UAV Auswertung – Desktop oder Cloud?


Flying UAS

Einführung und Rechtliches

Unmanned Aerial Vehicles oder einfacher UAV bzw. Drohne verändern aktuell das Vermessungswesen und bieten ganz neue Möglichkeiten. Die Geräte sind leicht, flexibel und für Preise ab etwa 1000€ zu haben. Aber sind die Fluggeräte auch so leicht zu bedienen wie man glauben mag? Hier muss man mit einem klaren nein antworten, die Geräte sind keine Spielzeuge und der Einsatz muss verantwortungsbewusst durchgeführt werden. Es gilt, zumindest gier in Deutschland, dass eine Haftpflicht Versicherung für die Geräte abgeschlossen werden muss und für alle Flüge die einem kommerziellen Zweck dienen ist eine Aufstiegsgenehmigung bei den zuständigen Behörden einzuholen (nähere Hinweise hierzu findet man in der Broschüre des BMVI). Für den Flug selbst sind darüber hinaus einige Regeln strikt zu beachten – Betrieb nur in Sichtweite des Steuerers –  maximale Flughöhe 100 Metern über Grund –  kein Betrieb über Menschen und Menschenansammlungen, darüber hinaus gibt es noch einige Vorschriften die der ober erwähnten Broschüre zu entnehmen sind.

Flugplanung und Flug

Der Flug selbst muss immer gut geplant werden und man muss sich die Frage stellen, was ist das Ziel meines Fluges? Es geht also darum die richtige Flughöhe zu finden, zu entscheiden wie weit sich benachbarte Bilder überlappen sollen und ob bzw. wie viele Passpunkte benötigt werden. Nicht zu vergessen ist die Frage nach dem optimalen Standpunkt des Steueres, damit ein möglichst großes Gebiet überblickt werden kann, um die Zahl der Einzelflüge möglichst klein zu halten. Jetzt gilt es noch potentielle Gefahrenstellen wie z.B. Stromleitungen oder hohe Hindernisse zu identifizieren und in die Planung mit einfließen zu lassen. Jetzt heißt es noch das Fluggebiet abzusichern und den Flug ohne Probleme durchzuführen.

Ist der Flug geschafft geht die Arbeit meist erst richtig los und es stellt sich die Frage wie und womit werte ich meine Daten aus? Eine grundsätzliche Frage die man sich ganz zu Beginn stellen sollte ist es, inwieweit möchte ich meine Daten selbst auswerten oder benötige ich Hilfe dafür! Inzwischen haben sich etliche Firmen des Themas UAV Auswertung angenommen und es stehen eine ganze Lösungen zur Verfügung. Als Anbieter findet man hierbei die etablierten Firmen aus dem Bereich der Photogrammetrischen Auswertung, Ausgründungen aus Hochschulen aber auch eine ganze Menge neuer Firmen die mit spannenden Ansätzen antreten. Die größte Zahl der Anbieter findet man für den Bereich der „klassischen“ Desktop Lösungen.

Desktop Lösungen

Die wichtigsten Pakete aus dem Bereich der klassischen Photogrammetrie mit einer Erweiterung für UAVs sind:

Diesen Systemen ist gemein, dass sie die klassische Luftbildphotogrammetrie auf UAVs übertragen und primär für die Auswertung von Nadir Aufnahmen gedacht sind.

Neu entwickelte Systeme die sehr häufig aus dem Bereich der Computer Vision kommen sind:

Hierbei sind die ersten 4 Lösungen kommerzielle Produkte, MicMac ist ein OpenSource Produkt. Menci und 3Dsurvey sind in erster Linie für den Einsatz von UAV Daten entwickelt und optimiert worden. Die Möglichkeiten beliebige Aufnahmekonfigurationen zu bearbeiten sind begrenzt.

Pix4D, PhotoScan und MicMac stammen aus dem Umfeld der Computer Vision und sind in der Lage sowohl terrestrische Aufnahmen als auch Luftaufnahmen zu verarbeiten. Die Ableitung von Punktwolken sowohl aus der Luft als auch vom Boden oder gemischt ist mit diesen Produkten möglich. Auch sind die Pakete in der Lage Aufnahmen unterschiedlicher Kameras gemeinsam zu verarbeiten und kommen auch mit nahezu beliebigen Blickrichtungen in einem Projekt zurecht. Voraussetzung ist jedoch immer eine entsprechend große Anzahl an Bildern und eine große Überlappung der Bilder zueinander.

Cloud Anbieter

Das Thema Cloud entwickelt  sich auch für die Auswertung von UAV Daten zu einem wichtigen Markt und so ist es nicht verwunderlich auch hier eine ganze Anzahl an Anbietern zu finden.

Als wichtigste Anbieter sind hier die folgenden Dienste zu nennen:

Die Cloud Anbieter sind in erster Linie auf die Prozessierung von UAV Daten ausgerichtet, die Dienste von DroneDeploy und REDcatch können darüber hinaus auch mit anderen Geometrien umgehen und Objektmodelle generieren.

Desktop vs. Cloud

Ausstattung der Drohne und Genauigkeit

Wichtig für die Entscheidung wie bzw. womit ich meine Daten auswerte sind zum einen die Frage nach dem gewünschten Ergebnis und nach der Verwendeten Hardware. In Bezug auf das gewünschte Ergebnis ist in erster Linie die geforderte Genauigkeit und hier vor allem die absolute Genauigkeit, wichtig. Auch die verwendete Hardware (Modell und Ausstattung des verwendeten Fluggeräts) muss mit in die Überlegung mit einbezogen werden. Verallgemeinert kann gesagt werden je höher die gewünschte Genauigkeit ist und je weniger Orientierungsdaten mein UAV liefert desto weniger geeignet sind Cloud Dienste für die Auswertung.

Kosten

An anderer wichtiger Punkt sind die Kosten für die Auswertung, bei Cloud Dienst benötige ich keine eigene Hard- und Software für die Prozessierung wohingegen für die Desktop-Variante vernünftige Hardware benötigt wird und die entsprechende Soltware lizensiert werden muss. Bei den Cloud Diensten gibt es verschiedene Preismodelle, DroneDeploy bietet monatliche Flatrates in verschiedenen Leistungsklassen an, Hexagon Geospatial bietet monatliche Pakete mit Kontingenten an Prozessorzeit an, bei Data Mapper werden verschiedene Produkte unterschiedlich berechnet und es fallen Grundgebühren und Nutzungsgebühren an und REDcatch berechnet den Service nach der Anzahl der Bilder und der Qualität der Ergebnisse jeweils Projekt bezogen.

Bei den Desktop Lösungen gibt es ebenfalls unterschiedliche Preismodelle, einige Anbieter bieten unterschiedliche Ausbaustufen, bzw. Module ihrer Pakete an. Bei anderen ist es möglich die Software für kürzere Zeiträume zu mieten. Die Preisspanne für die Software bewegt sich von wenigen 100€ (bzw. kostenlos im Falle von MicMac) bis hin zu Preisen jenseits der 10.000€.

Expertenwissen

Auch das eigene Wissen in Bereich der Photogrammetrie  und Geoinformation muss mit in die Entscheidung einbezogen werden. Die Cloud Dienste arbeiten in der Regel ohne Nutzerinteraktion, Fachkenntnisse sind hier für die Auswertung nicht notwendig. Im Bereich der Desktop Lösungen ist eine Anwendungsschulung zumindest sinnvoll, für einige Pakete sogar unerlässlich. Entsprechendes Fachwissen erleichtert die Bedienung der Software und hilft bei der Beurteilung der Ergebnisse. Unabhängig von der Auswerteseite ist eine gewisses Maß an Fachwissen und Erfahrung gerade im Bereich der Flugplanung und Flugausführung unerlässlich.

Passpunkte

Mit Passpunkten kann man die absolute Genauigkeit der Ergebnisse deutlich verbessern. Gerade wenn Fluggeräte ohne IMU (inertiale Messeinheit) und lediglich mit Standard GPS Lösung verwendet verwendet werden sind für zuverlässige Ergebnisse Passpunkte unerlässlich. Die Desktop Lösungen bieten alle Möglichkeiten Passpunkte für die Auswertung zu verwenden. Bei den Cloud Diensten bieten lediglich DroneDeploy in der teuersten Variante und REDcatch diese Möglichkeit an.

Ergebnisprodukte

Die benötigten Ergebnisse sind ein weiteres Kriterium das in die Überlegungen mit einbezogen werden muss. In der Regel ist man bei den Desktop Produkten hier in sehr flexibeler als bei Cloud Anbietern. Die Standard Produkte Orthomosaik und Punktwolke bzw. Höhenmodell beherrschen alle Anbieter und Lösungen. Anders sieht es bei der Flexibilität der Koordinatensystem oder der Ausgabeformate aus, hier sind die Desktop Lösungen eindeutig flexibler. Ein Vorteil der meisten Cloud Anbieter ist die Möglichkeit die Ergebnisse direkt im Web zu veröffentlichen oder wie es Hexagon macht, sogar als OGC Dienst zur Verfügung zu stellen.

Editierung der Ergebnisse

Automatisch erzielte Ergebnisse sind in der Regel nicht perfekt. So ist es häufig notwendig die Ergebnisse zu editieren. Die Cloud Dienste bieten hierfür keine Möglichkeiten an, so dass man darauf angewiesen ist eventuelle Korrekturen in externen Programmen durchzuführen. Die Desktop Lösungen bieten in der Regel Möglichkeiten die Ergebnisse, z.B. die Punktwolken direkt zu editieren.

Qualitätskontrolle

Ein sehr wichtiger Punkt ist die Qualität bzw. die Qualitätskontrolle der Ergebnisse. Bei den Desktop Lösungen ist man als Auswerter selbst für die Kontrolle der Ergebnisse verantwortlich und hat hierfür meist eine ganze Menge an Tools und Informationen zur Verfügung. So kann man in der Regel Zwischenergebnisse überprüfen und Statistiken einsehen. Bei den Cloud Lösungen gibt man seine Daten dagegen in eine Black Box, die Daten werden dann automatisch prozessiert und eine Qualitätskontrolle findet nicht statt. Einzige Ausnahme ist hier die Lösung von REDcatch, hier werden alle Ergebnisse kontrolliert bevor sie zum Kunden gehen.

Fazit

UAVs oder Drohnen haben sich innerhalb kürzester Zeit als wichtiges Werkzeug für die Vermessung etabliert und wie bei allen Werkzeugen gilt es auch hier es gibt eine ganze Reihe unterschiedlicher Qualitätsstufen. Das gilt nicht nur für die eigentlichen Fluggeräte sondern auch für die Auswerteseite. Eine generelle Empfehlung womit man seine Daten am besten Auswerten sollte kann man naturgemäß nicht geben, dafür gibt es zu viele Kriterien die Berücksichtigt werden müssen. Vereinfacht kann man sagen wer die Kontrolle über seine Ergebnisse haben will und hochgenaue Resultate benötigt kommt nicht umhin die Auswertung mit einem hochwertigen Desktop Produkt durchzuführen. Wer wenig Fachkenntnis hat und nur mal schnell ein brauchbares Ergebnis will ist mit Sicherheit beiden Cloud Diensten gut aufgehoben. Dazwischen gibt es sehr viel „kommt darauf an“, und ich kann hier Empfehlen sich entsprechend beraten zu lassen.

 

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