Photogrammetrie vs. LiDAR für die Luftbildkartierung
In der Welt der Vermessung gibt es verschiedene Techniken zur Datenerfassung. Die verwendete Technologie hängt stark davon ab, wofür die Daten genutzt werden sollen. Bei der Luftbildkartierung stechen zwei Technologien als die am häufigsten verwendeten und oft effektivsten hervor: Photogrammetrie und LiDAR.
Nehmen wir an, Sie haben ein bevorstehendes UAV-Kartierungsprojekt und fragen sich, welche dieser Techniken die beste ist. Sie sind hier genau richtig, denn wir werden analysieren, was jede Methode leistet und wofür sie am besten geeignet ist.
Was ist Photogrammetrie?
Photogrammetrie bezeichnet die Aktivität, mehrere Fotografien aus verschiedenen Winkeln und mit unterschiedlichen Überlappungen aufzunehmen und dann mithilfe spezieller Software unter anderem 2D-Karten, Orthomosaike, 3D-Modelle und DEMs zu erstellen. Die Photogrammetrie wird seit langem mit bemannten Flugzeugen praktiziert, aber die Erfindung von UAS-Systemen hat sie auch für Branchen zugänglicher gemacht, die sie sich zuvor nicht leisten konnten.
Was ist LiDAR?
LiDAR steht für Light Detection and Ranging, eine Technologie, die auf Laserstrahlen zur Entfernungsmessung basiert. Eine LiDAR-Nutzlast wird an einem Flugzeugsystem befestigt, und die oszillierenden Spiegel senden Laserstrahlen in bestimmten Intervallen an das zu erfassende Objekt.
Dieses System misst dann die Strecke, die der Strahl zurücklegt, sobald er vom Objekt reflektiert wird. LiDAR erzeugt Punktwolken, die die exakte Form des erfassten Objekts bilden. LiDAR funktioniert jedoch nicht allein. Damit es effektiv ist, müssen GPS- oder GNSS-Systeme sowie eine genaue IMU (Inertia Measurement Unit) vorhanden sein.
Photogrammetrie vs. LiDAR: Was sind die Unterschiede?
Nachdem wir nun wissen, wie beide Technologien funktionieren, vergleichen wir sie anhand der Faktoren, die bei der Wahl einer Luftbildkartierungsmethode zu berücksichtigen sind.
Genauigkeit
Im Allgemeinen sind LiDAR-Daten genauer als Photogrammetrie-Daten, und der Unterschied ergibt sich aus der Art der Datenerfassung. Bei der Photogrammetrie verlassen wir uns auf Kameras, um die Fotos aufzunehmen. Es ist jedoch möglich, ungenaue Daten bei bewölktem Wetter, schlechten Lichtverhältnissen oder in Gebieten mit sehr dichter Vegetation zu erfassen.
Die verwendete Nutzlast beeinflusst auch die Genauigkeit der erfassten Daten. Professionelle Nutzlasten mit mechanischen Verschlüssen, wie sie beispielsweise bei der DJI Mavic 3 Enterprise zum Einsatz kommen, wären ein ausgezeichneter Ausgangspunkt, wenn Sie genaue Photogrammetrie-Daten wünschen. Obwohl Sie PPK- und RTK-Systeme zur Verbesserung der Genauigkeit von Photogrammetrie-Daten verwenden könnten, gelten die zuvor genannten Faktoren weiterhin.
Da LiDAR andererseits auf dem Senden von Impulsen basiert, sind die daraus gewonnenen Daten tendenziell genauer. Dies liegt daran, dass diese Impulse Wolken und sogar dichte Vegetation durchdringen. Diese Impulse durchdringen jedoch keine festen Objekte, sodass LiDAR-Systeme nicht effektiv sind, wenn Licht nicht hindurchdringen kann.
Abdeckung
Wie viel Boden jedes dieser Systeme abdecken kann, hängt von der verwendeten Plattform ab. In einigen Fällen kann die Photogrammetrie mehr Boden abdecken, insbesondere wenn Sie Starrflügel-, VTOL- oder eVTOL-Drohnen verwenden, die in größeren Höhen und länger fliegen können. Mit LiDAR könnten Sie sogar noch mehr Boden abdecken, wenn Sie in größeren Höhen fliegen, da LiDAR manchmal ein größeres Sichtfeld hat, aber Sie könnten die Qualität der erfassten Daten beeinträchtigen.
Für die höchste Genauigkeit von LiDAR-Daten ist es ratsam, langsam und in niedrigeren Höhen zu fliegen, um jeweils weniger Boden abzudecken. Außerdem sollten Sie das Gebiet berücksichtigen, in dem Sie fliegen. In Europa beispielsweise beträgt die maximale Flughöhe in der offenen Kategorie 120 Meter; ein höherer Flug erfordert eine Sondergenehmigung oder Zulassung.
Um mit beiden Techniken mehr Boden abzudecken, könnten Sie mehrere Drohnen mit einer geeigneten Flottenplanung einsetzen, damit sie nicht kollidieren. Zukünftig könnten Drohnenschwärme die Norm sein, bei denen Sie mehrere Drohnen für die Kartierung oder andere Aktivitäten von einem Zentrum aus steuern können.
Benutzerfreundlichkeit
Die Photogrammetrie bietet eine optimiertere Benutzererfahrung. Solange Sie den richtigen Sensor haben und die richtigen Schritte bei der Vorbereitung und Erfassung der Daten befolgen, verarbeiten Software wie Agisoft, Pix4D oder DroneDeploy die Daten für Sie und liefern Ihnen nutzbare Ergebnisse. LiDAR hingegen ist komplexer und erfordert mehr Fachwissen im Umgang damit.
Ergebnisse
Die Ergebnisse, die Sie erhalten, können auch bei der Entscheidung helfen, welche Technik zu verwenden ist. Mit der Photogrammetrie können Sie klare Orthomosaike und 3D-Modelle erhalten, was sie ideal für die Darstellung externer Merkmale wie Gebäude oder Katastrophengebiete macht. LiDAR liefert dichte Punktwolken, die die erfassten Objekte zeigen. Obwohl Sie diese einfärben könnten, um sie besser zu verstehen, kann das Ergebnis eine geringere Auflösung aufweisen als das der Photogrammetrie. Diese Punktwolken eignen sich jedoch sehr gut zur Darstellung von Gelände oder zur Anzeige der tatsächlichen Oberfläche des Objekts.
Verarbeitungsgeschwindigkeit
Die Verarbeitung von Photogrammetrie-Daten nimmt manchmal viel Zeit in Anspruch, insbesondere bei der Verarbeitung auf einem Desktop-PC. Die Verarbeitung von 100 Acres (40,5 ha) mit einem PC mit 8 GB RAM und 1 TB ROM dauert eine Woche. Dieselbe Verarbeitung mit 64 GB RAM dauerte nur wenige Stunden. Sie benötigen eine hohe Rechenleistung, um die Ergebnisse in wenigen Stunden zu erhalten. LiDAR hingegen ist schneller, da Sie die 3D-Punktwolke für kleine Projekte sofort nach der Landung der Drohne erhalten können, obwohl große Projekte einige Zeit zur Verarbeitung in Anspruch nehmen könnten.
Kosten
Obwohl es möglich war, kleinere Nutzlasten für den Einsatz auf Drohnen zu entwickeln, sind diese Systeme immer noch recht teuer. Wenn Sie nach einer günstigeren Methode zur Datenerfassung suchen, ist die Photogrammetrie relativ günstiger als LiDAR. Solange die Drohne, die Sie besitzen, eine Kamera hat, ist es möglich, sie für die Photogrammetrie zu verwenden. Professionelle Arbeiten erfordern jedoch hochwertige Sensoren, die nicht billig, aber immer noch erschwinglicher sind als LiDAR.
Anwendungen
Basierend auf ihrer Funktionsweise sowie ihren Stärken und Schwächen sind hier die besten Anwendungen für jede Technik aufgeführt;
– Photogrammetrie – Die Photogrammetrie eignet sich am besten für die Erstellung von 2D-Orthomosaiken, DEMs und 3D-Modellen von Gebieten mit wenig bis keiner Vegetation oder allem, was die Kamera blockieren könnte. Diese Technik ist perfekt, wenn Sie ein Architekturprojekt visualisieren oder Vegetationsveränderungen überwachen möchten.
– LiDAR – Aufgrund seiner Fähigkeit, Vegetation zu durchdringen, eignet sich LiDAR am besten für die Forstwirtschaft, Vegetationskartierung, Geländekartierung, Infrastrukturkartierung und Inspektion von Anlagen wie Straßen, Mobilfunkmasten und Versorgungskorridoren.
Technologische Fortschritte
Seit der Mensch mit Flugzeugen in die Lüfte steigen konnte, haben verschiedene Industrien darüber nachgedacht, wie Flugzeugsysteme ihnen helfen könnten. Eine dieser Industrien ist die Vermessungsbranche.
Spulen wir vor zur Einführung von Drohnen: Ingenieure haben es geschafft, Photogrammetrie- und LiDAR-Nutzlasten klein genug zu machen, um auf Drohnen zu passen. Technologie, die einst nur im Militär eingesetzt wurde, ist jetzt für Unternehmens- und Endverbraucher verfügbar. Weitere technologische Fortschritte, wie zum Beispiel AI und 5G, ermöglichen die Automatisierung des Kartierungs- und Verarbeitungsworkflows, wodurch der Zeitaufwand minimiert und die Genauigkeit erhöht wird.
Durch maschinelles Lernen ist es möglich, ein Modell zu trainieren, bestimmte Objekte auf einer Karte oder in einem Live-Feed zu erkennen, wie z. B. Gebäude, Menschen oder Tiere. Dies funktioniert gut für Überwachung, Präzisionslandwirtschaft, Monitoring, die Erkennung von Veränderungen in Landformen oder die Erstellung einer verständlicheren digitalisierten Darstellung der aus dem Luftbildkartierungsprozess generierten Daten.
Dienste wie One3D.ai ermöglichen es Ihnen, Bilder zu sammeln und in die Cloud hochzuladen, um sie in Echtzeit zu verarbeiten, was mit 5G noch effizienter ist. Neben der Datenerfassung wird LiDAR auch in UAS-Systemen zur Erkennung und Vermeidung von Hindernissen eingesetzt und funktioniert besser als infrarotbasierte Systeme.
Abschließende Gedanken
Und da haben Sie es. Sowohl Photogrammetrie als auch LiDAR haben ihre Vor- und Nachteile. Ihre Wahl sollte vom Projekt, dem zu kartierenden Gebiet, den gewünschten Ergebnissen und Ihrem Budget abhängen. Wenn möglich, können Sie sie kombinieren, da beide einzigartige Einblicke liefern.
