LKN.SH: Effizienter Küstenschutz in Schleswig-Holstein!

Die Küsten Schleswig-Holsteins

Schleswig-Holstein als Land zwischen den Meeren wird auf der einen Seite durch die Nordsee mit dem Wattenmmeer
und auf der anderen Seite durch die Ostsee begrenzt. Die Küstenlinien sowie die Inseln und Halligen unterliegen
einem stetigen Wandel. Wind, Wellen und Gezeiten verändern Strukturen von Stränden, Dünen und Deichen
kontinuierlich. Um den Küstenschutz langfristig zu sichern und fundierte Entscheidungen für Schutzmaßnahmen zu
treffen, sind regelmäßige, präzise Vermessungen unerlässlich. Besonders betroffen sind stark frequentierte
Strandabschnitte wie auf Sylt, wo natürliche Erosion und menschliche Einflüsse die Topografie laufend verändern.

Die Herausforderung – Was bisher geschah

Grundsätzlich sind sämtliche Küstenbereiche regelmäßig zu erfassen und die Veränderungen zu analysieren. Für die
großräumigen Vermessungen des gesamten Wattenmeeres sowie der Nord- und Ostseeküsten werden
flugzeuggestützte Laserbefliegungen durchgeführt und durch Schiffsvermessungen der Wasserflächen ergänzt,
sowie Satellitenbilder analysiert.

Für regionale und lokale Bereiche werden die Vermessungen bislang mit klassischen Methoden durchgeführt: GNSS-
Antennen im Profilverfahren oder terrestrische Laserscanner kommen zum Einsatz. Diese Verfahren sind mit erheblichem Aufwand verbunden.

Beim GNSS-Profilverfahren müssen Vermessungsteams systematisch, zumeist in parallelen Linien, eine große
Anzahl an Messpunkten händisch erfassen, was gerade in unwegsamen Gelände oder weichen Sandflächen extrem
zeitintensiv ist. Terrestrische Laserscanner liefern zwar hochpräzise Daten, müssen aber händisch an verschiedenen
Standpunkten aufgebaut und ausgerichtet werden. Das bedeutet, dass die Messungen schrittweise erfolgen und
Messlücken entstehen, wenn Bereiche nicht optimal einsehbar oder nicht begehbar sind.

Alle Aufgaben und Arbeiten im Strandbereich der Nordsee sind durch die Gezeiten Ebbe und Flut geprägt. Diese
geben den Arbeitstakt vor. Um Strandbereiche zu erfassen ist ein Zeitfenster von etwa 2-3 Stunden während der
Ebbe-Phase eines Tages nutzbar. Dazu kommt die Wetterabhängigkeit durch Regen, Nebel oder starkem Wind, die
Messungen verzögern oder unmöglich machen.

Gerade auf Sylt, wo das Wetter schnell umschlagen kann, war bislang ein hoher Zeitaufwand mit mehreren
Messtagen notwendig, um die benötigten Daten während der kurzen Ebbe-Phasen zu erheben.

Ein weiteres Problem ist die begrenzte Effizienz dieser Verfahren bei großflächigen Vermessungen. Die Erfassung
größerer Strandabschnitte dauert oft mehrere Tage oder sogar Wochen, was nicht nur hohe Personalkosten
verursacht, sondern auch die Aktualität der Daten beeinträchtigt. Besonders nach Sturmfluten ist es notwendig, sehr zeitnah die aktuelle Situation vor Ort zu erfassen und Informationen zu den Schäden zu erhalten.

Der Landesbetrieb für Küstenschutz Schleswig-Holstein (LKN.SH) suchte daher nach einer modernen Lösung, die
eine schnelle, flexible und dennoch hochpräzise Datenerfassung ermöglicht, unter Berücksichtigung der durch die
Gezeiten eingeschränkten Zeitfenstern unabhängig von den schwierigen Geländebedingungen und dazu mit
möglichst geringem Personalaufwand.

Die Idee & Wahl: YellowScan Fly & Drive mit MOST Robotics

Um die Effizienz und Genauigkeit der Vermessungen zu verbessern, wurde nach einer Technologie gesucht, die sowohl flexibel als auch leistungsfähig ist. Die neue Lösung sollte folgende Anforderungen erfüllen:

• Schnellere Datenerfassung: Reduzierung des Zeitaufwands für großflächige Vermessungen von mehreren Tagen auf wenige Stunden.
• Hohe Präzision: Erfassung detaillierter topografischer Daten mit hoher Punktdichte und Genauigkeit, um Veränderungen frühzeitig zu erkennen.
• Flexibilität in der Anwendung: Einsatzmöglichkeiten sowohl aus der Luft als auch vom Boden aus, um verschiedene Geländeformen effizient abzudecken.
• Unabhängigkeit von schwierigem Terrain: Reduzierung der Notwendigkeit, unwegsame oder schwer zugängliche Gebiete zu Fuß zu vermessen.
• Minimierter Personaleinsatz: Möglichkeit, Vermessungen mit wenigen Fachkräften durchzuführen und die Datenauswertung zu automatisieren.

Die Lösung musste nicht nur bestehende Prozesse optimieren, sondern auch neue Möglichkeiten für den Küstenschutz bieten – beispielsweise eine schnellere Reaktionsfähigkeit nach Stürmen oder eine präzisere Dokumentation von Erosionsprozessen.

Nach eingehender Evaluierung entschied sich der LKN.SH für den YellowScan Fly & Drive, ein hochmodernes,
mobiles LiDAR-System. Die Besonderheit dieser Lösung liegt in ihrer Vielseitigkeit, wie sie für die Aufgaben des
LKN.SH im Wattenmeer und an der Küste benötigt wird:

Das System kann sowohl als UAV-gestützter Laserscanner unter einer Drohne (z. B. Acecore ZOE X8 oder DJI M35)
als auch als Mobile Mapping System auf verschiedenen Fahrzeugen eingesetzt werden. Diese Kombination
ermöglicht eine vollständige, lückenlose Vermessung – vom Boden aus für großflächige befahrbare Gebiete und aus
der Luft für schwer zugängliche oder verdeckte Bereiche.

Mit dieser neuen Technologie war der Weg frei für eine effizientere und präzisere Vermessung der Strände auf Sylt.

Unsere Lösung

Um den Anforderungen des LKN.SH gerecht zu werden, lieferte und implementierte MOST Robotics den YellowScan
Fly & Drive, ein hochmodernes, vielseitiges LiDAR-System. Die Kombination aus luftgestütztem und mobilem
Mapping erlaubt eine nahtlose Erfassung großer und schwer zugänglicher Gebiete – ideal für die komplexen
Herausforderungen der Strandvermessung auf Sylt.

1. Bereitstellung der Technologie

MOST Robotics unterstützte den Kunden von der Auswahl bis zur finalen Implementierung der Lösung. Das YellowScan Fly & Drive System wurde in die bestehende Infrastruktur des Kunden integriert und mit mehreren Trägerplattformen kompatibel gemacht:

• UAV-Einsatz: Montiert an der Acecore ZOE X8, alternativ auch an der (damals) DJI M350 oder Hexadrone Tundra, ermöglicht das System eine schnelle, flächenhafte Erfassung der Strandtopografie und des Wattenmeers sowie Dünen, Deichen und Grabenstrukturen aus der Luft.
• Mobile Mapping: Durch die Befestigung auf verschiedenen Fahrzeugen konnte das LiDAR-System für detaillierte Bodenerfassungen von langgestreckten Dünen, Deichen und entlang von Grabensystemen genutzt werden.

2. Schulung und Inbetriebnahme

MOST Robotics führte ein umfassendes Schulungsprogramm durch, um das Vermessungsteam der Landes- und Küstenschutzbehörde optimal auf den Einsatz des Systems vorzubereiten. Die Schulung umfasste:

• Flug- und Fahrtraining für den sicheren und effizienten Einsatz des LiDAR-Scanners.
• Datenverarbeitung und -analyse, um eine schnelle und präzise Auswertung der erfassten Messdaten zu gewährleisten.
• Wartung und Systempflege, damit das System langfristig zuverlässig einsatzbereit bleibt.

3. Erste Einsätze und Optimierung

Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme wurde das System zunächst in kleineren Testgebieten erprobt. Dabei konnten bereits erste Optimierungen vorgenommen werden, etwa die Anpassung der Flugrouten für eine optimale Punktdichte oder die Verbesserung der Datenfusion zwischen den Luft- und Bodenscans.

Dank der engen Zusammenarbeit zwischen MOST Robotics und der Landes- und Küstenschutzbehörde konnte die Lösung schnell in den regulären Vermessungsbetrieb integriert werden. Das System erwies sich als äußerst effizient und ermöglichte eine präzisere und schnellere Datenerhebung als mit den bisherigen Methoden.

Mit dieser technologischen Basis war der Landesbetrieb nun in der Lage, die Strandvermessung auf Sylt in einer bisher unerreichten Qualität und Geschwindigkeit durchzuführen. Und dies wendete das Vermessungsteam des LKN.SH direkt an einem Strandabschnitt von ca 35 Kilometern Länge an.

Kundenanwendung: Strandvermessung auf Sylt

Die erste große Anwendung des neuen LiDAR-Systems war die komplette Vermessung des rund 35 km langen Strandbereichs auf Sylt. 

Die Küstenlinie der Insel verändert sich durch natürliche Erosion und Stürme kontinuierlich. Jährliche Strandaufspülungen wirken der Natur entgegen. Eine regelmäßige, hochpräzise Vermessung ist essentiell, um Schutzmaßnahmen gezielt zu planen und Veränderungen frühzeitig zu erkennen.

1. Ziel des Projekts

Für den LKN.SH standen folgende Ziele für die Strandvermessung im Fokus:

• Erfassung der gesamten Strandtopografie mit hoher Genauigkeit.
• Dokumentation von Veränderungen durch Küstenerosion und Sturmschäden.
• Effiziente Datenerhebung mit minimalem Personalaufwand.
• Vermessung ohne aufwendige Betriebsgenehmigungen für Drohnenflüge, um Verzögerungen zu vermeiden.

2. Durchführung mit dem Mobile Mapping System (MMS)

Der Strand auf Sylt erstreckt sich über eine große Distanz. Der Einsatz einer Drohne würde eine hohe Anzahl an Standpunkten bedeuten mit hohem zeitlichen Aufwand für die jeweiligen Wechsel sowie dem Auslegen und Einmessen von Passpunkten. Zudem wären besondere Fluggenehmigungen notwendig mit entsprechenden Sicherheitsvorgaben für das Überfliegen von Personen. Der Einsatz der Drohne bedeutet einen deutlich höheren logistischen Aufwand. Daher wurde für dieses Projekt ausschließlich der Drive-Modus des YellowScan Fly & Drive eingesetzt. Das LiDAR-System wurde auf einem Fahrzeug montiert und erfasste während der Fahrt die gesamte Strandtopografie. Diese Methode bot mehrere Vorteile:

• Effizienz: Die Vermessung des 35km langen Abschnittes konnte in einem einzigen fortlaufenden
• Messdurchgang im Hin- und Rückweg erfasst werden
• Personalersparnis: Statt eines mehrköpfigen Teams für GNSS-Vermessungen reichte eine kleine Einheit mit
• einem Fahrzeug aus.
• Durchgängige Messung: Der 35 km lange Abschnitt konnte in einem einzigen Messdurchgang erfasst werden.

3. Die Grenzen des reinen Mobile Mapping – ein Praxisbeispiel

Das Mobile Mapping System stellt für diese Aufgabenstellung eine effiziente Lösung dar. Dennoch zeigten sich in der
Praxis die Grenzen im Einsatz : Während der Vermessungsfahrt blieb das Fahrzeug in einem weichen
Sandabschnitt stecken. Die Bergung kostete wertvolle Zeit insbesondere im Hinblick auf die aufkommende Flut und
verdeutlichte eine der zentralen Limitierungen des Fahrzeugbetriebs – unerwartet schwieriges Gelände kann den
Mess-Fortschritt behindern. Dennoch konnte die Messfahrt entlang der gesamten Küste während einer Ebbe-Phase
erfolgreich fortgesetzt und beendet werden.

Hier hätte die Kombination mit der Drohnenvermessung einen entscheidenden Vorteil geboten:

• Unabhängigkeit vom Terrain: Ein UAV-gestützter LiDAR-Scan hätte den betroffenen Bereich lückenlos aus der Luft erfassen können, ohne dass einFahrzeug auf unwegsames Gelände gestoßen und behindert worden wäre.
• Zeitersparnis: Während die Bergung des Fahrzeugs lief, hätte die Drohne den Scan des betroffenen Abschnitts fortsetzen können.
• Sicherere Datenerhebung: Besonders empfindliche oder schwer zugängliche Abschnitte lassen sich aus der Luft effizienter vermessen.

4. Erkenntnisse und zukünftige Anwendungen

Die erfolgreiche Durchführung der Strandvermessung auf Sylt zeigte, dass das YellowScan Fly & Drive auch im
reinen Fahrzeugbetrieb eine leistungsstarke Lösung für großflächige Vermessungen ist. Der Mehrwert des
YellowScan Fly & Drive liegt in der Auswahl der Möglichkeiten aus Mobile Mapping und UAV-Vermessung für
die vielfältigen vermessungstechnischen Aufgabenstellung des LKN.SH:

• Mobile Mapping für einfache, zugängliche Bereiche und lange Strecken.
• UAV-Vermessung für schwer erreichbare oder riskante Geländeabschnitte.

Einsatz von Passpunkten
Für beide Verfahren ist die Verbesserung der Höhengenauigekeit durch Passpunkte unumgänglich.
Beim MobileMapping reicht ein GNSS-Empfänger auf dem Auto, der kinematisch die Positionen mit Höhen erfasst.
Vereinzelte markierte Kontrollpunkte stützen diese.
Auch bei der UAV-Vermessung sind markierte Kontrollpunkte zur Unterstützung der Höhengenauigkeit von Vorteil.

Auf Basis dieser Erkenntnisse plant die Landes- und Küstenschutzbehörde, das System künftig noch flexibler einzusetzen – insbesondere in Gebieten, in denen ein Mix aus Boden- und Luftvermessung den optimalen Workflow ermöglicht.