UAV im Kontext der Katastervermessung: Eine Genauigkeitsabschätzung auf Basis robuster Netzausgleichung

Abstract

Die fortschreitende Entwicklung unbemannter Luftfahrtsysteme (Unmanned Aerial Vehicles, UAV) eröffnet neue Möglichkeiten für hochpräzise Vermessungen. Ziel dieser Arbeit war es, die Eignung und Genauigkeit von UAVs für Anwendungen im Katasterwesen zu untersuchen. Im Mittelpunkt stand die Frage, ob UAV-basierte Messverfahren – insbesondere UAV-LiDAR und UAV-Photogrammetrie – eine reproduzierbare Einzelpunktbestimmung mit einer Lagegenauigkeit von höchstens 5 cm ermöglichen. Diese Genauigkeitsanforderung entspricht den in der österreichischen Vermessungsverordnung festgelegten Toleranzgrenzen und stellt somit eine praxisrelevante Zielgröße für UAV-gestützte Katastervermessungen dar. Zur Beantwortung dieser Fragestellung wurden sowohl UAV-LiDAR- als auch photogrammetrische Aufnahmen mit einer DJI Matrice 350 RTK durchgeführt, ausgestattet mit dem Zenmuse L2-LiDAR-Sensor bzw. der Zenmuse P1-Kamera.Für die geometrische Auswertung wurden spezifische Zielkörper entwickelt und im 3D-Druck gefertigt. Kugel- und Pyramidentargets für LiDAR-Aufnahmen sowie codierte Targets für die Photogrammetrie wurden mithilfe eigens programmierter MATLAB-Ausgleichsverfahren ausgewertet. Ein weiterer Schwerpunkt lag in der Entwicklung eines robusten zweidimensionalen Netzausgleichungsprogramms mit automatisierter Ausreißererkennung, das zur Ermittlung präziser terrestrischer Referenzkoordinaten diente.Die Ergebnisse zeigen, dass mit UAV-LiDAR Lage- und Höhenabweichungen von unter 2,5 cm erreicht werden können. Auch in der Photogrammetrie konnten mit der DJI P1-Kamera sogar bei direkter Georeferenzierung Abweichungen im niederen Zentimeterbereich erzielt werden. Die Hypothese, dass UAV-gestützte Verfahren eine Einzelpunktbestimmung mit einer Lagegenauigkeit von höchstens 5 cm reproduzierbar ermöglichen, konnte damit eindeutig bestätigt werden.Die Untersuchungen verdeutlichen das große Potenzial UAV-basierter Katastervermessungen, insbesondere in topografisch anspruchsvollem Gelände. Gleichzeitig zeigen sie den aktuellen Entwicklungsbedarf in der Datenprozessierung: Eine integrierte, katasterkonforme Softwareumgebung für UAV-Datenerfassung, Punktwolkenprozessierung und geodätische Auswertung würde den praktischen Einsatz erheblich vereinfachen. UAV-Systeme erfüllen bei geeigneter Flugplanung und sorgfältiger Auswertung die gesetzlichen Genauigkeitsanforderungen und stellen eine effiziente technische sowie wirtschaftliche Ergänzung zur klassischen terrestrischen Vermessung dar.

The continuous advancement of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) opens new possibilities for high-precision surveying. This study evaluates the suitability and accuracy of UAV-based measurement techniques for cadastral surveying applications. The central question is whether UAV systems – specifically UAV LiDAR and UAV photogrammetry – can achieve reproducible single-point determinations with a positional accuracy better than 5 cm. This accuracy requirement corresponds to the tolerance limits defined in the Austrian Surveying Regulation and therefore represents a practically relevant benchmark for UAV-assisted cadastral surveys.To address this question, both UAV LiDAR and photogrammetric datasets are acquired using a DJI Matrice 350 RTK equipped with the Zenmuse L2 LiDAR sensor and the Zenmuse P1 camera. For geometric evaluation, specific target objects are designed and 3D-printed. Spherical and pyramidal targets for LiDAR measurements, as well as coded targets for photogrammetry, are analysed using self-developed MATLAB adjustment algorithms. Another key focus is the development of a robust two-dimensional network adjustment program with automated outlier detection, which is used to derive precise terrestrial reference coordinates. The results show that UAV LiDAR measurements achieve horizontal and vertical deviations of less than 2,5 cm. In photogrammetry, the DJI P1 camera produces deviations within the low-centimetre range, even under direct georeferencing. Consequently, the hypothesis that UAV-based surveying methods can achieve reproducible point determinations with positional accuracies of 5 cm or better is clearly confirmed.The findings highlight the considerable potential of UAV-based cadastral surveying, particularly in topographically challenging terrain. At the same time, the study identifies a need for further development in data-processing workflows. An integrated, cadastral-compliant software environment that unifies UAV data acquisition, pointcloud processing, and geodetic adjustment would significantly enhance practical applicability. When properly planned and evaluated, UAV systems reliably meet legal accuracy requirements and represent an efficient technical and economic complement to conventional terrestrial surveying.