Erste Schritte zum 3D-Kataster

In einem Forschungsprojekt rund um den Bodensee wird untersucht, wie aus der Verschmelzung eines DLM und klassifizierten Punktwolken ein 3D-DLM automatisch erzeugt werden kann.

In einem internationalen Forschungsprojekt rund um den Bodensee wird ein Digitales Landschaftsmodell mit 3D-Objekten modelliert. Dieses 3D-DLM enth├Ąlt neben dem ├╝blichen 2D-DLM nicht nur ein Gel├Ąndemodell (auch als 2,5-DLM bezeichnet), sondern zus├Ątzlich auch dreidimensionale K├Ârper. Diese stammen aus den Digitalen Oberfl├Ąchen- und Gel├Ąndemodellen (DGM, DOM) und werden in CityGML modelliert. Das 3D-DLM soll dazu auch semantisch modelliert werden, sprich alle Objekte werden nach thematischen und funktionalen Aspekten strukturiert.

Das Projekt ist eine thematische Erg├Ąnzung zu dem Vorhaben der AdV bis 2020 neben Wohn- und Arbeitsgeb├Ąuden auch Br├╝cken, D├Ąmme, Windenergieanlagen und vieles weitere mehr deutschlandweit in 3D zu modellieren. Geleitet wird das Projekt vom Runden Tisch GIS e.V. in M├╝nchen. Auftraggeber sind das ├Âsterreichische Bundesamt f├╝r Eich- und Vermessungswesen (BEV), das Landesamt f├╝r Digitalisierung, Breitband und Vermessung Bayern (LDBV), das Landesamt f├╝r Geoinformation und Landentwicklung Baden-W├╝rttemberg (LGL) sowie in beratender Funktion das Bundesamt f├╝r Landestopographie der Schweiz swisstopo. Partner sind der Lehrstuhl f├╝r Geoinformatik der TU M├╝nchen und die Firma M.O.S.S. Computer Grafik Systeme GmbH.

LiDAR-Daten im 3Dfier, die mit DLM-Daten homogenisiert werden k├Ânnen. Foto: TU Delft

LiDAR-Daten im 3Dfier, die mit DLM-Daten homogenisiert werden k├Ânnen. Foto: TU Delft

Damit werden verschiedene Modelle zusammengef├╝hrt, die bisher von den jeweiligen Bodenseeanrainerl├Ąndern getrennt gef├╝hrt werden. In der Schweiz, wo man sich bereits seit l├Ąngerem auf einen landesweiten 3D-Ansatz bei den Geobasisdaten verst├Ąndigt hat, wird bereits mit dem swissTLM 3D ein dem 3D-DLM entsprechendes Produkt angeboten. In Vorarlberg wird aktuell eine Machbarkeitsstudie durchgef├╝hrt. Bayern und Baden-W├╝rttemberg haben neben dem DGM und hochaufgel├Âsten DOMs 3D-Geb├Ąudemodelle als Produkt. In der Initiative Baden- W├╝rttemberg 4D sollen Geoinformationen sowohl um die dritte Dimension als auch um zeitliche Aspekte erweitert werden. Hintergrund des Projektes ist dabei die Erweiterung der amtlichen Geobasisdaten, die bisher noch ├╝berwiegend als 2D-Daten erfasst und fortgef├╝hrt werden, um eine 3D-basierte Arbeitsweise. Europaweit existiert der Trend zur dreidimensionalen Datenf├╝hrung der amtlichen Daten, wenn auch bisher in Deutschland begrenzt auf wenige Objektarten wie Geb├Ąude. Doch die Weichen sind gestellt. In der Version 7 der GeoInfoDok der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen (AdV) beispielsweise ist die 3D-Datenf├╝hrung bereits optional aufgef├╝hrt. Aktuell hat die AdV beschlossen, bis 2020 mehr als 30 neue 3D-Objektklassen bei ALKIS/ ATKIS zu schaffen. Nicht nur Geb├Ąude, sondern auch Br├╝cken, T├╝rme, Windenergieanlagen, Mauern oder Staud├Ąmme sollen erfasst werden. Zudem ├Ąndern sich aktuell in manchen Bundesl├Ąndern bereits die Vorschriften f├╝r die Erfassung. Man folgt nicht mehr uneingeschr├Ąnkt dem Prinzip ÔÇ×2D FirstÔÇť. Inzwischen werden Katasterdaten auch schon aus Luftbildern sowie bildbasierten 3D-Punktwolken aktualisiert. Man ist sich dabei den Einschr├Ąnkungen bei der Genauigkeit bewusst, die Vorteile in Bezug auf Effizienz bieten. Kosten und Aktualit├Ąt werden aber vielerorts als wichtiger bewertet.

In der Erfassung der amtlichen Geobasisdaten k├Ânnte sich ein zuk├╝nftiger Paradigmenwechsel ank├╝ndigen, bei dem 3D- nicht mehr zwangsl├Ąufig aus 2D-Daten abgeleitet werden. Man nutzt k├Ânnte die in der Geoinformatik verf├╝gbaren Methoden und Softwarel├Âsungen im 3D-Umfeld demnach nutzen, um Prozesse und Angebot amtlicher Geodaten zu modernisieren.

Anwendungsbeispiele des 3Dfiers der TU Delft: Hier eine 2D-Karte mit Geb├Ąudeumrissen, rechts eine LOD1-Modell. Foto: TU Delft

Anwendungsbeispiele des 3Dfiers der TU Delft: Hier eine 2D-Karte mit Geb├Ąudeumrissen, rechts eine LOD1-Modell. Foto: TU Delft

Das Projekt verfolgt genau diese Sto├črichtung und leistet Pionierarbeit. ÔÇ×Die Intention ist zu ├╝berpr├╝fen, inwiefern heute mit den verf├╝gbaren L├Âsungen und Prozessen erste praxisrelevante Workflows umgesetzt werden k├ÂnnenÔÇť, sagt Philipp Willkomm, Leiter des Gesch├Ąftsbereichs Geotopographie & 3D bei M.O.S.S.. Ebenso wird evaluiert, welche Ergebnisse mit den heute verf├╝gbaren Daten zu erzielen sind und wie detailliert Geb├Ąude, Br├╝cken und weiteren Bauwerke, die im bisherigen amtlichen 3D-Datenbestand nicht ber├╝cksichtigt waren, in das DLM in 3D integriert werden k├Ânnen. Zus├Ątzliche Entwicklungsleistungen waren innerhalb des Projekt- Finanzrahmens nicht vorgesehen. Infolge unterschiedlicher Methoden f├╝r die Erfassung, Verarbeitung und Modellierung weisen das zweidimensionale DLM und das DGM Inkonsistenzen auf. Eine einfache ├ťberlagerung f├╝hrt zu geometrisch und semantisch fehlerhaften Ergebnissen. So fehlen im DGM in der Regel Informationen ├╝ber die H├Âhe von Br├╝cken, und Gel├Ąndeeinschnitte, in denen sich ein Fluss befindet, weichen von der Lage des Flusses in den Vektordaten ab.

Das Projekt ist in mehrere Projektphasen untergliedert. In der bereits Anfang 2017 abgeschlossenen Projektphase 1 wurden Anwendungsszenarien, Datenmodellierung und Methoden der Transformation bearbeitet. In der zweiten sogenannten Demonstrationsphase, deren Abschlussbericht im M├Ąrz vorgestellt werden soll, wurde bereits ein konsistentes 3D-DLM erstellt. Und daf├╝r konnte bereits durch Zusammenf├╝hrung der Datens├Ątze eine l├╝ckenlose Beschreibung der Landschaftsoberfl├Ąche erstellt werden. ÔÇ×Sie ist als Grundlage unumg├Ąnglich f├╝r weitere Anwendungen des 3D-DLMÔÇŁ, sagt Willkomm. Beispielsweise m├╝ssen 3D-K├Ârper wie Br├╝cken oder Stra├čen l├╝cken- und widerspruchslos in das umgebende Gel├Ąnde eingepasst werden, damit sie in Anwendungen wie etwa Hochwassersimulationen sinnvoll genutzt werden k├Ânnen.

Diese Verschmelzung geschah in einem vollautomatisierten, regelbasierten Prozess. Daf├╝r wurde das Open-Source-Programm 3Dfier, das von der TU Delft stammt und speziell f├╝r die Erstellung gro├čer 3D-Datens├Ątze entwickelt wurde, eingesetzt. Es erzeugt eine CityGML-Datei aus einem 2D-DLM und einer Punktwolke. ÔÇ×Damit konnte das Testgebiet problemlos in ├╝berschaubarer Zeit bearbeitet werdenÔÇť, berichtet Willkomm. F├╝r das 254 Quadratkilometer gro├če Gebiet ben├Âtigte es 110 Minuten, mit m├Âglicher Parallelisierung noch erheblich weniger ÔÇô womit eine Eignung f├╝r Daten auf Bundeslandebene erwiesen ist. Zwar gebe es bei der Datenqualit├Ąt noch erhebliches Optimierungspotenzial, doch dies zu heben sei eine Aufgabe f├╝r Folgeprojekte, in denen auch Entwicklungst├Ątigkeiten geleistet werden k├Ânnen. Anschlie├čend wurden die Objekte gem├Ą├č der vorhandenen Objektklassen des 3Dfiers semantisch eingeteilt. Einschr├Ąnkend stellte sich aber auch heraus, dass unklassifizierte Punktwolken, die aus Bilddaten gewonnen werden, nicht f├╝r den 3Dfier geeignet sind. ÔÇ×Dennoch ist klar geworden, dass die Potenziale f├╝r die Verschmelzung von 2D- und 3D-Daten aus verschiedenen Datenbest├Ąnden gro├č sind und hierin eine gro├če Chance f├╝r die amtlichen Vermessungsverwaltungen liegt, neue Formen der Massendatenverarbeitung zu etablierenÔÇť, ist Willkomm ├╝berzeugt.

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