Oberflächenmodell - (DOM) - Airborne Laserscanning (ALS) - Anwendungen

Aufrissdarstellung der rot eingefärbten Laserscan-3D-Punktwolke im Bereich Leopoldsberg.

Die flächendeckende Laserscanbefliegung des Wiener Stadtgebietes lieferte als Ergebnis Daten, die für eine Fülle von Aufgaben Anwendung finden können. Sie sind Basis für innovative raumbezogene Analysemethoden.


Sichtbarkeitsanalysen und Fotomontagen für städtebauliche Projekte

Für die Baufelder des Areals des zukünftigen Hauptbahnhofes und für das Bürohausprojekt Kometgründe hat die Stadtvermessung Wien (MA 41) Sichtbarkeitsanalysen und Fotomontagen bezogen auf die beiden Wiener Weltkulturerbegebiete "Historisches Stadtzentrum von Wien" und "Schloss und Park von Schönbrunn" durchgeführt.

Sichtbarkeitsanalysen

Schematische Aufrissdarstellung möglicher Sichthindernisse (Haus, Auto, Baum) in den von der Kante eines Hochhauses abgehenden Sehstrahlen zum Gelände.

Bei der Sichtbarkeitsanalyse wird untersucht, ob zwischen zwei Orten eine Sichtverbindung besteht.

Bei einer Sichtbarkeitsanalyse wird auf Basis eines Höhenmodellrasters (digitales Oberflächenmodell) flächendeckend ermittelt, von welchen Bereichen des öffentlichen Raumes eine mögliche Sichtbeziehung zu einem geplanten Projekt besteht. Je nach Detaillierungsgrad der verwendeten Daten können dabei auch Dachformen und Vegetation als mögliche "Sichthindernisse" berücksichtigt werden.


Detailausschnitt einer Sichtbarkeitskarte mit pink eingefärbten Flächen im Bereich Oberes Belvedere.

Die Sichtbarkeitskarte stellt Gebiete dar, von denen aus eine Sichtverbindung zum Untersuchungsobjekt möglich ist.

Bei diesem sehr rechenaufwändigen Verfahren werden zunächst von jeder einzelnen Rasterzelle des Höhenmodells aus Sichtstrahlen zu dem geplanten Projekt gelegt und auf mögliche Sichthindernisse geprüft. Bei der Berechnung des Sichtstrahls können - entfernungsabhängig - auch Erdkrümmung und Lichtrefraktion berücksichtigt werden. Das Ergebnis wird in einer Sichtbarkeitskarte dargestellt, wo jene Gebiete farblich angelegt sind, für die eine Sichtbeziehung möglich ist. Diese ermittelten Verdachtsflächen wurden auch zur Standortauswahl für die Erstellung von exakten Fotomontagen herangezogen.


Fotomontagen

Ausschnitt aus einer Fotomontage mit einer als roten Linie dargestellten Skyline geplanter Bauprojekte im Gebiet des Hauptbahnhofes vom Bereich Unteres Belvedere Richtung Oberes Belvedere aus gesehen.

In einer Fotomontage können Abbildungen von geplanten Projekten in ein Bild integriert werden.

Bei einer Fotomontage für genaue städtebauliche Begutachtungen wird von einem definierten Standpunkt im Straßenraum ein Foto mit einer kalibrierten digitalen Kamera erstellt. Der Fotostandpunkt wird eingemessen und die Bildorientierung (Drehung, Verkantung und Brennweite der Kamera) im Rahmen eines Postprozesses bestimmt. In dieses georeferenzierte Foto können dann unterschiedliche Varianten von lage- und höhenmäßig bekannten Projekten eingeblendet und somit "montiert" werden.


Automatische Vegetationsanalyse

Überlagerung von Orthofoto und Vegetationsmaske, in der die Flächen mit Vegetation als Umfahrungspolygone dargestellt sind, im nördlichen Bereich des Augarten.

Vegetationsbereiche können auch mit Hilfe der ALS-Daten detektiert werden.

Die Erfassung von Baum-, Baumgruppen- und Gebüschumfahrungen für die Mehrzweckkarte erfolgt im Innenbereich der Straßenblöcke sowie in bewaldeten Gebieten in der Regel durch photogrammetrische Luftbildauswertungen. Nun können die Vegetationsbereiche auch mit Hilfe der ALS-Daten detektiert werden. Im Rahmen eines Forschungsprojektes mit dem Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung (IPF) der TU Wien wurden Methoden zur Extraktion von Vegetationsbereichen entwickelt. Als Grundlage dafür dienen die Daten aus der FWF-Befliegung, bei der die gesamte Wellenform der zurückgestrahlten Energie aufgezeichnet wird. Durch die Analyse dieser FWF ist es auch möglich, zusätzlich Aussagen über die Beschaffenheit der Objekte zu treffen, von denen die Laserimpulse reflektiert werden.


Verbesserung des bestehenden digitalen Geländemodells (DGM) unter Verwendung der Laserscandaten

Drei Detailausschnitte des Geländemodells aus ALS-Daten mit Geländeschummerung als Hintergrundbild.

Das Geländemodell aus ALS-Daten schließt die Datenlücken in weniger dicht verbauten Gebieten der Stadt.

Das digitale Geländemodell (DGM) der Stadt Wien wird seit vielen Jahren von technischen Dienststellen des Magistrats als Planungsgrundlage verwendet. Die Basisdaten für das DGM werden aus der Luftbildauswertung und der terrestrischen Vermessung im Rahmen des Aktualisierungszyklus der Mehrzweckkarte gewonnen. Der Bestand weist eine Rasterweite von 2,5 Metern bei einer Höhengenauigkeit von circa 20 Zentimetern im Umfeld der Messdaten auf. Die bisherige Erstellung des DGM basiert auf einer Vermaschung zwischen Bestandspunkten - photogrammetrischer oder terrestrischer Natur. Durch den Umstand, dass diese diskreten Punkte relativ weit voneinander entfernt sein können (zum Beispiel "Datenlöcher" in Waldbereichen), wird die Topographie nicht überall realitätsgetreu abgebildet. Mit den nun vorliegenden Laserdaten ist es möglich Informationslücken zu schließen und flächendeckend ein realitätsgetreues DGM zur Verfügung zu stellen.


Automatische Dachmodellierungen für das 3D-Modell

Gegenüberstellung eines texturierten 3D-Modells und eines Perspektivbildes des 3D-Stadtmodells mit Dächern von einem Häuserblock.

Automatische Dachextraktion anhand von ALS-Daten ist bei komplexen Dachformen schwierig.

Die automatische Dachauswertung aus Laserscandaten ist seit einigen Jahren ein internationaler Forschungsschwerpunkt von technischen Universitäten und privaten Forschungseinrichtungen. Die Stadtvermessung Wien (MA 41) hat im Herbst 2008 gemeinsam mit dem Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung (IPF) der Technischen Universität Wien ein Projekt initiiert, in dem mehrere europäische Know–how-Träger*innen auf diesem Segment aufgefordert wurden, mit den Wiener ALS-Daten testweise automatische Dachauswertungen vorzunehmen. Nach der Evaluierung der von den aufgeforderten Firmen eingebrachten Dachauswertungen durch das IPF zeigte sich, das für einfache Dachformen wie beispielsweise in Einfamilienhausgebieten befriedigende Ergebnisse durch automatische Extraktionsalgorithmen erzielt werden können.


Extraktion des Waldwegenetzes unter Verwendung des digitalen Geländemodells (DGM)

Überlagerung der Darstellungen einer grauen Geländeschummerung, Linien der Mehrzweckkarte in Schwarz und ergänzter Inhalte in Farbe im Bereich Wienerwald.

Waldwege und Situationslinien unter Baumkronen können mit Hilfe des aus ALS-Daten extrahierten Geländemodells sehr gut erkannt werden.

Die Großstadt Wien deckt mit ihrer räumlichen Ausdehnung nicht nur verbaute Gebiete, sondern auch große Vegetationsbereiche im Wienerwald und der Lobau ab. Diese Flächen unterliegen nicht dem 3-jährigen Aktualisierungszyklus der Mehrzweckkarte, sondern werden in größeren Zeitintervallen aktualisiert. Mit dem vorliegenden digitalen Geländemodell (DGM) aus der Laserscan-Messkampagne ist es möglich, die Topographie der Waldflächen inklusive des Waldwegenetzes sehr genau zu erfassen.

Durch eine an den ALS-Daten angewandte Filterung, bei der nur der letzte Impuls der Reflexion berücksichtigt wird, entsteht das DGM, welches das Gelände abbildet. Durch das Spezifikum der hohen Punktdichte pro Quadratmeter ist es bei dem Wiener Laserscandatensatz nun erstmals möglich den Waldboden detailliert abzubilden und Auswertungen in bewaldeten Gebieten vorzunehmen.

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