Drohnen-LiDAR

Drohnenvermessung erweitert den Werkzeugkasten der traditionellen Vermesser


BEI EINEM AUFTRAG IN DEN WÄLDERN BLICKTE DER VERMESSUNGSINGENIEUR JEFF ALLEN IN DEN HIMMEL UND SAH EINEN BLICK IN DIE ZUKUNFT DER BRANCHE.

Der Inhaber von Allen Geomatics, P.C., in Advance, North Carolina, war neugierig, ob Drohnenvermessungsmethoden die Arbeit seines Vermessungs- und Beratungsunternehmens verbessern könnten. Das Unternehmen ist stolz darauf, auf Details zu achten, um genaue Daten zu liefern und teure Fehler zu vermeiden.

Jeff Allen, owner of Allen Geomatics, and Robert Chrismon, PLS, observe the mdLiDAR1000LR

Daher war es sinnvoll, dass Allen bei einem Besuch des erfahrenen Drohnenvermessers Robert Chrismon, PLS, die Unterschiede zwischen traditionellen und Drohnen-LiDAR-Vermessungsmethoden verglich. Bei der Vermessung eines 15 Hektar großen Geländes für ein Erschließungsprojekt verließen sich Allen und sein dreiköpfiges Team auf terrestrische Methoden und machten Bodenaufnahmen, während Chrismon hoch oben in der Luft einen anderen Ansatz verfolgte, indem er die mdLiDAR1000LR aus der GE-Industriedrohnenreihe steuerte.

Die Ergebnisse waren augenöffnend.

"Diese Erfahrung hat mir wirklich geholfen zu erkennen, wie nahe mein kleines Unternehmen daran ist, eine Microdrohne anzuschaffen, die uns bei unseren topografischen Vermessungen hilft, anstatt sich auf alles am Boden zu verlassen", sagte Allen.

Mehr aufnehmen mit LiDAR

Chrismon traf sich mit Allen am Vermessungsstandort, um das Projekt zu bewerten, den Einsatz zu planen und die Möglichkeiten des Einsatzes von Drohnen-LiDAR zu demonstrieren.

"Jeff ist ein alter Kumpel von mir aus meiner Anfangszeit als Vermesser", sagte Chrismon. "Er interessiert sich dafür, wie Drohnen in der Vermessung eingesetzt werden können, und ich kann Jeff dabei helfen, die LiDAR-Technologie zu verstehen und wie sie Allen Geomatics in Zukunft nutzen kann.

Das Gelände, auf dem ein Apartmentkomplex mit acht Gebäuden entstehen soll, wies einige einzigartige Merkmale auf, darunter einen Hügel mit dichter Vegetation, eine in der Mitte des Grundstücks verlaufende Rinne und einen Bach am Rande des Geländes.

Als Chrismon eintraf, war Allens Team bereits fleißig bei der Arbeit.

Gathering check shots using traditional survey methods.

"Auf dem Gelände befindet sich ein großer Hügel. Es werden viele Erdarbeiten anfallen, daher ist eine topographische Vermessung wichtig", sagte Allen. Er schätzt, dass dies fünf Tage vor Ort dauern könnte.

Bei herkömmlichen Vermessungsmethoden wird jedoch je nach Umgebung alle 25 bis 50 Fuß ein einzelner Punkt erfasst. Mit Drohnen-LiDAR, so Chrismon, werden 150 bis 300 Punkte pro Quadratmeter erfasst - deutlich mehr Daten als mit herkömmlichen Methoden.

"Wir werden Unebenheiten im Gelände sehen, die man mit einer herkömmlichen Vermessung nicht erfassen kann", so Chrismon. "Wenn man sich die Abstände zwischen den Aufnahmen der Totalstation anschaut, bleiben viele kleine Unebenheiten und Informationen übrig, die noch zu lokalisieren sind.

"Das ist es, was wir mit dem LiDAR aufspüren.

In die Luft gehen

Am nächsten Tag, während Allens dreiköpfiges Team einen vierten Tag im Feld arbeitete, packte Chrismon das mdLiDAR1000LR aus seinem Geländewagen aus und bereitete sich auf den Flug vor.

"Der offensichtliche Vorteil des Einsatzes einer Drohne bei diesem Projekt ist die Vegetationsfläche. Der größte Teil des Geländes bzw. ein Großteil des Geländes ist mit Wald bedeckt", sagte er. "Ich kann das in wenigen Minuten überfliegen.

Nach Abschluss des Fluges führte Chrismon eine erste Datenprüfung mit dem mdInfinity-Qualitätskontrollmodul durch, um die Flugbahn zu prüfen und eine Vorschau der LiDAR-Abdeckung zu erhalten. Zwar sind die Daten zu diesem Zeitpunkt noch nicht verwertbar, aber sie geben dem Vermessungsingenieur die Möglichkeit, die im Feld gesammelten Daten zu validieren und so mögliche Rückflüge zu vermeiden.

Robert Chrismon, PLS, performs an initial field data check with the mdInfinity quality control module to look at trajectory and get a LiDAR coverage preview.

Zufrieden mit den ersten Ergebnissen war Chrismon bereit, ins Büro zurückzukehren, um den Großteil der Datenverarbeitung zu erledigen, aber nicht bevor er mit Allen in den Wald zurückkehrte, um sich ein Bild von den Vermessungsmethoden zu machen.

"Hier geht es definitiv nicht darum, welche Methode besser ist. Es geht um die Werkzeuge, die die Vermesser im Feld einsetzen. Einige haben Anwendungen, die in einer bestimmten Situation gut funktionieren, während es in anderen Situationen Geräte gibt, die dort gut funktionieren können", sagte er. "Ich bin gespannt, wie der Vergleich aussehen wird.

Allen zeigte die Herausforderungen auf, die der 40 Fuß hohe bewaldete Hügel auf dem Grundstück mit sich bringt, der zum Bach hin abfällt und auf dem Weg nach unten einige Wellen aufweist. Rote Fähnchen kennzeichneten die Stellen, an denen das Team von Allen Geomatics Aufnahmen anfertigte.

"Wir werden beide Oberflächen haben, die für denjenigen, der die Planierarbeiten durchführt, leicht nutzbar sind", sagte Chrismon zu Allen. "Aber wenn es notwendig ist, verfügt (Drohnen-LiDAR) über die verfeinerten Daten aus der Punktwolke, die wir jederzeit einfügen können."

Mehr Details, weniger Zeit

Am nächsten Tag besuchte Chrismon das Büro von Allen Geomatics, um die Ergebnisse der Drohnen-LiDAR-Vermessung zu zeigen und die Unterschiede zwischen den beiden Methoden zu bewerten.

Allen schätzte, dass sein Außendienstteam insgesamt etwa 40 Stunden für die Vermessung von zwei Dritteln des 15 Hektar großen Geländes aufgewendet hatte. Die Daten eines Teils des Geländes, der bereits von Allens Team vermessen wurde, enthielten Punkte, die das Programm durch gelbe oder grüne Konturlinien verband, was darauf hindeutet, dass zur Bestätigung möglicherweise noch weitere Arbeiten erforderlich sind.

Jeff Allen, owner Allen Geomatics, and Robert Chrismon, PLS, compare traditional and drone surveying data.

Orangefarbene und rosafarbene Linien kennzeichneten die Straßenränder entlang des Grundstücks, die wichtig sind, um Änderungen des Gefälles auf der Fahrbahn festzustellen. Allen zeigte einen Bereich, in dem er manuell eine Linie hinzufügen musste, um zwei Punkte zu verbinden, die von der Vermessungsanalyse nicht erfasst worden waren.

Chrismon schätzte, dass er bis zu diesem Zeitpunkt etwa acht Stunden Arbeit investiert hatte, um den Flug vorzubereiten, das Grundstück zu vermessen und einige Datenanalysen durchzuführen, die zu gründlicheren Renderings führten.

"Normalerweise muss ich Informationen aus dem Drohnen-LiDAR-Bild herausnehmen, während Sie Informationen hinzufügen, um es zu vervollständigen", sagte Chrismon zu Allen.

Ein Datenelement zeigt die Flugbahn und die Höhe des Drohnenflugs, was zeigen kann, wie die Drohne bei der Verfolgung der Geländeunebenheiten auf einer gleichmäßigen Höhe blieb. Dies hilft bei der Erstellung genauer Daten.

Die Punktwolkendaten lieferten Renderings von Strommasten und anderen Versorgungseinrichtungen vor Ort sowie des Baches am Rande des Grundstücks. Die Drohnen-LiDAR-Vermessung wies einige Lücken in der Vegetation auf, vor allem am Rande des Baches, wo Bäume, Sträucher und Pflanzen wegen der stärkeren Sonneneinstrahlung dicker sein können.

"Da es sich aber um ein Gebiet handelt, in dem sich das Relief nicht sehr stark verändert, ist es nicht weiter schlimm, dass wir die Vegetation übersehen haben", sagte Chrismon.

"Bei der Verarbeitung müssen wir einfach alles verkleinern, die Vegetation entfernen und nur die Bodeninformationen einfügen, dann wird das Bachufer viel deutlicher zu erkennen sein", fügte er hinzu.

Die Drohnen-LiDAR-Vermessung zeigte auch eine klare Definition der Straßenkrone in dem Bereich, in dem Allen eine Konturlinie einzeichnen musste. Eine weitere Runde der Datenanalyse und -bereinigung zeigte, dass die Konturlinien beider Vermessungen in vielen Bereichen gut übereinstimmten, obwohl die LiDAR-Vermessung näher am Bachufer detailliertere Konturen zu liefern schien.

The traditional survey area is highlighted in green, set on top of the total drone survey area.

Am Ende wurden mit einem etwa 23-minütigen Drohnenflug insgesamt etwa 48 Hektar vermessen, während Allens Team die 15 Hektar in fünf Tagen vermessen hat. Die Arbeit mit LiDAR-Daten ist zwar aufwändiger, da detailliertere Informationen für die Kunden erstellt werden können, aber die Zeitersparnis bei der Datenerfassung vor Ort ist dennoch beträchtlich.

"Es wird Orte geben, an denen die LiDAR-Daten aus der Drohnenerfassung ein wenig besser zur Geltung kommen als herkömmliche Methoden", so Chrismon. "Aber es gibt definitiv Stellen im Wald, die ich mit dem LiDAR-Scanner nicht anfassen würde, die ihr Jungs am Boden aber problemlos erfasst habt.

"Ich denke, es wird sich herausstellen, dass es sich nur um ein weiteres Werkzeug im Werkzeugkasten handelt - aber es ist ein verdammt gutes Werkzeug", fügte er hinzu.

Er sagte: "Es ist einfach, die von uns untersuchten Merkmale in der Punktwolke herauszufiltern. ... Das hat mir wirklich geholfen zu erkennen, wie nahe mein kleines Unternehmen daran ist, LiDAR zur Unterstützung unserer Topos einzusetzen." 

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