LiDAR-Vermessung unter Vegetation: Was ist wirklich möglich – und wo liegen die Grenzen?
Die Erfassung präziser Geländemodelle ist eine der wichtigsten Aufgaben in der modernen Vermessung. Doch was passiert, wenn das Gebiet stark bewachsen ist? In der Branche gilt die LiDAR-Vermessung unter Vegetation (Light Detection and Ranging) oft als das Maß aller Dinge, sobald Vegetation ins Spiel kommt. Da die Photogrammetrie nur die sichtbare Oberfläche (also die Baumkronen oder das Blätterdach) erfassen kann, setzen wir standardmäßig auf LiDAR, wenn das tatsächliche Geländeprofil (DGM) unter dem Bewuchs das Ziel der Vermessung ist.
Es hält sich jedoch hartnäckig der Mythos, dass LiDAR jede Form von Vegetation mühelos durchdringen kann. Diese Darstellung als „Allheilmittel“ ist schlichtweg falsch und weckt oft unrealistische Erwartungen. In diesem Beitrag klären wir auf, welche Vegetationsarten sich gut durchdringen lassen und wo selbst modernste Sensoren an ihre physikalischen Grenzen stoßen.
Das Prinzip der Durchdringung: Auf die Lücken kommt es an
Damit ein Laserscanner den Boden erfassen kann, muss der Laserstrahl (oder zumindest ein Teil davon) einen freien Weg durch das Blätterdach finden. Eine erfolgreiche Durchdringung ist immer dann gegeben, wenn die Lücken in der Vegetation groß genug sind oder die Pflanzenschicht relativ „einschichtig“ aufgebaut ist. Trifft ein Puls nach dem Durchdringen der obersten Schicht als Nächstes auf den Boden, erhalten wir verwertbare Daten.
Wenn LiDAR seine Stärken voll ausspielt
Es gibt zahlreiche Szenarien, in denen die Laserscanning-Technologie hervorragende und hochpräzise Ergebnisse auf dem Boden liefert:
Maisfelder: Mais ist ein exzellentes Beispiel für gut durchdringbare Vegetation. Selbst bei Wuchshöhen von über zwei Metern und bis kurz vor der Ernte stellt Mais für uns in der Regel kein Problem dar. Die Struktur der Pflanzen lässt ausreichend Lücken für die Laserimpulse.
Junges Getreide: In frühen Wachstumsstadien – grob in den ersten zwei Monaten – ist Getreide für die Vermessung unproblematisch.
Wald und lichte Vegetation: Typische mitteleuropäische Wälder ohne extrem dichtes Unterholz lassen sich sehr gut vermessen.
Lückenhaftes Gras: Eine Grasdecke, die nicht komplett geschlossen ist, sondern immer wieder Kahlstellen aufweist, bietet dem Scanner ausreichend Angriffsfläche, um den wahren Boden zu erfassen.
Die Endgegner der LiDAR-Vermessung: Hier wird es problematisch
Wo viel Licht ist, ist jedoch auch Schatten. Bestimmte Pflanzenstrukturen machen es dem Laser nahezu unmöglich, bis zum Boden vorzudringen:
Soja: Ein Sojafeld kurz vor der Ernte ist vermutlich die größte Herausforderung. Die Blätterdecke schließt sich derart dicht, dass praktisch keine Laserstrahlen den Boden erreichen.
Erntereifes Getreide und Raps: Während junges Getreide gut funktioniert, blockiert erntereifes Getreide die Strahlen stark. Besonders problematisch ist Raps. Er weist eine starke vertikale Schichtung auf und besitzt unzählige Verzweigungen entlang des gesamten Stammes. Das Laserlicht wird hier in den verschiedenen Ebenen komplett absorbiert oder reflektiert, bevor es den Boden erreicht.
Dichtes Gras: Ein weit verbreiteter Irrtum ist, dass nur hohe Vegetation stört. Die Höhe ist bei Gras nicht allein entscheidend! Auch ein nur 15 Zentimeter hohes, aber extrem dicht gewachsenes Grasfeld blockiert den Laser. Das Resultat ist ein systematischer Versatz im Geländemodell nach oben. Der Sensor misst das dichte Gras als „Boden“, was zu Fehlern führt, die in der Nachbearbeitung nur sehr schwer zu beheben sind.
Dichtes Gestrüpp und Hecken: Auch extrem dichte Laubbäume oder Heckenstrukturen lassen oft nicht genügend Signale zum Boden durch.
Ein Blick in die Praxis: Maisfeld im Querprofil
Auf den beigefügten Bildern sehen Sie ein praktisches Beispiel aus einem unserer Projekte. Das erste Bild zeigt ein von uns vermessenes Maisfeld von innen – die Pflanzen waren zum Zeitpunkt der Befliegung rund 2 Meter hoch.
Im darunter abgebildeten Querprofil der LiDAR-Punktwolke wird deutlich, wie exzellent die Bodendurchdringung funktioniert hat. Obwohl die Pflanzen sehr hoch stehen, können wir das Terrain am Boden dicht und präzise modellieren. Wir haben Mais bereits häufig bis kurz vor der Ernte vermessen und in unseren bisherigen vergleichbaren Einsätzen sehr gute Ergebnisse erzielt.
Die Rolle der Hardware und Flugparameter
Nicht alle Lasersensoren sind für anspruchsvolle Vegetationsdurchdringung gleich gut geeignet. Wir setzen bei unseren Projekten auf den Phoenix Recon XT-32 LiDAR Scanner und haben damit hervorragende Erfahrungen gemacht.
Neben der reinen Hardwareleistung (wie der Anzahl der Laser-Echos) spielen bei der Datenerfassung zwei Parameter eine wesentliche Rolle:
Die Punktdichte: Wie viele Messpunkte bringen wir pro Quadratmeter auf den Boden?
Die Strahlendivergenz (Beam Footprint): Wie groß ist der Durchmesser des Laserstrahls, wenn er auf das Hindernis trifft? Ein kleinerer, fokussierterer „Footprint“ findet leichter den Weg durch kleine Lücken in den Blättern.
Beide Faktoren können wir als Dienstleister aktiv steuern. Die effektivste Methode hierfür ist die Anpassung der Flugparameter: Indem wir mit der Drohne niedriger fliegen, reduzieren wir den Footprint des Lasers und erhöhen gleichzeitig die Punktdichte deutlich. So holen wir auch bei schwieriger Vegetation das Maximum an Bodendaten für unsere Kunden heraus.
Fazit
LiDAR ist eines der leistungsfähigsten Werkzeuge für topografische Vermessungen in bewachsenen Gebieten. Wer jedoch höchste Genauigkeit fordert, muss die physikalischen Grenzen der Technologie kennen und Bewuchsarten sowie Jahreszeiten bei der Projektplanung berücksichtigen.
