Engine für 3D-Stadtmodelle
Mit CitiGenius stellt Phoenics eine neue Lösung für die Erstellung objektorientierter 3D-Stadtmodelle vor, bei der die Fachanwendungen integriert sind.
Die IT-Welt ist voller Schlagwörter und Abkürzungen. Manchmal künden sie tatsächlich etwas bahnbrechend Neues an, meistens jedoch sind sie das Ergebnis von Marketingaufträgen und wollen den berühmten alten Wein in neuen Schläuchen verkaufen. Der Photogrammetrie-Spezialist Phoenics aus Hannover zeigt dieses Jahr auf der Intergeo eine Neuigkeit, die als „3D Geospatial Solution“ angekündigt wird und die tatsächlich einige der bekannten Ansätze der Branche weiterdenkt. Was ist also dran an der neuen Lösung, die den Namen CitiGenius trägt?
Zunächst einmal eine einfache, abstrakte Erklärung: CitiGenius ist eine datenbankorientierte Lösung, bei der alle geometrischen und alphanumerischen Daten zu Städten und Infrastruktur in 3D modelliert werden und auf deren Basis verschiedene Applikationen laufen, die neben typischen Lärm-, Wind- oder Überflutungsanalysen, Tools zur Terrorbekämpfung, für den Katastrophenschutz, den Brandschutz oder die Landesverteidigung bereitstellen.
Eine wesentliche Besonderheit im Vergleich zur bisherigen Produktion von 3D-Modellen ist es, dass mit CitiGenius verschiedenste Workflows unter Verwendung unterschiedlicher Ausgangsprodukte genutzt werden. „Eingang finden neben Luftbildern, Laserdaten oder 3D-Punktwolken auch Schrägluftbilder oder andere semantische Daten“, erklärt Markus Guretzki, Geschäftsführer von Phoenics und CitiGenius. Dabei werden moderne Methoden aus den Bereichen Artificial Intelligence (AI), Deep Learning, High Performance Computing und Simulation Technologies and Computer Graphics genutzt, um Rasterdaten zu synthetisieren und aus diesen vektorbasierte Objektmodelle zu generieren. Die dazu notwendige Voraussetzung ist, dass die einzelnen Datenprodukte in einem einheitlichen geografischen Bezugssystem vorliegen. „Heutzutage ist es zum Beispiel möglich, dass auch Schrägluftbilder georeferenziert werden und so für die Modellierungen von Fassaden oder Dächern hervorragend genutzt werden können“, erläutert Guretzki. Die Methoden kommen ebenso zum Einsatz, um auf Basis eines Digitalen Oberflächenmodells (DOM) Gebäude oder Vegetation zu modellieren und daraus außerdem ein Digitales Geländemodell (DGM) zu erzeugen. Genauso gut kann aus einem DGM mit Hilfe von hochauflösenden Luftbildern ein DOM erstellt werden. „Die in CitiGenius entwickelte Engine kann dabei quasi beliebige Workflows anwenden, je nachdem, welche Daten vorliegen und welche Produkte generiert werden sollen“, erläutert Guretzki.
Die Prozesse laufen nach Angaben von Phoenics zum Teil vollautomatisiert ab. Es gibt aber auch Werkzeuge zur manuellen Nachbearbeitung. Dafür bietet CitiGenius zum Beispiel verschiedene Objektbibliotheken, die auch regionale Besonderheiten abbilden. „So ist es zum Beispiel möglich, Standard-Modelle von Straßenlaternen in das 3D-Stadtmodell zu übernehmen, die den in Deutschland üblichen Bauweisen entsprechen“, beschreibt Guretzki. Als Ergebnis entsteht ein „synthetisches, datenbankorientiertes 3D-Stadtmodell, das die Basis für viele Funktionen rund um den Themenkomplex Smart City bildet“, so der Phoenics-Geschäftsführer.
Funktionen aus Anwendersicht
Seit Jahren werden die verschiedensten Funktionen diskutiert, die man auf Basis von 3D-Stadtmodellen realisieren kann. Die Frage war dabei immer, wie man welche Daten aus dem originären Modell herauslösen kann, um diese dann den jeweiligen Fachanwendungen zur Verfügung zu stellen. CitiGenius wählt einen anderen, hochintegrierten Ansatz: Bei der Lösung setzen die Applikationen direkt auf der Modellierungsumgebung auf und werden innerhalb der Suite integriert. Bisher gibt es bereits einige Standardanwendungen, die auf Kundenwunsch hin stetig weiterentwickelt werden. So wächst das System mit den angefragten Tools und Funktionalitäten.
CitiGenius adressiert aber vor allem Analysen – beispielsweise zur Wind- und Schadstoffausbreitung, zu Solarenergieerträgen oder für die Stadtplanung. So können etwa Architekturmodelle integriert oder Videos erstellt werden. Die Solaranwendung beispielsweise berechnet anhand der saisonalen und täglichen Variationen der Sonneneinstrahlung, wie viel Solarenergie von Panels, die auf der freien Dachfläche installiert werden, produziert werden kann. Dabei werden auch Verschattungen durch benachbarte Strukturen wie Häuser oder Vegetation berücksichtigt. Mit CitiGenius können zum Beispiele Überflutungsmodelle erstellt, Notfallsituationen simuliert oder Dacheinstürze durch Eis und Schneelasten prognostiziert werden. Weitere Anwendungen bieten sich auf Basis der integrierten Messtools zur Längen- und Winkelmessung im dreidimensionalen Raum für die Bereiche Terrorbekämpfung, Katastrophenschutz, Brandschutz sowie für die polizeiliche Einsatzplanung.
„Besonders interessant für den deutschsprachigen Markt sind die Anwendungen für den 3D-Kataster-Bereich, da Dächer und Grundflächen sehr gut separiert werden können“, sagt Guretzki. CitiGenius liefert also eine komplette 3D-Lösung bestehend aus Daten, Software und Dienstleistung. Der Kunde erhält somit ein anwendungsbezogenes Produkt bestehend aus Daten und Software mit vorhandenen Funktionen und Analysen und je nach Bedarf neu entwickelten Lösungen für spezielle Aufgaben. „Mit dem Funktionsspektrum kann man CityGenius ohne weiteres als 3D-GIS bezeichnen“, so der Geschäftsführer. Neben vielen internationalen Projekten wurden in Deutschland Testprojekte durchgeführt, etwa für den Firmenstandort in Seelze, bei dem im Rahmen einer Befliegung gezeigt wird, wie „selbst aus einer geringen Überlappung von 60/30 hervorragende 3D-Stadtmodelle erzeugt werden können“, so Guretzki.
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