Baumberger Kalksandstein wird häufig für Bauzier an Fassaden oder auch als skulpturaler Schmuck für Dachbekrönungen verwendet. Das sind schwer zugängliche Bereiche, deren Monitoring Experten vor Herausforderungen stellt. Traditionelle Methoden wie der Einsatz von Gerüsten oder Hubarbeitsbühnen sind oft zeit- und kostenintensiv.

Hier ist im Rahmen des Projekts mit dem UAV-gestützten SfM-Monitoring eine innovative, zerstörungs- und berührungsfreie, alternative Verfahrensweise entwickelt worden, die effizient und kostengünstig ist.

Dabei werden weiterverarbeitbare Daten in verschiedenen Qualitätsstufen erhoben, um Veränderungen an Objektoberflächen zuverlässig zu erkennen. Eine Kombination digitaler Techniken zur Oberflächenerfassung und Detektion mikrotopographischer Veränderungen kommt zum Einsatz. Mittels des Structure-from-Motion-Verfahrens (SfM) unter Einsatz von Drohnen (UAV) können detaillierte 3D-Modelle erstellt und mit spezieller Software analysiert werden. Durch diese komplementären Methoden kann ein Monitoring flexibel und gleichzeitig kosteneffektiv durchgeführt werden und auch schwer erreichbare Bereiche können so präzise dokumentiert und überwacht werden, was die Erhaltung wertvoller Bausubstanz erheblich erleichtert.

Durch Drohnenbefliegung ist das fotografische Monitoring in schwer zugänglichen Bereichen möglich. Gleichzeitig wird durch die spezielle Kamera-Ausstattung der Drohne das Structure-from-Motion (SfM) unterstützt, ein innovatives Verfahren der Computer Vision, das die nicht-invasive, dreidimensionale Rekonstruktion von Objekten ermöglicht. Ohne direkten Kontakt zum Objekt werden zahlreiche Fotografien aus verschiedenen Perspektiven aufgenommen, hier mithilfe der Drohne. Eine spezielle Software extrahiert markante Merkmale aus den Bildern und matcht diese untereinander. Daraus entsteht eine vorläufige Punktwolke, die die räumliche Struktur des Objekts repräsentiert. Dieser Prozess kann bis zu einem detaillierten, texturierten 3D-Modell weiterentwickelt werden.

Der gesamte Prozess der Oberflächenerfassung im Structure-from-Motion-Verfahren erfordert präzise Datenerfassung, sorgfältige Bildbearbeitung und exakte Verarbeitung, um akkurate Ergebnisse zu erzielen.

Dabei optimieren innovative Verfahren die digitale Erfassung für höchste Präzision und Reproduzierbarkeit. Von Kameraeinstellung über Farbmanagement bis zur Datenverarbeitung werden diverse Aspekte des Aufnahmeprozesses verbessert. Besonderes Augenmerk liegt auf der Objektivwahl, der Nutzung von RAW-Formaten mit maximaler Bildtiefe und Farbraum sowie der automatisierten Optimierung der Rohdaten. Die anschließende 3D-Datenberechnung nutzt bewährte Methoden des Digital Cultural Heritage.

Die in den verschiedenen Monitoring-Intervallen erzielten virtuellen 3D-Modelle der Referenzflächen am Objekt werden mittels spezieller Software analysiert. Dabei können Oberflächenveränderungen rechnergestützt erkannt und in Falschfarben dokumentiert werden. Diese mikrotopographischen Veränderungen der Objektoberfläche werden mit einer farbcodierten Skalierung von +5 mm bis -5 mm dargestellt, wobei Volumenzunahmen beispielsweise in Blautönen gefärbt sind und Volumenabnahmen an der Oberfläche in Gelb bis Rot wiedergegeben werden.

So können mikroskopisch feine Veränderungen an den Objektflächen in schwindelnder Höhe problemlos, präzise und frühzeitig erkannt werden, bevor es zu größerem, unwiederbringlichem Materialverlust oder gar zu Verkehrsgefährdung kommt.