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Drohnen zur Vermessung und Inspektion - wir zeigen worauf es ankommt.

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

In Fachkreisen werden die ferngesteuerten Fluggeräte auch als UAV bezeichnet. Die Abkürzung UAV steht für „Unmanned Aerial Vehicle“ was so viel wie unbemanntes Luftfahrzeug bedeutet. Auch wenn bei einem UAV der Pilot nicht an Bord sitzt, sind diese Luftfahrzeuge extrem leistungsfähig und vielseitig einsetzbar.

Wir zeigen Ihnen gerne die Möglichkeiten im Bereich Vermessung und Inspektion.


Welche Vorteile bietet die Vermessung mit Drohnen?

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 UAVs geht schnell, ist unkompliziert und kann vor Ort mit geringem Aufwand durchgeführt werden. Die Auswertung der Luftaufnahmen 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

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

— Selbst großes Gelände lässt sich schnell vermessen

Bei großen Flächen spielen UAVs 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 der Luftbilder 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 dieser virtuellen Landschaft kann an jedem beliebigen Punkt die exakte Position abgelesen werden.


Wie funktioniert die Vermessung mit Drohnen?

Vor dem Flug steht die 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 hochauflösenden Luftaufnahmen 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 Computer, Notebook oder Tablet an die Drohne übertragen.


Einsatz von Boden-Passpunkten*

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. Das Loch in der Mitte neben der Beschriftung stellt den Messpunkt dar.

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 Mapping des 3D-Modells etwaige Fehler erkennen zu können. Zudem existiert das digitale Geländemodell dann nicht nur in einem lokalen Koordinatensystem.

*Hinweis
Mittlerweile werden einige Copter bereits mit Real Time Kinematic (RTK-Empfänger) ausgestattet. Dadurch wird die Copter- bzw. Kameraposition bis auf 2,5 cm genau berechnen und der Einsatz von Passpunkten ist bei der Kartierung nicht mehr erforderlich.


Die Luftaufnahmen werden erstellt

Nach den Vorarbeiten kann die Vermessung aus der Luft beginnen.

Damit sich später die Luftaufnahmen 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 Luftaufnahmen 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: 


Weiterverarbeitung der Daten

Das Messergebnis kann weiterverarbeitet oder in diversen Formaten, wie z.B. Orthofoto exportiert werden. Dabei werden etwaige Verzeichnungs- oder Positionsfehler rechnerisch korrigiert und ein Mosaikbild erzeugt. Das Ergebnis sieht einem Satellitenbild sehr ähnlich und kann zur Planung von Baugebieten oder Straßen herangezogen werden.


Welche Vorteile bietet die Inspektion mit Drohnen?

Die Inspektion von Bauwerken und das Monitoring von technischen Anlagen sind nach konventionellen Inspektionsmethoden sehr zeit- und kostenintensiv.

Industriekletterer mit Abseilgeräten und besonders geschultes Personal sind erforderlich, um an hohen Gebäudefassaden oder Windkraftanlagen Inspektionen durchzuführen.

Zum Teil werden Gerüste, Hubwagen oder sogar Hubschrauber eingesetzt. Aber selbst diese Gerätschaften kommen schnell an ihre Grenzen, wenn der zu inspizierende Gegenstand nur schwer zugänglich ist.

Bei Strommasten kommt noch ein weiteres Problem hinzu. Oft ist eine Spannungsfreischaltung von Überlandleitungen nicht so ohne weiteres möglich.

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

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

Durch den schnellen und unproblematischen Einsatz von UAVs können als kritisch erachtete Bereiche in viel kürzeren Abständen überprüft werden. Durch die permanente Überwachung können Veränderungen zuverlässig beobachtet und nahtlos dokumentiert werden.

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

Aber auch die Visualisierung und Erfassung von sonst unsichtbaren Schäden ist durch Inspektions-Drohnen möglich. Mit Infrarot-Kameras werden defekte Zellen bei Solaranlagen, fehlerhafte Stellen in Rohrleitungen oder auch Bereiche mit ungewöhnlich hoher Temperaturentwicklung zuverlässig erfasst. 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 Luftaufnahmen schnell und einfach durchführen.

Brücken- und Stützkonstruktionen

An Stellen, die weder von oben noch von unten ohne großen Aufwand erreichbar sind, 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

Konstruktionen, wie z.B. Windkraftanlagen, sind hohen Belastungen bzw. extremen Witterungsbedingungen ausgesetzt. Sie müssen regelmäßig inspiziert 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

Bei Überlandleitungen lassen sich der Zustand der Trassen-Führung, aber auch die einzelnen Masten leicht überprüfen. Eine Kontrolle ist selbst dann möglich, 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 hohen Kosten für Wartung oder Pflege an.

Ebenso von Vorteil ist der schnelle und flexible Einsatz von Drohnen auch in unwegsamem Gelände und an schwer erreichbaren Stellen. Die hochauflösenden Luftaufnahmen können einerseits gleich vor Ort und in Echtzeit ausgewertet werden. Auf der anderen Seite können die Luftaufnahmen auch archiviert werden und dienen dann als Nachweis bei einer langandauernden Veränderung.

Durch den Einsatz von Wärmebildkameras ist sogar Thermografie möglich. Dadurch werden Schäden, die durch das menschliche Auge normalerweise unsichtbar sind, zuverlässig erkannt.

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. automatisch 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.


FairFleet - Unser Kooperationspartner für Drohnen-Dienstleistungen

Wer den Aufwand für eine eigene Inspektionsdrohne vorerst scheut oder nur eine einmalige Inspektion per Drohne durchführen möchte, kann bei unserem Kooperationspartner FairFleet einen Inspektionsflug buchen.

Dabei übernimmt FairFleet nicht nur den Drohnenflug mit einem professionellen Piloten. Von der Kundenberatung sowie der Beantragung eventueller Genehmigungen für den Drohnenflug bis hin zur Datenauswertung und Übergabe werden alle anfallenden Aufgaben und Tätigkeiten zuverlässig durchgeführt.


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