Vom Boden über das Wasser zur Luft

Vermessung zu Lande, zu Wasser und in der Luft

Using an UAV to increase precision

Jederzeit das genaue Volumen des Materials in einer Kiesgrube zu kennen kann den entscheidenden Unterschied zwischen wirtschaftlichen Gewinn und Verlust ausmachen. Für die Knobel-Bau GmbH, einem Bau-Unternehmen, das neben Betonwerken und Teermischanlagen Kiesgruben u.a. für den Eigenbedarf betreibt, ist diese Information entscheidend für den Geschäftserfolg. Aus diesem Grund setzt das Unternehmen auf das Know-how des IngenieurTeams GEO GmbH. Die Vermessungs- und Mappingexperten aus Karlsruhe werden von Knobel-Bau regelmäßig mit der Volumenberechnung ihrer Areale beauftragt.

Auf dem Gelände der Kiesgrube der Knobel-Bau GmbH, welches zu vermessen war, befinden sich zwei künstliche Seen, aus denen der Kies gefördert wird. Um diese Flächen ebenfalls vermessen zu können, verwendet das IngenieurTeam GEO ein spezielles Vermessungsboot. Kombiniert mit Bodenvermessungsdaten lassen sich damit bereits zwei Gebiete optimal abdecken, um jedoch alle für die Erstellung eines digitalen Geländemodells erforderlichen Daten zu gewinnen, nutzen die Experten aus Karlsruhe die UAV(Unmanned Aerial Vehicle)-Lösung von Leica Geosystems. Mit den Daten aus der Luft konnten schwer zugängliche Bereiche und Uferregionen exakt erfasst und in die Kalkulation einbezogen werden.

Bei dieser Restvolumenberechnung in den Kiesgruben der Knobel-Bau GmbH sorgten vor allem georeferenzierte Orthophotos und digitale Geländemodelle für eine gute Visualisierung der Vermessungs- und Berechnungsergebnisse. Dabei wurden u.a. Daten aus der Luft verwendet, die das UAV (unmanned aerial vehicle) aus dem Hause Leica Geosystems aufgenommen hat.

„Der detaillierte Überblick des jeweiligen Ist-Zustands ermöglicht unserem Kunden eine präzise Planung aller Prozesse“, sagt Martin Schwall, geschäftsführender Gesellschafter der IngenieurTeam GEO GmbH. „Diese Präzision, die auf der Grundlage jeweils aktueller Daten möglich wird, gibt einen verlässlichen Ausblick.“

Einzigartige Herausforderungen erfordern kombinierte Lösungen

Als langjähriger Nutzer von Leica Geosystems Nivelliergeräte und GNSS-Instrumenten hat sich das Karlsruher Unternehmen 2014, nach dem Kauf der Aibotix GmbH durch die Leica Geosystems AG, dafür entschieden, die UAV-Technologie von Leica Geosystems einzusetzen. Ziel war dabei eine deutliche Effizienzsteigerung für komplizierte Vermessungsprojekte zu ermöglichen.

„Neben der Genauigkeit der Daten legen wir großen Wert auf die Zuverlässigkeit, Funktionalität und Qualität der eingesetzten Vermessungsgeräte“, so Schwall. „Aufgrund des guten Rufs des Herstellers entschieden wir uns für diesen Hexakopter. Das Angebot für unsere Kunden konnten wir damit um eine weitere Datenquelle erweitern: zu Daten vom Boden und dem Wasser kommen nun die aus der Luft.“

Die Kombination der Luftdaten, einschließlich derer von den beiden künstlichen Seen, mit den Daten der hydrographischen Vermessung stellten eine besondere Herausforderung dar. Essentiell war hier die hohe Präzision aller Vermessungsgeräte.

Hoch fliegen, bis in die Tiefe messen

Das effiziente Kombinieren aller Daten in einen gemeinsamen Datensatz erforderte eine genaue Planung aller Erhebungsmethoden. Die Datenerhebung aus der Luft wurde vom Piloten Benjamin Busse mit der eigens entwickelten Wegpunktsoftware vorab geplant. Der auf Basis einer Gebietskarte erstellte Flugplan deckt sowohl den Wegpunktflug selbst als auch den Auslösezeitpunkt und-ort für die einzelnen Aufnahmen ab.

„Die offenen Schnittstellen des Workflows, garantieren eine beinahe verlustfreie Datengenerierung und -verarbeitung“, sagt Schwall. „Das Kombinieren der Daten aus der Luft, vom Boden und vom Wasser wird damit deutlich vereinfacht.“

Die Befliegung wurde nach dem Festlegen gut sichtbarer Referenzpunkte (GCP – ground control points) für die spätere Georeferenzierung durchgeführt. Die mit einer hochauflösenden Kompaktkamera generierten Aufnahmen können direkt nach jedem Flug überprüft und in ein Speichermedium übernommen werden.

Die vorherigen Kalkulationen ergaben eine Unterteilung der Fläche von 55 Hektar in fünf Einzelflüge, um die bestmögliche Datenqualität zu erhalten. Die Flughöhe bei dieser Art von Topographie betrug 90 Meter. Aufgrund der Wetterlage, die vor allem bestimmt war von starkem Wind, entschied sich der Pilot für eine Unterteilung der Befliegung in sieben Einzelflüge bei gleichbleibender Datenqualität. Diese Option der späteren Anpassung der vorab erfolgten Planung besteht jederzeit und sollte jeweils individuell an die Situation vor Ort angepasst werden. Als erfahrener Pilot fliegt Busse die Vermessungsdrohne bis zu einer maximalen Windgeschwindigkeit von 6 m/s.

Reibungslos ließen sich alle erhobenen Daten zu einem Gesamtmodell kombinieren. Die mit der  Leica Total Station eingemessenen Bereiche, sowie die Sonarergebnisse des Peilbootes fügten sich nahtlos zusammen mit orthografischen Fotografien des UAVs.

Durch die  Kombination mit aller Daten war das IngenieurTeam GEO in der Lage, Knobel-Bau einen vollständigen Überblick über die Ist-Situation mit einem höchstgrad an Präzission zu gewährleisten.

„Die kombinierten Daten haben zu einem hervorragenden Ergebnis geführt. Das aufschlussreiche Orthophoto, das 3D-Modell sowie die Volumenberechnung erleichtern unsere Planungsprozesse“, so Michael Knobel, Geschäftsführer der Knobel-Bau GmbH. „Großprojekte wie dieses werden mit der neuen Technologie deutlich wirtschaftlicher und die regelmäßige Datenerhebung lukrativer im Vergleich zu konventionellen Methoden.“

Wachsendes Potential

Neben diesem Projekt verwendet das IngenieurTeam GEO die UAV-Lösung von Leica Geosystems mit verschiedenen Sensoren vor allem für Geländevermessungen, die Beweissicherung, Visualisierungsaufgaben wie Animationen, Simulationen und 3D-Modelle sowie dem Monitoring. Durch die Möglichkeit, direkt mit Punktwolken zu arbeiten, kann das Unternehmen Aufgaben übernehmen, die ohne die Datenerhebung mit dem UAV nicht möglich gewesen wären.

surveying a gravel pit with an UAV

Nach mehr als 45 Projekten und über 350 Einzelflügen ist das Unternehmen weiterhin von der Qualität des Multicopters überzeugt und freut sich über einen positiven ROI.

„Der Einsatz des UAV ermöglicht eine Reduzierung der Einsatzzeiten von Tagen auf Stunden oder sogar Minuten“, sagt Schwall. „Die Verknüpfung der verschiedenen Vermessungstechnologien Leica Geosystems mit den Luftdaten macht für uns den entscheidenden Vorteil im Vergleich zur Verwendung von kommerziellen Fotodrohnen aus. Für unsere Kunden ermöglicht diese Kombination das Erzeugen wesentlicher Informationen sowie die Erleichterung der Analyse und Maßnahmenplanung.“

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