Daten aus anspruchsvollem Gelände
In den unwirtlichen mazedonischen Bergen liefert die Drohne Trimble UX5 Daten für ein Autobahnbauprojekt.
Die wichtigste Nord-Süd-Verbindung des kleinen Balkanstaats Mazedonien, der sogenannte Corridor X, soll bis Ende 2016 durch eine rund 28 Kilometer lange Autobahn vervollständigt werden. Der Verkehrsweg, mit dessen Errichtung die mazedonische Regierung die in Athen ansässige Baugesellschaft AKTOR ADT beauftragte, beginnt im Dorf Demir Kapija, verläuft durch eine natürliche Schlucht, überquert den Fluss Vardar und endet in Smokvica. Im Verlauf des Projekts, das im März 2013 startete, müssen Erdarbeiten in einer Größenordnung von mehreren Millionen Kubikmetern durchgeführt und anspruchsvolle Ingenieurbauten errichtet werden, darunter zwei Doppeltunnel, sechs Brücken, fünf Über- und sieben Unterführungen sowie zwei Autobahnanschlüsse.
Nicht nur der Erdaushub und der allgemeine Projektfortschritt, sondern auch das Gelände selbst müssen engmaschig messtechnisch überwacht werden, denn Erdrutsche nach heftigen Regenfällen und andere Veränderungen der Topographie sind in der Gegend keine Seltenheit. Die komplexe Situation vor Ort – die Autobahn führt über steile Abhänge und Flüsse, durch Schluchten und Naturschutzgebiete – stellt höchste Anforderungen an die begleitenden Vermessungsarbeiten.
Deren Durchführung übertrug die Baufirma AKTO R ADT ihrem langjährigen Kooperationspartner Aviatop. Für dieses Projekt nutzt Aviatop ein Trimble UX5 UAS, ausgestattet mit einer hochauflösenden Kamera, mit dem die Autobahntrasse während der gesamten Bauzeit im zweimonatigen Abstand beflogen wird. George Papastamos, Bauingenieur und Gründer von Aviatop leitet das Projekt.
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Aus tiefen Bergschluchten führt die Autobahntrasse bis in eine Höhe von 500 Metern über dem Meeresspiegel und erreicht dabei Steigungen von bis zu 6 Grad. In den Schluchten weht der Wind mit Geschwindigkeiten von bis 90 Kilometern pro Stunde – eine echte Herausforderung für die Befliegung. „Die Maßnahme ist sehr umfangreich und anspruchsvoll”, sagt Bauingenieur Konstantinos Simou von AKTOR ADT. „Die Massenermittlung und 3D-Erfassung müssen mit einer Genauigkeit im Zentimeterbereich durchgeführt werden. Die Geometrie ändert sich kontinuierlich und wir benötigen stets möglichst aktuelle Informationen.“ Er ist überzeugt: „Jeder, der diese Daten mit konventionellen Methoden erheben wollte, sähe sich mit enormen Kosten konfrontiert.“ Im Einsatz des UAS schaffe man es, diese Kosten zu begrenzen und dennoch praktisch in Echtzeit einen vollen Überblick über die Aktivitäten und den Baufortschritt zu gewinnen.
Die schwierigste Herausforderung für die Fluggeräte besteht, so George Papastamos, in dem insgesamt sehr unwirtlichen, bergigen Gelände. „Die großen Höhenunterschiede können jederzeit Turbulenzen verursachen“, erklärt er. Auch der Landevorgang gestalte sich in den schmalen Korridoren regelmäßig sehr schwierig. Hinzu kommt, dass die eingeschränkte Sichtverbindung auch den Funkkontakt beeinträchtigen kann (und im Falle eines Abbruchs das UAS automatisch zur Landestelle zurückgeflogen wird). „Trotz all dieser Erschwernisse gilt es, noch während der Befliegung eine relativ gleichmäßige Bildauflösung zu erreichen“, ergänzt der Bauingenieur.
Die ersten fünf Flüge
Die Kanten der zu befliegenden Trasse liegen bis zu 400 Meter über deren Mitte, und einige Böschungen erstrecken sich über mehr als 100 Höhenmeter. Um die Bergkuppen entlang der Baumaßnahme zu umgehen, flog Papastamos das UAS exakt über den Kanten, was eine GSD (Ground Sample Distance) beziehungsweise Bodenpixelgröße von rund zehn Zentimetern lieferte. Aufgrund der Flughöhe und der Länge der Trasse sind für jede Datenerfassung mindestens sechs Flüge notwendig, bei denen jedesmal ein geeigneter Landeplatz gefunden werden muss. Im Ergebnis erfordert jede Vermessung aus der Luft zwei bis drei Tage, wobei die einzelnen Flüge etwa 30 bis 40 Minuten dauern. Während der ersten fünf Befliegungen wurden rund 2.050 Bilder erzeugt. In dem schroffen Gelände setzte Papastamos die Passpunkte sehr dicht im Abstand von etwa 250 Metern auf jeder Seite des Befliegungskorridors – insgesamt etwa 150 Stück. Zur Bestimmung der Passpunkte nutzte er die Trimble R6 und R8 GNSS-Empfänger; die Verschlusszeiten der Kamera lagen – abhängig von den Lichtverhältnissen – zwischen 1.600 und 3.200 mit etwa 80 Prozent Überlappung nach vorne und zur Seite und 1/3.200 Sekunde.
Ergebnisse
Die in dem Projekt geforderten Daten umfassen georeferenzierte Orthofotos, Befliegungsvideos, ein 3D-Oberflächenmodell, Profilschnitte, Massenermittlungen und Virtual Reality Videos zur Information der Bevölkerung. Aviatop generiert diese Informationen aus den erfassten Punktwolken und Bruchkanten, erzeugt aber auch Lagepläne von möglichen Materiallagerflächen, Positionsdaten für geplante Zugangsstraßen oder Versorgungsanschlüsse. Darüber hinaus stellt das Unternehmen unterschiedliche Karten bereit, die beispielsweise Erdrutsche dokumentieren und wichtige Bauwerke und Geländemerkmale zeigen. Papastamos nutzt die Software Agisoft PhotoScan und benötigt im Schnitt zehn Tage, um die Daten für die unterschiedlichen Anforderungen aufzubereiten. Die aus den 3D-Modellen erstellten volumetrischen Berechnungen zeigen, dass AKTOR ADT pro Monat rund 500.000 Kubikmeter Erde ausgehoben hat. Darüber hinaus hat das UX5 die Vermessung der Regionen im Umfeld des Autobahnbaus wesentlich vorangetrieben: Wasserläufe, Gräben für große Bewässerungsgebiete, Ablagerungs- und Entsorgungsflächen oder Zugangsstraßen wurden im Rahmen des Projekts erfasst. Bauingenieur Simou: „Es ist ausgesprochen hilfreich, wenn man wichtige Fragen zum Projekt gleich am Laptop klären kann – ohne aufwendigen Termin vor Ort.” In der Summe habe die Befliegung viel Geld und Zeit gespart.