Genauigkeit der Vermessung mit Drohnen – DJI Modelle im Vergleich
Wie präzise arbeiten Drohnen bei der Photogrammetrie?
Wir haben die Genauigkeit verschiedener DJI-Modelle untersucht – mit besonderem Fokus auf Rolling vs. Global Shutter, RTK-Einfluss und Flugstrategien.
Zielsetzung
In der ingenieurgeodätischen Praxis spielt die Genauigkeit photogrammetrisch erfasster Punktwolken eine zentrale Rolle.
Ziel dieses Projekts war es, die Leistungsfähigkeit und Genauigkeit verschiedener Drohnenmodelle bei der Erstellung von 3D-Punktwolken zu bewerten.
Im Fokus standen:
- Unterschiede durch Kameratechnologie (Global vs. Rolling Shutter)
- Einfluss eines RTK-Moduls
- Auswirkungen unterschiedlicher Flugmuster und Höhen
Technischer Hintergrund: Shutter-Arten
Rolling Shutter (z. B. DJI M3T, M4T):
Die Sensorzeilen werden nacheinander ausgelesen. Bei Bewegung entstehen dadurch Verzerrungen – besonders bei schnellen Flügen.
Global Shutter (z. B. DJI M3E, M4E):
Das gesamte Bildfeld wird gleichzeitig belichtet. Dadurch entstehen nahezu keine Verzerrungen – ein entscheidender Vorteil bei präziser Vermessung.
Testaufbau & Versuchsreihen
Die Tests wurden an mehreren Tagen unter identischen Bedingungen durchgeführt. Insgesamt wurden über 60 Flüge durchgeführt, berechnet und ausgewertet.
Jedes Modell absolvierte Flüge in:
- 20m und 40m Flughöhe AGL
- langsamer (0,5 m/s) und schneller (> 6 m/s) Geschwindigkeit
- Nadir-Modus (senkrecht)
Ausgewertet wurden die Messdaten in 3Dsurvey und DJI Terra.
Zusätzliche Versuchsreihen:
- RTK aktiv vs. RTK deaktiviert
- Rolling vs. Global Shutter (M3T vs. M3E)
- POI-Flug (Drohne umkreist Objekt)
- Geneigte Kamera (75° statt 90°)
- Smart-3D-Modus
- Oblique-Flug (5 Seiten)
- Zeitintervall vs. Distanzintervall-Aufnahme
Getestete Modelle
| Modell | RTK-Modul | Shutter | Modelljahr |
|---|---|---|---|
| DJI M3T | Nicht angebaut | Rolling | 2022 |
| DJI M3E | Ja | Global | 2022 |
| DJI M4T | Ja (DJI) | Rolling | 2025 |
| DJI M4E | Ja (DJI) | Global | 2025 |
| DJI Mini 3 Pro | Nein | Rolling | 2023 |
Ergebnisse – Genauigkeit in Zahlen
| Modell | Slope Dist. [m] | 2D Dist. [m] | Height Difference [m] |
|---|---|---|---|
| M3T | 0,577 | 0,585 | 0,178 |
| M3E | 0,027 | 0,028 | 0,018 |
| M4T | 0,131 | 0,094 | 0,408 |
| M4E | 0,021 | 0,020 | 0,040 |
| Mini 3 Pro | 0,737 | 0,736 | 0,143 |
Ergebnis:
Die Global-Shutter-Modelle (M3E, M4E) liefern Abweichungen von nur wenigen Zentimetern (ca. 2cm). Rolling-Shutter-Drohnen weichen bei schlechten Bedingungen (hohe Fluggeschwindikeit) oft mehr als 0,5m ab! Ähnliche Genauigkeiten konnten nur bei sehr langsamen Flügen unter 0,1m/s festgestellt werden.
Boxplot-Diagramme der Messergebnisse von DJI M4T und M4E. Auffällig sind hier die Ausreißer bei der M4T, während die M4E durchweg hohe Genauigkeitswerte lieferte – auch bei hohen Fluggeschwindigkeiten. Das spricht klar für die Global-Shutter-Technologie, denn sonst sind die Bedingungen absolut identisch!
Einfluss von RTK
Der Vergleich zwischen Flügen mit und ohne RTK zeigt:
Mit aktivem RTK sinken die Abweichungen deutlich.
Ohne RTK traten ca. 20% höhere Ungenauigkeiten auf. In der Höhengenauigkeit sind die Unterschiede weitaus gravierender (ca. 3cm vs 9cm).
Einfluss der Flugplanung
- POI-Flüge zeigten die schlechtesten Ergebnisse.
- Langsamflüge (≤ 0,5 m/s) verbesserten die Genauigkeit deutlich – besonders bei Rolling-Shutter-Drohnen.
- Schrägaufnahmen (Oblique-Flüge) erhöhten die Höhengenauigkeit.
- Der Unterschied zwischen 20 m und 40 m Höhe war bei aktiviertem RTK gering, ohne RTK jedoch deutlich spürbar.
Interpretation & Empfehlungen
- Rolling Shutter → nur eingeschränkt geeignet für hochpräzise Vermessung.
- Langsame Fluggeschwindigkeit kann Fehler reduzieren.
- Global Shutter + RTK → liefert die besten und konstantesten Ergebnisse.
- Schrägaufnahmen (statt nur Nadir-Bilder) verbessern die Höhenauflösung.
- Vertikale Genauigkeit bleibt naturgemäß etwas schlechter als die horizontale (GNSS-Limitierungen).
Fazit
Für professionelle Vermessungszwecke sind Global-Shutter-Drohnen mit RTK (wie die DJI M3E und M4E) uneingeschränkt zu empfehlen.
- Rolling-Shutter-Drohnen (z. B. M3T, M4T) nur bedingt geeignet
- Mini 3 Pro liefert für Hobby- oder Grobaufsätze akzeptable, aber nicht präzise Ergebnisse
- Die optimale Genauigkeit lag bei etwa ±3 cm (Global Shutter-Drohne mit RTK im Langsamflug, gute Lichtverhältnisse)
Zusammenfassung
✅ Global Shutter + RTK = beste Präzision
✅ Langsamflug kompensiert Rolling-Shutter-Effekte
✅ Schrägflüge verbessern Höhenmessung
❌ POI-Flüge liefern ungenaue Ergebnisse
❌ Reine Nadir-Flüge verschlechtern Höhenauflösung
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