Themenvorschläge Geodätisches Vortragspraktikum II im SS 2012

Transkript

1 Themenvorschläge Geodätisches Vortragspraktikum II im SS 2012 Trekbuddy : Low-Cost-Navigation für Jedermann Betreuer: Alexander Beetz Navigationslösungen sind in unserem täglichen Gebrauch fast nicht mehr wegzudenken. Navigationsgeräte für Fahrzeugnavigation gibt es heute schon für unter 100 Euro. Auch im Bereich der Handynavigation gibt es schon einige Lösungen. Nokia stellt GPS-Handys mit kostenloser Routingsoftware und Kartenmaterial zur Verfügung. Nur für die Navigationslösung wird hier ein entsprechender Betrag verlangt. Gerade dieser Bereich der Navigation scheint für den Nutzer sehr interessant zu sein, da heutzutage fast jeder ein Handy besitzt. Neben einigen kommerziellen Lösungen gibt es auch Freeware-Produkte wie Trekbuddy. Der Vortragende soll zunächst einen Überblick über verschiedene Produkte geben, die bereits auf dem Markt erhältlich sind. Des Weiteren soll er zeigen, welche Hardwareeigenschaften gegeben sein müssen um überhaupt Handynavigation durchführen zu können. Danach soll er das Programm Trekbuddy vorstellen und welche Möglichkeiten mit diesem offen stehen. Weiter soll er auf die Problematik der Kartenbeschaffung eingehen und welche Rechtsverletzungen eventuell entstehen können. Einsatz von Laserscannern in der Hydrographie Betreuer: Annette Scheider Zur Gewässervermessung werden sogenannte Multi-Sensor-Schiffe eingesetzt. In den letzten Jahren wurden auch Laserscanner als Sensoren integriert. In diesem Vortrag soll auf die Realisierung solcher mobilen Multi-Sensor-Systeme und die Auswertung der Scandaten eingegangen werden. Kombination von objektbasierten und geometrischen Methoden zur Positionsbestimmung Betreuer: Jürgen Schweitzer Es soll neben der herkömmlichen geometrischen Positionsbestimmung ein objektbasierten Verfahren zur Positionsbestimmung vorgestellt werden und die Vorteile der Kombination beider Verfahren ausgearbeitet werden. Jenseits von Impuls- und Phasenvergleichsverfahren Betreuer: Martin Metzner In den neuesten Generationen von elektrooptischen Distanzmessern werden Weiterentwicklungen der Impulsmess- oder das Phasenvergleichsverfahren eingesetzt. Der Studierende soll sich die Funktionsweise dieser Technologien (z.b. Absolut Distanzmesser) anhand von Dissertationen und White Papern erarbeiten und in geeigneter Weise im Detail vorstellen. Geomonitoring mithilfe eines Geosensornetzwerkes Betreuerin. Li Zhang Aufgrund der steigenden Anzahl und des wirtschaftlichen Verlustes bei Naturkatastrophen bzw. natürlichen Schadensereignissen hat das Geomonitoring weltweit eine immer größere Bedeutung gewonnen. Sowohl neue Instrumente/ Sensoren, Mess-

2 methoden als auch die Informations- und Kommunikationstechnologien werden in Geomonitoring-Systemen eingesetzt. Dabei überträgt man grundlegenden Ideen von Geosensornetzwerken (GSN) auf das Geomonitoring, welche bereits in zahlreichen Geomonitoring-Systemen erfolgreich umgesetzt sind. In diesem Vortrag hat die/ der Studierende(r) zuerst einen kurzen Überblick über aktuelle Messinstrumente und -methoden für das Geomonitoring zu geben. Anschließend soll eine Motivation zur Verwendung eines Geosensornetzwerkes gegeben werden. Weiter sollen aktuelle Geomonitoring-Systeme, die mithilfe von Geosensornetzwerken arbeiten, vorgestellt werden. Abschließend sind die erreichbaren Genauigkeiten darzustellen. Dabei ist kritisch auf Grenzen dieser Art von Überwachung einzugehen. Abtastung der Erde durch Satelliten in polaren Bahnen Betreuer: Matthias Weigelt Einer der limitierenden Faktoren in der Bestimmung des Schwerefeldes ist die räumliche Abtastung. Diese ist von der Bodenspur des Satelliten vorgegeben und wird besonders in Phasen von sogenannten Repeatzyklen besonders weitabständig. Dadurch kann ein Schwerefeld nicht mehr bis zum maximal möglichen Grad gelöst werden. Vielmehr entsteht ein Aliasing-Effekt der die Qualität der Lösung verschlechtert. Bis vor kurzem wurde zur Beschreibung dieses Effekts die sogenannte Colombo-Nyquist Regel eingesetzt. Jedoch zeigt neueste Forschung, dass diese Regel verfeinert werden muss, um den Effekt sauber beschreiben zu können. Der Student soll diese neuen Zusammenhänge aufbereiten und die Verfeinerungen sowie den Nutzen für die Entwicklung zukünftiger Satellitenmissionen zeigen. Euler Deconvolution Betreuer: Matthias Roth Die Euler Deconvolution ist ein Standardwerkzeug der geophysikalischen Prospektion. Seit den 1980er Jahren wird sie auf magnetische Daten angewandt, seit den 1990ern auch auf Schwerkraftdaten. Dieser halbautomatische Prozess unterstützt die Interpretation der Daten, um Positionen von Magnet- oder Schwerkraftanomalien zu schätzen. Dadurch werden mögliche Rohstofflagerstätten aufgedeckt, die in Vorbereitung des Abbau noch durch andere Methoden evaluiert werden. Technologische Entwicklungen der Satellitenaltimetrie Betreuer: Nico Sneeuw Die Satellitenaltimetrie macht zur Zeit eine Entwicklung durch von einer Punktmessmethode in Nadirrichtung hin zu SAR-basierten Verfahren. In diesem Vortrag soll anhand der Messkonzepten von CryoSat, SWOT und Wavemill diese Entwicklung erläutert werden. Außer der technologischen Seite wird das Raum-Zeit- Abtastverhalten diskutiert. Was sind wavelets, und wer braucht sie? Betreuer: Wolfgang Keller Fourieranalyse basiert auf der Stationaritätsannahme, das das zu analysierende Signal ein Gemisch von reinen Frequenzen ist und dass sich die Zusammensetzung dieses Gemischs mit der Zeit nicht ändert.im Gegensatz zu dieser Annahme existieren viele Signale mit stark instationärem Verhalten - Frequenzen erscheinen im Signal nur für bestimmte Intervalle- man denke nur an Musik.Wavelets sind nun ein Werkzeug zur Analyse dieser instationären Signale.Der Vortrag soll das Konzept von

3 Wavelets als Kontrastprogramm zur Fourieranalyse einführen und wichtige Anwendungen aufzeigen. Literatur: "Wavelets for kids" "Learn to swim in the sea of wavelets" Neue Schwerefeld-Satellitenmissionen Betreuer: Tilo Reubelt Die GRACE-Mission, die inzwischen 10 Jahre im Erumlauf ist, hat einen entscheidenden Beitrag zur Bestimmung des zeitvariablen Schwerefeldes und damit vor allem zur Untersuchung geophysikalischer und klimatologisch relevanter Phänomene geleistet wie z.b. das Abschmelzen von Eismassen, den Anstieg des Meeresspiegels, Veränderung von Ozeanströmungen sowie der nacheiszeitlicher Landhebung. Allerdings ist die Schwerefeldbestimmung mit GRACE beeinträchtigt durch Probleme wie räumliches und zeitliches Aliasing, anisotropes Messsignal (Messungen nur entlang der Flugrichtung, also in Nord-Süd-Richtung) sowie einer niedrigen Sensitivität (moderne Laser besitzen inzwischen eine weitaus höhere Genauigkeit). In einer zukünftigen Schwerefeldmission sollen diese Probleme minimiert werden. Lösungsansätze dazu sind der Einsatz hochgenauer Messinstrumente (z.b. Laser und dragfree-technik), fortgeschrittene Satellitenformationen (höhrere Sensitivität und Isotropie), eine bessere Abtastung des zeitvariablen Schwerefeldes (Bahndesign, Multiformationskonzepte) sowie verbesserte Hintergrundmodelle (zur Reduktion von Störsignalen, z.b. Gezeiten oder Atmosphäre). In den letzten Jahren gab es diesbezüglich eine Reihe von Studien, die z.b. von der ESA (Europäische Raumfahrtbehörde) oder dem BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung) finanziert wurden. Einfluss von Strukturen auf landwirtschaftlich genutzten Flächen auf das RA- DAR-Rückstreusignal unterschiedlicher Frequenzen Betreuer: René Pasternak Das RADAR-Rückstreuverhalten von Objekten bzw. deren Oberflächen hängt neben der dielektrischen Eigenschaft auch von deren Struktur ab. Auf landwirtschaftlich genutzten Flächen entstehen regelmäßige Strukturen durch die Bearbeitung und den Pflanzenanbau, die in Abhängigkeit von der Bearbeitungsrichtung unterschiedlich zum Sensor orientiert sind. Dies wirkt sich auf das Rückstreusignal aus. In diesem Vortrag soll dieser Zusammenhang für unterschiedliche Frequenzen aufgezeigt werden. Die entsprechende Literatur ist selbständig zu recherchieren. GPS mit SBAS Betreuer: Michael Gäb Satellite Based Augmentation System (SBAS) stellt verschiedene Korrekturwerte für die Verbesserung der GPS Positionsschätzung zur Verfügung. Die von einem SBAS Satelliten übertragenen Daten und die Anwendung der Korrekturwerte bei der GPS Positionsschätzung ist durch das offizielle Dokument RTCA 229D genau festgelegt. Bei der Vorstellung dieser Thematik soll anhand des Dokuments ein Überblick der verschiedenen Korrekturwerte dargestellt werden. Anschließend soll die Interpolation der Ionosphärischen Korrektur näher erläutert werden. Wie augensicher sind Lasermesssysteme Betreuer: Aloysius Wehr Für diesen Vortrag müssen die Normen für den Augenschutz bzgl. Laserstrahlung studiert werden. Dann soll beispielhaft geprüft werden, ob die auf dem Markt angebo-

4 tenen Messgeräte diese Bedingungen erfüllen. Ferner soll herausgearbeitet werden, wer für die Angaben auf den Geräten und die Zertifizierung verantwortlich ist. Woher kennt das Handy die Position? Betreuer: Bernhardt Schäfer In modernen Mobiltelefonen stehen verschiedene Positionierungstechnologien zu Verfügung. Der Vortrag soll die unterschiedlichen Verfahren und ihre Funktionsweisen vorstellen. Dabei soll vor allem auf Verfahren eingegangen werden, die nicht GNSS Positionen verwenden, und daher auch in Gebäuden verwendet werden können. Fähigkeit zur selbstständigen Literaturrecherche ist von Vorteil, bei Bedarf können Literaturstellen vorgegeben werden. Die Lösung des sogenannten Längenproblems mit Hilfe der Mondtabellen von Tobias Mayer Betreuer: Wolfgang Schöller Tobias Mayer (* 17. Februar 1723 in Marbach am Neckar; 20. Februar 1762 in Göttingen, in diesem Jahr ist sein 250. Todestag!) war ein deutscher Astronom, Geound Kartograph, Mathematiker und Physiker. Obwohl er als Autodidakt niemals studiert hatte, war er ein anerkannter Wissenschaftler seiner Zeit. Eine Mondtafel oder Mondtabelle ist eine Darstellungsmethode, die möglichst viele vorher berechnete o- der gemessene Monddaten in Bezug auf Fixsterne, Planeten, Erde und Sonne tabellarisch zugänglich macht. Als Monddistanz wird der Winkelabstand des Mondes zu hellen Fixsternen bezeichnet, die in der Nähe seiner Bahn am Himmel liegen. Aus der Messung des Abstands zwischen dem Mond und einem bestimmten Fixstern lässt sich aus den Daten der Mondbahn die Zeit der Beobachtung (Ortszeit) ermitteln, sofern man den genäherten Standort kennt. Mit Hilfe der Sternzeit (siderische Zeit; Stand des Sternhimmels) ermittelt man aus der Differenz von siderischer Zeit und Ortszeit die geographische Länge. Testfeldkalibrierung in der Photogrammetrie Betreuer: Michael Cramer Testfelder werden zur Kalibrierung von photogrammetrischen Kamerasystemen eingesetzt. Während dieses in der Vergangenheit standardmäßig nur für Nahbereichsanwendungen üblich war, werden die Testfelder mittlerweile auch für die (geometrische) Kalibrierung von Luftbildkamerasystemen eingesetzt. In dem Vortrag sollen die Methoden der Testfeldkalibrierung erarbeitet werden, dazu sind die in den Lehrveranstaltungen Photogrammetrie bzw. Nahbereichsphotogrammetrie bereits erworbenen Kenntnisse zu vertiefen. Insbesondere die Unterschiede in der Nahbereichsbzw. Luftbildkamerakalibrierung sind herauszustellen. Die Anforderung an die 3- Dimensionalität eines Testfelds ist zu diskutieren. Optional besteht die Möglichkeit die theoretischen Sachverhalte durch eigene Kalibrierung einer Nahbereichskamera zu verdeutlichen. Neben Fachbüchern und diversen Literaturstellen stehen auch Normen (Standards) als Literatur zur Verfügung. Gebäudeextraktion aus luftgestützt erfassten Schrägbildaufnahmen Betreuerin: Susanne Becker Für eine Vielzahl von Anwendungen, insbesondere im Bereich der Geoinformationssysteme und der 3D-Stadtmodelle, sind aktuelle und genaue Darstellungen existierender Gebäude von hoher Wichtigkeit. Der immer schneller vonstattengehende Wandel, in dem sich Städte heutzutage befinden, macht eine ständige Aktualisierung bestehender Datensätze notwendig. Seit einigen Jahren werden Städte flächende-

5 ckend durch Schrägbildaufnahmen aus der Luft erfasst. Zusammen mit derzeitigen Entwicklungen auf dem Gebiet des Dense Matching bieten diese Daten eine Grundlage für zahlreiche neue Forschungsarbeiten zur automatischen Interpretation und Rekonstruktion. Beispielhaft für die vielen Anwendungen und Möglichkeiten, die sich aus dieser neuen Generation von Daten ergeben, soll hier eine von Xiao et al. (2012) entwickelte Methode zur Gebäudeextraktion vorgestellt werden. Literatur: Xiao, J., Gerke, M. & Vosselman, G. (2012). Building extraction from oblique airborne imagery based on robust facade detection. In: ISPRS journal of photogrammetry and remote sensing, 68 (2012) pp Structure from Motion Automatische 3D Rekonstruktion aus 2D Bildern Betreuung: Konrad Wenzel Structure from Motion Reconstruction Algorithmen ermöglichen die automatische Rekonstruktion von 3D Informationen und Kameraorientierungen aus 2D Bildern. Dafür werden in den Bildern markante Punkte extrahiert, welche anschließend in Abhängigkeit zu ihrer Umgebung im Bild beschrieben werden. Dies ermöglicht eine eindeutige Zuordnung zwischen identischen Punkten in verschiedenen Bildern. Anschließend werden die entsprechenden Sichtstrahlen mithilfe eines Vorwärtsschnittes im Raum geschnitten und ergeben einen 3D Punkt. Außerdem wird die äußere Orientierung für jedes Bild bestimmt. Der komplette Prozess wird inkrementell und komplett automatisch durchgeführt. Die extrahierten geometrischen Informationen können für verschiedene Zwecke weiterverwendet werden, welche von der Erstellung von Panoramabildern bis zur hochgenauen photogrammetrischen Vermessung reichen. Für das Structure from Motion Verfahren stehen verschiedene Ansätze, Optimierungen und Implementierungen zur Verfügung. Innerhalb des Vortrages soll die grundlegende Methodik sowie verschiedene Umsetzungen vorgestellt werden. Texturierte 3D Rekonstruktionen aus UAV-Videosequenzen Betreuer: Norbert Haala Unbemannte Flugsysteme (UAV) gewinnen auch für photogrammetrische Anwendungen zunehmend an Bedeutung. Insbesondere für die Erfassung kleinräumiger Gebiete bieten UAV aufgrund der preiswerten Systemkomponenten eine flexible und kostengünstig Alternative zur klassischen Luftbildphotogrammetrie. Im Gegensatz zu klassischen Aufnahmekonfigurationen werden dabei häufig auch Videosequenzen eingesetzt. Im Vortrag soll ein Ansatz zur Rekonstruktion dichter 3D Punktwolken aus Mehrkamerasystemen einschließlich der Kompression dieser Punktwolken in Dreiecksvermaschungen vorgestellt werden. Web Mapping 2.0 Betreuer: Volker Walter In dem Vortrag soll aufgezeigt werden, wie sich die die Bereitstellung und Verarbeitung von Geodaten im Internet innerhalb der letzten 15 Jahre verändert hat. Zunächst soll diskutiert werden, welche Technologien bis ca eingesetzt wurden und welche Nachteile diese hatten. Anschließend sollen die heute verwendeten Technologien gegenübergestellt werden. Hierbei sollen Begriffe wie z.b. Map Mashup, Crowd Sourcing, Neogeography, API oder AJAX erklärt werden. Diese Technologien sollen an Beispielen dargestellt werden. Abschließend sollen die Vor- und Nachteile dieser neuen Technologien diskutiert werden. Zwei einführende Artikel finden sich unter:

6 Muki Haklay, Alex Singleton and Chris Parker: Web Mapping 2.0: The Neogeography of the GeoWeb. +of+the+geoweb.pdf Michael Battya, Andrew Hudson-Smith, Richard Milton and Andrew Crook: Map mashups, Web 2.0 and the GIS revolution. Weitere Literatur zu diesem Themenfeld ist selbständig im WWW zu recherchieren.