So inspizierst du Dächer mit Drohnen

Mit der folgenden Anleitung wollen wir dir am Beispiel von DJI Produkten zeigen, wie eine Dachinspektion mit einer Drohne funktionieren kann. Dabei gehen wir auf die wichtigsten Schritte von der Planung bis zur Auswertung ein und geben dir weiterführende Tipps an die Hand.

Die Inspektion eines Daches kann viele unterschiedliche Gründe haben und unterschiedliche Ziele verfolgen. Je nachdem, was das Ziel der Inspektion ist, kann sich der genaue Ablauf daher natürlich unterscheiden. Es gibt jedoch viele Punkte, die beim Thema Dachinspektion mit Drohne immer beachtet werden sollten. Auf diese gehen wir in dieser Anleitung ein und liefern auch Beispiele für konkrete Umsetzungen.

Hinweis: Dieser Text wurde inspiriert von einem Artikel auf der DJI Webseite (siehe Quellenliste am Ende des Artikels). Wir haben ihn mit unseren eigenen Erfahrungen und Ergänzungen in neuer Form verfasst, bedienen uns aber beispielsweise bei den Empfehlungen für bestimmte Einstellung direkt von der Herstellerseite.

Ablauf einer Dachinspektion mit Drohne

Der Ablauf einer Dachinspektion mit einer Drohne lässt sich grob in die folgenden fünf Bereiche unterteilen:

• Ziele definieren
• Flug planen
• Daten erfassen
• Daten verarbeiten
• Daten auswerten

Ziele der Dachinspektion

Eine Dachinspektion kann wie erwähnt unterschiedliche Ziele verfolgen. Beispielsweise:

• Inspektion des Daches selbst (Suche nach Rissen/Leckstellen/Beschädigungen)
• HLK-Inspektionen (Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen)
• Inspektion von Solar- oder Photovoltaikanlagen auf dem Dach
• Inspektionen von Abluftanlagen

In Abhängigkeit des Ziels sollte eine entsprechende Drohne (beispielsweise Wärmebilddrohne für die Inspektion von PV-Anlagen) genutzt werden, um die richtige Art der Daten in der dafür notwendigen Qualität zu erfassen. Auch die eingesetzt Software muss entsprechend des Ziels angepasst werden (unten mehr dazu).

Die Flugplanung der Drohneninspektion

Allgemeine Hinweise zur Vorbereitung der Dachinspektion

Bei Inspektionen, die einen Wärmebildsensor erfordern, wie z. B. bei Solarkollektor oder Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen, sollte der Flug oft direkt nach Sonnenuntergang durchgeführt werden. Dadurch wird eine thermische Belastung durch die Sonne vermieden, während das Dach oder die Solarmodule noch vom Tag aufgeheizt sind. Da die optische Inspektion in der Dämmerung schwierig ist, kann es notwendig sein, das Dach zweimal zu befliegen, einmal vor und einmal nach Sonnenuntergang.

Leckortungen sollten nicht unmittelbar nach einem Regenschauer durchgeführt werden. Warte mindestens 24 Stunden, besser einige Tage, um den Wasserfluss richtig zu verfolgen. Regen kann die thermische Analyse erschweren, da stehendes Wasser mögliche Probleme verdeckt.

Beachte auch die Anforderungen an die Genauigkeit deiner Daten. Drohnen mit RTK-Modul ermöglichen eine Genauigkeit im Zentimeterbereich. Wenn die Daten jedoch mit anderen Baustellendaten abgeglichen werden müssen, sind RTK und PPK unerlässlich, um eine hohe Genauigkeit zu gewährleisten.

Details zur Flugplanung

Im Idealfall wird die Dachinspektion mit Drohne vorab am Bildschirm geplant und vor Ort „nur“ noch ausgeführt. Je nach Ziel der Inspektion kann es natürlich aber auch ausreichend sein, direkt vor Ort zu fliegen und eine Sichtprüfung vorzunehmen. Diese Entscheidung hängt also ganz vom konkreten Projekt ab.

Im Falle der DJI Mavic 3 Enterprise kann hierfür die DJI Pilot 2 Anwendung genutzt werden. Gehen wir nun davon aus, dass es um die Erstellung eines Orthofots oder um die Generierung von Aufnahmen zur Erstellung eines 3D-Modells geht, empfiehlt DJI dabei folgende Punkte einzuhalten:

• Verwende die Standardeinstellungen für die Überlappung von 70 % Frontalüberlappung und 80 % Frontalüberlappung. Dies sollte für eine qualitativ hochwertige 3D-Modellrekonstruktion mit dem optischen Sensor ausreichen.
• Wenn die Wärmebildfunktion benötigt wird, empfehlen wir 80% seitliche und frontale Überlappung.
• Wenn du eine Höhe auswählst, musst du sowohl den Schieberegler für die Flughöhe als auch den Schieberegler für die Zielfläche auf den Startpunkt einstellen. Die optimale Flughöhe über dem Dach beträgt bei Wohngebäuden 7,5 bis 15 Meter. Bei größeren gewerblichen Gebäuden kann diese Auflösung nicht erreicht werden, so dass eine Flughöhe von 15-30 Meter über dem Dach ausreichend sein sollte. Ein kurzer Überflug, um die Gebäudehöhe zu überprüfen, kann dir helfen, die Arbeitshöhe entsprechend anzupassen. Wenn du z.B. die Höhe des Daches eines Einfamilienhauses überprüfst und das Dach ist 7,5 Meter hoch, stelle den Zielbereich am Startpunkt auf 7,5 Meter und die Einsatzhöhe auf 15-22,5 Meter ein. Bei einem Industriegebäude mit einer Dachhöhe von 15 Meter sollte die Zielfläche auf 15 Meter und die Flughöhe auf 30-45 Meter eingestellt werden.
• Mit dem Schieberegler „Target Surface to Takeoff Point“ kannst du die korrekte Überlappung einstellen, auch wenn die Drohne vom Boden aus gestartet wird. Mit dem 4/3″-Sensor der Mavic 3 Enterprise kannst du Details mit einem großen Dynamikbereich aufnehmen.

Für 3D-Rekonstruktionen bietet die Mavic 3 Enterprise Serie die „Smart Oblique Funktion“. Damit kannst du den Gimbal während des Fluges steuern und automatisch Schrägaufnahmen anstelle von NADIR-Aufnahmen machen.

Wichtig: Für eine PV-Inspektion auf einem Dach mit Wärmebildtechnik wird „Smart Oblique“ für genaue Temperaturmessungen NICHT EMPFOHLEN.

Flugrichtung und Geschwindigkeit sind ebenfalls wichtige Aspekte. Die Mavic 3 Enterprise verfügt über einen mechanischen Verschluss im 4/3″-Format, der schnelle Aufnahmen ermöglicht, die Bildgenauigkeit beibehält und Bildverzerrungen minimiert. Mit einer Aufnahmezeit von 0,7 Sekunden kann die Drohne deutlich schneller messen als frühere Modelle. Die Fluggeschwindigkeit spielt bei der Mavic 3 Enterprise eine untergeordnete Rolle. Bei einer Wärmebildinspektion mit der M3T ist es jedoch ratsam, die Höchstgeschwindigkeit auf unter ca. 4,4 m/s (rund 16 km/h) zu begrenzen, um Bildunschärfen und fehlerhafte Wärmesensormessungen zu vermeiden.

Für die Wärmebildinspektion von PV-Modulen auf Dächern ist es optimal, parallel zu den Modulen zu fliegen, um die besten Ergebnisse bei der Datenverarbeitung zu erzielen.

Daten mittels Drohne erfassen

Wurde der Flug bereits vorab geplant, wie eben beschrieben, bist du nun soweit den Drohnenflug vor Ort durchzuführen. Behalte deine Drohne dabei stets im Auge, achte darauf, ob der geplante Flug wie gewünscht durchgeführt wird und ob alle notwendigen Aufnahmen angefertigt werden.

Manuelle Inspektion

Sollte die Flugplanung vorab nicht möglich oder notwendig gewesen sein, kannst du den Flug natürlich auch manuell vor Ort durchführen und die Aufnahmen entsprechend anfertigen. Beachte dabei die Empfehlungen für die Überlappung der Bilder aus dem oberen Teil des Artikels.

Alternativ reicht unter Umständen auch die direkte Prüfung auf Sicht. Das heißt, dass Aufnahmen ggf. gar nicht nötig sind und das gewünschte Dach direkt über das Live-Bild der Drohne inspiziert werden kann.

Hier kommt es nun darauf an, was das gewünschte Ziel der Inspektion ist. In vielen Fällen reicht ein Blick über die normale Kamera aus. Entweder mit einem entsprechenden Zoom auf das Dach, oder einer entsprechend angepassten Flughöhe um alle Details zu erfassen.

Auch hierfür liefert DJI einige Tipps. So ist es sinnvoll bei einer Drohne mit Wärmebildkamera auf eine Side-by-Side Ansicht zu wechseln. Hierbei erhältst du das Bild der normalen Kamera und das der Wärmebildkamera nebeneinander angezeigt. Das erleichtert die Orientierung beim Fliegen und Inspizieren. Ebenfalls hilfreich ist die Link-Zoom Einstellung, mit der beide Kameras stets den selben Zoom-Modus haben.

Wenn es genauer sein muss oder umfangreichere Inspektionen notwendig sind, ist eine Verarbeitung der Daten (beispielsweise zu einem Orthomosaik oder einem 3D-Modell) vor der finalen Auswertung notwendig.

Daten verarbeiten

Auch bei der Verarbeitung der Daten kommt es nun auf die vorher definierten Ziele und das gewünschte Ergebnis an. Ging es lediglich um eine Inspektion auf Sicht, steht vermutlich keine Verarbeitung der Daten an. Auch bei Anfertigung von Aufnahmen die zur Sichtprüfung dienen, wird in den meisten Fällen keine zusätzliche Verarbeitung notwendig sein. Hier springt man gleich zur Auswertung der Daten.

Geht es bei der Dachinspektion jedoch um präzise Auswertungen in Form von Vermessungen, Wärmebildanalysen oder 3D-Modellen, müssen die Rohaufnahmen entsprechend aufbereitet werden. Im Falle von DJI kommt kann hier die Software DJI Terra (1 Monat Testzeitraum möglich) genutzt werden. Für diese liefert DJI ein Video mit einer entsprechenden Anleitung zur Erstellung eines 2D-Orthomosaik oder eines 3D-Modells.

• Importiere die Fotos oder Ordner in DJI Terra.
• Wenn du sowohl Tageslicht- als auch Wärmebilddatensätze verarbeitest, empfehlen wir dir, die Datensätze getrennt zu verarbeiten.
• Wähle die gewünschten Ausgabetypen (2D-Karte, 3D-Modell) und Dateierweiterungen (TIFF, OBJ usw.) und lege das Koordinatensystem fest, falls du einen NTRIP-Dienst verwendest.
• Führe die Aerotriangulation durch.
• Optional kannst du an dieser Stelle die Begrenzung der Rekonstruktion ändern. Dies kann die Verarbeitungszeiten beschleunigen und die Größe der Ausgabedaten verringern, wenn du dich nur auf das zusammenzufügende Objekt konzentrierst.
• Importiere optional die Bodenkontrollpunktdaten und wähle den richtigen EPSG-Code für die Region. Mehr dazu erfährst du in diesem Leitfaden zu Bodenkontrollpunkten.
• Führe die Schritte zur Rekonstruktion der 2D-Karte und des 3D-Modells aus.

Daten auswerten

DJI Terra

DJI Terra bietet eine Vielzahl von Funktionen zur Visualisierung und Analyse der Daten. Mit den Werkzeugen von Terra kannst du Risse und Lecks messen und mit der Maus durch das 3D-Modell navigieren.

Bei der Suche nach Lecks, Rissen und thermischen Unregelmäßigkeiten wird meist ein 2D-Orthomosaik anstelle eines 3D-Modells verwendet. Das 3D-Modell gibt jedoch einen guten Überblick über den gesamten Standort.

Oft werden die Rohbilder nicht direkt mit dem 3D-Modell ausgewertet, sondern mit Analysewerkzeugen von Drittanbietern für Wärmebildinspektionen. Wenn Kunden Datensätze benötigen, bietet DJI Terra die Möglichkeit, diese in verschiedenen Formaten zu exportieren. Alle exportierten Daten sind georeferenziert und können in externe Analysetools wie DroneDeploy oder Raptor Maps importiert werden.

DJI bietet mit DJI Thermal Analyses Tool 3 ebenfalls ein Tool zur Analyse von Wärmebildern an. Damit können sowohl Rohbilder als auch verarbeitete Datensätze analysiert werden, um die Temperaturmessungen besser zu verstehen.

Drittanbietersoftware für die Auswertung von Drohnendaten

Zahlreiche Drittanbieter Tools zur Auswertung von Drohnenaufnahmen für die Dachinspektion bieten verschiedenste Optionen um die Daten zu verarbeiten, auszuwerten oder einfach anzuzeigen. Einige punkten vor allem durch Automatisierungen, beispielsweise bei der Erkennung von Schäden am Dach.

Ein großer und bekannter Anbieter von Analysewerkzeugen für Drohnenaufnahmen ist DroneDeploy. Mit einer unterschiedlichen Auswahl an Tools lassen sich mit dem Angebot des Cloudanbieters zahlreiche Auswertungen vornehmen. Spezielle Tools für Dachinspektionen unterschiedlichster Art dürfen dort natürlich nicht fehlen.

Mit Pix4D gibt es einen großen Konkurrenten zu DroneDeploy. Der Anbieter wartet ebenfalls mit einer Vielzahl an Tools, verteilt auf unterschiedliche Programme auf mit denen Daten von Drohnen angesehen und ausgewertet werden können. Einen interessanten Einblick gibt es in diesem Blogbeitrag auf der Pix4D Webseite.

Wenn es primär um die Erkennung von Schäden auf dem Dach geht, können Tools des Anbieters Loveland Innovations punkten. Besonders das KI-gestützte System IMGING Detect hilft durch automatische Schadenserkennung bei der Inspektion von Dächern unterschiedlichster Art.

Eine kostenlose OpenSource Variante findet man mit dem Projekt OpenDroneMap. Es stellt eine Sammlung an Tools zur Verfügung, mit denen sich diverse Verarbeitungen und Auswertungen von Drohnenaufnahmen anfertigen lassen. Die Einstiegshürde ist hier jedoch höher und der anfängliche Aufwand um sich mit dem Tool vertraut zu machen entsprechend größer. Eine gewisse Bereitschaft sich mit der Installation und Nutzung des Tools auseinanderzusetzen muss daher gegeben sein. Dafür ist es wie erwähnt kostenlos und frei verfügbar.

Zusammenfassung

In diesem Leitfaden werden die grundlegenden Verfahren zur Durchführung einer Dachinspektion mit einer Drohne vermittelt. Von der Zieldefinition über die Flugplanung bis hin zur Datenerfassung und -auswertung werden alle wichtigen Schritte behandelt. Beachte spezielle Empfehlungen, wie z.B. Wärmebildinspektionen direkt nach Sonnenuntergang durchzuführen und Leckortungen direkt nach Regen zu vermeiden. Nutze Drohnen mit RTK-Modul für hohe Genauigkeit und fliege bei Wärmebildinspektionen langsam und parallel zu den Solarmodulen. Für die Datenverarbeitung stehen Tools wie DJI Terra und verschiedene Drittanbieter-Software wie DroneDeploy und Pix4D zur Verfügung.