Der Jangtsekiang ist die Lebensader von Zhenjiang und eine ständige Bedrohung. Um sich auf Überschwemmungen vorzubereiten, haben die örtlichen Behörden eine wirklich große Drohnenkarte erstellt.
Zhenjiang ist einer der verkehrsreichsten Häfen Chinas. Allein im Jahr 2013 wurden über 140 Millionen Tonnen Fracht über den Binnenflusshafen transportiert. Aufgrund seiner Nähe zum Jangtsekiang und zum Großen Kanal ist Zhenjiang seit Jahrhunderten ein wichtiger Verkehrsknotenpunkt.
Doch die Wasserstraßen, die der Präfektur so viel Wohlstand bescheren, treten gelegentlich über.
Um die Risiken von Überschwemmungen besser zu verstehen, die Ökologie des Flussufers zu stärken und zu erhalten und die Art und Weise zu verstehen, wie das Flussufer entwickelt und genutzt wird, hat die Volkskommunalregierung von Zhenjiang ein hochauflösendes Orthofoto in Auftrag gegeben. Mehr als 400 Quadratkilometer wurden damit kartiert MMC Drohne und Pix4Dmapper.
Das Hochwasserschutzbüro der Stadt Zhenjiang liegt nur einen kurzen Spaziergang vom Jangtsekiang entfernt. Im Juli 2019 konnten die Mitarbeiter den Fluss vom Büro aus deutlich sehen: nicht aus den Fenstern, sondern auf einem riesigen Orthofoto, das aus 21.000 Bildern erstellt wurde, die 400 Quadratkilometer darstellen.
Groß angelegtes Drohnen-Mapping für ein Großprojekt
Das Städtische Hochwasserschutzbüro hatte einen klaren Auftrag: hochauflösende Orthofotos der 100 km langen Küste des Jangtsekiang und 500 m auf beiden Seiten zu erstellen. Das Projektgebiet erstreckte sich vom Fluss Dadao in der Stadt Jurong im Westen bis zur Stadt Xilaiqiao in der Stadt Yangzhong und umfasste auch einige Inseln im Fluss.
Das 400 Quadratkilometer große Gebiet sollte mit einer Bodenprobenentfernung von nur 8 cm kartiert werden.
Während groß angelegte Drohnenkartierung wurde schon einmal erreicht, es ist eine große Herausforderung für jedes Team. Mit der Griflion M8-Drohne glaubte das Städtische Hochwasserschutzamt, das richtige Werkzeug für diese Aufgabe zu haben.
Vertikal startende und landende Drohnen (VTOL) vereinen die Vorteile von Starrflügel- und Multirotor-Drohnen. Wie Multirotor-Drohnen können VTOL-Drohnen nahezu überall starten und landen, verfügen jedoch über die höhere Fluggeschwindigkeit und längere Akkulaufzeit, die mit Starrflügeldrohnen verbunden sind.
Das Team entschied sich für ein MMC Griflion M8 Drohne, ausgestattet mit einer hochauflösenden Kamera und einem RTK/PPK-System für genaue Kartierung.
Kontrollen vor dem Flug: Gewährleistung präziser Ergebnisse
RTK/PPK ist bemerkenswert genau, aber für ein so großes und wichtiges Projekt wollte das Team die Genauigkeit seiner Ergebnisse bestätigen und eine Möglichkeit finden, den Erfolg des Projekts zu veranschaulichen.
Zwei Tage vor Flugbeginn markierte das Projektteam zusätzliche Kontrollpunkte im gesamten Vermessungsgebiet. Den Best Practices für ein Korridorkartierungsprojekt folgend wurden die Bodenkontrollpunkte sorgfältig in einem versetzten oder „Zickzack“-Muster platziert. Alle Bodenkontrollpunkte wurden vermessen, so dass sich das Team absolut sicher sein konnte, was die Ergebnisse angingen. Das fertige Projekt umfasste insgesamt 160 Bodenkontrollpunkte und Kontrollpunkte.
Den Plan in die Tat umsetzen
Am frühen Morgen erwachte die Drohne summend zum Leben. Seine orangefarbenen Flügel erstreckten sich über zweieinhalb Meter und ragten in den Himmel.
Vor dem Start lud der Pilot die vorab geplante Route auf die Drohne hoch. Um eine genaue Rekonstruktion zu gewährleisten und die erforderliche GSD von 8 cm zu erreichen, legte das Team eine frontale Überlappung von 75 % und eine seitliche Überlappung von 70 % fest.
Das Team verfolgte die Drohne, während sie den ersten der 41 für das Projekt erforderlichen Flüge absolvierte. Eine Stunde nach dem Start kehrte der Griflion sicher zurück: Seine RTK-Basisstation sorgte nicht nur für Genauigkeit, sondern half ihm auch, den Weg nach Hause zu finden.
Nach einer kurzen Inspektion packte der Pilot die Drohne ins Auto und fuhr zum nächsten Startpunkt. In den folgenden Tagen wurde der Vorgang noch 40 Mal wiederholt.
Tägliche Datenverarbeitung
Die Drohnenflüge erstreckten sich über 15 Tage, doch im Büro warteten die Mitarbeiter nicht auf den Abschluss der Flüge, bevor sie mit der Arbeit begannen.
Minyi Pan von Pix4D erklärt: „Aufgrund des Umfangs dieses Projekts war es besonders wichtig, frühzeitig mit der Verarbeitung zu beginnen. Es wäre Zeit- und Energieverschwendung, zu einem bereits abgedeckten Fluggebiet zurückzukehren, um fehlende Bilder noch einmal aufzunehmen. Das frühzeitige Erkennen möglicher Probleme könnte dem Team viel Zeit sparen.“
Die Teammitglieder importierten die Daten in Pix4Dmapper und überprüften die Bildüberlappung. Die Option „Schnelle Verarbeitung“ von Pix4Dmapper ermöglichte es dem Team, selbst große Datensätze schnell zu überprüfen, und der Qualitätsbericht bestätigte, dass die Ergebnisse zuverlässig waren. Bei einem längerfristigen Großprojekt war das Wetter ein Problem. Da sich das Licht von einem Tag zum anderen änderte, änderte sich auch die Leuchtkraft der Bilder, was zu Streifenbildung in den zusammengeführten Ausgaben führte.
„Manchmal war das Wetter in einer Sekunde klar und in der nächsten stürmisch“, fährt Frau Pan fort. „In diesem Teil Chinas sind Winde der Kategorie sechs oder sieben keine Seltenheit. Doch trotz des schlechten Wetters und anderer Herausforderungen waren wir mit den Ergebnissen sehr zufrieden.“
Nach 15 Flugtagen das MMC-Team hatte 400 Quadratkilometer zurückgelegt und mehr als 21.000 hochwertige Drohnenbilder mit einer Auflösung von 42 Millionen Pixeln aufgenommen. Nachdem das Team die schnell verarbeiteten Daten überprüft hatte, wurden sie auf einer höheren Ebene erneut verarbeitet.
Einfacher Arbeitsablauf, genaue Ergebnisse
In einer informellen Umfrage stimmten die meisten unserer Benutzer zu, dass ein „großes“ Projekt mehr als 10.000 Bilder umfasst.
Das Jangtse-Projekt umfasste über 21.000 Bilder mit jeweils 42 Megapixeln.
Trotz der Größe des Projekts war die Verarbeitung in Pix4Dmapper unkompliziert.
Dank der RTK/PPK- und Bodenkontrollpunkte konnte das Team einen Standard-Workflow nutzen. „Der klassische ‚Drei-Schritte-Workflow‘ überlässt den Großteil der Arbeit dem Computer!“ fügt Frau Pan hinzu. Die Bilder wurden zu einem kontinuierlichen, unverzerrten und messbaren Bild zusammengefügt: einem Orthofoto.
Das Team erzielte mit den Standardeinstellungen hervorragende Ergebnisse und stellte fest, dass Pix4Dmapper zwar einige Zeit für die Verarbeitung eines so großen Datensatzes brauchte, dafür aber nur minimale menschliche Eingriffe erforderte.
Das Team stützte sich auf die rayCloud, um Bodenkontrollpunkte zu markieren. Nachdem Sie einige Verbindungspunkte manuell markiert haben, übernimmt die Software und markiert automatisch die restlichen Punkte. Obwohl möglicherweise eine kleine manuelle Feinabstimmung erforderlich ist, berichtet das Team, dass die Funktion „sehr praktisch und praktisch“ ist!
Die Ergebnisse wurden im Qualitätsbericht überprüft, um sicherzustellen, dass sie den Projektanforderungen entsprechen.
Warum Drohnen für groß angelegte Kartierungen verwenden?
Drohnen scheinen für ein Projekt dieser Größe eine ungewöhnliche Wahl zu sein. Doch Leichtflugzeuge sind unerschwinglich teuer und logistisch schwierig. Satellitenbilder mögen wie die Antwort erscheinen, aber sie haben einfach nicht die erforderliche Auflösung.
Obwohl unser Himmel voller Satelliten ist, sind die verfügbaren Bilder nicht immer aktuell. Ein klares Beispiel ist ein Basketballplatz, der zum Zeitpunkt der Aufnahme der Satellitenbilder noch nicht fertiggestellt war, auf dem Orthofoto jedoch leicht zu erkennen ist.
Orthofotos haben gegenüber zusammengesetzten Satellitenbildern einen weiteren Vorteil: Genauigkeit. Außer in den seltenen Bereichen, in denen das Gelände vollkommen flach ist, führt das Zusammenfügen von Bildern zu Artefakten, wenn die Fotos falsch ausgerichtet sind. Um dies zu berücksichtigen, berücksichtigen entzerrte Orthofotos die Höhe des Geländes durch das DSM (digitales Oberflächenmodell). Mit Drohnenbildern erstellte Orthofotos sind genauer.
Das Team war mit den natürlichen Farben der Orthofotos mehr als zufrieden und die gute Überlappung sorgte dafür, dass es nur sehr wenige Lücken gab.
Es ist sehr schwierig, Wasser als Orthomosaik zu rekonstruieren. Im Fluss traten einige „Risse“ auf, aber das Team konnte die Löcher mit dem Oberflächenwerkzeug in der RayCloud schließen und so das Erscheinungsbild des fertigen Modells deutlich verbessern.
Das Endergebnis wurde bereits einen Monat nach dem ersten Drohnenflug geliefert.
„Für die Datenannotation übertreffen die Genauigkeit und Auflösung dieser Orthofotos unsere Anforderungen bei weitem“, kommentierte der Leiter des Städtischen Hochwasserschutzbüros. „Pix4D ist nicht nur leistungsstark, sondern auch einfach zu bedienen, schnell einsatzbereit und erfordert keine großen Fachkenntnisse.“
Er fuhr fort: „Normalerweise verwenden wir kleine Drohnen, um kleine Flüsse und Seen zu fotografieren, unsere eigene Arbeit.“ Das Personal kann die Datenverarbeitung durchführen, um hochpräzise Orthofotos zu erstellen. Dieses Projekt, bei dem Pix4D Hunderte von Quadratkilometern an Daten verarbeitet, war erfolgreich und stärkte unser Vertrauen in die Verarbeitungskapazität großer Gebiete.“
Die Ergebnisse liegen vor, aber das Projekt geht weiter. Das Städtische Hochwasserschutzbüro der Stadt Zhenjiang plant, das Orthofoto des Jangtse-Flusses regelmäßig zu aktualisieren und die Technologie auf weitere Flüsse und Seen in Zhenjiang auszudehnen. Mit diesem beispielhaften Projekt hofft das Team, dass weitere Städte ähnliche Drohnenprogramme starten. Dies verbessert nicht nur die Widerstandsfähigkeit des Gebiets gegenüber Überschwemmungen, sondern könnte auch dazu führen, dass schließlich alle 6.300 Kilometer des Jangtsekiang kartiert werden.
