Projekt

Martin Wagner - (FB3) Masterarbeit

Genauigkeitsbetrachtung photogrammetrischer Verfahren mittels Multicoptersystem zur zukünftigen Dokumentation des K+S - Pilotprojektes Haldenabdeckung

Einreichung der Arbeit: August 2017

Die Arbeit steht im Zusammenhang mit dem geplanten Einsatz neuer Vermessungsverfahren im Bergbauunternehmen K+S KALI GmbH.

In einem Bergbauunternehmen sind umfangreiche vermessungstechnische Aufgaben zu erfüllen. Gegenstand der Arbeit sind insbesondere Aufgaben, die im Zusammenhang mit der Abdeckung von Großhalden zur Lagerung von Rückständen aus der Kaliproduktion stehen:
Wegen der möglichen Umweltgefährdungen, die von dem durch Niederschläge im Rückstandshaldenmaterial entstehenden salzhaltigen Sickerwasser ausgehen könnten, plant K+S langfristig die Abdeckung seiner Kalirückstandshalden. Die mit dem Monitoring und der erforderlichen Dokumentation dieser Haldenabdeckungen im Zusammenhang stehenden Aufgaben steigern noch den für Gewährleistung und Nachweis einer nachhaltigen Langfrist-Standsicherheit der Haldenkörper ohnehin nötigen hohen vermessungstechnischen Aufwand.

Zur Verringerung dieses Aufwandes ist geplant, bisher angewandte terrestrische (erdgebundene) Messverfahren teilweise durch Verfahren der Luftbildphotogrammetrie zu ersetzen, deren Bedeutung in den letzten Jahre im Zusammenhang mit der Entwicklung immer leistungsfähigerer und preiswerter unbemannter Flugsysteme (die oft auch als Drohnen bezeichnet werden) enorm zugenommen hat. K+S hat zu diesem Zweck das Multicoptersystem AibotX6V2 der Firma Aibotix als Trägersystem angeschafft.

Wichtige Ziele der Arbeit waren Genauigkeitsvergleiche der geplanten photogrammetrischen mit den herkömmlichen Verfahren und Vorschläge für einen effizienten Bearbeitungsworkflow zur Prozessierung der Luftbildaufnahmen. Die dafür erforderlichen Untersuchungen wurden im Zusammenhang mit der Vorbereitung eines Pilotprojekts vorgenommen, bei dem eine Haldenabdeckung auf einer Länge von circa 100 m im Bereich einer Nebenhalde erfolgen soll.

Die Arbeit enthält ausführliche Darlegungen zu bergbaulichen Grundlagen, Grundlagen der Photogrammetrie, Grundlagen unbemannter Flugsysteme und Besonderheiten des benutzten Multicoptersystems AibotX6V2. Als Vorbereitung eines Großversuchs im Bereich der Nebenhalde wurden zunächst veschiedene Voruntersuchengen durchgeführt, die sich unter anderem auf die theoretisch zu erwartenden Genauigkeiten, die Kamerakalibrierung, die Passpunktverteilung, die Verwendung von Positionskorrekturdaten, die Abänderung von Auswahlparametern in der benutzten Auswertesoftware und die Benutzung einer alternativen Auswertesoftware beziehen. Für diese Voruntersuchungen waren auch mehrere Testbefliegungen erforderlich.

Die in den Voruntersuchungen gewonnenen Erkenntnisse konnten zur optimierten Durchführung des anschließenden Großversuchs genutzt werden. Im Rahmen dieses Versuchs wurde zum Zwecke des Genauigkeitsvergleichs neben der photogrammetrischen Vermessung eine Vermessung mittels Terrestrischem Laserscanning (TLS) durchgeführt. Zur Beurteilung der Genauigkeiten war ein Referenzpunktfeld erforderlich, dass zuvor mittels GNSS-Messung, tachymetrischer Netzmessung und Netzausgleichung angelegt worden war. Im Ergebnis der durchgeführten Befliegungen und TLS-Messungen standen schließlich zwei dichte Punktwolken aus Befliegungen und eine dichte Punktwolke aus TLS-Messungen zur Verfügung. Der Vergleich dieser Punktwolken hinsichtlich ihrer Güte erfolgte zum einen anhand des Referenzpunktfeldes im Programm Agisoft PhotoScan, zum anderen nach vorbereitender Bearbeitung durch direkten Punktwolkenvergleich mit Hilfe der Programme RiScan Pro und CloudCompare.

Im Ergebnis der durchgeführten Genauigkeitsuntersuchungen konnte zusammenfassend festgestellt werden, dass die in der Markscheider-Bergverordnung vorgeschriebene Punktlagegenauigkeit von mindestens 7 cm bei Anwendung der Luftbildphotogrammetrie mit dem untersuchten Multicoptersystem eingehalten wird und dieses System somit für Volumenberechnung, Schnittgenerierung und Schüttdickenberechnung an Halden einsetzbar und damit auch für die im Zuge der Haldenabdeckung vorgesehenen Projekte geeignet ist.

Ausgehend von den bei den Versuchen an der Nebenhalde gewonnenen Erkenntnissen wurde auch ein Konzept für die zukünftige Befliegung von Großhalden unter Beachtung der gesetzlichen und technischen Grenzen entwickelt. Aufgrund besonderer Umstände ergab sich während der Bearbeitungszeit die (zunächst nicht vorgesehene) Möglichkeit, eine Befliegung an der Großhalde am Standort Neuhof-Ellers durchzuführen und so das entwickelte Konzept unmittelbar zu überprüfen. Dabei konnte seine grundsätzliche Realisierbarkeit bestätigt werden.