Was ist LiDAR?

LiDAR-Systeme liefern einen großen Mehrwert bei der 3D-Datenerfassung mit Drohnen. Montiert an einem UAV gibt es zahlreiche Anwendungsfälle für den Einsatz von LiDAR-Sensorik, auf die wir im zweiten Teil des Beitrags eingehen.

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Vorteile: 

Genauigkeit und Präzision:

• LiDAR-Verfahren (Light Detection and Ranging) bieten eine sehr hohe vertikale Genauigkeit und Präzision bei der Geländevermessung. Es ermöglicht die präzise Erfassung von Gelände- und Objekthöhen sowie die Erstellung hochauflösender Geländemodelle.
• Die eingesetzten Laserscanner scannen Topografien oder Stadtgebiete mit Millionen von Punkten pro Sekunde, sodass Punktwolken mit hohen Punktdichten entstehen. Dies ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf hohe Vegetation und präzise Modelle des IST-Zustandes der Erdoberfläche.
• Die Verbindung aus hoher Punktdichte mit hoher Präzision ermöglicht es komplexe Strukturen zu erfassen, wie z.B. Stadtgebiete, Infrastruktur, Brückenbauwerke, Kirchen, Schlösser und viele mehr

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Penetration hoher Vegetation:

• Scannen durch hohe Vegetation durch gute Penetration der Oberflächenvegetation, was das Verfahren ideal für die Vermessung von Waldgebieten macht.
• Durch die kontinuierliche Flugbewegung der Drohne in eine Richtung lassen sich Buschwerke, hohe Bäume, Gräser, Maisfelder etc. digitalisieren. Durch mehrere Rücksignale (= Returns) der LiDAR-Scanner kann so stets die Erdoberfläche abgebildet und "durch" dichte Vegetation gescannt werden. Hier gibt es allerdings zu beachten, dass die Punktdichte mit hoher Vegetation abnimmt, da nicht alle Laserstrahlen auf die Erdoberfläche durchdringen können.

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Wiederholbarkeit der Messungen:

• Das LiDAR-Verfahren ist ein direktes Messverfahren. Der Sensor sendet Laserstrahlen aus (Sender) und empfängt (Empfänger) sie wieder. Dadurch lassen sich hochreproduzierbare Ergebnisse erzielen. Dies ist besonders wichtig, wenn es sich um Turnus-Befliegungen für Monitoringaufgaben mehrmals pro Woche oder Jahr handelt. Veränderte Bereiche können exakt erfasst werden, während Bereiche, die sich nicht verändert haben, das gleiche Messergebnis der letzten Befliegung hervorrufen.

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Kombination zweier Erfassungsmethoden:

• Viele LiDAR-Sensoren besitzen zusätzliche RGB-Kameras für eine realistische Einfärbung der Punktwolken. Wenn die Luftbilder mit Metadaten aus der Befliegung versehen sind, lassen sich zusätzlich Orthophotos durch photogrammetrische Methoden berechnen. Anstatt getrennte Befliegungen mit LiDAR und Photogrammetrie durchzuführen, wofür eventuelle mehrere Flugplattformen notwendig sind, lässt sich das Gebiet von Interesse mit einem Kombi-Sensor effizient befliegen und man spart enorme Arbeitszeit und Ressourcen im Feld.

Effizienz und Geschwindigkeit:

• Große Flächen können durch ein breites Sichtfeld (FOV, Field of View) des LiDAR-Sensors beflogen werden. Viele LiDAR-Sensoren bieten auch ein variables Sichtfeld, welches in der späteren Datenauswertung je nach Anwendungsfall geöffnet oder geschlossen werden kann. Mit Sichtfeldern zwischen 80-100 Grad, können Befliegungen effizient im Feld abgebildet werden.

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 Visualisierung und Datenanalyse:

• Die erfassten 3D-Punktwolken, ermöglichen eine detaillierte Visualisierung und Analyse durch verschiedene Einstellungen in der Auswertesoftware. LiDAR-Daten besitzen einige Attribute, wie z.B. die Intensitätsansicht. Dadurch können Oberflächen nach Intensität gefiltert und in anderen Farben dargestellt werden. Durch Profil- und/oder Schnittansichten können bspw. präzise As-built-Modelle generiert werden. Dies kann bei der Planung von Bauprojekten, der Bestandsaufnahme von Infrastruktur oder der Überwachung von Umweltveränderungen äußerst nützlich sein. LiDAR-Daten können bei der Datenauswertung schnell visualisiert werden, da keine Kameraausrichtungen etc. berechnet werden müssen.

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Obwohl LiDAR viele Vorteile bietet, ist es wichtig anzumerken, dass es auch einige Herausforderungen gibt, wie z. B. hohe Anschaffungskosten für die Ausrüstung, Software für die Datenverarbeitung. In einigen Fällen kann eine Kombination aus LiDAR und Photogrammetrie die besten Ergebnisse liefern, indem die jeweiligen Stärken beider Technologien bei der Datenerfassung genutzt werden.

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Anwendungsgebiete:

• Wald- und Forstflächen
• Straßen- und Infrastrukturbau
• Stadt- und Gemeindegebiete
• Steinbrüche, Kieswerke
• Deponien, Halden
• Anlagen der Energieversorgung, z.B. Hochspannungsleitungen
• Befliegung von bergigen Gebieten, z.B. Monitoringaufgaben für Skigebiete, Hangrutsche, Murenabgänge