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Vermessung und Inspektion sind eine besondere Herausforderung, wenn das zu vermessende Gelände nicht zugänglich oder das zu inspizierende Objekt nur schwer zu erreichen sind. Hier helfen Drohnen auf ideale Weise weiter.

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Wissenswertes über Drohnen zur Vermessung und Inspektion

Welche Vorteile bietet die Vermessung mit Drohnen?

Herkömmliche Vermessung ist zeitaufwändig und dadurch teuer.

Drohnen oder Copter gibt es mittlerweile viele. Je nach Anzahl der Propeller werden sie auch Quadrocopter, Hexacopter, Oktocopter oder einfach nur Multicopter genannt. Selbst im untersten Preissegment bieten die Copter bereits unglaublich viele Leistungsmerkmale wie z.B. Lage- und Beschleunigungs-Sensoren für einen absolut ruhigen Schwebeflug oder auch HD-Kameras für Video- und Foto-Aufzeichnung.

Bei den Coptern in der preislichen Mittelklasse ermöglicht der Empfang von GPS- und Glonass-Navigations-Satelliten ein autonomes Schweben auf der Stelle sowie eine Orientierung im Gelände mit automatischer Rückkehrfunktion.

Selbst die komplexe Erkennung von Hindernissen wird bei den Drohnen der neuesten Generation stetig verbessert. So ist es kein Wunder, dass die cleveren HighEnd-Fluggeräte mittlerweile immer mehr Aufgaben, z.B. die Vermessung aus der Luft, durchführen können.

Dabei bietet die Vermessung aus der Luft mit Hilfe von Drohnen einige nicht zu unterschätzende Vorteile:

   Zeit und Kosteneinsparung

Das Vermessen mit Hilfe von Drohnen geht schnell, ist unkompliziert und kann vor Ort mit geringem Aufwand durchgeführt werden. Die Auswertung der Aufnahmen erfolgt automatisch, was in Summe Zeit und Geld spart.

   Das zu vermessende Gelände muss nicht betreten werden

Besonders bei unzugänglichen Gebieten oder in Bereichen, die aus Sicherheitsgründen nicht betreten werden dürfen, ist die Luftvermessung die einzig mögliche Alternative.

   Die Vermessung von unübersichtlichem Gelände wird vereinfacht

Wenn sich in dem zu vermessenden Gelände umfangreiche Hindernisse wie Gebäude, Hügel oder Bodenvertiefungen befinden, ist die Luftvermessung deutlich schneller und einfacher als herkömmliche Methoden.

   Selbst große Gelände lassen sich schnell vermessen

Bei großen Flächen spielen Drohnen ihren Vorteil voll aus, da sie mit Hilfe der Photogrammetrie in kurzer Zeit weit mehr Messpunkte aufnehmen können, als das vom Boden aus möglich wäre.

   Die Vermessung ist reproduzierbar

Durch das Abfliegen von vorher festgelegten Wegpunkten kann die Vermessung jederzeit wiederholt werden. So lassen sich Veränderungen im Vermessungsbereich leicht dokumentieren.

   Die „Feldarbeit“ vor Ort wird auf ein Minimum beschränkt

Durch das automatisierte Abfliegen der Wegepunkte werden in kurzer Zeit alle erforderlichen Informationen gesammelt. Die Auswertung kann dann später am PC erfolgen.

   Die Vermessung liefert ein detailliertes Messergebnis

Nach dem Abschluss der Vermessung steht ein 3D-Polygonalmodell des Geländes zur Verfügung, in dem an jedem beliebigen Punkt die exakte Position abgelesen werden kann.

Wie funktioniert die Vermessung mit Drohnen?

Vor dem Flug steht die Planung

Schematische Darstellung der Wegpunkt-Planung.

Bevor es an das eigentliche Vermessen bzw. Fliegen geht, wird zunächst in einer Wegepunkt-Software der Flug der Drohne geplant. Die Wegepunkt-Software wird entweder gleich beim Copter mitgeliefert oder steht als App zum Download zur Verfügung.

Bei der Planung werden das zu vermessende Gebiet und die entsprechenden Wendepunkte festgelegt. Der Copter wird dann später das zu vermessende Gebiet streifenweise abfliegen und dabei senkrecht von oben fotografieren.

Der seitliche Abstand der einzelnen Flugbahnlinien und die zeitliche Abfolge der Foto-Aufnahmen hängen vom verwendeten Kamera-Objektiv und von der Flughöhe ab.

Wichtig dabei ist, dass ein größeres Gebiet als nur der zu vermessende Bereich überflogen wird, damit das Vermessungsergebnis auch im Randbereich die erforderliche Genauigkeit aufweist. Im Anschluss daran werden die Daten vom Notebook oder Tablet an die Drohne übertragen.

Einsatz von Boden-Passpunkten

Der Kreis-Mittelpunkt des Boden-Passpunktes wird genau vermessen.

Damit das spätere 3D-Modell des vermessenen Geländes metrisch präzise referenziert werden kann, werden sogenannte Boden-Passpunkte verwendet. Dafür werden ca. DIN A 3 oder größere farbige Flächen aus Kunststoff oder laminiertem Papier verwendet, die neben der Beschriftung ein Loch in der Mitte aufweisen.

Die Anzahl der Boden-Passpunkte richtet sich nach der Größe der zu vermessenden Fläche. Bei kleinen Flächen reichen ca. 5 – 7 Markierungspunkte. Bei größeren Flächen sind entsprechend mehr erforderlich.

Nachdem die Messpunkte ausgebracht und sicher mit Bodennägeln fixiert wurden, werden die Koordinaten der Bodenpasspunkte mit Hilfe von hochwertigen GPS-Vermessungsgeräten (Tachymeter/GPS Rover) zentimetergenau erfasst.

Dies ist wichtig, um später beim errechneten 3D-Modell etwaige Fehler erkennen zu können und damit das 3D-Modell nicht nur in einem lokalen Koordinatensystem existiert.

*Hinweis
Mittlerweile werden einige Copter bereits mit Real Time Kinematic (RTK-Empfänger) ausgestattet, welche die Kameraposition bis auf 2,5 cm genau berechnen und somit den Einsatz von Boden-Passpunkten nicht mehr erforderlich macht.

Die Luftaufnahmen werden erstellt

Der Copter fliegt die eingespeicherten Wegpunkte ab.

Nach den Vorarbeiten kann die Vermessung aus der Luft beginnen.

Damit sich später die Fotos gleichbleibend überlappen, muss die Drohne im GPS-Modus die zuvor festgelegten Wegpunkte exakt und automatisch abfliegen.

Dabei hat der Bediener der Drohne ständig Sichtkontakt zum Fluggerät und kann bei Bedarf manuell auf den Flug einwirken.

Unmittelbar nach dem Flug muss die Qualität der Luftbildaufnahmen geprüft werden.

Aufbereitung der Daten in der Postproduktion

Die Bilder werden zusammen mit den eventuell vorhandenen GPS-Lagedaten in eine Photogrammetrie-Software geladen. Dabei werden die einzelnen Bilder mosaikartig zusammengesetzt. Durch die starke Überlappung der einzelnen Bilder kann ein Boden-Passpunkt in mehreren Bildern zu sehen sein.

Mit Hilfe von Photogrammetrie-Algorithmen errechnet das Programm nun eine große Anzahl von Messpunkten (Punktewolke) des Bodens bzw. des Geländes und erzeugt so ein texturiertes 3D-Polygonalmodell. Durch die manuelle Zuordnung der GPS-Daten der Boden-Passpunkte wird das komplette 3D-Modell georeferenziert. Danach kann an jedem Punkt des 3D-Modells die präzise Position abgelesen werden.

Das Ergebnis dieser Berechnungen schaut dann so aus, wie im nachfolgenden Video gezeigt: 

Welche Vorteile bietet die Inspektion mit Drohnen?

Die Inspektion von Bauwerken und technischen Anlagen nach konventionellen Inspektionsmethoden war bis dato sehr zeit- und kostenintensiv. Besonders geschultes Personal und teures Equipment waren erforderlich, um z.B. mit Abseilgeräten und Industriekletterern Inspektionen an hohen Gebäudefassaden durchführen zu können. 

Zum Teil kamen auch Gerüste, Hubwagen und sogar Hubschrauber zum Einsatz. Aber selbst diese Gerätschaften kamen schnell an ihre Grenzen, wenn der zu inspizierende Gegenstand nur schwer zugänglich war oder z.B. bei Strommasten eine Spannungsfreischaltung nicht möglich gewesen ist.

Verschaffen mit hochauflösenden Kameras den schnellen Überblick.

Mit Hilfe von Drohnen ist selbst in unzugänglichen Bereichen von Bauwerken oder Industrieanlagen eine detaillierte Inspektion schnell und einfach möglich.

Die dabei angefertigten hochauflösenden Foto- und Filmaufnahmen können im Anschluss in aller Ruhe analysiert und begutachtet werden. Die Unterlagen dienen dann auch für die effiziente Planung der weiteren Schritte zur Sanierung oder Reparatur.

Durch den schnellen und unproblematischen Einsatz können als kritisch erachtete Bereiche in viel kürzeren Abständen überprüft und Veränderungen zuverlässig beobachtet und dokumentiert werden.

Aber auch für das menschliche Auge unsichtbare Schäden werden durch Inspektions-Drohnen schnell und zuverlässig erkannt.

So finden Infrarot-Kameras sehr schnell defekte Zellen bei Solarmodulen, fehlerhafte Stellen in Rohrleitungen oder Bereiche mit ungewöhnlich hoher Temperaturentwicklung. So lassen sich Fehler schnell und kostengünstig beheben, noch bevor ein größerer Schaden entsteht.

In welchen Bereichen können Drohnen zu Inspektion genutzt werden?

Die Bandbreite der Einsatzgebiete für die Inspektion mit Drohnen ist vielfältig:

Industrielle und kommerzielle Bauvorhaben

Bei großflächigen Baustellen lassen sich mit regelmäßigen Inspektionsflügen die Bauvorschritte und die Einhaltung des Zeitplans sehr gut dokumentieren.

Hausdächer und Gebäudefassaden

Die Dokumentation von Sturmschäden oder die regelmäßige Überprüfung der Bausubstanz lassen sich mit Hilfe der Drohnenfotos schnell und einfach durchführen.

Brücken- und Stützkonstruktionen

An besonders sensiblen Stellen, die weder von oben noch von unten ohne großen Aufwand erreichbar wären, spielen Inspektions-Drohnen bei der Analyse des aktuellen Bauzustandes ihren Vorteil voll aus.

Staudämme, Schleusen und Uferanlagen

Bei sicherheitsrelevanten baulichen Einrichtungen ist die regelmäßige Kontrolle extrem wichtig. Hier macht sich dann der kostengünstige Einsatz einer Inspektions-Drohne schnell positiv bemerkbar.

Telekommunikations-Einrichtungen

Mit einer Drohne können auch schwer zugängliche Sendemasten und Antennen schnell und einfach geprüft werden ohne den Betrieb der Einrichtungen übermäßig lange zu stören.

Industrie-Anlagen und Schornsteine

Bauwerke und Konstruktionen, die hohen Belastungen bzw. extremen Witterungsbedingungen ausgesetzt sind, müssen regelmäßig inspiziert und überwacht werden, um eine Ermüdung im Material frühzeitig zu erkennen.

Historische Gebäude und Denkmäler

Durch die Inspektion mit einer Kamera-Drohne werden auf das zu überprüfende Objekt keinerlei Belastungen ausgeübt. Dadurch ist diese Art der Überprüfung auch bei Objekten mit sensibler Bausubstanz perfekt geeignet.

Energieanlagen und Kraftwerke

Die Inspektion von Energieanlagen kann dank eingesetzter Zoom-Kameras aus sicherer Entfernung stattfinden. Ein Abschalten der Anlagen zu Inspektionszwecken ist in den meisten Fällen nicht erforderlich.

Stromtrassen und Leitungsmasten

Besonders bei Überlandleitungen lassen sich der Zustand der Trassen-Führung, aber auch die einzelnen Masten leicht überprüfen. Selbst dann, wenn die Leitungen durch unwegsames Gelände führen.

Fazit

Drohnen setzen sich bei Vermessungs- und Inspektions-Aufgaben immer mehr durch. Dies ist nicht verwunderlich, denn neben den Anschaffungskosten, die nur einmal zu Buche schlagen, sind der Einsatz und der Betrieb der Drohnen mit minimalem Aufwand möglich. Zudem fallen auch keine horrenden Kosten für Wartung oder Pflege an.

Der zweite große Pluspunkt ist der schnelle und flexible Einsatz von Drohnen auch in unwegsamem Gelände und an schwer erreichbaren Stellen.

Dabei ist die Handhabung der fliegenden Kameraträger ausgesprochen einfach. Die Drohnen besitzen eine ausgeklügelte Elektronik mit hochempfindlichen Lage- und Stabilisierungs-Sensoren, wodurch die Fluglage auch bei widrigen Windverhältnissen ausgesprochen stabil ist. In Zusammenspiel mit dem eingebauten Navigationssatelliten-Empfänger können sich Drohnen selber im Raum orientieren und selbsttätig im Schwebeflug exakt auf der Stelle verharren bzw. automatische voreingestellte Wegstrecken abfliegen.

Um eine Drohne in Betrieb nehmen zu können, bedarf es lediglich einer vernünftigen Einarbeitung in die Materie und etwas Übung. Beides kann man zusammen mit dem erforderlichen Kenntnisnachweis im Rahmen einer Schulung erhalten.

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