Topografische Vermessung mit Drohnen-LiDAR in bergigem Gelände

Berggebiete gehören zu den anspruchsvollsten Orten für topografische Vermessungen. Die Teams benötigen Stunden, um jeden Punkt zu Fuß zu erreichen, die Vegetation verdeckt den Boden, und das Wetter kann den Einsatzort tagelang unzugänglich machen. Luftbildfotogrammetrie hilft zwar, doch in steilem, bewaldetem Gelände erfasst die Kamera nur die Baumkronen und nicht den Boden darunter. Dieser Artikel begleitet zwei Projekte in China: eine topografische Vermessung in Guizhou und eine Trassenvermessung für eine Stromleitung auf dem Sichuan-Plateau, wo die Drohne CHC Navigation X500 mit einem luftgestützten LiDAR-System Gelände abflog, das für Bodenteams und herkömmliche Drohnen nur schwer zu erfassen ist.

Warum bergiges Gelände die Luftbildkartierung erschwert

Bei fast jeder Vermessung im Gebirge treten vier Probleme auf:
 

• Große Höhenunterschiede. Eine Drohne, die in einer festen Höhe fliegt, befindet sich zu hoch über den Tälern und zu nah an den Bergrücken. Die Punktdichte und der Bildmaßstab variieren je nach Standort, und die Sicherheitsmarge verringert sich dort, wo das Gelände steiler wird.
   
• Dichte Vegetation. Die Photogrammetrie modelliert das Blätterdach. Für eine Vermessung, bei der die Bodenoberfläche erfasst werden muss, ist ein Sensor erforderlich, der durch die Vegetation hindurchsehen kann.
   
• Wenige Startplätze. Flaches, offenes Gelände ist rar. Jeder Standortwechsel zwischen den Flügen kostet Zeit, die zu Fuß zurückgelegt werden muss.
   
• Wetter und Höhe. Wind, Kälte und dünne Luft verkürzen die Flugzeit und stellen die Stabilität des Fluggeräts auf die Probe.

Guizhou: 1,7 km² steiles Gelände in einem einzigen Flug

Das erste Projekt umfasste eine etwa 1,7 Quadratkilometer große Bergregion in der Provinz Guizhou mit Flüssen, Terrassenfeldern und dichter, gemischter Vegetation. Der höchste Punkt liegt bei 1.200 Metern, und der Höhenunterschied innerhalb des Gebiets beträgt 324 Meter. Der Betreiber benötigte ein 3D-Modell des Gebiets zur Geländeverwaltung sowie eine topografische Karte im Maßstab 1:500 für die Planung einer Tourismusentwicklung.

Das Team setzte den X500 mit dem AlphaAir 10 ein, einem LiDAR- und RGB-System mit einer integrierten 45-MP-Vollformatkamera. Das AlphaAir 10 liefert bis zu 8 Echos pro Impuls, wodurch der Laser durch Lücken im Blätterdach bis zum Boden vordringen kann, und der X500 fliegt mit diesem System an Bord bis zu 50 Minuten lang.
 

Die Wahl des Startplatzes gab das Tempo für den gesamten Auftrag vor. Das Team wählte eine ebene Stelle auf halber Höhe des Berges. Da die Positionsdaten anschließend anhand von Daten der Wolkenbasisstation (PPK) verarbeitet wurden, benötigte die Drohne keine kontinuierliche Verbindung zu einer Basisstation am Boden, und ein einziger Startpunkt reichte aus, um das gesamte Gebiet abzudecken. Unser Leitfaden zu GNSS-PPK und RTK für die UAV-Kartierung erläutert den Unterschied zwischen den beiden Methoden.

Die Geländeverfolgung hält die Drohne in einer konstanten Höhe über dem Boden statt über dem Startpunkt, sodass die Punktdichte vom Talboden bis zum Bergrücken gleichmäßig bleibt. Bei Windstärke 4 und einer Durchschnittstemperatur von 10 °C erfasste die X500 die gesamte Fläche von 1,7 Quadratkilometern in einem Flug von 43 Minuten und landete mit einer verbleibenden Akkuladung von 16 %. Die Hinderniserkennung erkannte Bäume und einen Signalturm entlang der Route, und dank der 20 km langen Videoverbindung blieb der Pilot während des gesamten Fluges mit dem Fluggerät in Kontakt.

Von den Rohdaten zur topografischen Karte im Maßstab 1:500

Die Verarbeitung erfolgte in einer einzigen Softwarekette. In CoPre wurden 12,2 GB Daten innerhalb von fünf Minuten kopiert und im Rahmen eines geführten Workflows verarbeitet, der die Daten der Cloud-Basisstation automatisch herunterlädt.

Die farbige Punktwolke, das echte Orthofoto und das 3D-Modell standen innerhalb eines halben Tages bereit. CoProcess filterte anschließend die Punktwolke bis auf den Boden herunter und erstellte das DEM sowie die Höhenlinien – also jene Teile einer topografischen Karte, die bei der herkömmlichen Luftbildfotogrammetrie nicht automatisch erzeugt werden. Es wurden keine Bodenkontrollpunkte gesetzt. Sechs vor Ort vermessene Kontrollpunkte ergaben eine vertikale Genauigkeit (RMSE) von 1,8 cm, was innerhalb der Projektvorgaben lag.

Sichuan: Vermessung einer Stromleitungstrasse in über 4.000 Metern Höhe

Das zweite Projekt veranschaulicht denselben Arbeitsablauf in viel größerem Maßstab und unter raueren Bedingungen. Auf dem Plateau in Ganzi, Sichuan, erforderte ein 135 km langes 220-kV-Übertragungsprojekt eine Geländevermessung für die Trassenplanung sowie eine Inspektion der bestehenden Masten und Leitungen. Die Trasse führt über Bergrücken, Grasland, schneebedeckte Gipfel, Flüsse und Schluchten in Höhenlagen von 2.985 m bis 4.461 m über dem Meeresspiegel. Der Höhenunterschied beträgt 1.476 m, die durchschnittliche Höhe liegt über 4.000 m, und während der Vermessung betrug die Durchschnittstemperatur minus 10 °C bei häufigem starkem Wind.

Drei Entscheidungen machten das Projekt realisierbar:
 

• Eine lokale Basisstation. Da das Gebiet nicht über eine RTK-Netzabdeckung verfügt, richtete das Team eine GNSS-Basisstation an einem bekannten Kontrollpunkt in der Nähe ein.
   
• Geländeanpassung. Bei einem Höhenunterschied von fast 1.500 Metern zwischen dem tiefsten und dem höchsten Punkt war eine feste Flughöhe nicht sicher. Die Flugrouten folgten dem Gelände, und das geplante Profil wurde vor jedem Flug anhand der Geländebedingungen überprüft.
   
• Kontinuierliche Stromversorgung. Das Team hatte sechs im laufenden Betrieb austauschbare Akkus und eine BS10-Ladestation dabei – genug für einen ganzen Tag im Einsatz. Die BS10 fasst sechs Akkus und lädt diese in 40 Minuten von 20 % auf 90 % auf; außerdem dient sie als Powerbank für Tablets und Smartphones.
   

Der X500 war mit einem luftgestützten LiDAR-System sowie einer C5 -Luftbildkamera ausgestattet und schloss die Datenerfassung in 26 Flügen ab. In CoPre erstellte das Team das Orthofoto und eine Echtfarben-Punktwolke. Querschnitte durch die dichteste Vegetation in den Schluchten zeigen eine durchgehende, eng beieinanderliegende Bodenoberfläche, und zehn Kontrollpunkte ergaben eine vertikale Genauigkeit von 2,5 cm. CoProcess erstellte anschließend das DEM und die Konturlinien für die Routenplanung. Wir haben die Feldergebnisse dieser Vermessung, einschließlich des Effizienzgewinns gegenüber der zuvor vom Kunden eingesetzten Drohne, in unserem Artikel aus dem Jahr 2025 über Luftbildkartierung mit UAV- und LiDAR-Technologie behandelt.

Was die beiden Projekte gemeinsam haben

Unterschiedliche Provinzen, unterschiedliche Höhenlagen und unterschiedliche Verwendungszwecke, doch derselbe Arbeitsablauf hat sich in beiden Fällen bewährt:
 

1. Planung unter Berücksichtigung des Geländes. Durch die Anpassung an das Gelände bleibt die Punktdichte gleichmäßig und das Flugzeug hält auch bei großen Höhenunterschieden eine sichere Höhe ein.
    
2. Reduzierung der Startplätze. Lange Flugzeiten und eine 20-km-Videoverbindung bedeuten weniger Standortwechsel, was besonders dort wichtig ist, wo flaches Gelände schwer zu finden ist.
    
3. Blick durch das Blätterdach. Mehrere Echos pro Laserimpuls erreichen den Boden unter der Vegetation, sodass das DEM das Gelände und nicht die Baumkronen abbildet.
    
4. Verarbeitung in einer Kette. CoPre und CoProcess verarbeiten die Daten von der Rohdatenerfassung bis hin zu den fertigen Ergebnissen, ohne dass ein manueller Übergang zwischen den Programmen erforderlich ist.

Eine Umfrage, mehrere Ergebnisse

Da alle fünf Aufnahmen aus einer einzigen Flugkampagne stammen, müssen die Teams nicht zur Erfassung fehlender Daten zum Einsatzort zurückkehren – was in bergigem Gelände zeitaufwendig und kostspielig ist. Wo das Fliegen nicht erlaubt ist, kann ein bodengestützter Arbeitsablauf die gleiche Aufgabe erfüllen, wie bei unserem topografischen Kartierungsprojekt RS10 in einer Flugverbotszone. Das gesamte Spektrum an luft- und bodengestützten Systemen finden Sie in unseren 3D-Lösungen für die mobile Kartierung.

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Über CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) entwickelt fortschrittliche Lösungen für Kartografie, Navigation und Ortung, die darauf ausgelegt sind, Produktivität und Effizienz zu steigern. CHCNAV bedient Branchen wie Geodaten, Landwirtschaft, Maschinensteuerung und Autonomie und liefert innovative Technologien, die Fachleute unterstützen und den Fortschritt der Branche vorantreiben. Mit einer globalen Präsenz in über 140 Ländern und einem Team von mehr als 2.200 Fachkräften gilt CHC Navigation als führendes Unternehmen in der Geodatenbranche und darüber hinaus. Weitere Informationen zu CHC Navigation [300627.SZ] finden Sie unter: https://geospatial.chcnav.com/about/overview