Bilddatenmanagement und Online-Auswertung bei der Kampfmittelbeseitigung Nordrhein-Westfalen mit ERDAS APOLLO

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1 Bilddatenmanagement und Online-Auswertung bei der Kampfmittelbeseitigung Nordrhein-Westfalen mit ERDAS APOLLO GEOSYSTEMS Anwendungsbericht Bei den beiden Kampfmittelbeseitigungsdiensten (Bezirksregierungen Arnsberg und Düsseldorf) in Nordrhein-Westfalen wird derzeit das gesamte historische Luftbildarchiv mit einer Bilddatenmanagementlösung katalogisiert und eine Online-Auswertung implementiert. Die neue Lösung beinhaltet einen Rasterdatenkatalog für Hunderttausende Luftbilder, eine Routine zur Datenvorbereitung und Aufnahme in den Katalog sowie einen Webclienten für die Bildauswertung. Alliierte Luftbildaufnahmen aus dem 2. Weltkrieg werden zur Verdachtsflächenerkundung von Kampfmitteln benötigt. Die Lösung wurde von GEOSYSTEMS auf Basis der Softwareplattform ERDAS APOLLO entwickelt.

2 Rasterdatenmanagement beim KBD NRW mit ERDAS APOLLO GEOSYSTEMS Anwendungsbericht Seite 2/7 Auch heute noch: Gefahr durch Kampfmittel aus dem 2. Weltkrieg Jährlich über 7000 Anfragen gehen bei den Dienststellen des Kampfmittelbeseitigungsdiensts Nordrhein-Westfalen (KBD) in Düsseldorf und Hagen ein, wonach eine Fläche in Bezug auf die Gefährdung durch Kampfmittel zu untersuchen ist, zum Beispiel im Vorfeld einer Bebauungsmaßnahme. Schnelligkeit, Zuverlässigkeit und Nachprüfbarkeit sind die wichtigsten Kriterien bei der Bearbeitung dieser Anfragen. Zur Antragsbearbeitung nutzt der KBD Luftbilder aus alliierten Befliegungen während des 2. Weltkriegs, die als Papierabzüge in den KBD-Archiven liegen. Die Aufnahmen lassen erkennen, wo schwerpunktmäßig Kampfmittel abgeworfen wurden, und sogar einzelne Blindgänger-Verdachtspunkte sind zu sehen. Mit HiRA vom analogen dezentralen Luftbildarchiv zum zentralem Rasterdatenkatalog und Online-Auswertung Der bisherige, überwiegend analoge Arbeitsablauf des Sichtens, Auswählens und Beurteilens von teils bis zu Tausend Luftbildern pro Anfrage wird derzeit in ein digitales Bilddatenmanagementsystem überführt. Das Luftbildarchiv des KBD Die Notwendigkeit, den Prozess der Gefährdungsabschätzung anhand der historischen Luftbilder zu beschleunigen und jederzeit nachprüfbar zu machen, waren die Gründe für diesen Schritt. Nach einer EU-weiten Ausschreibung entschied sich der KBD im September 2009 für die von GEOSYSTEMS und ERDAS konzipierte Lösung, die Mitte 2010 in Betrieb genommen wurde. Den Ausschlag gab die Kombination von Standardsoftware mit einem geforderten, bereits vorhandenen Mindestleistungsumfang zusammen mit der Konzeption für die spezifische Anpassung. Die neue, digitale Lösung wurde von GEOSYSTEMS in Zusammenarbeit mit ERDAS auf Basis der Softwareplattform ERDAS APOLLO erstellt und HiRA (Historisches Rasterdaten-Archiv) getauft. Mit HiRA ist ein zentral und gesichert gehosteter Bilddatenkatalog entstanden, auf den die Luftbildauswerter mittels eines speziellen HiRA Webclienten zugreifen. Die Luftbildauswahl und beurteilung erfolgt online und hochperformant. Der komfortable Auswertungs-Workflow bietet frei wählbaren Filterkriterien und ist über ein projektbezogenes Auswerteprotokoll jederzeit nachprüfbar.

3 Rasterdatenmanagement beim KBD NRW mit ERDAS APOLLO GEOSYSTEMS Anwendungsbericht Seite 3/7 Datenvorbereitung für das Rasterdatenmanagement: Historische Luftbilder halten keine Standards ein Historische Luftbilder sind im Allgemeinen nicht so beschaffen, dass sie mit einem Standardverfahren in einen Geodaten-Katalog eingepflegt werden könnten. Die geometrische Qualität ist sehr ungenau, die radiometrische Beschaffenheit variiert stark. Oft zeigen historische Luftbildaufnahmen große Verzerrungen und eine große Bandbreite an Helligkeits- und Kontrastunterschieden. Metadaten, die wie bei heutigen Befliegungen üblich genaue Informationen zur geometrischen Orientierung und Aufnahmebedingungen geben könnten, sind bei alten Luftbildern in der Regel Eingangsseite des HiRA Webclienten nur unstrukturiert und unvollständig vorhanden. Rasterdaten, die sich nicht an Standards halten, kommen in unterschiedlichen Anwendungen, besonders aber bei den Arbeiten mit historischen Aufnahmen vor. Bei der Herausforderung, Daten dieser suboptimalen Qualität in die Standards eines Geodatenmanagementsystems einzuspeisen, kamen den Experten bei GEOSYSTEMS und ERDAS ihr fundiertes Verständnis von Bilddatenbearbeitung und ihre langjährige Erfahrung zu Gute. Die Anwendungsund Software-Experten entwickelten eine passende Routine, die die gescannten Luftbilder automatisiert und mittels verteilter Prozessierung hochperformant bearbeitet und in den Datenkatalog einpflegt. Für jedes Bild werden die vier Eckkoordinaten des Bildinhaltes vollautomatisch bestimmt, die Rahmenbereiche werden abgeschnitten und eine Bildverbesserung durchgeführt. In diese Routine ist sowohl ein eigens entwickeltes Tool zur automatischen Metadatenübernahme eingebunden als auch Werkzeuge Dritter für die Rahmenerkennung sowie ein vorhandenes Programm des KBD zum automatischen Kontrastausgleich. Der vorgesehene Zeitraum für das Einpflegen der Luftbildabzüge in den Rasterdatenkatalog konnte mit dieser Routine von GEOSYSTEMS von über einem Jahr auf einige Monate reduziert werden. Stapeln, Sichten, Sortieren Ein zeitraubender analoger Arbeitsablauf Zehn Mitarbeiter sind beim KBD NRW damit beschäftigt, die eingehenden Anträge zur Überprüfung einer potenziellen Gefahrenstelle zu bearbeiten. Ohne das digitale Rasterdaten-Archiv musste der Mitarbeiter, der dazu ein Kriegsluftbild analysieren wollte, seinen Arbeitsplatz verlassen und das bestehende Luftbildarchiv aufsuchen, um dort für die zu untersuchende Umgebung passende Luftbildabzüge auszuwählen. In manchen Fällen kam er mit 1000 Luftbildern zurück an den Arbeitsplatz und begann mit der Auswertung. Aus dem Stapel von mehreren Hundert Bildern wurden die aussagekräftigsten aussortiert und detailliert auf Verdachtsstellen

4 Rasterdatenmanagement beim KBD NRW mit ERDAS APOLLO GEOSYSTEMS Anwendungsbericht Seite 4/7 analysiert. Nach der Analyse mussten die Bilder wieder ins Archiv einsortiert werden. Ein zeitraubender und auch fehleranfälliger Prozess, zum Beispiel beim Rücksortieren der Bilder. Online-Bildauswertung im HiRA Webclient Der neue HiRA Webclient, den GEOSYSTEMS und ERDAS entwickelt hat, ist in vollem Umfang an die gewohnte Auswerteprozedur der Luftbildauswerter angepasst und bietet zahlreiche Vorteile, die die Antragsbearbeitung beschleunigen und nachprüfbar machen. Schnelle Bildsuche und Sichtung Bei Antragseingang zur Gefährdungsüberprüfung wird vom KBD eine Projektnummer vergeben. Der gesamte Prozess der Bildsuche, - auswahl und bewertung orientiert sich am Antrag und wird über diese Nummer verwaltet. Über ein Suchpolygon, das die Antragsfläche abbildet oder wahlweise über eine schon vorhandene Projektnummer lässt sich der Auswerter eine Auswahlliste der im Archiv vorliegenden Kriegsluftbilder anzeigen. Suchpolygon mit Pufferfläche Zusätzliche Suchoption wie Maßstab, Aufnahmezeitfenster und Berücksichtigung eines räumlichen Puffers verbessern das Suchergebnis. Im HiRA Webclient wird das Ergebnis der Suche als Fileliste angezeigt, wobei durchaus bis zu Tausend Files in der Auswahlliste stehen können. Diese Anforderung war für den KBD sehr wichtig, da tatsächlich für eine Antragsfläche so viele Bilder, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommen wurden, vorliegen können. Eine derart große Ergebnisliste mit 1000 anklickbaren Dateien ist in Webclienten keineswegs Standard. Ein weiterer wichtiger Punkt im Online-Auswerteprozess durch die Luftbildauswerter bezog sich auf die Geschwindigkeit der Anzeige eines Bildes. Nicht länger als 1,5 Sekunden sollte es dauern bis ein angeklicktes Luftbild in seiner Gesamtheit dargestellt ist. Bei Hunderten Luftbildern, die es zu sichten gilt, ist diese Anforderung gut nachzuvollziehen und in der Umsetzung durchaus nicht trivial. In einem sekundenschnellen Prozess müssen Gigabyte an Daten vom Server analysiert und in den Viewer geladen werden. HiRA erfüllt diese extrem schnelle Bilddarstellung durch das intelligente Datenprocessing von ERDAS und hochperformantes Datenstreaming über ECWP. Nach dieser Vorauswahl, bei der die aussagekräftigsten Bilder herausgesucht werden, erfolgen die weiteren Bearbeitungsschritte.

5 Rasterdatenmanagement beim KBD NRW mit ERDAS APOLLO GEOSYSTEMS Anwendungsbericht Seite 5/7 Komfortable Bildbewertung Für die weitere Bearbeitung der Luftbilder benötigt der Luftbildauswerter einfache und intuitive Werkzeuge zur Bildnavigation wie Zoom und Pan, zur Kontraststreckung, Helligkeitsveränderung und Bildrotation sowie zur Kennzeichnung als Bild guter, mittlerer oder schlechter Qualität. In der Regel ist die vorhandene Georeferenzierung der Bilder schlecht. Durch stufenloses Zoomen und freies Bewegen können Bilder verschiedener Zeitschnitte überlagert und damit wie im Daumenkino betrachtet und bewertet werden. Der Auswerter kann im HiRA Webclient direkt und schnell auf all diese Funktionen zugreifen. Sowohl per Mausklick Auswahlliste, Qualitätsbeurteilung, Funktionen (Exemplarisches Luftbild des Aerial Reconnaissance Archives (TARA)) als auch per Tastaturkürzel, was die Auswertegeschwindigkeit zusätzlich erhöht. Nutzerspezifischer Webclient Anträge zur Beurteilung der Kampfmittelgefährdung werden in Nordrhein-Westfalen an zwei Standorten, in Düsseldorf und in Hagen, bearbeitet. Räumlich getrennt greifen die Mitarbeiter beider Dienststellen über HiRA auf denselben zentralen Rasterdatenkatalog zu. Dennoch hat jede Dienststelle seinen individuellen HiRA Webclienten mit angepassten Voreinstellungen (z.b. vorgegebener Struktur für die Projektnummer und regionale Auswahlliste für Städte) sowie eigenen Darstellungs- und Suchrechten. Die Vergabe von Nutzungs- und Sicherheitsrechten wird zentral organisiert und ist im ERDAS APOLLO Datenmanager realisiert. Protokoll zu jedem Arbeitsschritt im Workflow Da das Thema Nachprüfbarkeit in dem sensiblen Bereich der Kampfmittelbeseitigung von großer Bedeutung ist, wurde in HiRA darauf Wert gelegt, dass jeder Schritt im Beurteilungsprozess antragsbezogen protokolliert wird. Die Lösungsexperten bei GEOSYSTEMS und ERDAS entwickelten ein Verfahren, mit dem jede Bildanzeige, jede Bildbearbeitung (z.b. eine Kontrastverbesserung), jede Bildwertung (z.b. die Einteilung als Bild guter Qualität) im Projekt digital protokolliert wird. Für jeden Antrag ist über die Projektnummer der gesamte Auswerteprozess Schritt für Schritt gespeichert und kann bei Bedarf nachvollzogen werden.

6 Rasterdatenmanagement beim KBD NRW mit ERDAS APOLLO GEOSYSTEMS Anwendungsbericht Seite 6/7 Update des Rasterdatenkatalogs mit georeferenzierten Daten Auswahlliste zum Download und Upload von Files für die Georeferenzierung Eine exakte Georeferenzierung ist zur weiteren Überprüfung von Verdachtsflächen und zur Kartierung der Blindgängerverdachtspunkte unerlässlich. An dieser Stelle kommt erneut die konkurrenzlose Rasterkompetenz von ERDAS und GEOSYSTEMS ins Spiel. Georeferenzierung gehört zu den Standardfunktionen im ERDAS Produktportfolio. Das lokale Georeferenzieren von Luftbildern und das automatisierte Aktualisieren des Rasterdatenmanagementsystems mit diesen korrigierten Daten wurden nahtlos in den HiRA Workflow eingebaut. Der Auswerter kann im HiRA Webclienten über eine einfach zu bedienende Tabelle Luftbilder aussuchen und über eine Download -Funktion vom Server herunterladen. Diese Luftbilder werden dann in einem externen Softwareprogramm, hier ERDAS IMAGINE, orthorektifiziert. Anschließend wird das Ergebnisbild zum Upload, also zum Zurückladen in den Datenkatalog freigegeben. Beim Upload wird automatisch ein Abgleich mit dem Datenkatalog durchgeführt, das heißt die entsprechenden Metadaten werden weitervererbt und aktualisiert. Damit verbessert sich die Qualität des historischen Rasterdaten-Archivs laufend und automatisch. Wir sind wirklich zufrieden mit der sehr ergebnisorientierten Zusammenarbeit mit GEOSYS- TEMS, die das System in kurzer Zeit produktionsbereit gemacht hat insbesondere unter Berücksichtigung unserer Zusatzwünsche wie zum Beispiel die Datenvorbereitung. Auch wenn wir erst in Phase eins der Nutzung, in der Datenübernahme, sind, steht zukünftig den Luftbildauswertern in der Kampfmittelbeseitigung ein hochperformantes Hilfsmittel für ihre verantwortungsvolle Tätigkeit zur Verfügung, resümiert ORR Armin Gebhard, Referent Kampfmittelbeseitigung im Ministerium für Inneres und Kommunales des Landes NRW.

7 Rasterdatenmanagement beim KBD NRW mit ERDAS APOLLO GEOSYSTEMS Anwendungsbericht Seite 7/7 HiRA in Kürze Ziele des KBD: Automatisierte Überführung des analogen dezentralen Luftbildarchivs in einen digitalen Bilddatenkatalog Verwenden eines Bilddatenmanagementsystems mit individuellem Webclient Beschleunigung des Auswerteprozesses durch die Luftbildauswerter Nachprüfbarkeit des Entscheidungsweges im Auswerteprozess Lösung in HiRA: Spezielle Routine zur automatisierten Datenvorbereitung der gescannten Luftbildabzüge Performantes Bilddatenmanagementsystem für Hunderttausende Luftbilder Individueller Webclient mit eigenen Voreinstellungen, Such- und Darstellungs-rechten für unterschiedliche Dienststellen Webclient bietet Zugriff auf Bilddaten über eine Auswahlliste von bis zu 1000 Files Sehr schnelle Bilddarstellung in weniger als 1,5 Sekunden mittels Datenstreaming über ECWP Projektbezogene, nicht bildbezogene Speicherung aller Arbeitsschritte im Auswertungs-Workflow Kontakt: GEOSYSTEMS GmbH Frau Dr. Ursula Benz Business Development Riesstr Germering T: 089/ E: