Volumenmessung mit der Drohne: Halden und Auf-/Abtrag

Wie wird ein Drohnenvolumen berechnet?

Die Software legt ein Raster über Ihren Umriss. In jeder Zelle nimmt sie die Höhe der gemessenen Oberfläche (eines DSM, digitalen Oberflächenmodells) minus die Höhe der Basisfläche, multipliziert mit der Zellfläche und summiert die Zellen auf: V = Σ (z_Oberfläche − z_Basis) × Zellfläche. Zellen, in denen die Oberfläche über der Basis liegt, zählen als Abtrag (cut, Material über der Basis, die Halde), Zellen darunter als Auftrag (fill); die Bilanz ist Abtrag minus Auftrag.

Pix4D rechnet genauso: Eine veröffentlichte Steinbruchstudie beschreibt ein Raster mit der Bodenauflösung als Intervall und das Volumen Zelle für Zelle berechnet^[1]. Die gemessene Oberfläche trägt die Genauigkeit des Flugs; die Basis trägt Ihre Annahme über Gelände, das niemand fotografiert hat.

Warum bestimmt die Basisfläche das Ergebnis?

Die Basis ist das Gelände unter der Halde, das kein Bild zeigt. Jede Methode muss es annehmen, meist aus den Höhen entlang des von Ihnen gezeichneten Umrisses. Zwei Vermesser mit demselben Flug und unterschiedlichen Basen erhalten unterschiedliche Volumen, und keines ist auf eine Weise falsch, die die Daten verraten könnten.

Auf derselben Oberfläche ergaben die Basen von Orthosite sehr unterschiedliche Antworten, wenn ein Umriss eine Halde an einer Ecke durchschnitt (Testflug Bräcke): 388 m³ mit triangulierter Basis, 647 m³ mit einer bestanpassenden Ebene und 864 m³ mit dem sichtbaren Gelände dazu. Entlang des echten Fußes neu gezeichnet, lagen alle Basen auf drei verschiedenen Oberflächen innerhalb weniger Prozent beieinander (352 ± 9 m³ für die erste Halde, 1.000 ± 35 m³ für die zweite). Die Lehre entspricht der Checkliste unten: am Fuß zeichnen, die Basis nennen.

Welche Basisfläche sollte ich wählen?

Orthosite nennt jede Basis neben der Zahl, auf dem Bildschirm, im PDF und in den Exporten. Das sind die angebotenen (die Pix4D-Namen stammen aus der eigenen Dokumentation von Pix4D^[2]):

• Triangulated boundary (TIN), der Standard – ein Dreiecksnetz durch die Oberflächenhöhen an den Stützpunkten Ihres Umrisses. Richtig, wenn der ganze Fuß sichtbar und das Gelände darum nicht eben ist. Pix4D und DroneDeploy nennen sie Triangulated.
• Best-fit plane (bestanpassende Ebene) – eine Ausgleichsebene nach kleinsten Quadraten durch die Umrisshöhen. Gleicht einen unruhigen Umriss aus; richtig bei ebenem oder gleichmäßig geneigtem Gelände. Pix4D: Fit Plane; DroneDeploy: Linear Fit.
• Lowest boundary point (tiefster Randpunkt) – eine waagerechte Ebene auf der tiefsten Umrisshöhe. Für Halden an Wänden, bei denen ein Teil des Fußes verdeckt ist; alles Gelände über dem tiefsten Stützpunkt zählt als Halde. Pix4D: Align with Lowest Point.
• Mean boundary level (mittleres Randniveau) – eine waagerechte Ebene auf der mittleren Umrisshöhe. Bei geneigtem Gelände wird die hohe Seite zum Abtrag und die tiefe zum Auftrag. Pix4D: Align with Average Altitude.
• Custom height (eigene Höhe) – eine waagerechte Ebene auf einer von Ihnen eingegebenen Höhe, zum Beispiel einer bekannten Betonplatte. Pix4D: Custom Altitude.
• Boundary + visible ground (Rand + sichtbares Gelände) – die eigene Definition von Orthosite: Das glatte Gelände innerhalb des Umrisses, das an ihn anschließt (glatt, weniger als 8° geneigt), wird als Passpunkt-Stützstellen hinzugefügt, sodass die Basis dem Gelände bis zum Fuß folgt, wenn Sie den Umriss einen Abstand außerhalb der Halde gezeichnet haben. Sie kann Gelände nicht kennen, das unter der Halde weiter ansteigt.
• Against an earlier flight (gegen einen früheren Flug) – die gemessene Oberfläche des anderen Flugs ist die Basis (siehe unten).

Eine achte Basis, Lowest point inside polygon (eine waagerechte Ebene auf der tiefsten Zelle irgendwo im Umriss), wird nicht als Schaltfläche angeboten; verwendet ein Ergebnis sie, kennzeichnet Orthosite sie als nicht standardgemäß, weil ein einziger Graben oder eine verrauschte Zelle die Basis für das ganze Polygon festlegt.

Dieselbe Halde, dieselbe Oberfläche, drei Basen: Die triangulierte Basis folgt dem geneigten Gelände, die beiden waagerechten Ebenen schneiden Keile ab oder fügen welche hinzu.

Wie messe ich Veränderungen zwischen zwei Terminen?

Fliegen Sie die Fläche erneut und wählen Sie Against an earlier flight. Die Basis ist dann die eigene gemessene Oberfläche des früheren Flugs, das Gelände unter der Halde ist also eingemessen statt angenommen. Das ist die Größe Modell gegen Modell, die Vermessungspakete berechnen und nach der eine Vertragsmenge normalerweise gemessen wird. Zellen, die der frühere Flug nicht abdeckt, bleiben außen vor, und das Ergebnis meldet die Abdeckung Ihres Umrisses.

Volume on every flight lässt denselben Umriss und dieselbe Basis über alle Flüge eines Projekts laufen und listet Abtrag, Auftrag und Bilanz je Flug auf, mit einem CSV-Export, der in jeder Zeile die Basisdefinition trägt. Verwenden Sie jedes Mal denselben Umriss, dieselbe Ebene (DSM oder DTM) und dieselbe Basis.

Eine Warnung: Gegen eine Oberfläche eines anderen Flugs wird ein Höhenversatz zwischen den beiden Aufnahmen zu einem Scheinvolumen von Versatz × Fläche (3 cm über 1.000 m² sind 30 m³). Aus dem Rand aufgebaute Basen heben einen gleichmäßigen Versatz auf; Modell gegen Modell nicht. Binden Sie beide Flüge an dieselben Passpunkte oder dieselbe RTK-Referenz und prüfen Sie beide an Kontrollpunkten.

Wie genau sind Drohnen-Haldenvolumen?

Veröffentlichte Vergleiche legen eine sorgfältige Vermessung einige Prozent neben die Referenz, nicht exakt darauf. In einer Steinbruchstudie wich ein UAV-Volumen von etwa 12.750 m³ (3,5 cm GSD, sieben Passpunkte, Zelle für Zelle in Pix4D berechnet) um 144 m³ von einer GNSS-eingemessenen Referenz ab, also um 1,1 %, entsprechend einem mittleren Höhenunterschied von 3,2 cm^[1]. Ein Vergleich von Tachymeter, terrestrischem Laserscanning und UAV-Photogrammetrie auf Schüttguthalden aus dem Jahr 2023 fand das Tachymeter nur bei scharfkantigem Sand und grobem Zuschlag brauchbar und insgesamt mit zu niedrig angegebenen Volumen, das Laserscanning überlegen und das UAV bei geringerer Flughöhe mit größerer Überlappung vielversprechend^[4].

Drei Dinge bestimmen die echte Zahl für Ihre Halde: die Höhengenauigkeit der Oberfläche (etwa 2–3 GSD mit RTK und Passpunkten, geprüft an unabhängigen Kontrollpunkten), wie der Fuß definiert ist und die Basis. Der Höhenfehler wirkt im Verhältnis zur Fläche: 2 cm systematischer Fehler über einer Halde von 2.000 m² sind 40 m³, unabhängig von der Höhe der Halde. Orthosite meldet die erreichte Kontrollpunktgenauigkeit für jeden Flug in seinem Genauigkeitsbericht; das Volumen selbst trägt keine eigene Unsicherheitsangabe.

Was kostet die Rasterauflösung?

Sehr wenig, wenn sie fein genug ist. An Laserscan-Daten wich die Rastermethode in allen bis auf eines der getesteten Programme um 0,00–0,09 % von einer Berechnung mit triangulierter Oberfläche ab (dieses eine: 2,45 %), und die Rasterweite wirkte stärker: 0,03 % bei 0,2 m, 1,37 % bei 1 m^[3]. Orthosite integriert mit der nativen Auflösung des Höhenmodells, bis zu 6 Millionen Zellen je Messung. Größere Umrisse werden über gemittelte Übersichten gelesen, die die mittlere Höhe und damit das Volumen erhalten, und die wirksame Zellgröße wird als Resolution gemeldet. Bei einer eigenen Prüfung von Orthosite stimmte die Rastersumme mit einer exakten Dreiecksprisma-Integration derselben Daten in voller Auflösung auf 0,2 % überein.

Auf welche Fehler sollte ich achten?

• Der Fuß. Ein Umriss, der die Halde schneidet oder Meter entfernt im Gras sitzt, verschiebt die Basis. Zeichnen Sie den Umriss am Fuß; die Stützpunkte von Orthosite nehmen ihre Höhen aus dem Höhenmodell, nicht von der Stelle, an die Sie geklickt haben.
• Vegetation und bewegtes Material. Gras, Sträucher, Wasser und Radlader verändern die Oberfläche. Fliegen Sie, wenn die Halde ruht und der Umriss frei von Pflanzen ist.
• DSM oder DTM. Das DSM ist die Oberfläche, wie sie erfasst wurde, und der Standard für Halden. Das DTM ist nacktes Gelände und passt zu Baugruben; es beruht auf der Bodenklassifizierung, die regelbasiert ist, und bei den Haldenfällen in Bräcke fiel ein automatisches DTM um 9–15 % zu niedrig aus, weil die Haldenspitzen als Nicht-Boden behandelt wurden.
• Oberflächen-Bias. Eine Oberfläche, die über dem echten Gelände liegt, fügt Volumen von Bias × Fläche hinzu, wenn die Basis davon unabhängig ist (anderer Flug, eingegebene Höhe); aus dem Umriss gebaute Basen heben einen gleichmäßigen Bias auf. Orthosite rastert das DSM selbst aus der Punktwolke, als Mittelwert der höchsten Punkte jeder Zelle (derer innerhalb von 6 cm unter der Spitze), statt den einzelnen höchsten Punkt zu nehmen; bei einem Flug in Bräcke verschob das den Versatz des DSM gegenüber der Punktwolke an den Passpunkten von +0,50 cm auf −0,06 cm. Prüfen Sie die Oberfläche selbst an unabhängigen Kontrollpunkten.
• Abdeckung. Hat ein Teil des Umrisses keine Daten, sagt das Ergebnis es (abgedeckte Fläche und eine Warnung bei geringer Abdeckung), statt stillschweigend zu schrumpfen.
• Verdecktes Gelände. Wände, Überhänge und Gelände unter der Halde sind für eine Drohne unsichtbar. Verwenden Sie eine eigene Höhe oder einen früheren Flug als Basis.

Bewährte Praxis für belastbare Volumen

• Fliegen Sie mit mindestens 80 % Längs- und 70 % Querüberlappung und ergänzen Sie bei hohen Halden Schrägaufnahmen (siehe den Leitfaden zur präzisen RTK-Befliegung).
• Nutzen Sie Passpunkte oder RTK, damit die Oberfläche richtig platziert ist (Passpunkt-Leitfaden), und halten Sie Kontrollpunkte zurück, um das Ergebnis zu messen.
• Zeichnen Sie den Umriss am Fuß, bei ruhender Halde und ohne Pflanzen darin.
• Wählen Sie die Basis bewusst, schreiben Sie sie neben die Zahl und verwenden Sie bei jeder Wiederholungsmessung dieselbe.
• Nennen Sie das Koordinaten- und Höhensystem. Orthosite gibt an, ob Längen, Flächen und Volumen Gitter- oder Bodenwerte sind.

Wie misst Orthosite Volumen?

In der Messwerkzeugleiste des 3D-Viewers zeichnen Sie ein Polygon um die Halde und berechnen per Rechtsklick Abtrag und Auftrag. Sie wählen die Ebene (Surface DSM oder Terrain DTM) und die Basis, und das Ergebnispanel zeigt Abtrag, Auftrag, Bilanz, Fläche, Auflösung, Abdeckung und den Namen der Basis mit ihrer Definition. Die 3D-Ansicht zeichnet die gemessene Oberfläche rot und die Basisfläche blau, und ein PDF-Bericht trägt den Umriss in Ihrem gewählten Koordinaten- und Höhensystem. Das Volumen wird auf dem Server aus dem gelieferten Höhenmodell berechnet.

Zuletzt geprüft: 2026-10-10