DGM-Erstellung eines Steinbruchs aus Drohnendaten, Vergleich mit Bestandsmodellen sowie dem Soll-Modell

DGM-Erstellung eines Steinbruchs aus Drohnendaten, Vergleich mit Bestandsmodellen sowie dem Soll-Modell

Projektüberblick DGM-Erstellung eines Steinbruchs aus Drohnendaten

Für den Entsorgungsbetrieb der Stadt Mainz haben wir ein spannendes Projekt der letzten Jahre auch im Jahr fortsetzt. Im Rahmen des Projekts haben wir die jährliche Vermessung des Steinbruchs Mainz Laubenheim durchgeführt. Ziel war die DGM-Erstellung des Steinbruchs aus Drohnendaten zur Auswertung.

Vergleich mit Bestandsmodellen sowie dem Planungsziel (Soll-Modell)

Im Anschluss an die DGM-Erstellung erfolgte der Vergleich der aktuellen DGM-Daten mit dem Modell des Vorjahres und dem Modell Soll-Modell (Planungsziels). Das Soll-Modell wurde uns zur Verarbeitung vom  Kunde angeliefert. Wichtig war dabei die Aussage, wie der Auf- und Abtrag im Steinbruch erfolgte und wie der Ist-Bestand verändert werden muss, um das Planungsziel zu erreichen. Übergeben wurden darüber hinaus die georeferenzierten Punktwolke sowie ein georeferenziertes Orthofoto zur Visualisierung.

Photogrammetrische-Vermessung-per-Drohne-Hexacopter-im-Steinbruch-Felswand-Natursee-Wald

Projektablauf

Zielsetzung

Nach Absprache mit dem Kunden und erneuten Sichtung aller der vorhanden Daten aus den Vorjahren wussten wir, welche Ergebnisse vom Kunden erwartet werden:

  • Triangulation (Dreiecksvermaschung) in den Datenformaten DWG und PDF
  • Höhenlinienplan in den Datenformaten DWG und PDF
  • Höhenkarte in den Datenformaten DWG und PDF
  • Auf- und Abtragsberechnung zum Modell des Vorjahres
  • Auf- und Abtragsberechnung zum Soll-Modell (Planungsziel)
  • Erstellung von Profilplänen an definierten Achsen und Darstellung der Auf- und Abtragsinformationen

Photogrammetrische Drohnenbefliegung: Aufnahme der 3D-Daten per Drohne

Die Projektfläche wurde photogrammetrisch mit unserer speziellen Vermessungsdrohne (LOGXON Porter) erfasst. Vor der UAV-Befliegung der 60 Hektar wurden Pass- und Kontrollpunkte markiert und mit einem GPS-Rover eingemessen. Die Passpunkte dienen zur Georeferenzierung und die Kontrollpunkte zur Dokumentation der gelieferten Genauigkeiten.

Photogrammetrische-Vermessung-per-Drohne-Hexacopter-im-Steinbruch-Felswand-Natursee

Im Anschluss wurden in einer Flughöhe von 95 m über Grund ca. 1.300 hochauflösende Messbilder mittels 42-Megapixel-Kamera aufgenommen. Dabei betrug die Bodenauflösung 1,15 cm. Der vorab geplante Flug über den Steinbruch erfolgt teilautomatisiert mit Hilfe einer präzisen GPS-Steuerung. Der Pilot startet und landet manuell und hält während des autonomen Flugs dauerhaft den Sichtkontakt zur Vermessungsdrohne.

Photogrammetrische Auswertung der hochauflösenden Messbilder

Eine professionelle Prozessierung der texturierten Punktwolke, gestützt auf Passpunkte wie auch GPS-Daten aus der Luft, erfolgte in der Software Agisoft Metashape Professional anhand der Messbilder. Auf Basis der Punktwolke wurden darüber hinaus zur Weiterverarbeitung und visuellen Dokumentation sehr detaillierte Orthofotos mit 1,15 cm, 5 cm und 10 m Auflösung erstellt. Die Ergebnisse werden mit einem Bericht über die Erfassung und Prozessierung übergeben, in dem alle relevanten Parameter und Genauigkeiten dokumentiert sind. Die Punktwolke ist die Basis zur DGM-Erstellung eines Steinbruchs aus Drohnendaten.

Georeferenziertes-Orthophoto-Ergebnis-DGM-Erstellung-eines-Steinbruchs-aus-Drohnendaten

DGM-Erstellung aus den gewonnenen Drohnendaten

Nach Formatierung der Ausgangsdaten (LAS-Datei) in das notwendige Format und der Reduzierung der Daten auf einen Rasterabstand von 5 cm, erfolgte die Bereinigung der Punktwolke in Autodesk ReCap. Hierbei wurde die Punktwolke klassifiziert und sämtlich Objekte manuell gelöscht die nicht zum Gelände gehören wie z. B. Autos, Gebäude, Bäume, etc..

Anschließend wurde aus der störungsfreien und sauberen Punktwolke ein Modell des Steinbruchs erzeugt. Dieser Arbeitsschritt erfolgte in der Software Autodesk InfraWorks. Durch die sehr steilen Böschungen und die Abdeckungen durch die Vegetation konnte das Modell nicht vollständig korrekt erzeugt werden. Die fehlenden Bereiche wurden durch das Erzeugung von Bruchkanten korrigiert. Ergebnis: Fehlerfreies DGM aus Drohnendaten zur Auswertung.

Auswertung, Vergleich mit Bestandsmodellen sowie dem Soll-Modell

Die Auswertung des Modells und der Vergleich mit den Bestandsmodellen und dem vorhandenen Soll-Modell des Kunden (Planungsziel) erfolgte in Autodesk Civil3D. Mit der Mengenberechnung (Volumenberechnung) wurde der Auf- und Abtrag zwischen den Modellen ermittelt. Das Ergebnis wurden sowohl grafisch als auch numerisch an unseren Kunden übergeben. Zusätzlich wurden an verschiedenen Achsen in NS- und OW-Richtung Höhenprofilpläne erstellt. Der Auf- und Abtrag ist durch die Vektorisierung der beiden Geländemodellachsen und der Angabe der Höhendifferenz noch besser ersichtlich und unterstützt die Aussagekraft der Berechnung. Das Programm Civil3D bietet zusätzlich zur Datenauswertung viele verschiedene Visualisierungsmöglichkeiten.

*Begriffserklärungen im Rahmen der DGM-Erstellung eines Steinbruchs aus Drohnendaten:

Digitales Geländemodell (DGM)

Ein Digitales Geländemodell (DGM) zeichnet die reale Erdoberfläche als trianguliertes Netz (TIN – Triangulated Irregular Network) oder einzelne Höhenpunkte ab. Hierbei bezieht es sich auf die wirklichen Geländehöhen. Vom DGM ausgeschlossen sind Höhen, die durch die Aufnahme von Bäumen, Fahrzeugen oder Dächern zu Stande kommen.

Bruchkanten

Bruchkanten sind lineare Objekte, die bei Geländeänderungen entstehen, wie zum Beispiel an der Oberkante einer Böschung oder an Straßenrändern.

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