Der Einsatz von Drohnen und Photogrammetrie in der Geotechnik

Kurzfassung

Aufgrund der rasanten Fortschritte in der Rechentechnik ist es heutzutage möglich, extrem große Datenmengen in kurzer Zeit zu verarbeiten. Demgemäß ist es nunmehr vertretbar mit photogrammetrischen Methoden, unter Zuhilfenahme von Drohnen, Aufgaben aus der Geotechnik zu lösen und neue Anwendungsfelder für die Praxis zu erschließen bzw. neue Lösungsmöglichkeiten für noch nicht gelöste Probleme zu schaffen. In der Veröffentlichung wird der Einsatz von Drohnen im Spezialtiefbau und deren Anwendung in der Geotechnik dargestellt. Hierbei werden die photogrammetrischen Verfahren genutzt, um schnell und effizient spezielle Fragestellungen zu beantworten. Dargestellt werden der Einsatz von Drohnen und der Photogrammetrie für die Bauwerksüberwachung (Monitoring), Bewegungsüberwachung und Verformungsbeobachtung von Stützbauwerken aus (KBE) kunststoffbewehrter Erde / Gabionen, zur Mengen- und Massenüberprüfung während des Einbaus, der Dokumentation von Bauabläufen und speziellen Aufgaben. Vorgestellt wird der Einsatz zur Qualitätssicherung von KBE-Bauwerken, hier speziell der Beantwortung der Fragestellung, ob die ausgeführten Konstruktionen die vom Bauherrn gewünschten Qualitätskriterien an Verformung, Lage sowie Toleranzen eingehalten sind. Das Verfahren und die Anwendungsmöglichkeiten werden an einer Reihe von praktischen Beispielen erläutert. Genauigkeit, Einsatzgrenzen und Randbedingungen sind Gegenstand der Publikation.

Einleitung

Komplexer werdende Bauabläufe, schnellere Abfolgen und ineinandergreifende Baukonzepte bedingen die Anwendung von neuen Technologien in allen Bereichen des Bauwesens. Zu diesen Technologien zählen auch Photogrammetrie und Drohnen. Der mittlerweile technische Stand ermöglicht einen effizienten Einsatz und erschließt neue Anwendungsfelder. In der vorliegenden Veröffentlichung sollen die Grundlagen für die Anwendung von Photogrammetrie und Drohnen in der

Geotechnik, die Anwendungsfelder, Randbedingungen und Grundlagen vorgestellt werden. Hinweise für den technischen

Ablauf sowie Einsatzbeispiele mit praktischem Hintergrund werden hier vorgestellt. Die Drohnentechnologie kann in Verbindung mit photogrammetrischen Verfahren effizient zur Mengen- und Massenermittlung, zur Bauwerksüberwachung und Monitoring und für Spezialanwendungen eingesetzt werden. Ausgangspunkt und Thema ist die immer breiter werdende Anwendung von Stützkonstruktionen aus Gabionen und KBE-Bauwerken in Kombination oder einzeln. Werden diese Konstruktionen im Bereich der öffentlichen Straßenbauverwaltung eingesetzt, gelten für diese Bauwerke die Regelungen für Ingenieurbauwerke gemäß ZTV-ING /1/.

Abb. 1-1: BAB A6 Nürnberg

Um die Dauerhaftigkeit und den Zustand der Bauwerke regelmäßig erfassen zu können, gilt für diese Konstruktionen eine Prüfpflicht unter Berücksichtigung der DIN 1076 bzw. des Prüfhandbuches RI-EBW-Prüf /02/. Bauwerke werden hier einer regelmäßigen Überprüfung unterzogen und müssen auf Verformungen und baulichen Zustand kontrolliert werden. Dies führt regelmäßig, gerade wenn die Konstruktionen im Bereich öffentlicher Straßennetze liegen, zu Problemen, da dies unter laufendem Verkehr geschehen muss. Hier bieten sich kontaktlose und den Verkehr nicht beeinträchtigende Verfahren, wie Photogrammetrie in Verbindung mit Drohnen an. Dies ist grundsätzlich unter Beachtung des Prüfhandbuches /2/ zulässig. Hier wird in Anlage 1 – Prüfhandbuch ausdrücklich der Einsatz von Drohnen und photogrammetrische Auswertung empfohlen und zugelassen.

Tabelle 1-1: Auszug Prüfhandbuch Gabionen

Insofern sind für den Einsatz für die Bauwerksüberwachung die rechtlichen und regularischen Voraussetzungen gegeben. Unbenommen davon erschließen sich, wie wir nachfolgend weiter vorstellen wollen, noch andere Anwendungsgebiete, die hier wie folgt betrachtet werden sollen:

• Anwendung zur Mengen- und Massenermittlung
• Anwendung zur Bauwerksüberwachung und Bauwerksmonitoring
• Verformungsüberwachung
• Sonderanwendungen

Photogrammetrie und Drohnentechnologie

Photogrammetrie

Unter photogrammetrischen Verfahren versteht man die kontaktlose Erfassung von Objektdaten durch optische

Verfahren, im Regelfall mit Fotos. Im Regelfall wird hier eine große Anzahl von Bildern in digitaler Form benötigt. Zum Zeitpunkt der Erstellung der Bilder werden die Positionsdaten mit aufgezeichnet. Aus diesen Randbedingungen lässt sich, da die Lage der Bilder im Raum bekannt ist, ein 3-dimensionales Objektmodell errechnen. Zur Berechnung der 3D-Modelle werden im Regelfall Triangolationsverfahren genutzt. Die nachfolgende Abbildung zeigt das Prinzip.

Abb. 2.1-1: Prinzip Photogrammetrie

Hieraus sind die Vor- und Nachteile der photogrammetrischen Verfahren bereits ersichtlich. Diese sollen im Nachgang kurz erläutert werden:

Vorteile:

• Kontaktlose Erfassung von Oberflächen- und Geometriedaten
• Kontrollmöglichkeit der Daten (Visuelle Kontrolle über Bild)
• Große Datenmengen in kurzer Zeit erfassbar
• Datenerfassung ist automatisiert bzw. mit wenig Personal möglich
• Das Verfahren erlaubt die Abbildung extrem großer Datenmengen; damit großer Modelle, Bauwerke, etc.

Nachteile:

• Voraussetzung sind gute Lichtverhältnisse (kein Schatten / nachts begrenzt bzw. nicht anwendbar)• Großer Aufwand an Rechentechnik und Software
• Notwendigkeit großer Speichervolumen für Rohdaten und Auswertedaten
• Messgenauigkeit und damit Modell- und Auswertegenauigkeit sind stark Hard- und Software- sowie teilweise wetterab hängig
• Notwendigkeit einer Kalibrierung der 3D-Modelle

Eine ausführliche Betrachtung der Verfahren und Erläuterungen findet sich in /3/. Im Hinblick auf die Genauigkeit der photogrammetrischen Verfahren hängen diese maßgeblich von den verwendeten Hard- und Softwaretechnologien ab. Grundsätzlich hängen die Genauigkeiten vom Anwendungsgebiet und der Objektgröße ab.

Tabelle 2.1-2: Photogrammetrische Anwendungsgebiete in Abhängigkeit von Objektgröße und Genauigkeit

Für photogrammetrische Verfahren in Architektur- und Bauwesen in Verbindung mit Drohnen kann folgende Überschlagsbeziehung für die erzielbare Genauigkeit verwendet werden:

Genauigkeit: g ≤ f (Füllhöhe H)

g ≤ 0,001 x H [mm]

Drohnentechnologie

Um eine möglichst kontaktlose, schnelle und großmaßstäbliche Erfassung von Objekten mit Fotos zu erlauben, wird im Regelfall Drohnentechnologie eingesetzt. Diese Technologie wird als „UAV-Photogrammetrie“ definiert (UAV = unmanned aerial vehicles).

Abb. 2.2-1: Gerätetechnik

Die Drohnentechnologie, ursprünglich entwickelt im militärischen Bereich, ist mittlerweile so leistungsfähig und erschwinglich, dass ein massenweiter Einsatz auch im zivilen Sektor denkbar ist. Der Regelaufbau eines handelsüblichen Drohnensystems besteht aus einer Drohne (Quadcopter oder Hexacopter), die im Regelfall mit einer hochauflösenden (4K) Kamera bestückt ist. Um beim Flug ausreichend Stabilität beim Fotografieren zu erreichen, wird die Kamera durch ein automatisches Positionierungssystem (Gimbal) unterstützt. Die Drohnen werden ferngesteuert. Eine Kontrolle über Laptop, PC, Tablet oder Handy ist möglich. Handelsübliche Drohnen erreichen Flugdauern zwischen 30 und 60 Minuten. Drohnen gibt es in unterschiedlichen Gewichts- und Größenklassen. Alle haben folgende Vor- und Nachteile:

Vorteile:

• Einfache Bedienung
• Hohe Beweglichkeit und Flugstabilität
• Je nach System sehr präzise und rauscharme Bilder
• Extrem einfach zu bedienen und kostengünstigNachteile:
• Die Flugbedingungen richten sich nach der Wetterlage, hohe Windanfälligkeit
• Für größere Bauobjekte sind die derzeit, infolge der notwendigen Batterien, möglichen Flugzeiten von 30 bis 60 Minutenmit elektrisch betriebenen Drohnen meist unzureichend. Ersatzbatterien sind notwendig.
• Je nach Objekt und Lage sind Drohnenbefliegungen genehmigungspflichtig, teilweise, unter Berücksichtigung der Droh- nenverordnung, unmöglich.

Für den Einsatz von Drohnen im zivilen Bereich gelten in der Bundesrepublik Deutschland spezielle Regeln. Hierzu ist die Drohnenverordnung /4/ zu beachten. Die Drohnenverordnung unterscheidet für die Fluggeräte nach Gewicht. So gilt:

> 0,25 kg: Kennzeichnungspflicht

> 2,00 kg: Kenntnisnachweis

> 5,00 kg: Erlaubnispflicht

Generell gilt, dass bei >100 m Flughöhe eine Ausnahmeerlaubnis notwendig ist. Flugverbotszonen gelten wie im normalen „Flugverkehr“ im Bereich von Industrieanlagen, Naturschutzgebieten, Menschenansammlungen und Flugplätzen, Bundesbehörden, etc. Im Regelfall sollte vor der Befliegung eines Objektes eine entsprechende Befliegungserlaubnis eingeholt werden. Diese kann gegen eine entsprechende Gebühr binnen 2 bis 3 Werktagen von der zuständigen Luftaufsichtsbehörde eingeholt werden. Anfrage und Genehmigung sind im Regelfall unkompliziert. Die nachfolgende Abbildung zeigt nochmals die Randbedingungen.

Abb. 2.2-2: Randbedingungen nach /4/

Soft- und hardwareseitige Voraussetzungen

Für die Erstellung der notwendigen Fotos sind im Regelfall digitale Systeme vorteilhaft. Diese zeichnen eine große Anzahl von Bildern mit hoher Qualität auf. Grundsätzlich wird empfohlen, hier mit einer Auflösung von mindestens 4K zu arbeiten, um bei der Auswertung eine entsprechende Punktdichte und Genauigkeit erreichen zu können. Diese wird bereits heutzutage mit handelsüblichen Kameras erreicht. Für die Bearbeitung der Fotos werden jedoch spezielle Rechenfahren benötigt, die aus den geogetaggten Bildern 3D-Punktwolken erstellen und aus diesen Punktwolken wiederum 3D-Modelle erzeugen können. Hierzu sind am Markt sowohl kommerzielle als auch nicht kommerzielle Programme in einer relativ breiten Auswahl verfügbar. Im kommerziellen Bereich sind PointCab, AgiSoft oder Pix4D zu benennen. Eine Vielzahl von Sharewareprogrammen ist ebenfalls verfügbar. Diese unterscheiden sich jedoch in Funktionsumfang und Kompatibilität. Wichtig für eine professionelle Anwendung ist jedem Fall, dass diese Programme über eine funktionstüchtige Schnittstelle zu gängigen CAD-Programmen (dxf, dwg, etc.) verfügen, denn grundsätzlich wird aus den Fotos lediglich eine 3D-Punktwolke generiert. Aus dieser Punktwolke muss ein 3D-Oberflächenmodell mit

Vermaschung hergestellt werden. Aus diesem vermaschten 3D-Modell können dann 2- und 3D-Daten ausgelesen werden. Das übergeordnete Modell zu CAD-Programmen ist üblicherweise das 3D-vermaschte Modell.

Grundsätzlicher Ablauf

Sofern Projekte mit photogrammetrischen Verfahren und Nutzung von Drohnen, in welcher Form auch immer, geplant werden sollen, ist ein genereller Ablauf, wie nachfolgend dargestellt, zu berücksichtigen.

Vorbereitende Arbeiten:

Zu den vorbereitenden Arbeiten gehören die notwendige Prüfung der Randbedingungen, die Einholung notwendiger Fluggenehmigungen, die Auswahl des geeigneten Flugsystems undÜberlegungen im Hinblick auf die Auswertegenauigkeit. Es empfiehlt sich in jedem Fall, bereits bei der Vorbereitung über eine Kalibrierung des Systems nachzudenken. Im Hinblick auf eine Kalibrierung verweisen wir auf Abschnitt 2.5.

Datenerfassung:

Sind alle Voraussetzungen geklärt, kann die Datenerfassung mittels Befliegung erfolgen. Hierbei ist sicherzustellen, dass eine ausreichende Bildüberdeckung eingehalten wird. Im Regelfall muss, um eine ausreichende Punkt- und Objektdichte sowie eine Überlagerung der Fotos für die nachfolgende Punktwolkenerzeugung zu erreichen, eine Überdeckung von mindestens 40…60 % der Fotos erfolgen. Dies bedingt eine ausreichende Längs- und Querüberdeckung und die Erstellung eines Flugplanes. Grundsätzlich sind hier lineare Überfliegungen und kreisförmige Überfliegungen zu unterscheiden. Bei Punktobjekten bietet sich eine kreisförmige Befliegung, bei langgestreckten Objekten eine lineare Befliegung, möglichst mit Hin- und Rückweg, an. Die nachfolgende Abbildung zeigt mögliche Überdeckungsmodelle.

Abb. 2.3-1: Überdeckungsmodelle

Abb. 2.3-2: Flugwege

Kalibrierung:

Während der Aufnahmen am Objekt und der Erstellung der Grundlagenfotos muss eine Kalibrierung des Gesamtmodells möglich sein. Da aus den Fotos selbst Maße direkt nicht abgelesen werden können, müssen für jedes Objekt Kalibrierpunkte vorgesehen werden. Hierzu empfiehlt es sich, vor Beginn der Aufnahmen an den äußeren Rändern des Betrachtungsfeldes Fixpunkte zu setzen. Diese können farbig markiert werden, so dass diese auf den Fotos eindeutig identifizierbar sind. Um die Punktwolkenmodelle dann kalibrieren zu können, müssen diese Punkte konventionell in Lage und Höhe aufgenommen werden, um das 3D-Modell im Raum zuordnen zu können. Hierzu bieten sich konventionelle GPS-Vermessungsmethoden an. Nach Ermittlung aller Felddaten werden die Fotos mit den in Abschnitt 3.3 genannten

Möglichkeiten bearbeitet. Hierbei werden aus den Fotos und den während der Aufnahme aufgezeichneten Geotagginginformationen 3D-Punktwolken erstellt. Diese werden dann vermascht zu 3D-Modellen verarbeitet, um diese dann in CAD-Systemen bearbeiten zu können. Ziel der Bildverarbeitung und Auswertung ist es, maßstäbliche 3D-Modelle zu erhalten, mit denen in gängigen CAD-Systemen entweder 2D oder 3D weiter geplant werden kann. Möglich sind Oberflächen- und Kantenmodelle. Vorteilhaft ist hier, dass bei den verwendeten 3D-Modellen die Punktwolken parallel als Datenbasis erhalten bleiben und somit visuelle Informationen während der weiteren Bearbeitung zur Verfügung stehen.

Abb. 2.3-3: Punktwolke

Ergebnisse:

Aus den digitalen Daten können dann beliebige Informationen (Längs-/Querschnitte, Mengen, Volumen, etc.) ermittelt werden. Dies erfolgt im Regelfall mit den genannten Programmsystemen oder alternativen Methoden. Die Genauigkeit richtet sich hierbei nach den in den vorangegangenen Abschnitten genannten Randpunkten und Randbedingungen.

Anwendung

Anwendung zur Volumenermittlung

Eine wesentliche Anwendung des beschriebenen Verfahrens in der Geotechnik ist in der Volumen- und Massenermittlung zu sehen. Im nachfolgenden Beispiel wurde ein direkter Vergleich zwischen einer terrestrischen Vermessung und einer photogrammetrischen Vermessung einer Abfallhalde gezogen. Oftmals besteht hier einerseits das Problem, dass eine zeitnahe und schnelle Erfassung der Daten erfolgen soll, andererseits, wie im vorliegenden Fall, ein Begehen der Halde nicht oder nur schwerlich möglich ist, um arbeitsschutztechnischen Randbedingungen zu genügen. Die Aufgabenstellung bestand hier darin, das Volumen des in der Halde zu verbringenden Abfalls zu ermitteln. Hier wurde in einem ersten Arbeitsschritt eine konventionelle terrestrische Vermessung vorgenommen, in einem zweiten Schritt eine Befliegung mit Drohne. Die nachfolgende Abbildung 3.1-1 zeigt das Ergebnis der terrestrischen Vermessung mit Vermaschung. Die Abbildung 3.1-2 das Ergebnis der Befliegung mit Drohne.

Abb. 3.1-1: Ergebnis terrestrische Vermessung

Abb. 3.1-2: Ergebnis Befliegung mit Drohne

Tabelle 3.1-3: Ergebnisse Volumenvergleiche

In Tabelle 3.1-1 sind die Ergebnisse der Volumenvergleiche gegenübergestellt. Wie ersichtlich, stimmen terrestrische und photogrammetrische Verfahren nahezu überein, wobei die photogrammetrischen Verfahren etwas höhere Volumina ausweisen. Dies hängt mit der höheren Punktdichte und Genauigkeit zusammen. Für eine Volumenermittlung bieten sich diese Verfahren an, da sie auf Grund der höheren Punktdichte und daraus resultierenden höheren Netzdichte eine wesentlich genauere Volumeninformation geben. Vorteilhaft ist hier ferner, dass neben den geometrischen Informationen, im Unterschied zu den terrestrischen Verfahren, auch optische Informationen erhalten bleiben.

Verformungsermittlungen

Für spezielle Aufgabenstellungen ist es oftmals notwendig, Verformungsbeobachtungen durchzuführen. Photogrammetrische Verfahren in Verbindung mit Drohnentechnologie können auch hier vorteilhaft eingesetzt werden. Das nachfolgende Beispiel zeigt die Überwachung eines Baugrubenverbaus und dessen Verformungen und der ermittelten Verformungen. Beim genannten Objekt war eine Baugrube mit einer Tiefe von ca. 8,00 m einfach rückverankert zu erstellen. Hier wurde die Baugrube in regelmäßigen Abständen komplett aufgenommen und beflogen. Einerseits konnten hier, wie in Abschnitt 3.1 erläutert, die Aushubvolumina sehr genau über die zeitliche Abfolge bestimmt werden, andererseits war damit parallel die verformungstechnische Überwachung des Verbaus möglich. Die nachfolgenden Abbildungen zeigen einen Teilabschnitt des Verbaus nach Fertigstellung.

Abb. 3.2-1: Abwicklung Verbau

Abb. 3.2-2: Abwicklung Verbau

Abb. 3.2-3: Verformungsbild (grün v ≤ 2,0 mm)

Hierbei wird über die erzeugten Volumenmodelle und deren Kalibrierung durch Differenzbildung die Verformung ermittelt. Hierbei wird zum Zeitpunkt T1 ein Volumenmodell der Baugrube oder des zu beobachtenden Objektes erstellt, zu einem späteren Zeitpunkt (T2) das gleiche Modell noch einmal. Im Anschluss werden die Modelle überlagert und die Differenzen ausgewiesen. Bei den ermittelten Differenzen handelt es sich um die gesuchten Verformungen. Voraussetzung hierzu ist jedoch, dass beide Modelle entsprechend kalibriert sind. Der Vorteil der Anwendung dieses Verfahrens liegt hier auf der Hand. Einerseits kann eine kontakt- und berührungslose Erfassung der Daten erfolgen, andererseits kann die Datenerfassung über das gesamte Objekt, und nicht nur punktuell, wie normalerweise üblich, erfolgen. Damit kann das gesamte Objekt mit einem Verfahren überwacht werden. Zeitliche und monetäre Vorteile sind hier nachweisbar.

Bauwerksüberwachung Gabionen-/KBE-Konstruktionen

Wie eingangs erläutert, ist es für die Bauwerksprüfung von Gabionen- und KBE-Konstruktionen essentiell, dass in regelmäßigen Abständen Verformungsüberwachungen und visuelle Überprüfungen durchgeführt werden. Hierbei lässt sich die Photogrammetrie mit Drohnen sinnvoll einsetzen. Die nachfolgende Abbildung zeigt eine Konstruktion, die in regelmäßigen Abständen überwacht worden ist.

Abb. 3.3-1: Verformungsermittlung

Es handelt sich um eine KBE-Konstruktion mit Gabionenverblendschale. Hier wurden in einem Teilbereich im Zuge der regelmäßigen Befliegung Verformungen festgestellt. Das Grundprinzip ist auch hier ähnlich wie beim vorangegangenen Beispiel einfach. In regelmäßigen Abständen erfolgt eine Befliegung und eine Erstellung eines kalibrierten 3D-Modells. Durch Differenzbildung der 3D-Modelle können Verformungen ermittelt werden. Die nachfolgende Abbildung zeigt das 3D-Modell mit den Kalibrierpunkten.

Abb. 3.3-2: 3D-Modell mit Kalibrierpunkten

Nach Überlagerung der Modelle bzw. Überlagerung der Punktwolken mit den Konstruktionszeichnungen (vgl. Abbildung 3.3-3) können Abweichungen problemlos festgestellt werden.

Abb. 3.3-3: Überlagerung Konstruktionspläne mit ermittelten Verformungen

Damit ist eine flächendeckende und zerstörungsfreie hochpräzise Bestandserfassung möglich.

Daten unregelmäßiger Objekte

Oftmals ergibt sich bei geotechnischen Fragestellungen die Notwendigkeit der Ermittlung von geometrisch schwierigen Objekten. Sollen z.B. Standsicherheitsschätzungen von Felshängen, Böschungen oder Felsüberhängen mit oder ohne Klüfte bestimmt werden, ist dies mit normalen Methoden nicht möglich. Für die Planung von Sicherungsmaßnahmen (z.B. Vernetzungen, Vernagelungen) müssen diese Daten jedoch gewonnen werden. Aus sicherheitstechnischen Gründen ist im Regelfall eine Begehung oder ein Beklettern nicht möglich, und selbst wenn, ist die Datenausbeute hier sehr gering. Daher ist für solche Situationen ein optimales Anwendungsfeld in der Verwendung der Drohnentechnologie mit Photogrammetrie zu sehen. Das nachfolgende Beispiel zeigt eine solche Situation. Ein gefährdeter Felshang war hier zu sichern. Um für die Ausschreibung, Mengen- und Massenermittlung sowie die Planung eine ausreichende Datendichte und Grundlagenermittlung zu erreichen, musste die Situation messtechnisch erfasst werden. Die Ermittlung der Daten und Erstellung eines 3D-Modells mit konventionellen Methoden wäre nur mit hohem Aufwand und auch nur unzureichend möglich gewesen. Klufterfassung, Kluftkörper, etc. hätten gesondert erfasst werden müssen, die geometrischen Daten über GPS. Unter Nutzung von Photogrammetrie und Drohnen ist mit einer Befliegung die Erstellung eines 3D-Modells möglich.

Abb. 3.4-1: 3D-Modell

Abb. 3.4-2: Vermaschung

Aus dem Modell können alle geometrischen Vorgaben präzise ermittelt werden. Die Planung von Sicherungskonstruktionen, wie Ankern und Netzen kann auf dieser Basis ausreichend genau erfolgen. Der Vorteil liegt hier ferner darin, dass auf Grund der verwendeten Fotos bei der Planung Kluftkörper, Kluftstrukturen direkt in der Planung berücksichtigt werden können und Anker / Nägel sowie Vernetzung und Sicherungen entsprechend gesetzt werden können, ohne dass auf der Baustelle im Nachgang Probleme (Nachträge) entstehen.

Sonderanwendungen:

Die Verfahren lassen sich auch für spezielle Aufgabenstellungen sinnvoll anwenden. Nachfolgend wurde ein direkter Vergleich mit einer Dichtebestimmung mittels Densitometer überprüft. Üblicherweise wird die Volumenermittlung zum Bestimmen der erreichten Verdichtung von Böden mit Densitometer vorgenommen. Alternativ kann die Volumenermittlung allerdings mit photogrammetrischen Verfahren erfolgen. Die nachfolgende Abbildung zeigt das Verfahren.

Abb. 3.4-3: Volumenermittlung Densitometer

Abb. 3.4-4: 3D-Modell

Tabelle 3.4-4: Ergebnisse

Die Ergebnisse nach Tabelle 3.4.1 zeigen, dass die Volumenermittlung grundsätzlich ein analoges Ergebnis bringt. Ziel der Untersuchung war es abzuschätzen, ob adäquate Ergebnisse möglich sind, was bestätigt werden konnte. Der Einsatz dieser Methode bietet sich in jedem Fall bei größeren Schüttungen (Stein- und Felsschüttungen) an. Hier kann die Volumenermittlung mit diesem Verfahren erfolgen, so dass hier, wo Densitometerverfahren oder Verfahren, die für Lockergesteine mit Größtdurchmesser > 63 mm nicht geeignet sind, ersetzt werden können.

Qualitätssicherung Gabionen

Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Bestimmung der Qualität von befüllten Drahtschotterkörben (Gabionen). Oftmals besteht hier die Diskussion, ob und wie die Schüttung erfolgt ist. War diese hohlraumarm und gleichmäßig und entspricht diese den statischen Vorgaben oder nicht? Hierzu kann die Photogrammetrie analog eingesetzt werden.

Abb. 3.5-1: Untersuchung Hohlraumgleichmäßigkeit

Abb. 3.5-2: Untersuchung Hohlraumgleichmäßigkeit

Bei der Anwendung der Photogrammetrie für diesen Einsatzzweck wird analog vorgegangen. Mit hochauflösenden Fotos wird die gesamte Oberfläche der Gabionen erfasst, ein 3D-Modell erstellt und aus dem 3D-Modell ein Hohlraumgehalt ermittelt. Neben dem Hohlraumgehalt können hier Verformungen der Wandoberfläche, Steingrößen, Drahtabstände, Einsatz von Verbindungsmitteln und Fehlstellen flächendeckend erfasst werden.

Zusammenfassung

In den vorangegangenen Abschnitten wurden die Randbedingungen für den Einsatz für Drohnentechnologie und Photogrammetrie sowie deren Einsatzfelder am praktischen Beispiel erläutert. Als Fazit kann folgendes aus den Untersuchungen abgeleitet werden:

• Photogrammetrie in Verbindung mit Drohnentechnologie ist ein einfaches und schnelles sowie kostengünstigstes Ver fahren zur Ermittlung von Volumina, Verformungen und speziellen Aufgabenstellungen in der Geotechnik.
• Die kontaktlose Messung gestattet in Verbindung mit den hinterlegten Fotos eine hochpräzise und genaue Planung. Diemit den hinterlegten Fotos erreichbare Informationsdichte ist deutlich höher als bei konventionellen Vermessungen.
• Grundlage der Planung ist immer ein 3D-Modell. Auf dieser Grundlage können effizientere Variantenuntersuchungen und -betrachtungen als bei konventionellen 2D-Planungen durchgeführt werden. Mengen und Massen sind genauer zu ermit teln und präziser in Ausschreibung und Planung umzusetzen.
• Es besteht die Notwendigkeit einer Kalibrierung der Modelle und Systeme. Eine Georeferenzierung ist hier zwingend not- wendig.
• Für das Verfahren ist die Beobachtungsmethode nach DIN 1054 auch für größere Maßnahmen und dauerhaften Einsatz möglich und kann hierfür empfohlen werden.
• Für die Bauwerksüberwachung nach DIN 1076, speziell für Gabionen- und KBE-Konstruktionen, ist das Verfahren eine op- timale Methode zur flächendeckenden Verformungsermittlung und zum Nachweis der erreichten Ausführungsqualität.

LITERATUR

/1/ Bundesanstalt für Straßenwesen (2013). ZTV-ING – Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten, FGSV Verlag;

/2/ Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (2017). Rückinformation-EBW-PRÜF – Richtlinie zur einheitlichen Erfassung, Bewertung, Aufzeichnung und Auswertung von Ergebnissen der Bauwerksprüfungen nach DIN 1076;

/3/ Čuboň, P. (2017). Masterarbeit – Einsatzmöglichkeiten und Anwendungsgebiete von Photogrammetrie / Drohnen in der Geotechnik;

/4/ Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (2017). Die neue Drohnen-Verordnung, available: http://www.bmwi.de/SharedDocs/DE/Publikationen/LF/flyer die-neue-drohnen-verordnung.pdf