UAV-Systeme im Vergleich: Welches System ist das Genaueste?

Das Testfeld Zeche Zollern soll Systemvergleiche von UAV mit Fokus auf geometrische Genauigkeit ermöglichen.

Die UAV-basierte Photogrammetrie wandelt sich stetig. Vor allem ist der Trend zu integrierten Systemen zu beobachten, bei denen Sensoren, Flugplattform, Mechanik und Software eng aufeinander abgestimmt sind. „Zu Beginn der UAV-bezogenen wissenschaftlichen Untersuchungen, die spätestens mit der ersten UAVg-Konferenz in Zürich 2011 Fahrt aufnahmen, war eine starke Trennung von Trägersystem und Kamera üblich; als Kameras kamen handelsübliche DSLR oder Systemkameras zum Einsatz“, so Professor Heinz-Jürgen Przybilla von der Hochschule Bochum. Heute verschiebe sich dieses Bild – zumindest in der „Massenanwendung“ – hin zu vorkonfigurierten Gesamtsystemen verschiedener Hersteller mit proprietären Kameras. „Bei Starrflüglern ist diese Bindung von Träger und Kamera in der Regel noch größer, da die flugtechnische Abstimmung hinsichtlich der Traglast komplexer ist“, so Przybilla.

Die Schwierigkeit für Unternehmen, die in eine Drohnenlösung investieren wollen, liegt dabei jedoch in der qualitativen Beurteilung. „Es fehlt bisher eine umfassende und gleichzeitig reproduzierbare Analyse der relevanten Qualitätsparameter solcher Systeme, auch unter Berücksichtigung verschiedener Flug- und Systemparameter oder in Hinsicht auf die genutzte Software und die abgeleiteten Produkte“, so Przybilla.

An dieser Stelle setzt ein Projekt unter der Leitung der Hochschule Bochum zur Evaluierung UAV-basierter Bildflüge und abgeleiteter Produkte an. Dabei wurde auf der Zeche Zollern in Dortmund ein Testfeld für UAV-Bildflüge entwickelt. In mehreren Kampagnen wurde ein hochpräzises geodätisches Festpunktfeld eingerichtet und gepflegt, um photogrammetrische Bildverbände mit diversen UAV-Systemen in unterschiedlichen Bildflugkonfigurationen zu erfassen.

Derzeitiger Stand

Seit 2016 finden jährliche Flugkampagnen zur Evaluierung UAV-basierter Bildflüge und abgeleiteter Produkte auf dem Industrieareal statt. Zwischenzeitlich haben nach Angaben der Projektinitiatoren Hochschule Bochum, TU Braunschweig und HCU Hamburg eine Vielzahl weiterer Institutionen aus der Privatwirtschaft und dem öffentlichen Sektor an diesen UAV-Kampagnen teilgenommen beziehungsweise Interesse zur Prüfung von UAV-Systemen bekundet.

Luftaufnahme der Zeche Zollern in Dortmund: Das abwechslungsreiche Gelände dient als Testfeld für die Evaluierung von UAV-Lösungen. Foto: LWL-Industriemuseum / Sebastian Cintio

Luftaufnahme der Zeche Zollern in Dortmund: Das abwechslungsreiche Gelände dient als Testfeld für die Evaluierung von UAV-Lösungen. Foto: LWL-Industriemuseum / Sebastian Cintio

Ziel ist es, das Testfeld weiter auszubauen. Es sollen alle relevanten Qualitätsparameter bisheriger und zukünftiger Bildflugkampagnen untersucht werden, wofür die UAV-Daten systematisch in einer Datenbank abgelegt und über einen Web-Browser abrufbar sein werden. „Damit sollen Wissenschaftler oder Praktiker in die Lage versetzt werden, verschiedene verfügbare UAV-Systeme im Rahmen der Bildflüge über das Testfeld vergleichen zu können“, so Przybilla.

Analysiert werden sollen zum Beispiel die Auswirkungen verschiedener Flug- und Auswertestrategien. Dazu gehören beispielsweise die Verteilung der Passpunkte, der Einfluss von Standard-, Schräg- und Kreuzbefliegung oder RTK/PPK. Auch werden eventuelle Effekte, die ihre Ursache in der verwendeten Software zur Bildorientierung haben, im Rahmen der Evaluation untersucht. Zusätzlich zu den Bildern, Pass- und Kontrollpunktinformationen sollen auch Projektdateien der verwendeten Photogrammetrie-Software zur Bildorientierung zum Download angeboten werden. „Auch wenn UAV-Daten relativ einfach zu erfassen sind, erleichtern sie Wissenschaftlern, anhand solcher gut dokumentierten und verfügbaren Daten, neue Auswertemethoden und verschiedene Auswertesoftware zu testen und zu vergleichen“, so Przybilla.

Die Projektleitung des Testfeldes (Pilot-Center) baut zudem eine Datenbank mit den Ergebnissen auf, die beständig aktualisiert werden. Das ist für das Jahr 2020 geplant. Weiterhin ist es ein Ziel, dass vornehmlich handelsübliche UAV-Systeme und entsprechende Bildflug-Konfigurationen getestet werden, idealerweise mit mindestens zwei verschiedenen Ausführungen je UAV, damit unter anderem auch gerätespezifische Eigenschaften detektiert und gefiltert werden können.

Weiterführung bisheriger Forschungstradition

Mit dem Testfeld soll ein bestehendes Forschungsfeld weitergeführt werden. Bereits im Jahr 2008 evaluierte die Deutsche Gesellschaft für Photogrammetrie, Fernerkundung und Geoinformation (DGPF) digitale Kamerasysteme für Einsatzzwecke der Photogrammetrie, damals noch mit Schwerpunkt auf bemannte Flugsysteme. Ziel war es, eine Testumgebung zu schaffen, die photogrammetrische Luftbildkamerasysteme objektiv und unter ähnlichen Randbedingungen vergleicht. Auf Grundlage dieser Daten wurden weitere Untersuchungen mit anderen Aufgaben ermöglicht, wie z.B. der ISPRS Benchmark-Test für Objektdetektion und -rekonstruktion, sowie die „Semantic Labeling Benchmark“. Dieser Nutzen für Forschung und Praxis soll mit dem Testfeld Zeche Zollern fortgeführt werden. (sg)

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