Kopter mit Kamera oder Laserscanner, in der Fachsprache UAV (Unmanned Aerial Vehicle) genannt, erfassen Gelände, Dächer und Fassaden aus der Luft. Das eigentliche Messergebnis ist dabei meist eine Punktwolke, aus der sich Pläne, Modelle und Mengen ableiten lassen. Dieser Beitrag erklärt, wie eine Punktwolke mittels Drohnenbeflug entsteht, welche Verfahren es gibt, welche Ergebnisse sie liefern und wo ihre Grenzen liegen.
Punktwolke aus der Luft: Grundbegriffe
Eine Punktwolke ist eine große Menge einzelner Messpunkte, von denen jeder eine Lage im dreidimensionalen Koordinatensystem besitzt, oft ergänzt um eine Farbinformation. In ihrer Gesamtheit bilden die Punkte Oberflächen von Gelände, Gebäuden und Vegetation ab. Weil jede Position in drei Dimensionen vorliegt, lassen sich nicht nur horizontale Abstände, sondern auch Höhen, Neigungen und Volumen messen. Grundlagen dazu im Beitrag Was ist eine Punktwolke?
Zwei Verfahren: Photogrammetrie und LiDAR
Photogrammetrie aus dem Bildflug
Beim Bildflug fliegt der Kopter das Gebiet in parallelen Bahnen ab und nimmt Luftbilder mit starker Überlappung auf. Eine Software sucht in benachbarten Aufnahmen gleiche Bildpunkte und berechnet daraus deren räumliche Lage. Das Ergebnis ist eine dichte, farbige Punktwolke sowie ein Orthofoto. Die erreichbare Genauigkeit hängt vor allem von der Bodenauflösung (GSD), der Bildüberdeckung und der Georeferenzierung über RTK oder Passpunkte ab; Details dazu im Beitrag Überdeckung, GSD und Passpunkte.
Fluggetragenes Laserscanning (LiDAR)
Hier trägt das Fluggerät einen Laserscanner, der Entfernungen direkt misst. Position und Ausrichtung des Sensors werden über GNSS und eine inertiale Messeinheit (IMU) bestimmt. Der Vorteil: Ein Teil der Laserimpulse dringt durch Lücken im Blattwerk bis zum Boden, sodass sich auch unter Vegetation ein Geländemodell ableiten lässt. Die Photogrammetrie stößt dort an Grenzen, weil die Kamera den Boden im Luftbild nicht sieht.
Welches Verfahren wann passt
Für offene Flächen, Dächer und Baugruben ist der Bildflug meist die wirtschaftliche Wahl, weil er zusätzlich ein farbechtes Orthofoto liefert. LiDAR lohnt sich bei Bewuchs, bei Böschungen unter Bäumen und dort, wo ein Geländemodell ohne Vegetation gefragt ist. Bei schwach texturierten Oberflächen wie einheitlichen Flachdächern oder Wasserflächen findet die Bildauswertung wenig Anhaltspunkte, ein Laser misst dort unabhängig von der Textur.
Ergebnisse aus der Luftbild-Punktwolke
- Digitales Geländemodell (DGM): die reine Erdoberfläche ohne Bewuchs und Bauwerke
- Digitales Oberflächenmodell (DOM): die Oberfläche einschließlich Gebäuden und Vegetation
- Orthofotos und Lagepläne: entzerrte, maßstäbliche Luftbilder als Grundlage für Planung und Bestandsaufnahme
- Topographische Pläne: Höhenlinien, Böschungskanten, Geländepunkte
- Volumen: etwa für Aushub, Halden oder Abbauflächen
- 3D-Modelle von Gebäuden: vor allem Dächer und Außenhülle
Vorteile gegenüber der klassischen Geländeaufnahme
Bei einer Aufnahme mit Tachymeter oder GNSS-Rover wird jeder Punkt einzeln angelaufen. Auf großen, unwegsamen oder gefährlichen Flächen, etwa in Gruben, Steinbrüchen oder an steilen Böschungen, ist das zeitaufwendig und nicht ohne Risiko. Ein Bildflug erfasst solche Flächen flächendeckend in vergleichsweise kurzer Zeit und ohne dass jemand den Gefahrenbereich betreten muss.
Die Grenzen sollten ebenso klar sein: Die Genauigkeit einer Aufnahme aus der Luft liegt typischerweise im Zentimeterbereich und damit deutlich unter der eines terrestrischen Laserscans. Innenräume, Unterseiten von Vordächern und dicht bebaute Innenhöfe erfasst der Kopter nicht oder nur lückenhaft. Für detaillierte Bauaufnahmen kombinieren wir die Luftdaten daher mit dem Laserscanner am Boden.
Vom Luftbild zum Messergebnis
Ob per Kamera oder per LiDAR: Die Punktwolke ist das zentrale Zwischenprodukt einer Vermessung aus der Luft, aus dem Geländemodelle, Orthofotos, Pläne und Mengen entstehen. Wie wir Luftaufnahmen für Grundstücke, Baustellen und Gebäude einsetzen, beschreibt die Seite Drohnenvermessung.