Hochauflösende Luftbild- und Laserscannerdaten - Chancen präziser 3D-Modellierung für Kommunen

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1 AUTOMOTIVE INFOKOM VERKEHR,UMWELT & ENERGIETECHNIK LUFTFAHRT RAUMFAHRT VERTEIDIGUNG & SICHERHEIT Hochauflösende Luftbild- und Laserscannerdaten - Chancen präziser 3D-Modellierung für Kommunen Dresden, , 9. Sächsisches GIS-Forum, Johann Sehner

2 Inhalt Seite 1. Kommunale Anwendungen mit Fernerkundungsunterstützung Aufgaben einer Kommune und Relevanz von Geodaten Straßen- und Grünflächenkataster Versiegelungskataster Solarkataster Sichtbarkeits-, Verschattungs- und Umweltanalysen mit 3D-Stadtmodellen Planungsunterstützung und Stadt-Marketing mittels foto-realistischer Stadtmodelle Technologien Luftbildbefliegung Lidar-Befliegung Manuelle versus automatisierte Objektvermessung Ergänzende Verfahren zur Fernerkundung Heutige und zukünftige Chancen Mehrwert und Herausforderungen Chance: Steigende Verfügbarkeit von Geobasisdaten Weitere Chancen Sächsische GIS-Forum, IABG

3 1. Kommunale Anwendungen mit Fernerkundungs-Unterstützung Aufgaben einer Kommune und Relevanz von Geodaten Besonders wichtig für Kommune Wichtig für Wirtschaft / Politik / Bürger Quelle: Runder Tisch GIS e.v.: Wirtschaftlichkeit von GIS. Leitfaden für das kommunale egovernment. (8/2006) 9. Sächsische GIS-Forum, IABG

4 Straßen- und Grünflächenkataster Methoden Photogrammetrisch (3D-Auswertung von Stereo-Luftbildern) ->effizient, flächendeckend Alternativ oder ergänzend: Feldbegehung oder terrestrische Vermessung Verwendungszweck Doppik (Erfassung und Bewertung der Vermögenswerte) Straßenerhaltungsmanagement Plangrundlagen für Abfallwirtschaft, Energieversorger, Verkehrsbetriebe usw. Gewährleistung der Verkehrssicherheit Erstellung von Pflegepläne und Leistungsbeschreibungen Datengrundlage Stereo-Luftbilder ALK/ALKIS/DFK (Automatisierte Liegenschaftskarte / Amtliches Liegenschaftskatasterinformationssystem / Digitale Flurkarte) 9. Sächsische GIS-Forum, IABG

5 Straßen- und Grünflächenkataster Datenerfassung: Verkehrswege sowie öffentliche Grün- und Gewässerflächen, einschließlich Objekte wie Ampel, Lichtmast, Kanaldeckel, Gully, Kabelkasten, Kabelschacht, Baum, Litfaßsäule usw. Umfangreiche Attribuierung: Kombinationsmöglichkeiten von Funktion und Oberfläche Objektaufnahme in den Straßenflächen 9. Sächsische GIS-Forum, IABG

6 Versiegelungskataster Anforderung Einführung der gesplitteten Abwassergebühr (anteilige Abrechnung des Frischwasserverbrauches und des eingeleiteten Niederschlagswassers) Erhebung abflusswirksamer Flächen und speziellen Vorrichtungen (Zisternen) zur Durchführung einer rechtssicheren Gebührenveranlagung Methoden Selbstauskunft (nicht nachweisbare Ergebnisse) Photogrammetrie (nachweisbare Ergebnisse) Winter -Befliegung, hochauflösende Stereo-Luftbilder Parzellenscharfe Erfassung der versiegelten Flächen wie Einfahrten, Dachteilflächen oder Terrassen, inkl. Zuordnung von Flächenart, Versiegelungsgrad und Eigentümer Erstellung sogenannter Versiegelungsbögen, Abgleich durch Bürger, Einarbeitung des Rücklaufs in Datenbestand, Faktorenberechnung 9. Sächsische GIS-Forum, IABG

7 Versiegelungskataster Ergebnis der Versiegelungsauswertung - jeder Eigentümer bekommt einen Ausdruck - Möglichkeiten zur Korrektur 9. Sächsische GIS-Forum, IABG

8 Solarkataster 34 Städte haben bereits Solarkataster in Geoportalen veröffentlicht Anforderungen Eignung für Fotovoltaik und Solarthermie Ansonsten sehr unterschiedlich, z.b. Potentieller Energieertrag pro Grundriss, Oder konkrete nutzbare Dachfläche und Energieertrag Verwendungszweck Öffentlichkeitsarbeit und Beratung (Solaratlas) Standortanalyse, Potential im urbanen Bereich Methoden Analyse von Laserscanning-Oberflächenmodellen und Verschneidung mit Gebäudegrundrissen der ALK hoher Automatisierungsgrad, geringe Informationstiefe Photogrammetrische Erfassung von Dachteilflächen, Gauben, Störobjekte, schattenwerfender Objekte etc. Hoher Erfassungsaufwand, Detailinformationen Mischvarianten Quelle: Deutscher Wetterdienst (DWD) 9. Sächsische GIS-Forum, IABG

9 Solarkataster Potentialfaktoren: Globalstrahlung Nutzbare Dachfläche Exposition Dachneigung Abschattung Ergebnisse: Eignungsklassen Solarpotential in kwh/jahr Nutzbare Dachfläche 9. Sächsische GIS-Forum, IABG

10 Sichtbarkeits-, Verschattungs- und Umweltanalysen mit 3D- Stadtmodellen Erzeugung von 3D-Stadtmodellen: Photogrammetrie oder Analyse von Laserscanning- Daten Objektauswahl und Detaillierungsgrad je nach Anspruch: Relief, Gebäudekörper, Vegetation, Stadtmöblierung, Landnutzung Detailstufen der Gebäude LOD1: Klötzchen-Modell ohne Dachformen LOD2: Differenzierte Dachformen und optionalen Texturen LOD3: Details der Fassade (Fenster & Türen, Vorsprünge) LOD4: Innenraummodell Sichtbarkeits- und Verschattungsanalysen: Auswirkungen von Neubebauung auf die Umgebung Verbesserte Planungssicherheit und Entscheidungsgrundlagen in den Gremien Umweltanalysen: Lärm, Schadstoff, Wind Lärmschutzkataster: Nach Bundes-Immissionsschutzgesetz bis zum Pflicht zur Erstellung von Lärmkarten für Ballungsräume mit mehr als Einwohnern, Hauptverkehrsstraßen, Haupteisenbahnstrecken und Verkehrsflughäfen 9. Sächsische GIS-Forum, IABG

11 Sichtbarkeits-, Verschattungs- und Umweltanalysen mit 3D- Stadtmodellen LOD1 z.b. für Umweltanalysen oft ausreichend Straßenverkehrslärm Dresden-Neustadt Quelle: Themenstadtplan Dresden ( LOD2 z.b. für Sichtbarkeits- und Verschattungsanalysen notwendig 9. Sächsische GIS-Forum, IABG

12 Planungsunterstützung und Stadt-Marketing mittels fotorealistischer Stadtmodelle Zunehmende Details und Texturierung der Fassaden und Dächer mit realen Bildern Planungs- und Entscheidungsinstrument Variantenvergleich von Baumaßnahmen, Verkürzung von Entscheidungsprozessen, Vergleich von Bebauungsplan und Ausführungsplan Kommunikations- und Marketinginstrument der Zukunft Vermarktung und Standortprofilierung, Glaubwürdige Vermittlung von Großinvestitionen, Information von Medien und Öffentlichkeit, Bürgerbeteiligung, Mehrnutzen durch Derivate (Snapshots, Animationen, Internetanwendungen, DVD ) Quelle: 3D-Stadtmodell von Dresden ( 9. Sächsische GIS-Forum, IABG

13 2. Technologien Luftbildbefliegung Photogrammetrie: Messmethoden und Auswerteverfahren der Fernerkundung, um aus genauen Messbildern eines Objektes seine räumliche Lage oder dreidimensionale Form zu bestimmen. Streifenweise Befliegung des Bearbeitungsgebietes mit oft 60% Längs- und 30% Querüberlappung; DGPS & INS; Vermessung von Boden-Passpunkten; Aerotriangulation Digitale Luftbild-Kameras, z.b. UltraCamXp (Vexcel) mit 196 Megapixel, DMC II (Intergraph Z/I) mit z.b. 230 Megapixel Je nach Flughöhe Bodenauflösung bis zu 4cm möglich; häufig 10cm (Versiegelung); bundesweit über Landesvermessung in 20cm (3D-Modelle, Solar) Ziel: Bilddaten zur Auswertung an Stereoskopischen Auswertesystemen; Orthophotoerstellung UltraCam Xp der Firma Microsoft- Vexcel Imaging Quelle: Hildebrandt Sächsische GIS-Forum, IABG

14 Lidar-Befliegung Lidar: Light Detection and Ranging, Methode zur optischen Abstandsmessung Streifenweise Befliegung des Bearbeitungsgebietes mit Laserscanner zur Erstellung digitaler Oberflächen- und Höhenmodellen Gleichzeitiger Einsatz mit Luftbild-Kameras möglich, z.b. zur Erzeugung eines True Orthophoto Ziel: Hochgenaue Höhendaten z.b. zur Entzerrung von Luftbildern, für Solarpotentialanalyse oder zur Ableitung von LOD2-Gebäuden Beispielspezifikation: >1Punkt/m², 15cm Höhen-, 40cm Lagegenauigkeit Quelle: 9. Sächsische GIS-Forum, IABG

15 Manuelle versus automatisierte Objektvermessung Manuelle Auswertung von Stereo-Luftbildern Kartierung aller geforderten Objekte an digitalen Stereostationen (z.b. Planar-Bildschirme) Genauigkeit: Lage bis zu ~10cm, Höhe bis zu ~15cm (in Abhängigkeit zu Objektart, Flughöhe, Überlappung, ) Vorteil: Hoher Detailgrad, maximale thematische Qualität Exakte Lage- und Höhenmessung Keine Objekt-Verkippung und sichttote Bereiche Nachteil: Hoher Arbeits-Aufwand Automatisierte Auswertung von Stereo-Luftbildern Ableitung von digitalen Oberflächen- bzw. Höhenmodellen durch autom. Punktzuordnungs- Verfahren (Korrelation, Matching). Vorteil: Detaillierte Oberflächenmodelle ohne teure Lidar-Befliegung; Aufnahme-Zeitpunkt für Bild und Höhenmodell identisch; Produktivitätsgewinn bei Objektvermessung Nachteil: Qualität gegenüber den Lidar-Daten noch unterlegen; höhere Bildüberlappung wünschenswert Autom. Ableitung von Objekten mittels Mustererkennung aus Luftbildern und/oder Reliefanalyse digitaler Oberflächenmodelle Für kommunale Verwaltungsaufgaben erreichen automatisch abgeleitete Daten häufig nicht die Qualitätsziele. Hier oft Kombination beider Verfahren. 9. Sächsische GIS-Forum, IABG

16 Ergänzende Verfahren zur Fernerkundung Vollständig photogrammetrische Aufnahme Sehr effiziente und vollständige Aufnahme des Bearbeitungsgebietes Bestimmte Einschränkungen z.b. Sichtschatten, Wetterabhängigkeit Vollständig terrestrische Aufnahme (Vermesser, Fahrzeug) Maximale Informationsdichte im öffentlichen Raum, maximale Genauigkeit Aufnahmegebiete eingeschränkt (z.b. Privatbesitz nicht erreichbar) Bürgerbeteiligung Bei Versiegelungskataster: Sehr günstig aber nicht validiert Kombination aus Fernerkundung und terrestrischen Aufnahmeverfahren Einschränkungen der Fernerkundung können durch Feldvergleich minimiert werden Einschränkungen der Fernerkundung können durch zusätzliche Quelldaten, z.b. aus Liegenschaftskataster minimiert werden Bürgerbeteiligung bei der Einführung der gesplitteten Abwassergebühr erhöht den Informationsumfang, die Datenqualität und die Akzeptanz 9. Sächsische GIS-Forum, IABG

17 3. Heutige und zukünftige Chancen Mehrwert und Herausforderungen Mehrwert von Fernerkundungstechnologien und 3D-Geodaten für Kommunen: Erfüllung gesetzlicher Pflichten bei knappen Kassen, z.b. Doppik, Gesplittete Abwassergebühr, Immissionsschutz Bürgerservice und -beteiligung, z.b. Solarkataster, Kommunikations- und Marketinginstrument bei Großbauprojekten Ermöglichung neuer Anwendungen, z.b. Verschattungsanalyse, Standortmarketing Aber auch Herausforderungen: Fortführung von 2D- und 3D-Daten oft noch getrennt Dreidimensionale Visualisierung im Internet mit Installation von Zusatzsoftware verbunden Steigende Erwartungen an Datenqualität, Genauigkeit, Dimensionalität Steigende Erwartungen der Smartphone -Generation (Nicht nur GIS & Geoportal, sondern auch App) Datenschutzbedenken, Mangelnde Rechtsgrundlagen 9. Sächsische GIS-Forum, IABG

18 Chance: Steigende Verfügbarkeit von Geobasisdaten Hochauflösende Luftbilder Von amtlicher Landesvermessung: Preiswert, flächendeckend, aktuell, Orthophoto und Stereo-Bilder, 20cm Bodenauflösung (>90%), RGB, Rabatte für Kommunen Individuelle Befliegung für höhere Aktualität und Auflösung oder speziellen Terminwunsch Wettbewerb mit privaten Anbieter, z.b. Befliegung von Deutschland in 15cm durch DigitalGlobe und Microsoft Hochauflösende Gelände- und Oberflächenmodelle mittels Laserscanning Von amtlicher Vermessung preiswert und mit hoher Abdeckung Individuelle Befliegung für höhere Aktualität und Auflösung 3D-Gebäudemodelle der Landesvermessung Werden bundesweit flächendeckend aufgebaut LOD1 soll ab 2013 bundesweit zur Verfügung stehen, Terminierung von LoD2 erfolgt 2013 Inspire: Erhöhte Transparenz (Metadaten, Suchportale), beschleunigte Datenbeschaffung (Download), vereinfachter Datenaustausch (Standardisierung), usw. 9. Sächsische GIS-Forum, IABG

19 Weitere Chancen Partnerschaften und interkommunale Kooperation Gemeinsame Befliegung benachbarter Kommunen, z.b. für Versiegelungskataster Gemeinsame Beschaffung mehrerer Referate, Ämter und kommunaler Eigenbetriebe Kombination mehrerer Produkte mit einer Befliegung/ Auftrag Kostenersparnis durch gemeinsame Beschaffung mehrerer Produkte, z.b. Versiegelungskataster + Solarkataster + 3D-Gebäudemodell (Anforderung: Dachüberstand!) Daten-Recycling Immer häufiger existieren bereits Geodaten, welche aktualisiert, veredelt oder erweitert werden können, z.b. ALK Gebäude + Lidar-DOM Solarkataster Technologische Entwicklungen Semiautomatische Verfahren zur Erzeugung von 3D-Stadtmodellen Datenaustausch und Modellierung mittels CityGML OpenSource Geodatenbank 3DCityDB Visualisierung durch Google Earth vereinfacht Unbemannte Kleinflugzeuge (Drohnen) Quelle: 9. Sächsische GIS-Forum, IABG

20 Ihr Ansprechpartner IABG Dresden Geodaten Factory Johann Sehner Hermann-Reichelt-Str Dresden Telefon Fax sehner@iabg.de 9. Sächsische GIS-Forum, IABG