Drohnen und DEMS vs. DTMS vs. DSMS

Leitfaden zu digitalen Geländemodellen, digitalen Höhenmodellen und digitalen Oberflächenmodellen für die Vermessung mit Drohnen: was sie sind, ihre Unterschiede, Anwendungen und wie sie LiDAR und Photogrammetrie mit Drohnen unterstützen können.

Wenn Sie eine Drohne zur Vermessung einsetzen, werden Sie wahrscheinlich auf die Begriffe Digitales Geländemodell, Digitales Höhenmodell und Digitales Oberflächenmodell stoßen.

Aber was genau sind sie, was sind die Unterschiede und wie können sie helfen?

Lesen Sie weiter, um es herauszufinden.

Digitale Höhenmodelle

Digitale Höhenmodelle, auch bekannt als DEMs, sind eine visuelle Darstellung der Höhendaten für jeden Punkt, der auf Ihrem Standort erfasst wurde.

Anstatt das tatsächliche Erscheinungsbild Ihres Standorts persönlich darzustellen, verwenden DEMs im Allgemeinen Farben, um Höhenunterschiede anzuzeigen, wie dieses Bild zeigt.

DEMs sind Rasterdatensätze oder Gitter, die den höchsten vertikalen Punkt (z) zeigen, der für jede horizontale Koordinate (x, y) aufgezeichnet wurde.

Je kleiner die Zellen im Raster sind, desto detaillierter sind die Informationen in einer DEM-Datendatei. Wenn Sie also mit vielen Details modellieren möchten, dann ist ein kleiner Rasterabstand (oder eine kleine Zellengröße) der richtige Weg.

Bei der Anzeige stellen diese Rasterdateien die Form des Geländes Ihrer Site dar, die als Referenz für die Topografie verwendet werden kann, an der Sie arbeiten.

Digitale Oberflächenmodelle und digitale Geländemodelle

Digitale Höhenmodelle (DEM) sind eine Obermenge von Digitalen Geländemodellen (DGM) und Digitalen Oberflächenmodellen (DSM).

Was ist also der Unterschied zwischen einem DTM und einem DSM?

• DTM : ein bloßes Oberflächenmodell. Mit anderen Worten, ausschließlich das Gelände und das Terrain charakterisieren.
• DSM : Die allgemeinste Form des Oberflächenmodells, das alle erfassten Punkte enthält, die natürliche und künstliche Merkmale darstellen. Ein DSM umfasst die Spitzen von Gebäuden, Bäumen, Stromleitungen und anderen Objekten. Im Wesentlichen ist es ein Canopy-Modell und sieht den Boden nur, wenn sich nichts anderes darüber befindet.

Die folgende Tabelle ist ein einfaches Diagramm, das die Unterschiede zwischen einem DTM und einem DSM zeigt. Beachten Sie, wie das DTM (orangefarbene Linie) dem Boden folgt, während das DSM (grüne Linie) den Strukturen auf der Oberfläche folgt, d. h. der Spitze des Hauses und dem Baum.

Wie verhält sich dies also zu einem realen Datensatz? Das folgende Beispiel demonstriert dies mit dem DTM links und dem identischen DSM rechts.

Beachten Sie erneut, wie das DSM die Dächer von Häusern und Grünflächen anzeigt; Funktionen, die im Bare-Earth-DTM nicht vorhanden sind.

Wie können Drohnen helfen, DEM, DSM und DTM zu generieren?

Drohnen sind ein kostengünstiges, schnelles und effektives Datenerfassungstool zur Generierung von DEM, DSM und DTM.

Technologische Fortschritte in den letzten Jahren haben zur Entwicklung von Drohnen geführt, die Photogrammetrie- und LiDAR-Missionen durchführen können.

Beide Anwendungen sind grundlegend für die Erstellung von DEM, DSM und DTM. Unser LiDAR vs. Photogrammetrie-Leitfaden präsentiert einen ausführlichen Vergleich zwischen den beiden, aber auf den Punkt gebracht:

• LiDAR : Ein Akronym für Light Detection and Distance. LiDAR sendet Lichtimpulse an die Erdoberfläche oder ein Merkmal darauf und misst die Zeit, die zur Reflexion benötigt wird. Dies liefert einen genauen Positionspunkt, wo auf der Erdoberfläche der Laser auftrifft, und diese Daten können verwendet werden, um eine 3D-Punktwolke zu erstellen, die das Gelände, die Topographie und die Merkmale des gescannten Gebiets darstellt.
• Photogrammetrie - die Kunst, hochauflösende Fotos aufzunehmen, um einen markanten Bereich nachzubilden. Diese Bilder werden mit ausgeklügelter Software verarbeitet und zusammengeführt, um realistische, georeferenzierte und messbare 3D-Modelle der realen Welt zu erstellen.

Wie oben hervorgehoben, gibt es deutliche Unterschiede zwischen LiDAR und Photogrammetrie.

Daher ist eine sorgfältige Überlegung erforderlich, bevor diese Drohnen-Mapping-Techniken für die DTM-, DSM- und DEM-Generierung implementiert werden.

LiDAR beispielsweise ist im Vergleich zur Photogrammetrie besonders effektiv für die DTM-Datenerfassung, insbesondere in Gebieten mit hoher Vegetation.

Woher? Denn LiDAR kann naturgemäß die Zwischenräume zwischen Blättern und Ästen bis zum Boden durchdringen und so genauere Bodendaten gewinnen.

Umgekehrt kann die Vegetation die Drohnen-Photogrammetrie daran hindern, eine genaue Darstellung der Bodentopographie zu erhalten – im Wesentlichen erfasst sie nur Merkmale, die aus der Erdoberfläche herausragen.

Diese hervorragende Grafik unten – erstellt von Ben Bishop, Technischer Direktor von Flythru Limited – zeigt den Unterschied zwischen LiDAR und Photogrammetrie für die DTM-Generation.

In diesem Beispiel sind die LiDAR-Daten rosa und die Photogrammetrie blau. Beachten Sie, dass die Photogrammetrie großartige Arbeit bei der Erfassung von Baumkronen leistet, aber nicht mit LiDAR konkurrieren kann, wenn es darum geht, Bodeninformationen in von Vegetation verdeckten Bereichen zu erhalten.

Aus diesem Grund wird die Photogrammetrie für DSMs effektiver.

Denken Sie daran, dass DSMs sowohl natürliche als auch auf der Erdoberfläche gebaute Merkmale darstellen, wie z. B. Baumkronen und Veränderungen in der Vegetation.

Daher sind die während einer Photogrammetrie-Mission gesammelten hochauflösenden Bilder nützlich, um diese Art von Karten zu erstellen. Aber auch für DSMs kann LiDAR eingesetzt werden.

Die besten Drohnen für DEM, DSM und DTM

DJI hat eine Reihe von Drohnen für Luftvermessungsmissionen entwickelt, insbesondere die M300 RTK und die Phantom 4 RTK.

Unter ihnen eignet sich die M300 RTK am besten zum Erstellen dieser Modelle, da sie in Photogrammetrie- und LiDAR-Kameras integriert werden kann.

Die DJI Zenmuse P1 (unten links) ist eine spezielle photogrammetrische Kamera mit einem 45-MP-Vollbildsensor, während die DJI Zenmuse L1 (unten rechts) ein LiDAR-Sensor mit Photogrammetriefunktionen ist.

Die M300 RTK gepaart mit der P1 oder L1 macht Befliegung gut zugänglich, insbesondere im Fall der LiDAR-Datenerfassung. Und dank einer Kombination aus der erhöhten Stärke der Drohne und individuellen Kameraspezifikationen stellt diese Paarung eine unglaublich effiziente Kartierungslösung dar, die große Bereiche in kurzer Zeit abdeckt.

Inzwischen ist die Phantom 4 RTK Es ist eine kompakte Lösung zur Drohnenerkennung in geringer Höhe, verfügt jedoch über eine fest installierte photogrammetrische 20-Megapixel-Kamera. Obwohl es sich um ein effektives Drohnenerkennungstool handelt, fehlt ihm daher die Vielseitigkeit des M300 RTK, da es nicht in LiDAR integriert werden kann.

DEM, DSM und DTM - Arten von Anwendungen

DEMs – die DSM und DTM beinhalten – sind in Bereichen wie Infrastrukturmanagement, Hydrologie zur Bewältigung der Küstenerosion, Archäologie, Strömungsrichtungsstudien, Landnutzung und Stadtplanung und anschließende Erdrutsche von entscheidender Bedeutung.

Drohnen, DEM, DSM und DTM – Zusammenfassung

Die Drohnenerfassung ist zu einer wichtigen Industrieanwendung geworden, und DEM, DSM und DTM können einen wichtigen Teil von Kartierungsprojekten bilden.

Unbemannte Flugzeuge erleichtern die Erhebung der notwendigen Daten für diese Art von Modellen.

Die Wahl zwischen DEM, DSM und DTM hängt von der Art der erforderlichen Informationen ab, während die Wahl zwischen Photogrammetrie und LiDAR ebenfalls eine wichtige Überlegung ist.

Aber wie alle ausgehenden Daten im Zusammenhang mit der Drohnenerkennung bieten diese digitalisierten Assets detaillierte Einblicke in Ihre Baustelle, die die Entscheidungsfindung und den ROI fördern können.