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 spĂ€testens mit der ersten UAVg-Konferenz in ZĂŒrich 2011 Fahrt aufnahmen, war eine starke Trennung von TrĂ€gersystem und Kamera ĂŒblich; als Kameras kamen handelsĂŒbliche DSLR oder Systemkameras zum Einsatz“, so Professor Heinz-JĂŒrgen Przybilla von der Hochschule Bochum. Heute verschiebe sich dieses Bild – zumindest in der „Massenanwendung“ – hin zu vorkonfigurierten Gesamtsystemen verschiedener Hersteller mit proprietĂ€ren Kameras. „Bei StarrflĂŒglern ist diese Bindung von TrĂ€ger und Kamera in der Regel noch grĂ¶ĂŸer, da die flugtechnische Abstimmung hinsichtlich der Traglast komplexer ist“, so Przybilla.

Die Schwierigkeit fĂŒr 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 QualitĂ€tsparameter solcher Systeme, auch unter BerĂŒcksichtigung 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 BildflĂŒge und abgeleiteter Produkte an. Dabei wurde auf der Zeche Zollern in Dortmund ein Testfeld fĂŒr UAV-BildflĂŒge entwickelt. In mehreren Kampagnen wurde ein hochprĂ€zises geodĂ€tisches Festpunktfeld eingerichtet und gepflegt, um photogrammetrische BildverbĂ€nde mit diversen UAV-Systemen in unterschiedlichen Bildflugkonfigurationen zu erfassen.

Derzeitiger Stand

Seit 2016 finden jĂ€hrliche Flugkampagnen zur Evaluierung UAV-basierter BildflĂŒge 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 PrĂŒfung von UAV-Systemen bekundet.

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

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

Ziel ist es, das Testfeld weiter auszubauen. Es sollen alle relevanten QualitĂ€tsparameter bisheriger und zukĂŒnftiger Bildflugkampagnen untersucht werden, wofĂŒr die UAV-Daten systematisch in einer Datenbank abgelegt und ĂŒber einen Web-Browser abrufbar sein werden. „Damit sollen Wissenschaftler oder Praktiker in die Lage versetzt werden, verschiedene verfĂŒgbare UAV-Systeme im Rahmen der BildflĂŒge ĂŒber 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-, SchrĂ€g- und Kreuzbefliegung oder RTK/PPK. Auch werden eventuelle Effekte, die ihre Ursache in der verwendeten Software zur Bildorientierung haben, im Rahmen der Evaluation untersucht. ZusĂ€tzlich 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 verfĂŒgbaren 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 bestĂ€ndig aktualisiert werden. Das ist fĂŒr das Jahr 2020 geplant. Weiterhin ist es ein Ziel, dass vornehmlich handelsĂŒbliche UAV-Systeme und entsprechende Bildflug-Konfigurationen getestet werden, idealerweise mit mindestens zwei verschiedenen AusfĂŒhrungen je UAV, damit unter anderem auch gerĂ€tespezifische Eigenschaften detektiert und gefiltert werden können.

WeiterfĂŒhrung bisheriger Forschungstradition

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

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