3D-Inspektion per Drohne: Vergleich der DJI-Flugmethoden anhand eines realen Projekts

Die Inspektion von Bronzestatuen in mehr als 50 Metern Höhe an der Fassade eines Palastes wirft eine einfache Frage auf: Welche automatisierte Flugmethode liefert das präziseste 3D-Modell, ohne physischen Zugang zum Bauwerk. Bei diesem Denkmalschutzprojekt, das im Dezember 2025 in Brüssel durchgeführt wurde, wurden vier DJI-Flugmethoden getestet und am selben Ziel verglichen: Area Route, Slope Route, Geometry Route und Smart3D Route. Die Geometry Route setzte sich mit einem Georeferenzierungs-RMSE (Root Mean Square Error, mittlerer quadratischer Fehler) von 0,012 Metern und einem RTK Fix von 100 % durch, bei gleichzeitig 3,7-mal weniger Bildern als bei Smart3D für ein gleichwertiges Ergebnis. Im Folgenden finden Sie die vollständige Methode, die Parameter jedes Flugs und die zahlenmäßigen Ergebnisse.

Der Kontext: ein Denkmal ohne 3D-Dokumentation unzugänglich

Das inspizierte Gebäude ist der Palais 5 der Brussels Expo, errichtet für die Weltausstellung von 1935 auf dem Heysel-Plateau im Norden von Brüssel und entworfen vom Architekten Joseph Van Neck im monumentalen Art-Deco-Stil.

Der Palais 5 ist eine Meisterleistung der Ingenieurskunst: 51 Meter hoch, 165 Meter lang, mehr als 90 Meter breit, 1935 die größte Stahlbetonkonstruktion der Welt, mit parabolischen Bögen von 86 Metern Spannweite ohne Zwischenstütze. Vier Bronzestatuen schmücken die Fassade und symbolisieren die Navigation, den Dampf, den Transport und die Luftfahrt. Sie wurden unter der Leitung von Egide Rombaux geschaffen, mit einem Beitrag von Zhang Chongren, einem chinesischen Künstler und engen Freund von Hergé, zur Gestaltung der Fassade. Der Palast diente als Haupteingangshalle der Expo 58 und ist heute Teil eines Komplexes aus 12 Hallen mit einer Gesamtfläche von 115.000 m², dem größten Ausstellungsgelände der Benelux-Länder.

Diese 90 Jahre alten Bauwerke erfordern eine regelmäßige Denkmalüberwachung. Die technische Abteilung der Brussels Expo ist für die Instandhaltung dieser 12 Art-Deco-Hallen zuständig. Ihre Ausgangslage ist im Denkmalschutz häufig anzutreffen: Es existierte keine 3D-Dokumentation des aktuellen Zustands der Bauwerke. Die Statuen, mehr als 50 Meter über dem Boden, sind ohne Hubarbeitsbühne oder Gerüst unzugänglich, mit einem Risiko für die in der Höhe arbeitenden Personen.

Ziel der Mission, durchgeführt innerhalb der CTR des Flughafens Brüssel: ein präzises 3D-Modell der Fassade und der Statuen erstellen, vom Boden aus unsichtbare Anomalien erkennen, eine Referenzbasis für die Überwachung der Degradation im Zeitverlauf schaffen und vor allem die automatisierten Flugmethoden anhand von Sicherheits- und Genauigkeitskriterien vergleichend validieren.

Die Ausrüstung: ein vollständig integriertes DJI-Enterprise-Ökosystem

Der Einsatz wurde mit einem vollständig aus DJI-Komponenten bestehenden Ökosystem durchgeführt, ohne Software von Drittanbietern. Die DJI Matrice 4E wurde aufgrund ihres integrierten RTK-Moduls mit Antenne (kein zusätzliches Positionierungsgerät erforderlich), ihrer für die Photogrammetrie optimierten 20-MP-Weitwinkelkamera und ihres kompakten, für beengte städtische Umgebungen geeigneten Formats ausgewählt. Als C2 gemäß der europäischen Verordnung eingestuft, kann die Matrice 4E in der Unterkategorie A2 der Kategorie Offen betrieben werden, ein Vorteil für städtische Einsätze in der Nähe von Personen. DJI FlightHub 2 diente der Missionsplanung auf Basis eines realen 3D-Modells. DJI Terra übernahm die photogrammetrische Verarbeitung. Ein RTK-Netzwerk lieferte die zentimetergenaue Positionierung in Echtzeit.

Die Entscheidung für ein RTK-Netzwerk statt Bodenpasspunkten (GCP) ist entscheidend. Die DJI Matrice 4E verfügt über eine integrierte RTK-Antenne, die sich mit dem nationalen GNSS-Netzwerk verbindet und in Echtzeit zentimetergenaue Positionskorrekturen liefert. Die Drohne erreicht damit eine absolute Georeferenzierung im Sub-Zentimeterbereich im RTK-Fix-Modus, ohne physische Zielmarken vor Ort zu platzieren: schnellerer Einsatz bei gleichwertiger absoluter Genauigkeit während der Rekonstruktion.

Der Palast befindet sich im kontrollierten Luftraum. Eine vorherige Abstimmung mit der Flugsicherung (ATC) wurde vor dem Start durchgeführt, wie es die EU-Verordnung 2019/947 vorschreibt, mit einem eingeschränkten Flugfenster. In Belgien schreibt der Ministerialerlass vom 21. Dezember 2020 zur Festlegung der geografischen UAS-Zonen zudem vor, den Zugang zum Luftraum vor jedem Flug über das DAA-Planner-Tool zu überprüfen. Der Startpunkt wurde auf dem öffentlichen Platz gegenüber der Fassade gewählt.

Die Methode: zunächst ein 3D-Referenzmodell erstellen

Der gesamte Ansatz beruht auf einem Grundsatz: Eine Nahbereichsinspektion wird nicht auf Basis einer generischen Kartengrundlage geplant, sondern auf Basis eines realen, georeferenzierten 3D-Modells des Gebäudes. Der erste Schritt besteht daher darin, dieses Referenzmodell zu erstellen.

Flug 0, eine schräge Area Route, dient der Erstellung dieses Referenzmodells. Erfassungsparameter:

• Abdeckung: 12.170,09 m²
• 236 Bilder, 4 Min. 53 Sek.
• GSD: 1,62 cm/px (schräg 2,28 cm/px)
• Höhe: 60 m AGL, mit Geländefolgung in Echtzeit

Die 3D-Rekonstruktion in FlightHub 2 ergibt:

• Aerotriangulations-GSD: 1,859 cm/px
• Koordinatensystem: WGS 84 / UTM-Zone 31N (EPSG:32631)
• Dauer der 3D-Rekonstruktion: 28 Min. 14 Sek.
• Reprojektions-RMSE: 1,092 px
• Georeferenzierungs-RMSE: 0,018 m

Dieses 3D-Modell dient als Referenz- und Planungsgrundlage für alle nachfolgenden Inspektionsflüge und ersetzt Google Maps.

Die verglichenen Flugmethoden

Anschließend wurden drei Inspektionsmethoden auf Basis dieses Referenzmodells durchgeführt, um zu bestimmen, welche je nach Ziel die beste Genauigkeit liefert.

Die Slope Route (Flug 1) deckt die gesamte Fassade ab. Ziel: Beurteilung des allgemeinen Zustands der Fassade. Erfassungsparameter:

• Abdeckung: 725,77 m²
• 237 Bilder, 4 Min. 33 Sek.
• GSD: 0,17 cm/px
• Abstand zur Wand: 6 m
• Höhe: 81 bis 107,2 m ASL, entsprechend der Fassadengeometrie

Rekonstruktion in FlightHub 2:

• Aerotriangulations-GSD: 0,24 cm/px
• Dauer: 1 Std. 16 Min. 47 Sek.
• Reprojektions-RMS: 0,995 px
• Georeferenzierungs-RMSE: 0,919 m

Der RTK Fix erreichte bei diesem Flug 72 % (284 von 393 Bildern): Die vertikale Scangeometrie richtet die Drohne bei bestimmten Durchgängen vom Signalempfang weg. Ein zweiter überlappender Durchgang oder der Einsatz einer D-RTK 3-Basisstation würde diesen Punkt korrigieren. Das Ergebnis bleibt für eine qualitative Beurteilung der Fassade gültig.

Die Geometry Route (Flug 2) richtet sich ausschließlich auf die Statuen. Erfassungsparameter:

• Abdeckung: 639,64 m²
• 483 Bilder, 7 Min. 53 Sek.
• GSD: 0,20 cm/px
• Überlappung: 80 % frontal, 70 % seitlich
• RTK Fix: 100 % (483 von 483 Bildern)

Dies ist die leistungsstärkste Methode des Tests für eine komplexe und beengte Geometrie.

Die Smart3D Route wurde ergänzend durchgeführt, um die Rekonstruktionsgenauigkeit mit der der Geometry Route zu vergleichen. Erfassungsparameter:

• Typ: DJI Pilot 2 Smart 3D
• Abdeckung: 540,07 m²
• 1.065 Bilder, 10 Min. 26 Sek.
• GSD: 0,14 cm/px
• Überlappung: 70 % frontal, 70 % seitlich
• Abstand zur Wand: 5 m

Smart3D bietet eine größere Abdeckung (107.796 m²), benötigt jedoch 3,7-mal mehr Bilder und 2,9-mal mehr Verarbeitungszeit als die Geometry Route für denselben Interessenbereich.

Die Genauigkeitsergebnisse

Die folgende Tabelle vergleicht die drei Inspektionsmethoden anhand der Aerotriangulations- und Georeferenzierungskriterien gemäß den von DJI Terra erstellten Qualitätsberichten.

Parameter	Geometry Route	Smart3D Route	Slope Route
Bilder	483	1.065	393
Kalibrierte Bilder	483 (100 %)	1.065 (100 %)	392 (99,7 %)
RTK Fix	483/483 (100 %)	1065/1065 (100 %)	284/393 (72 %)
GSD	1,151 cm/px	1,334 cm/px	0,17 cm/px
Georeferenzierungs-RMSE	0,012 m (beste)	0,060 m	0,919 m
Reprojektions-RMS	1,096 px	1,110 px	0,955 px
Verknüpfungspunkte	65.573	323.001	128.393
3D-Verarbeitungszeit	33 Min.	1 Std. 38 Min.	1 Std. 17 Min.
Abdeckungsfläche	639,64 m²	107.796 m²	725,77 m²

Der RTK Fix pro Einsatz bestätigt die Rangfolge: Geometry Route 100 % (mittlere Standardabweichung H 0,483 cm, V 0,706 cm), Smart3D 100 % (H 0,307 cm, V 0,478 cm), Slope Route 72 % (H 5,604 cm, V 6,978 cm). Der GSD der Slope Route wird relativ zur Wandfläche in 6 m Entfernung gemessen; ihr RMSE von 0,919 m spiegelt die inhärente Schwierigkeit der Aerotriangulation auf einer vertikalen Fläche ohne GCP wider und bleibt für eine qualitative Inspektion gültig.

Das technische Fazit ist eindeutig: Die Geometry Route ist die optimale Methode für eine komplexe und beengte Geometrie, mit einem Georeferenzierungs-RMSE von 0,012 m, einem RTK Fix von 100 % und 3,7-mal weniger Bildern als Smart3D für ein gleichwertiges Ergebnis im Interessenbereich. Smart3D behält seinen Nutzen für eine großflächige Abdeckung, allerdings zum Preis eines deutlich höheren Bildvolumens und einer längeren Verarbeitungszeit.

Ein wichtiger Hinweis: Planung anhand eines 3D-Modells, niemals anhand einer generischen Kartengrundlage

Es wurde eine Überprüfung durchgeführt, um den Unterschied zwischen der Planung auf Basis eines realen 3D-Modells und der Planung auf Basis einer Standardkartengrundlage zu messen. Eine Mission wurde in DJI Pilot 2 nachgebildet, wobei die Geometrie der Geometry Route reproduziert wurde, jedoch auf Basis einer Google-Maps-Grundlage. Im Vergleich mit dem georeferenzierten 3D-Modell von FlightHub 2 zeigte sich eine Positionsabweichung von etwa 2 Metern. Bei einem Flugabstand von 6 Metern zu den Statuen hätte diese Abweichung zu einer Kollision geführt, wäre die Mission automatisch ohne Hinderniserkennungssensoren ausgeführt worden. Die Mission wurde vor der Ausführung abgebrochen.

Die Lehre daraus ist ein methodischer Grundsatz: Eine automatisierte Nahbereichsinspektion muss anhand eines realen, georeferenzierten 3D-Modells geplant werden, nicht anhand einer generischen Kartengrundlage. Die Fehlertoleranz einer solchen Grundlage, die für großflächige Kartierungen unerheblich ist, wird in wenigen Metern Entfernung von einem Bauwerk kritisch.

Das verwertbare Ergebnis: ein vom Boden aus unsichtbarer Mangel

Das texturierte 3D-Mesh der Statuen aus der Geometry Route wurde mit einer Auflösung von 1,15 cm/px in DJI Terra erstellt, mittels lokaler, eigenständiger (standalone) Verarbeitung auf einer Workstation (AMD Ryzen 7 5800X3D, RTX 4070 Super, 64 GB RAM, hohe Punktdichte, hohe Qualität, RTK-POS-Daten aktiviert). Diese Auflösung reicht aus, um Oberflächenmängel im Millimeterbereich auf der Bronze zu erkennen. Das Modell kann direkt in FlightHub 2 betrachtet und ausgemessen werden: Abstände, Winkel und Oberflächenzustände können aus der Ferne beurteilt werden.

Die Inspektion des 3D-Modells deckte eine Anomalie auf: eine gebrochene Befestigungshalterung an einer der Statuen, vom Boden aus unsichtbar und nur dank des Modells identifiziert. Der Mangel wurde der technischen Abteilung der Brussels Expo mit einer präzisen, annotierten 3D-Position gemeldet. DJI Terra erstellte ein texturiertes 3D-Mesh, eine Punktwolke und ein 2D-Orthofoto (TDOM bei 1,01 cm/px). Aerotriangulation: 2 Min. 29 Sek.; 3D-Rekonstruktion: 33 Min.; Georeferenzierungs-RMSE: 0,012 m.

Die Einbindung in den Arbeitsablauf der Brussels Expo

Die technische Abteilung der Brussels Expo ist für die Denkmalpflege und die strukturelle Überwachung der 12 Hallen, darunter der Palais 5, verantwortlich. Ihre anfängliche Einschränkung, das Fehlen einer 3D-Dokumentation und die Abhängigkeit von physischem Zugang für jede Inspektion, wird durch die Ergebnisse aufgehoben. Das texturierte 3D-Modell der Fassade und der Statuen wird direkt in FlightHub 2 geladen, aus der Ferne zugänglich, ohne Software von Drittanbietern (Format B3DM). Maße, Rissbreiten und Höhen unzugänglicher Elemente sind ohne physischen Eingriff messbar. Die Punktwolke im LAS-Format lässt sich für die strukturelle Analyse in AutoCAD importieren. Die Wiederholung identischer Flugpläne in regelmäßigen Abständen mit demselben Geometry-Route-Plan liefert vergleichbare Modelle, was eine automatisierte Überwachung der Degradation ermöglicht. Die in FlightHub 2 gespeicherten Missionsrouten sind für künftige Überwachungszyklen identisch reproduzierbar.

Zusammenfassung

In technischer Hinsicht ist die Geometry Route für eine komplexe und beengte Geometrie optimal (RMSE 0,012 m, RTK Fix 100 %, 3,7-mal weniger Bilder als Smart3D); das RTK-Netzwerk ersetzt Bodenpasspunkte (GCP) bei gleichwertiger absoluter Genauigkeit während der Rekonstruktion und einer schnelleren Umsetzung; und das Ergebnis ist für den Endnutzer direkt in FlightHub 2 zugänglich. Das vollständige DJI-Ökosystem (Matrice 4E, FlightHub 2, DJI Terra) erforderte keine Software von Drittanbietern. Der Einsatz fand im kontrollierten Luftraum mit ATC-Koordination statt, in Einklang mit der EU-Verordnung 2019/947.

In der Anwendung ersetzt die Methode den Bedarf an schwerer und kostspieliger Ausrüstung, senkt die Betriebskosten um die Hälfte bis ein Drittel, beseitigt das Sicherheitsrisiko für Beschäftigte in der Höhe und liefert eine präzise 3D-Dokumentation 90 Jahre alter Denkmalbauten ohne bestehende Referenzbasis. Die Perspektiven sind konkret: Ausweitung der Digitalisierung auf die 12 Hallen für eine vollständige Denkmalreferenz, jährliche Zyklen mit der Geometry Route und automatisiertem Modellvergleich zur Erkennung struktureller Veränderungen, sowie Übertragung auf andere denkmalgeschützte Gebäude in Belgien und den Benelux-Ländern, bei denen der Zugang zu Fassaden eingeschränkt ist.

Was diese Mission für Ihr Inspektionsprojekt zeigt

Die Wahl der Flugmethode bestimmt die Qualität des Ergebnisses. Bei einer komplexen und beengten Geometrie erreicht die Geometry Route von FlightHub 2, kombiniert mit einem RTK-Netzwerk und einem in Area Route erstellten 3D-Referenzmodell, einen Georeferenzierungs-RMSE von 0,012 m und erkennt millimetergenaue Mängel an unzugänglichen Elementen, ohne Bodenpasspunkte und ohne physischen Zugang.

Drone Parts Center, autorisierter DJI-Enterprise-Fachhändler für die Benelux-Länder, unterstützt Gebäudeverwalter, Ingenieurbüros und Betreiber bei dieser Art von Droneninspektionseinsatz: Auswahl der Ausrüstung, Erfassungsmethodik, photogrammetrische Verarbeitung und Einbindung der Ergebnisse in Ihren Arbeitsablauf. Um die Machbarkeit einer 3D-Inspektion an Ihrem Standort zu prüfen, kontaktieren Sie unser technisches Team in Nivelles.

Häufig gestellte Fragen

Welche DJI-Flugmethode ist für Statuen oder eine komplexe Geometrie am präzisesten?

Die Geometry Route von DJI FlightHub 2. Bei diesem Einsatz erreichte sie einen Georeferenzierungs-RMSE von 0,012 m mit einem RTK Fix von 100 %, bei gleichzeitig 3,7-mal weniger Bildern als die Smart3D-Methode für ein gleichwertiges Ergebnis im Interessenbereich.

Was ist der Unterschied zwischen der Geometry Route und der Smart3D Route?

Die Geometry Route zielt auf einen präzisen Interessenbereich mit einer reduzierten Anzahl an Bildern und einer kurzen Verarbeitungszeit ab (483 Bilder, 33 Min. in diesem Fall). Die Smart3D Route deckt einen deutlich größeren Bereich ab (107.796 m²), erfordert jedoch 3,7-mal mehr Bilder und 2,9-mal mehr Verarbeitungszeit. Bei einer komplexen und begrenzten Geometrie wie Statuen ist die Geometry Route effizienter; für eine großflächige Abdeckung behält Smart3D seinen Nutzen.

Müssen Bodenpasspunkte (GCP) eingesetzt werden?

Nicht mit einer Drohne mit integriertem RTK-Empfänger wie der mit einem RTK-Netzwerk verbundenen DJI Matrice 4E. Die Drohne erreicht eine absolute Georeferenzierung im Sub-Zentimeterbereich im RTK-Fix-Modus, ohne physische Zielmarken vor Ort, was den Einsatz bei gleichwertiger absoluter Genauigkeit beschleunigt.

Kann eine Drohne vom Boden aus unsichtbare Mängel erkennen?

Ja. Bei diesem Einsatz ermöglichte das texturierte 3D-Mesh mit 1,15 cm/px die Identifizierung einer gebrochenen Befestigungshalterung an einer Statue in mehr als 50 Metern Höhe, ein vom Boden aus unsichtbarer Mangel, der präzise im 3D-Modell lokalisiert wurde, ohne jeglichen physischen Zugang.

Warum eine Inspektion anhand eines 3D-Modells statt anhand von Google Maps planen?

Eine generische Kartengrundlage kann eine Positionsabweichung von bis zu etwa 2 Metern gegenüber der tatsächlichen Geometrie aufweisen. Für großflächige Kartierungen unerheblich, wird diese Abweichung bei einer Nahbereichsinspektion in wenigen Metern Entfernung von einem Bauwerk kritisch, wo sie bei automatisiertem Flug zu einer Kollision führen kann. Ein in FlightHub 2 erstelltes georeferenziertes 3D-Modell beseitigt dieses Risiko.