Hochgenaue photogrammetrische Drohnenvermessung – mit welchen Systemen ist das möglich?

Der UAV Markt wird zunehmend unübersichtlicher, während die Versprechen von Herstellern und Dienstleistern immer größer und manchmal auch unglaublicher werden. Selbst im Hochpreissegment der Anbieter für professionelle Multicoptersysteme komme ich aus dem Staunen nicht mehr heraus: Als ich vor Kurzem auf der Website eines  bekannten Unternehmens unter der Rubrik „Vermessung“ den Begriff „Image-Stitching“ im Kontext der Photogrammetrie gelesen habe. Dass die räumliche Anordnung der Punkte (Punktwolke)  mit Hilfe der Aerotriangulation, unter Anwendung der Kollineraritätsgleichung und der von Carl Friedrich Gauß entwickelten Bündelblockausgleichung, sowie mit der genauen Kenntnis von Brennpunktkoordinaten (äussere Orientierung) und den Kalibrierwerten der Kamera (innere Orientierung) berechnet werden, hat mit der Erstellung von Panoramabildern (Image Stitching) wirklich gar nichts zu tun. Die Photogrammetrie ist und bleibt eine Ingenieurwissenschaft die nach wie vor an renommierten Hochschulen im Rahmen von Studiengängen gelehrt wird. Wie in verschiedenen früheren Beiträgen mehrfach ausgeführt, sind sowohl bei der Auswahl der Sensoren (Kameras), UAV, GNSS-Technologie, Flugplanung, Photogrammetriesoftware etc. ein paar grundlegende Voraussetzungen zu erfüllen. Mehr Informationen dazu finden Sie auch hier: https://www.videographics.de/drohnen-vermessung-hoechste-genauigkeit-und-maximale-effizienz/

Dieser Beitrag beschäftigt sich nun mit von KLAU Geomatics und uns getesteten Systemen, von denen wir wissen, dass damit, ausschließlich durch die direkte PPK-Georeferenzierung, Endergebnisse im Bereich von besser 3 Zentimeter in Lage und Höhe erreicht werden können. Bisher haben wir UAVs von DJI und UAVs, die mit einem Pixhawk Flight Controller ausgerüstet sind, getestet.  Um eines kurz zu machen: Seit der Ankündigung von SPH Engineering Mitte Juni 2020 ab der Version 3.7 auch den DJI Phantom 4 RTK -allerdings ausschließlich mit der SDK-Funkfernbedienung- zu unterstützen ist dieser in Kombination mit der speziell für die von DJI erzeugten Daten adaptierten KLAUPPK Software eine der genauesten, effizientesten und kostengünstigsten Lösungen überhaupt! Die integrierte 20 MP Kamera (die im Wesentlichen Baugleich mit der Kamera des Phantom 4 PRO (V2.0) sowie der Zenmuse X4s ist) ermöglicht eine  GSD (Auflösung) von unter 20 Millimeter bei einer Flughöhe von 70 Metern. Dazu weist die Kamera eine verhältnismäßig geringe, sehr radialsymmetrische Verzeichnung auf, eine wichtige Eigenschaft für die photogrammetrische Vermessung! Da der PPK Prozess (post processed kinematic) anders als der RTK-Prozess keine Echtzeit-Korrekturdaten erforderlich macht, funktioniert dieses System auch bei ungenügender LTE-Abdeckung, sowie ohne die DJI-Basisstation. Durch die aktuellste UgCS Innovation kann das System aufgrund des integrierten Terrain Follow Modus jetzt auch im hügeligen und bergigen Terrain eingesetzt werden! Alle DJI-Systeme können damit sehr bequem über Waypoint-Pläne der UgCS gesteuert werden. Die aktuelle UgCS PRO Version (3.7.x) wird voraussichtlich Anfang Juli 2020 freigegeben, eine ß-Version steht bereits zum Download bereit! Das 535 € (zzgl. MwSt.) günstige System bietet u.a. neben Mapping- , Scanning und einem höchst umfangreichen erweiterten Fassaden-Scan-Tool die Möglichkeit, benutzerdefinierte „No Fly Zones“ zu definieren, denen das UAv dann in Abhängigkeit der Routen-Eigenschaften entweder seitlich oder nach oben hin ausweicht.

Diese Custom NFZs eigen sich auch um beispielsweise während eines Flugs unterschiedliche Flughöhen abzubilden. Die neue „Continue Route“ Funktion ist vor allem für größere Projekte ein echtes Highlight. Wird die geplante Flugroute z.B. für einen Batteriewechsel verlassen, kehrt das UAV anschließend exakt an den Punkt zurück, an dem der Automatik-Flug zuvor unterbrochen wurde. Somit gehört die Generierung doppelter Bilder ( dies geschieht wenn der Flug immer am letzten erfolgreich absolvierten Weg-Punkt fortgesetzt wird und die Wegpunkte z.B. nur Anfang und Ende eines Segments kennzeichnen) ab sofort der Vergangenheit an und die Effizienz steigt.

Nun aber wieder zurück zu den „geeigneten“ Drohnensystemen. Ähnlich einfach ist auch der Einsatz der M210 RTK (V2.0). Als Kamera dient entweder die X4s oder die X7 Kamera mit geeignetem Objektiv. An dieser Stelle sei nochmals erwähnt, dass für die präzise photogrammetrische Vermessung ausschließlich Kameras mit einem sog. Global Shutter (mech. Verschluss) geeignet sind. Dies gilt auch, wenn Ihre Photogrammetriesoftware über eine sog. Rolling Shutter Kompensation verfügt, denn auch hier gilt: es wird maximal „verschlimmbessert“, getreu dem Motto „Mist rein, ist immer noch Mist raus“. Wir haben in der Vergangenheit Bild- und PPK Daten einer DJI Zenmuse X7/35 mm Kamera getestet: Die Ergebnisse sind sehr zufriedenstellend, wenngleich der Preis dann doch sehr hoch erscheint – das Hauptaugenmerk bei dieser Kamera liegt eben beim Filmen! Als Alternative zur M210 RTK (V2.0) bietet sich die Aufrüstung der M210 (standard) mit KLAUPPK GNSS System sowie dem KLAU Gimbal und einer Sony-Systemkamera (ideal ist die Sony A6000 Familie, während die Sony A7R eigentlich zu schwer und auch zu langsam bei der Datenspeicherung ist) oder Sony RX1R2. Das Gimbal, das mechanisch am DJI-Gimbal-Mount montiert wird, lässt sich in 15° Stufen von horizontal bis 90° (NADIR) voreinstellen und ist für Kameras der Sony A6000-Familie (24MP) sowie die Sony RX1R2 erhältlich. Die Triggerung der Kamera erfolgt wahlweise über Distanz oder Zeit und sit direkt im KLAUPPK System einzustellen. Eine elektronische Anbindung der Kamera an das Drohnensystem (Einstellen/Auslösen der Kamera, Livebild) ist nicht möglich. Bei der Aufrüstung einer M210 RTK (V1.0/V2.0) ist zu beachten, dass die RTK-Antennen aufgrund des von DJI vorgegebenen MTOW (max. zulässiges Startgewicht) demontiert werden müssen.

Die DJI M600 als multifunktionale Drohnen Plattform ist einfach nachrüstbar. Entscheidend ist die verwendete Kamera und das Gimbal System. Die Kameraauslösung kann je nach System entweder über den Autopiloten (Wegpunkt-Planung) oder über die KLAUPPK-Hardware (zeit- oder weggesteuert)erfolgen.

Drohnensysteme mit Pixhawk Controller: Wir haben über einen Zeitraum von einem Jahr den AIR6-Copter von AIR6 SYSTEMS mit einer Sony A6000/SEL20F28 (20mm) und KLAUPPK in unterschiedlichen Test- und Vergleichsprojekten getestet. Die Ergebnisse waren immer überzeugend. Die Wegpunktsteuerung wurde mit Hilfe des ARDUPILOT Mission Planners durchgeführt. Die einfache Anbindung und Funktionalität von UGCS haben wir ebenfalls geprüft.

Weitreichende Photogrammetrie-Kenntnisse vermitteln wir in unseren Seminaren und Schulungen!  Weiter Infos zu KLAUPPK-Systemen finden Sie hier! Zudem freuen wir uns sehr übere Ihre Email an info@videographics.de oder Ihren Anruf unter +49 (0)81048889810. Wir informieren und und beraten Sie gerne rund um die photogrammetrische Vermessung mit Drohnen!