Für IoT- und Smart City-Anwendungen: virtualcitySYSTEMS erstellt Digitalen Zwilling von Rotterdam
Am Beispiel der Stadt Rotterdam zeigt virtualcitySYSTEMS welchen Stellenwert 3D-Stadtmodelle zukünftig für den Aufbau eines digitalen Zwillings einer Kommune haben können.
Die Stadt Rotterdam ist beim Aufbau von 3D-Stadtmodellen nicht nur einer der Vorreiter in Europa, sie hat auch eine Vision für die Entwicklung des sogenannten „Digital Twin Rotterdam“ geprägt: Innerhalb des völlig neuartigen Ansatzes sollen alle Geobasisdaten der Stadt und die dazu gehörigen Fachdaten in einer zentralen Datenplattform in 3D verwaltet werden. Dies erfordert den Paradigmenwechsel, die primäre Datenpflege in 3D zu verankern und alle weiteren Daten für die Verwendung in vielfältigen Fachanwendungen daraus abzuleiten. „Wir sind uns der weitreichenden Dimension unserer Vision durchaus bewusst und glauben, dass es fünf bis zehn Jahre dauern kann, bis diese vollständig in die Praxis umgesetzt wird“, so Christian Veldhuis, GIS-Berater der Stadt Rotterdam.
Vision einer zentralen Datenplattform
Ein erstes 3D-Stadtmodell wurde bereits 2010 erstellt. Im letzten Jahr ist die Kommune einen Schritt weitergegangen und erschuf einen Digitalen Zwilling für die Stadt, der als zentrale Datenplattform für eine neue Ära von Anwendungen dienen soll. Unter einem Digitalen Zwilling versteht Rotterdam nicht nur ein intelligentes 3D-Modell der gebauten Stadt, sondern auch der gesetzlichen, regulatorischen, sozialen und vieler anderer nicht physischer Inhalte. Das heißt, Straßen, Gebäude, öffentliche Räume oder auch die Infrastruktur im Untergrund sind auch die Grundlage, um Echtzeitdaten anzubinden und Smart City-Anwendungen zu realisieren.
Die Vision, die hinter dem Digitalen Zwilling von Rotterdam steht, versteckt sich in der sogenannten „One Object Registration“. Gemäß der aus dem Umfeld von BIM bekannten Logik sollen alle Geodaten als Repräsentant der natürlichen und der gebauten Umwelt nur einmal innerhalb dieses zentralen Modells erfasst, gepflegt und fortgeführt werden – und das natürlich in 3D. Dies bedeutet einen radikalen Paradigmenwechsel im Vergleich zu der heute üblichen Praxis, bei der jede Abteilung ihre eigenen Daten pflegt. „Informationen zu Gebäuden gab es beispielsweise in verschiedensten Systemen, die alle ihre eigenen Sichtweisen und Schwerpunkte haben und die Bedürfnisse einer speziellen Nutzergruppe bedienten“, beschreibt Veldhuis die Situation. Der Aufwand für die Pflege der heterogenen Datentöpfe ist aber immens. Warum nicht also Synergien nutzen und die Datenpflege von den jeweiligen Fachanwendungen systematisch entkoppeln, so einer der Leitgedanken in der niederländischen Hafenmetropole.
Demnach wird der Digitale Zwilling aus den unterschiedlichsten Datenquellen gespeist. Und jede Datenerfassung hat ihre eigene Sicht auf die Realität. „Wir teilen die Daten nicht in besser oder schlechter ein“, sagt Veldhuis. Jede Perspektive habe ihre Berechtigung. Doch der Digitale Zwilling-Ansatz schafft Möglichkeiten, Synergien zwischen verschiedenen Datensätzen zu gewinnen.
Zum Beispiel bei den Hausumrissen. Für diese Gebäudedaten werden auch in den Niederlanden üblicherweise noch terrestrische Daten erfasst. In Rotterdam hat man geprüft, ob diese 2D-Daten auch aus photogrammetrischen Daten abgeleitet werden können. „Wir haben heute den Vorteil, dass wir bei den Befliegungen auch Schrägbilder bekommen, die für die 3D-Modellierungen eine wichtige Rolle spielen“, so Veldhuis. Der Vorteil gegenüber reinen Senkrecht-(Nadir)-Aufnahmen: Sie können gewissermaßen unters Dach schauen und so zwischen dem Umriss der Dachfläche und der Grundfläche unterscheiden. Das Ergebnis der Untersuchung war, dass die Hausumrisse der meisten Gebäude auch via Befliegung genau erfasst oder fortgeführt werden können. Eine Innovation, die weitreichenden Einfluss auf traditionelle, geodätische Verfahren hat.
Pflege, Erfassung & Fortführung eines Digitalen Zwillings
In Zukunft sollen die datenorientierten Prozesse zwischen den verschiedenen Anwendungen weiterentwickelt werden. Besonderes Potenzial wird dabei in der automatisierten Ableitung von Datenbeständen aus Fachanwendungen im Digitalen Zwilling gesehen. „Wir wollen jeweils das Beste aus den beiden Welten GIS und 3D-Modell herausholen“, sagt Rick Klooster von Future Insight, dem niederländischen Partner von virtualcitySYSTEMS. „Bei der Entwicklung setzen wir auf enge Kooperation mit den Anwendern und auf eine agile, schnelle Umsetzung”, so Klooster.
Rotterdam setzt bei der 3D-Datenhaltung auf den offenen Standard CityGML. Dazu definierte die Stadtverwaltung FME-Prozesse, welche die Fachdaten automatisiert in 3D überführt. Seit der Erstkonvertierung werden die Daten aber direkt in 3D fortgeführt. „Die Mitarbeiter haben das Potenzial der 3D-Datenführung sehr schnell verstanden und die Vorteile erkannt“, sagt Veldhuis.
Durch die Visualisierung erkennt man Datenfehler beispielsweise sofort. Ist ein Baum in Wirklichkeit nur 2,5 anstatt 25 Meter hoch, sieht man dies im 3D-Modell sehr schnell. „In der Zahlenkolonne einer Excel-Tabelle ist das sehr viel schwieriger“, so Christian Veldhuis. Gleiches gilt für die Leitungskataster, bei denen ein Höhenversatz oder eine Leitungskollision in 3D sofort auffällt. Die Qualität der Daten, insbesondere in der Höhenlage, steigt seit der Einführung der 3D-Datenpflege kontinuierlich.
Anbindung von Echtzeitdaten
In Rotterdam werden derzeit bereits Smart City-Anwendungen umgesetzt, die Echtzeitdaten aus verschiedenen Sensorebenen (Internet of Things, IoT) nutzen.
Die Entsorgungsunternehmen nutzen den Digitalen Zwilling beispielsweise, um einige mit Sensoren ausgestattete kommunale Abfallbehälter zu visualisieren. Ebenso werden Anwendungen rund um das Parkraummanagement realisiert, bei dem die Nutzung der Parkplätze aktuell angezeigt wird. Dazu wird die vom OGC entwickelte SensorThings API genutzt, eine offene Schnittstelle für den Datenaustausch mit Sensoren und Aktoren im IoT. Auch wird der Verkehrsfluss in Echtzeit angezeigt, inklusive der Hebe-Brücken, bei denen der Wasser- und der Straßenverkehr sich kreuzen. Auch die Daten zum ÖPNV wie etwa die aktuellen Standorte der U-Bahnen sind im 3D-Modell integriert.
VirtualcitySYSTEMS unterstützt mit ihrer Plattform die Vision vom Digital Twin Rotterdam und ermöglicht die Pflege, Erfassung und Fortführung eines Digitalen Zwillings auf Basis offener Standards. Dies auch für weitere Städte zu realisieren, ist das Ziel von virtualcitySYSTEMS und ihren Partnern. (sg)
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