Lidar für die öffentliche Sicherheit und Vermessung


Auf dieser Seite wird erläutert, wie drohnengestützte Lidar-Systeme bei Aufgaben der öffentlichen Sicherheit eingesetzt werden können. Dies umfasst Anwendungen wie die Rekonstruktion von Straßenkollisionen, die Rekonstruktion von Tatorten, die Risikominderung bei Naturkatastrophen und die Wiederherstellung nach Katastrophen.

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Drohnenbasierte LiDAR-Lösungen


UAV-Lidar ist eine Ergänzung zu photogrammetriebasierten Drohnenlösungen und hat eine Reihe von Vorteilen. Es kann z.B. ohne externe Lichtquellen eingesetzt werden, da die Laserimpulse nicht von einer externen Lichtquelle abhängig sind. Zudem ist die Geschwindigkeit, mit der die Daten verarbeitet werden können, wesentlich höher als bei  photogrammetrischen Verfahren und dauert nur Minuten statt Stunden. Die Datenmenge ist im Vergleich zu optischen Sensoren viel geringer, was eine einfachere und schnellere Speicherung sowie Übertragung ermöglicht. 

Lidar ist auch besonders nützlich für bewachsene Gebiete, da der Sensor den Boden unter der Vegetation, sowie das Kronendach rekonstruieren kann. Dies ist mit optischen Sensoren und photogrammetrischen Berechnungen nicht möglich. Lidar ist in der Lage, feine Details zu erfassen, z. B. bei komplexen Objekten, während die Photogrammetrie dazu neigen würde, diese Objekte zu glätten. 

Da es sich bei Lidar um Laserimpulse und nicht um Fotos handelt, ist dies ein großer Vorteil für den Schutz der Privatsphäre, da Gesichter und persönliche Informationen nicht erfasst werden, was bedeutet, dass es weniger Einschränkungen beim Fliegen gibt.

DJI hat kürzlich seine erste Drohnen-basierte Lidar-Lösung vorgestellt: das Zenmuse L1. Sie wird an der Matrice 300 RTK (M300 RTK), dem Flaggschiff der DJI-Drohnen für industrielle Anwendungen, montiert und ermöglicht eine Flugzeit von etwa 40 Minuten. Die Drohne ist  mit einem RTK-Modul ausgestattet und kann die Satellitendaten für die Georeferenzierung der Flug- bzw. Sensortrajektorien verwenden. Somit ergeben sich Vermessungsgenauigkeiten im FIX Bereich. 

Offiziell kann die L1 eine absolute horizontale und vertikale Genauigkeit von 10 cm bzw. 5 cm erreichen. In von Epotronic durchgeführten Tests haben wir jedoch eine absolute vertikale Genauigkeit von 2,1 cm bei einem Flug in 50 m Höhe und 5,1 cm bei einem Flug in 100 m Höhe gemessen, zusammen mit einer vertikalen Präzision von +/- 3 bis 5 cm bzw. +/- 7 bis 11 cm. Hierbei ist zu beachten, dass die Genauigkeiten in der Horizontalen von denn in der vertikalen um mindestens den Faktor 1,5 bis 2,5 abweichen. 

Die L1 ist mit einem niedrig auflösenden RGB-Sensor ausgestattet, der eine Einfärbung der Punktwolke in Echtfarbe ermöglicht. Wenn der Datenschutz ein Anliegen ist, sollte dies ausgeschaltet werden, was in der Flug-App erfolgen kann: DJI Pilot. Die geringe Auflösung der Kamera im Vergleich zu einer Photogrammetrie-Lösung wie der Zenmuse P1 bedeutet jedoch, dass die Privatsphäre nicht so leicht verletzt werden kann, zum Beispiel bei Flügen in großer Höhe. Weitere Informationen zu den Datenschutzbestimmungen beim Drohnenflug finden Sie in unserem anderen Artikel "Vorschriften für Drohnenflüge" oder unter unserer Wissenssektion "Gesetze".

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DJI Terra kann für fast den gesamten Arbeitsablauf der L1 verwendet werden. Flugpläne können erstellt und ausgeführt werden und die Punktwolke kann in Echtzeit angezeigt werden, während die Drohne noch in der Luft ist und Daten erfasst. Dies ermöglicht eine schnelle Entscheidungsfindung, was für Einsätze im Bereich der öffentlichen Sicherheit von entscheidender Bedeutung ist. Sobald die Drohnenmission abgeschlossen ist, kann die Punktwolke in DJI Terra verarbeitet werden, um eine genaue, dichte Punktwolke und ein 3D-Modell zu erstellen. Die Verarbeitung kann innerhalb weniger Minuten mit nur wenigen Klicks erfolgen, wobei einige Einstellungen wie die Rekonstruktionsqualität und das Ausgabekoordinatensystem ausgewählt werden können. 
Der gesamte Workflow is einer der am Markt einfachsten zu verwendenden. Für exakte und optimierte Ergebnisse empfehlen wir jedoch weiter Software, die wir Ihnen im Rahmen unserer Schulungen mit an die Hand geben. 



Um genau zu sehen, wie die Lidar-Daten in Terra verarbeitet werden, sehen Sie sich bitte unser YouTube-Video an, das unter folgendem Link verfügbar ist: 

Video ansehen

Die Daten können von DJI Terra in gängige Dateiformate, wie z.B. LAS, exportiert werden. Der Export der Punktwolken ermöglicht den nahtlosen Import in Programme, die eine Vielzahl von Nachbearbeitungswerkzeugen beherrschen, wie z. B. LiDAR360 von GreenValley, das DEMs, Konturen, Punktklassifizierung und vieles mehr erstellen kann.

In DJI Terra erstelltes 3D-Modell

Nachdem Sie nun wissen, welche Lösungen für Lidar-Einsätze zur Verfügung stehen, können wir uns nun den spezifischen Anwendungen im Bereich der öffentlichen Sicherheit zuwenden, wo Drohnen-Lidar große Vorteile bieten kann.

Anwendungsfälle



Rekonstruktion von Tatorten und Verkehrsunfällen 

UAV-Lidar kann bei der Rekonstruktion von Tatorten und Verkehrsunfällen von großem Nutzen sein. Die Polizeidienststellen benötigen einen guten Überblick über den Tatort, damit sie mit ihren Ermittlungen fortfahren können. Darüber hinaus hilft die Rekonstruktion von Verkehrsunfällen dabei, festzustellen, was passiert ist, wer die Schuld trägt und wer für Kosten und/oder Schäden haftet. Herkömmliche Fotos und Zeichnungen sind in ihrer Rekonstruktionsgenauigkeit begrenzt, da sie den Unfallort nicht aus allen Perspektiven erfassen können, insbesondere nicht von oben. Außerdem ist das Risiko, Beweise zu gefährden, bei Tatortaufnahmen geringer als bei Ermittlern, die den Tatort zu Fuß erkunden müssen. Auch diese Dokumentation ist traditionell zeitaufwändig; bei Verkehrsunfällen ermöglicht die schnelle Dokumentation durch Drohnen eine schnellere Räumung der Straße und damit eine Verringerung der Verkehrsstaus und bei Tatorten einen schnelleren Fortschritt der Ermittlungen.

Photogrammetrie-Drohnen werden bereits von vielen Polizei- und Rettungsdiensten für diesen Anwendungsfall eingesetzt, Lidar bietet jedoch mehrere Vorteile. Bei Vorfällen, die sich in der Nacht ereignen, kann das Lidar die Szene genauso gut erfassen wie am Tag, während für die Photogrammetrie eine künstliche Beleuchtung erforderlich wäre, was die Betriebskosten und den Zeitaufwand erhöht. Außerdem kann das Modell viel schneller erstellt werden als ein photogrammetrisches Modell, was eine schnellere Analyse und ein schnelleres Handeln ermöglicht. Die Vorteile des Lidar-Systems in Bezug auf den Schutz der Privatsphäre kommen auch hier zum Tragen, da z. B. Gesichter und Nummernschilder nicht erfasst werden. Wenn die entsprechenden Genehmigungen erteilt werden, können die Nutzer dennoch die eingebauten Kameras, z. B. des L1, verwenden, um gleichzeitig Fotos zu machen, so dass die Punktwolke in Echtfarbe eingefärbt werden kann. In bestimmten Situationen, z. B. bei Straßenkollisionen mit Explosionsgefahr, bietet der Einsatz von Drohnen auch einen großen Sicherheitsvorteil, da sich die Einsatzkräfte nicht in der Nähe des Tatorts aufhalten müssen, um Fotos usw. zu machen.

Das Bild oben ist ein Beispiel für den Einsatz einer Drohne durch einen Feuerwehrmann bei der Rekonstruktion eines Verkehrsunfalls.

Naturkatastrophen



Schadensbegrenzung 

Drohnen-Lidar kann auch bei der Bewältigung von Naturkatastrophen von Nutzen sein, indem es die Bemühungen um Schadensbegrenzung und Wiederherstellung unterstützt. Die Erstellung genauer 3D-Karten von Gebieten kann Analysen des Katastrophenrisikos ermöglichen. In niedrig gelegenen Gebieten, die anfällig für Überschwemmungen durch Flüsse oder das Meer sind, kann zum Beispiel eine genaue 3D-Karte mit korrekten Höhendaten (möglich mit dem L1 und M300 RTK) erstellt werden. Bei der Karte könnte es sich um ein digitales Höhenmodell (DEM) handeln, das aus der von der Drohne erzeugten Punktwolke in einer Nachbearbeitungssoftware wie LiDAR360 erstellt werden kann. Weitere Produkte, die mit Drohnendaten erstellt werden können, finden Sie in unserem anderen Artikel "Ein Leitfaden für Drohnenvermessungsdaten" in unserem Blog. Das DEM kann dann in eine GIS-Software wie ArcGIS oder QGIS importiert werden, wo Hochwasserrisikoanalysen durchgeführt werden können. Dies könnte dann als Grundlage für Entscheidungen zur Schadensbegrenzung dienen, z. B. für den Bau von Schutzvorrichtungen oder den Verzicht auf den Bau von Gebäuden in Hochrisikogebieten. Ähnliche Arbeitsabläufe könnten für andere Naturgefahren wie Erdrutsch- und Lawinenrisikogebiete, Vulkanausbrüche usw. durchgeführt werden. Der Schlüssel dazu sind genaue 3D-Daten, die mit dem L1 und M300 RTK möglich sind. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz von Drohnen und damit von Lidar eine sehr hohe Effizienz, insbesondere in schwer zugänglichen Gebieten. Dank der geringeren Anforderungen an die Datenspeicherung und -verarbeitung können auch große Gebiete ohne übermäßige Computerhardware vermessen und analysiert werden.

Das Bild links: Überschwemmungen können mit Drohnen-Lidar-Daten eingedämmt werden

Sofort-Maßnahmen

Darüber hinaus können Drohnen-Lidar-Daten bei der Katastrophenhilfe und -bewältigung eingesetzt werden. Wenn eine Katastrophe eintritt, ist die erste Maßnahme die Suche und Rettung. Der Zeitdruck ist in dieser Zeit extrem hoch, und die Einsatzkräfte benötigen so viele nützliche Informationen wie möglich, um herauszufinden, worauf sie ihre Bemühungen konzentrieren müssen und wie sie dorthin gelangen können. Drohnen können schnell eingesetzt und geflogen werden, um die Beschaffenheit des Gebiets zu erfassen. Manuelle Flüge mit Live-Kamera-Feedback sind nützlich, aber in der Nacht, wenn die Reichweite der Beleuchtung begrenzt ist, nur eingeschränkt möglich. Lidar-Daten können große Gebiete abdecken und die Daten können schnell verarbeitet werden, so dass die Ergebnisse innerhalb von Minuten vorliegen. Die Echtzeitanzeige von Lidar-Daten in DJI Terra wird in naher Zukunft ebenfalls möglich sein. Dies bedeutet auch eine große Verbesserung der Sicherheit für die Such- und Rettungskräfte und die gefährdete Zivilbevölkerung.


Wiederaufbau

Später in der Zeit nach der Katastrophe, wenn der Schwerpunkt auf den Aufräumarbeiten und dem Wiederaufbau liegt, ist der Einsatz von Drohnen ebenfalls sehr nützlich. Nach einer Überschwemmung, einem Erdbeben oder einem Tsunami kann sich beispielsweise die Oberfläche des Bodens verändern, und die Gebiete sind möglicherweise nicht mehr für eine Bebauung geeignet. Mit Hilfe von Drohnen-Lidar-Daten kann das Gebiet schnell und effizient rekonstruiert werden, und es können Produkte wie DEMs und Konturen erstellt werden, die Auskunft darüber geben, welche Flächen geeignet sind. Werkzeuge zur Erkennung von Veränderungen könnten auch eingesetzt werden, wenn vor der Katastrophe Vermessungen durchgeführt wurden, die deutlich zeigen, wo sich die Landoberfläche verändert hat. Darüber hinaus müssten Katastervermessungen (zur Bestimmung der Lage von Grundstücksgrenzen) durchgeführt werden, die mit Drohnensensoren wie der Zenmuse L1 mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden können. Sobald dies festgelegt ist, müssen allgemeinere Bauvermessungen durchgeführt werden, bei denen auch Drohnen-Lidar eingesetzt werden kann.

Das Bild links: Drohnen-Lidar-Daten können bei der Wiederherstellung nach Katastrophen helfen

Fazit


Der Einsatz von Lidar bei Einsätzen im Bereich der öffentlichen Sicherheit ermöglicht im Vergleich zu herkömmlichen Techniken eine erhebliche Verbesserung der Effizienz und einen Zuwachs an Informationen. Die Reaktionszeiten können verkürzt werden, um Leben zu retten und weitere Schäden zu verhindern. Die Entscheidungsfindung ist robuster, da eine größere und zuverlässigere Informationsquelle zur Verfügung steht, was auch die Gefahr von Fehlentscheidungen verringert.

Drohnendaten können in einer Vielzahl von Anwendungen genutzt werden, z. B. bei der Rekonstruktion von Straßenkollisionen und Tatorten sowie bei der Eindämmung und Bergung von Naturkatastrophen. Der Einsatz von Drohnen verbessert die Sicherheit von Personal und Opfern und ermöglicht eine genauere Risikominimierung. Der Einsatz von Lidar hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Erfassung flexibler ist, z. B. bei Nacht, dass die Daten schnell verarbeitet und analysiert werden können, was in Notsituationen von entscheidender Bedeutung ist, dass die Computerhardware weniger belastet wird, dass die gesetzlichen Einschränkungen in Bezug auf den Datenschutz aufgehoben werden und dass mehr Details erfasst werden können, z. B. in bewachsenen Gebieten oder bei komplexen Objekten.

Besuchen Sie unseren Online-Shop store.epotronic.com, um sich über die hier beschriebenen Drohnenlösungen zu informieren. Dort finden Sie auch viele relevante Informationen in unserem Blog.

Wenn Sie Fragen haben, zögern Sie bitte nicht, uns unter info@epotronic.com zu kontaktieren.