Mobile Kartierungssysteme: Bodengebundene vs. drohnenbasierte Arbeitsabläufe

Unter „Mobile Mapping“ versteht man die Erfassung präziser 3D-Daten während der Bewegung einer Sensorplattform, anstatt Messungen ausschließlich von festen Vermessungspunkten aus durchzuführen. Heute kommen üblicherweise zwei Ansätze zum Einsatz: bodengestützte mobile Kartierungssysteme, die auf einem Fahrzeug, einem Wagen oder einem Rucksack montiert sind, sowie drohnenbasierte Kartierungssysteme, die über das Gelände fliegen. Beide können georeferenzierte 3D-Datensätze erstellen, eignen sich jedoch für unterschiedliche Umgebungen, Ergebnisanforderungen und betriebliche Einschränkungen. In diesem Leitfaden wird erläutert, wie die jeweiligen Arbeitsabläufe funktionieren und wie man zwischen ihnen wählen kann.

Was ist ein mobiles Kartierungssystem?

Ein mobiles Kartierungssystem ist mit einer Ortungs- und Sensorausrüstung ausgestattet, die die Umgebung während der Bewegung der Plattform kontinuierlich erfasst. Bei den meisten professionellen Systemen umfasst diese Ausrüstung einen GNSS-Empfänger, eine Trägheitsmesseinheit, einen LiDAR-Sensor oder eine Kamera sowie Software, die die Daten synchronisiert und zu einem georeferenzierten Datensatz verarbeitet. In Umgebungen mit eingeschränkter GNSS-Verfügbarkeit oder in Innenräumen können zusätzliche Methoden wie SLAM, Odometrie oder Kontrollpunkte eingesetzt werden, um die Genauigkeit der Trajektorien zu gewährleisten. Während eine Totalstation oder ein statischer Laserscanner von einer festen Position aus misst, kartiert ein mobiles System einen Korridor oder einen Bereich in einem durchgehenden Durchgang, was es besonders effizient für große, lineare oder zugangsbeschränkte Standorte macht. Das AU20 MMS ist ein Beispiel für ein fahrzeugmontiertes System, das für die Straßenvermessung, die Kartierung von Infrastruktur und die Erfassung hochdichter 3D-Daten entwickelt wurde.

Wie ein mobiles Kartierungssystem seine Genauigkeit beibehält

Die Genauigkeit bei einer Vermessung in Bewegung ergibt sich aus der Kombination mehrerer Positionsbestimmungsquellen, anstatt sich auf einen einzigen Sensor zu verlassen. Ein GNSS-Empfänger ordnet die Plattform in ein globales Koordinatensystem ein, während Echtzeit- oder nachbearbeitete Korrekturen wie RTK oder PPK die Positionsbestimmung verbessern. Die Trägheitsmesseinheit erfasst Neigung, Rollwinkel, Kurs und Beschleunigung mehrmals pro Sekunde und trägt so dazu bei, die Flugbahn beizubehalten, wenn die GNSS-Sichtbarkeit kurzzeitig eingeschränkt ist. Bei einigen bodengestützten Systemen, insbesondere bei Rucksack-, Innenraum-, Tunnel- oder Stadt-Anwendungen, kann SLAM eine weitere Ebene hinzufügen, indem LiDAR-Scans mit der umgebenden Geometrie abgeglichen werden. Dies hilft bei der Bewegungsschätzung, wenn GNSS-Signale schwach oder nicht verfügbar sind, ersetzt jedoch nicht die Notwendigkeit guter Vermessungspraxis: Sensorkalibrierung, Zeitsynchronisation, Schleifenschluss, Kontrollpunkte und Qualitätsprüfungen der Flugbahn sind nach wie vor von Bedeutung. Die Vermessungssoftware fasst diese Elemente zu einer Flugbahn zusammen, und jeder LiDAR-Punkt oder jedes Bild wird dann wieder mit dieser Flugbahn verknüpft, wodurch die Daten des bewegten Sensors in einen messbaren, georeferenzierten Datensatz umgewandelt werden.

Mobile Kartierung vom Boden aus

Bodengestützte Systeme erfassen die Welt aus Straßenhöhe. Auf einem Auto, einem Vermessungsfahrzeug, einem Schienenfahrzeug oder einem Rucksack montiert, zeichnen sie auf, was eine Person oder ein Fahrzeug sehen kann: Straßenbeläge, Bordsteine, Fassaden, Beschilderungen, Versorgungsleitungen, Schieneninfrastruktur, Tunnel und vertikale Bauwerke. Da der Sensor oft dicht an diesen Objekten vorbeifährt, kann die resultierende Punktwolke dicht und detailliert sein, wodurch sich die bodengestützte mobile Kartierung gut für Straßen- und Schienenkorridore, Stadtvermessungen, Anlageninventare, Tunnel und Innenräume eignet.
 

Bodenplattformen können auch dort effektiv sein, wo der Zugang aus der Luft eingeschränkt ist oder vertikale Details im Vordergrund stehen. In städtischen Schluchten, unter Baumbestand oder in Tunneln kann die GNSS-Empfangsqualität beeinträchtigt oder gar nicht vorhanden sein, sodass sich das System stärker auf IMU, SLAM, Odometrie und Nachbearbeitungskontrollen stützen muss. Diese Methoden können die Kontinuität gewährleisten, ihre Leistung hängt jedoch von der Umgebung, der Länge der Fahrstrecke, der Geometrie der Objekte und dem Verarbeitungsablauf ab. Der Kompromiss besteht in der Sichtverbindung und dem Zugang: Ein bodengestütztes System kartiert nur das, an dem es vorbeifahren oder vorbeigehen kann; daher lassen sich Dächer, unzugängliches Gelände, offenes Gelände abseits der Route und geschlossene Areale allein vom Boden aus möglicherweise nur schwer erfassen.

Kartierung mit Drohnen

Die drohnenbasierte Kartierung verändert die Perspektive, indem sie das Gelände aus der Vogelperspektive erfasst. Eine Vermessungsdrohne fliegt einen geplanten Flugplan über das Gebiet ab und erfasst Bildmaterial, LiDAR-Daten oder beides. Damit eignet sie sich besonders gut für große Flächen, offenes Gelände, Steinbrüche, Halden, Ackerland, Erdarbeiten sowie Standorte, die unsicher oder schwer zu Fuß zu erreichen sind. Eine Plattform wie die X500-Drohne kann Gebiete abdecken, deren Erkundung durch ein Team vor Ort deutlich mehr Zeit in Anspruch nehmen würde.
 

Die Wahl der Nutzlast bestimmt die Art der erzeugten Daten. Eine Kamera ermöglicht Photogrammetrie, Orthofotos, texturierte Modelle und aus Bildern abgeleitete Punktwolken. Ein UAV-LiDAR-Nutzlastmodul wie das AlphaAir 10 UAV LiDAR misst Entfernungen direkt und kann mehrere Echos von Vegetation und Bodenoberflächen erfassen, wodurch Teams unbewachsenes Gelände effektiver modellieren können als mit Bildmaterial allein. Die Kartierung per Drohne ist am effektivsten, wenn die Vermessung eine großflächige Abdeckung und eine Ansicht von oben erfordert. Sie ist weniger effektiv für Oberflächen, die von oben nicht einsehbar sind, wie beispielsweise Gebäudefassaden, Strukturen an der Unterseite, dicht stehende vertikale Objekte oder Bereiche unter dichtem Blätterdach, wo nur wenige Laserreflexe den Boden erreichen.

Was eine mobile Kartierungsvermessung liefert

Unabhängig davon, welche Plattform die Daten erfasst, ist das Ergebnis ein georeferenzierter 3D-Datensatz, der in verschiedene Endprodukte umgewandelt werden kann. Das Kernprodukt ist häufig eine Punktwolke, eine dichte Ansammlung gemessener oder berechneter Punkte, die sichtbare Oberflächen darstellen. Daraus können Teams Orthofotos, maßstabsgetreue Karten, digitale Höhenmodelle, digitale Geländemodelle, Höhenlinien, Querschnitte, Bestandsaufnahmen von Anlagen sowie 3D-Modelle für Planungs- oder Inspektionszwecke ableiten.
 

Da die Daten an ein Koordinatenreferenzsystem gebunden sind, lassen sich bodengestützte und luftgestützte Datensätze oft zu einem umfassenderen Modell zusammenführen. Wiederholte Vermessungen können zudem verglichen werden, um Veränderungen zu erkennen, Volumina zu messen, den Baufortschritt zu überwachen oder Infrastrukturdaten zu aktualisieren. Die Plattform bestimmt, was sich am einfachsten extrahieren lässt: Ein bodengestütztes System eignet sich am besten für vertikale Details im Nahbereich wie Fassaden, Tunnel, straßenseitige Objekte und Eisenbahnkorridore, während eine Luftvermessung bei weitläufigem Gelände, offenen Flächen, Dächern, Halden und Bereichen, die zu Fuß schwer oder unsicher zu erreichen sind, ihre Stärken ausspielt.

Bodengebunden vs. drohnengebunden auf einen Blick

Die Wahl des richtigen Arbeitsablaufs

Die Entscheidung hängt in der Regel von der Form des Geländes, den erforderlichen Ergebnissen und dem Grad der Detailgenauigkeit ab. Entscheiden Sie sich für ein bodengestütztes mobiles Vermessungssystem, wenn es sich bei dem Zielobjekt um einen Korridor oder eine bebaute Umgebung handelt, wenn Fassaden und Objekte am Straßenrand von Bedeutung sind oder wenn die Vermessung Details auf Straßenebene erfassen muss. Es ist zudem eine gute Wahl für Tunnel, Innenräume und Strecken, auf denen wiederholte Objektvermessungen erforderlich sind.
 

Entscheiden Sie sich für einen drohnenbasierten Arbeitsablauf, wenn das Gelände groß oder offen ist, wenn der Zugang schwierig oder unsicher ist oder wenn Sie eine umfassende Geländedeckung aus der Luft benötigen. Drohnen-LiDAR kann auch dort von Nutzen sein, wo Vegetation vorhanden ist und das Projekt eine Geländemodellierung unter teilweiser Baumkronendecke erfordert.
 

Bei vielen Projekten ergänzen sich die beiden Arbeitsabläufe eher, als dass sie miteinander konkurrieren. Eine Drohne kann das weitere Gelände, Dächer und Freiflächen erfassen, während ein bodengestütztes System Straßen, Fassaden, Tunnel und Details unter Überhängen oder Abdeckungen ergänzt. Wenn beide Datensätze im selben Koordinatensystem verarbeitet werden, lassen sie sich zu einem vollständigeren 3D-Modell zusammenführen. Bei der Wahl der richtigen Kombination liegt der größte Mehrwert eines erfahrenen Vermessungsteams.

Häufig gestellte Fragen zur mobilen Kartierung

Was ist der Unterschied zwischen Mobile Mapping und Drohnenkartierung?

Unter „Mobile Mapping“ versteht man allgemein die Erfassung von Geodaten, während sich die Sensorplattform in Bewegung befindet. Die bodengestützte mobile Kartierung erfolgt mit einem Fahrzeug, einem Wagen oder einem Rucksack. Die Kartierung per Drohne ist ein luftgestützter Arbeitsablauf, bei dem UAV-Bilder, LiDAR oder beides zum Einsatz kommen. Beide Verfahren können georeferenzierte 3D-Daten liefern, erfassen das Gebiet jedoch aus unterschiedlichen Blickwinkeln.

Ist die Kartierung per Drohne genauer als die Kartierung vom Boden aus?

Keiner der beiden Arbeitsabläufe ist automatisch genauer. Die Genauigkeit hängt von der Sensorausstattung, der GNSS-Korrekturmethode, der Qualität der IMU, der Kalibrierung, den Kontrollpunkten, dem Verarbeitungsablauf, den Flug- oder Fahrbedingungen sowie dem gewünschten Ergebnis ab. Bodensysteme erfassen häufig Details im Nahbereich auf Straßen und an Bauwerken, während Drohnen weite oder schwer zugängliche Gebiete aus der Luft abdecken. In vielen Projekten kommen beide zum Einsatz.

Funktioniert Mobile Mapping auch ohne GNSS-Signal?

Die bodengestützte mobile Kartierung kann bei kurzen oder kontrollierten GNSS-Ausfällen mithilfe von IMU, SLAM, Odometrie und Kontrollpunkten fortgesetzt werden, je nach System und Umgebung. Die Genauigkeit muss jedoch weiterhin durch eine ordnungsgemäße Verarbeitung und Qualitätskontrolle überprüft werden. Die professionelle Kartierung mit Drohnen erfordert in der Regel geeignete GNSS-Bedingungen für die Flugnavigation und eine genaue Georeferenzierung.
 

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Über CHC Navigation

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