Erstellen von 3D-Umgebungsmodellen aus Drohnenaufnahmen
Creators: name: Fernandes Costa, Daniel
Publisher: name: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Year: 2023
Subjects: 006: Spezielle Computerverfahren
500: Naturwissenschaften

description: Drohnen haben in den letzten Jahren an grosser Beliebtheit und Verbreitung gewonnen. Der Einsatz von Drohnen ist mittlerweile massentauglich geworden und eine Vielzahl von Anwendungsbereichen haben sich daraus ergeben. Zudem sind Drohnen benutzerfreundlicher geworden, was die Bedienung und Steuerung erleichtern. Die Kartierung und die Erstellung von 3D-Umgebungsmodellen ist ein solcher Anwendungsbereich und wird Drone Mapping genannt. Obwohl Drone Mapping viele Vorteile bietet, sind diverse Herausforderungen zu beachten. Um die Herausforderungen bezüglich Qualität und Genauigkeit beim Drone Mapping zu verstehen, wird die nachfolgende Forschungsfrage gestellt: Können mit Hilfe handelsüblicher Drohnen hochauflösende 3D-Gebäude- und Umgebungsmodelle für unterschiedliche Einsatzzwecke erstellt werden und welche Schritte und Tools sind hierzu notwendig. 
Um diese Fragestellung zu beantworten werden relevante Kennzahlen und Messgrössen für die Bestimmung der Qualität von 3D-Umgebungsmodellen herangeführt. Zudem werden Parametereinstellungen betrachtet, um die Qualität des Drone Mappings zu verbessern. Eine besondere Herausforderung beim Drone Mapping ist ein meistens begrenztes Zeitfenster, für die Durchführung der Aufnahmen. Das Zeitfenster kann eingeschränkt werden aufgrund der Akkulaufzeit, von sich verändernden Wetterverhältnissen oder aufgrund des bewilligten Zeitfensters für die gefahrenlose Durchführung der Drohnenflüge. Nebst der technischen Problemstellung ist die begrenzte Verfügbarkeit von aktuellen 3D-Umgebungsmodellen in bestimmten Gebieten, eine weitere Herausforderung. Um dem Aspekt der Effizienz gerecht zu werden, wird untersucht, wie Abläufe zur Erstellung von 3D-Umgebungsmodellen hinsichtlich Kennzahlen und Messgrössen optimiert werden können. Die Prozesskette des Drone Mappings umfasst die Planung und Durchführung eines Fluges für die Generierung der Daten, die Georeferenzierung der Daten, sowie die Erstellung diverser Erzeugnisse und dessen qualitative Bewertung. Um die genannten Fragestellungen zu beantworten, wurden diverse Szenarien erstellt, um unterschiedliche Parametereinstellungen zu testen. Die Präsentation und Diskussion der Ergebnisse zeigt ein hohes Optimierungspotenzial bei der adäquaten Wahl der Parameter, insbesondere hinsichtlich Flugdauer und Verarbeitungszeit der erhobenen Daten.
Unter Berücksichtigung der Qualitäts- und Genauigkeitsanforderungen eines jeweiligen Projektes und basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen ist festzuhalten, dass auch mit handelsüblichen Drohnen gute Ergebnisse erzielt werden können. Es ist allerdings zu beachten, dass eine Optimierung auch zu einer bewussten Qualitätsminderung führen kann, insbesondere wenn eine bessere Qualität keinen Mehrwert generiert. Als weiterführendes Forschungsprojekt dieser Arbeit, können weitere Optimierungen der Abläufe, aber auch automatische Qualitätsanalysen durch den Einsatz von Machine Learning-Algorithmen untersucht werden.