• Christopher Maier

Messbare 3D-Modelle mittels Drohnentechnologie

Was ist Fotogrammetrie?

Allgemein betrachtet ist die Fotogrammetrie eine Methode zur Rekonstruktion von Oberflächen. Unter Einsatz von Algorithmen können aus Drohnenfotos messbare 3D-Modelle, Orthofotos und 3D-Punktewolken erstellt werden. Wie diese Technologie funktioniert, werden wir in den folgenden Absätzen technisch erläutern. Der fachlichen Betrachtung widmen wir uns im nächsten Blog-Eintrag.


Was wird benötigt?

Für die Berechnung eines 3D-Modells wird eine Kamera, eine Fotogrammetrie-Software und sehr viel Rechenleistung benötigt. Wir empfehlen eine Kamera mit GPS-Funktion, da dies die Prozessierung deutlich beschleunigt.


Wie funktioniert Fotogrammetrie?

Wir betrachten in diesem Artikel Fotogrammetrie mittels Drohnenerfassung im Baugewerbe. Der Drohnenpilot muss die Flugroute einmalig mittels Flugplanungsapp festlegen und kann somit weitere Drohnenflüge auf Knopfdruck durchführen. Die Drohne hebt selbstständig ab, fliegt die Route und landet. Bei einer Flughöhe von 80-120m über dem Baufeld erzeugt die Drohne Bilder, welche idealerweise eine Überlappung von 60%-80% aufweisen. Unterstützt durch die GPS-Koordinaten der Drohne, kann eine Fotogrammetrie-Software die entsprechenden Endergebnisse erzeugen.

Nun zur Prozesspipeline:

  1. Datenset Upload: Optimalerweise können die erzeugten Bilder direkt von der Baustelle über mobile Endgeräte hochgeladen werden.

  2. Struktur durch Bewegung: Alle Bilder werden miteinander abgeglichen und durch die hohe Überlappungsrate einzelne Punkte zueinander zugeordnet. Als Beispiel wird der Eckpunkt eines Gebäudes auf allen Bildern gesucht und als gleicher Punkt markiert. Dieser Prozessschritt wird durch die Nutzung von GPS deutlich beschleunigt, da es hierbei ausreicht nur Bilder, die aneinandergrenzen zu vergleichen. Durch die unterschiedlichen Kameraperspektiven, der GPS-Koordinate und Höhe der Drohne berechnet die Software mittels Triangulation die geometrische Zuordnung der einzelnen Punkte zueinander. Es ist tatsächlich ähnlich wie unsere Augen arbeiten und Tiefe erzeugen. Tiefenwahrnehmung tritt auf, wenn wir ein Objekt aus leicht unterschiedlichen Winkeln sehen, wobei diese Winkel von jedem unserer Augen ausgehen. Unser Gehirn verarbeitet die beiden Bilder und macht sie zu einem einzigen Bild. Dieser ganze Vorgang ähnelt der Triangulation.

  3. MVS (Multi View Stereo): Dieser Prozessschritt dient zur Erzeugung einer 3D-Punktewolke. Jeder Punkt aus dem zweiten Schritt wird im geometrischen Verhältnis mit allen anderen Punkten gesetzt.

  4. Vernetzen: Jeder Punkt wird mit den nächstgelegenen Punkten verbunden. Somit entsteht eine Vielzahl von Dreiecken, welche eine Oberflächenstruktur darstellen.

  5. Texturierung: Für jedes Dreieck sucht die Software das optimale Bild zur Texturierung. Zudem erkennt die Software sich bewegende Objekte (Personen, fahrende Autos etc.). Diese werden nun ausgeblendet. Weiter werden die Bildsegmente angepasst, sodass unterschiedliche Belichtungen etc. vereinheitlicht werden.

  6. Georeferenzierung: Bis zu diesem Schritt wurde das Modell lediglich in einem lokalen Koordinatensystem erstellt. Die Georeferenzierung sorgt dafür, dass das lokale Koordinatensystem in das Weltkoordinatensystem konvertiert wird. Durch die GPS-Daten werden dem Modell die entsprechenden Koordinatendaten beigefügt.

  7. Erzeugung digitales Höhenmodell: Hier wird das Modell bereinigt. Fehlende Kleinstflächen werden rekonstruiert und Punkte, die stark abweichen aus dem Modell gelöscht. Zudem werden allen Punkten zusätzliche Farben für die entsprechende Höhe zugeordnet. Damit können Höhenmodelle in 2D mit entsprechenden Höhenlinien dargestellt werden.

  8. Generierung Orthofoto: Das Orthofoto ist eine Draufsicht des Baufeldes ohne Verzerrungen. Die geometrischen Informationen sind abgespeichert und können via Messungen jederzeit abgerufen werden.

Diese kurze Vorstellung einer Technologie, die im Bau immer mehr an Zuspruch findet, ist nur ein Ausschnitt der Möglichkeiten, die die Fotogrammetrie bietet. Gerne beantworten wir Ihnen alle Fragen rund um die Drohnenkartierung.


Wir Grüßen, Ihr RAPOTECH Team


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