Drohnendaten ohne Cloud auswerten: eigener Server statt Abo

Der Flug dauert zwanzig Minuten. Danach liegen achthundert Bilder und vierzig Gigabyte auf einer Speicherkarte, und ab hier wird es teuer. Nicht wegen der Drohne, sondern wegen der Auswertung: Sie läuft bei den meisten Betrieben über ein Abonnement, das monatlich abgebucht wird, ob geflogen wurde oder nicht. Dieser Beitrag erklärt, was bei der Auswertung technisch passiert, welcher Teil davon sich sinnvoll ins eigene Haus holen lässt, was das an Hardware verlangt und wo die Wolke weiterhin die bessere Wahl bleibt.

Was bei der Auswertung tatsächlich passiert

Photogrammetrie klingt nach Zauberei und ist Rechenarbeit. Aus überlappenden Fotos wird ein dreidimensionales Modell rekonstruiert, weil derselbe Punkt auf dem Boden in mehreren Bildern aus leicht unterschiedlichen Blickwinkeln erscheint. Der Ablauf ist bei allen Programmen im Kern derselbe, unabhängig davon, ob er im Rechenzentrum oder auf dem Rechner im Nebenraum läuft.

Schritt 1 – Merkmale finden. In jedem Einzelbild werden markante Punkte gesucht: Kanten, Ecken, Strukturen im Schotter, Fugen im Asphalt. Pro Bild sind das Zehntausende. Dieser Schritt lässt sich sauber auf viele Rechenkerne verteilen und ist der Grund, warum Kernzahl hier mehr bringt als Taktfrequenz.

Schritt 2 – Bilder verknüpfen. Es wird bestimmt, welche Bilder dasselbe Stück Boden zeigen, und welche Merkmale einander entsprechen. Hier entsteht der Löwenanteil des Arbeitsspeicherbedarfs, weil die Verknüpfungen aller Bilder gleichzeitig im Speicher gehalten werden.

Schritt 3 – Bündelblockausgleichung. Kamerapositionen, Blickrichtungen und Linsenverzeichnung werden gemeinsam so justiert, dass alle Beobachtungen möglichst widerspruchsfrei zusammenpassen. Das Ergebnis ist eine dünne Punktwolke und ein Kameramodell. Dieser Schritt entscheidet über die Genauigkeit des gesamten Projekts.

Schritt 4 – dichte Rekonstruktion. Aus dem justierten Modell wird eine dichte Punktwolke berechnet, oft mit vielen Millionen Punkten, daraus ein Oberflächennetz und ein Geländemodell. Der rechenintensivste und speicherhungrigste Teil.

Schritt 5 – Ableitungen. Erst jetzt entsteht, was der Auftraggeber tatsächlich sehen will: das entzerrte Luftbild, in dem sich messen lässt, Höhenlinien, Volumen einer Halde, Flächen, Querprofile, Differenzmodelle zum Vormonat.

Vier dieser fünf Schritte sind reine Stapelverarbeitung ohne Bedienung. Sie werden gestartet und liefern Stunden später ein Ergebnis. Genau deshalb eignen sie sich gut für den eigenen Rechner: Es gibt nichts, wobei jemand zusehen müsste.

Die drei Abrechnungsmodelle – und wo sie wehtun

Am Markt haben sich drei Modelle etabliert. Sie unterscheiden sich weniger im Betrag als darin, wann er anfällt.

Die eigentliche Belastung entsteht selten durch den Betrag. Sie entsteht durch drei Nebenwirkungen, die im Angebot nicht stehen.

Erstens die Bindung an eine Preisliste, die nicht Ihnen gehört. Modelle werden umgestellt, Stufen neu geschnitten, Funktionen wandern in ein höheres Paket. Wer sein Geschäft darauf aufgebaut hat, verhandelt nicht mit, sondern erfährt.

Zweitens die Archivfrage. Nach drei Jahren liegen dreihundert Projekte beim Anbieter. Ein Wechsel bedeutet dann nicht nur neue Software, sondern die Frage, was aus dem Bestand tatsächlich in offenen Formaten herauskommt. Das ist der Punkt, an dem viele bleiben, obwohl sie gehen wollen.

Drittens die Daten Dritter. Sie fliegen nicht Ihr eigenes Grundstück, sondern das Ihres Kunden. Wohin diese Bilder gehen, ist eine Frage, die Ihr Kunde stellen darf, und je größer er ist, desto sicherer stellt er sie.

Der Engpass, über den niemand spricht: der Upload

Bei der Wolkenlösung wird gern die Rechenzeit verglichen. Verglichen werden müsste der Weg dorthin. Ein Projekt mit achthundert Bildern aus einer 20-Megapixel-Kamera liegt roh im Bereich von dreißig bis fünfzig Gigabyte. Diese Daten müssen zuerst nach oben, bevor überhaupt gerechnet wird.

Der entscheidende Wert ist die Uploadrate, nicht die beworbene Downloadrate. Bei klassischen Anschlüssen auf dem Land liegt sie oft im einstelligen Megabitbereich, und dann verschiebt sich das ganze Bild: Der Rechner im Nebenraum hat längst angefangen zu rechnen, während der Ordner noch hochlädt. Wer die Karte abends aus der Drohne nimmt und den Lauf über Nacht startet, hat morgens ein Ergebnis, ohne je eine Leitung zu belasten.

Dazu kommt der Rückweg. Ein Orthomosaik einer größeren Fläche ist selbst mehrere Gigabyte groß, das Geländemodell ebenfalls. Was oben liegt, muss auch wieder herunter, wenn es weiterverarbeitet werden soll.

Was der eigene Rechner können muss

Die häufigste Fehlannahme lautet, es brauche vor allem eine starke Grafikkarte. Tatsächlich ist der Arbeitsspeicher der bindende Engpass, danach kommen die Rechenkerne, danach die Festplatte, und erst danach die Grafikkarte – deren Nutzen zudem stark davon abhängt, welche Software Sie einsetzen und welchen Schritt sie überhaupt auf die Grafikkarte auslagert.

Die zweite Fehlannahme betrifft den Aufstellort. Ein solcher Rechner läuft unter Vollast über Stunden, wird warm und wird laut. Er gehört nicht unter den Schreibtisch im Besprechungsraum, sondern in einen belüfteten Nebenraum mit ordentlicher Netzanbindung – und an eine unterbrechungsfreie Stromversorgung, weil ein Stromausfall in der siebten Stunde einen kompletten Lauf vernichtet.

Die Software: was quelloffen wirklich leistet

Der praktische Weg für den Eigenbetrieb führt über OpenDroneMap. Das Projekt bündelt die gesamte Kette von der Merkmalssuche bis zum Orthomosaik, arbeitet in Containern und bringt mit WebODM eine Oberfläche im Browser mit. Aufträge landen in einer Warteschlange, Rechenknoten lassen sich hinzufügen, und alles liegt in offenen Formaten: GeoTIFF für Orthofoto und Geländemodell, LAS oder LAZ für die Punktwolke.

Daneben existieren weitere quelloffene Werkzeuge mit anderem Zuschnitt: COLMAP als sehr genaue Rekonstruktionsbibliothek, MicMac aus dem französischen Vermessungsumfeld, Meshroom für die reine Modellerzeugung. Sie sind mächtig, verlangen aber deutlich mehr Einarbeitung und liefern keine fertige Auftragsverwaltung.

Ehrlich benannt gehören auch die Stellen, an denen der quelloffene Weg gegenüber bezahlten Programmen verliert:

Passpunkte und Genauigkeitsnachweis. Das Setzen und Kontrollieren von Bodenpasspunkten ist in bezahlten Programmen komfortabler gelöst, und die Berichte zur erreichten Genauigkeit sind vorzeigbarer. Wer Auftraggebern Nachweise liefern muss, spürt das.

Schwierige Aufnahmen. Wenig Textur, spiegelnde Flächen, Wasser, Wald, starker Wind, wechselnde Belichtung: Hier zeigen die ausgereiften Programme robustere Ergebnisse, wo der quelloffene Weg abbricht oder Löcher lässt.

Verantwortung. Bei einem bezahlten Programm gibt es jemanden, der zusagt, dass es funktioniert. Beim Eigenbetrieb sind Sie das selbst – oder jemand, den Sie beauftragen.

Der Zwischenweg wird häufig übersehen. Es muss nicht Wolke oder Eigenbetrieb sein. Ein Programm mit dauerhafter Lizenz auf einer eigenen Maschine kombiniert beides: keine laufende Gebühr, keine Daten außer Haus, trotzdem ein Hersteller im Rücken. Für Betriebe, die Nachweise liefern, ist das oft die passendere Antwort als die Umstellung auf quelloffene Software.

Wo die Wolke gewinnt

Es gibt Fälle, in denen der eigene Rechner die schlechtere Wahl ist, und sie werden zu selten benannt.

Ausschläge nach oben. Wenn dreimal im Jahr ein Projekt mit fünftausend Bildern kommt, ist es unwirtschaftlich, das ganze Jahr Hardware dafür vorzuhalten. Für solche Spitzen ist gemietete Rechenzeit genau richtig.

Kein Personal für Technik. Ein eigener Rechenknoten will betreut werden: Aktualisierungen, Sicherungen, Überwachung, Fehlersuche bei einem abgebrochenen Lauf. Wer das weder selbst kann noch vergeben will, kauft mit dem Abonnement genau diese Betreuung mit.

Verteilte Teams. Wenn vier Piloten in vier Regionen arbeiten und alle auf dieselben Projekte zugreifen, ist die Wolke die einfachere Antwort. Nachbaubar ist das im Eigenbetrieb, aber es ist dann ein IT-Projekt und keine Softwareentscheidung mehr.

Zusammenarbeit mit dem Auftraggeber. Manche Kunden erwarten einen Link, über den sie das Ergebnis im Browser drehen und messen können. Das lässt sich auch selbst betreiben, verlangt dann aber eine erreichbare Adresse, Zugangsschutz und jemanden, der sich darum kümmert.

Genauigkeit: Passpunkte, RTK und die ehrliche Grenze

Die Frage nach der Genauigkeit wird meist an der Software festgemacht. Sie entscheidet sich vorher, im Feld.

Ohne Passpunkte hängt das Modell allein an den Positionsdaten der Drohne. Die Form stimmt dann meist gut, die absolute Lage und vor allem die Höhe können deutlich abweichen. Für einen Baufortschritt reicht das oft, für eine Abrechnung nicht.

Mit Bodenpasspunkten – eingemessenen Markierungen im Gelände – wird das Modell in ein echtes Koordinatensystem gezwungen. Fünf gut verteilte Punkte plus einige Kontrollpunkte, die nicht in die Berechnung eingehen, sind der übliche Aufbau. Die Kontrollpunkte sind der Nachweis: An ihnen wird abgelesen, wie genau das Ergebnis tatsächlich ist.

Mit RTK oder PPK liefert die Drohne bereits sehr genaue Aufnahmepositionen. Passpunkte werden dadurch nicht überflüssig, aber ihre Zahl sinkt deutlich. Ein paar Kontrollpunkte bleiben trotzdem sinnvoll, sonst gibt es nichts, woran sich das Ergebnis prüfen lässt.

Zwei Dinge werden dabei regelmäßig übersehen. Erstens das Bezugssystem: In Deutschland ist die Lage üblicherweise ETRS89 in der jeweiligen UTM-Zone, die Höhe bezieht sich auf das amtliche Höhensystem. Wer Lage und Höhe aus verschiedenen Systemen mischt, erzeugt einen Versatz, der später niemandem mehr erklärbar ist. Zweitens die Grenze zur amtlichen Vermessung: Grenzfeststellungen und Katasterangelegenheiten bleiben öffentlich bestellten Vermessungsingenieuren vorbehalten, unabhängig davon, wie gut das Modell ist. Wer das gegenüber Auftraggebern klar sagt, verkauft weniger Erwartung und mehr Vertrauen.

Datenschutz: fremde Grundstücke, Personen, Kennzeichen

Luftbilder sind selten so anonym, wie sie beim Betrachten wirken. Bei den heute üblichen Bodenauflösungen sind Personen im Hof, Fahrzeuge samt Kennzeichen und Einblicke in Nachbargrundstücke regelmäßig erkennbar. Sobald sich daraus eine Person bestimmen lässt, handelt es sich um personenbezogene Daten mit allem, was daran hängt.

Für den Betrieb ergeben sich daraus drei praktische Punkte. Erstens braucht die Verarbeitung eine Grundlage und eine Zweckbindung – und ein Löschkonzept, das nicht bedeutet, dass alles für immer liegen bleibt. Zweitens ist die Weitergabe an einen Verarbeitungsdienst eine Auftragsverarbeitung mit Vertrag, benanntem Verarbeitungsort und geklärter Frage, ob Daten das europäische Rechtsgebiet verlassen. Genau dieser Punkt entfällt vollständig, wenn die Berechnung im eigenen Haus läuft. Drittens gehört das Unkenntlichmachen von Gesichtern und Kennzeichen in die Auswertekette, wenn Ergebnisse veröffentlicht oder weitergereicht werden – und zwar automatisiert, weil es von Hand bei achthundert Bildern niemand durchhält.

Der wirtschaftliche Nebeneffekt ist erheblich: Ein Betrieb, der schriftlich zusagen kann, dass die Bilder das eigene Haus nicht verlassen, hat bei öffentlichen Auftraggebern, Energieversorgern und größeren Industriekunden ein Argument, das kein Preisnachlass ersetzt.

Das Archiv ist das eigentliche Kapital

Nach zwei Jahren regelmäßiger Flüge liegen mehrere Terabyte im Haus. Der Wert steckt weniger im einzelnen Projekt als in der Reihe: Erst der Vergleich zwischen März und September macht aus zwei Modellen eine Aussage über Abtrag, Setzung oder Baufortschritt. Damit wird das Archiv zum Betriebsvermögen – und zum Ausfallrisiko.

Drei Entscheidungen tragen hier weiter als jede Softwarewahl. Was wird aufgehoben? Rohbilder, Zwischenstände und Ergebnisse haben sehr unterschiedliche Bedeutung. Die Zwischenstände lassen sich in aller Regel wegwerfen, die Rohbilder sind die einzige Grundlage für eine spätere Neuberechnung. Wie wird gesichert? Zwei Kopien im Haus sind eine Kopie, sobald der Raum brennt. Eine Auslagerung an einen zweiten Ort gehört dazu, ebenso ein Rückspielversuch, der wenigstens einmal wirklich durchgeführt wurde. Wie wird wiedergefunden? Ein Ordner mit dem Namen der Baustelle reicht im ersten Jahr und im dritten nicht mehr. Datum, Auftraggeber, Fläche, Flughöhe und Bezugssystem gehören in eine schlichte Übersicht, die auch dann noch lesbar ist, wenn die Software gewechselt wurde.

Wann sich der eigene Server rechnet

Ohne konkrete Zahlen des jeweiligen Betriebs bleibt jede Rechnung Behauptung. Die Struktur der Rechnung ist aber immer dieselbe, und sie lässt sich in einer halben Stunde aufstellen.

Drei Erfahrungswerte helfen bei der Einordnung. Wer weniger als etwa zehn Projekte im Jahr auswertet, kommt mit dem nutzungsabhängigen Modell fast immer günstiger weg – die Betreuung eines eigenen Knotens lohnt schlicht nicht. Wer wöchentlich fliegt, hat den Rechner in aller Regel innerhalb des ersten Jahres wieder drin und danach ein Werkzeug, das ihm gehört. Wer stark schwankt, fährt zweigleisig am besten: die Grundlast im Haus, die Spitzen zugekauft. Diese Kombination wird zu selten gewählt, obwohl sie die Nachteile beider Wege abschneidet.

Ein Posten fehlt in fast jeder Aufstellung und ist trotzdem der wichtigste: die eigene Arbeitszeit. Wenn die Auswertung nachts von selbst läuft und morgens fertig ist, statt tagsüber Aufmerksamkeit zu binden, verschiebt sich die Rechnung deutlich – und zwar in Richtung Eigenbetrieb. Automatisierung ist hier kein Zusatz, sondern der eigentliche Gewinn: Karte einstecken, Ordner ablegen, Warteschlange arbeitet ab, Ergebnis liegt am Morgen im Kundenordner.

Was wir dabei machen – und was nicht

Wir fliegen nicht. Wir beraten nicht zum Flugbetrieb, nicht zu Genehmigungen und nicht zur Wahl der Drohne. Der Flug bleibt bei Ihnen oder bei Ihrem Piloten. Was wir machen, beginnt an dem Punkt, an dem die Speicherkarte im Rechner steckt.

Wir legen die Maschine anhand Ihrer tatsächlichen Projektgrößen aus, statt nach Katalog zu kaufen. Wir richten die Auswertekette ein, so dass Aufträge in einer Warteschlange landen und ohne Bedienung durchlaufen. Wir automatisieren die Ablage: eingehende Ordner werden erkannt, berechnet, in offene Formate abgelegt und in Ihre Struktur einsortiert. Wir bauen die Ausgabe so, dass Ihre Auftraggeber damit arbeiten können – Orthofoto, Geländemodell, Punktwolke, Volumen- und Flächenauswertung, auf Wunsch als Protokoll. Und wir richten die Sicherung ein, samt einem Rückspielversuch, der zeigt, dass sie funktioniert.

Wenn sich dabei herausstellt, dass der Eigenbetrieb für Ihre Projektzahl nicht trägt, sagen wir das. Zehn Projekte im Jahr rechtfertigen keinen eigenen Knoten, und ein Rechner im Nebenraum, der nicht ausgelastet ist, ist teurer als ein Abonnement.

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Schreiben Sie uns, wie viele Projekte im Jahr anfallen, wie viele Bilder ein typischer Flug liefert und was Ihre Auftraggeber am Ende bekommen sollen. Danach sagen wir Ihnen, ob sich eine eigene Maschine lohnt und wie sie aussehen müsste.

Auswertung im eigenen Haus prüfen