repariere es nicht”.

Aber es gibt Missverständnisse, die diese Skepsis treiben. Mit der Genauigkeit, die Drohnen bieten, können viele Vermessungsprojekte erfolgreich abgeschlossen werden. Und obwohl es in einigen Fällen einen Präzisionskompromiß gibt, können bei der Integration von Drohnen in traditionelle Arbeitsabläufe enorme Kosten-, Zeit- und Sicherheitseinsparungen erzielt werden.

 

Drohnen haben sich in einer Reihe von Branchen zum transformativen Werkzeug entwickelt. Die Vermessung ist da nicht anders und traditionelle Methoden werden immer einen Platz haben. In manchen Fällen stellen sie sogar die einzig mögliche Lösung dar.

Point Clouds - P4 RTK scanning

Warum wechseln traditionelle Vermessungsingenieure zu Drohnen?

Zeit-, Kosteneinsparungen und Sicherheitsverbesserungen sind die wichtigsten Vorteile, die Drohnen für eine Vielzahl von Sektoren bringen. Alle drei wirken sich bereits auf die Arbeit der Vermessungsingenieure aus.

 

Nehmen Sie das Beispiel von Altametris, einer Tochtergesellschaft für Datenerfassung und -analyse des französischen Bahngiganten SNCF. Beim Vergleich verschiedener Methoden während der Untersuchung eines Eisenbahnabschnitts stellte das Team fest, dass die DJI Matrice 300 RTK und die Zenmuse P1-Nutzlast kombiniert die Betriebsvorbereitungszeit um zwei Stunden reduzierten. Dies liegt daran, dass das eingebaute RTK-Modul und der Vollformatsensor der Zenmuse P1 genügend Metadaten lieferten, um die Anzahl der erforderlichen Ground Control Points (GCPs) effektiv auf null zu reduzieren.

 

Für Altametris würden frühere Vermessungen mit einer Genauigkeit von 3 cm 40 GCPs pro Quadratkilometer erfordern. Außerdem musste ein Tachymeter zeitaufwändig eingesetzt werden.

 

Diese Methoden nehmen nicht nur wertvolle Arbeitsstunden in Anspruch, sondern beinhalten auch den physischen Umgang mit Geräten auf und in der Nähe der Eisenbahn. Es ist sowohl ein gefährlicher als auch ein komplexer Arbeitsplatz. Die Einführung von Drohnen in die Gleichung bedeutete weniger Stunden vor Ort, stärker automatisierte Prozesse und ein geringeres Risiko für Vermessungsingenieure – alles ohne Einbußen bei der erforderlichen Genauigkeit. Tatsächlich brillierte die Zenmuse P1 trotz nicht immer optimaler Lichtverhältnisse.

 

Durch die Reduzierung der Anzahl der für Vermessungsmissionen erforderlichen GCPs können ausgeklügelte Drohnen Vermessern viel Zeit sparen. Aber es sind vor allem die unzugänglichen oder gefährlichen Bereiche, wo die Technologie ihre Stärken ausspielt. Bahngleise sind nur ein Beispiel für eine solche Arbeitsumgebung, die weitaus besser für autonome Maschinen geeignet ist.

 

Der letzte zu beachtende Punkt ist der Grad der Datentiefe, die mit Drohnen möglich ist. Trotz eines Bruchteils der Manpower kann eine Punktwolke mit Millionen von Datenpunkten und in vielen Fällen mehr Details in einer vernünftigen Durchlaufzeit erreicht werden. Um die gleiche Leistung mit klassischen Methoden zu erzielen, wäre deutlich mehr Zeit, Instrumente und Kosten erforderlich.

  

Welche Arten von Vermessungsprojekten sind ideal für Drohnen und traditionelle Vermessungswerkzeuge?

Trotz der Vorteile, die Drohnen gegenüber herkömmlichen Vermessungsmethoden bieten, gibt es Situationen, in denen die alten Methoden ein wichtiger Bestandteil der Gleichung bleiben.

Das erste, was Sie berücksichtigen sollten, ist der Grad und die Art der Genauigkeit, die Ihr Projekt erfordert.

 

Hier ist der Unterschied zwischen relativer Genauigkeit und absoluter Genauigkeit wichtig. Für viele Anwendungen zählt nur die relative Genauigkeit – die Genauigkeit der Position von Objekten zueinander. Das Ergebnis dieser Projekte können rekonstruierte Modelle wie 3D-Punktwolken oder orthomosaische Karten sein. Wenn die wahren Positionen der Objekte auf der Erde ein wichtiger Faktor in der Gleichung sind, ist ein Vermessungsprozess erforderlich, der absolute Genauigkeit bietet.

 

Ein relativer Ansatz ist eine einfache Möglichkeit, Volumina, Entfernungen und Höhenunterschiede genau zu beurteilen. Wenn diese Daten jedoch mit weiteren Informationsschichten kombiniert werden sollen oder Sie eine professionelle photogrammetrische Vermessungsdokumentation entwickeln möchten, müssen diese Messungen mithilfe von Bodenkontrollpunkten geografisch ausgerichtet und / oder die Drohne Echtzeitkinematik (Real-Time Kinematic - RTK) unterstützen. RTK ist eine in Drohnen integrierte GPS-Korrekturlösung, die mit einer Bodenstation zusammenarbeitet, um Bilder bei der Aufnahme genau mit GPS-Informationen zu versehen.

 

Als allgemeine Regel gilt, dass Projekte, die eine Genauigkeit von bis zu 2 cm erfordern, durch herkömmliche Methoden ergänzt werden müssen. Drohnen erreichen im Schnitt eine Genauigkeit von 5 cm und je nach Nutzlast und Flugparametern erhöht sich diese bis zu ~ 1 cm Genauigkeit. Wenn Ihr Projekt 2, 1 oder sogar Millimetergenauigkeit erfordert, bleiben herkömmliche Werkzeuge immer noch die beste Option.

 

Surveying Drones vs Total Stations - Land Surveyor

Vermessungsprojekte ideal für traditionelle Vermessungswerkzeuge

Vermessungsprojekte in Innenräumen oder unter der Erde

Aufgrund von schlechten GPS-Signalen und niedrigem-Lichtverhältnisse, Projekten im Untergrund und im Inneren sind im Allgemeinen nicht gut für Drohnen geeignet. Stattdessen wird die Geometrie von Höhlen und internen Strukturen am besten mit tachymetrischen Vermessungsmethoden oder, für schnellere und hochauflösendere Ergebnisse, mit terrestrischen Laserscanning-Technologien (TLS) untersucht.

 

Allerdings arbeiten auch schon einige Unternehmen an Drohnenlösungen, die simultane Ortungs- und Kartierungsnavigationsfunktionen (SLAM) und LiDAR-Sensoren kombinieren, um komplexe unterirdische Bereiche zu kartieren. Es wird nicht lange dauern, bis Drohnen unter der Erde eine wichtige Rolle spielen, insbesondere da Vermessungsingenieure versuchen, Daten aus verschiedenen Quellen mit ausgefeilteren Arbeitsabläufen zusammenzuführen.

 

Surveying Drones vs Total Stations - M300 + Emesent Hovermap

Vermessungsprojekte, bei denen Objekte blockiert werden

Luftaufnahmen können auch durch das Vorhandensein von Gebäuden oder dichtem Blätterdach erschwert werden. Diese Probleme werden noch verschlimmert, wenn Hindernisse Höhenänderungen maskieren. LiDAR kann durch helles Laub hindurch arbeiten, aber dichte Bäume blockieren den Boden und verringern die Genauigkeit des Endergebnisses.

Projekte ohne feste Deadline 

Zeit ist Geld. Und einer der größten Vorteile der Vermessung mit Drohnen ist die Verringerung der Bearbeitungszeit. Allerdings müssen nicht alle Projekte gestern abgeschlossen werden, und nicht alle Umfragen erfordern ein Gleichgewicht zwischen Genauigkeit und Einsatzzeit.

 

Drohnen decken den Boden schneller ab als Menschen, und die richtige Hardware kann die Anzahl der benötigten GCPs drastisch reduzieren. Wenn Sie jedoch gerne viel Zeit damit verbringen, sich mit den Details zu beschäftigen, können Sie mit traditionellen Methoden fortfahren.

Vermessungsprojekte gut geeignet für Drohnen

Unzugängliche Bereiche

Einige Umgebungen und Infrastrukturen liegen buchstäblich außerhalb der Reichweite herkömmlicher Vermessungstechniken. Wenn jedoch Daten gesammelt werden müssen – insbesondere in großem Maßstab – sind Drohnen die ideale Lösung. Mobilfunkmasten, Solarparks und Baumkronen sind nur einige Beispiele für Gebiete, die mit Drohnen einfach kartiert werden können.

Gefährliches Gelände

Nur weil ein Gebiet in Reichweite von bodengestützten Vermessungstechniken ist, folgt daraus nicht, dass dies ratsam oder sicher ist. Gefährliche Standorte, einschließlich Dächer, Simse, Fahrbahnen, instabiler Boden, steile Böschungen und, wie oben erwähnt, Eisenbahnlinien – alle sind gefährliche Arbeitsplätze. Innovative Drohnenlösungen können Vermessungsaufgaben erledigen, ohne Teams am Boden zu gefährden.

Wenn Datentiefe wichtig ist

Ein wesentlicher Vorteil der Luftvermessung ist die Tiefe und Vielfalt der verfügbaren Ergebnisse. Wenn Sie eine landwirtschaftliche Vermessung durchführen, können multispektrale Sensoren und hochauflösende Kameras die Daten sammeln, die Sie benötigen, um die Gesundheit der Pflanzen zu beurteilen und den Zustand im Detail zu erkennen. Wenn Sie im Vorfeld eines Bauvorhabens eine topologische Vermessung durchführen, bieten LiDAR und Photogrammetrie 3D-Punktwolken, orthomosaische Karten und digitale Geländemodelle mit hoher Dichte für einen umfassenden Überblick. Wenn Sie Lagerbestände schätzen und nach genauen Volumenmessungen suchen, die nicht durch menschliche Fehler behindert werden, können mit wenigen Klicks der Kamera einer Drohne die benötigten Informationen gesammelt werden, ohne dass das Personal in Gefahr gebracht wird.

Warum die Phantom 4 RTK die perfekte Vermessungs-Einstiegsdrohne ist

Die Auswahl der richtigen Hardware für Vermessungsmissionen ist aus mehreren Gründen entscheidend.

 

Ein wichtiger Parameter für jede Vermessung ist zunächst Ihre räumliche Auflösung oder die Ground Sampling Distance (GSD). Das in jedem Pixel erfasste Detail hängt von der Sensorauflösung Ihrer Drohne, der Brennweite und der Höhe ab, in der Sie fliegen. Die ersten beiden Elemente sind eindeutig hardwareabhängig. Sie könnten aber auch argumentieren, dass Ihre gewählte Vermessungshöhe von anderen Hardwarefaktoren wie Flugzeit und Geschwindigkeit abhängt.

 

Die DJI Phantom 4 RTK ist eine komplette Out-of-the-Box-Lösung, die äußerst leistungsfähig, einfach zu bedienen und erschwinglich ist. Es beherbergt einen ein Zoll großen 20-Megapixel-CMOS-Sensor. Sein mechanischer Verschluss beschleunigt die Bildaufnahme mit minimaler Verzerrung im Vergleich zu Hobby-Drohnen. Ein Weitwinkelobjektiv mit 24 mm Brennweite liefert klare, konsistente Bilder.

 

 

Surveying Drones vs Total Stations - P4 RTK RenderDJI Phantom 4 RTK

 

Ein zentimetergenaues Navigations- und Positionierungssystem unterstützt sowohl RTK- als auch PPK-Vermessungsmethoden. Das RTK-Modul wird von GPS L1 L2, GLONASS L1 L2, Galileo E1 E5a und BeiDou B1 B2 unterstützt. Es kann die erforderliche Menge an GCPs effektiv auf 0 reduzieren. Obwohl für optimale Ergebnisse immer noch eine Handvoll GCPs pro Quadratkilometer empfohlen werden, können P4 RTK-Benutzer mindestens 75 % der GCP-Einrichtungszeit einsparen. Die P4RTK bietet zusätzlich die TimeSync-Technologie an, um die Kamera und den RTK-Empfänger zu syncronisieren und jedes Bild mit genauen Geoinformationen zu versehen. Korrekturen werden auch von der Basisstation am Boden empfangen, was zu einer noch höheren Genauigkeit führt.

 

Die P4 RTK verfügt außerdem über Hot-Swap-fähige Batterien, eine Flugzeit von ~30 Minuten und eine Höchstgeschwindigkeit von über 50 km/h, sodass Vermesser in kürzerer Zeit mehr Boden abdecken können. Die Drohne arbeitet Nahtlos mit der DJI GS RTK-App und der Fernbedienung mit integriertem Monitor zusammen und bietet mehrere Planungsmodi, einschließlich Photogrammetrie (2D und 3D), Waypoint Flug, Terrain Awareness und Blocksegmentierung.

 

Dies ist ein bahnbrechendes Upgrade für Vermesser, die derzeit Verbraucherdrohnen für Kartierungsmissionen verwenden.

  

Phantom 4 RTK-DatenausgängeDex

Die Vermessung mit der Phantom 4 RTK eröffnet eine Welt voller Datengenerierungsmöglichkeiten. Die genauen Ergebnisse hängen von Ihrer Wahl der Software ab, aber mögliche Ergebnisse umfassen unter anderem:

Orthomosaik-Karten

Jedes Orthofoto, das der P4 RTK während eines Vermessungsflugs aufnimmt, enthält raumbezogene Informationen und wird verarbeitet und korrigiert, um die Perspektive, aus der es aufgenommen wurde, mögliche Linsenverzerrungen, die Neigung der Kamera und topografische Variationen zu berücksichtigen.

 

Eine der gebräuchlichsten Vermessungsausgaben ist als Ergebnis eine hochauflösende Orthomoasik-Karte. Indem Sie die von Ihrer Drohne aufgenommenen Bilder z.B. mit DJI Terra zusammenfügen, können Sie einen Bereich aus der Vogelperspektive so darstellen, wie er jetzt ist, und die Planung, Entscheidungsfindung und die Verfolgung des Projektfortschritts unterstützen.

Surveying Drones vs Total Stations - OrthomosaicOrthomosaik

3D Surface, Terrain, and Elevation Models3D-Oberflächen-, Gelände- und Höhenmodelle

Da die Bilder von P4 RTK-Drohnen Datenpunkte über Breitengrad, Längengrad und Höhe enthalten, überträgt jedes Pixel Daten in drei Dimensionen. Dies bedeutet, dass zu den überzeugendsten Ergebnissen einer Drohnenvermessung ein 3D-Modell gehört.

Leshan Buddha 3D Model3D model of the Leshan Buddha in Sichuan, China. See the model here

Diese realistischen und immersiven Modelle kombinieren hochauflösende Bilder mit genauen geografischen Datenpunkten. Das Ergebnis ist ein navigierbares Werkzeug, das für die Projektplanung, genaue Messungen und Fortschrittsanalysen verwendet werden kann.

 

Das beste Beispiel ist ein digitales Oberflächenmodell, das ein strukturelles Gefühl eines Ortes wiedergibt und ein sofort erkennbares Erkundungswerkzeug bietet. Digitale Geländemodelle werden mit den gleichen Daten erstellt, jedoch ohne künstliche Strukturen und Objekte. Wie das gleiche schon vermuten lässt, liegt der Fokus auf dem Gelände. Schließlich gehen digitale Höhenmodelle noch einen Schritt weiter und stellen die nackte Erdoberfläche dar, indem sowohl natürliche als auch künstliche Merkmale entfernt werden. Digitale Höhenmodelle werden bei der Konturierung topografischer Karten verwendet.

Surveying Drones vs Total Stations - DSM DEM

Volumetrische Erhebungen

Die P4 RTK kann die erforderlichen Daten für volumetrische Modelle sammeln, die zur Messung von Lagerbeständen in der Bergbau- und Bauindustrie verwendet werden können. Sie können die Fallstudie und Methodik von Heliguy und Terra Drone Europe hier lesen. Das Urteil? Das P4 RTK "ist ein hochpräzises Vermessungstool."

Surveying Drones vs Total Stations - Stockpile Volume Measurement with DJI Terra

Drohnen im Einsatz: Mit dem P4 RTK die Verkehrsinfrastruktur abbilden

Die Rhein-Neckar-Verkehr GmbH (RNV) betreibt den öffentlichen Personennahverkehr in der Rhein-Neckar-Region. Zu den Aufgaben des Unternehmens gehören eine 301 km lange Straßenbahnlinie und eine 827 km lange Buslinie, die täglich von 370.000 Fahrgästen genutzt wird. In einem mit dem Heidelberger Vermessungsbüro Wolfert GmbH und mit Unterstützung und Schulung von DJI Enterprise Händler Epotronic durchgeführtem Experiment verglich RNV die Leistung des P4 RTK mit herkömmlichen Methoden (Totalstationen) bei der Vermessung eines Gleisabschnitts.

Der Vergleich umfasste das Überfliegen eines Streckenabschnitts, das Sammeln von Bildern und deren Verarbeitung, bevor Messungen aus dem generierten 3D-Modell vorgenommen wurden. Die Ergebnisse wurden dann zusammen mit den Standardmessvorlagen von RNV bewertet.

Betrachtet man die CAD-Ausgaben der Totalstation-Vermessung Seite an Seite mit den CAD- und Punktwolken-Ausgaben des P4RTK, wird deutlich, wie viel mehr nutzbare Daten von der DJI-Drohne in einem kürzerer Zeitraum erfasst wurden. Luftbilddaten ermöglichen auch Orthofotos, die ausgerichtet und manipuliert werden können, um die Projektplanung zu vereinfachen.

Surveying Drones vs Total Stations - CAD vs. DJI Terra

Diese Detailgenauigkeit ist besonders nützlich, wenn Sie die Fundamente einer geplanten Route vermessen. Auf granularer Ebene verglich das Vermessungsbüro Wolfert die Genauigkeit der beiden Messmethoden und stellte fest, dass die P4RTK bis auf 1,5 cm genau von den Ergebnissen der Totalstation herankam.

Die wohl größten Vorteile des Einsatzes von Drohnen für diese Aufgabe waren verfahrenstechnische. Während eines traditionellen Vermessungsprojekts sind Teams gezwungen, auf und um Gleise herum zu arbeiten, während diese für die Dauer stillgelegt sind. Als Erstes stellte RNV fest, dass „kontaktlose“ Vermessungen von oben die Sicherheit für die Teams am Boden erhöhte und die Fortsetzung des Transportbetriebs für den Stadtbahndienst unterbrechungsfrei ermöglichten. Neben weniger Verspätungen im Fahrplan ließen sich auch Messungen, die aufgrund des Zeitdrucks meist eingeschränkt sind, wie etwa die Gleishöhe, problemlos erfassen.

Auch die Tiefe der vom P4 RTK erzeugten Ausgaben hatte Vorteile. Mit vergleichbarer Genauigkeit führte die Ausrichtung von 3D-Modellen aus der Luftperspektive zu intuitiveren Daten, die für die zuständigen Mitarbeiter leichter intepretierbar sind. Das Team des Vermessungsbüros Wolfert wies jedoch darauf hin, dass bestimmte Datenpunkte nicht von oben erfasst werden können, beispielsweise Bereiche unter dichtem Laub. Aus diesem Grund können Vermessungen eine Rolle spielen, die Luftbildphotogrammetrie mit klassischen Vermessungsmethoden kombinieren.

Bereit, die Phantom 4 RTK zu entfesseln?

Ein einziger Flug mit einer Phantom 4 RTK kann die Daten liefern, die Sie zum Generieren orthomosaischer Karten und präziser 3D-Modelle benötigen. Möchten Sie mehr erfahren? Tauchen Sie ein in unseren Bericht über die Genauigkeit des P4 RTK oder bestellen Sie die Phantom 4 RTK über den DJI Enterprise Store.

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Tags: Bau und Landvermessung

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Malek Murison
Über den Autor Malek Murison

Malek Murison is a technology writer based in England. He’s covered the world of drones since 2016 and produced articles, copy, and case studies for a number of publications and companies in the industry.

He’s especially interested in projects that use drones to tackle public safety, humanitarian, and conservation challenges. His work for DJI Enterprise spans blogs, guidebooks, and deep dives into how the latest in drone technology is changing lives and helping people work smarter.

Learn more at his website www.malekmurisonmedia.com

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