Digitale Geländemodelle
Mit Blick auf das anhaltende Interesse an digitalen Geländemodellen (DGM) und inspiriert von den Erkenntnissen, die wir aus der der 3D-Challenge gewonnen haben, möchten wir Ihnen einen Einblick in die Erstellung eines solchen Modells geben.
Ein digitales Geländemodell stellt eine Repräsentation der Erdoberfläche aus sogenannten Punktewolken (eine Menge von Punkten) dar, die sich in einer regelmäßigen Anordnung befinden und integrierte Höheninformation enthalten. Dies dient als Grundlage für die Visualisierung, Analyse sowie Modellierung der örtlichen Gegebenheiten. Digitale Geländemodelle werden in verschiedenen Bereichen der Geowissenschaften und Technik angewendet, zu denen Landschaftsplanung, Funknetzplanung und Bauwesen gehören.
Abbildung 1: Erzeugung des Referenzmodells (Messtechnik)
Methoden zur Erstellung eines Digitalen Geländemodells
Die Erfassung der Geländeoberfläche sowie der Erzeugung eines DGMs erfolgt durch verschiedene Datenquellen und Verfahren. Hierzu können verschiedene Methoden eingesetzt werden, je nach Zweck und benötigter Genauigkeit. Die gängigsten Methoden sind:
- Photogrammetrie (Aufnahme von Fotos der Erdoberfläche aus verschiedenen Perspektiven und anschließender Verarbeitung/Analyse mit spezieller Software)
- Radarinterferometrie (Aufnahme und Vergleich von zwei oder mehreren Radarbildern der Erdoberfläche mit anschließender Analyse der Phasendifferenz)
- Laserscanning-Messverfahren (Analyse der reflektierten Lasersignalen)
- Geodätische Vermessung (Erfassung geografischer Daten unter Verwendung hochpräziser Instrumente und Techniken).
Diese Methoden können einzeln oder auch in Kombination angewendet werden, um hochgenaue digitale Geländemodelle zu erstellen.
3D-Challenge: Referenzmodell
Die Erstellung des digitalen Geländemodelles, welches als Referenz für die Teilnehmer der 3D-Challenge diente, erfolgte durch eine geodätische Vermessung durch das Fraunhofer IOSB-AST. Als Messinstrumente kamen hierbei unter anderem eine Totalstation sowie ein Laser-Scanner zum Einsatz. Als Referenzmarkierungen wurden kontrastreiche, kostengünstige Flächenmuster sowie Kugelkörper in zwei verschiedenen Größen verwendet. Die Kugeln ermöglichten eine präzisere Positionsberechnung und konnten über größere Distanzen erfasst werden. Sie wurden zufällig auf dem Gelände platziert. Die kleineren Kugeln mit einem Durchmesser von 200 mm wurden für kürzere Distanzen verwendet, während die Kugeln mit einem Durchmesser von 300 mm für entferntere Referenzpunkte eingesetzt wurden.
Der Aufwand für diese Art der Referenzmessung ist stark abhängig von der Größe des zu vermessenden Areals sowie der Bodenbeschaffenheit. Für die Vermessung der in der 3D-Callenge untersuchten Ackerfläche (ca. 5 ha) wurden 22 Referenzkugeln (10 x 300 mm, 12 x 200 mm) mit 32 Laserscans benötigt. Das Ergebnis ist eine sehr genaue Oberflächenpunktwolke mit mehr als 3 Milliarden Messpunkten, einschließlich Farbinformationen.
Die Referenzmessung erreichte eine hohe Genauigkeit und entspricht weitgehend dem hochgenauen DGM1 des Landesamtes für Geoinformation und Landesvermessung Niedersachsen (LGLN).
Abb.2: Verschiedene Techniken zur digitalen Geländemodellerfassung
Welche Technologie für die Erfassung des Geländes sowie der Ableitung eines digitalen Geländemodells zum Einsatz kommt, ist von vielen Faktoren abhängig. Hierzu spielen u.a. die geografischen Gegebenheiten, die notwendige Genauigkeit des DGMs aber auch ökonomische Gesichtspunkte jeweils eine entscheidende Rolle.
Autoren:
Norbert Fränzel, André Weißkopf (Fraunhofer IOSB)
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Kontakt - Norbert Fränzel: norbert.fraenzel@iosb-ast.fraunhofer.de