Drohnenvermessung – Fotogrammetrie

Welche Herausforderungen gibt es bei Drohnenvermessung und Fotogrammetrie?

• Wie können Drohnen eingesetzt werden, um Gelände, Objekte und Infrastruktur präzise zu kartieren?
• Wie lassen sich überlappende Luftbilder mithilfe der Fotogrammetrie in dreidimensionale Messdaten umwandeln?
• Welchen Einfluss haben Flughöhe, Kamera, Auflösung und Überlappung auf die Qualität einer Drohnenaufnahme?
• Welche Rolle spielen GNSS, Ground Control Points und Kontrollpunkte für die Genauigkeit einer Drohnenvermessung?
• Wie werden Luftbilder zu Punktwolken, Orthofotos, Höhenmodellen und 3D-Modellen verarbeitet?
• Wie lassen sich Qualität und Genauigkeit fotogrammetrischer Endprodukte überprüfen?

In diesem Blended-Learning-Kurs lernen Sie die Drohnenvermessung und die Photogrammetrie kennen. Sie erfahren, wie Drohnen zur Aufnahme von Luftbildern eingesetzt werden und wie aus einer großen Anzahl überlappender Bilder präzise geografische und dreidimensionale Informationen abgeleitet werden können.

Dabei durchlaufen Sie die gesamte Datenkette: von der Flugplanung und Datenerfassung über die photogrammetrische Verarbeitung und Qualitätskontrolle bis hin zur Nutzung der Endprodukte in GIS und anderen Geo-ICT-Anwendungen.

Drohnenvermessung als Messmethode

Drohnen ermöglichen es, relativ schnell und flexibel geografische Daten über ein Gebiet zu erfassen. Sie werden unter anderem für Geländevermessungen, Bauprojekte, Infrastruktur, Landwirtschaft, Naturschutz und Inspektionen eingesetzt.

Sie lernen, aus welchen Komponenten sich eine Drohnenvermessung zusammensetzt. Neben der Drohne selbst spielen unter anderem die Kamera, der GNSS-Empfänger, die Flugplanung und eventuelle Bodenkontrollpunkte eine wichtige Rolle.

Außerdem untersuchen Sie, wann eine Drohnenvermessung eine geeignete Messmethode ist und wann andere Techniken, wie beispielsweise die traditionelle Landvermessung, 3D-Laserscanning oder Satellitenbilder, besser geeignet sein können.

Das Ziel ist es, dass Sie eine Drohnenvermessung nicht nur als das Aufnehmen von Luftbildern betrachten, sondern als eine umfassende Messmethode, bei der Planung, Positionierung, Bildqualität und Auswertung gemeinsam die Qualität des Endergebnisses bestimmen.

Die Grundprinzipien der Fotogrammetrie

Die Fotogrammetrie ermöglicht es, aus Fotos Messungen und dreidimensionale Informationen abzuleiten. Dazu werden während eines Drohnenflugs große Mengen überlappender Fotos aufgenommen.

Wenn dasselbe Objekt auf mehreren Fotos aus verschiedenen Positionen zu sehen ist, kann eine Software die Position dieses Objekts in drei Dimensionen berechnen. Sie lernen die Grundprinzipien dieser Methode sowie Begriffe wie Bildabgleich, Tie-Points und „Structure from Motion“ kennen.

Sie lernen, warum eine ausreichende Überlappung zwischen aufeinanderfolgenden Fotos und zwischen verschiedenen Fluglinien notwendig ist, um ein zuverlässiges dreidimensionales Modell erstellen zu können.

Dadurch wird deutlich, wie eine Sammlung einzelner Luftbilder letztendlich in ein zusammenhängendes geometrisches Modell eines Gebiets umgewandelt werden kann.

Flugplanung, Überlappung und Ground Sampling Distance

Die Qualität einer Drohnenvermessung wird zu einem großen Teil bereits vor dem Start der Drohne bestimmt. Eine gute Flugplanung ist daher unerlässlich.

Sie lernen, wie sich Flughöhe, Fluggeschwindigkeit, Kameraeinstellungen und die Überlappung zwischen den Aufnahmen auf den endgültigen Datensatz auswirken. Dabei lernen Sie den Begriff „Ground Sampling Distance“ (GSD) kennen, der angibt, welche Fläche am Boden durch ein einzelnes Pixel in einer Luftaufnahme dargestellt wird.

Außerdem befassen Sie sich mit der longitudinalen und lateralen Überlappung und untersuchen, warum eine ausreichende Überlappung für die photogrammetrische Verarbeitung notwendig ist.

So lernst du, wie Entscheidungen während der Flugvorbereitung direkten Einfluss auf Auflösung, Genauigkeit, Verarbeitungszeit und Qualität des Endprodukts haben.

GNSS, Bodenpasspunkte und Genauigkeit

Ein photogrammetrisches Modell muss nicht nur intern geometrisch korrekt sein, sondern auch an der richtigen Position innerhalb eines Koordinatensystems liegen.

Sie lernen, wie die GNSS-Position der Drohne genutzt wird, um Fotos geografisch zu positionieren. Außerdem lernen Sie Ground Control Points (GCPs) kennen: deutlich erkennbare Punkte, deren Position genau vermessen wurde.

Darüber hinaus befassen Sie sich mit Kontrollpunkten, mit denen sich die Genauigkeit des endgültigen Modells unabhängig überprüfen lässt.

Auch moderne Drohnen mit RTK- oder PPK-Positionierung werden behandelt. Du untersuchst, wie diese Techniken die Positionierung von Fotos verbessern können und welchen Einfluss dies auf die Notwendigkeit und die Verwendung von Ground Control Points hat.

Von Luftbildern zu Orthofotos, Punktwolken und 3D-Modellen

Nach dem Drohnenflug beginnt die fotogrammetrische Verarbeitung. Dabei werden die einzelnen Luftbilder automatisch miteinander verglichen und verknüpft.

Sie verfolgen die wichtigsten Schritte dieses Prozesses. Zunächst werden übereinstimmende Punkte in verschiedenen Fotos gesucht und die Position sowie die Ausrichtung der Kameras rekonstruiert. Anschließend kann eine dichte Punktwolke erstellt werden.

Aus dieser Punktwolke lassen sich verschiedene geografische Produkte ableiten, wie beispielsweise Digital Surface Models (DSM), Digital Terrain Models (DTM), Orthofotos und dreidimensionale Modelle.

Sie lernen, worin die Unterschiede zwischen diesen Produkten bestehen und für welche Geo-ICT-Anwendungen sie genutzt werden können.

Qualitätskontrolle von photogrammetrischen Produkten

Ein optisch ansprechendes Orthofoto oder 3D-Modell ist nicht automatisch geometrisch zuverlässig. Daher ist die Qualitätskontrolle ein wichtiger Bestandteil einer Drohnenvermessung.

Sie lernen, wie Fehler entstehen können, beispielsweise durch unzureichende Überlappung, Bewegungsunschärfe, schlechte Belichtung, Vegetation, Wasserflächen oder ungenaue Positionierung.

Außerdem untersuchen Sie, wie Ground Control Points und unabhängige Kontrollpunkte genutzt werden können, um die Genauigkeit eines photogrammetrischen Ergebnisses zu bewerten.

So lernen Sie, Drohnenprodukte nicht nur zu erstellen und zu visualisieren, sondern auch kritisch zu bewerten, bevor sie für Messungen, Analysen oder Entscheidungsfindungen verwendet werden.

Drohnenvermessung & Fotogrammetrie in der Praxis

Während des Blended-Learning-Kurses arbeitest du mit bereitgestellten Drohnenbildern und fotogrammetrischen Datensätzen. Du durchläufst die verschiedenen Schritte von der Flugplanung über die Bildverarbeitung bis hin zur Qualitätskontrolle und der Nutzung der Ergebnisse in GIS.

Du bearbeitest unter anderem folgende Aufgaben:

• Erstellen Sie für ein Beispielgebiet einen einfachen Flugplan und legen Sie Flughöhe, Überlappung und Ground Sampling Distance fest.
• Untersuche, wie sich Änderungen der Flughöhe und der Kameraeinstellungen auf die Auflösung der Aufnahme auswirken.
• Analysieren Sie eine Reihe überlappender Drohnenfotos und untersuchen Sie, wie übereinstimmende Punkte zwischen verschiedenen Bildern gefunden werden.
• Untersuche den Einfluss von GNSS, Ground Control Points, RTK und PPK auf die Positionierung und Genauigkeit einer Drohnenvermessung.
• Arbeiten Sie mit einer bereitgestellten photogrammetrischen Punktwolke, einem Orthofoto und einem Höhenmodell und bewerten Sie die Qualität der verschiedenen Produkte.
• Verarbeiten Sie ein Orthofoto, eine Punktwolke oder ein Höhenmodell in QGIS und kombinieren Sie diese mit anderen geografischen Daten.

Am Ende verstehen Sie, wie eine Drohnenvermessung vorbereitet und durchgeführt wird, wie die Fotogrammetrie überlappende Luftbilder in dreidimensionale geografische Informationen umwandelt und welche Faktoren die Genauigkeit des Ergebnisses bestimmen. Sie können verschiedene photogrammetrische Produkte unterscheiden, deren Qualität beurteilen und diese in der Vermessung sowie in anderen Geo-ICT-Anwendungen einsetzen.