Drohnenkartierung für Bauvorhaben jeder Art
STRABAG, eines der größten österreichischen Bauunternehmen, nutzt seit vier Jahren Drohnen und schätzt die enorme Zeitersparnis und Risikosenkung. In einigen Fällen liefert die Technologie Ergebnisse, die mit traditionellen Vermessungsmethoden schlicht nicht möglich waren.
Nach vier Jahren mit Pix4D und Tests anderer Optionen kommt STRABAG zu folgendem Schluss: „Pix4D ist extrem einfach für die Kartierung und Bearbeitung zu verwenden.“
STRABAG verwendet seit Jahren Pix4D und hat bereits hunderte von Projekten mit Photogrammetrie kartiert. In diesem Artikel beschränken wir uns auf drei davon:
Über STRABAG
STRABAG hat seinen Hauptsitz in Österreich, beschäftigt über 72.000 Mitarbeiter und ist weltweit tätig. Der Bereich Drohnen befindet sich in Regensburg, Deutschland, und befasst sich mit der Kartierung von Straßen und Brücken, der Vermessung von Halden und der Überwachung von Baustellen.
Ein sechsköpfiges Team kümmert sich um komplexe, groß angelegte Kartierungsprojekte auf der ganzen Welt. Dieses Niveau wird unter anderem dadurch erreicht, dass die einzelnen Geschäftsbereiche von STRABAG in der Kartierung mit eigenen Drohnen geschult werden. Die Geschäftsbereiche arbeiten an 40 Projekten pro Monat, Tendenz steigend.
Kartierung mit Drohnen und Pix4D Photogrammetrie-Software
Die Ergebnisse und die Kompatibilität mit dem existierenden Workflow sind nur zwei der Kriterien, die bei der Entscheidung für eine Softwarelösung beachtet werden müssen. Für STRABAG war es wichtig, eine benutzerfreundliche, verlässliche und mit anderen Programmen wie CAD- und BIM-Software kompatible Lösung zu finden. Die passende Software muss einfach verständlich sein, sich nahtlos in vorhandene Konstruktions-Workflows integrieren lassen und der zunehmenden Zahl der Projekte gerecht werden.
Nachdem das Team andere Lösungen getestet hatte, entschied sich STRABAG für Pix4D – „Wir haben viele Mitarbeiter, ein problemloser Workflow ist für uns wichtig, und Pix4D ist besonders benutzerfreundlich,“ kommentiert Thomas Gröninger, Leiter des Bereichs UAV bei STRABAG.
Pix4Dengine: nahtlose Integration für Unternehmen
Bei komplexen, großen Projekten sind immer kürzere Verarbeitungszeiten und schlanke Prozessabläufe gefragt. Daher waren die Unternehmenslösungen von Pix4D für STRABAG die richtige Wahl. Der Pix4D Prozessor ist speziell auf die Anforderungen von STRABAG angepasst und wird auf einem sicheren Cloud Computing Server gehostet. Die Teams profitieren von der höheren Flexibilität und Verarbeitungsgeschwindigkeit.
Photogrammetric surveying in inaccessible assets for infrastructure modernization
Road construction with bridge renovation in Colombia
Der Bundesstaat Antioquia im Nordwesten Kolumbiens ist eine gebirgige und dicht bewaldete Region. STRABAG wurde beauftragt, eine 176 Kilometer lange Autobahn zu planen, zu bauen, zu finanzieren und zu betreiben, die sich durch dieses schwierige Terrain schlängelt. Die Autopista al Mar 1, wie die Straße genannt wird, verbindet die Landeshauptstadt Medellin und die Gemeinde Bolombolo.
Project information
| Project type | Highway construction and modernization |
| Location | Columbia |
| Project size | 176 km |
| Number of images | More than 20 bridges mapped with up to 2,000 images per location |
| Resolution | GSD ~1.2 pixels per centimeter |
| Workflow | DJI Inspire 1 drone with an X3 camera operated by the Pix4Dcapture app + GCPs |
| Software | Pix4Dengine Pix4Dcapture |
Die Autopista al Mar 1 umfasst 75 km Straßenneubau, die Modernisierung der existierenden Straße über 65 km, einen Tunnel und über 20 zu sanierende Brücken. Die Brücken sind essentiell für den Erfolg des Projekts, technische Details gab es allerdings kaum. Für die Kartierung des gesamten Gebiets (Fundamente, Pfeiler, angrenzendes Gelände usw.) nutzte STRABAG Drohnen und Pix4D.
„Mit den Drohnen konnten wir die Brücken umfliegen und uns einen kompletten Überblick über die Infrastruktur verschaffen: Seiten, Unterseiten, Bodenbeschaffenheit. Letzten Endes erhält man viel mehr Daten als mit traditionellen Messverfahren. Außerdem geht es schneller,“ sagt Gröninger.
Brückenprüfung kann komplex, teuer und zeitintensiv sein
Die Überprüfung von Brücken mit traditionellen Vermessungsmethoden ist kompliziert, teuer und zeitintensiv. Sie ist auch gefährlich, denn der Verkehr und schwer zugängliche Standorte stellen Risiken dar. Gröninger erklärt: „Wenn Sie die Punkte mit einem GPS-Rover erfassen, müssen Sie durch den Verkehr laufen. Das ist gefährlich und manchmal gar nicht möglich. Mit Drohnen fliegen Sie einfach trotz Verkehr um die Brücke herum. Darum sind Drohnen und Photogrammetrie für die Kartierung viel besser als herkömmliche Methoden.“
Darüber hinaus können bestimmte Bereiche gar nicht mit traditionellen Methoden kartiert werden. Gröninger fährt fort: „Mit den traditionellen Methoden müssen wir jeden Punkt auf der Brücke messen. Wenn die Brücke 100 m breit und 200 m lang ist, müssen wir nach jedem Meter und an jeder Kante eine Punktmessung machen. Mit den traditionellen Methoden muss mehr und an mehr Punkten gemessen werden. Das dauert und ist nicht gut genug, weil wir Punkte unter der Brücke, Pfeiler und untere Träger nicht messen können. Wir können nur betretbare Flächen messen, erhalten also nur Daten auf der Brückenoberfläche. Zusätzlich dazu war das steile Gelände für das Projekt in Kolumbien problematisch und für normale Vermesser gar nicht zugänglich. Wir mussten uns für eine andere Technologie entscheiden.“
Herausforderungen beim Vermessen einer Brücke in steilem Gelände
Das Projekt war eine Herausforderung, das bergige Gelände schwierig. Folgende Probleme musste das Team bewältigen:
- Brückenfundamente und -pfeiler mussten im Freiflugmodus mit der Pix4Dcapture App kartiert werden.
- Da sich sowohl Fundamente als auch Pfeiler im relevanten Bereich befanden, mussten Bodenkontrollpunkte (GCP) horizontal auf der Straße und vertikal an den Brückenpfeilern angebracht werden. Außerdem gab es kein GNSS-Verbindungsnetzwerk, sodass die GCP-Messung stationär erfolgen musste.
- Durch die sehr dichte Vegetation bestand die Gefahr von störendem Bildrauschen oder Objekten in den 3D-Punktwolken. Mit der Pix4D rayCloud lassen sich die Punktwolken leicht bearbeiten und akkurate Modelle kreieren.
Schlankere Prozesse mit Pix4D Drohnenkartierungssoftware
Alle erfassten Bilder wurden mit der Pix4D Kartierungssoftware verarbeitet und so präzise und hochdetaillierte 3D-Modelle der existierenden Brücken und georeferenzierte Orthofotos der angrenzenden Gebiete erstellt (Bodenauflösung bzw. Ground Sampling Distance (GSD) von 1,2 Pixel/cm). Die 3D-Modelle halfen dem Team, die relevanten Gebiete detailliert zu visualisieren und daraufhin das Bauprojekt mit genauen Maßen und Volumenberechnungen effizient zu planen. Die 3D-Punktwolken wurden vektorisiert, um Brückenachsen zu erstellen. Anhand der generierten digitalen Geländemodelle (DTM) erfolgte die Volumenberechnung.
Dank Pix4D Software konnte STRABAG den Prozess effizienter gestalten und bei der Kartierung der einzelnen Brücken Zeit sparen. „Pix4D war schneller als andere Photogrammetrie-Software. Integrierte, automatische Features wie die Markierung von Bodenkontrollpunkten halfen, die manuelle Bearbeitungszeit enorm zu verkürzen. Wir haben bei früheren Projekten andere Software getestet, die langsamer war und Probleme bei der Anordnung komplexer Strukturen wie Brücken hatte,“ bestätigt Gröninger.
Mit Drohnen konnten nicht nur Zeit und Geld gespart, sondern auch Bereiche gemessen werden, die ansonsten unerreichbar gewesen wären. Wie wir bereits analysiert haben, gibt es wenige Branchen, die so komplex oder möglicherweise gefährlich sind wie die Bauindustrie.
Erdarbeiten 80 % schneller überprüfen
Management von Erdarbeiten in Deutschland
Nach seiner Fertigstellung wird die internationale Teilchenbeschleunigeranlage FAIR in Darmstadt einer der größten und komplexesten Teilchenbeschleuniger der Welt sein. Das Herzstück wird ein Ringbeschleuniger mit 1.100 m Umfang. Die Konstruktion des „FAIR-Rings“ ist nur ein Teil des Projekts. An dem Vierjahresprojekt beteiligen sich zehn Länder. Die unkomplizierte und effiziente Überwachung der Erdarbeiten ist also essentiell.
Projektinformationen
| Projektart | Bau einer großen Forschungsanlage |
| Ort | Darmstadt |
| Projektgröße | 30 km² |
| Anzahl der Bilder | 1.800 Bilder pro Monat |
| Auflösung | GSD ~1,3 Pixel/cm |
| Ablauf | Microdrones MD4-1000 Drohne mit Sony RX1 R2 42 MP Kamera + Bodenkontrollpunkte auf Platten |
| Software | Pix4Dengine |
Um aktuelle Daten zu erhalten und die Volumenänderungen im Verlauf des Projekts zu berechnen, fliegt STRABAG jeweils am Monatsende mit Drohnen über das Baugelände. Mithilfe der Verarbeitung der gesammelten Bilder in Pix4D Software werden digitale Geländemodelle (DTM) erstellt und Volumenberechnungen durchgeführt, um Veränderungen einschätzen zu können. Diese Fortschritte können mit den Beteiligten, wie zum Beispiel Projektmanagern und Auftragnehmern, geteilt werden. Es kann ein Projektbericht erstellt und dokumentiert werden, dass die Arbeiten pünktlich und plangemäß laufen.
Drones and Pix4D represent a significant time saving, delivering results up to 80% faster than traditional methods. A single survey using standard techniques would take approximately two weeks. However, with a drone, STRABAG can fly the area in one day and process images in another. “We need two days in total for flying and processing compared to two weeks — that is why we are using drone technology. We save a lot of time, and the accuracy is good,” explains Thomas.
Große Projekte effizienter dokumentieren
Dammbau in Kenia
Der Thiba-Damm in Kenia wird das Gesicht der Region verändern. Durch die sichere, ganzjährige Wasserversorgung wird eine zweite Ernte jedes Jahr möglich.
Vor Beginn der Bauarbeiten musste STRABAG 8 km² Gelände um den Damm herum kartieren. Die Verwendung von Drohnen war die effizienteste und kostensparendste Methode, um sich einen Überblick aus der Luft zu verschaffen und 3D-Modelle des Gebiets zu erstellen.
Projektinformationen
| Projektart | Dammbau |
| Ort | Region Nairobi, Kenia |
| Projektgröße | 8 km² |
| Anzahl der Bilder | 6.500 |
| Auflösung | GSD ~2,4 Pixel/cm |
| Ablauf | Inspire II Drohne mit X4S Kamera + Bodenkontrollpunkte in Beton |
| Software | Pix4Dengine |
Für die akkurate Kartierung dieses groß angelegten Projekts und die Erfassung georeferenzierter Daten platzierte STRABAG etliche Bodenkontrollpunkte. Doch das Unternehmen traf gleich auf die erste Herausforderung: das Messen der Bodenkontrollpunkte. Es konnten keine Kontrollpunkte auf den Boden gesprüht werden, da es jeden Morgen stark regnete und die Markierungen sofort verschwanden. Erfasste Daten konnten also nicht zuverlässig mit den Daten des nächsten Tages verglichen werden.
Das Team behalf sich mit Bodenkontrollpunkten aus Beton und war so in der Lage, die entsprechenden, ausreichend genauen Maße zu sammeln. Das Bauen und Vermessen der Bodenkontrollpunkte dauerte drei Wochen. Nach dem Anbringen der GCP-Markierungen brauchte das Team aber nur noch drei Tage, um Flugaufnahmen des gesamten Gebiets zu machen. Die Verarbeitung der vielen Bilder in Pix4D dauerte eine Woche.
Nach dem schwierigen GCP-Markierungsprozess suchte STRABAG nach einer zeitsparenderen Lösung und testete das PPK-Direct Georeferenzierungssystem mit Drohnen. „Dieses GPS-System ist problemlos mit Pix4D Software kompatibel. Wir haben es ausprobiert und sehr gute Ergebnisse damit erzielt. Sie müssen in Pix4D die Kalibrierung nicht mehr berechnen. Die Bilddatei enthält GPS-Informationen mit einer Abweichung von weniger als 2 cm. Dadurch brauchen wir in Zukunft weniger Bodenkontrollpunkte und sparen jede Menge Zeit. Für dieses Projekt brauchen wir dann zum Beispiel keine 100 Bodenkontrollpunkte mehr, sondern nur noch 20,“ erklärt Gröninger.
Verschiedene Projekte, ein Tool
Auf den ersten Blick erscheinen die aufgeführten Projekte in Bezug auf Umfang, Komplexität und Ort sehr unterschiedlich. Trotzdem verlässt sich STRABAG für die effizienteste Sammlung und Verarbeitung von Daten auf die gleiche Lösung: Drohnen und Pix4D Kartierungssoftware.
