Fallstudie Hagelschaden 3D Dachinspektion Erstellung eines 3D-Modells durch Photogrammetrie und Begutachtung der Dachschäden mit Detailaufnahmen Autor: Matthias Pletl Firma: BavarianDrone (www.bavarian-drone.de) Projektzeitraum: Sommer 2018 Kunde: Lokales Architekturbüro Equipment: DJI Inspire 1 mit X5 Kamera
Inhaltsverzeichnis Projektbeschreibung... 1 Was ist Photogrammetrie?... 1 Planung des Drohnenflugs... 2 Begutachtung der Schäden und Abnutzungen... 3 Erstellung des 3D-Modells... 7 Auswertung der erstellten Medien... 9
Projektbeschreibung Im Sommer 2018 wurde die Außenfassade von mehreren Gebäuden durch einen Hagelsturm schwer beschädigt. Um die Reparaturkosten der Kirche kalkulieren zu können und die genauen Stellen der Schäden ausfindig zu machen, wurde der Drohnen-Dienstleister BavarianDrone beauftragt. Durch den Einsatz einer Drohne wurden Kosten für ein Gerüst und mehrere Personenstunden vermieden, zudem entfiel auch das Risiko des Absturzes einer Person vom Dach des Gebäudes. Ziel war es, ein maßgetreues 3D-Modell mittels Photogrammetrie einer Kirche zu erstellen und das Dach auf Hagelschäden zu begutachten. Dabei wurden mehrere Detailaufnahmen der Schäden erstellt. Was ist Photogrammetrie? Photogrammetrie ist ein Verfahren zur Herstellung von Messbildern, Grund- und Aufrissen aus fotografischen Bildern. Dabei werden mit dem Copter viele Bilder aus verschiedenen Winkeln vom jeweiligen Objekt erstellt. Die einzelnen Bilder werden dabei mit den GPS-Koordinaten des Copter getaggt. Anschließend kann anhand der Bilder und den GPS-Koordinaten ein 2D- bzw. 3D-Modell mittels einer Software errechnet werden. Durch dieses Verfahren beträgt die Genauigkeit des Modells zwischen 10-15 cm. Um die Genauigkeit des 3D-Modells weiter zu erhöhen, können sogenannte Ground-Control- Points (GCP) eingesetzt werden. Mit dieser Methode werden pro Objekt etwa 4-5 Messpunkte am Boden festgelegt. Durch einen externen GPS-Sensor werden die Koordinaten dieser Punkte gemessen und für die spätere Auswertung gespeichert. In den fertigen Bildern müssen die Messpunkte sichtbar sein, damit diese in der Nachbearbeitung zu den gemessenen GPS-Koordinaten einzeln zugeordnet werden können. In diesem Projekt wurde nicht mit CGP gearbeitet, da keine genaue Vermessung des Modells notwendig war. Abbildung 1: Ground Control Point zur genaueren Vermessung 1
Planung des Drohnenflugs Vor dem Flug wurde bereits am Computer die Flugroute für die 3D-Vermessung erstellt. Am Einsatzort angelangt, wird diese gespeicherte Route auf den Copter hochgeladen und anschließend automatisch abgeflogen. Der automatische Flug für die Vermessung bietet im Gegensatz zum manuellen Flug mehrere Vorteile: Geringes Risiko von Flugfehlern Bilder werden zum optimalen Zeitpunkt erstellt Keine fehlenden Datensätze Optimale Ausnutzung der Akkukapazität Abbildung 2: Eingesetzter Quadrocopter mit stabilisierter Kamerahalterung Abbildung 3: Planung der Flugroute
Begutachtung der Schäden und Abnutzungen Nachdem die Bilder für die Vermessung erstellt wurden, folgten anschließend weitere Flüge für die Dachinspektion. Diese Flüge wurden manuell durchgeführt, da hier eine präzise Steuerung des Copters sehr nahe am Gebäude notwendig war. Im Folgenden eine Auswahl an erstellten Bildern: Abbildung 4: Detailaufnahme seitlicher Zwiebelturm
Abbildung 5: Detailaufnahme Schrägdach Abbildung 6: Detailaufnahme Dach-Rückseite
Abbildung 7: Detailaufnahme Zwiebelturm
Abbildung 8: Detailausschnitt Zwiebelturm Abbildung 9: Kirche Draufsicht
Erstellung des 3D-Modells Aus den 100 erstellten Bildern wurden mit einer Cloud-Software die 2D- und 3D-Modelle gerendert. Die Ergebnisse stehen in verschiedenen Formaten zur Verfügung: Ausgabeformate GeoTIFF (TIF) Full Resolution Image (JPG) DEM (TIF) Colorized DEM GeoTIFF (TIF) Colorized DEM (JPG) 3D Google Earth (KMZ) Point Cloud (LAS) Point Cloud XYZ RGB (TXT) 3D Model (OBJ) 3D Material (MTL) 3D Texture (JPG) Da sich das Projekt hauptsächlich auf die Dachfläche der Kirche bezieht, wurde die Flugroute für die Vermessung so eingestellt, dass das Dach vollständig abgebildet wird. Dabei wurden weniger Bilder vom Zwiebelturm erstellt. Die geringe Überlappung am Turm zeigt sich durch die fehlerhafte Darstellung im Modell. Anbei befinden sich Screenshots des 3D-Modells, sowie die erstellten 2D-Modelle: Abbildung 10: 3D-Modell Vorderansicht
Abbildung 11: 3D-Modell Draufsicht Abbildung 12: Vermessung der Dachfläche in ft 2
Abbildung 13: Einbindung des Modells in Google Maps Auswertung der erstellten Medien Die Detailaufnahmen wurden zusammen mit den 3D-Modellen an das zuständige Architekturbüro zur genaueren Auswertung weitergegeben. Durch die Schadensanalyse aus der Luft konnte der aufwändige Aufbau eines Gerüsts zur Begutachtung eingespart werden. Aus den erstellten Aufnahmen konnten die Reparaturmaßnahmen sicher geplant und schnell realisiert werden.