Einsatzmöglichkeiten und Qualitätsuntersuchungen zur Bestandsaufnahme mit bildbasiertem RTK-GNSS und Servo-Tachymeter

In dieser Arbeit sollen die Einsatzmöglichkeiten und Qualitätsuntersuchungen der Neigungs- und Fotofunktion sowie der GNSS-Empfangseigenschaften des GS18i (Abbildung 1) im Rahmen einer Bestandsaufnahme beleuchtet werden. Darüber hinaus wird mit den Testdaten des Untersuchungsgebietes ein Bestandsplan erstellt.

Um Aussagen über die Genauigkeit, Wiederholbarkeit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Fotofunktion treffen zu können, sind verschiedene Objekte mit unterschiedlichen Abschattungsbedingungen, Lichtverhältnissen, Aufnahmeabständen und Aufnahmezeiten mehrmals aufgenommen worden. Für die Genauigkeitsuntersuchung der zu extrahierenden Bildpunkte sind einige Objektpunkte vor Ort mit Pflöcken abgemarkt und tachymetrisch eingemessen worden. Geländepunkte werden nicht abgemarkt, sondern direkt auf der Geländeoberfläche im Bild angelegt und mit Hilfe von digitalen Geländemodellen höhenmäßig mit den digitalen Geländemodellen der Tachymetermessung verglichen.

Für eine Genauigkeitsuntersuchung der lotrecht oder geneigt gemessenen GNSS-Punkte ist ein Aktiv-Prisma unterhalb des GS18i an den Lotstab montiert worden (Abbildung 2). Dies macht eine gleichzeitige Messung des Tachymeters und des GNSS-Empfängers möglich. Dadurch kann sichergestellt werden, dass jeder RTK-GNSS-Messpunkt eine tachymetrische Referenzkoordinate besitzt, ohne Vermarkungen setzen zu müssen. Die Tachymeterkoordinaten können aufgrund der synchronen Messung mit den Neigungswerten des Empfängers korrigiert werden.

Die Ergebnisse der abgemarkten Bildpunkte zeigen, dass ihre äußere 3D-Genauigkeit bei zunehmendem Aufnahmeabstand abnimmt, während ihre innere Genauigkeit unverändert bleibt. Aufnahmevariationen in der Zeit und in den Lichtverhältnissen beeinflussen die innere sowie äußere 3D-Genauigkeit der Bildpunkte dagegen kaum.

Unabhängig davon, ob die automatische Neigungskompensation eingesetzt worden ist, werden die reinen GNSS-Punkte von zahlreichen Abschattungsquellen stark in ihrer Genauigkeit beeinflusst.

Insgesamt halten 70 % der lotrecht gemessenen, ca. 61 % der geneigt gemessenen GNSS-Punkte sowie ca. 48 % der abgemarkten Bildpunkte die geforderten Genauigkeiten von maximal 5 cm ein (Abbildung 3+4). Die Wiederholbarkeit der abgemarkten Bildpunkte liegt unabhängig von Aufnahmeabständen und -Zeitpunkten, bei etwas mehr als 50 %. Der Flächenanteil der höhenmäßig genauigkeitseinhaltenden, vermaschten Geländepunkte liegt meist im einstelligen Prozentbereich. Mögliche Gründe für die vielen Bildpunkte, welche die Genauigkeiten nicht einhalten können, sind die zahlreichen Abschattungseinflüsse im Untersuchungsgebiet sowie eine schwierige Bildpunktextraktion bei größeren Aufnahmeabständen (vgl. Abbildung 5) und optischen Hindernissen. Auch unter schwierigen Lichtverhältnissen, wie beispielsweise Gegenlicht, verringert sich die freie Auswahl der zu setzende Bildpunkte. Letztendlich konnte unter zusätzlicher Verwendung von Tachymeterpunkten ein vollständiger Bestandsplan erstellt werden (Abbildung 6).

Die Verfügbarkeit der GNSS-Positionierung hat sich als hoch herausgestellt, da sowohl eine durchgängige Mobilfunkverbindung als auch eine durchgängige Sichtverbindung zu mindestens vier Satelliten vorhanden gewesen ist. Bei Initialisierung des Empfängers ist die automatische Neigungskompensation stets verfügbar gewesen. Die Verfügbarkeit der Kamera wird aufgrund eines kompletten Kameraausfalls als weniger hoch eingeordnet.

Wegen der subjektiven Einschätzung, dass in besonders abschattungsreichen Gebieten vermehrt Warnmeldungen über Genauigkeitsüberschreitungen erst nach der Messauslösung eingeblendet werden sowie vermutete, verspätete Bildgruppenaufnahmeunterbrechungen bei RTK-Verlusten, kann die Zuverlässigkeit des GNSS- und Kameramoduls des Empfängers nicht überzeugen. Eine Ausnahme bilden die rechtzeitigen Warnmeldungen über die nicht verfügbare Neigungskompensation sowohl während Bildgruppenaufnahmen als auch bei statischen Messungen.

Für Bestandsaufnahmen unter solch schwierigen Bedingungen kann die Fotofunktion des GS18i somit nicht empfohlen werden. Auch der Einsatz des GNSS-Systems sollte, unabhängig von der Neigungsfunktion, bei einer Bestandsaufnahme mit vielen Abschattungsquellen je nach Genauigkeitsvorgabe abgewogen werden. Andere Messinstrumente, wie beispielsweise Tachymeter, können in abschattungsreichen Gebieten nach wie vor nicht vollständig ersetzt werden.