Echtzeitkinematik-Datenerfassung

Bei der Positionierung mittels Echtzeitkinematik handelt es sich um eine hoch präzise Vermessungstechnik, bei der ein Standort mithilfe einer oder zweier Basisstationen bestimmt wird, die durch ein satellitengestütztes Positionsbestimmungsnetz miteinander verbunden sind. Mittels RTK können Bilddaten in der Regel zentimeter- oder millimetergenau erfasst werden. Da sich diese Funktion mittlerweile auch bei kleineren Maßstäben leichter implementieren lässt, werden immer mehr Drohnenplattformen angeboten.

RTK-Drohnen bieten gegenüber herkömmlichen Drohnenplattformen bedeutende Vorteile. Da RTK-Drohnen permanent mit einer Basisstation oder einem Korrekturdienst verbunden sind, liefern sie eine höhere Positionsgenauigkeit. Das bedeutet, dass sogar während des Fluges hoch präzise Bildpositionen ausgegeben werden, wodurch nur noch selten Bodenpasspunkte benötigt werden, um genaue Bilddatenprodukte zu erhalten. RTK-Drohnen sind mit qualitativ hochwertigen Kameras ausgestattet, die Bilder mit hoher Auflösung oder Weitwinkel aufnehmen können, und sind daher teurer als andere Modelle.

Echtzeitkinematik und nachbearbeitete Kinematik im Vergleich

Sowohl mit Echtzeitkinematik (RTK) als auch mit nachbearbeiteter Kinematik (Post-Processed Kinematic, PPK) lassen sich hochpräzise GPS-Informationen erfassen. Der Hauptunterschied ergibt sich schon aus dem Namen, denn RTK (Real Time Kinematic) ist eine Echtzeitanwendung. Das bedeutet, dass eine permanente Verbindung zwischen der Drohne und einer oder mehreren Basisstationen besteht und von einer Satellitenkonstellation Positionsinformationen bereitgestellt werden. Auch bei der PPK ist die Drohne mit einer oder mehreren Basisstationen und einer Satellitenkonstellation verbunden. Hier werden die von den Basisstationen bereitgestellten Korrekturinformationen allerdings erst nach dem Flug bereitgestellt, in der Regel durch eine spezielle Software.

RTK-Daten bieten den Vorteil, dass die Nachbearbeitung entfällt. Das kann Zeit und Geld sparen, weil keine spezielle Software erworben werden muss. Die PPK hingegen bietet eine höhere Flexibilität beim Drohneneinsatz. Da nicht immer ein starkes Signal zwischen Drohne und Basisstation erforderlich ist, kann die Drohne außerhalb der Sichtlinie unterschiedliches Terrain abfliegen. RTK-Drohnen erfordern hingegen eine permanente Verbindung zur Basisstation und zum Satelliten, um bestmögliche Ergebnisse zu erzielen. Das bedeutet, dass die Flüge in der Regel innerhalb der Sichtlinie und über relativ flachem Terrain ohne Hindernisse durchgeführt werden müssen.

Mit beiden Methoden lassen sich hochpräzise Positionsinformationen in vermessungstechnischer Qualität erzeugen. In ArcGIS Drone2Map können mit beiden Erfassungsmethoden korrekte Datasets erzeugt werden.

Best Practices

Die folgenden Tipps helfen Ihnen, bei der Felddatenerfassung Ergebnisse mit hoher Genauigkeit und Qualität zu erzielen:

• Wenn Sie eine Basisstation verwenden und diese nicht auf eine bekannte Position eingestellt ist, ergibt sich zwar eine hohe relative Genauigkeit zwischen den Fotos, aber keine hohe absolute Genauigkeit in Bezug auf das verwendete Koordinatenbezugssystem. Stellen Sie sicher, dass sich die Basisstation an einem bekannten Punkt befindet und dessen Koordinaten im für das Projekt richtigen Koordinatensystem ausgedrückt werden.
• Die Drohne, die Steuerung und die Basisstation müssen mit der aktuellen Firmware versehen sein, damit Verbindungsprobleme vermieden werden.
• Bei PPK-Flügen müssen sowohl die Drohne als auch die Basisstation Satellitendaten für die Nachbearbeitung aufzeichnen. Vergewissern Sie sich, dass die Erfassung von Informationen in beiden Geräten aktiviert ist und dass bei Ausgabe der GPS-Daten über die PPK-Software die richtige Transformation verwendet wird.
• Wenn Sie Bodenpasspunkte verwenden, müssen diese gleichmäßig über das Fluggebiet verteilt sein, und die Marker müssen an ihrer Position verbleiben, wenn die Basisstation verschoben wird. Verwenden Sie die Verarbeitungsoption Bildposition für GPS mit hoher Genauigkeit korrigieren (RTK und PPK) nicht, wenn Sie mit Bodenpasspunkten arbeiten, da es zu einer Verzerrung der Genauigkeitswerte kommen kann, wenn beides für die Ausgleichung verwendet wird.
• Stellen Sie sicher, dass Drohne und Basisstation die Daten im selben Koordinatensystem erfassen. Falls Sie einen Korrekturdienst verwenden, überprüfen Sie vor der Aufnahme die Koordinaten.

RTK und Bodenpasspunkte

RTK-Drohnen sind in der Regel genauer als herkömmliche tragbare GPS-Geräte. Allerdings kann auch die Positionierung mittels RTK-Technik bei schlechten Flugbedingungen oder Verbindungsproblemen an ihre Grenzen stoßen, und GPS-Koordinaten können ungenau sein. Durch die Erfassung von Bodenpasspunkten kann solchen Problemen vorgebeugt werden. Die Verwendung von Bodenpasspunkten als Kontrollmessung kann bei der Validierung der Positionsgenauigkeit der Drohne helfen. Wenn die Bilddaten im Vergleich zum Kontrollpunkt deutlich verschoben sind, wurde die Drohne möglicherweise nicht richtig konfiguriert. Dies gilt sowohl für horizontale als auch für vertikale Messungen.

Im Folgenden einige Tipps für die Arbeit mit Passpunkten und RTK-Daten:

• Wenn die RTK-Bilddaten im Vergleich zu den Kontrollpunkten deutlich verschoben sind, prüfen Sie zunächst die verwendeten Koordinatensysteme. Stellen Sie sicher, dass das Koordinatensystem der Bilddaten und das projizierte Koordinatensystem ordnungsgemäß definiert wurden.
• Berücksichtigen Sie bei Verwendung eines benutzerdefinierten RTK-Netzwerks die Höhe der Basisstation. Messen Sie die Höhe ausgehend vom höchsten Punkt des GPS-Empfängers. Bei Bedarf können Sie die Bildhöhen anpassen, um diese Verschiebung zu berücksichtigen.
• Aktivieren Sie in den Verarbeitungsoptionen im Bereich Bilder ausgleichen das Kontrollkästchen Bildposition für GPS mit hoher Genauigkeit korrigieren (RTK und PPK). Damit hindern Sie die Software daran, GPS-Messungen auszugleichen, und lassen sie stattdessen die Messungen direkt aus den Metadaten der Bilddaten verwenden.

Hinweis:

Für die Option Bildposition für GPS mit hoher Genauigkeit korrigieren (RTK und PPK) sollten nur Prüfpunkte, nicht jedoch Bodenpasspunkte verwendet werden. Bei einer Verknüpfung dieser Option mit Passpunkten während des Ausgleichungsschrittes können Genauigkeitsfehler aufreten.

Grundlagen zu RTK-Metadatenfeldern

Bilddaten von Drohnen mit aktiviertem RTK zeichnen Metadatenfelder auf, die wichtige Details über die Qualität der RTK-Korrekturen liefern. Ein Verständnis dafür, wofür die Werte in diesen Feldern stehen, kann dazu beitragen, die Genauigkeit der ausgegebenen Produkte zu verbessern.

Verwenden Sie den integrierten Metadaten-Viewer, um festzustellen, welche RTK-Metadatenfelder Ihre Bilddaten enthalten.

Die Metadaten von Drohnen mit aktivierter RTK enthalten in der Regel die folgenden Felder:

• rtk_flag: Gibt die Qualität und Genauigkeit der Geo-Tags an
• rtk_std_lon: Misst die Genauigkeit des Längengrads
• rtk_std_lat: Misst die Genauigkeit des Breitengrads
• rtk_std_hgt: Misst die Genauigkeit der Höhe (Flughöhe)

Das Feld rtk_flag zeigt an, ob RTK-Korrekturen angewendet wurden und wie sich diese auf die Positionierung und die Qualität der Geo-Tags auswirken. Es werden sowohl die absolute Genauigkeit (wie gut die GPS-Koordinaten mit den tatsächlichen Positionen übereinstimmen) als auch die relative Genauigkeit (wie konsistent die Positionen zwischen den Bildern desselben Flugs sind) bewertet. Die Gesamtmessung wird in einem Wert auf der Grundlage der folgenden Skala angegeben:

• 0: Keine Positionierung: Es werden keine RTK-Korrekturen angewendet, was zu einer geringen Genauigkeit führt (einige zehn Meter).
• 16: Einzelpunkt-Positionierung: Geringe Genauigkeit, etwa im Bereich von Metern
• 34-49: RTK Float-Lösung: Genauigkeit im Bereich von Metern, beeinflusst durch die Qualität der Verbindung zur Basisstation
• 50: RTK Fixed-Lösung: Hohe Genauigkeit, mit Genauigkeit im Bereich von Zentimetern

Das Feld rtk_std_lon gibt die Standardabweichung der Längengradmessungen nach RTK-Korrekturen an. Ein kleinerer Wert deutet auf eine höhere Genauigkeit und ein größeres Vertrauen in die Längengrad-Geo-Tags hin.

Das Feld rtk_std_lat gibt die Genauigkeit der Breitengradmessungen bei RTK-Korrekturen wieder. Ein niedrigerer Wert bedeutet eine höhere Genauigkeit, so dass die Breitengradkoordinaten näher an der realen Position liegen.

Das Feld rtk_std_hgt gibt die Standardabweichung der Höhenmessungen nach RTK-Korrekturen an. Ein kleinerer Wert entspricht einem höheren Vertrauen in die Höhenpositionierung, was für Aufgaben, bei denen es auf präzise vertikale Genauigkeit ankommt, unerlässlich ist.