3D meten met drones

3D-meten met drones is een snel-ontwikkelend gebied binnen 3D-meten. Iedereen kan zich de voordelen voorstellen, want een drone vliegt snel rond en kan makkelijk bij lastig bereikbare plekken komen. De uitvoering is echter niet zo eenvoudig als het lijkt en juridisch komen er ook wat onverwachte zaken om te hoek kijken.

Het doel van dit artikel is een genuanceerd beeld te geven van meten met drones, dus zowel de voordelen als de nadelen. Het is zeer belangrijk een goed beeld te krijgen van de impact voordat u besluit te meten met drones. Het toepassen van drones is een van de gebieden binnen de meetindustrie waarop dit moment veel ontwikkeling plaats vindt. Zoals met alle snel ontwikkelende technologieën zijn er tientallen mogelijkheden en combinaties voor zowel apparatuur als toepassingen. Het is belangrijk hierin de juiste keuze te maken om tot het juist eindproduct te komen. Een ander aandachtspunt is de planning, vergunnigsaanvraag en het verwerken van de gewonnen data. De professionele inzet van drones voor meetwerkzaamheden komt namelijk met wat juridische en technische haken en ogen.

3D meten met drones UAV rpas Altura

PelserHartman zet professionele drones/RPAS in om 3D metingen vanuit de lucht te maken.

Het gaat altijd om het eindproduct!

Wilt u een inmeting uit laten voeren met drones? Vertel ons liever wat wat het gewenst eindproduct is, bijvoorbeeld een terreinmodel of tekeningen van dakaanzichten. Wij creëren altijd de beste, slimste en best betaalbare oplossing. Als u persé wilt meten wij met drones, maar als u binnen enkele dagen resultaat wilt zien, dan meten we met terrestrial 3D-scanners of gebruiken we satellietdata. De aanlooptijd voor meten met drones is in veel gevallen namelijk relatief lang, vanwege het aanvragen van de nodige vergunningen. Wij beschikken over de beste apparatuur, maar het gaat ons om de beste oplossing en de juiste prijs voor het product dat u wilt hebben.

Welke producten kun je maken met drone-data?

De meeste drones hebben een camera aan boord. Deze camera maakt foto's in een bepaald vliegpatroon. Er is speciale software die deze foto's gebruikt voor het maken van een 3D model. Dit gebeurd volgens het principe van fotogrammetrie. De output kan een 3D mesh (vlakkenmodel) of een pointcloud zijn. De 'ruwe modellen' worden gebruikt voor het maken van tekeningen, visualisaties, volumeberekeningen, deformatieanalyse etc.

Zijn drones wel nauwkeurig genoeg?

We krijgen vaak vragen over de nauwkeurigheid van apparatuur. Het gaat hier vaak om de nauwkeurigheid van het eindproduct en niet specifiek van het meetapparaat. De nauwkeurigheid van het product 'de pointcloud' is niet alleen afhankelijk van de drone en de fotokwaliteit, maar ook van de software, referentiepunten op de grond en uiteraard de weersomstandigheden. Hoge nauwkeurigheid wordt bereikt op de volgende manier:

  • Werk met een high-end professionele drone met een IMU sensor en met GPS aan boord.
  • Werkt met waypointsoftware, hierdoor vliegt de drone een specifieke route en maakt minimaal noodzakelijke data.
  • Werk met Ground controle points, dit zijn grote 'targets' op de grond die goed zichtbaar zijn vanuit de lucht.
  • Werk met zeer goede software voor de dataverwerking.

Innovatie ligt op dit moment op het vlak van software. De nauwkeurigheid die op dit moment gehaald kan  worden bij meten met drones is ongeveer 10mm in de X- en Y-richting en 25mm in de Z-richting (hoogte).

Kun je ook 3D scannen met drones?

Bijna alle drones werken met fotocamera's. Meetdata wordt in dat geval verkregen door de techniek van fotogrammetrie toe te passen. Het is ook mogelijk om meetgegevens te verzamelen door een 3D scanner onder een drone te hangen. Wij zijn niet meteen heel enthousiast over zo'n 'airborn laserscansysteem' om de volgende redenen:

  • Er is een zeer zware drone nodig.
  • Vliegtijden zijn kort van accu's gaan snel leeg.
  • Kans op grote schade bij crash en hoge verzekeringskosten (het is zo goed als niet te verzekeren).
  • Dit betekent hoge kosten en dus ook hoge tarieven voor onze klanten.
  • De maataccuratie is slechts enkele milimeters beter dan fotogrammetrie i.c.m. ground-control-points en total station metingen.
  • Net als fotogrammetrie geeft airborne scanning een relatief lage resolutie.

Innovaties moeten beter werken

PelserHartman is altijd op zoek naar innovaties die meetwerk makkelijker, beter en goedkoper maken. 3D meten met drones lijkt dit in eerste instantie allemaal te brengen. Waarom zijn wij voorzichtig enthousiast? We zijn op dit moment druk bezig metingen met drones in de praktijk te onderzoeken. We werken hierbij samen met een partner. 3D meten met drones heeft naast uitdaging op het gebied van meten ook een andere belangrijke component: vliegen met een drone. Dit is een beschermd beroep met pittige opleidingen en strenge wetgeving. Onze partner SP+F is een CAA Approved UAV-operator. Het bedrijf gebruikt ook speciale drones die gecertificeerd zijn voor professioneel gebruik binnen Nederland.

Onze conclusies tot nu toe voor projecten in de bouwwereld:

  • Er komt bij meten met drones veel meer kijken dan in eerste instantie gedacht.
  • Een voldoende hoge nauwkeurigheid is specialistisch werk.
  • De prijs-kwaliteit verhouding voor het meten van gebouwen is nu in 99% van de gevallen ongunstig.
  • Drone-projecten sneuvelen vaak op planning.

Drone-metingen van PelserHartman

Ons vak is het maken van meetdata. Standaard meten we met een statisch 3D-scanner en in bijzondere gevallen vullen we meetdata aan vanuit de lucht. We maken beslist geen films of foto’s met drones. Onze partner SP+F kan u daar wel mee helpen. Omdat we professioneel meten, moeten we ons zeker houden aan de wet- en regelgeving.  Iedereen vliegt nu met drones, maar het is in 99% van de gevallen hoogst illegaal. Drones staan ook bekend als RPAS of UAV. Professionals spreken bij drones over RPAS, oftewel Remote Piloted Aircraft System. De naam geeft al weg dat de bestuurder van de drone een echte piloot is, met bijbehorende eisen. Het gebruik van drones valt onder de luchtvaartwet. De luchtvaart is een van de strengst gereguleerde sectoren en een RPAS of drone moet ook aan strenge regels voldoen. UAV is de Engelse benaming voor drones in het algemeen: Unmanned Aerial Vehicle, oftewel onbemand luchtvaartuig.

Gebouwen installaties 3D inmeten met drones

Drones voor professionele toepassingen als 3D inmeten van gebouwen of installaties zijn niet vergelijkbaar met de huis-tuin-en-keuken alternatieven die particulieren gebruiken.

Drones vooral voor bovenaanzicht en hoge gevels

Drones zetten we in wanneer we bovenaanzichten en hoge zijaanzichten van gebouwen willen inmeten en wanneer er geen manieren zijn om onderdelen met 3D scanners vanaf stabiele standplaatsen in te meten. Omdat het vliegen met drones duur is en veel tijd vraagt om voor te bereiden, kiezen we alleen voor meten met drones als het niet anders kan. 3D-laserscanning is in de praktijk een snellere, accuratere en goedkopere manier om gebouwen, installaties en objecten in kaart te brengen.

Bovenaanzichten en hoge zijaanzichten door de RPAS van SP+F

3D scannen vanuit de lucht

LIDAR 3D scannen vanuit de lucht is niets nieuws. Traditioneel wordt er gebruik gemaakt van een vliegtuig of helicopter, dat op hoogte en met grote snelheid vliegt om in korte tijd enorme gebieden in kaart te kunnen brengen. Het nadeel van hoogte en snelheid is een lagere nauwkeurigheid, vanwege grote afstand tussen gemeten punten, wat resulteert in een minder dichte pointcloud.

Voordelen 3D-meten met drones/UAV/RPAS

3D-meten met drones is een goede aanvulling op onze meetwerkzaamheden. Voor meten op grote hoogte is een drone ideaal, want werken met een hoogwerker is onhandig en in de praktijk is een hoogwerker te instabiel op grote hoogte. Hier komt de RPAS in zijn element. RPAS vliegen of zweven tussen 10 en 120 meter boven de grond, in zicht van een piloot. De piloot bestuurt de drone op aanwijzing van de LIDAR-expert. Zo kan een scan worden gemaakt van een specifiek object of gebied wat voorheen niet mogelijk zichtbaar was met statisch scannen. Dit brengt een besparing van kosten en ook tijd in zowel verzamelen als verwerking van data.

Nadelen meten met drones/RPAS

De beslissing om met een drone te meten zijn afhankelijk van drie factoren:

  • Past het in de planning?
  • Klopt de prijs?
  • Is het praktisch?

Als we kijken naar de planning is de opdracht vaak: vandaag bellen, morgen aan de slag, gisteren klaar. Dit kan bij meten met drones niet in verband met de aanvraag van vergunningen. Scannen met drones is daarom niet goedkoop. Iedereen vliegt met drones, maar het is natuurlijk in 99% van de gevallen illegaal. Voor de professionele toepassing binnen ons vakgebied is voldoen aan wetgeving en verzekeringsplicht essentieel voor onze opdrachtgevers. Deze nadelen gooien behoorlijk wat gewicht in de schaal ten opzichte van de voordelen.

Welke RPAS voor 3D meten vanuit de lucht

Als we er voor kiezen om drones in te zetten is het belangrijk om de juiste drone te kiezen. Om vanuit de lucht te kunnen scannen, moet de LIDAR-apparatuur stabiel en stil op een plek kunnen hangen, of met een rechte koers en constante snelheid vliegen. Dit klinkt vanzelfsprekend, maar dit vraagt om een RPAS toestel met geavanceerd vluchtcontrole en uiterst stabiel vlucht eigenschappen. Dit komt neer op systemen die speciaal gemaakt zijn voor civiel en landmeetkundige toepassingen, met een draagvermogen van tenminste 2.5kg - het lichtste commercieel LIDAR, tot 10kg bij de standard apparatuur van Faro, Leica of Z+F. De standaard 3D-scanners vragen door hun gewicht om een zeer specifieke RPAS.

Altura Zenith

Onze partner werkt met de Altura Zenith van Nederlandse fabrikant Aerialtronics, een veelzijdig en krachtig platform gemaakt voor alle soorten civiele en industriële toepassingen. Dit systeem heeft een laadvermogen van 2.8KG en kan ongeveer 20 minuten in de lucht blijven.

Sabre UAV Skyhorse

De Sabre UAV Skyhorse is een RPAS systeem speciaal ontwikkeld voor gebruik in combinatie met een standaard 3D-scanner, zoals die van Faro, Leica of Z+F. Deze RPAS heeft geen aanpassingen nodig, behalve voor het monteren van de scanner op het RPAS-systeem. Met een laadvermogen tot wel 15kg is het mogelijk om bijna elke soort LIDAR scannen te gebruiken en tot 40 minuten te vliegen.

Welke 3D scanner voor LIDAR

Afhankelijk van de toepassing en het vermogen van de RPAS-toestel kan er gekozen worden voor een standaard 3D-scanner van bijvoorbeeld Faro, Leica of Z+F. Zonder aanpassingen komen deze toestellen op een gewicht van tenminste 5-7kg. Voordeel hiervan is dat een volledig scanner een hogere scanresolutie heeft. Dit betekent een hogere nauwkeurigheid dan een kleiner of aangepaste toestel. Er bestaan kleinere systemen, zoals  de Routescene Scanner. Dit is een aangepaste VELODYNE LIDAR puck, die samen met de benodigde ondersteuningsapparatuur nog geen 2.5 kilogram weegt. Afhankelijk van de eisen aan het eindproduct kan gekozen worden voor een standaard 3D-scanner of een lichtere LIDAR-variant.

Terreinmeting met drones. Flyaround met de RPAS van SP+F, gemaakt met Pix4D-software.

Nauwkeurigheid RPAS LIDAR data vs. statisch gescande data

De data wordt in principe altijd gescand op dezelfde resolutie als de statische scans. Bij gebruik van een hoge kwaliteit RPAS-platforms, in combinatie met professioneel piloten en de vakkundig dataverwerking binnen ons team, worden de twee datasets een naadloos geheel.

Stabiliteit van de LIDAR scanner in de lucht

LIDAR scannen is meestal uitgevoerd met gebruik van een statief, voor stabiliteit. Door het  toestel waterpas en stabiel te laten scannen, is de data ook gelijk ten opzichte van de grond en het is makkelijk om meerdere scan datasets aan elkaar te koppelen.

Zodra wij gaan vliegen met een scanner, brengen wij dynamische bewegingen letterlijk in beeld waardoor de locatie en oriëntatie van de scanner volkomen onduidelijk zijn. Dit vraagt dus ondersteuning voor een correctie van bewegingen en oplossen van de positionering.

Voor positionering van zowel scanner, als data, wordt gebruik gemaakt van een IMU (Inertial Measuring Unit) en RTK GPS. Deze systemen worden gekoppeld aan de scanner. Het systeem meet voorwaartse, zijwaartse en hoogtebewegingen van de toestel en corrigeert de data. Vervolgens wordt de LIDAR-data gekoppeld aan de statisch data voor een compleet beeld van een object.

Let op: de IMU zorgt ook voor extra gewicht bij de lading van de RPAS. 

Nederlandse wetgeving UAV/RPAS gebruik voor Commercieel Doeleinden

Deze onderstaande tekst is aangepast vanuit de volledige ILenT-publicatie: Ilent Informatiebulletin. Hierbij wordt ook verwezen naar Concept Regeling Rpas/Europese Regels. De Nederlandse wet- en regelgeving rondom commerciële RPAS vluchten wordt beschreven in deze documenten. We hebben hiervan een korte samenvatting gemaakt om te tonen dat het proces een professioneel en gedreven aanpak vereist. Bedrijven die over een volledige ontheffing beschikken, kunnen garanderen dat ze volgens de wettelijke regels te werk gaan en daardoor veilig met RPAS kunnen vliegen.

Eisen aan uitvoering van vluchten

De organisatie die vluchten uitvoert met een RPA waarvan de totale massa niet meer dan 150 kg bedraagt beschikt over:

  • Een Operations Manual, volgens de eisen van de regeling en goedgekeurd door de Minister.
  • Een speciaal-BvL met betrekking tot de RPA’s waarmee de vlucht wordt uitgevoerd.
  • Een bewijs van bevoegdheid voor de bestuurders/piloten.
  • Een verzekering tegen de burgerrechtelijke aansprakelijkheid voor dood of letsel van derden of andere schade toegebracht aan derden.

Vluchten met een RPA waarvan de totale massa niet meer dan 150 kg bedraagt worden uitgevoerd met inachtneming van het procedure zoals in de Operations Manual is beschreven.

Deelname aan het luchtverkeer

Het is verboden een vlucht uit te voeren met een RPA buiten zichtafstand van de bestuurder of een waarnemer. Ongeacht de zichtafstand, is het verboden een vlucht uit te voeren op een afstand van meer dan 500 meter van de bestuurder of een waarnemer (E-VLOS).

Vlieghoogte

Het is verboden een VFR-vlucht uit te voeren met een RPAS hoger dan 120 meter (400 ft) boven de grond of het water.

Afstand tot mensenmenigten, bebouwing, spoorlijnen of wegen

Het is verboden een VLOS vlucht uit te voeren met een RPAS binnen 150 meter horizontaal van mensenmenigten, aaneengesloten bebouwing of kunstwerken, industrie- en havengebieden daaronder begrepen, spoorlijnen, autosnelwegen, autowegen of andere wegen waar een maximale snelheidslimiet van 80 kilometer per uur geldt.

Dit is niet van toepassing op een vaartuig, voertuig of een gebouw, met dien verstande dat de vlucht niet wordt uitgevoerd boven mensenmenigten, aaneengesloten bebouwing, kunstwerken, spoorlijnen of wegen als bedoeld in het eerste lid, en mits dat vaartuig, voertuig of gebouw voorwerp is van het luchtwerk dat op grond van de ROC, mag worden verricht.

Operations Manual

De eisen voor de inhoud en opbouw van de Operations Manual worden vastgesteld in de Ilent Informatiebulletin

Verklaring (Keuring)

Een volledige inspectie wordt verricht, waarin ten minste de volgende worden onderzocht:

  • Systeemontwerp
  • Onderhoud
  • Operationeel handboek met oa procedures voor volgende nood scenarios: Control Link failure/
  • Autopilot failure / Navigatie failure / Uitvallen motor / Vlieger onwel
  • Veiligheidsanalyse
  • Technisch journaal
  • Bouw en constructie

De mechanische toestand van het systeem wordt beoordeeld, waarbij minimaal de volgende zaken worden bekeken:

  • Gebruikte materialen
  • Samenbouw
  • Algehele indruk mechanische afwerking airframe o Gewichtsverdeling/zwaartepunt
  • Motoren en brandstof
  • Elektronische systemen
  • Telemetrie systeem
  • Payload
  • Elektrisch systeem
  • Grondstation
  • Onderhoud

Conclusie

Op basis van de voorgaande wetgeving en normen kun je concluderen dat je in Nederland niet zomaar met drones mag meten voor projecten die de moeite waard zijn in te meten. Er is altijd publiek, bebouwing of infrastructuur in de buurt. Het doel hiervan is uiteindelijk veiligheid. Meten met drones is daarmee niet verboden; het is alleen aan zeer scherpe eisen onderworpen. Door middel van een aangepaste Luchtvaartverkeer regelgeving, kunnen RPAS-bedrijven veilig te werk gaan in verschillende omgevingen.

Bel +31 73 613 5729 als u denkt met drones te willen meten. Vergeet hierbij niet het doel voor ogen te houden: het eindproduct waarop uw verder ideeën wil uitwerken. Wij kunnen u adviseren wat de beste methode is.