Geometrisch korrigierte Luftbilder sind heute keine Hexerei mehr. Günstige Drohnen mit integrierten RGB-Kameras (herkömmliche Fotokameras) und einfach zugängliche Software erlauben mit wenig Aufwand sogenannte Orthofotos selber zu erstellen. Die bei Hobbyfotografen beliebten, günstigen Drohnen des chinesischen Herstellers DJI sind dafür beispielsweise gut geeignet, da sie von vielen Flugplanungs- und Fotogrammetrie-Programmen unterstützt werden.
Der Kartierungsflug
Auf dem autonomen Kartierungsflug entlang von vorgegebenen Flugbahnen löst die Drohne alle paar Sekunden die Kamera aus. Aus Sicherheitsgründen hält der Pilot Sichtkontakt zur fliegenden Drohne und ist bereit, jederzeit manuell per Fernsteuerung einzugreifen (siehe Box «Gesetzliche Grundlangen»).
Der Flugplan wird vorgängig erstellt und an die Drohne übermittelt. Dazu empfiehlt sich die kostenlose Pix4Dcapture-App, welche auf dem Smartphone oder Tablet installiert wird, das auch zur Steuerung der Drohne verwendet wird. Auf einer angezeigten Karte markiert der Pilot oder die Pilotin die abzufliegende Fläche, und die Applikation erstellt automatisch den Flugplan.
Wichtig ist, die Überlappung zwischen benachbarten Bildern auf mindestens 60 Prozent einzustellen.
Flughöhe, Geschwindigkeit und weitere Parameter können angepasst werden. Wichtig ist, die Überlappung zwischen benachbarten Bildern auf mindestens 60 Prozent einzustellen. Geflogen wird typischerweise in 30 bis 100 Metern Höhe. Die günstigen Drohnen des Herstellers DJI (siehe Bildbeschreibung) schaffen so mit einer Akku-Ladung eine Fläche von maximal 10 Hektaren. Dabei werden je nach Flughöhe Bodenabtastentfernungen von wenigen Zentimetern bis zu weniger als einem Zentimeter erreicht. Bei tieferem Flug können feinere Details im Foto festgehalten werden. Mit zunehmender Nähe zum Boden steigt jedoch die Gefahr von Bewegungsunschärfe. Auch kann beim tieferen Flug mit einer Akku-Ladung weniger Fläche abgeflogen werden.
Von den Einzelbildern zum Orthofoto
Die auf der Speicherkarte der Drohne gesammelten Einzelfotos werden am Computer mit einer Fotogrammetrie-Software zum verzerrungsfreien und massstabsgetreuen Orthofoto zusammengesetzt. In einem rechenintensiven Verfahren wird dabei aus überlappenden Einzelfotos ein digitales Höhenmodell der Oberfläche berechnet, mit dessen Hilfe die Bildinformation anschliessend geometrisch korrigiert wird.
Es stehen dafür eine Reihe von benutzerfreundlichen Softwareanwendungen und Cloud-Diensten zur Verfügung (siehe Tabelle). Für diese einfache Anwendung nutzen alle in der Tabelle aufgeführten Produkte einen automatisierten Arbeitsablauf, den man nach wenigen Klicks gestartet hat. Der Fun k tions um fang geht jedoch je nach Software deutlich darüber hinaus. Ist sie lokal auf dem eigenen Computer installiert, limitiert der verfügbare Arbeitsspeicher die Anzahl der Einzelbilder, aus denen ein Orthofoto erstellt werden kann.
Ein schneller Prozessor und eine schnelle Grafikkarte verkürzen die Berechnungszeit deutlich.
Für die Verarbeitung der Daten eines Fluges mit einer der erwähnten Drohnen sollten 16 GB Arbeitsspeicher reichen. Ein schneller Prozessor und eine schnelle Grafikkarte verkürzen die Berechnungszeit deutlich. Bei den Cloud-Diensten findet die aufwendige Berechnung extern statt. Dies hat den Vorteil, dass die Ansprüche an die eigene Hardware kleiner sind. Auch ist keine Softwareinstallation nötig, da man Cloud-Dienste typischerweise über den Browser bedient. Da grosse Datenmengen verschoben werden müssen, ist jedoch eine schnelle Internetverbindung von Vorteil.
Kostengünstige Open-Source-Lösung
Die Lizenzgebühren der Software und Cloud-Dienste von Pix4D, Agisoft und DroneDeploy sind beträchtlich (siehe Tabelle). Zwei günstigere Alternativen sind die lokal installierte Software Web ODM und der Cloud-Dienst WebODM Lightning, welche beide auf dem Open-Source-Projekt Open DroneMap basieren. Eine Kombination der lokalen Software mit dem Cloud-Dienst ist ebenfalls möglich. So kann die gute Kartenansicht der lokalen Software genutzt werden, ohne auf die Rechenpower der Cloud zu verzichten. Die Autoren haben alle drei Varianten durchgespielt und sind zum Schluss gekommen, dass Open-Source-Software eine gute Alternative zu den hohen Lizenzkosten der proprietären Konkurrenz darstellt.
Orthofotos sind vielfältig nutzbar
Mit hochaufgelösten Orthofotos lassen sich landwirtschaftliche Flächen oder Infrastrukturen in hohem Detailgrad festhalten. Zum Beispiel können Unkrautnester, Pflanzenkrankheiten, Wild- oder Umweltschäden erkannt und dokumentiert werden. Ebenfalls können die Bilder zur Datengrundlage für Applikationskarten einer ortsspezifischen Behandlung von Kulturen beitragen. Die Hürden zum hochaufgelösten Luftbild sind dank günstigen Kameradrohnen und einfach zugänglicher Software heute so niedrig wie noch nie.
Gesetzliche Grundlagen
Schweiz übernimmt neue EU Drohnenregulierung
Ab Januar 2023 müssen sich Pilotinnen und Piloten für den Betrieb einer Drohne über 250 g registrieren und eine Onlineprüfung absolvieren. Auch gilt für den Flug im Sichtkontakt neu zusätzlich eine maximale Flughöhe von 120 m. Um auf die Anliegen der Bevölkerung einzugehen, wurden Vorschriften in den Bereichen Umweltschutz, Schutz der Privatsphäre und Sicherheit eingeführt. (Weiterführende Informationen).
Mitarbeit
- Michael Mielewczik, Forschungsgruppe Automatisierung und Arbeitsgestaltung
- Frank Liebisch, Forschungsgruppe Gewässerschutz und Stoffflüsse
www.agroscope.ch -> Smart Farming
