Integration von mobilen Geosensoren in kollaborative virtuelle Globen

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1 Integration von mobilen Geosensoren in kollaborative virtuelle Globen STEPHAN NEBIKER, MARTIN CHRISTEN, HANNES EUGSTER, KEVIN FLÜCKIGER, CHRISTIAN STIERLI 1 Dieser Beitrag beschreibt Möglichkeiten und Anforderungen, welche sich aus einer Integration mobiler Geosensoren (z.b. Videosensoren auf Mikrodrohnen) in kollaborative 3D-Geoinformationsumgebungen ergeben. Er identifiziert wichtige Designaspekte, die bei der Realisierung eines derartigen Geo-Kollaborationsframeworks berücksichtigt werden müssen und beschreibt Kernpunkte der Architektur eines Prototypsystems, das als Bestandteil des Forschungsprojekts ViMo (Virtual Monitoring) entwickelt wird. 1 Einleitung 1.1 Status und Motivation Virtuelle Globen Bei der Entwicklung heutiger virtueller Globen wie Google Earth oder NASA World Wind standen weder dynamische noch Echtzeit-Inhalte, wie viele bewegliche Objekte oder mobile Geosensoren, im Vordergrund noch wurden sie als räumliche Kollaborationsumgebungen konzipiert. Die Unterstützung mobiler Geosensoren und kollaborativer Funktionalität in hochaufgelösten virtuellen Globen eröffnet jedoch ein ganzes Spektrum an neuen Anwendungsbereichen, wie Sicherheit, Verkehrsüberwachung, Feuerüberwachung und bekämpfung oder Grenzüberwachung. Geo Sensor Web Schon heute existiert eine Vielzahl von georeferenzierten Sensoren, welche Informationen über die unterschiedlichsten Phänomene wie Wetter, Pegelstände oder Verkehrsaufkommen überwachen. Diese Sensoren wurden aber bisher in aller Regel über proprietäre Schnittstellen, Kommunikationskanäle und Protokolle angesprochen. All dies behinderte eine breite Nutzung solcher Geosensordaten. Demgegenüber steht eine Reihe von jüngeren Entwicklungen, welche diese Situation nachhaltig verbessern und damit Geosensoren zu einer zentralen Informationsquelle machen dürften insbesondere in Kombination mit virtuellen Globen. Zu diesen Entwicklungen gehören: einerseits die Etablierung standardisierter Internet-Protokolle sowohl für drahtbasierte als auch drahtlose Kommunikationskanäle, andererseits Dienst basierte Architekturen und Standards insbesondere im Bereich Geo Sensor Web. Von besonderem Interesse ist dabei die OGC Sensor Web Enablement (SWE) Initiative des Open Geospatial Consortiums (Botts et al., 2006). Mikrodrohnen als neue Geosensorplattform Für die Realisierung zukünftiger Monitoringund Kollaborationsanwendungen in virtuellen Globen sind neben den oben aufgeführten Standards zur Kommunikation mit Geosensoren, die Entwicklung neuer Geosensoren und plattformen ebenso wichtig. Fortschritte in der Miniaturisierung von Komponenten zur Positions- und Orientierungsbestimmung sowie bei Leichtbau-Materialen und bei den Batteriekapazitäten haben zur Entwicklung einer neuen Generation leichtgewichtiger, autonom einsetzbarer fliegender Sensorplattformen geführt. Abb. 2 zeigt das System 'microdrones md4-200', eine der ersten operationellen Mikrodrohnen, welche spezifisch für 1 Stephan Nebiker, Martin Christen, Hannes Eugster, Kevin Flückiger, Christian Stierli: (stephan.nebiker, martin.christen, hannes.eugster, kevin.flueckiger, christian.stierli)@fhnw.ch, Institut Vermessung und Geoinformation, Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik, FHNW Fachhochschule Nordwestschweiz, CH-4132 Muttenz 1

2 lokale Monitoringaufgaben entwickelt wurde. Die Mikrodrohne md4-200 wird von vier Elektromotoren angetrieben, kann wie ein Helikopter betrieben werden und erlaubt eine Flugzeit von jeweils ca. 20 Minuten. Das integrierte Fluglageregelungssystem basiert auf GPS, Höhenmesser und Magnetsensoren und erlaubt sowohl einen interaktiven als auch einen vollständig autonomen Betrieb (ab Sommer 2007). Das maximale Startgewicht beträgt ca. 900 g bei einer maximalen Nutzlast von ca. 250 g. Als Sensoren können RGB-, Video- oder auch miniaturisierte Thermalkameras eingesetzt werden. Auf Grund ihres geringen Gewichts und ihres kaum wahrnehmbaren Geräuschpegels kann diese neue Generation von Geosensorplattformen auch im überbauten und bewohnten Gebiet sicher eingesetzt werden. Bei der heutigen Generation von derartigen Mikrodrohnen können starker Wind und Windböen einen Einsatz erschweren oder sogar verunmöglichen. Abb. 1: OGC Geo Sensor Web (Botts et al., 2006) Abb. 2: Mikrodrohne mit Digitalkamera 1.2 Das ViMo-Forschungsprojekt ViMo (Virtual Monitoring) ist ein anwendungsorientiertes Forschungsprojekt am Institut Vermessung und Geoinformation der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW), welches 2006 gestartet wurde, um ein Softwareframework zu entwickeln, welches die Integration von verteilten, mobilen Bildsensordaten in interaktive 3D-Geoinformationsdienste erlaubt. Hauptziele des ViMo-Projekts sind: Design und Entwicklung der i3d-technologie, einer neuen Generation eines virtuellen Globus mit speziellem Fokus auf Echtzeitinhalte und hohe geometrische Genauigkeit Design und Entwicklung eines Geo-Kollaborations-Frameworks als Erweiterung von i3d Untersuchungen zur Integration neuer mobiler Geosensorplattformen und Echtzeit- Geosensordaten in die i3d-technologie Zu den möglichen Einsatzgebieten der ViMo-Technologie gehören die autonome rasche Kartierung von Katastrophengebieten, Überwachungsaufgaben im Strassenverkehr, bei Waldbränden oder bei Grossanlässen. Dabei ist die Integration von Drohnen basierten Bilddaten in einen virtuellen Globus wie i3d besonders viel versprechend (Eugster and Nebiker, 2007). Begleitend zum ViMo-Projekt werden Fragestellungen zur Modellierung und Visualisierung abstrakter oft auch dynamischer Inhalte in interaktiven 3D-Geovisualisierungen (Bleisch et al., 2006). Im vorliegenden Beitrag werden zwei wichtige Aspekte diskutiert, die bei der Integration präziser mobiler Geosensordaten in virtuelle Globen zu lösen sind: einerseits geeignete geodätische Bezugssysteme andererseits geeignete neue Inhaltstypen und Inhaltskanäle. 2

3 Deren Umsetzung wird anschliessend anhand einer kurzen Vorstellung der ViMo-Architektur und von ersten Resultaten illustriert und diskutiert. 2 Geodätische Referenzmodelle Sobald virtuelle Globen für die Überwachung, die Positionsbestimmung oder sogar das Tracking von Objekten aus der Realwelt eingesetzt werden sollen, werden die geometrische Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu wichtigen Faktoren. Um das Genauigkeitspotential moderner Geosensoren im (Sub-) Meterbereich ausnützen zu können, müssen virtuelle Globen auf geodätischen Referenzmodellen mit einer vergleichbaren Genauigkeit beruhen. Nachfolgend werden die verschiedenen Modelle sowie deren Stärken und Schwächen vorgestellt. 2.1 Lokale kartesische Koordinatensysteme ("Flat Earth"-Modelle) 3D-Computergrafik basiert traditionell auf kartesischen Koordinatensystemen und auf Koordinatendomänen von 32 Bits. Diese Basis ist völlig ausreichend für den Grossteil an Visualisierungsaufgaben, welche keine absolute Georeferenzierung erfordern. Es ist denn auch wenig erstaunlich, dass bis heute ein Grossteil von 3D-Geovisualisierungslösungen auf dem "Flat Earth"-Modell beruht. Dieses Modell funktioniert einwandfrei für die Visualisierung von lokalen Geo-Szenen bei welchen alle Daten auf demselben Koordinatensystem beruhen. Ernsthafte Probleme ergeben sich z.b. in der Flugsimulation, wenn solche Szenen auf ganze Länder oder Kontinente ausgedehnt werden und wenn Positions- und vor allem Richtungsinformationen von Geosensoren bzw. Flugobjekten integriert werden sollen (Nebiker et al., 2007). Abb. 3: Geodätische Referenzmodelle für virtuelle Globen. 2.2 Sphärische und Ellipsoidische Referenzmodelle für virtuelle Globen Als digitale Gegenstücke zu physikalischen Globen müssen virtuelle Globen genähert sphärische Himmelskörper wie die Erde, den Mond oder den Mars abbilden können. Im Unterschied zu den physikalischen Versionen müssen digitale Globen diese Himmelskörper mit ihren Ausdehnungen von mehreren Tausend Kilometern auch grossmassstäblich und sehr detailliert repräsentieren können, was hohe Anforderungen an die Rechenschärfe ergibt 3

4 (Nebiker et al., 2007). Virtuelle Globen der Erde basieren in aller Regel auf dem erdfesten, geozentrischen kartesischen Koordinatensystem WGS-84, unterstützen jedoch auch eine Reihe lokaler Bezugssysteme (vgl. Abb. 3). Als geometrische Referenzmodelle für virtuelle Globen bieten sich entweder eine Kugel oder ein Rotationsellipsoid an (Abb. 3). Ein sphärisches Modell ist weniger komplex und reicht für kleinmassstäbliche, regionale bis globale Anwendungen aus. Die Abplattung der Erde, als Folge der Erdrotation, in der Grössenordnung von 1/300 führt dazu, dass der Radius am Äquator ca km grösser ist als am Pol. Dies wiederum führt zu dreidimensionalen Positionsfehlern im Bereich von km. Auch wenn dieser Fehler primär die Höhe betrifft und mit einer Senkrechtprojektion auf die Kugel zu einem grossen Teil kompensiert werden kann, so verbleibt doch ein Lagefehler in der Grössenordnung von bis zu 40 Metern, welcher beispielsweise mit einer nachträglichen lokalen Transformation kompensiert werden muss. Somit muss ein ellipsoidisches Referenzmodell verwendet werden, falls die direkte Georeferenzierung besser als Meter sein soll. Dies ist bei fast allen mittel- bis grossmassstäblichen Anwendungen der Fall, in welchen GPS-Positionsdaten sowie mehrere Kartenprojektionen zum Einsatz kommen. 2.3 Geoid-Modelle für Monitoring- und Kollaborations-Aufgaben Die Verwendung des Ellipsoids als geometrisches Referenzmodell ermöglicht hohe horizontale Genauigkeiten im Dezimeterbereich. Bei der Höhengenauigkeit stellt sich das Problem, dass die vertikale Bezugsfläche der bestehenden Höhensysteme durch das Schwerefeld definiert wird, welches auf Grund der unterschiedlichen Massenverteilung im Erdinneren Schwankungen aufweist. Als vertikale Bezugsfläche dient das Geoid (vgl. Abb. 3), eine physikalisch definierte Referenzfläche, welche durch das Schwerefeld der Erde definiert wird und dem mittleren Niveau der Ozeane entspricht. Das Geoid weicht in der Höhe um bis zu ± 100 Meter von einem optimal eingepassten globalen Referenzellipsoid ab, wie zum Beispiel WGS-84. Wenn nun in virtuellen Globen, wie dies üblicherweise der Fall ist, die orthometrischen bzw. geoidischen Höhen aus gebräuchlichen globalen oder lokalen digitalen Geländemodellen (DGM) direkt integriert werden, wird dadurch ein Höhenfehler von ± 100 Metern eingeführt. Dieser Effekt wird jedoch erst erkennbar, wenn 3D-Positionsdaten, welche mittels GNSS (Global Navigation Satellite System) bestimmt wurden, ebenfalls in die virtuelle Welt integriert werden. Der Grund dafür ist, dass GNSS auf einem geometrischen Bezugssystem basieren und grundsätzlich geometrische Höhen liefern. Neuere GNSS-Empfänger enthalten zwar oft ein (genähertes) globales Geoidmodell und können auch orthometrische Höhen liefern. Zur Gewährleistung einer guten dreidimensionalen Genauigkeit können virtuelle Globen einen der folgenden Ansätze verfolgen: Visualisierung basiert auf geometrischen Höhen In diesem Fall basiert die gesamte Visualisierung streng auf geometrischen Höhen. Dazu müssen sämtliche Höhendaten vor der Darstellung mit Hilfe eines integrierten globalen Geoidmodells korrigiert werden. Visualisierung basiert auf orthometrischen Höhen Dieser genäherte Fall beruht auf einer Kombination orthometrischer Höhen auf einer ellipsoidischen Bezugsfläche. Dabei müssen GNSS-basierte geometrische Sensorpositionen um die Geoidundulationen korrigiert werden. Auch wenn der zweite Ansatz aus mathematischer Sicht nicht streng ist, da er die Geoidundulationen bei der Darstellung der 3D-Szene vernachlässigt, hat er eine Reihe von Vorteilen: Ozeane können mit einer Höhe von 0 m gerendert werden und vor allem können mit diesem Ansatz präzisere regionale Geoidmodelle sofern verfügbar flexibel eingesetzt werden. 4

5 3 Raumbezogene Inhalte 3.1 Kartographisches Basismodell Das typische Basismodell eines virtuellen Globus basiert auf den folgenden Inhaltstypen: Digitale Geländemodelle (DGM) Der Grossteil and DGM-Daten in virtuellen Globen wird als Rasterdaten in regelmässigen Gittern integriert. Mit der raschen Zunahme an detaillierten lokalen Anwendungen wie Stadtplanung etc. wird der Bedarf nach der Unterstützung unregelmässiger DGM-Daten rasch steigen. Orthobilddaten und -karten Virtuelle Globen bestehen aus mindestens einem globalen Orthobild- oder Kartendatensatz mit beschränkter geometrischer Auflösung und beliebig vielen regionalen Datensätzen mit höherer Auflösung. Diese Basisdaten zeichnen sich aus durch enorme Datenmengen in Terabytes-Grössenordnung. Daraus ergibt sich die zwingende Forderung nach mehreren Auflösungsstufen, nach einer räumlichen Partitionierung sowie nach effizienten räumlichen Zugriffsstrukturen. Dazu müssen diese Basisdatensätze in der Regel in einem rechenintensiven Prozess vor-prozessiert werden. In der Praxis kommen bei diesen Datensätzen sehr oft erschwerende Faktoren wie unterschiedliche Koordinatensysteme, unregelmässige Begrenzungen, Datenlöcher oder - inseln sowie die Forderung nach fliessenden Übergängen hinzu. Abb. 4: Prototyp eines 3D-Besucherinformationssystems für das Freilichtmuseum Ballenberg (CH) mit einem virtuellen Globus eingebettet in eine Webseite mit Multimediainhalten ( FHNW & Ballenberg) 3.2 Heutige raumbezogene Inhaltstypen Raumbezogene Inhaltstypen für 3D-Geoinformationsumgebungen werden in diversen Publikationen jeweils aus unterschiedlichen Perspektiven behandelt. In (Häberling, 2003) findet sich eine systematische Zusammenstellung typischer Objekttypen für 3D-Karten und interaktive 3D-Geovisualisierungen. In (Nebiker et al., 2005) werden Objekttypen und Mechanismen zur anwendungsspezifischen Erweiterung des Basismodells vorgestellt. Zu den etablierten raumbezogenen Inhaltstypen für 3D-Geoinformationsdienste gehören: POI (Points of Interest) Dieser Inhaltstyp besteht aus einem Referenzpunkt, einem Text-Label oder einem Billboard mit wiederum unterschiedlichen Text- oder Multimediainhalten. Beispiele umfassen Ortsnamen oder Positionsmarken für Objekte. 5

6 2D-Objekte Ein Objekttyp für zweidimensionale vektorbasierte Geodaten, wie zum Beispiel Wanderwege, Leitungsnetze, Gefahrenzonen etc. 3D-Objekte Ein volumen- oder oberflächenbasierter Objekttyp mit einer möglicherweise sehr komplexen Geometrie, mit thematischen sowie graphischen Eigenschaften wie photorealistischen Texturen. Beispiele umfassen 3D-Gebäudemodelle, Kunstbauten oder Strassenmöblierung. Multimediaobjekte Dieser Inhaltstyp wird in der Regel in Kombination mit einem der obigen Inhaltstypen, insbesondere mit POI, verwendet. Dabei werden normalerweise Multimediatypen unterstützt, die auch in HTML- bzw. Web-Browserumgebungen verbreitet sind, wie Hypertext, Bilder, Ton und Video. Multimediainhalte werden in virtuellen Globen entweder über einen in den 3D-Viewer integrierten Browser oder über einen externen Browser unterstützt (vgl. Abb. 4). 3.3 Neue Inhaltstypen Aus der Bestrebung zur Erweiterung virtueller Globen in Richtung mobiler Geosensoren und Kollaboration ergeben sich neue Anforderungen an die zu unterstützenden Inhaltstypen. Zu diesen neuen Anforderungen gehören die Unterstützung für Echtzeit-Inhalte, für kinematische Objekte sowie für Objekttypen zur Repräsentation mehrdimensionaler und temporaler Informationen in einer 3D-Umgebung. Abb. 5: Neuer Inhaltstyp 'Sensor': Mobile Geosensorplattform mit Video-Kamerakegel Abb. 6: Thematischer kartographischer Inhalt integriert in interaktive 3D-Szene (Bertiller and Keller, 2005). Beispiele neuer raumbezogener Inhaltstypen: Sensoren Mit diesem neuen Inhaltstyp sollen Geosensorplattformen, die Geosensoren selbst sowie deren Beobachtungen mit den entsprechenden Eigenschaften unterstützt werden. Sensor-Objekte können statisch oder kinematisch sein und Sensorplattformen können einen oder mehrere Sensoren mitführen. In der 3D-Szene können Sensorobjekte als animierte 3D-Objekte mit ihrer aktuellen Position, Orientierung und beispielsweise ihrem Field of View (FOV) dargestellt werden (vgl. Abb. 5). Akteure (Actors) Dieser Inhaltstyp wird zur Repräsentation von Benutzern bzw. Teilnehmern in einer kollaborativen 3D-Umgebung benötigt. Die Modellierung von Actor-Objekten kann dabei stark an den Sensor-Objekttyp angelehnt werden. Actor- Objekte weisen aber auch eine Reihe von spezifischen Eigenschaften auf, wie beispielsweise Benutzerberechtigungen und rollen. Thematische kartographische Objekttypen Dieser neue Inhaltstyp soll eine effiziente Informationsvisualisierung in virtuellen Globen ermöglichen, was vor allem in Verbin- 6

7 dung mit Geosensordaten stark an Bedeutung gewinnen wird. Thematische kartographische Objekte können als Spezialisierung generischer graphischer Inhaltstypen, wie z.b. von 3D Balkendiagrammen oder 3D-Kartogrammen, betrachtet werden (vgl. Abb. 6). Georeferenzierte (Video-) Bilddaten Dieser raumbezogene Inhaltstyp wird die Überlagerung von Bilddaten insbesondere von Videodaten mit der virtuellen 3D- Szene in (nahezu) Echtzeit erlauben. Dieser Inhaltstyp birgt ein grosses Potential in verschiedenen Anwendungsbereichen, ist aber auch sehr anspruchsvoll in der Umsetzung. Erste Untersuchungen zur Integration von mobil erfassten, georeferenzierten Videodaten mit virtuellen Globen werden in (Eugster and Nebiker, 2007) vorgestellt. Mit der Erweiterung virtueller Globen in Richtung Echtzeitinhalte und Kollaboration gewinnen neben der oben aufgeführten Inhaltsmodellierung die Aspekte der Inhaltskanäle und der Inhaltsübermittlung stark an Bedeutung. Währenddem heutige virtuelle Globen ihre statischen und gestreamten Inhalte primär mit dem Pull-Verfahren beziehen, erfordert insbesondere die Kollaboration auch die Unterstützung des Push-Verfahren bzw. der Objektsynchronisation. Diese Aspekte werden in (Nebiker et al., 2007) ausführlicher behandelt. 4 Die ViMo-Architektur 4.1 Die i3d-basistechnologie Der i3d-viewer ist eine 3D-Geovisualisierungs-Engine der dritten Generation, welche an der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) entwickelt wird. Der Viewer unterstützt sphärisches Rendering auf dem WGS-84-Ellipsoid. Er ist hochgradig optimiert für die neue Generation von GPUs (Graphics Processing Units), benützt die OpenGL Grafik-API und ist auf verschiedenen Plattformen lauffähig (Windows, MacOS X und Linux). Das kartographische Basismodell kann viele Terabytes an Orthobild- und DGM-Daten enthalten. Diese Daten können über ein Netzwerk gestreamt oder von lokalen Harddisks geladen werden. Über weitere Inhaltskanäle können grosse Mengen and 3D-Objekten (z.b. 3D-Stadtmodelle), POI und zukünftig auch 2D-Vektoren eingebunden werden. Um ein effizientes Streaming dieser Massendaten zu gewährleisten, müssen diese vorprozessiert werden. Bei diesem Prozess erfolgen die Transformation lokaler Koordinaten in WGS-84 sowie deren Partitionierung und Indizierung. Das Anfordern der Partitionen auf dem gewünschten Level of Detail erfolgt auf der Basis der sichtbaren Pixelgrösse nach einer Fehlermetrik von (Lindstrom et al., 1996), welche für sphärisches Rendering auf dem Ellipsoid modifiziert wurde. 4.2 Das ViMo Geo-Kollaborations-Framework Eine gute Übersicht sowie grundlegende Überlegungen zur Thematik der Geo-Kollaboration finden sich in (MacEachren, 2005). Zu den speziellen Anforderungen an das ViMo-Kollaborationsframework gehörten: ein Benutzerhandling mit einem flexiblen Berechtigungssystem, eine sichere und effiziente Kommunikation über das Internet zwischen einer grossen Anzahl Benutzern, die Möglichkeit zur gemeinsamen Nutzung eines virtuellen Globus sowie die Zurverfügungstellung zusätzlicher Kommunikationskanäle wie Chat, Video oder Voice. Auf Grund dieser Anforderungen wurde die RakNet Network Engine (Rakkarsoft, 2007) als Basis für die Entwicklung des ViMo-Kollaborationsframeworks ausgewählt. RakNet ist eine Netzwerk-Bibliothek in C++ auf UDP-Basis aus der Online-Game-Entwicklung. Das ViMo- Kollaborationsframework bestehend aus Client(s), Session Server und Connection Server ermöglicht eine sichere Kommunikation zwischen sämtlichen Komponenten und Benutzern. 7

8 Das Framework ermöglicht die automatische Übermittlung der raumbezogenen Inhalte an die Clients sowie die automatische Synchronisation gemeinsam genutzter Geoobjekte, wie Sensoren, in Echtzeit (Nebiker et al., 2007). 5 Anwendungen und Resultate Obwohl das ViMo-Projekt noch in vollem Gang ist, konnten viele der beschriebenen Konzepte zumindest als Prototypen umgesetzt und in Pilotprojekten gestestet werden. In der Folge werden mit "Virtual Monitoring" und "Augmented Monitoring" zwei typische zukünftige Anwendungsszenarien vorgestellt: 5.1 Virtual Monitoring Eines der Hauptziele des ViMo-Projekts war es, die Überwachung von realen Objekten und Prozessen in einer virtuellen Umgebung zu ermöglichen. Zu diesem Zweck wurden zwei Typen von Geo-Sensoren untersucht: ein GPS-Logger mit einer GSM-Datenübermittlung und ein georeferenzierter Videostream, welcher mit einer Minidrohne (Modellheli) mit GPS/INS- Positionierung aufgenommen wurde. Untersuchungen zur Integration des mobilen Videosensors anhand von Testflügen werden in (Eugster and Nebiker, 2007) vorgestellt. Abb. 7 zeigt einen Frame aus dem luftgestützten Videostream (links) sowie eine Ansicht des eigenen virtuellen Globus i3d mit aktueller Position und Blickfeld des Geosensors. Abb. 7: Virtual Monitoring: Drohnen basierter mobiler Videosensor integriert in virtuellen Globus Abb. 8: Augmented Monitoring georeferenzierter Videostream überlagert mit 3D-Objekten 5.2 Augmented Monitoring Der zweite Anwendungsfall soll eine Überwachung von realen Objekten und Prozessen in einer Mixed Reality Umgebung ermöglichen. Anstelle einer Integration des Videostreams in die virtuelle 3D-Umgebung (vgl. Virtual Monitoring) wird in diesem Fall eine Integration von 3D-Szeneninhalten in den georeferenzierten Videostream angestrebt. Im Vordergrund steht zurzeit die Überlagerung des Videostreams mit ausgewählten Inhaltstypen, wie z.b. 3D- Gebäudemodellen. Abb. 8. zeigt den Augmented Videostream von einem Testflug im Freiluftmuseum Ballenberg. In diesem Fall enthält das Video auch die GPS-Zeit zusammen mit der aktuellen Positions- und Orientierungsinformation der Sensorplattform. 8

9 6 Fazit und Ausblick In diesem Beitrag zeigten wir auf, welche Vorteile aber auch welche neuen Anforderungen sich aus der Integration (mobiler) Geosensoren in zukünftige virtuelle Globen ergeben. Als zwei Hauptaspekte wurden einerseits geeignete geodätische Referenzmodelle angesprochen, welche in virtuellen Globen die für lokale Monitoringaufgaben erforderlichen 3D-Genauigkeiten im Meterbereich gewährleisten sollen. Andererseits wurde eine Zusammenstellung raumbezogener Inhalte von virtuellen Globen präsentiert, angefangen vom kartographischen Basismodell bis hin zu neuen komplexen Inhaltstypen, wie Sensoren oder georeferenzierte Videostreams. In der Folge wurde die ViMo-Systemarchitektur vorgestellt, welche sich aus der neuen "Virtual Globe"-Basistechnologie i3d und einem 3D-Geo-Kollaborationsframework zusammensetzt. Die Umsetzung der zwei generischen Anwendungsszenarien "Virtual Monitoring" und "Augmented Monitoring" demonstrieren die Leistungsfähigkeit und die Möglichkeiten einer Integration mobiler Geosensordaten mit virtuellen Globen. Die laufenden Arbeiten konzentrieren sich auf die Weiterentwicklung der i3d- Basistechnologie und des Kollaborationsframeworks. Im Fokus stehen dabei weitere Untersuchungen und Entwicklungen im Umfeld des "Augmented Monitoring"-Szenarios, speziell im Bereich einer integrierten Georeferenzierung georeferenzierter Videostreams, welche mit extrem leichtgewichtigen und kostengünstigen Mikrodrohnen erfasst werden. 7 Literaturverzeichnis BERTILLER, A. & KELLER, D., Baselland in Zahlen - interaktiv und dreidimensional. Diploma Thesis, FHNW University of Applied Sciences Northwestern Switzerland, Muttenz. BLEISCH, S., DYKES, J. & NEBIKER, S., How are we to Represent Abstract Information in 'Realistic' 3D Environments?, GIScience, Münster (D). BOTTS, M., PERCIVALL, G., REED, C. & DAVIDSON, J., OGC Sensor Web Enablement: Overview And High Level Architecture (OGC r2), OGC White Paper, Open Geospatial Consortium Inc. EUGSTER, H. & NEBIKER, S., Geo-Registration of Video Sequences Captured from Mini UAVs - Approaches and Accuracy Assessment, Mobile Mapping Technologies Symposium MMT 2007, Padua. HÄBERLING, C., Topografische 3D-Karten - Thesen für kartografische Gestaltungsgrundsätze. ETH Nr Dissertation Thesis, Institut für Kartographie, ETH Zürich. LINDSTROM, P. et al., Real-Time, Continuous Level of Detail Rendering of Height Fields. In: H. Rushmeier, T.-M. Rhyne and Association for Computing Machinery (United States) Special Interest Group on Graphics (Editors), SIGGRAPH 96 conference proceedings August 4-9, Association for Computing Machinery, New York, NY, pp MACEACHREN, A.M., Moving Geovisualization toward Support for Group Work. In: J. Dykes, A.M. MacEachren and M.-J. Kraak (Editors), Exploring Geovisualizations. Elsevier Science, Amsterdam, pp NEBIKER, S., CHRISTEN, M., EUGSTER, H., FLÜCKIGER, K. & STIERLI, C., Integrating Mobile Geo Sensors into Collaborative Virtual Globes - Design and Implementation Issues, Mobile Mapping Technologies Symposium MMT 2007, Padua. NEBIKER, S., SCHÜTZ, S. & WÜST, T., Geo-Roaming: Model-Driven Content Management for Web-based 3D Geoinformation Services, XXII International Cartographic Conference (ICC2005). The International Cartographic Association (ICA-ACI), La Coruna, Spain, July 2005 (accepted paper). RAKKARSOFT, Raknet - UDP game network library. URL: 9