Präzise Drohnen-Befliegung planen (RTK + Passpunkte)

Wie plant man eine genaue Kartierungsbefliegung?

Fliegen Sie ein automatisches Raster („Rasenmähermuster“): parallele Streifen in konstanter Höhe über dem Boden, die Kamera senkrecht nach unten gerichtet (Nadir), von einer Flugplanungs-App in festen Abständen ausgelöst.^[3] Stellen Sie die Ziel-GSD und die Überlappung in der App ein; sie berechnet Flughöhe, Streifenabstand und Auslöseabstand. Entscheiden Sie dann, wie das Modell seine absolute Position erhält (RTK, PPK oder Passpunkte), und halten Sie einige eingemessene Punkte als unabhängige Kontrollpunkte zurück.

Was ist die GSD, und wie berechnet man die Flughöhe?

Die Ground Sampling Distance (GSD, Bodenauflösung) ist der Abstand auf dem Boden zwischen den Mittelpunkten zweier benachbarter Pixel.^[1] Sie bestimmt, wie kleine Details sich kartieren lassen, und zusammen mit der Qualität des Netzes und der Positionen, wie genau das Ergebnis sein kann. Die Flughöhe für eine gewünschte GSD ist^[1]

H = (N · GSD · f) / Sw, mit H in Metern, N der Bildbreite in Pixeln, GSD in Metern pro Pixel, f der echten Brennweite und Sw der echten Sensorbreite (f und Sw in derselben Einheit, nicht das Kleinbild-Äquivalent). Umgekehrt: GSD = H · Sw / (f · N).

Rechenbeispiel, DJI Phantom 4 RTK: 1-Zoll-Sensor, 20 MP, 5.472 Pixel in der Breite, f = 8,8 mm. DJI gibt GSD = H / 36,5 cm pro Pixel an.^[2] Bei H = 100 m sind das 2,74 cm pro Pixel; die Bildfläche ist 5.472 × 2,74 cm ≈ 150 m breit und ≈ 100 m hoch (3.648 Pixel). Halbiert man die Höhe, halbiert sich die GSD, aber weil die Fläche pro Bild auf ein Viertel sinkt, braucht man etwa viermal so viele Bilder.

Als Orientierung, was die GSD bringt: Pix4D nennt als erwartete relative Genauigkeit eines korrekt skalierten und rekonstruierten Projekts 1–2 × GSD in der Lage und 1–3 × GSD in der Höhe und merkt an, dass die absolute Genauigkeit nicht besser sein kann als die Genauigkeit der Bildpositionen oder der Passpunkte.^[4] Eine GSD von 2,7 cm trägt also keine Aussage von 1 cm; dazu braucht es einen tieferen Flug oder eine andere Messart.

Wie viel Überlappung brauchen Sie?

Das Minimum von Pix4D für den allgemeinen Fall sind 75 % Längs- und 60 % Querüberlappung; ebenes, gleichförmiges Gelände (etwa Felder) braucht mindestens 80 % in beiden Richtungen, Wald oder dichte Vegetation mindestens 85 % in beiden.^[3] Eine übliche Arbeitswahl, die in den Beispielen hier verwendet wird, ist 80 % längs und 70 % quer. Die Überlappung ermöglicht es der Software, denselben Punkt in vielen Bildern zu finden; sie lässt sich nachträglich nicht hinzufügen, im Zweifel also lieber mehr.

Die Überlappung legt die Abstände direkt fest: Auslöseabstand d = Bildflächenhöhe × (1 − Längsüberlappung); Streifenabstand s = Bildflächenbreite × (1 − Querüberlappung). Für die Phantom 4 RTK bei 100 m mit 80 % / 70 % ist d = 20 m und s = 45 m, jedes Bild bringt also etwa 900 m² neues Gelände. Mehr Überlappung kostet mehr Bilder: 1.200 Bilder decken dann grob 108 ha ab, vor den Randzugaben um das Gebiet.

Die Überlappung erhöht Redundanz und Punktdichte, ändert aber nicht die nahezu parallele Blickgeometrie, die die Aufwölbung („Doming“) verursacht (siehe unten); das tun die Kamerawinkel.^[10]

Wie schnell dürfen Sie fliegen, und wie vermeiden Sie Bewegungsunschärfe?

Unschärfe ist die Strecke, die sich das Fluggerät während der Belichtung bewegt: Unschärfe = Geschwindigkeit × Belichtungszeit, verglichen mit der Größe eines Pixels am Boden (der GSD). Bei 10 m/s und 1/1000 s bewegt sich die Drohne 1 cm, das sind 0,36 Pixel bei 2,74 cm GSD; bei 1/500 s sind es 2 cm, 0,73 Pixel. Eine verbreitete Faustregel (eine Konvention, kein Standard) ist, die Unschärfe deutlich unter einem Pixel zu halten; eine kleinere GSD macht dieselbe Unschärfe schlimmer, niedrige, schnelle Flüge brauchen also kürzere Verschlusszeiten.

• Der Verschlusstyp zählt. Die Phantom 4 RTK hat einen mechanischen Verschluss mit einem Bereich von 8 bis 1/2000 s.^[2] Kameras mit elektronischem (Rolling-)Shutter lesen den Sensor zeilenweise aus, was das Bild bei Geschwindigkeit verzerrt; das lässt sich in der Verarbeitung modellieren, und die Korrektur verbesserte in einer Pix4D-Studie die Genauigkeit bei 8 m/s.^[5]
• Beachten Sie auch den Auslöseabstand: bei 8 m/s und 20 m zwischen den Aufnahmen muss die Kamera alle 2,5 s ein Bild aufnehmen können.
• Belichtung und Fokus: halten Sie die Belichtung während des Flugs stabil, nutzen Sie einen niedrigen ISO-Wert, soweit die Verschlusszeit es zulässt, und lassen Sie den Autofokus nicht zwischen den Bildern wechseln. Das ist Feldpraxis, kein Standard; ein unscharfes Bild liefert schlechte Verknüpfungspunkte und lässt sich nachträglich nicht reparieren.
• Format: Orthosite nimmt JPEG-, PNG- und TIFF-Bilder und liest ihre EXIF-/XMP-Daten; HEIC und RAW (DNG) werden nicht akzeptiert.

Raster, Doppelraster oder Schrägaufnahmen?

Ein einzelnes Nadir-Raster über ebenem Gelände ist die klassische Ursache der „Aufwölbung“ (Doming): Nahezu parallele Blickrichtungen machen es schwer, die Linsenverzeichnung von der Geländeform zu trennen, sodass sich das Modell wölben kann und dabei wie echtes Gelände aussieht; James und Robson führen den Fehler auf nahezu parallele Aufnahmerichtungen und eine ungenaue Korrektur der radialen Verzeichnung zurück.^[10] Konvergente (schräge) Bilder beseitigen die Mehrdeutigkeit. In einer Studie mit 150 Szenarien gegen einen terrestrischen Laserscanner verbesserten Schrägwinkel von 20–35° Präzision und Genauigkeit um fast 50 % gegenüber reinen Nadir-Blöcken.^[7] James und Robson berichten, dass Flugpläne mit zusätzlichen Schrägaufnahmen den systematischen DEM-Fehler ohne Passpunkte um bis zu zwei Größenordnungen senken können;^[10] eine spätere Studie fand, dass leicht geneigte Kameras (unter 15°) die Genauigkeit sogar verringern können und dass das Modellieren und nachträgliche Abziehen des systematischen Fehlers von der Topografie ein robusteres Mittel ist als kleine Off-Nadir-Winkel.^[6]

Senkrechte Flächen (Gebäudeseiten, Stützmauern, Haldenflanken) sind von direkt oben gar nicht zu sehen; dafür braucht es Schrägaufnahmen. Die Flug-Geometrieprüfung von Orthosite liest Kameraneigung und Blickrichtungen jedes Bildes und markiert einen Block ohne Schrägaufnahmen (unter 5 %) als Hinweis, mit derselben Empfehlung von 20–35°. Sie ändert nichts daran, wie der Flug verarbeitet wird.

RTK, PPK oder Passpunkte: was brauchen Sie?

Alle drei geben dem Modell seine absolute Position und seinen Maßstab; sie arbeiten auf unterschiedliche Weise.

• RTK korrigiert die Position der Drohne in Echtzeit von einer Basisstation oder einem Netz und versieht jedes Bild mit der korrigierten Position. Es braucht eine stabile Verbindung während des Flugs.^[8]
• PPK zeichnet GNSS-Rohdaten auf der Drohne und einer Basis auf und korrigiert sie nach dem Flug; es braucht keine Live-Verbindung und verträgt Abbrüche besser.^[8] Die korrigierten Koordinaten müssen vor dem Hochladen in die Bilder geschrieben werden.
• Passpunkte (GCPs) sind Zielmarken am Boden, die mit einem GNSS-Rover oder Tachymeter eingemessen und in den Bildern markiert werden. Sie sind vom GNSS der Drohne unabhängig.

Für die Phantom 4 RTK gibt DJI eine RTK-Positionsgenauigkeit von 1 cm + 1 ppm in der Lage und 1,5 cm + 1 ppm in der Höhe an.^[2] Das ist die Genauigkeit der Kamerapositionen, nicht der fertigen Karte. Die Karte wird nur an unabhängigen Kontrollpunkten beurteilt. Studien zur Passinformation zeigen, dass die Genauigkeit überschätzt wird, wenn man sie an den in der Ausgleichung verwendeten Passpunkten statt an unabhängigen Kontrollpunkten beurteilt, und dass eine gleichmäßige Verteilung wichtig ist.^[9] Der Passpunkt-Leitfaden behandelt Anzahl und Platzierung.

Was macht Orthosite mit RTK, PPK und Passpunkten?

Das sind die Regeln im Verarbeitungscode, damit Sie danach planen können:

• RTK-Flüge werden an den Bildern erkannt. Orthosite liest die DJI-RTK-Tags in jedem Bild (und bei anderen Marken den EXIF-Tag GPSHPositioningError). Ein Flug gilt als RTK-Flug, wenn mindestens 95 % der Bilder eine RTK-Lösung tragen (fix oder float). Ein Flug mit ausschließlich festen Lösungen erhält ein einheitliches Positionsgewicht von 5 cm; sind float- oder Nicht-RTK-Bilder beigemischt, wird jedes Bild mit seiner eigenen gemeldeten, verdoppelten Standardabweichung gewichtet, weil Empfänger tendenziell zu optimistische Genauigkeiten melden.
• RTK ohne Passpunkte: Die Positionen stammen aus den RTK-Tags. Höhen in RTK-Bildern sind ellipsoidisch; das gewählte Höhensystem wird danach angewendet, wobei das Geoid an jedem Punkt ausgewertet wird.
• RTK mit Passpunkten: Die Passpunkte legen das Datum fest, und die RTK-Positionen halten die Form des Blocks. Orthosite protokolliert den angepassten Versatz zwischen RTK und Passpunkten und warnt, wenn er in der Lage 5 cm oder in der Höhe 8 cm überschreitet. Ein großer Versatz bedeutet, dass eines von beiden falsch ist, oft die Basiskoordinaten oder das Datum.
• Bilder ohne RTK-Lösung haben eine barometrische Höhe. Eine DJI-Drohne ohne RTK-Lösung schreibt die barometrische Höhe des Flugcontrollers, keine ellipsoidische oder Meereshöhe. Bei zwei Orthosite-Testflügen mit derselben Phantom 4 RTK ohne RTK lagen die Bildhöhen an einem Tag etwa 132 m zu tief und an einem anderen etwa 126 m zu hoch. Orthosite „korrigiert“ diese Höhen deshalb nie; es schreibt sie mit großer Unsicherheit (3 m horizontal, 10 m vertikal und 100 m, wenn der Flug auch RTK-Bilder enthält, damit sie das Datum nicht verschieben können).
• Keine Passpunkte und kein RTK-Flug: Der Flug erhält den Fehler Höhendatum nicht verifiziert. Die Höhen liegen in einem unbekannten Datum, die Lagepositionen haben GNSS-Qualität (Meter), und Volumen gegen ein festes Niveau können nicht geliefert werden; relative Messungen innerhalb des Modells bleiben unberührt. Fügen Sie Passpunkte oder einen eingemessenen bekannten Punkt hinzu. Wenn Sie Orthosite mitteilen, dass die Positionen per PPK oder Netz korrigiert wurden, die Bilder aber keinen RTK-Tag tragen, wird die Meldung zu einer Warnung, dass das Datum allein auf Ihrer Angabe beruht.
• Nichts ersetzt Kontrollpunkte. Der Genauigkeitsbericht verwendet nur Punkte, die nicht in der Ausgleichung verwendet wurden, und nennt die Anzahl der Kontrollpunkte; bei wenigen Punkten sagt er das. ASPRS Edition 2 (2023) hob das Minimum für eine formale Produktbewertung auf 30 Kontrollpunkte an.^[11]
• Bildgrenze: Die Verarbeitungs-Engine bewältigt derzeit höchstens 1.200 Bilder pro Flug, unabhängig davon, was der Tarif erlaubt; im Trial sind bis zu 400 Bilder pro Flug möglich, im Personal 1.000 und in Pro, Business und Enterprise 1.200. Planen Sie die Befliegungsfläche danach (siehe Tabelle oben).

Welche Genauigkeit hat Orthosite auf echten Flügen gemessen?

Zwei benannte Orthosite-Testflüge, mit der DSM-Höhe an eingemessenen Punkten, die aus der Ausgleichung herausgehalten wurden:

• Sangis (234 Bilder, nur Passpunkte, 16 zurückgehaltene Punkte in zwei Teilmengen): Höhen-RMSE 1,4 cm.
• Bräcke (nur RTK, 5 Kontrollpunkte): Höhen-RMSE 0,8 cm. Diese niedrige Zahl ist teilweise das Aufheben zweier Fehler: Das RTK-Datum lag etwa 2,5 cm unter der Passpunktvermessung, während das DSM der Engine etwa 2 cm über den abgebildeten Zielmarken lag. Mit den Passpunkten in der Ausgleichung stand die Oberfläche etwa 3 cm zu hoch. Deshalb meldet Orthosite den Versatz zwischen RTK und Passpunkten, statt ihn zu verbergen, und deshalb rastert es das DSM jetzt selbst, statt das Raster der Engine zu verwenden.

Das sind einzelne, ebene oder reliefarme Flächen mit wenigen Punkten. Sie zeigen, was die Pipeline leisten kann; sie sind kein Versprechen für Ihre Fläche. Maßgeblich für Ihren Flug ist der Kontrollpunktbericht.

Wie wirken Wetter, Licht und Gelände auf den Flug?

• Licht: Gleichmäßiges Licht gibt konsistente Töne über die Bilder; harte Schatten und schnell ziehende Wolkenschatten verändern das Aussehen desselben Bodens zwischen den Aufnahmen.
• Gelände: Halten Sie die Höhe relativ zum Boden konstant, damit GSD und Überlappung gleich bleiben;^[3] in hügeligem Gelände nutzen Sie die Geländefolge-Option Ihrer Flug-App. Setzen Sie Passpunkte an die höchsten und tiefsten Stellen.
• Wind: Er neigt das Fluggerät und ändert die Geschwindigkeit über Grund entlang der Streifen; beachten Sie die Grenzen der Drohne und fliegen Sie die Streifen so, dass die Bilder die geplante Überlappung behalten.
• Vor dem Start: Linse reinigen, prüfen, dass RTK eine feste Lösung hat (oder die PPK-Basis aufzeichnet), und die örtlichen Luftraum- und Betreiberregeln lesen. Die Regeln unterscheiden sich je nach Land.

Checkliste vor dem Flug

• Ziel-GSD und Flughöhe für Ihre Kamera berechnet; Überlappung eingestellt (mindestens 75 / 60 %, besser 80 / 70 %)
• Fläche auf die Grenze von 1.200 Bildern abgestimmt
• Kamera: kurze Verschlusszeit für Ihre Geschwindigkeit und GSD, stabile Belichtung, keine Autofokus-Wechsel, saubere Linse
• Schrägaufnahmen oder zweite Flughöhe geplant, wenn Sie Höhen, Fassaden oder Haldenflanken brauchen
• RTK fix (oder PPK-Basis zeichnet auf); Koordinatensystem der Basis bekannt
• Passpunkte und separate Kontrollpunkte gesetzt und eingemessen
• Geländefolge bei Hügeln an; Luftraum und Wetter geprüft

Zuletzt geprüft: 2026-10-10