1. Mit Drohnen kann man vermessen

Eine Drohne kann nur fliegen. Wenn sie eine Kamera transportiert, kann diese fotografieren. Vermessen kann man dann mit den Fotos. Das Verfahren heißt Fotogrammetrie, ist fast so alt wie die Fotografie und ist nicht an Luftbilder gebunden. Aus Fotos kann man Elemente 3-dimensional rekonstruieren, sofern sie auf mehreren Fotos aus verschiedenen Perspektiven abgebildet sind. Wer mit Drohnen vermessen will, muss sich mit Fotografie und Fotogrammetrie befassen. Zentraler Begriff ist die Parallaxe.

2. Senkrechtaufnahmen sind Orthofotos

Lässt man "Ortho" weg, stimmt's. Orthofotos entstehen erst durch die 3-dimensionale Rekonstruktion der Umgebung als Punktwolke und deren Projektion auf eine mathematisch definierte Ebene. In einem Orthofoto kann man messen und Koordinaten bestimmen, in einer Senkrechtaufnahme nicht. Und wo kommt die Punktwolke her? Richtig - aus der fotogrammetrischen Auswertung.

3. Die zu vermessenden Objekte müssen möglichst regelmäßig fotografiert werden (im Kreis, im Raster, ...)

Die Objekte sollten aus möglichst unterschiedlichen Perspektiven, am besten sogar aus rechtwinklig aufeinander stehenden Richtungen fotografiert werden. Jede Hinterschneidung, jede Abschattung, jede Grabenunterkante, jede Sickenkante  in einer Fassade muss mindestens 2 mal auf verschiedenen Fotos auftreten. Je öfter, desto größer ist die Überbestimmung, desto genauer wird das Ergebnis. Die regelmäßige Anordnung der Standpunkte hilft uns nur, möglichst nichts zu vergessen. Bei stark gegliederten Objekten reicht aber diese Regel nicht aus, evtl. muss man stellenweise wesentlich dichter fotografieren. Ein Graus: bebaute Gebiete. Wo bei einer Geländerfassung ein Überflug mit entsprechenden Überlappungen reicht, kommen bei bebauten Gebieten noch 4 Überflüge hinzu, bei der die Kamera Schrägfotos von den Fassaden macht.

4. Vermessung mit Drohnen geht schnell

Das Fotografieren geht schnell. Das Vermessen, d.h. die fotogrammetrische Auswertung ist ein anspruchsvoller, Zeit und Ressourcen fressender Prozess. Die größten und schnellsten PCs sind zu langsam, um auf die Ergebnisse einer Geländeaufnahme vor dem Bildschirm warten zu wollen.

5. Zum Vermessen muss man fliegen

Alle Fotos lassen sich fotogrammetrisch auswerten, sofern die Objekte häufig und gut genug aus verschiedenen Perspektiven abgebildet sind. Ob diese Fotos "zu Wasser, zu Lande oder in der Luft" entstanden sind, ist ohne Bedeutung.

6. Für unsere Zwecke reicht eine einfache Kamera

ist der größte Irrtum. Für die neuzeitliche Fotogrammetrie mit Digitalfotos ist das Bildpixel der Messpunkt. Je größer der Pixelhaufen sein muss, aus denen das Fotogrammetrieprogramm in verschiedenen Fotos eine Identität ableiten kann, desto geringer wird die Genauigkeit bis zur Unbrauchbarkeit. Die Fotos müssen hochauflösend und scharf sein. Profikameras benutzen für schärfste Abbildungen einen Sensor, der nur Helligkeitsinformationen registriert. Die Farb- und Infrarotinformationen werden separat in geringerer Auflösung aufgezeichnet und im Postprocessing zugemischt.

7. RAWs, TIFs und PNGs sind zu groß, wir arbeiten mit JPGs

Wer sich schon einmal ein JPG-Foto pixelgenau angeschaut hat, erkennt in Farbverlaufsflächen Muster, an scharfen Kanten Säume. Diese in der Realität nicht existierenden Bildbestandteile nennt man Kompressionsartefakte. Sie sind Folge einer verlustbehafteten Komprimierung. Sie sind zwar kaum zu sehen, haben aber in jedem Foto einen anderen Inhalt und ihre Pixel bleiben Messpunkte. Im besten Falle braucht das Fotogrammetrieprogramm nur länger und es enstehen in der 3D-Wolke Punkte, die nie existierten. Die Wolke rauscht.

Mit jeder verlustbehafteten Komprimierung werden also Messwerte verfälscht. Die Speicherung als JPG z.B. bringt bei der Verarbeitung eh keinen Vorteil. Für die Verarbeitung im Hauptspeicher eines Rechners wird die ursprüngliche Auflösung wieder hergestellt, nur dass die unvermeidlichen und verfälschenden Kompressionsartefakte jetzt Teile des Fotos sind und bleiben.

Resümee

Klar kann man mit Drohnen auch vermessen, und das mache ich auch - wenn's passt. Aber nur weil es geht und gerade gehypt wird, muss man es nicht präferieren. Jedes Messverfahren (Fotogrammetrie, Elektrooptisch, RTK-GPS, Laserscan) hat aufgrund seiner technologischen Eigenschaften und Beschränkungen seine bevorzugte Spielwiese.
Für die Kombination Drohne + Fotogrammetrie wären das für mich:

• Fassaden
• Dächer
• Steinbrüche
• Kiesgruben
• Halden

allgemein:

• kleinräumige Gelände ohne Überhänge, Mauern und steile Gräben
• Fotos von Standpunkten, die man ohne Drohne nicht erreicht