Topographische Bildinformationen Luftbildmaterial von Nordrhein-Westfalen

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1 Bezirksregierung Köln Topographische Bildinformationen Luftbildmaterial von Nordrhein-Westfalen DIE REGIERUNGSPRÄSIDENTIN

2 Topographische Bildinformationen und ihre Nutzungsmöglichkeiten Im Rahmen ihres gesetzlichen Auftrages stellt die Abteilung Geobasis NRW der Bezirksregierung Köln eine Reihe von aktuellen, aber auch historischen, topographischen Bildinformationen bereit. Vertriebsprodukte sind dabei in der Landesluftbildsammlung vorhandene Einzelluftbilder und hieraus abgeleitete maßstabsgetreue Orthophotos, die analog und digital bereitgestellt werden können. Darüber hinaus können Stereoluftbildpaare einschließlich ihrer Orientierungsparameter abgegeben werden. Die Nutzungsmöglichkeiten topographischer Bildinformationen sind sehr vielfältig. Sie können z.b. als Planungsgrundlage, zur Beweissicherung im Schadensfall, für archäologische und bodenkundliche Untersuchungen oder Altlastenermittlungen genutzt werden. Topographische Bildinformationen decken die gesamte Landesfläche von Nordrhein-Westfalen ab. Zur regelmäßigen Erneuerung wird die Landesfläche seit 2006 in einem festen Turnus von 3 Jahren jährlich zu einem Drittel neu aufgenommen. Seit 2014 werden jeweils für eine Hälfte eines Jahresprogramms Bildflüge vor und für die andere Hälfte nach Ausbruch der Belaubung durchgeführt. Aktuelle Topographische Bildinformationen werden in den vier Farbkanälen Rot-Grün-Blau-Nahes Infrarot (RGBI) erfasst. Die Bodenauflösung, auch als Ground Sample Distance (GSD) bezeichnet, gibt die der Bildelement- (Pixel-) Größe entsprechende Seitenlänge in der Realität an. Seit 2014 sieht der Landesstandard für die Erhebung von Luftbildern eine GSD von 10 cm vor. Aktuelle Orthophotos des ganzen Landes können in der Internetanwendung TIM-online ( in verschiedenen Zoomstufen und mit hoher Detailerkennbarkeit betrachtet werden. Abb. 1: Bildflugprogramm Beispiele für die Nutzung topographischer Bildinformationen 2 Abb. 2: Auffinden von Altlasten, Orthophotos 1 : Abb. 3: Umweltschutz, Orthophoto 1 :

3 Abb. 4: Archäologie, Orthophoto Abb. 5: Umweltschutz, Colorinfrarot-Orthophoto Abb. 6: Verkehrsplanung, Orthophoto 1 : Digitales Luftbild (DLB) Luftbilder sind verkleinerte photographische Abbilder eines Teiles der Erdoberfläche. Sie werden aus Flugzeugen mit Spezialkameras in Nadirrichtung (senkrecht nach unten) aufgenommen. Sie dokumentieren den Zustand der Landschaft zum Aufnahmezeitpunkt und enthalten alle aus der Vogelperspektive sichtbaren Informationen zur Landschaft. Bedingt durch die zentralprojektive Abbildung der Photographie und weil Geländeoberfläche und Bildebene in der Regel nicht parallel sind, wird das Gelände im Luftbild verzerrt dargestellt. In einem dreijährigen Aktualisierungszyklus wird das aufzunehmende Gebiet in Ost-West-Richtung beflogen. Dabei werden die Bilder in den Flugstreifen so aufgenommen, dass sie sich in Flugrichtung jeweils um ca. 60%, ab dem Bildflugjahr 2017 um 75% überdecken. Benachbarte Streifen überdecken sich seitlich um mind. 30%. Auf diese Weise entsteht eine lückenlose Abbildung der Erdoberfläche. Im Überdeckungsbereich der Einzelbilder ist eine stereoskopische Betrachtung und damit eine dreidimensionale Ausmessung möglich. 3 Digitale Luftbilder (DLB) sind nicht georeferenziert. Erst unter Hinzunahme ihrer Orientierungsparameter können sie photogrammetrisch mit Georeferenz ausgewertet werden. So genannte Orientierte Luftbilder sind seit dem Bildflugjahr 2004 verfügbar. Aktuelle DLB werden mit großformatigen digitalen Luftbildkameras aufgenommen (z.b. Leica DMC II oder III, Vexcel Ultracam UCX, UCXp, UCE). Die Dateigröße eines Bildes in unkomprimiertem TIFF variiert in Abhängigkeit von Kamera und Anzahl der Farbkanäle zwischen 300 und 1400 MByte. Abb. 7: DLB10 Rheinaue in Bonn; 2013

4 Die Spezifikationen der DLB werden durch einen von der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder Bundesrepublik Deutschland (AdV) verabschiedeten Standard vorgegeben. Digitale Luftbilder basieren auf diesem AdV-Standard und können lediglich in einer höheren Bodenauflösung von diesem abweichen. Auf Grund der zunehmenden Nachfrage auf Landes- und Kommunalebene nach höher aufgelösten Bildinformationen wurde mit dem Bildflug 2014 auf eine GSD von 10 cm umgestellt. Die Anzahl der Farbkanäle beträgt vier (Rot-Grün- Blau-Nahes Infrarot, RGBI), der Befliegungszeitpunkt alterniert in den aufzunehmenden Gebieten. So werden 50 % der in einem Bildflugjahr aufzunehmenden Fläche im in der vegetationsarmen Zeit, die andere Hälfte als bildflug unter Vollbelaubung aufgenommen. Sobald die Region nach 3 Jahren wieder an der Reihe ist, wechseln die Aufnahmezeitpunkte von auf und umgekehrt Abb. 8 und 9: Bildflugprogramm bis 2019 Historische Luftbilder, also alle Luftbilder, die nicht aus dem aktuellen Bildflugjahr stammen, werden in der Landesluftbildsammlung für die gesamte Landesfläche Nordrhein-Westfalens aufbewahrt. Im Laufe der Jahre wuchs deren Bestand auf weit über Bilder. Luftbilder aus der Zeit von 1954 bis 2006 liegen auf Rollfilm oder als Einzelbilder vor. In 2007 und 2008 wurden Teile des Bildflugprogramms schon mit Digitalkameras und nur der Rest mit analogen Kameras auf Rollfilm aufgenommen. Seit 2009 kommen ausschließlich Digitalkameras zum Einsatz. 4 Anfangs wurden Luftbilder nur in abgegrenzten Projekten aufgenommen. Erst seit 1978 wurden sie flächendeckend in einem regelmäßigen Turnus von 6 Jahren hergestellt und erneuert wurde der Erneuerungsturnus auf 5 Jahre umgestellt und im Jahr 2006 nochmals auf 3 Jahre verkürzt. Bis 1998 wurden die Luftbilder als Grauwertbilder (PAN) aufgenommen, 1999 wurde auf Farbfilm (RGB) umgestellt. Seit 1998 erfolgt die Orthophotoproduktion am Digitalen Bildverarbeitungssystem. Die analogen Luftbilder mussten daher vor der Bearbeitung am photogrammetrischen Präzisionsscanner digitalisiert werden. Aus der eingestellten Pixelgröße von 25 μm und dem Bildflugmaßstab von 1: ergab sich dabei eine Bodenauflösung von ca. 30 cm pro Pixel. Ein aus einem Scanvorgang eines analogen Luftbildes hervorgegangenes Digitales Luftbild wird daher als DLB30 bezeichnet, das Ausgangsluftbild als LB30. Im Jahr 2008 wurde der Bildflug auf einen Bildmaßstab von 1:8.000 umgestellt, um den innerhalb der AdV vereinbarten Standard einer GSD20 (DLB20) zu erreichen. Mit dem Bildflug 2014 wurde der Erhebungsstandard auf eine GSD von 10 cm angehoben. Die Flächendeckung mit DLB10 wird mit dem Bildflug 2016 erreicht werden. Vereinzelt liegen DLB10 auch in kommunalen Kooperationsgebieten der Bildflugjahre 2007 bis 2013 vor. Abb. 10: Rollfilme in der Luftbildsammlung

5 Nur ein Teil der analogen Luftbilder aus der Zeit bis 2008 ist schon als DLB30 bzw. DLB20 verfügbar. Erst seit dem Bildflugjahr 2006 werden nicht nur die Rollfilme sondern auch die durch deren Digitalisierung entstandenen Daten in der Landesluftbildsammlung archiviert. Im Laufe der kommenden Jahre sollen im Rahmen verfügbarer Kapazitäten die noch nicht digital vorliegenden Filmbestände gescannt werden. Seit 2007 mit Digitalkameras aufgenommene Luftbilder liegen ausschließlich digital vor. Luftbilder werden ausschließlich digital als Bilddateien abgegeben. Auf Wunsch werden Ausschnittsvergrößerungen als Plot hergestellt. Für photogrammetrische Auswertezwecke werden einzelne DLB in hoher Auflösung abgegeben. Abb. 11: Ausschnitt aus einem analogen Luftbild Digitales Orthophoto (DOP) Orthophotos sind hochauflösende, verzerrungsfreie, maßstabsgetreue Abbildungen der Erdoberfläche. Sie werden durch photogrammetrische Verfahren in Kenntnis der Orientierungsparameter und unter Hinzunahme eines digitalen Geländemodells aus Luftbildern hergestellt, die als Senkrechtaufnahmen vorliegen. Durch einen vollständig digitalen Produktionsprozess entstehen am Ende der Herstellungskette digitale Orthophotos, die durch Ausgabe an geeigneten Plottern in analoge Exemplare umgewandelt werden können. Digitale Orthophotos sind georeferenziert und liegen flächendeckend vor. Sie werden nach dem Produktstandard des Landes, der auf den Festlegungen eines AdV-Standards beruht, hergestellt und nach ihrer Bodenauflösung (GSD) bezeichnet. Abgabeformat ist JPG2000 in verlustfreier Bildkomprimierung oder GeoTIFF. DOP können auch stärker komprimiert (Faktor 10) mit geringerer Dateigröße bereitgestellt werden. Abb. 12: GSD10, GSD20 und GSD30 in Ausschnittsvergößerung 5 Mit der Anhebung des Erhebungsstandards in der Bodenauflösung von 20 cm auf 10 cm ab dem Bildflugjahr 2014 werden nunmehr DOP10 flächendeckend zur Deckung des Bedarfs auf Landes- und kommunaler Ebene prozessiert. Die Umstellung wird mit dem Bildflug 2016 abgeschlossen sein. Zur Erzeugung eines landesweiten DOP20-Datenbestandes, der zurzeit nach wie vor den allgemeinen Bereitstellungsstandard darstellt, werden die aktuellen DOP10 in ihrer Auflösung reduziert und in den vorliegenden Datenbestand DOP20 integriert. Aktuelle DOP20 können - klassisch- als RGB-DOP20, aber auch als IR-DOP20, CIR-DOP20 oder RGBI-DOP20 abgegeben werden. Abb. 13: DOP in RGB, CIR und IR

6 Bedingt durch den Wandel der technischen Möglichkeiten und den veränderten Nutzeranforderungen Rechnung tragend liegen Datenbestände historischer Orthophotos mit unterschiedlichen Produktmerkmalen vor. Sie unterscheiden sich in Bodenauflösung und Bildflugzeitpunkt, sind entweder Grauwert- oder Farbbilder und liegen analog als Halbtonbild oder als Folienplot oder digital (abgeleitet aus Digitalen Luftbildern oder Scan von Folie) vor. In 2008 erfolgte eine Erhöhung der Bodenauflösung von einer GSD von 30 cm (DOP30) auf 20 cm (DOP20). Vereinzelt gibt es aus den Jahrgängen 2007 bis 2013 auch DOP10, die im Rahmen von Kooperationen mit Kommunen entstanden. Bereitstellungsstandard ist aber nach wie vor das DOP20. Bis 1998 wurden DOP aus Grauwert-Luftbildern (PAN) auf Rollfilm abgeleitet, seitdem ist der Produktstandard das farbige DOP. Mit dem Bildflugjahr 2009 wurde auf die vollständig digitale Aufnahme umgestellt, in 2011 wurde die Erfassung der Luftbilder um das Nahe Infrarot als 4. Kanal erweitert. Seitdem liegen, für Teile des Landes auch schon seit 2009, RGBI-DOP vor, aus denen DOP in Echtfarbe (RGB), in Color-Infrarot (CIR) oder in Infrarot (IR) abgeleitet werden können. Abb. 14: Bonn, Landesbehördenhaus Zeitreihe 1957, 1997, 2003 und 2013 Digital prozessierte DOP sind seit dem Bildflugjahr 1998 verfügbar. Frühere Orthophoto-Jahrgänge vor 1978 liegen als Raster- oder Halbton-Folien im Archiv, werden zurzeit kreisweise sukzessive am Einzugscanner im Abbildungsmaßstab 1:5.000 digitalisiert und können als Historisches Orthophoto 40 (HistDOP40) bereitgestellt werden. 6 Abb. 15: Nordkirchen, Wasserschloss

7 Ausschnitte aus DOP, Zusammensetzungen oder die Konvertierung farbiger DOP in schwarz-weiß-ausgaben sind ebenso möglich wie eine geringere Auflösung oder eine stärkere Komprimierung im Format JPG2000, wodurch die Datenmenge erheblich reduziert werden kann. Digitale Orthophotos können auch als farbige Ausgabe an einem hochwertigen Plotter abgegeben werden. Solche Ausgaben werden auf Anfrage hergestellt. Abb. 16: Herrmannsdenkmal, Detmold Abb. 17: Zeche Zollverein, Essen Abb. 18: Fußballstadion, Dortmund Luftbildkarten / Luftbildpläne Eine Luftbildkarte ist ein um Koordinatenrahmen und Kartenschrift sowie einzelne Signaturen zur Erläuterung der topographischen Situation ergänztes Orthophoto. Luftbildkarten enthalten somit neben der photographischen Landschaftsabbildung die Namen von Orten, Gewässern, Straßen sowie Angaben zum Landeskoordinatensystem. Einem Luftbildplan liegt ein nur nach einem vereinfachten Verfahren entzerrtes Luftbild zu Grunde. Die Luftbildkarte 1:5.000 (HistLK5) im Blattschnitt der Deutschen Grundkarte 1:5.000 liegt seit 1981 für die gesamte Landesfläche von Nordrhein-Westfalen vor und wurde bis Ende 2004 in einem fünfjährigen Turnus erneuert. Koordinatenrahmen und Kartenschrift werden seitdem nicht mehr fortgeführt. Auf Grund der geometrischen Eigenschaften des zu Grunde liegenden Orthophotos besitzt die HistLK5 eine mittlere Lagegenauigkeit von etwa 1 m. Abb. 19: Luftbildplan HistLP (links); Luftbildkarte HistLK (rechts) Die Luftbildkarte 1: (HistLK25) wurde aus Orthophotos abgeleitet, die aus einer einmaligen flächendeckenden Befliegung im Bildmaßstab 1: der Jahre 1985 bis 1989 stammen. Sie liegt im Blattschnitt der Topographischen Karte 1: flächendeckend vor. Auf Grund der geometrischen Eigenschaften des zu Grunde liegenden Orthophotos besitzt die HistLK25 eine mittlere Lagegenauigkeit von etwa 5 m. 7 In der Zeit von 1934 bis 1944 sind zum Aufbau des Luftbildplanwerkes 1: des Deutschen Reiches Luftbilder für Teile des heutigen Staatsgebiets Nordrhein-Westfalen aufgenommen worden. Sie sind als Luftbildpläne mittlerer Qualität im Maßstab 1: (HistLP25) erhältlich. Auf Grund der geometrischen Eigenschaften des zu Grunde liegenden vereinfacht entzerrten Luftbildes kann der HistLP25 eine deutlich schlechtere Lagegenauigkeit aufweisen als die HistLK25.

8 Produktübersicht für Topographische Bildinformationen Historische Topographische Bildinformationen Aktuelle Topographische Bildinformationen Digitales Luftbild 10 / 20 (DLB10 / DLB20) Bodenauflösung 10 cm / 20 cm** TIFF RGBI Orientierungsparameter, inpho-projektfile Kalibrierprotokoll der Luftbildkamera Bildmittenübersicht RGB Digitales Luftbild 10 / 20 / 30 (DLB10 / DLB20 / DLB30) Bodenauflösung 10 cm / 20 cm / 30 cm RGBI oder RGB oder PAN** Orientierungsparameter, inpho-projektfile** Kalibrierprotokoll der Luftbildkamera** Bildmittenübersicht RGB oder PAN** Digitales Orthophoto 20 (DOP20) Bodenauflösung 20 cm GeoTIFF JPG2000 verlustfrei oder Faktor 10 RGBI, RGB, CIR, IR RGB Digitales Orthophoto 20 / 30 (DOP20 / DOP30) Bodenauflösung 20 cm / 30 cm GeoTIFF, JPG2000 verlustfrei oder Faktor 10 RGBI, RGB, CIR, IR, PAN** RGB, PAN** Historische Digitale Orthophotos 40 (HistDOP40) Gescannt von Folien des Orthophotos im Abbildungsmaßstab 1:5.000 / 1: Ausgabejahre 1951 bis 1995 (HistDOP40) TIFF / PAN PAN Ausschnitt/Vergößerung Luftbildkarten/Luftbildpläne Ausschnitt / Vergrößerung aus DLB oder DOP DLB10, DLB20 oder DLB30 oder DOP20, DOP30 oder DOP40 TIFF, GeoTIFF JPG2000 verlustfrei PAN, RGB oder RGBI** Ohne Georeferenzierung RGB oder PAN** * die analoge Ausgabe erfolgt als Plot auf hochwertigem Fotopapier ** abhängig vom Bildflugjahr Sprechen Sie uns an. Wir beraten Sie gerne. Luftbildkarten / Luftbildpläne HistLK5, HistLK25, HistLP25 GeoTIFF mit zugehörigem Worldfile PAN oder RGB** RGB oder PAN** Bezirksregierung Köln Abteilung Geobasis NRW Muffendorfer Straße 19-21, Bonn Geodatenzentrum Fon: (0221) Fax: (0221) shop@geobasis.nrw.de Stand: 6/2016 Exakt. Aktuell. Hoheitlich. Ergebnisse der Landesvermessung