ZENMUSE L2 - Review und Vergleich zum L1

06.12.2023 08:57:00 / Produkte / Kommentare 0
DJI-Zenmuse-L2-vs.-L1.jpg

Lernen Sie die DJI Zenmuse L2 kennen, das präzise, effiziente und zuverlässige Nachfolgermodell in der Geodatenerfassung. In diesem Whitepaper zeigen wir Ihnen einen detaillierten Vergleich der Zenmusel L2 zu seinem Vorgänger L1. Hierbei geht es um den Vergleich beider Lidar-Nutzlasten von DJI und darum, dass Sie ein Verständnis für den Unterschied erhalten. Wir zeigen Ihnen die entscheidenden Verbesserungen gegenüber der Zenmuse L1 auf.

 

ZENMUSE L1 und L2: Gemeinsamkeiten

 

Beide Lidarsysteme verfügen über einen Laserscanner sowie eine integrierte RGB-Kamera. Diese wird benötigt, um die Punktwolken einzufärben und kann für photogrammetrische Flugmissionen verwendet werden. Außerdem verfügen beide über eine hochpräzise IMU, um die genau Lage ermitteln zu können. Für die Genauigkeit der Position sorgt das RTK-System der DJI Matrice 350 bzw. 300, womit sogar eine PPK-Lösung möglich ist. Beide Lidarsysteme haben eine maximale Punktrate von 240.000 pts/s (nur erstes Echo) und erzeugen genaue, zuverlässige und dichte Punktwolken. Die Erfassung der Arbeitsabläufe sowie die Verarbeitung der Daten sind sehr intuitiv. Beide Systeme verfügen über die Schutzklasse IP54, um harten Witterungsbedingungen standzuhalten.

 

ZENMUSE L2: Alle Verbesserungen im Überblick

 

Die Zenmuse L2 wurde von DJI am 10. Oktober 2023 vorgestellt. Obwohl das L1 und das L2 sehr viele Gemeinsamkeiten aufweisen, hat DJI mit der Einführung des L2 für einige entscheidende Verbesserungen gesorgt:

 

  • Erhöhte Reichweite: Die Zenmuse L2 lässt die Datenaufnahme aus 250 m Höhe bei einer 10 % Reflektivität zu, die Zenmuse L1 hingegen ist bei gleicher Reflektivität auf 190 m Flughöhe begrenzt. Das sind 60 m erhöhte Reichweite!
  • Erhöhte Rücklaufzahl: Zenmuse L2 kann bis zu 5 Echos registrieren, die Zenmuse L1 nur bis zu 3.
  • Große Verbesserung der maximalen Punktabtastrate: Die L2 kann bis zu 1.200.000 Punkte/Sekunde mit multiplen Rückläufern erfassen, während die Zenmuse L1 nur bis zu 480.000 Punkte/Sekunde erfasst. 
  • Wichtige Verbesserungen bei der horizontalen und vertikalen absoluten Genauigkeit: Die Zenmuse L2 bietet eine Genauigkeit von 4 cm in der Vertikalen und 5 cm in der Horizontalen in 150 m Höhe, während die L1 eine Genauigkeit von 5 cm in der Vertikalen und 10 cm in der Horizontalen in lediglich 50 m Höhe aufweist.
  • Bessere Durchdringungen der Vegetation: Die L2 hat einen kleineren und konzentrierteren Laserstrahl. Die Größe des Laserpunktes beträgt 4 cm in der Horizontalen und 12 cm in der Vertikalen in einer Höhe von 100 m. Das ist 1/5 der Größe des Laserpunktes der L1. Dank der geringeren Größe des Laserspots der L2 kann außerdem der Untergrund präziser abgetastet werden.
  • Verbesserte Genauigkeit des Trägheitsnavigationssystems: Die L2 weist eine Gierwinkelgenauigkeit von 0,2° und eine Nick-/Rollgenauigkeit von 0,05° in Echtzeit auf. Außerdem benötigt sie im Gegensatz zu der L1 keine Aufwärmzeit.
  • Vergrößerter Sensor: Die RGB-Kamera der L2 hat eine 4/3 Zoll, 20 MP RGB-Kamera mit mechanischem Verschluss, während die L1 eine 1 Zoll, 20 MP RGB-Kamera und mechanischem Verschluss hat.

 

 

 

Hier noch einmal alle Verbesserungen im Überblick:

L1 L2
Flugabdeckung 2 km² (100 m Höhe; 13 m/s Flug Geschwindigkeit) 2,5 km² (150 m Höhe; 15 m/s Flug Geschwindigkeit)
Erfassungsbereich 190 m @10% Reflektivität 250 m @10% Reflektivität
IMU-Aufwärmphase vor dem Flug erforderlich Ja: 5-10 Minuten Nein
Maximal unterstützter Rücklauf 3 5
Abtastrate 480.000 pts/s 1.200.000 pts/s
Empfohlene Datenerfassungsgeschwindigkeit 8-13 m/s 15 m/s
Absolute Positionsgenauigkeit Vertikal 5 cm & Horizontal: 10 cm Genauigkeit in 50 m Höhe 4 cm & Horizontal: 5 cm Genauigkeit in 150 m Höhe
Sensorgröße (RGB-Kamera) 1 Zoll 4/3 Zoll
Lidar-Modul Entfernungsgenauigkeit 3cm @150m 2cm @150m

Um die Unterschiede zwischen der DJI Zenmuse L1 und L2 besser zu verstehen und deren Performance zu testen, wurde ein Testflug im Forstbotanischen Garten in Tharandt durchgeführt. Das Fluggebiet umfasst ca. 15 Hektar und hat einen hohen Anteil an Bäumen, was gut geeignet ist, um die Lidarleistung der Nutzlasten über der dichten Vegetation zu testen. Die Fotos unten zeigen einen Teil des Testgebietes.

Your Image Description
Für die Flüge wurden die folgenden Parameter festgelegt:
Parameter L1 L2
Seitenüberlappung(Lidar) 50% 50%
Seitenüberlappung (Sichtbar) 80% 80%
Geschwindigkeit 8m/s 8m/s
Flughöhe 100m 100m
Rücklauf Dreifach (3) Penta (5)
Elevationsoptimierung Ja Ja
Abtastungstyp Wiederholend Wiederholend
IMU-Kalibrierung Ja Ja
Missionsart 2D Nadir 2D Nadir
Fotos 231 240
GSD 2,73 2,69
Prozessdauer 21m 52sec 10m 44sec
Flugzeit 11m 52sec 10m 44sec
Aufwärmphase 10m 0

Es wurde dabei darauf geachtet, die gleichen äußeren Parameter zu verwenden. Die L2 benötigt keine IMU-Aufwärmphase vor dem Flug, weshalb die Missionsdauer kürzer war. Der Flug mit L2 dauerte 10 Minuten 44 Sekunden, während der Flug mit L1 21 Minuten 52 Sekunden dauerte. Der Unterschied ist offensichtlich und die zusätzliche Zeit, die L1 benötigt, kommt überwiegend von der IMU-Aufwärmzeit.

Datenerfassung über dichter Vegetation

Zum Zwecke der Waldplanung und -bewirtschaftung, der Kontrolle der Abholzung, der Brandbekämpfung sowie der Erstellung topografischer Karten usw. ist die Erfassung von Daten bei dichter Vegetation unerlässlich. Bei der Erfassung solcher vertrauensvollen Daten ist das Lidarsystem im Vergleich zur Photogrammetrie sehr effektiv und besonders leistungsfähig.  Es kann tausende von Punkten pro Sekunde erzeugen. Die Laserimpulse können das Kronendach des Waldes durchdringen und den Boden erreichen. Auch bewegliche Objekte (wie z.B. das Blätterdach bei Wind) können vom Lidarsystem erfasst werden, sodass ein positionsgenaues und hochauflösendes, digitales Geländemodell erstellt werden kann. 

Die Unterschiede bezüglich der Punktdichte und der Bodenpenetration zwischen L2 und L1 werden in folgenden Bildern aufgezeigt.

Your Image Description

Die Lidar-Datenerfassung hat neben anderen Methoden (z.B. Photogrammetrie) große Bdeutung für die Erstellung von digitalen Geländemodellen (DTM). DTMs werden in vielen Bereichen eingesetzt, wie z.B. bei der Erstellung topographischer Karten, bei der Verwaltung von Naturforschungsprojekten, beim Katastrophenmanagement und bei jeder Art von Projekten im Rahmen geographischer Informationssysteme (GIS). Dank der Fähigkeit der Lidar-Sensoren, Vegetation zu durchdringen, können sie die Bodeninformationen auch in Gebieten mit hoher Vegetation erfassen, was dazu beiträgt, dichte und positionsgenaue Bodendaten auf der Erdoberfläche zu erhalten. Der L2 leistet im Vergleich zum L1 hervorragende Arbeit bei der Erfassung des Bodens. Aus den untenstehenden Bildschirmaufnahmen geht klar hervor, dass der L2 die Bodeninformationen besser erfasst und zudem dichtere Punktwolken als der L1 erzeugt.

Your Image Description

Von L2 erzeugte und entsprechend der Höhe eingefärbte Punktwolke:

Von L1 erzeugte und entsprechend der Höhe eingefärbte Punktwolke:

Zusammenfassung

Die Lidar-Datenerfassung hat eine erhebliche Bedeutung für die Erstellung von digitalen Geländemodellen (DTM). Diese werden in vielen Bereichen eingesetzt, wie z.B.:

  • Erstellung topographischer Karten, 
  • Verwaltung von Naturforschungsprojekten, 
  • Katastrophenmanagement,
  • Projekten im Rahmen Geographischer Informationssysteme (GIS)

Aus den untenstehenden Bildschirmaufnahmen geht klar hervor, dass die L2 die Bodeninformationen besser erfasst und dichtere Punktwolken erzeugt als die L1. Die DJI Zenmuse L1 wurde im Jahr 2020 veröffentlicht und war eine erschwingliche und gute Wahl für diejenigen, die Lidar- und Photogrammetrie-Lösungen mit einer guten absoluten Genauigkeit verwenden möchten.