3D Denkmalvermessung mittels Drohne: Gebäudeaufnahme der Elisabethenkirche in Basel zur Restaurierung

3D Denkmalvermessung mittels Drohne zur Restaurierung der Elisabethenkirche

Das führende Schweizer Ingenieur- und Planungsunternehmen HMQ AG hat LOGXON für ein überaus spannendes Projekt in Basel angefragt um per Photogrammetriedrohne Unterstützung zu leisten. Dabei handelte es sich in erster Linie um die Vermessung der neugotischen Kirchenfassaden. HMQ hat bei dieser 3D Denkmalvermessung mittels Drohne sämtliche vermessungstechnischen Aufgaben übernommen. Des Weiteren wurden von HMQ Teile der Fassade sowie das Oktogon (Teil des Turms) wie auch Turmhelm komplett von Innen gescannt. Wir haben als Dienstleister alle Fassaden von außen sowie den Kirchturm (Glockenstuhl) und Turmhelm von innen und außen photogrammetrisch per Drohne vermessen.

Gebäudeaufnahme der Elisabethenkirche in Basel durch effektive 3D Denkmalvermessung mittels Drohne

Die Gebäudeaufnahme der Elisabethenkirche in Basel erfolgte ausschließlich dreidimensional auf Basis photogrammetrischer Drohnenaufnahmen, terrestrischer Photogrammetrie wie auch 3D Laserscans. Insgesamt wurden von uns über 17.000 Messbilder mit stabilen Kamerasystemen und hochwertigen Objektiven aufgenommen. Zum Einsatz kam dabei vor allem unsere professionelle Drohne und ein Hochstativ. Der erfahrene Drohnenpilot Andreas Hechler hat die Kirche nahezu komplett manuell beflogen und die benötigen Bilder erfasst. Unsere Zielvorgabe war es jeden Bereich mit einer Auflösung von unter 3mm zu erfassen. Diese Anforderung haben wir erfolgreich erfüllt! Erreicht haben wir dies indem wir vor der Erfassung alle photogrammetrischen Aufnahmen mit unter 1mm geplant und durchgeführt haben. Daraus resultierte ein maximaler Abstand zum Objekt von 10m (Drohne) was eine konstante Auflösung von unter 0,9mm als Ergebnis hatte.

Entscheidend bei der 3D Denkmalvermessung mittels Drohne: Maßgeschneidertes Erfassungskonzept und Flugplanung

Geplant wurden die Aufnahmen vorab im Büro auf Basis von Bildern, Zeichnungen und Plänen unter Berücksichtigung sämtlicher Kameraparameter und örtlicher Gegebenheiten. Die Brennweiten der unterschiedlichen Zeiss Objektive spielten dabei eine große Rolle. Die Objektive haben nicht nur großen Einfluss auf die Qualität der Messbilder, sie haben in Verbindung mit unseren Vollformatkameras großen Einfluss auf die Bodenauflösung bzw. effektive Auflösung am Objekt. Da auch in der Schweiz Sichtkontakt zur Drohne erforderlich ist, war die Planung des Standpunktes des Piloten sehr wichtig. Auch die Absicherung der Flugbereiche musste gut von uns geplant werden, da die Kirche nicht dauerhaft großflächig abgesperrt wurden durfte. Vor allem innerstädtisch spielt das Thema Sicherheit die wichtigste Rolle!

Prozessierung der 3D Denkmalvermessung mittels Drohne auf Basis von Messbildern

Die gewonnen Messbilder haben wir mittels Software photogrammetrisch ausgewertet und eine georeferenzierten 3D Punktwolke abgeleitet. Die sehr dichte und genaue Punktwolke bildet die Geometrie sämtlicher Bauteile der Kirche millimetergenau ab. Auf Basis der gewonnen Informationen wurden eine Vielzahl von Ansichten erstellt. Die Orthofotos haben wir mit einer Auflösung von 1mm wie auch 10mm als Vorschau übergeben. Sie bilden für HMQ die Grundlage für eine stein- und fugengerechte Fassadenauswertung.

Zur Stabilisierung und Referenzierung der 3D Denkmalvermessung mittels Drohne haben wir Passpunkte und Laserscans genutzt. HMQ lieferte uns dafür, nach vorheriger Abstimmung, über 90 farbige LiDAR Scans sowie zahlreiche Passpunkte in unterschiedlicheren Bereichen und Höhen (innen und außen). Die photogrammetrische Bildverarbeitung erfolgt dann simultan mit den registrierten Laserscans. Am Gesamtobjekt konnten wir auf Grundlage begleitender vermessungstechnischer Erfassung per Tachymeter relative Genauigkeiten von ± 1cm erzielen, absolut ±2,5cm.

Übergeben wurden folgende Ergebnisse an die HMQ AG zur Weiterverarbeitung:

  • Gesamtpunktwolke der Kirche (außen und Kirchturm innen)
  • Punktwolke Oktogon innen
  • Punktwolke Turmhelm innen
  • Hochauflösende Orthofotos
    • Fassaden
    • Oktogon außen und innen
    • Eckfilialen
    • Turmhelm außen flächenparallel wie auch senkrecht
    • Turmhelm innen flächenparallel wie auch senkrecht

Kleiner Einblick in die Prozessierung der Daten Daten und Ergebnisse

Auswertung und CAD Modellierung der Gebäudeaufnahme von HMQ

Die Auswertung und CAD Modellierung erfolgte durch die Abteilung Gebäudeaufnahme der HMQ AG. Insgesamt wurden mehr als 60 steingerechte Fassadenansichten und Abwicklungen als detailgetreue 2D-CAD-Daten für die Restaurierung der Kirche erarbeitet. Die Orthofotos dienen darüber hinaus als maßstäbliche Dokumentation um sämtliche Details, Verzierungen, feiner Risse, Abplatzungen mussten sowohl erkennbar und in ihrer Dimension bestimmbar zu machen. Diese Ergebnisse sind die Grundlagen für die Planung weiterer Maßnahmen. Insbesondere der Bausicherung sowie der Material- und Schadenkartierung.

Über die Situation das Elisabethenkirche in Basel und warum eine 3D Vermessung der Kirche per Drohne nötig war

Die Elisabethenkirche in Basel gilt als bedeutendste, neugotische Kirche der Schweiz. An der Kirche werden regelmäßige Kontrollen des Bauzustandes durchführt. Die angefertigten Photogrammetriepläne dienen als Grundlage für die anstehenden Restaurierungskampagne. Aufgrund der Höhe (Turmhöhe 72m) und Größe der Kirche war die 3D Denkmalvermessung mittels Drohne der effektivste, präziseste und sicherste Weg die Gebäudeaufnahme für anstehende Restaurierung und Sanierung umzusetzen.

3D Visualisierung der Elisabethenkirche 2019

Die HMQ AG hat zur Veranschaulichung ein hochauflösendes 3D Modell der Elisabethenkirche zur Veranschaulichung und Digitalisierung von Kulturgut publiziert.

Das Mesh Modell wurde aus der 3D Denkmalvermessung und den hochauflösenden Bildern abgeleitet. Nachfolgend nochmal das frei erlebbare 3D Modell auf Sketchfab.

Bildergallerie der 3D Denkmalvermessung mittels Drohne, terrestrischer Photogrammetrie und Laserscanning

PROJEKTUMFANG:

  • Einholen von sämtlicher Genehmigungen
  • Carnet ATA Erstellung und Zollabwicklung (für sämtliche Drohnen sowie Drohnen und Photogrammetrie Equipment)
  • Projektmanagement und Abstimmung im Rahmen der Befliegung
  • Flugplanung zur Erfassung von Vertikal-, Schräg- und Horizontalaufnahmen
  • Planung terrestrische Erfassung per Laserscanner und Photogrammetrie
  • Durchführung der Befliegung durch LOGXON UAV Pilot
  • Photogrammetrische Erfassung zur 3D Denkmalvermessung mittels Drohne
  • Terrestrische 3D Denkmalvermessung und Dokumentation mittels Photogrammetrie
  • Photogrammetrische Auswertung und Verarbeitung sämtlicher Pass- und Kontrollpunkte. Übergebene Ergebnisse: Texturierte Punktwolken, georeferenzierte Orthofotos, hochauflösende Fassadenanichten innen/außen in verschiedenen Auflösungen, 3D Mesh Modell zur Visualisierung (Webdarstellung)

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