Langzeitmonitoring der Großbaustelle Langes Feld

Kassel ist eine der dynamischsten Großstädte Deutschlands mit zahlreichen Bauprojekten in der Region, um den wachsenden Anforderungen gerecht zu werden. Gerade der steigende Bedarf an Wohn- und Gewerbeflächen beeinflusst sämtliche Planungsprozesse in Stadt und Landkreis. Die Erschließung des Gewerbegebiets „Langes Feld“ zählt mit einem Bauvolumen von 70 Millionen Euro und einer Größe von 136 Hektar aktuell zu den größten Baustellen des Landkreises Kassel. Mit der Fertigstellung des ersten Bauabschnitts im Jahr 2017 beginnt die Vermarktung der direkt an die Bundesautobahn A49 angebundenen Fläche. Die Industriedrohne von Aibotix hat den Baufortschritt dabei detailliert festgehalten.

Präzision von Beginn an

Gute Planung, ein kontinuierlicher Informationsfluss und Überblick über die aktuelle Situation sind essentiell, um die bis zu 40 Bauarbeiter und 18 Erdbaumaschinen vor Ort zu koordinieren. Eine klassische Aufgabe der Vermessung ist es, diese Tätigkeiten in Form von Geodaten und Kontrollen zu unterstützen. Entscheidungsträger können auf diesem Wege wirtschaftliche und umwelttechnische Alternativen aufgezeigt werden um Effizienz und Nachhaltigkeit zu steigern.

Unbemannte Luftfahrzeuge (UAV oder Drohnen) mit hochauflösenden digitalen Kameras stellen seit einigen Jahren erstmals eine konkurrenzfähige Alternative für einen großen Teil der herkömmlichen terrestrischen Verfahren in der Vermessung dar. Der Einsatz von Photogrammetrie, für viele ein ehemals ungeliebtes Feld der Ausbildung oder des Studiums, erlaubt die flächenhafte Aufnahme von lokalen Interessensgebieten innerhalb kürzester Zeit und rückt dadurch immer weiter in den Fokus der Ingenieure. In Bezug auf die Genauigkeit muss sich das Verfahren nicht hinter der GNSS-Technologie verstecken. Ergebnisse sind detaillierte Punktwolken, Orthophotos oder DGM (digitale Geländemodelle). Einige Softwarelösungen zur Weiterverarbeitung der Bilddaten unterstützen ebenfalls die Stereobildauswertung, welche vor allem bei hohen Ansprüchen an die Genauigkeit für Einzelpunktauswertungen notwendig sein kann.

Unterstützung aus der Luft

Als Erweiterung zu den traditionellen Messmethoden wird während der Bauphase des Gewerbegebiets Langes Feld ein Langzeit-Monitoring per Drohne durchgeführt. Ziel ist die Unterstützung der konventionellen Vermessungsleistungen in der Geodatenerfassung, vor allem die in den Bereichen der Kontrolle und Dokumentation durchgeführter Massenbewegungen, der qualitativen und quantitativen Beweissicherung und der Bestandserfassung. Die gestellten Anforderungen und Erwartungen an den gesamten Arbeitsablauf sind dabei anspruchsvoll und decken die Genauigkeit, Aktualität und Bereitstellung der Daten, Kosten, Sicherheit und Beeinträchtigung von Arbeitsabläufen ab. Zusätzliche Herausforderungen stellten Vegetation, Maschinen sowie Arbeitsmaterialien im Aufnahmegebiet dar. Diese werden ebenfalls von der Sensorik des UAV erfasst und müssen gegebenenfalls während der Auswertung berücksichtigt werden.

Autonome Flüge unter ständiger Beobachtung

 Die Flugplanung wurde mittels der Software Aibotix AiProFlight einmalig durchgeführt, da sich um vergleichbare Daten zu generieren, der Flugplan über den Zeitraum nicht veränderte. Der Nutzer wird durch die Verwendung von Kartenmaterial und Kameradatenbanken in der gezielten photogrammetrischen Flugplanung unterstützt.

Die Anforderungen an Genauigkeit und Kosten sowie die geforderte regelmäßige Erfassung des Baufelds erfordern einen optimalen Einsatz der verfügbaren Technologie und die Einhaltung von standardisierten Arbeitsabläufen. So war im Vorfeld der Befliegung die Installation von Bodenpasspunkten ein besonders arbeitsintensiver Bestandteil des Gesamtprojekts. Die GCP (Ground Control Points, Bodenpasspunkte) müssen für die Luftaufnahmen markiert, eingemessen und gegebenenfalls wieder eingesammelt werden. Im Innendienst werden dann die Koordinaten der Bodenpasspunkte aufgearbeitet und die Punkte selbst in den Fotos eingemessen. Die Verwendung des Aibot HP GNSS 2, einem RTK-fähigen GNSS-Empfänger auf dem Aibot X6 Hexakopter zur hochpräzisen direkten Georeferenzierung von Bilddaten, für das Projekt „Langes Feld Kassel“ bedeutete eine Aufwandsreduzierung auf ein Minimum und eine deutliche Zeitersparnis. Im vorliegenden Fall wurde lediglich ein Bodenpasspunkt verwendet um mögliche Restfehler in der Kamerakalibrierung zu eliminieren.

Die gründliche Vorbereitung und die standardisierten Arbeitsabläufe sorgten für einen geringen zeitlichen Aufwand für die eigentliche Befliegung. Mit nur zwei Flügen konnte ein Teilbereich des Gesamtbauvorhabens von 15 ha in nur kürzester Zeit vermessen werden. Die hochauflösenden Fotos mit zentimetergenauer Georeferenzierung wurden für die Auswertung in Agisoft PhotoScan eingespeist. Innerhalb von nur drei Stunden nach der Befliegung konnten die Auftraggeber das Ergebnis der Flüge in Form einer georeferenzierten Punktwolke sowie als Orthophoto zur weiteren Auswertung nutzen. Die Genauigkeit der flächenhaften Daten bewegt sich dabei im Zentimeterbereich. Die Punktwolken wurden nach der ersten Analyse der Qualität der Daten mit Leica Infinity weiter verarbeitet.

Kosten senken bei gesteigerter Informationsqualität

Durch die Nutzung der Industriedrohne Aibot X6 war es möglich, wöchentlich zu geringen Kosten, eine vollständige und genaue Zustandserfassung der Baumaßnahme durchzuführen, ohne das Baufeld betreten zu müssen und sich damit im potentiellen Gefährdungsgebiet bewegen zu müssen sowie die laufenden Prozesse zu stören.

Neben einer vollständigen und dreidimensionalen Dokumentation des Bauablaufs können die Punktwolken mit 100 Punkten pro Quadratmeter ebenfalls dazu genutzt werden, Massenbewegungen zu dokumentieren und eine Genauigkeitskontrolle der durch Maschinensteuerung durchgeführten Erdbaumaßnahmen durchzuführen. Störende Vegetation sowie Maschinen und Material können innerhalb kurzer Zeit manuell aus der Berechnung entfernt werden. Hochauflösende Orthophotos mit einer Auflösung von bis zu 1 cm pro Bodenpixel können für Flächen, Längen und Mengenermittlungen genutzt werden und stellen eine ausgezeichnete Gesamtübersicht dar.

Die regelmäßigen Zustandserfassung der Baumaßnahme am Standort „Langes Feld“ erfolgen bis zum Bauende. Mit über 50 geplanten Aufnahmen bzw. Monitoringbefliegungen werden weit mehr als 10.000 Einzelfotos erfasst und verarbeitet. Diese Daten alleine werden einen TB-Datenspeicher benötigen.

Anhand der ermittelten Geodaten, dem reibungslosen Ablauf und der Schnelligkeit konnte allen Projektbeteiligten bereits jetzt der Mehrwert aus der regelmäßigen, per Drohne durchgeführten photogrammetrischen Erfassung von Baumaßnahmen eindrucksvoll demonstriert werden.