Waarom worden drones de favoriete instrumenten van landmeetkundige professionals en wat is de perfecte landmeetkundige starterdrone?

Omdat nauwkeurigheid en betrouwbaarheid essentieel zijn voor landmeetkundige professionals, is het begrijpelijk dat velen hebben geaarzeld om drone-technologie toe te passen. Traditionele methoden werken, en zoals het oude gezegde luidt: als het niet kapot is, repareer het dan niet.

Maar er zijn misvattingen die aan de basis liggen van deze scepsis. Veel landmeetkundige projecten kunnen succesvol worden afgerond met de nauwkeurigheid die drones bieden. En hoewel er in sommige gevallen een prijskaartje hangt aan de nauwkeurigheid, zijn er enorme kosten-, tijd- en veiligheidsbesparingen te behalen bij het integreren van drones in traditionele workflows.  

Drones zijn transformatieve hulpmiddelen geworden in een reeks van industrieën. Landmeetkunde is niet anders, maar traditionele methoden zullen altijd een plaats hebben. Sterker nog, in sommige gevallen zijn ze de enige mogelijke oplossing.

Waarom stappen traditionele landmeters over op drones?

Tijdwinst, kostenbesparingen en verbetering van de veiligheid zijn de belangrijkste voordelen van drones voor een groot aantal sectoren. Alle drie hebben ze nu al invloed op het werk van landmeters.

Neem het voorbeeld van Altametris, een dochteronderneming voor gegevensverzameling en -analyse van de Franse spoorweggigant SNCF. Bij het vergelijken van verschillende methoden tijdens het onderzoek van een stuk spoorlijn, ontdekte het team dat de DJI Matrice 300 RTK en Zenmuse P1 payload samen de voorbereidingstijd van de operatie met twee uur verkortten. Dit komt doordat de ingebouwde RTK-module en de full-frame sensor van de Zenmuse P1 voldoende metadata leverden om het aantal benodigde Ground Control Points (GCP’s) effectief tot nul te reduceren. 

Voor Altametris waren voor eerdere metingen tot op 3 cm nauwkeurig 40 GCP’s per vierkante kilometer nodig. Ook zou een tijdrovende tacheometer moeten worden ingezet. 

Deze methoden nemen niet alleen kostbare uren in beslag, maar vereisen ook het fysiek hanteren van apparatuur op en dicht bij het spoor. Het is zowel een gevaarlijke als complexe plaats om te werken. De introductie van drones betekende minder uren op locatie, meer geautomatiseerde processen en minder risico voor de landmeters – en dat alles zonder in te leveren op de vereiste nauwkeurigheid. Sterker nog, de Zenmuse P1 blonk uit ondanks de slechte lichtomstandigheden.  

Door het aantal GCP’s dat nodig is voor landmeetkundige missies te verminderen, kunnen geavanceerde drones landmeters een enorme hoeveelheid tijd besparen. Maar het is vooral in ontoegankelijke of gevaarlijke gebieden waar de technologie het best tot zijn recht komt. Treinsporen zijn slechts één voorbeeld van een werkomgeving die veel beter geschikt is voor autonome machines. 

Het laatste punt dat moet worden opgemerkt is de hoeveelheid gegevens die met drones kan worden verzameld. Hoewel er maar een fractie van de mankracht nodig is, kan een puntenwolk met miljoenen datapunten en, in veel gevallen, meer detail, worden bereikt in een redelijke doorlooptijd. Klassieke methoden zouden aanzienlijk meer tijd, instrumenten en kosten vergen om hetzelfde resultaat te bereiken.  

Welke soorten landmeetkundige projecten zijn ideaal voor drones en traditionele landmeetkundige instrumenten?

Ondanks de voordelen die drones bieden in vergelijking met traditionele landmeetkundige methoden, zijn er situaties waarin de oude manieren een belangrijk deel van de vergelijking blijven uitmaken. 

Het eerste wat u moet overwegen is de mate en het type van nauwkeurigheid die uw project vereist.

Het is hier waar het verschil tussen relatieve nauwkeurigheid en absolute nauwkeurigheid belangrijk is. Voor veel toepassingen is relatieve nauwkeurigheid – de nauwkeurigheid van waar objecten zich ten opzichte van elkaar bevinden – het enige dat telt. Het resultaat van deze projecten kunnen gereconstrueerde modellen zijn, zoals 3D-puntenwolken of orthomosakaarten. Wanneer de werkelijke positie van de objecten op aarde een belangrijke factor in de vergelijking is, is een landmeetkundig proces nodig dat absolute nauwkeurigheid biedt. 

Een relatieve benadering is een eenvoudige manier om volumes, afstanden en hoogteverschillen nauwkeurig te bepalen. Maar als die gegevens zullen worden gecombineerd met verdere informatielagen, of als u hoopt professionele fotogrammetrische landmeetkundige documentatie te ontwikkelen, zullen die metingen geografisch moeten worden georiënteerd met behulp van Ground Control Points en/of ondersteund door UAV Real-Time Kinematic (RTK) technologie. RTK is een oplossing voor GPS-correctie die in drones is ingebouwd en die samenwerkt met een grondstation om nauwkeurig geotag-beelden met GPS-informatie vast te leggen terwijl ze worden vastgelegd. 

Als algemene regel geldt dat projecten die een nauwkeurigheid tot op 2 cm vereisen, moeten worden aangevuld met traditionele methoden. Drones bereiken consistent een nauwkeurigheid van 5 cm, en afhankelijk van de payloads en vluchtparameters, tot ~1 cm nauwkeurigheid. Als uw project een nauwkeurigheid van 2, 1, of zelfs millimeter vereist, blijven traditionele hulpmiddelen de beste optie.

Landmeetkundige projecten ideaal voor traditionele landmeetkundige instrumenten

Opmeten van projecten die binnen of ondergronds zijn

Vanwege het beperkte GPS-signaal en de slechte lichtomstandigheden zijn ondergrondse en interne projecten over het algemeen niet geschikt voor drones. In plaats daarvan kan de geometrie van grotten en interne structuren het beste worden onderzocht met tacheometrische meetmethoden, of, voor een hogere snelheid en resultaten met een hogere resolutie, terrestrische laserscantechnologieën (TLS). 

Dit gezegd zijnde, werken sommige bedrijven aan oplossingen waarbij drones, SLAM-navigatie (simultaneous location and mapping) en LiDAR-sensoren worden gecombineerd om complexe ondergrondse gebieden in kaart te brengen. Het zal niet lang meer duren voordat drones een belangrijke rol spelen onder de grond, vooral omdat landmeters gegevens uit verschillende bronnen proberen samen te voegen met meer geavanceerde workflows.

Landmeetkundige projecten met hinderlijke objecten

Luchtfoto’s kunnen ook worden bemoeilijkt door de aanwezigheid van gebouwen of dichte begroeiing. Deze problemen worden nog verergerd wanneer obstructies hoogteveranderingen maskeren. LiDAR kan door licht gebladerte heen werken, maar dichte bomen zullen de grond blokkeren en de nauwkeurigheid van het eindresultaat verminderen. 

Projecten zonder strikte termijn

Tijd is geld. En een van de grootste voordelen van landmeetkunde met drones is de verkorting van de tijd die nodig is om de klus te klaren. Maar niet alle projecten hoeven gisteren klaar te zijn, en voor alle surveys moet een balans worden gevonden tussen nauwkeurigheid en missietijd. 

Drones bestrijken grond sneller dan mensen dat kunnen en de juiste hardware kan het aantal benodigde GCP’s drastisch verminderen. Maar als u graag de extra tijd besteedt die nodig is voor een grotere nauwkeurigheid, kunt u doorgaan met traditionele methoden.

Landmeetkundige projecten waar drones schitteren

Ontoegankelijke gebieden

Sommige omgevingen en infrastructuren liggen letterlijk buiten het bereik van traditionele landmeettechnieken. Maar wanneer gegevens moeten worden verzameld – vooral op grote schaal – zijn drones de ideale oplossing. GSM-masten, zonneparken en boomkruinen zijn slechts enkele voorbeelden van gebieden die gemakkelijk met drones in kaart kunnen worden gebracht. 

Gevaarlijk terrein

Het feit dat een gebied binnen het bereik ligt van landmeettechnieken op de grond, betekent niet dat het verstandig of veilig is om dat te doen. Gevaarlijke locaties, zoals daken, richels, wegen, onstabiele grond, steile taluds en, zoals hierboven vermeld, spoorlijnen – het zijn allemaal gevaarlijke plaatsen om te werken. Innovatieve drone-oplossingen kunnen landmeetkundige taken uitvoeren zonder de teams op de grond in gevaar te brengen. 

Wanneer gegevensdiepte belangrijk is

Een belangrijk voordeel van luchtkartering is de diepte en de verscheidenheid van mogelijke outputs die beschikbaar zijn. Als u een landbouwkundig onderzoek uitvoert, kunnen multispectrale sensoren en high-definition camera’s de gegevens verzamelen die u nodig hebt om de gezondheid van gewassen te beoordelen en de situatie tot in de kleinste details te begrijpen. Als u een topologisch onderzoek uitvoert voorafgaand aan een bouwproject, maken LiDAR en fotogrammetrie 3D-puntenwolken, orthomosakaarten en digitale terreinmodellen met hoge dichtheid mogelijk voor een uitgebreid overzicht. Als u voorraden schat en op zoek bent naar nauwkeurige volumemetingen die niet worden gehinderd door menselijke fouten, kunt u met een paar klikken van de camera van een drone de informatie verzamelen die u nodig hebt zonder uw personeel in gevaar te brengen. 

Waarom de Phantom 4 RTK de perfecte landmeetdrone is

Het kiezen van de juiste hardware voor landmeetkundige missies is om een aantal redenen van cruciaal belang. 

Om te beginnen is een belangrijke parameter voor elk onderzoek uw ruimtelijke resolutie of Ground Sampling Distance (GSD). Het detail dat in elke pixel wordt vastgelegd, is een factor van de sensorresolutie van uw drone, de brandpuntsafstand en de hoogte waarop u vliegt. De eerste twee elementen zijn duidelijk afhankelijk van de hardware. Maar je zou ook kunnen stellen dat de hoogte waarop je vliegt een resultaat is van andere hardwarefactoren, zoals vliegtijd en snelheid. 

De DJI Phantom 4 RTK is een complete out-of-the-box oplossing die zeer capabel, eenvoudig te gebruiken en betaalbaar is. Het bevat een 20-megapixel CMOS-sensor van één inch. De mechanische sluiter versnelt beeldacquisitie met minimale vervorming in vergelijking met consumentenmodellen. Een groothoeklens met een brandpuntsafstand van 24 mm levert heldere, consistente beelden.

DJI Phantom 4 RTK

Een navigatie- en plaatsbepalingssysteem op centimeterniveau ondersteunt zowel RTK- als PPK-meetmethoden. De RTK-module wordt ondersteund door GPS L1 L2, GLONASS L1 L2, Galileo E1 E5a, en BeiDou B1 B2. Het kan het vereiste aantal GCP’s effectief terugbrengen tot 0. Hoewel een handvol GCP’s per vierkante kilometer nog steeds wordt aanbevolen voor optimale resultaten, kunnen P4 RTK-gebruikers ten minste 75% besparen op de tijd die nodig is voor het instellen van GCP’s. De P4RTK vertrouwt op TimeSync-technologie om de camera en RTK-ontvanger te coördineren, waardoor elk beeld met nauwkeurige geospatiale informatie wordt gelabeld. Correcties worden ook ontvangen van het basisstation op de grond, wat resulteert in een hoge mate van nauwkeurigheid.

De P4 RTK heeft ook hot-swappable batterijen, een vliegtijd van ~30 minuten en een topsnelheid van meer dan 30 mph, waardoor landmeters meer grond kunnen bestrijken in minder tijd. Dit alles in combinatie met de DJI GS RTK-app en een afstandsbediening met ingebouwde monitor en meerdere planningsmodi, waaronder fotogrammetrie (2D en 3D), Waypoint Flight, Terrain Awareness en Block Segmentation.

Dit is een game-veranderende upgrade voor landmeters die momenteel drones van consumenten gebruiken voor karteringsmissies.

Phantom 4 RTK data-uitgangen

Surveying met een Phantom 4 RTK ontsluit een wereld van datamogelijkheden. De exacte deliverables hangen af van uw software keuze, maar mogelijke outputs omvatten:

Orthomosaic kaarten

Elke hoogtefoto die de P4 RTK tijdens een landmeetkundige vlucht maakt, bevat geospatiale informatie en wordt verwerkt en gecorrigeerd om rekening te houden met het perspectief van waaruit de foto werd genomen, mogelijke lensvervorming, de helling van de camera en topografische variaties. 

Een van de meest voorkomende resultaten van landmetingen is een orthomoasische kaart met hoge definitie. Door de beelden die door uw drone zijn gemaakt aan elkaar te plakken, krijgt u een beeld van een gebied zoals het er nu uitziet, wat de planning, de besluitvorming en het volgen van de voortgang van het project ten goede komt.

3D oppervlakte-, terrein- en hoogtemodellen

Omdat P4 RTK dronebeelden datapunten bevatten over breedte-, lengte- en hoogtegraden, bevat elke pixel gegevens over drie dimensies. Dit betekent dat een van de meest overtuigende resultaten van een droneonderzoek een 3D-model is. 

3D-model van de Leshan Boeddha in Sichuan, China

Deze realistische en meeslepende modellen combineren high-definition visuals met nauwkeurige geografische gegevenspunten. Het resultaat is een navigeerbaar instrument dat kan worden gebruikt voor projectplanning, het nemen van nauwkeurige metingen en voortgangsanalyse. 

Het belangrijkste voorbeeld is een digitaal oppervlaktemodel, dat een textuurgevoel van een terrein geeft en een onmiddellijk herkenbaar verkenningshulpmiddel is. Digitale Terreinmodellen zijn opgebouwd uit dezelfde gegevens, maar zijn ontdaan van door de mens gemaakte structuren en objecten. Zoals de naam al aangeeft, ligt de nadruk op het terrein. Digitale hoogtemodellen ten slotte gaan nog een stap verder en geven het kale aardoppervlak weer door zowel natuurlijke als door de mens gemaakte elementen te verwijderen. Digitale hoogtemodellen worden gebruikt voor het maken van contouren op topografische kaarten. 

Volumetrische onderzoeken

De P4 RTK kan de gegevens verzamelen die nodig zijn voor volumetrische modellen, die kunnen worden gebruikt om voorraden op te meten in de mijnbouw en de bouwindustrie. 

Drones in actie: Gebruik van de P4 RTK om transportinfrastructuur in kaart te brengen

Rhein-Neckar-Verkehr GmbH (RNV) exploiteert het openbaar vervoer in de regio Rhein-Neckar in Duitsland. Het bedrijf is onder meer verantwoordelijk voor een 301 km lange tramlijn en een 827 km lange buslijn, waarop dagelijks 370.000 passagiers een beroep doen. In een experiment uitgevoerd met landmeetkundige specialisten Vermessungbüro Wolfert GmbH (Heidelberg) en met ondersteuning en training van DJI Enterprise Dealer Epotronic. RNV vergeleek de prestaties van de P4 RTK met traditionele methoden (Total stations) bij het in kaart brengen van een stuk treinspoor.

De vergelijking omvatte het vliegen over een deel van het spoor, het verzamelen van beelden, en het verwerken van deze beelden alvorens metingen te verrichten aan de hand van het gegenereerde 3D-model. De resultaten werden vervolgens beoordeeld naast de standaardmeetsjablonen van RNV. 

Als men de CAD-resultaten van het Total Station-onderzoek naast de CAD- en puntenwolkresultaten van de P4RTK bekijkt, is het duidelijk hoeveel meer gegevens werden verzameld door de DJI drone. Luchtgegevens maken ook orthofoto’s mogelijk die kunnen worden georiënteerd en gemanipuleerd om de projectplanning te vereenvoudigen.

Deze gedetailleerdheid is bijzonder nuttig bij het opmeten van de funderingen van een gepland traject. Op een korrelig niveau vergeleek Vermessungsbüro Wolfert de nauwkeurigheid van de twee meetmethoden en stelde vast dat de P4RTK tot op 1,5 cm van de resultaten van het Total Station nauwkeurig was. 

De grootste voordelen van het gebruik van drones voor deze taak waren waarschijnlijk van procedurele aard. Tijdens een traditioneel landmeetproject worden teams gedwongen om op en rond sporen te werken terwijl deze voor de duur worden stilgelegd. Het eerste wat RNV opmerkte was dat ‘contactloze’ surveys van bovenaf de veiligheidsrisico’s voor de teams op de grond verminderden en ervoor zorgden dat het vervoer van de lightrail door kon gaan. Naast minder vertragingen in de dienstregeling, konden metingen die gewoonlijk beperkt zijn door tijdsdruk – zoals de spoorhoogte – gemakkelijk worden verzameld. 

Er waren ook voordelen aan de diepte van de outputs die door de P4 RTK werden gegenereerd. Met een vergelijkbare nauwkeurigheid leidde de oriëntatie van 3D-modellen vanuit een luchtperspectief tot intuïtieve gegevens die aantoonbaar toegankelijker zijn voor degenen die op zoek zijn naar inzichten. Het team van Vermessungsbüro Wolfert wees er echter op dat bepaalde gegevenspunten niet van bovenaf kunnen worden vastgelegd, zoals gebieden onder dicht gebladerte. Om die reden kunnen onderzoeken waarbij fotogrammetrie vanuit de lucht wordt gecombineerd met klassieke landmeetmethoden een rol spelen.

Klaar om de Phantom 4 RTK te ontketenen?

Een enkele vlucht met een Phantom 4 RTK kan de gegevens leveren die u nodig heeft om orthomosaic kaarten en nauwkeurige 3D modellen te genereren. Wilt u meer weten? Contacteer ons gerust! 

Bron: DJI Enterprise