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Physik | Technik
Marius Robinson, 2001 | Trin Mulin, GR
In dieser Arbeit wurde untersucht, wie aus Drohnenbilder abgeleitete topografische Daten den Zeitaufwand fürs Kartieren einer alpinen Orientierungslaufkarte beeinflussen, im Vergleich zu den normalerweise benutzten Grundlagendaten von Swisstopo. Diese Drohnendaten sollen ermöglichen, vor allem Zeit im Gelände zu sparen. Erschwerend kommt bei alpinen Karten nämlich hinzu, dass die Anreise oft sehr lange ist und nicht bei jedem Wetter im Gelände kartiert werden kann. Die erwartete Zeitersparnis konnte nachgewiesen werden, jedoch nur in Gebieten mit einer relativ grossen Anzahl von Kartenobjekten. Dort konnte etwa ein Viertel der Zeit eingespart werden, wobei Anreiseweg und Wettereinflüsse nicht berücksichtigt wurden. Da Drohnendaten jedoch nicht kostenlos zur Verfügung stehen, müssen deren Beschaffungskosten berücksichtigt werden.
Fragestellung
Das aus den Drohnenbildern gewonnene Orthofoto und Höhenmodell, die für diese Untersuchung verwendet wurden, weisen gegenüber den Grundlagendaten von Swisstopo eine um ein Mehrfaches bessere Auflösung auf. Das Ziel des Projektes war es deshalb, zu untersuchen, ob und wie diese genaueren Grundlagendaten die Kartierung einer alpinen Orientierungslaufkarte verkürzen und vereinfachen können.
Methodik
Ein Teilperimeter der Karte wurde mittels der aus der Drohnenbefliegung gewonnenen Daten kartiert, der andere Teil mit den vorhandenen Daten von Swisstopo. Für den Teil der Karte mit drohnenbasierten Daten musste dabei zuerst mittels einer Software aus den Drohnenbildern das Orthofoto und das Höhenmodell erstellt werden.
Bei der Wahl der beiden Gebiete wurde darauf geachtet, dass sie topografisch morphologisch möglichst ähnlich sind. Zudem wurden sie in je drei Subperimeter aufgeteilt, um detailliertere Resultate zu bekommen. Für die zeichnerische Erstellung der Karte wurde bereits vor der Feldbegehung möglichst viel anhand der Grundlagendaten vorgezeichnet. Diese Karte bildete die Grundlage für die Aufnahme im Gelände und wurde danach am Computer komplettiert. Schlussendlich erfolgte noch eine letzte Feldbegehung zur Kontrolle der gesamten Karte. Während der ganzen Kartierung wurde die Zeit erfasst, um die erwartete Zeitersparnis quantifizieren zu können.
Ergebnisse
Die aus den Drohnenbildern gewonnenen Grundlagendaten wiesen eine Auflösung von etwa 5 cm/Pixel auf, während die Daten von Swisstopo eine Auflösung von circa 50 cm/Pixel hatten, was einer etwa 10x schlechteren Auflösung entspricht. Die Verwendung dieser detaillierteren Daten brachte aber in den beiden Teilgebieten mit eher wenigen Objekten keine nachweisbare Zeitersparnis, während in den anderen Teilgebieten mit relativ vielen Objekten etwa ein Viertel der Zeit eingespart werden konnte. Grundsätzlich dauerte das Vorzeichnen am Computer mit Drohnendaten länger, da mehr vorgezeichnet werden konnte. Dafür konnte im Gelände und danach beim Ergänzen der Geländeaufnahme Zeit eingespart werden. Die detaillierteren drohnengestützten Daten führten schlussendlich aber nicht bei allen Objektarten zur gleichen Zeitersparnis.
Diskussion
Mit den drohnengestützten Daten konnte Zeit eingespart werden, jedoch nicht unbedingt im aufgrund der unterschiedlichen Bildauflösung erwarteten Umfang. Ein Grund dafür ist, dass eine Geländebegehung trotz genauerer Daten nicht hinfällig wird und eben trotzdem das ganze Gebiet abgelaufen werden muss. Dies führt dazu, dass der Zeitaufwand in Gebieten mit wenigen Objekten nicht wesentlich geringer wird. In Gebieten mit vielen Objekten führen die Drohnendaten hingegen zu einem einen markanten Unterschied, da dort der Zeitaufwand im Gelände verringert werden konnte, weil mehr Kartenobjekte vorgezeichnet werden konnten.
Schlussfolgerungen
Mit drohnengestützten Daten lässt sich bei der Kartierung einer alpinen OL-Karte Zeit einsparen. Die Verwendung dieser Daten lohnt sich aber nur, wenn das Gebiet eher viele Einzelobjekte aufweist. Ebenfalls muss berücksichtigt werden, dass drohnengestützte Daten nicht kostenlos verfügbar sind. Falls die Grundlagendaten sowieso erworben werden müssen oder in Ländern, die über keine qualitativ vergleichbaren Grundlagendaten verfügen, lohnt es sich deshalb eher, drohnengestützte Daten für die Kartierung zu beschaffen oder allenfalls selbst zu erstellen.
Zukünftige Verbesserungen wären wohl am ehesten beim Kartenzeichenprogramm umsetzbar. Eine hypsometrische Einfärbung der Objekthöhe oder -tiefe würde helfen, auch Kuppen und Senken auf den Grundlagendaten sichtbar zu machen. Später könnte angestrebt werden, Objekte automatisch aus solch detaillierten Grundlagendaten zu erkennen, um den Aufwand für das Kartenzeichnen weiter zu reduzieren.
Würdigung durch den Experten
Prof. Dr. Lorenz Hurni
Marius Robinson vergleicht die Eignung kommerzieller Höhenmodell- und Orthofoto-Daten mit eigens drohnengestützt erhobenen, etwa 10-fach höher aufgelösten Daten; dies mit dem Ziel der digitalen Erstellung einer grossmassstäbigen OL-Karte im alpinen Gelände. Die Untersuchungen zur Effizienz der Aufnahme- und Kartiermethoden und zur Erkennbarkeit topografischer Objekte werden umfassend, übersichtlich und nachvollziehbar präsentiert. Marius Robinson liefert damit wertvolle Grundlagen für die zukünftige Erstellung von OL-Karten, aber auch von professionellen topografischen Landschaftsmodellen.
Prädikat:
sehr gut
Bündner Kantonsschule, Chur
Lehrer: Adrian Puntschart