Pack mit uns den YellowScan Navigator aus! Erhalte einen strukturierten Überblick über den Grünlichtlaser für die Land- & Gewässervermessung – alles in unserem Youtube Video und auch hier als vollständiges Transkript zum Nachlesen.
Passend zu unserem Youtube Video haben wir hier noch einmal das vollständige Transkript fertig zum einfachen Nachverfolgen aufbereitet. Alles was du über den bathymetrischen Grünlichtlaser von Yellow Scan wissen musst, liest du hier!
Hier gelangst du direkt zum Video:
Einleitung und Überblick über den YellowScan Navigator
Hallo und herzlich willkommen zum neuen Video von MOST Robotics. Heute erklären wir euch ein bisschen was über den YellowScan Navigator. Was ist überhaupt in unserer großen, schicken Box alles mit dabei? Technische Daten, welche Drohne passt zu meiner Anwendung und was mache ich mit einem Grünlichtlaser überhaupt? Also bleibt dabei und wir sehen uns im Video.
Unboxing: Das Peli Case und die Sicherheitsvorkehrungen
So, dann legen wir mal los und schauen einfach mal, was in unserem schönen Peli Case so drin ist. Also: Der Navigator kommt mittlerweile in einem etwas größeren Peli Case. Hat den Hintergrund, dass gerade mit Grünlichtlasern man doch ein bisschen mehr Zubehör braucht, als das mit einem normalen LiDAR üblich ist. Vor allem, weil wir eben einen Klasse-3B-Laser haben und dort eben Schutzbrillen mit dazu gehören. Und so ein System natürlich auch sauber geschützt sein möchte.
Die erste Ebene: Dokumentation
Das heißt, wir machen unser Peli Case einfach mal auf und haben da als allererstes unsere Schutzebene, wo wir normalerweise unsere Dokumentation drin haben. Das heißt Calibration-Files, Manuals und so weiter und so fort, sowie eben unsere Kontaktperson, je nachdem, wo wir den Scanner gekauft haben. In dem Fall wäre das dann bei uns.
Die zweite Ebene: Der Scanner und die Akkus
Wir haben in der zweiten Ebene alles sauber verstaut. Das heißt, wir haben vor allem unseren Navigator. Da ist jedes Mal auch eine Schutzkappe mit bei. Wir haben hier unseren 3B-Warnhinweis. Wir haben immer zwei Akkus. Es ist wie bei jedem YellowScan LiDAR: Das System kann komplett autark genutzt werden. Wir brauchen an sich keine Infrastruktur der Drohne. Je nachdem, wie lang unsere Mission ist, macht das natürlich mal Sinn, mal weniger. Dadurch, dass wir auch oft unsere Drohnenplattform wechseln, weil natürlich unterschiedliche Kunden unterschiedliche Bedürfnisse haben und auch unterschiedliche Drohnen verwenden, verwenden wir sie eben ganz oft mit dem Akku.
Haben wir allerdings Hybrid-Lösungen, wo wir mit einer Hybrid-Drohne mehrere, ja, über eine Stunde oder so was in der Luft sind, dann hat YellowScan immer die Möglichkeit, auch externe Stromversorgung zu verwenden, um Datenaustausch hinzubekommen. Von daher auch da wieder relativ flexibel einsetzbar.
Zubehör und Speicher des YellowScan Navigator
Neben den Akkus haben wir natürlich auch unsere Ladegeräte. Unsere Speichermedien – sieht zwar aus wie ein USB-Stick, aber im Grunde genommen sind das kleine SSDs mit jeweils 1 Terabyte Speicherplatz drauf. Gerade weil wir eben auch Full-Waveform bereitstellen können, brauchen wir auch eine ganze Menge Speicherplatz.
GNSS-Antenne und Kommunikation
Dann haben wir hier unsere Antennenkabel, die wir benötigen, um dann auch unsere GNSS-Antenne anzuschließen. An unserer Drohne ist jetzt gerade schon ein Antennenkabel dran. Dann haben wir hier noch mal Netzteil plus zusätzliche Verstauungsmöglichkeiten für eigenes Zubehör.
Die Laser-Schutzklasse 3B
Dann haben wir unsere Schutzbrillen. Die gibt es in verschiedenen Varianten. Hier haben wir beispielsweise eine weiße. Es ist immer oranges Glas, weil wir damit eben die Grünlichtwellen einfach mit rausfiltern. 3B – was bedeutet das Ganze? Das heißt, wir haben eine Laserschutzklasse und unter bestimmten Bedingungen ist dies gefährlich für das Augenlicht.
Was ist Grünlicht-LiDAR?
Wir haben hier einen Grünlichtlaser. Was bedeutet eigentlich Grünlicht für unsere Anwendung und wo ist der Unterschied zu unseren herkömmlichen LiDAR-Scannern? An sich hat es damit zu tun, dass wir hier eine andere Wellenlänge verwenden, die es schafft, eben durch die Wasseroberfläche nicht reflektiert zu werden, sondern auch ins Wasser eindringen kann.
Einsatz in der Gewässervermessung
Wir kannten das vorher von unseren normalen LiDAR-Scannern, gerade bei Flussbefliegungen, wo es beispielsweise auch um Schleusen und Co. ging, die renoviert werden sollten. Da haben wir auch einige Dienstleistungen in der Vergangenheit gemacht. Oder ja, eben in Naturschutzgebieten, wo es um Vegetationskontrollen, aber eben auch Topografieaufnahmen geht. Hat man immer mal wieder Bereiche, die eben unter Wasser stehen, und da kommen wir einfach mit einem normalen Laserscanner nicht durch. Oder bekommen teilweise eben auch keine Punkte, weil die Punkte eben reflektiert werden.
Der Grünlichtlaser schafft das Ganze. Wir haben allerdings sichtbares Licht, aus dem Grund eben auch die Laser-3B-Klasse und unsere Schutzbrillen.
Montage des YellowScan Navigator am Fluggerät
Nachdem wir uns angeschaut haben, was alles in der Kiste ist, kommen wir einfach mal fix zur Montage. Das heißt, der Scanner selber ist ausgestattet mit einem Gremsy T3 V3 Quick Release. In dem Fall zieht der Scanner allerdings mehr Strom als unsere Pins hier drin zulassen. Das heißt, das ist der erste Scanner von YellowScan, der nicht rein über den Quick Release mit Strom versorgt werden kann, sondern zusätzlich dann eben über die Pins am Navigator mit einem Fischer-Connector.
Also: Montage ist auch wieder wie bei allen Scannern relativ simpel. Das heißt, durch den Quick Release halten wir das Ganze drunter, drehen unseren Quick Release fest, bis es einklickt – zack – und dann ist das Ganze auch schon dran.
GNSS und IMU
Neben dem Scanner brauchen wir immer noch ein GNSS-System. Das heißt, wir nutzen nicht die GPS-Antenne der Drohne, sondern sind auch da wieder autark unterwegs. Neben der Stromversorgung haben wir hier auch die Möglichkeit – oder nicht nur die Möglichkeit, sondern wir verwenden immer ein eigenes GNSS, was dann verbunden ist mit unserer SBG Quanta Micro IMU.
Das heißt, wir nehmen während des Fliegens immer unsere Trajektorie auf, die wir dann im Nachhinein durch PPK-Verfahren wieder korrigieren. Währenddessen habe ich hier einmal unser Antennenkabel aufgeklickt. Das ist auch ein neuer Schnellverschluss für GPS-Kabel. Früher hatten wir immer SMA-Anschlüsse und mussten schrauben, das geht jetzt alles deutlich leichter.
Startvorbereitung am Scanner
Damit wir einsatzfähig sind, brauchen wir noch aus unserer Box einmal einen USB-Stick beziehungsweise ein Speichermedium und einen unserer Akkus. Und dann kann unsere Kiste erst mal zu. Dafür haben wir hier einmal unsere Klappe. Die machen wir auf, stecken den USB-Stick rein, stecken unseren Akku rein und damit ist unsere Drohne eigentlich schon ausgestattet mit dem Navigator.
Vertiefung: Warum ein Grünlichtlaser?
Kommen wir einmal zu den Anwendungen. Wofür brauchen wir einen Grünlichtlaser? Grünlichtlaser unterscheiden sich eigentlich von unseren normalen Laserscannern, die wir bisher kannten – unsere UAV-LiDAR-Systeme – im Großen und Ganzen hauptsächlich von dem Wellenbereich, in dem wir unser Signal aussenden. Das heißt, das Licht, was wir sonst hier haben, das ist ja im Nahinfrarot-Bereich und wir haben hier dann eben kein sichtbares Licht: das heißt, egal ob hell oder dunkel, wir werden den Laserstrahl nicht sehen. Hier sind wir im Bereich des Grünlichts unterwegs und das hat den Vorteil, dass wir auf Wasseroberflächen eben nicht reflektiert werden, sondern es schaffen, eben in die Wasseroberfläche einzudringen und dort eben noch weitere Punkte aufzunehmen. Hat den Nachteil, dass wir es sehen und vor allem eben in die Klasse 3B einkategorisiert werden.
Anwendungsbeispiele und Vorteile
Welchen Vorteil habe ich durch die Eindringung ins Wasser? Wir haben früher relativ viele Dienstleistungen gemacht, in denen wir Schleusen vermessen haben für Renovierungsarbeiten, aber eben auch Flussverläufe dokumentiert haben für Überflutungsschutz. Unser Nachteil war, dass wir unsere Daten aus der Landvermessung – gerade wenn es um Topografien rechts und links neben Flüssen ging – immer füttern mussten mit beispielsweise Profilmessungen aus einer GNSS-Antenne oder eben Echolot-aufgenommenen Daten. Und ja, wir konnten darüber eben kontrollieren, ob das Wasser oder wo das Wasser sich ausbreiten würde bei einer Flut. Wir hatten dann meistens keine Punkte auf der Wasseroberfläche, sondern immer nur in Natur direkt drunter.
Die Lücke schließen
Deshalb: Unser YellowScan Navigator schafft es im Vergleich zu einem normalen Scanner, Punkte unter der Wasseroberfläche aufzuzeichnen und zu verorten. Aber es ist nicht die Allwunderwaffe gegen jetzt beispielsweise Echolotsounder und Co. Das heißt, es gibt immer Anwendungsbereiche, in denen das hilft. Wo kategorisieren wir den ein? Es ist ganz klar, dass wir damit hauptsächlich die Lücke zwischen Echolotpeilung und der Landvermessung schließen. Oftmals gerade in Küstenbereichen, in Flachwasserbereichen, in Flüssen, die schwer zugänglich sind, haben wir immer wieder Probleme, unsere herkömmliche Vermessungstechnik einzusetzen, sei es GNSS-Systeme oder Echolotsounder. Und genau diese Lücke schließt der Navigator.
Effizienz bei Flussvermessungen
Wir haben es eben schon gesagt: Flussvermessung ist eines der größten Punkte, weil wir da eine riesige Zeitersparnis haben. Wenn ich überlege, gerade hier im Harz haben wir viele kleine Flüsse, die sehr bedeckt mit Vegetation sind. Das heißt, wir haben rechts und links Bäume, wir haben immer wieder tiefe Stellen, aber auch sehr flache Stellen. Wir haben Steine im Wasser. Und da gibt es natürlich die Möglichkeit, Profilmessungen durchzuführen mit GNSS-Antennen. Dafür muss ich allerdings zum einen erst mal ans Wasser rankommen und zum anderen auch die Möglichkeit haben, dort Satelliten zu empfangen, wenn ich unter den Bäumen bin, die jetzt beispielsweise über so einen Fluss rüberragen.
Andere Variante für solche Flussbereiche ist natürlich das Echolotboot. Gibt es mittlerweile auch schicke kleine Lösungen, die auch in flacheren Bereichen einsetzbar wären. Problem auch da wieder: Ich muss ans Wasser rankommen und habe eigentlich das Problem, dass ich nicht garantieren kann, dass ich entlang des Flusses über mehrere Kilometer überhaupt dauerhaft fahren kann. Und je flacher der Bereich wird, umso schmaler wird natürlich auch das Bild, was ich abbilden kann durch einfach die Distanz zum Messobjekt.
Mit dem Navigator geht das recht fix. Ein Beispiel dafür ist, dass wir so anderthalb Kilometer eigentlich in 14 Minuten mit vier Bahnen – was schon vollkommen drüber ist – eigentlich abdecken können und dadurch natürlich so eine Flussvermessung deutlich schneller erledigen. Wir müssen nicht an das Wasser ran, wir sind schneller als Profilmessungen, wir sind ungefährlicher, weil wir eben nicht ausrutschen, wir müssen nicht ins Wasser rein, wir müssen nicht mit einer Wathose und einer GPS-Antenne irgendwo uns nasse Füße holen. Und dazu kommt noch, dass wir nicht nur unter Wasser aufnehmen, wie es jetzt beim Echolotsounder der Fall wäre, sondern eben auch rechts und links unter Vegetation Topografie aufnehmen können und darüber natürlich auch so Überflutungssimulationen sehr gut darstellen können.
Flachwasser und Küstenbereiche
Ein anderer Bereich Flachwasser ist natürlich im Küstenbereich. Da kommt es natürlich auf die Wasserqualität vor allem an. Nordsee ist natürlich immer eine Herausforderung, da sind die Bedingungen, die Zeitfenster, in denen man das Ganze einsetzen kann, relativ beschränkt. Ostsee haben wir schon mehrere Flüge gemacht, da sind wir bis zu 10 Meter ins Wasser reingekommen. Und da lässt sich das Ganze eben auch sehr gut als Ergänzung verwenden für Echolotsounder-Boote oder richtige Fächerlotpeilungen und so weiter und so fort.
Ein anderer Anwendungsfall, den wir hier auch im Harz haben, ist die Inspektion beispielsweise von Wasserspeichern. Gerade kleinere Wasserspeicher müssen eigentlich regelmäßig auch auf Verschlammung, Verschlickung kontrolliert werden. Je nachdem, wie bewachsen das rechts und links ist. Hier im Harz haben wir sehr viele Bäume ringsrum, ab und zu auch Oberflächenwasser dadurch, dass eben unsere ganzen Bäume hier abgestorben sind. Das heißt, es wird viel Sediment auch eingespült und damit verändert sich natürlich auch der Speicher an sich, indem er verschlammt, der Boden immer näher zur Wasseroberfläche kommt. Und auch solche Anwendungen lassen sich prima mit dem Navigator umsetzen.
Technische Daten: Eindringtiefe und Leistung
Eindringtiefe: Also, wir haben verschiedene Parameter, die beeinflussen, wie weit wir mit dem Navigator ins Wasser reinkommen. Wie eben erwähnt: Nordsee – viel Sediment, gerade durch Ebbe und Flut haben wir da einfach extreme Schwierigkeiten, weil viele Schwebeteilchen im Wasser sind. Es kommt aber auch auf die Wasserfarbe drauf an. Also haben wir hellblaues Wasser, haben wir transparentes Wasser, haben wir leicht milchiges Wasser und dann eben auch die Reflexionswerte von den Objekten, die wir unter der Wasseroberfläche messen wollen. Also wie ist unser Untergrund auch geschaffen? Je dunkler der Untergrund, desto schwieriger hat es natürlich auch das Licht, darauf zu reflektieren und wieder zurückzukommen.
Die Secchi-Scheibe
Wenn wir jetzt Sandstrände haben, wie beispielsweise an der Ostsee teilweise, unklares Wasser – sind das die besten Voraussetzungen. In Flüssen hängt es dann davon ab: Habe ich Tage oder Wochen vorher starken Regen gehabt, kam dadurch eben auch viel Sediment mit ins Wasser? Aber in der Regel kann man eigentlich sagen – oder nicht nur in der Regel, sondern wir haben es eigentlich in fast allen unseren Befliegungen festgestellt, außer in der Nordsee – dass wir eben die 2 Secchi schaffen. 2 Secchi bedeutet: Wir haben eine Secchi-Disk, die hole ich einmal fix her. Da haben wir sie. Und mit der Secchi-Disk können wir eben unsere Wasserqualität grob messen. Das heißt, wir lassen die ins Wasser – da gibt es auch verschiedene Formen, Farben und Co. für, je nachdem, welche Anwendungsfälle man hat. In einer Studie hatten wir fünf verschiedene Secchi-Disks in Grün, in Rot, in Blau, in Schwarz und Weiß. Die handelsübliche ist eben so ein Schachbrettmuster, wie man es auch von Luftbildplatten kennt. Und die lassen wir im Grunde genommen ins Wasser. Und ab dem Zeitpunkt, wo wir Schwarz und Weiß nicht mehr voneinander unterscheiden können oder eben die Disk verschwindet, da haben wir dann die einfache Sichtreichweite und somit 1 Secchi erreicht. Unser Scanner schafft das Doppelte. Das heißt, selbst wenn ich eben nicht den Grund sehen kann, schaffe ich dort trotzdem Punkte aufzunehmen, was besonders eben bei Flüssen sehr vorteilhaft ist, weil auch da haben wir es oftmals mit Braunwasser zumindest hier in unserer Region zu tun, wo die Disk auch schneller verschwinden kann, aber wir schaffen trotzdem eben die Punkte unter Wasser aufzunehmen. Wie gesagt, es hängt auch von dem Untergrund ab, den ich aufnehme, und den Intensitäten. Aber im Großen und Ganzen sagen wir, die Reichweite eines Navigators sind 2 Secchi.
Scan-Eigenschaften
Eine der technischen Daten: Die Reichweite unter Wasser – das sind technische Daten, die wir bisher bei anderen Scannern nicht angeben mussten. Jetzt haben wir hier eben bis zu 200.000 Punkte pro Sekunde, die wir aufnehmen können. Wir haben verschiedene Scan-Pattern von einer Kreisform bis hin zu so einer kleinen Acht, die wir abfahren können. Wir haben 40 Grad Öffnungswinkel. Das heißt, wir haben einen relativ limitierten Winkel. Das hängt einfach auch damit zusammen, dass wir eine Lichtbrechung auf der Wasseroberfläche haben. Je weiter wir im Grunde genommen unseren Öffnungswinkel aufmachen… an Land ist das kein Problem, weil unser Laserstrahl einfach überall reflektieren kann oder abprallen kann. Auf der Wasseroberfläche reflektiert er auch, aber wir kriegen den Impuls dann meistens nicht zurück und es wird immer schwieriger zu berechnen, wie die Lichtbrechung dann eben auf der Wasseroberfläche ist. Genau das heißt, wir haben ein relativ beschränktes Sichtfeld.
Integrierte Kamera
Wir haben eine zusätzliche Kamera verbaut. Das heißt, hier haben wir eine 8-Megapixel embedded Kamera mit drin. Die reicht vollkommen aus, um unsere Punktwolke nachher auch einzufärben. Wenn ich Topografien sowie Flussverläufe und Co. habe, ist das sehr, sehr hilfreich, weil ich dann eben auch meine Landvermessung rechts und links, fotogrammetrische Aufnahmen und Co. mit Passpunkten auch wieder ganz gut georeferenzieren kann – oder zumindest die Daten zusammenbringen kann. Wenn wir jetzt rein Offshore fliegen, bringt uns die Kamera nur die Information mit, wie im Grunde genommen unsere Wasserfarbe war, aber ansonsten verändert sich der Untergrund durch die Wellen natürlich immer wieder. Wellen ist ebenfalls ein guter Punkt. Je glatter das ist, desto besser bis zu einem gewissen Punkt. Wenn wir eine wirklich Spiegeloberfläche haben – wir arbeiten mit sichtbarem Licht – dann wird auch das reflektiert und wir kriegen dort die Wasseroberfläche nicht, aber wir kriegen auf jeden Fall die Punkte dort drunter. Umgekehrt: Wenn wir zu starke Wellen haben, also sich Kämme darauf bilden, dann kommt es ebenfalls zu Problemen.
Die Wahl der Drohnen-Plattform
Vom Gewicht haben wir hier 3,7 Kilo. Und damit kommen wir eigentlich auch schon zu der Frage: Welche Drohne sollte ich eigentlich zu meinem Navigator verwenden?
Hexadrone Tundra 2.1
Wir haben jetzt hier unsere Hexadrone Tundra. Das ist eine der Plattformen, die wir verwenden können. Der Vorteil hiervon ist die C5-C6-Zulassung, die wir haben, und können damit eben im Standardszenario über das STS-Verfahren relativ unkompliziert unsere Drohne in die Luft bringen. Kleines Manko ist, dass wir von der Flugzeit limitierter sind als mit anderen Drohnen.
Acecore NOA Q30
Mit anderen Drohnen meine ich so was wie unsere Acecore NOA, die mit einem Navigator ja gute 40, 45 Minuten in der Luft ist. Mit der Tundra sind wir 25 bis 30 Minuten in der Luft. Nachteil bei der NOA ist vor allem das Packmaß. Das heißt, ich habe große Koffer dabei. Ich habe zwar lange Flugzeiten, aber ich brauche auch auf jeden Fall eine SORA, um dann BVLOS-Flüge zu bekommen oder im städtischen Bereich näher an urbanem Gebiet zu arbeiten.
DJI Matrice 400
Eine dritte Plattform, die jetzt erst rausgekommen ist, ist die DJI Matrice 400. Wir haben vorher oft die Frage bekommen: Kann ich den Scanner auch unter meiner M350 verwenden? Nein, damit sind wir ganz klar über dem maximalen Take-off Weight, wenn wir 3,7 Kilo unter die M350 hängen und unsere Flugzeit ist so weit limitiert, dass es eigentlich keinen Sinn mehr ergibt, noch eine wirkliche Mission zu machen. In 25 Minuten komme ich mit einer Tundra auch schon relativ weit. Das heißt, wir fliegen sowieso meistens so 2-Kilometer-Stücke, 2- bis 3-Kilometer-Stücke. Also stellen uns mittig auf, fliegen ein bis anderthalb Kilometer in die eine Richtung und ein bis anderthalb Kilometer in die andere.
Für die M400 kommen jetzt so langsam die ersten Fallschirmsysteme auch raus. Das heißt, da warten wir eigentlich auf die Zertifizierung MOC 2511 und MOC 2512. Das eine ist für das Flight Termination System, das andere für den Parachute. Und wenn die beiden Sachen durch sind, dann sieht es auch so aus, als würde man auch mit einer M400 eigentlich relativ unkompliziert einen SORA-Antrag stellen können oder auch ins STS-Verfahren rutschen können. Flugzeit von der M400 haben wir jetzt gerade gestern einmal mitgeteilt bekommen von Morten von Scandinavian Drones – vielen Dank dafür. Der hat einen Dauertest mit dem Navigator gemacht und bei 25 % Restkapazität sind wir bei 25 Minuten. Wenn wir bis 20 % runtergehen, haben wir 27 Minuten Flugzeit. Das heißt, ähnliche Flugzeit wie mit unserer Tundra.
Der Workflow: Data Acquisition
Dann haben wir eigentlich beantwortet, welche Drohne können wir alles verwenden, aber wofür verwende ich was? Flugzeit, wie schon erwähnt, ist eines der Hauptfaktoren. Das heißt, wenn ich ja im Großen und Ganzen außerhalb von städtischem Bereich bin, große Küstenareale abdecken muss, dann ist Flugzeit natürlich relevant. Vor allem wenn wir Ebbe und Flut haben, bestimmte Zeitfenster einhalten müssen, können wir nicht ständig einen Akkuwechsel vornehmen. Das heißt, da lohnt sich der Aufwand auf eine größere Drohne, entweder eine NOA Electric Version oder eben auch Hybrid-Drohnen wie beispielsweise von JXER. Eine Hybrid-Drohne hat natürlich den Vorteil, dass wir eigentlich auf die Flugzeit an sich nicht großartig achten müssen. Da müssen wir nur dran denken, die Stromversorgung über externe Stromversorgung zu machen, weil wir ansonsten ja so 47 Minuten Laufzeit des Scanners mit dem internen Akku limitiert sind, was auch schon eine ganze Menge ist. Genau.
Ansonsten hängt es viel von der Genehmigungslage ab. Also wie eben erwähnt: STS-Verfahren, urbanes Gebiet – da kommen dann Tundra und M400 ganz gut zum Tragen, weil es einfach kleinere Systeme sind, die eben Zertifizierungen haben. Bei der NOA haben wir halt den Vorteil, dass wir lange Flugzeiten haben, aber da auf jeden Fall uns mit dem SORA-Antrag an sich auseinandersetzen müssen. Das heißt, Betriebshandbuch schreiben und dann eben für die Mission selber auch eine SORA.
Flugvorbereitung und Durchführung
Kommen wir zur Data Acquisition. Wie läuft das eigentlich ab? Immer wenn wir Projekte haben, machen wir als allererstes eine Flugplanung. Das heißt, der Kunde schickt uns eine KML über unseren Umring, das heißt das Gebiet, was wir zu befliegen haben, oder eben Abschnitte eines Flusses. Und anschließend machen wir als allererstes eine Flugplanung nach den Anforderungen, die der Kunde hat. Nachdem wir unsere Flugplanung dann durchgeführt haben – das machen wir meistens mit der herkömmlichen Software der Drohnen, UgCS ist beispielsweise ein klasse Tool, um verschiedenste Drohnenplattformen mit dem gleichen Workflow eigentlich zu planen – da achten wir vor allem da drauf auf die Flughöhen, auf die Punktwolkendichten, die gefordert sind. Ein grober Anhaltspunkt sind beispielsweise ja 80 Meter Flughöhe, 5 Meter pro Sekunde, da haben wir so 20 Punkte pro Quadratmeter. Dann kommt es immer noch darauf an, ob wir Seitenüberlappung verwenden. Ich arbeite da ganz gerne mit 50 % Overlap, dass man einfach die Punktwolkendichte ein bisschen erhöht, gerade wenn es um topografische Aufnahmen geht und wenn wir Vegetation haben, einfach noch mehr verschiedene Winkel bekommen, um durch die Vegetation durchzupenetrieren.
Und ja, das ist im Grunde genommen die Flugplanungshürden, die wir dort haben. Anschließend, wenn wir eine Flugplanung haben, gehen wir raus ins Feld, bauen das System auf. Wir haben eben schon gesehen: Das geht recht fix. Auch der Aufbau der Tundra oder einer M400 ist relativ fix erledigt und damit sind wir recht zügig einsatzbereit.
Die Yellow-Scan Philosophie
Dann brauchen wir eigentlich nur noch, wenn die Drohne an ist, den Scanner starten. Dann haben wir die Philosophie von YellowScan: “Just press the yellow button”. Wir drücken auf den Knopf, der Scanner fährt hoch und damit fliegen wir das Ganze dann einfach ab. Wir machen eine Initialfigur am Anfang, das heißt wir kalibrieren unsere IMU und unser GNSS-System mit dem Kompass zusammen. Dann führen wir eben unseren Missionsflug durch, fliegen unsere Wegpunkte ab, führen noch mal eine Kalibrierung durch, landen, ziehen uns anschließend dann unseren USB-Stick raus, sichern uns die Daten auf einer SSD im Feld, können dann den nächsten Flug machen oder tauschen einfach die USB-Sticks aus.
Datenauswertung in der CloudStation
Wenn wir unsere Daten auf dem Computer haben, führen wir als allererstes unser PPK-Verfahren durch. Das heißt, unsere Flugtrajektorie wird einmal komplett korrigiert mit einer Basis. Das passiert dann in SBG Qinertia, das ist unsere Software für unsere Quanta Micro IMU, die dort verbaut ist. Allerdings ein bisschen anders, als man das normalerweise aus der Seefahrt oder Co. kennt: Wir müssen nicht zwangsläufig Qinertia verwenden, wir installieren das Ganze, aber die CloudStation, die fragt uns im Grunde genommen Parameter ab und führt über ein Skript im Hintergrund die Schritte in Qinertia durch, sodass wir dann eigentlich einen sehr, sehr einfachen Workflow haben und unser PPK-Verfahren machen.
Punktwolken-Erstellung und Klassifizierung
Daraus generieren wir ein SBET-File. Mit dem SBET-File haben wir dann eine korrigierte Flugtrajektorie. An dieser Flugtrajektorie wird dann unsere LiDAR-Punktwolke erst mal ausgerichtet. Anschließend haben wir ja eine Lichtbrechungsberechnung, wo wir auch verschiedene Parameter wieder durchgehen können und eigentlich aus der rohen Full-Waveform, die aus dem Scanner rauskommt, dann unsere einzelnen LiDAR-Punkte berechnen. Vor allem auch unter der Wasseroberfläche. Das heißt, darüber wird dann vorgegeben, wie unsere Lichtbrechung ist und wo unsere Punkte dann unter der Wasseroberfläche sind.
Sowie eine Klassifizierung muss dafür natürlich auch stattfinden. Das heißt, als allererstes wird erst mal klassifiziert: Was sind normale Landpunkte, was sind Wasseroberflächenpunkte und was sind Punkte, die unter der Wasseroberfläche sind? Im späteren Verfahren haben wir dann die Möglichkeit, eben ein Strip Adjustment durchzuführen. Wir können mittlerweile ein Smoothing durchführen. Das heißt, da werden mathematisch Punkte aufeinandergeschoben, um einfach noch das Rauschen zu minimieren. Wobei wir auch festgestellt haben: Der Navigator funktioniert an Land wirklich hervorragend. Da reden wir von einer Precision, die ich selber gemessen habe, von ca. 8 Millimetern auf der Oberfläche an Land. Unter Wasser konnten wir es nur so messen, indem wir große Blöcke versenkt haben, haben die eben mit einem GNSS-System eingemessen und anschließend dann so 5 bis 10 Zentimeter Genauigkeit unter Wasser festgestellt.
Nachdem ich dann eben unsere Klassifizierung noch weiter durchgeführt habe – das heißt, da können wir klassifizieren in Objekte an Land, Bodenpunkte an Land, Wasseroberfläche, Topografie unter Wasser (also Bodenpunkte unter Wasser) und dann noch “Others”. Das sind Punkte wie Rauschen, aber eben auch bestimmte Objekte, die sich in der Wassersäule befinden.
Export und Sonderanwendungen
Exportieren können wir dann zum einen unsere LiDAR-Point-Cloud, die wir aus der CloudStation einfach auch so generieren. Und wenn wir die CloudStation Ultimate haben, auch die Full-Waveform. Zum Thema Full-Waveform werden wir noch mal ein gesondertes Video machen, weil das doch sehr komplex ist und sehr nischige Anwendungen sind. Zum jetzigen Zeitpunkt ist das Thema Grünlichtlaser eigentlich noch so neu, dass wir sehr wenig Informationen daraus verwenden. Also wir generieren natürlich Punkte unter Wasser, wir generieren topografische Punkte, aber alle Reflexionswerte dazwischen, die zum Beispiel auch Auskunft über die Wasserqualität geben können, die Vegetation unter Wasser auch darstellen können – da sind die Universitäten momentan noch sehr viel dran, weitere Auswertungsmaßnahmen, KI-Algorithmen, Extraktions-Algorithmen zu schreiben, um noch mehr Informationen aus unserem Grünlicht rauszuholen beziehungsweise die Full-Waveform zu analysieren.
Dafür haben wir beispielsweise einen Proof of Concept mit der Universität Lausanne durchgeführt, wo wir versucht haben, Zooplankton zu detektieren. Und das sind wir eben an verschiedenen Tages- und Nachtzeiten mit der Tundra geflogen. Und da geht es darum, eben aus der Full-Waveform das Zooplankton als Wolke zu detektieren und rauszufiltern, um zukünftig noch besser über das Ökosystem des Zooplanktons zu gewinnen. Spannende Anwendung, wie gesagt, sehr nischig, aber das können wir eben aus der CloudStation exportieren. Neben natürlich unseren normalen Produkten wie einer Punktwolke, aber eben auch verschiedenen digitalen Geländemodellen (DOM, DTM, DSM). Wir können Höhenlinien exportieren. Wir können die External Orientation unserer Kameras exportieren und damit dann beispielsweise auch eine Fotogrammetrie durchführen, was natürlich mit einer 8-Megapixel-Kamera relativ limitiert ist. Aber um ein Orthofoto zu erzeugen – beispielsweise in einer Fotogrammetrie-Software – ist das natürlich machbar. Und wenn wir noch ein externes Kameramodul schon direkt verwendet haben und haben hochauflösendere Fotos, dann können wir auch in der CloudStation mit der CloudStation Ultimate ein Orthofoto generieren, um das dann wieder komplett zu exportieren.
Fazit und Ausblick
So, das war der erste Eindruck für den YellowScan Navigator, für seine Anwendung, technische Daten und Co. Wenn ihr Interesse an dem Produkt habt, meldet euch gerne bei uns. Wenn ihr mehr über den Navigator erfahren wollt und noch tiefer einsteigen wollt – ja, schreibt es gerne in die Kommentare, lasst es uns wissen und wir nehmen deutlich mehr Videos dann zu bathymetrischen Systemen und grundsätzlich dem Navigator auch auf. Also seid gespannt auf die nächsten Videos, bleibt dran, kommentiert fleißig und wir sehen uns im nächsten Video.
