¶ Photogrammetrie
Die Photogrammetrie ist ein Verfahren, das auf der Analyse von Bildern basiert, um räumliche Informationen zu gewinnen. Es gibt zwei grundlegende Arten von Photogrammetrie: die terrestrische Photogrammetrie, die sich auf die Verwendung von Kameras am Boden bezieht, und die Luftbildphotogrammetrie, die sich auf die Verwendung von Kameras aus der Luft (z.B. Flugzeugen oder Drohnen) bezieht.
¶ Beschreibung
Die Nahbereichs-/terrestrische Photogrammetrie umfasst die Verwendung der Kameras von Smartphones oder Digitalkameras am Boden, mittels derer mehrere Bilder von einem Objekt erstellt werden. Die Bilder werden dann auf eine spezielle Software hochgeladen, die die Position der Kameras im Raum kennt und die räumlichen Informationen aus den Bildern extrahieren kann. Um genaue Ergebnisse zu erzielen, müssen möglichst viele Bilder aus allen Blickwinkeln des Objektes erstellt werden, um Referenzpunkte für die Erstellung zu kriegen [1] [2].
Die Luftbildphotogrammetrie ist ähnlich, aber es werden Luftbilder von einer Szene oder einem Objekt aufgenommen. Die Bilder können von einem Flugzeug oder einer Drohne aufgenommen werden. Die Kameras können auch in verschiedenen Winkeln und Höhen positioniert werden, um genaue Ergebnisse zu erzielen. Für die Flächenkartierung werden meist Nadir-Aufnahmen (90° zum Boden ausgerichtet) erstellt. Diese müssen eine gewisse Überlappung aufweisen, meist sind 60% die Mindestanforderung für flaches Gelände. Ist das Gelände uneben, muss eine höhere Überlappung eingestellt werden, da die Drohne die Flughöhe am Startpunkt referenziert [3][4]. Folgende Abbildung zeigt, was in kupiertem Gelände passiert. Die roten Striche sind die angenommenen Bodenoberflächen. Der braune Strich zeigt ein ebenes Gelände, der gelbe Bogen stellt einen Berg dar.
Zudem kann es hilfreich sein, Ground Control Points auszulegen, welche dann eingemessen werden. Dieser Schritt kann bei RTK-fähigen Drohnen entfallen, da hier die Positionsgenauigkeit sehr hoch ist. Die Koordinaten dienen später der genaueren Verrechnung. Diese Bilder werden dann per Software verarbeitet. Die Software, die in der Luftbildphotogrammetrie verwendet wird, ist ähnlich wie die in der terrestrischen Photogrammetrie, aber es werden oft zusätzliche Schritte wie die Stereobildanalyse und die Orthorektifikation durchgeführt, um die räumlichen Informationen zu verbessern [2] [3]. Hierfür werden die folgenden Schritte durchgeführt:
Verbindungspunkte: Zuerst werden sogenannte Verbindungspunkte in den Bildern gesucht. Das sind Punkte, welche durch Überlappung der Aufnahmen in mehreren Bildern zu sehen sind. Über die Koordinaten können die Bilder dadurch aneinander angepasst werden.
Ground Control Points (GCP´s): Jetzt kommen, falls vorhanden und benötigt, die Ground Control Points hinzu. Diese sind auf den Bildern durch die Software erkennbar. Die Koordinaten zu diesen Punkten werden in die Software zur Verbesserung der Position eingepflegt. Alternativ kann eine Drohne mit RTK-Korrektur verwendet werden, um genaue Koordinaten zu erzeugen.
Block-Anpassung: Im letzten Ausgleichsschritt erfolgt die Entzerrung der Bilder. Geometrische Verzerrungen werden hier nochmal reduziert und die Bilder passend zusammengesetzt [2] [3].
Aus diesem Modell werden nun unterschiedliche Produkte generiert. Digitale Geländemodelle oder digitale Oberflächenmodelle sind hier möglich, je nach Bilddatensatz und Fragestellung. In digitalen Geländemodellen (Digital Terrain Modell =DTM) ist die Erdoberfläche ohne Objekte modelliert, in digitalen Oberflächenmodellen (Digital Surface Modell = DSM) ist die Erdoberfläche mit den darauf zu findenden Objekten modelliert. Diese Modelle dienen später der Entzerrung der Geländeeinflüsse des Orthomosaikes. Als letztes Produkt erfolgt dann die Generierung des Orthomosaikes aus den zuvor erklärten Produkten. In der Landwirtschaft sind Orthomosaike unter Anderem zur Bestandeskartierung, Drainagenfindung und Wildschadenskartierung sehr beliebt. Geländemodelle dienen beispielsweise zur Reliefkartierung oder Messung der Bestandeshöhe [4] .
Photogrammetrie wird in vielen Bereichen eingesetzt, darunter Kartierung, Geologie, Archäologie, Bauwesen, Verkehrswesen und Filmindustrie. Es ermöglicht eine schnelle und kosteneffektive Erfassung von 3D-Modellen und anderen räumlichen Informationen, die in vielen Anwendungen von Nutzen sind.
¶ Anwendungsbereich
¶ Quellen
- Was ist Photogrammetrie?
- What is Photogrammetry?
- Ortho-Mapping in ArcGIS Pro
- Drohnen in der Landwirtschaft
¶ weiterführende Quellen
- ATB: Entwicklung eines intelligenten UAV-gestützten Unkrautmonitoringsystems für den selektiven und teilflächenspezifischen Herbizideinsatz
- Pflanzenanalyse mit Drohne und Roboter - Technikjournal
- Weed species differentiation using spectral reflectance land image classification
- Remote Sensing: Can Commercial Low-Cost Drones and Open-Source GIS Technologies Be Suitable for Semi-Automatic Weed Mapping for Smart Farming? A Case Study in NE Italy
¶ Autoren*innen
M. Sc. Bastian Brandenburg, Doktorand im Experimentierfeld Betriebsleitung und Stoffstrommanagement - Vernetzte Agrarwirtschaft in Schleswig-Holstein (BeSt-SH)