Aloha Hawaii

Autorin: Monica Miller Rodgers

Üppige tropische Vegetation. Erfrischende Regenschauer. Einzigartige Berglandschaften. Genau die Eigenschaften, die Hawaii zum perfekten Urlaubsziel machen, erschweren auch seine Kartierung aus der Luft. Woolpert, ein landesweit führender Architektur-, Bautechnik- und Vermessungsdienstleister, ist sich dieser Herausforderungen nur zu gut bewusst. Mit jährlich ca. 1.000 LiDAR-Missionen auf einer Fläche von rund 260.000 Quadratkilometern verfügt das Unternehmen über reichlich Erfahrung in der Erfassung qualitativ hochwertiger Daten unter schwierigen Bedingungen.

Bei der Messung stark bewaldeter Gebiete, durch dichte Wolkendecken oder auf unebenem Terrain ist Woolpert von den Vorteilen der LiDAR-Technologie überzeugt. Als langjähriger Anwender von Linear-Modus-LiDAR-Systemen, wie dem Leica ALS80-Luftbildsensor, bot sich dem Unternehmen die Möglichkeit, den Leica SPL100 mit Einzelphotonen-LiDAR-Technologie auszuprobieren. Der Unterschied war deutlich. 

Größere Flughöhe für bessere Abdeckung

Im Auftrag des US-Vermessungsamts (USGS) und der nationalen Wetter- und Ozeanografiebehörde (NOAA) erfasste Woolpert die gesamte Topografie der Hauptinsel Hawaiis („Big Island“) einschließlich des Wellenbrechers von Hilo Bay. Die Daten sollen folgendermaßen genutzt werden: 

• Ermittlung von Änderungen der Situation 
• Vorausplanung von Bauprojekten 
• Neigungsanalysen 
• Aufforstungsstudien 
• Hydrologische Kartierung 

Die erfasste Fläche ist 10.404 Quadratkilometer groß, und Woolpert hatte nur ca. zwei Monate Zeit für die Datenerfassung. Dabei musste das vom USGS definierte Qualitätsniveau 1 (QL1) erreicht werden – die Standardqualität für das 3D Elevation Program (3DEP) der Behörde, die u. a. eine Datendichte von acht Punkten pro Quadratmeter und eine Höhengenauigkeit von 10 Zentimetern RMSE fordert. Aufgrund dieser Vorgaben beschloss Woolpert, dass der SPL100 die beste Lösung für das Projekt war.

„Weil uns bewusst war, welche atmosphärischen Bedingungen uns erwarteten, und dass wir wenig Zeit hatten, mussten wir höher fliegen und die Daten in weniger Überflügen erfassen“, erklärt Projektleiter Mike Meiser. „In Anbetracht des besonderen Geländes und der dort herrschenden Witterungsverhältnisse hofften wir, diese Aufgabe mit dem Einzelphotonen-LiDAR effektiv bewältigen zu können.“

Für großflächige Projekte übersteigt der SPL100 mit einer Erfassungskapazität von bis zu 30 Punkten pro Quadratmeter, aus denen hochdichte Punktwolken erstellt werden, die QL1-Vorgabe. Auch der dichte Dschungel Hawaiis ließ sich mit dem SPL100 gut erfassen, da das System speziell zur Durchdringung derartiger Hindernisse konzipiert ist. Weil der Sensor sechs Millionen Laserimpulse pro Sekunde abgibt und mehrfach auf jeden abgestrahlten Impuls reagiert, brachte er ideale Voraussetzungen für diese Art von Aufgabe mit.

Partnerschaft zur Förderung der Akzeptanz neuer Technologien

Als langjährige Partner arbeiteten Woolpert und Leica Geosystems bei der Erstellung des Flugplans und Auswertung der erfassten Daten eng zusammen. Zur Abdeckung der großen Fläche wurde die Insel basierend auf der Geländehöhe in fünf Zonen von 0 bis 3.600+ Meter unterteilt. Eine Überlappung von 20 bis 50 Prozent zwischen den Flugstreifen mit einem Puffer von 100 Metern rund um jede Zone gewährleistete die vollständige Abdeckung. 

Die erfassten LiDAR- und Multispektral-Daten wurden mit der universellen Multisensor-Plattform Leica HxMap nachbearbeitet. Über eine einheitliche Benutzeroberfläche wurden jede Woche hochdichte Punktwolken zur Lieferung an USGS und NOAA erstellt. Diese Punktwolken werden der Öffentlichkeit vom USGS als standardisierte digitale Höhenmodelle zur Verfügung gestellt.

Die enge Zusammenarbeit zwischen Woolpert und Leica Geosystems hat zur Erhöhung der Akzeptanz der Einzelphotonen-LiDAR-Technologie – insbesondere für die Höhenmessung – beigetragen.

„Über die Jahre haben Leica Geosystems und Woolpert gemeinsam schon viele neue Technologien getestet. Der Einsatz des SPL100 für dieses Vorhaben war ein wichtiger Schritt zur Demonstration des Reifegrads dieser Technologie sowohl was den Sensorbetrieb, als auch was den Nachbearbeitungsaufwand und die Datenqualität anbelangt“, sagt Bruce Wald, COO der Geosystems Geospatial Content Solutions Division. „Dieser Erfolg ist das unmittelbare Ergebnis unserer laufenden Bemühungen zur Weiterentwicklung dieser Technologie. Der SPL100 ist heute ein hochproduktives System maßgeschneidert für hohe Punktdichten und große Flächen.“ 

Gemeinsam in die Zukunft

Weil es sich um einen der niederschlagsreichsten Winter in der jüngeren Vergangenheit Hawaiis handelte, konnten nur 43 Prozent der angepeilten 
10.404 Quadratkilometer erfasst werden. Die verbleibende Fläche soll im Spätherbst 2018 beflogen werden.

Durch den Ausbruch des Vulkans Kilauea auf der Hauptinsel von Hawaii im Frühjahr 2018 und den nach wie vor andauernden Lavafluss verändert sich die Geografie laufend.

„Kartierungsdaten sind meist schon veraltet, wenn man sie aus der Hand gibt”, stellt Meiser das Unvermeidliche fest. „Beim nächsten Anlauf wollen wir so viel erfassen wie irgendwie möglich.“ 

Das Team von Woolpert lieferte ursprünglich Daten vorab fixierter Passpunkte. In der zweiten Phase werden diese Passpunkte kontrolliert und bei Bedarf neu fixiert. 
Der SPL100 und HxMap werden auch in der zweiten Phase wieder mit dabei sein, und Woolpert und Leica Geosystems arbeiten bereits gemeinsam an den nächsten Flugplänen und Datenprodukten. Wenn alles glatt läuft, sollte das Projekt Anfang 2019 abgeschlossen sein.

„Unsere Zusammenarbeit klappt bestens, und wir fühlen uns wohl mit Leica Geosystems. Das war ein wichtiges Argument, uns bei diesem Projekt für den SPL100 zu entscheiden“, so Meiser. „Wir kennen die Workflows. Dadurch arbeiten wir effizienter und können schneller Ergebnisse vorweisen.“

Ob man die einzigartige Landschaft Hawaiis nun als Touristenattraktion oder als Hindernis bei der Datensammlung sehen will, sei dahingestellt. In jedem Fall wird sie genauestens erfasst und für die weitere Analyse dokumentiert. Anhand detaillierter, hochdichter Punktwolken können Behörden wie USGS und NOAA fundierte Entscheidungen zum Wohle von Mensch und Natur treffen und wichtige Informationen für die Öffentlichkeit bereitstellen.

Größtes kommerzielles Datenerfassungsprojekt mit Einzelphotonen-LiDAR in Nordamerika

Im Frühjahr 2018 erteilte das US-Vermessungsamt (USGS) den Auftrag für das bislang größte Datenerfassungsprojekt mit Einzelphotonen-LiDAR. Mithilfe des Leica SPL100 erfasste Woolpert rund 9.650 Quadratkilometer Fläche im US-Bundesstaat South Dakota. Die Daten erfüllen die Qualitätsstandards für die Aufnahme in das USGS 3D Elevation Program (3DEP) und werden der Öffentlichkeit über die USGS-Website National Map zur Verfügung gestellt.

Das annähernd eine Million USD teure Projekt gewann durch den Einsatz des SPL100 erheblich an Effizienz. Laut John Gerhard, Vice President und Programmleiter von Woolpert, arbeitet der SPL nicht nur effizienter, sondern kann auch Daten mit Quality Level 1 (QL1) oder dichter aus größeren Flughöhen erfassen als ein herkömmlicher linearer LiDAR-Sensor. Für dieses Projekt setzte Woolpert seine Twin Commander Turboprop-Maschine, ausgestattet mit dem SPL100-Sensor, ein.

„Leica Geosystems hat den Sensor, der erst vergangenes Jahr auf den Markt kam, entwickelt und bereitgestellt“, so Gerhard. „Da das 3DEP weitergeht und der Bedarf an zuverlässigen Höhendaten zunimmt, muss die bestmögliche Technologie zum Einsatz kommen, um die Anforderung des USGS und des 3DEP zu erfüllen. Leica Geosystems war uns schon bei vielen Projekten ein unschätzbar wertvoller Partner in jeder Hinsicht.“