Vermessung der Ahr nach der Flut.
12,5 Kilometer Ahrverlauf, 3,2 Quadratkilometer Aufnahmegebiet, Photogrammetrie und LiDAR aus der Luft kombiniert. Wie Netzwerkpartner Augel die Grundlagen für den Wiederaufbau des Hochwasserschutzes im Stadtgebiet Bad Neuenahr-Ahrweiler erfasst hat.
Im Sommer 2021 traf die Flutkatastrophe das Ahrtal mit einer Wucht, die niemand für möglich gehalten hatte. Im Stadtgebiet Bad Neuenahr-Ahrweiler waren am Ende der Nacht 20 von 23 Brücken über die Ahr zerstört oder beschädigt, ganze Straßenzüge unter Wasser, viele Gewerbeflächen unbewohnbar. Auch das Ingenieurbüro PlannIng, ansässig direkt an der Ahr, war von der Flut selbst betroffen.
Der Wiederaufbau begann schnell, brauchte aber zuerst eine belastbare Datengrundlage. Die alten Vermessungsbestände beschrieben einen Flussverlauf, den es so nicht mehr gab. Brücken, Ufermauern und Hochwasserschutzbauwerke mussten neu geplant werden, hydraulische Berechnungen für künftige Hochwasserszenarien aufgesetzt, Straßentrassen angepasst werden. Grundlage von allem: ein aktuelles, hochauflösendes Geländemodell des Ahrverlaufs.
Diese Aufgabe erhielt im Sommer 2021 unser Netzwerkpartner Augel. Diese Case Study fasst zusammen, wie das Projekt geplant und durchgeführt wurde, welche Sensorik zum Einsatz kam, welche Genauigkeit am Ende belegt wurde und wofür die Daten heute gebraucht werden.
Ein 12,5 km langer Korridor entlang der Ahr mit 150 m Breite wurde aus der Luft erfasst. 28 Drohnenflüge, je 14 mit Photogrammetrie-Kamera und 14 mit LiDAR-Scanner. 6.943 Bilder, 7,07 Milliarden Punkte, 1,57 cm Lagegenauigkeit über 21 unabhängige Kontrollpunkte. Die Daten dienen als Basis für Brücken-, Straßen- und Uferplanung im Wiederaufbau.
Was war zu tun.
Drei Aufgabenfelder ergaben sich aus dem Wiederaufbau-Briefing: Geländeerfassung, Auswertungsleistung und Datenübergabe für die nachgelagerten Planungsdisziplinen.
Das Projekt
- Vermessungsleistungen zur weiteren Planung des Wiederaufbaus im Ahrtal
- Aufmaß des Urgeländes nach der Flutkatastrophe
- Korridorlänge: 12,50 km entlang des Ahrverlaufs
- Korridorbreite: 150 m beidseitig
- Aufnahmegebiet: 3,2 km²
Arbeitsauftrag
- Befliegung mittels Drohne für Orthofotos
- Befliegung mittels Drohne für 3D-Punktwolke
- Aufnahme Querschnitte der Ahrsohle im 10-m-Raster
- Photogrammetrie und LiDAR im Parallel-Einsatz
- Genauigkeitsnachweis über Pass- und Kontrollpunkte
Grundlage für
- Brückenplanung im Stadtgebiet
- Straßenplanung und Trassierung
- Uferbefestigung und Hochwasserschutzbauwerke
- Hydraulische Berechnungen
- Zustandsdokumentation des Urgeländes
20 von 23 Brücken zerstört oder beschädigt.
Im Stadtgebiet Bad Neuenahr-Ahrweiler queren 23 Brücken die Ahr. Nach der Flutnacht stand fest: Nur drei davon waren intakt geblieben. Die übrigen mussten neu errichtet, ertüchtigt oder rückgebaut werden, jede mit eigener Statik, eigenem Hochwasserschutz-Konzept und eigener hydraulischer Bemessung.
Für die Neuplanung war das aktualisierte Geländemodell der Ahr aus der Drohnenbefliegung Pflichtgrundlage. Brücken überspannen einen Fluss nicht abstrakt, sondern auf Basis konkreter Höhen, Sohlbreiten und Strömungsquerschnitte.
Warum zwei Verfahren parallel.
Die Befliegung lag im Juni, einer Zeit dichter Ufervegetation. Die Entscheidung fiel deshalb für eine Kombination aus Photogrammetrie und LiDAR. Beide Sensoren auf der gleichen Drohnenplattform, beide über das gleiche Aufnahmegebiet geflogen.
Sony a7R mit 61 Megapixeln
Die Vollformatkamera nimmt überlappende Senkrechtbilder auf, aus denen die Auswertungssoftware das Orthomosaik und eine dichte Punktwolke rechnet. Bildbasiertes Verfahren, liefert die anschauliche Foto-Ebene für Planung und Dokumentation. Funktioniert dort, wo der Boden im Bild sichtbar ist.
Aktiver Lasersensor
Der LiDAR-Scanner sendet bis zu zwei Millionen Pulse pro Sekunde aus. Anders als die Kamera durchdringt der Laser Vegetationslücken und erzeugt Bodenpunkte selbst unter dichtem Bewuchs. Ohne diesen Sensor wäre der Uferbereich im Juni nicht durchgehend zu erfassen gewesen, das Datenmodell hätte Lücken.
Die Kombination aus Photogrammetrie und LiDAR ist im Hochwasserschutz- und Renaturierungs-Kontext der robuste Weg. Photogrammetrie liefert die visuelle Ebene und ein Höhenmodell der sichtbaren Oberfläche. LiDAR liefert das Geländemodell unter Bewuchs, also die für hydraulische Berechnungen relevante Sohlhöhe. Reine Photogrammetrie hätte im Juni Bewuchs als Boden interpretiert, was die Modellrechnung verfälscht.
67 Stunden Rechenzeit für 7 Milliarden Punkte.
Die Rohdaten der Befliegung wurden in Agisoft Metashape Professional ausgewertet. Fünf Schritte führten von 6.943 Einzelbildern zu Punktwolke, Geländemodell und Orthomosaik.
Verarbeitungszeit nach Schritt
Photogrammetrie-Auswertung in Agisoft Metashape Professional. Werte aus dem Original-Projektbericht.
| Verarbeitungsparameter | Wert | Bedeutung |
|---|---|---|
| Anzahl Bilder | 6.943 | Rohdaten der Photogrammetrie-Befliegung |
| Datenvolumen | 182 GB | Sony a7R, 61 MP, RAW-Dateien |
| Dichte Punktwolke | 7.072.273.180 Pkt | 3D-Modell aus Bündelblockausgleichung |
| Auflösung DEM | 2,47 cm/Pixel | Digitales Geländemodell |
| Auflösung Orthomosaik | 1,32 cm/Pixel | Entzerrtes, georeferenziertes Senkrechtbild |
| Aufnahmegebiet | 3,2 km² | Beflogene Fläche, 12,5 km × 150 m Korridor |
| Flughöhe | 118 m | über Grund, Sichtflug-Operation |
| Anzahl Flüge | 28 | 14 mit Kamera, 14 mit LiDAR |
Vom Briefing bis zur Datenlieferung.
Fünf Schritte führten vom Auftragseingang im Sommer 2021 zur fertigen Datenlieferung an den Auftraggeber.
Auftrag und Ziel
12,5 km Ahr-Korridor erfassen, Querschnitte im 10-m-Raster, Photogrammetrie und LiDAR parallel. Verwendung: Brücken-, Straßen-, Uferplanung.
Flugplanung vor Ort
Vorplanung im Büro nicht möglich wegen örtlicher Gegebenheiten. Sichtflug im dicht besiedelten Stadtgebiet, sorgfältige Auswahl der Startplätze.
Festpunkte einmessen
45 Festpunkte mit GPS eingemessen. 24 als Passpunkte für die Auswertung, 21 als unabhängige Kontrollpunkte für den späteren Genauigkeitsnachweis.
28 Drohnenflüge
Befliegung im Juni 2021. 14 Flüge mit Photogrammetrie-Kamera, 14 mit LiDAR-Sensor. RTK-Drohne für direkte Geo-Referenzierung der Bilder.
Auswertung und Übergabe
67 Stunden Rechenzeit in Agisoft Metashape. Lieferung: Punktwolke, Orthomosaik, DEM, Querschnitte. Übergabe an die Wiederaufbau-Planer.
1,57 Zentimeter Lagegenauigkeit, unabhängig geprüft.
Im Aufnahmegebiet wurden 45 Festpunkte mit GPS eingemessen. 24 davon gingen als Passpunkte in die Auswertung ein, 21 dienten ausschließlich als Kontrollpunkte zur unabhängigen Genauigkeitsprüfung.
Passpunkte
24 PunkteKontrollpunkte
21 PunkteDie Kontrollpunkte gingen nicht in die Auswertung ein. Ihr Gesamtfehler von 1,57 cm zeigt, was das Modell tatsächlich leistet, wenn es an unabhängigen Punkten gemessen wird. Möglich wurde diese Genauigkeit durch die direkte Geo-Referenzierung der Bilder über das drohnenseitig verbaute RTK-System. Dadurch konnte die Anzahl der notwendigen Passpunkte auf ein Minimum reduziert werden.
Vom Geländemodell zum Wiederaufbau.
Vier Planungsdisziplinen greifen auf die im Sommer 2021 erfassten Daten zurück. Jede mit eigenen Anforderungen, alle auf der gleichen Datenbasis.
Brückenplanung
Statik, lichte Höhe, Stützenstellung und hydraulischer Querschnitt. Jede der zerstörten Brücken wird auf Basis der neuen Geländedaten neu bemessen.
Straßenplanung
Trassierung, Höhenführung, Anbindung der Brückenrampen. Die Drohnendaten ersetzen veraltete Bestandspläne als Planungsgrundlage.
Uferbefestigung
Mauerhöhen, Böschungswinkel, Sohlanschluss. Für jeden Abschnitt entsteht ein eigenes Detailmodell auf Basis der flächendeckenden Aufnahme.
Strömungsberechnung
Numerische Hochwassersimulationen rechnen mit dem digitalen Geländemodell. Die LiDAR-Bodendaten unter Bewuchs sind für realistische Strömungsmodelle Pflicht.
Augel · Drohnenvermessung und 3D-Solutions
Augel sitzt unmittelbar in der Nähe der Ahr und gehört zu den im passpunkt-Verzeichnis gelisteten Premium-Anbietern für Drohnenvermessung in Deutschland. Spezialisiert auf großflächige Photogrammetrie- und LiDAR-Befliegungen mit RTK-Drohnen, Schwerpunkt Infrastruktur, Wasserbau und Hochwasserschutz.
Das Ahrtal-Projekt zeigt, was den Anbieter ausmacht: Sensorik-Kombination statt Standardlösung, Flugplanung im urbanen Umfeld, dokumentierter Genauigkeitsnachweis. Für den Wiederaufbau im Stadtgebiet Bad Neuenahr-Ahrweiler hat Augel mit dieser Aufnahme die Datengrundlage geliefert, auf der mehrere Planungsdisziplinen arbeiten.
Anbieterprofil ansehen →Wir danken Augel für die Bereitstellung der Projekt-Daten. Unsere Gedanken sind bei allen, die von der Flutkatastrophe 2021 betroffen sind.
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Hochwasservermessung im Ahrtal: FAQ.
Antworten auf die Fragen, die uns zum Ahrtal-Projekt am häufigsten gestellt werden.
Die Befliegung lag im Juni, einer Zeit mit dichter Ufervegetation. Photogrammetrie liefert ein flächendeckendes Orthomosaik und eine Punktwolke aus Bildern, kann aber unter dichtem Bewuchs keine Bodenpunkte erzeugen. LiDAR sendet Laserpulse aus, die durch Vegetationslücken hindurch den Boden erreichen. Die Kombination aus 14 plus 14 Flügen lieferte sowohl das visuelle Orthofoto als auch ein verlässliches Geländemodell unter dem Bewuchs als Basis für die hydraulischen Berechnungen.
Das Aufnahmegebiet umfasste 3,2 km² entlang eines 12,5 km langen Ahr-Korridors mit einer Breite von 150 m. Insgesamt wurden 28 Drohnenflüge durchgeführt, jeweils 14 mit Kamera und 14 mit LiDAR-Sensor. Das Aufmaß diente als Grundlage für Brückenplanung, Straßenplanung, Uferbefestigung und hydraulische Berechnungen im Wiederaufbau.
Über 24 Passpunkte und 21 unabhängige Kontrollpunkte wurde die Genauigkeit nachgewiesen. Der Gesamtfehler an den Passpunkten lag bei 1,51 cm, an den Kontrollpunkten bei 1,57 cm. Möglich wurde diese Präzision durch eine RTK-fähige Drohne, die jedes Bild bereits mit zentimetergenauen Koordinaten versah, sowie durch 45 mit GPS eingemessene Festpunkte im Aufnahmegebiet.
Die hochauflösenden Geländedaten und das Orthomosaik bilden die Grundlage für mehrere Planungsschritte: Neuplanung zerstörter Brücken, Trassierung von Straßen, Dimensionierung der Uferbefestigung und hydraulische Strömungsberechnungen für künftige Hochwasserszenarien. Im Stadtgebiet Bad Neuenahr-Ahrweiler waren von 23 Brücken über die Ahr 20 nach der Flut zerstört oder beschädigt.
Die reine Rechenzeit der Photogrammetrie-Auswertung in Agisoft Metashape Professional summierte sich auf rund 67 Stunden, verteilt auf Bildausrichtung, Tiefenbilder, dichte Punktwolke, Geländemodell und Orthomosaik. Bei 6.943 Bildern und 182 GB Rohdaten ist das eine typische Größenordnung für ein Projekt dieser Dimension. Die Auswertung läuft auf Workstations, häufig nachts oder am Wochenende.
Eingesetzt wurde eine RTK-fähige Drohne mit zwei Sensorvarianten: einer Sony a7R Vollformatkamera mit 61 Megapixeln für die Photogrammetrie und einem LiDAR-Scanner für die Geländeerfassung unter Vegetation. Die Flughöhe lag bei 118 m. Aus dieser Höhe wurde eine Bodenauflösung von 2,47 cm pro Pixel im Geländemodell und 1,32 cm pro Pixel im Orthomosaik erreicht.
Eine Vorplanung im Büro war wegen der örtlichen Gegebenheiten nicht möglich. Im dicht besiedelten Stadtgebiet musste der Sichtflug durchgehend gewährleistet bleiben, gleichzeitig waren Startplätze sorgfältig zu wählen, um Anwohner, Wiederaufbaubaustellen und beschädigte Infrastruktur zu berücksichtigen. Solche Befliegungen in urbaner Umgebung erfordern erfahrene Drohnenpiloten mit Kenntnis der EU-Drohnenverordnung und der lokalen Aufstiegsbedingungen.
Ja. passpunkt.de ist ein Vermittlungsdienst (DSA) für Vermessungs- und Geomatikleistungen mit bundesweitem Anbieterverzeichnis. Auftraggeber schildern ihr Projekt in einer unverbindlichen Erstanfrage, passpunkt prüft die Anfrage und schlägt fachlich passende Büros aus dem Verzeichnis vor. Für die Vermittlung erhält passpunkt eine Vermittlungsprovision vom beauftragten Anbieter, der Auftraggeber hat keine Kosten.
Im Ahrtal-Projekt wurden insgesamt 45 Festpunkte mit GPS eingemessen, davon 24 als Passpunkte und 21 als unabhängige Kontrollpunkte. Dank der präzisen RTK-Direktgeoreferenzierung der Bilder konnte die Anzahl der Passpunkte auf ein Minimum reduziert werden. Die zusätzlichen Kontrollpunkte dienen ausschließlich der Genauigkeitsprüfung und gehen nicht in die Auswertung ein. Ohne RTK-Drohne wären deutlich mehr Passpunkte nötig gewesen.
Glossar.
Zehn Begriffe, die in einem Hochwasservermessungs-Bericht regelmäßig vorkommen, knapp erklärt.
- Orthomosaik
- Aus vielen Einzelbildern entzerrtes, georeferenziertes Senkrechtbild eines Gebietes. Maßstabsgetreu, vermessbar, häufig die anschaulichste Datenebene für Planer und Behörden.
- DEM
- Digital Elevation Model. Höhenraster der Erdoberfläche. Im Hochwasserkontext Grundlage für Strömungsmodelle und Hochwassersimulationen.
- Punktwolke
- 3D-Datensatz aus Millionen Einzelpunkten mit Lage und Höhe, Ergebnis aus Photogrammetrie oder LiDAR. Standard-Format LAS oder LAZ.
- RTK
- Real-Time Kinematic. GNSS-Korrekturverfahren, das Drohnenbildern direkt zentimetergenaue Koordinaten zuordnet und die Anzahl notwendiger Passpunkte reduziert.
- Passpunkt
- Im Aufnahmegebiet eingemessener Referenzpunkt mit bekannten Koordinaten. Dient zur Georeferenzierung der Drohnenaufnahme und zur Genauigkeitsprüfung.
- Kontrollpunkt
- Im Aufnahmegebiet eingemessener Punkt, der nicht in die Auswertung eingeht und ausschließlich der unabhängigen Genauigkeitsprüfung dient.
- LiDAR
- Light Detection and Ranging. Aktiver Lasersensor, sendet Pulse aus und misst Laufzeiten. Durchdringt Vegetationslücken und liefert Bodenpunkte unter Bewuchs.
- Photogrammetrie
- Aus vielen überlappenden Bildern wird mittels Bündelblockausgleichung eine 3D-Punktwolke und ein Orthomosaik gerechnet. Bildbasiertes Verfahren ohne aktive Sensorik.
- GSD
- Ground Sample Distance, Bodenauflösung. Welcher Bodenausschnitt einem Bildpixel entspricht. Im Ahrtal-Projekt 1,32 cm/Pixel im Orthomosaik.
- DSA
- Digital Services Act. EU-Verordnung, unter die Vermittlungsplattformen wie passpunkt.de fallen. Vermittler erhalten eine Provision vom beauftragten Anbieter, nicht vom Auftraggeber.

