Punktwolke durch photogrammetrische Verfahren erzeugt (oben) und mittels Laserscan erzeugt (unten)
Die svGeosolutions GmbH hat ihr Leistungsspektrum um drohnengestütztes Airborne Laserscanning erweitert. Was hat Sie zu diesem Schritt bewogen?
Dr. Steffen Vogt: Wir bekommen häufig Kundenanfragen zu Geländevermessungen in Bereichen, die stark mit Vegetation bestanden sind. Das ist nachvollziehbar, denn solche Bereiche sind für eine terrestrische Vermessung oft schwer zugänglich. Eine Befliegung liegt da natürlich nahe. Allerdings kommt man hier mit photogrammetrischen Verfahren schnell an die Grenzen. Mit Laserscanning aus der Luft kommt man hier in vielen Fällen weiter – und das auch noch effizient und kostengünstig.
Für welche Anwendungsfälle eignet sich das drohnengestützte Laserscanning?
Dr. Steffen Vogt: Typische Fälle sind Geländemodelle für mit Bäumen bestandene oder verbuschte Gewässerabschnitte, bewachsene Böschungen, Maisfelder oder ähnliches und natürlich Waldgebiete. Da geht es dann zum Beispiel um Hochwasserschutz, Trassenplanungen oder topographische Aufnahmen für die Entwurfsplanung von größeren Bauprojekten.
Warum ist es sinnvoll, in solchen Fällen auf das Laserscanning zu setzen?
Dr. Steffen Vogt: Das hat methodische Gründe. Mit Laserscanning erhält man in den angesprochenen Fällen deutlich mehr Bodenpunkte als mit anderen Verfahren. Damit lässt sich die Qualität des erzeugten Geländemodells entscheidend verbessern, sowohl was die Genauigkeit als auch den Detailgrad des Modells betrifft.
Können Sie kurz erklären, warum sich das Gelände mit Laserscanning oft besser rekonstruieren lässt als mit photogrammetrischen Verfahren?
Dr. Steffen Vogt: Sowohl mit der Photogrammetrie als auch mit dem Laserscanning erzeugt man eine dichte 3D-Punktwolke, aus der dann das Geländemodell und sonstige Strukturen wie Gebäude, Bäume, etc. abgeleitet werden. Über die Photogrammetrie können 3D-Punkte nur für die Objekte erzeugt werden, die in mehreren Einzelaufnahmen abgebildet worden sind. Beim Laserscanning dagegen reicht es in der Regel, wenn das Objekt einmal von einem Laserpuls abgetastet wird.
Stellen Sie sich vor, Sie fliegen mit der Drohne über ein Waldgebiet und schauen mit der Kamera nach unten. Direkt unter Ihnen können Sie ein bestimmtes Stück Waldboden zwischen den Bäumen sehen. Sie müssen genau dieses Stück Waldboden aber in mehreren Aufnahmen abgebildet haben. Wenn Sie nun für die nächste Aufnahme ein kleines Stück weiterfliegen, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass jetzt ein Baum die Sicht auf diese Stück Boden verdeckt. Dem Laserscanner reicht es dagegen, wenn er die Fläche einmal „sieht“.
Da beim Laserscanning auch in bewachsenen Bereichen sowohl die Vegetation als auch ausreichend viele Bodenpunkte aufgenommen werden, lässt sich aus den Befliegungsdaten neben einem Oberflächenmodell (links) auch ein sehr genaues Geländemodell (rechts) ableiten.
Wie funktioniert das Laserscanning eigentlich?
Dr. Steffen Vogt: Das Grundprinzip ist sehr einfach. Der Sensor sendet einen Laserpuls aus, der an einer Objektoberfläche reflektiert und vom Sensor wieder empfangen wird. Die Laufzeit des Signals wird gemessen. Da die Lichtgeschwindigkeit bekannt ist, lässt sich über die Laufzeit des Signals die Entfernung des Objektes vom Sensor bestimmen. Nun muss man nur noch die genaue Lage des Sensors im Raum und die präzise Richtung des Laserstrahls kennen, um die Lage des Zielobjektes bestimmen zu können.
Wird drohnengestütztes Laserscanning also die Photogrammetrie bei Ihren Vermessungsprojekten ersetzen?
Dr. Steffen Vogt: Nein, sicher nicht. Man muss sich über die Grenzen des Verfahrens im Klaren sein. Wie eben erwähnt, muss für eine genaue 3D-Rekonstruktion die Lage und Ausrichtung des Sensors im Raum sehr präzise bekannt sein. Im Gegensatz zum terrestrischen Scanning, bei dem der Laser auf einem genau bekannten Punkt ruhig steht, ist das für eine sich bewegende Plattform ungleich schwieriger. Dazu kommt, dass bei kleinen und leichten Laserscannern, wie sie bei Drohnen zum Einsatz kommen, das systembedingte Rauschen in den Daten höher ist. Es bedarf einiges an Erfahrung bei der Flugplanung und vor allem auch im Postprocessing der Daten, um auf eine für die Entwurfsplanung ausreichende Genauigkeit zu kommen. Wir haben intern aber einen Workflow etabliert, der es uns erlaubt, auf Höhengenauigkeiten von etwa 5 bis 8 cm zu kommen und das Rauschen zu eliminieren. Sind die Rohdaten einmal durch unsere Nachbearbeitungspipeline gelaufen, dann passt die Lage- und die Höhengenauigkeit, und Bodenpunkte, niedere Vegetation, Bäume, Gebäude etc. lassen sich sauber klassifizieren.
Können Sie abschließend Ihre Erfahrungen mit Laserscanning kurz zusammenfassen?
Dr. Steffen Vogt: Es ist eine passgenaue Ergänzung zu unserem bisherigen Portfolio. Geht es um die Erfassung von Objekten, die von oben gut einsehbar sind, also z.B. Dachflächen, Straßen, Baugruben, Steinbrüche, offene Deponien, nahezu vegetationsfreie Flächen – im Prinzip also alles, was nicht durch dichter stehende Bäume oder Büsche verdeckt ist – setzen wir weiterhin auf die Photogrammetrie, weil hier in der Regel Genauigkeiten im Bereich von 2 – 5 cm erzielt werden. Benötigt man ein Geländemodell im Wald oder unter dichterer Vegetation, dann ist das drohnengestützte Laserscanning genau das richtige Verfahren. Denn es liefert bei richtigem Einsatz und sorgfältiger Auswertung gute Ergebnisse. Und das effizient und zu einem attraktiven Preis auch schon für kleinere Flächen.
Vielen Dank für das Gespräch, Herr Vogt.