Wie hybride Luftbilddaten Nachhaltigkeitsprojekte unterstützen

Autor: John Welter, President Geospatial Content Solutions

Genaue digitale Abbilder unserer Welt spielen eine Schlüsselrolle bei der Gestaltung einer nachhaltigen Zukunft. Digitale Zwillinge und 3D-Modelle bieten einen neuen Detailreichtum, der sich für die Überwachung von Ökosystemen, die Simulation von Veränderungen und als Grundlage für fundierte Entscheidungen anbietet.

In den vergangenen Jahren mussten wir immer wieder feststellen, wie unberechenbar die Welt ist. Mithilfe aktueller, aussagekräftiger digitaler Zwillinge können wir besser und schneller auf Katastrophen reagieren und Vergleiche zwischen der Vergangenheit und der Gegenwart anstellen, um daraus auf die Zukunft zu schließen. Für bestmögliche Analyseergebnisse müssen digitale Zwillinge regelmäßig und schnell erfasst werden. Die Software und Luftbildsensoren von Hexagon helfen bei der Planung smarter, grüner, lebenswerter Städte, indem sie häufige Datenupdates ermöglichen, während künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen detaillierte Analysen unterstützen.

WARUM HYBRIDE DATEN?

Für Planungszwecke sind nur genaue digitale Zwillinge mit vielen Details nützlich. Selbst sehr dichte bildbasierte 3D-Modelle weisen Datenlücken auf – beispielsweise in schmalen, versteckten Bereichen zwischen Gebäuden, abgeschatteten Flächen oder unter Bäumen. Außerdem kann die Qualität von Bilddaten bei glatten Oberflächen wie Wasser oder strukturlosen Straßen mangelhaft sein. Durch eine zweite Datenquelle lässt sich daher die Genauigkeit und Qualität von 3D-Modellen erheblich verbessern.

Hexagon hat das luftgestützte Sensorsystem Leica CityMapper-2 zur Erfassung hochaufgelöster hybrider Daten mit zwei komplementären Technologien – Photogrammetrie und LiDAR – entwickelt. Es ist mit zwei Nadirkameras (RGB/NIR), vier im 45-Grad-Winkel angeordneten Schrägkameras (RGB) und einem Hyperion 2+ LiDARSensor ausgestattet. Die integrierte mechanische Vorwärtsbewegungskompensation (FMC - Forward Motion Compensation) – einzigartig bei Luftbildsensoren von Leica Geosystems – sorgt selbst bei schlechten Lichtbedingungen und hohen Fluggeschwindigkeiten für scharfe Aufnahmen. Das 2-MHz-Linearmodus-LiDAR liefert eine Genauigkeit im Bereich von drei Zentimetern und ist für die Datenerfassung im urbanen Raum optimiert.

Hybride, flugzeugbasierte Aufnahmen vereinen das Beste aus zwei Welten: Luftbilder weisen eine hohe Punktgenauigkeit in der X-/Y-Ebene auf, während LiDAR in der Z-Komponente brilliert. Die LiDAR-Daten erhöhen die Genauigkeit von 3D-Meshmodellen, da die Technologie Bewuchs durchdringt und auch Objekte in Gebäudeschatten erfasst. Luftaufnahmen funktionieren gut für Oberflächenmodelle. Hingegen sind Vierfarbbilder einfacher zu interpretieren, obwohl Gebäudefassaden, Straßen, Übergänge und Wasser mithilfe von LiDAR gleichmäßiger erscheinen. Digitale Zwillinge basierend auf hybriden Daten sind detailreicher und konsistenter. Somit eignen sie sich ideal als Trainingsdaten für standardisierte, akkurate, umfassende Analysen, Merkmalsextraktion und maschinelles Lernen.

NUTZUNG HYBRIDER DATEN

HxMap, die in das Leica CityMapper-2-System komplett integrierte Software, unterstützt einen High-PerformanceWorkflow für die schnelle, effiziente und intuitive Datenauswertung. Mit HxMap lässt sich aus den Bild- und LiDARDatensätzen eine Vielzahl von Datenprodukten generieren, insbesondere geo-referenzierte Bilder, Orthofotos, farbige Punktwolken und Digitale Oberflächen-Modelle (DOM). 3D-Meshes werden mithilfe von aus Schrägaufnahmen bekannten Oberflächenstrukturen zum Leben erweckt.

Darüber hinaus lässt sich das 3D-Modell durch umfassende GIS- und BIM-Daten ergänzen, um einen digitalen Zwilling der Außenseite und Innenräume von Gebäuden und ihrer Umgebung zu erstellen.

NUTZBARMACHUNG VON 3D-MODELLEN FÜR DIE NACHHALTIGE ENTWICKLUNG

Ein Fokus zahlreicher Stadtverwaltungen ist es, ihre Städte in nachhaltige Lebensräume zu verwandeln. 3D-Modelle können ausgewertet werden, um Veränderungen im Laufe der Zeit sichtbar zu machen und mögliche zukünftige Szenarien zu simulieren. Die Visualisierung von Entwicklungsplänen in 3D schafft ein Verständnis für die Konsequenzen und Zusammenhänge ihrer Interventionen und hilft frühzeitig bei der Erkennung von Planungsfehlern. Stadtplaner können digitale Zwillinge zur Suche nach geeigneten Arealen für Grünflächen nutzen und auf ihrer Grundlage kritische Infrastrukturen optimal planen, um Ausfallrisiken gering zu halten.

Vegetation und Grünflächen sind für die Gesundheit der Stadtbewohner essenziell. In einem digitalen Zwilling werden u. a. Bäume modelliert und in Bezug auf ihren Abstand von Stromleitungen und Veränderungen in der Biomasse etc. überwacht. Durch die Früherkennung von Schädigungen können Vegetationsverluste verhindert werden. Simulationen ermöglichen die optimale Vorbereitung auf Katastrophenereignisse wie Hochwasser oder Brände, indem besonders gefährdete Bereiche und Fluchtwege ermittelt werden. Parallel dazu lassen sich Schwächen hinsichtlich der Einsatzmöglichkeiten von Notdiensten identifizieren.