Ein Digital Twin enthält nicht die breite Palette von Informationen, die in einem BIM zu finden sind. Es handelt sich vielmehr um eine realistische Darstellung eines physischen Objekts mit den dazugehörigen räumlichen Informationen. Wie ein BIM wird er jedoch zugänglich und interaktiv gemacht. Der Name leitet sich von der Tatsache ab, dass es ein exaktes Gegenstück zum physischen Objekt ist. Es wird auch mit Echtzeitdaten von Sensoren am Objekt aktualisiert, so dass es ein echter 'Zwilling' bleibt. Dies zeigt den Ingenieuren nicht nur, wie sich das Produkt verhält, sondern auch, wie es sich in bestimmten Szenarien verhalten würde, indem Simulationen durchgeführt werden.

Digital Twins wird ebenfalls eine große Bedeutung beigemessen. Vordenker stellen sich eine Welt vor, in der ganze Städte digital abgebildet sind. Dies würde es den Nutzern ermöglichen, den digitalen Raum wie in einem Word-Dokument zu durchsuchen, z. B. nach einer Bank in der Nähe eines Flusses, der in der Sonne liegt. Diese Welt wird auch für die künstliche Intelligenz sichtbar sein, was eine Vielzahl von technologischen Möglichkeiten eröffnet, z. B. für fahrerlose Autos und "intelligente Städte".

Die Daten, aus denen BIMs und Digital Twins erstellt werden, können im Grunde aus jeder Quelle erfasst werden, die georeferenzierte räumliche Informationen aufzeichnen kann. Wie Sie in unserem anderen Artikel "Herkömmliche Vermessung vs. Drohnenvermessung" nachlesen können, zeigen wir, dass durch den Einsatz von Drohnen, die entweder Photogrammetrie oder LiDAR nutzen, topografische Vermessungen im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren in wesentlich kürzerer Zeit durchgeführt werden können. In Verbindung mit den Einsparungen bei den Ausrüstungskosten sind die Gesamtkosten erheblich niedriger. Dieses Verhältnis ist noch ausgeprägter bei der Vermessung von Gebäuden und Vermögenswerten, die mit herkömmlichen Methoden aufwändiger zu erfassen sind.

Drohnen können natürlich auch Details aus der Vogelperspektive erfassen und dabei Bereiche einfangen, die mit herkömmlichen Techniken, z. B. GNSS-Rover, Totalstation oder terrestrisches Laserscanning (TLS), nicht erfasst werden können. Folglich ist der Datensatz "vollständiger"; fast jeder sichtbare Teil des Objekts kann erfasst werden, anstatt nur einige wenige Punkte zu erfassen und dazwischen zu extrapolieren.

Außerdem können die Daten nahtlos verarbeitet und in Software importiert werden, die BIMs und digitale Zwillinge verarbeiten kann.

Wie können Drohnen also tatsächlich zur Erstellung von BIMs und digitalen Zwillingen verwendet werden? Glücklicherweise ist die Lösung einfach, dank der Hardware- und Softwareoptionen von DJI und anderen Softwarelösungen wie AutoCAD, Leica Infinity, SketchUp und anderen.

Der BIM-Prozess beginnt in der Regel mit der Vermessung der Umgebung, bevor mit dem Bau begonnen wird. Die mit CAD-Tools erstellten Gebäudemodelle können dann in der realen Umgebung platziert werden. Später können Bestandsaufnahmen durchgeführt werden, bei denen der Entwurf mit dem realen Objekt verglichen werden kann. BIM kann auch an bereits bestehenden Gebäuden durchgeführt werden, was bei anstehenden Renovierungsarbeiten von Vorteil sein kann.

DJI verfügt über mehrere Drohnenplattformen und -nutzlasten, mit denen Daten für diese Produkte erfasst werden können. Die Zenmuse L1 und P1 sind die aktuellen Flaggschiff-Nutzlasten von DJI, die mit DJIs Flaggschiff-Drohne für Unternehmen, der Matrice 300 RTK (M300 RTK), kompatibel sind. Der 45MP 1" CMOS-Sensor der Zenmuse P1 ist DJIs höchstauflösender RGB-Sensor und eignet sich für hochdetaillierte photogrammetrische Aufnahmen. DJI gibt an, dass die P1 in der Lage ist, eine absolute Genauigkeit von 3 cm in der horizontalen und 5 cm in der vertikalen Achse zu erreichen. Diese Werte wurden anhand von Fotos mit einem Bodenabtastabstand (GSD) von 3 cm ermittelt. Von Epotronic durchgeführte Testflüge ergaben jedoch, dass bei einer Flughöhe von 50 m (AGL), die eine GSD von 0,63 cm ergibt, in DJI Terra Genauigkeiten von 1-2 cm in der horizontalen und vertikalen Achse erreicht wurden.

Der Zenmuse L1 ist der erste Lidar-Sensor von DJI, der offiziell eine horizontale und vertikale Absolutgenauigkeit von 10 cm bzw. 5 cm erreichen soll, was ebenfalls eine attraktive Lösung darstellt. In Tests, die von Epotronic durchgeführt wurden, haben wir jedoch eine absolute vertikale Genauigkeit von 2,1 cm bei einem Flug in 50 m AGL und 5,1 cm bei einem Flug in 100 m AGL gemessen, zusammen mit einer vertikalen Präzision von +/- 3 bis 5 cm bzw. +/- 7 bis 11 cm. Trotz der geringeren Genauigkeit des L1 im Vergleich zum P1 bietet der LiDAR-Sensor Vorteile gegenüber der RGB-Lösung, wie z. B. die Möglichkeit, bei schwachem oder keinem Licht zu arbeiten, geringere Anforderungen an die Verarbeitung und Datenspeicherung sowie die Möglichkeit, Details hinter bestimmten Objekten, z. B. Glas oder Bäumen, zu erfassen.

Die Phantom 4 RTK (P4RTK) ist auch in der Lage, Daten für BIM und digitale Zwillinge zu erzeugen. Sie nutzt einen RGB-Sensor wie die P1, hat aber eine geringere Auflösung. Das bedeutet, dass sie näher geflogen werden muss, um eine vergleichbare Auflösung zu erfassen, und daher weniger zeitsparend ist. Dank seines RTK-Moduls kann er jedoch immer noch ausreichend Details und mit hoher Genauigkeit erfassen und erreicht eine absolute horizontale und vertikale Genauigkeit von etwa 2 cm.

Mit dem P4RTK kann der Benutzer den Modus "Angled Flight Route" (abgewinkelte Flugroute) verwenden, um Flüge zu unternehmen, die die vertikalen Flächen von Gebäuden erfassen. Der Flugplan ist einfach einzurichten. Für jede Fläche ist ein kurzer manueller Flug erforderlich, um die Grenzen zu markieren. 

Wir von Epotronic empfehlen außerdem, die Ecken des Gebäudes manuell zu fotografieren, um die Genauigkeit des Modells zu maximieren. Ein Video, das diesen Modus vorstellt, finden Sie unter dem folgenden Link:

Video zur abgewinkelten Flugroute hier ansehen

Bei der Verwendung dieser Sensoren kann auch Planungssoftware von Drittanbietern eingesetzt werden, die über Planungsmodi verfügt, die speziell für Gebäudevermessungen ausgelegt sind. Mit UgCS, einem der größten Flugplanungsprogramme, können die Benutzer eine Vielzahl von Flugmodi durchführen, und es bietet mehr Freiheit bei der Positionierung von Wegpunkten, die in einer 3D-Ansicht sichtbar sind. Es verfügt auch über einen speziellen Modus für die Fassadenvermessung. Ein KML-Modell kann importiert werden, und der Umfang der Vermessung kann einfach darum herum gezogen werden, so dass die Drohne einen detaillierten Blick auf alle Seiten des interessierenden Objekts erhält. Da sich die Drohne näher am Objekt befindet, hat das einmal erstellte Modell eine viel höhere Auflösung als bei einem normalen Flug von oben.

Ein weiteres Programm eines Drittanbieters, WayPoint Master, verfügt über die Flexibilität von UgCS und enthält darüber hinaus modernste Flugrouten und eine Fassadenvermessung, mit der komplexere Routen um importierbare Modelle herum gezeichnet werden können. Diese Modelle können z. B. aus einem Schrägflug erstellt und in DJI Terra bearbeitet werden, um sie in WayPoint Master zu importieren.

Um die höchste Genauigkeit zu erreichen, sollte der Benutzer eine Form von Differential-GNSS verwenden, um die von den Sensoren erfassten Positionsdaten zu korrigieren. Dies kann über eine lokale Basisstation, wie die D-RTK 2 Mobile Station, oder über einen Netzwerk-RTK-Dienst, wie SAPOS in Deutschland, erfolgen.

DJI Terra ist in der Lage, die Daten des L1, P1 und P4RTK zu verwertbaren Produkten für BIM und digitale Zwillinge zu verarbeiten. Für die P1 und die P4RTK ist der Prozess derselbe: Mit Hilfe von Photogrammetrietechniken werden die Fotos zu einer georeferenzierten 3D-Punktwolke und anschließend zu einem optionalen 3D-Modell zusammengefügt. Wenn mehrere Flugmissionen durchgeführt wurden, wie es beim P4RTK mit der abgewinkelten Flugroute wahrscheinlich ist, können diese alle zu einem einzigen Projekt zusammengefügt werden. Die Verarbeitung erfolgt automatisch, der Benutzer muss nur einige Rekonstruktionseinstellungen auswählen und Bodenkontrollpunkte (GCPs) markieren. Dasselbe gilt für die L1, die ebenfalls keine GCP-Markierung erfordert, so dass die Ergebnisse innerhalb weniger Minuten erstellt werden können.

Diese Daten können von DJI Terra in gängige Dateiformate exportiert werden, für Punktwolken zum Beispiel als LAS-Dateien. Der Export der Punktwolken ermöglicht den nahtlosen Import in Programme, die speziell für die Arbeit mit BIM-Produkten entwickelt wurden, wie z. B. AutoCAD Revit. Aus diesen Punktwolken können die Modelle gezeichnet und mit den relevanten Informationen gefüllt werden, so dass sie einsatzbereit sind.

BIM und Digital Twins sind zwei Konzepte, die das Potenzial haben, die Industrie, insbesondere das Bauwesen, zu verändern. BIM ermöglicht ein besseres Verständnis, eine bessere Entscheidungsfindung, Sichtbarkeit und Transparenz sowie Vorhersagen für Bauprojekte, was die Kosten über den gesamten Lebenszyklus des Projekts senken dürfte. Die Erstellung digitaler Zwillinge ermöglicht eine virtuelle Wartung und Modellierung, was wiederum die Effizienz erhöht und die Kosten senkt. 

Drohnen mit Sensoren wie P1, L1 und P4RTK können hochpräzise Daten des Gebäudes oder Objekts und der Umgebung erfassen, wobei eine Vielzahl von Flugplanungs-Apps und Software wie DJI Terra zur Verarbeitung eingesetzt werden können. Drohnen können auch fast jedes Detail des Zielobjekts erfassen, das bei herkömmlichen Techniken wahrscheinlich übersehen würde, und so eine vollständige Abdeckung bieten: perfekt für einen digitalen Zwilling oder BIM.