Mittels eines Laserscanners von Zoller & Fröhlich wurden Stationen aus den 1940er Jahren in der Antarktis erfasst, die nun virtuell das ganze Jahr erkundet werden können.
Die Dokumentation kulturellen Erbes ist ein typisches Einsatzgebiet von 3D-Laserscannern. Sie erzeugen einen Digitalen Zwilling der gebauten Vergangenheit und ermöglichen so vielfältige neue Ansätze für Darstellung, wissenschaftliche Bearbeitung und langfristige Dokumentation von menschlichen Leistungen, die herausragend sind. Dieses Erbe findet sich selbst in der Antarktis wieder, etwa in Form der frühen Stationen und Unterkünfte, die im Zuge der erstmaligen systematischen, wissenschaftlich geprägten Land-Erkundung in den 1940er Jahren erbaut worden waren und die heute musealen Charakter haben.
Um den Erhalt im Sinne des kulturellen Erbes kümmert sich unter anderem der United Kingdom Antarctic Heritage Trust (UKAHT). Die Wohltätigkeitsorganisation hat das British Antarctic Survey (BAS), ein Institut des Natural Environment Research Council (UKRI-NERC), beauftragt, diese Stationen in 3D zu dokumentieren. Das Mapping and Geographic Information Center (MAGIC) der BAS hat die Erfassung einer detaillierten 3D-Aufzeichnung der Standorte durchgeführt.
Gesamte Punktwolke des Wordie House. Die Haupthütte wurde nach Sir James Wordie, einem Mitglied von Shackletons Imperial Trans-Antarctic Expedition benannt. Im Mai 1954 zog der Betrieb der Station und des Wissenschaftsprogramms in ein neues Gebäude auf der benachbarten Insel Galindez. Quelle: Zoller & Fröhlich GmbH
Stützpunkte aus den 1940er Jahren
Die Gebäude oder „Hütten“, die üblicherweise als antarktisches Gebäude bezeichnet werden, können intern komplex sein, häufig mit beengten Gängen und Räumen. Eine Kombination aus terrestrischem Laserscanning und Photogrammetrie wurde verwendet, um die 3D-Modelle zu erstellen. Ziel des Projekts ist es, detaillierte Messungen, Planungen und Vorbereitungen sowie die Vorfertigung von Ersatzmaterialien für Erhaltungsarbeiten in Großbritannien zu ermöglichen. Dies soll den Zeitaufwand vor Ort verkürzen und letztendlich fundiertere Entscheidungen für die langfristige Erhaltung der Standorte ermöglichen.
Das Vermessungsteam besuchte in der Antarktis-Saison 2019/2020 drei Standorte: Port Lockroy (Basis A), Baujahr 1944, Wordie House (Basis F) 1947 und Damoy Hut 1975. Die Standorte, die im Antarktisvertrag als historische Stätten und Denkmäler (HSM) geschützt sind, wurden ursprünglich von der Falkland Islands Dependencies Survey (dem Vorläufer von BAS) in den 1940er und 50er Jahren eingerichtet und fungierten als Vorposten, von der aus Wissenschaft und Erforschung auf dem Kontinent betrieben wurden. Während ihrer Betriebszeit waren sie das ganze Jahr über von einer Gruppe von Wissenschafts- und Hilfspersonal besetzt. Das UKAHT führt ein mehrjähriges Schutzprogramm durch, um die Stützpunkte vor weiterem Zerfall zu bewahren.
Scanausrüstung in wasserdichtem Gepäck
Als Scanner wurde der Z+F IMAGER 5016 der Zoller & Fröhlich GmbH eingesetzt. Ausgewählt wurde er aufgrund der Kombination aus kurzer Mindestreichweite (0,3 m) und niedriger Mindestbetriebstemperatur (-10 ° C). Mit dem Z+F IMAGER 5016 wurden alle historischen Gebäude (innen und außen) und die unmittelbare Umgebung vollständig erfasst. Einen breiteren Kontext lieferten einige ergänzende terrestrische Photogrammetrie und Luftaufnahmen, die zu Beginn der Saison durchgeführt worden waren.
3D-Laserscanning mit dem Z+F IMAGER 5016unter schwierigsten Bedingungen in der Antarktis. Aufgenommen wurden die Hütten der ersten systematischen Explorationen aus den 1940er Jahren, die heute unter Denkmalschutz stehen. Quelle: Zoller & Fröhlich GmbH
An der Außenseite der Gebäude wurden Registrierungstargets verwendet, dies war jedoch für die Innenräume aufgrund der Sprödigkeit einiger Oberflächen nicht möglich. Stattdessen wurde das Plane-to-Plane Registrierungsmodul in Z+F LaserControl verwendet, um die Innenscans auszurichten, bevor sie mit dem breiteren externen Modell verknüpft wurden. Um diese Registrierung zu verfeinern und die begrenzte Überlappung zwischen Scans zu überwinden, die durch die engen Räume verursacht wird, wurde der Abstand zwischen den Scanpositionen verringert. Die Erstregistrierung erfolgte zum Zeitpunkt der Erfassung in Z+F Laser-Control Scout, um die Ergebnisse zu bestätigen, bevor fortgefahren wurde. Die Möglichkeit, eine Überprüfung der Ergebnisse vor Ort vorzunehmen, war von entscheidender Bedeutung, da zwischen den Besuchen der Teams an einigen entlegeneren Standorten mehrere Jahre liegen können.
Der Datenerfassungsteil des Projekts stellte das Team auch vor einige einzigartige Herausforderungen. Der Zugang zu zwei der drei Standorte war nur mit kleinen Booten möglich, wobei der Scanner täglich in einem wasserdichten Packsack transportiert wurde (zusätzlich zum Transportkoffer). Es gab auch eine Reihe von Transfers auf See zwischen kleinen Booten und Schiffen, bei denen äußerste Vorsicht geboten war. Der Z+F IMAGER 5016 erwies sich als handlich und überstand die Strapazen der Feldforschung in der Antarktis sehr gut. Das Projekt war sehr erfolgreich, da alle drei Standorte im Laufe der Saison erfasst wurden. Die verfügbare Arbeitszeit wurde aufgrund des schlechten Wetters in Port Lockroy verkürzt, trotzdem wurden während der Feldarbeit fast 350 Scans gemacht. Die signifikante Effizienzsteigerung während der Datenerfassung war für das Projekt vor dem Hintergrund der widrigen Umgebungsbedingungen und der komplexen Logistik von erheblichem Wert.
Transport von High-Tech. Da man nur wenige Passpunkte für die genaue Abbildung benötigte, konnte die Arbeit „im Feld“ zeitlich stark reduziert werden. Quelle: Zoller & Fröhlich GmbH
Punktwolken
Trotz weniger Targets war die Registrierung der Innenscans mittels Plane-to-Plane erfolgreich. Darüber hinaus überwand der Z+F IMAGER 5016 sowohl die dunklen Oberflächen der Außenverkleidung der Gebäude und konnte auch die hochglänzenden Innenflächen genau dokumentieren, was gerade bei der Photogrammetrie ein schwieriges Unterfangen darstellt. Der Z+F IMAGER 5016 kam nach Angaben von Zoller & Fröhlich nur bei stark schrägen Winkeln zu diesen Oberflächen an seine Grenzen, doch dies konnte durch die Dichte der in den Gebäuden durchgeführten Scans leicht überwunden werden.
3D-Punktwolke aus dem Wordie House. Die normale Belegung in den Anfangsjahren betrug vier bis fünf Personen. Dosen mit Kaffee und anderen Gütern, Schallplatten, Werkzeuge, Farbdosen, Teller, Töpfe, Pfannen, Bücher, Schreibmaschinen, Funkgeräte und andere Gegenständen sind noch in der Hütte zu finden, was sie zu einer faszinierenden Zeitkapsel des Lebens in einer der ersten wissenschaftlichen Stationen der Antarktis macht. Quelle: Zoller & Fröhlich GmbH
Die daraus resultierenden Modelle werden nun an das UKAHT-Erhaltungsteam übergeben, um eine effizientere Analyse und Verwaltung der Standorte aus Sicht des Kulturerbes zu ermöglichen. Sie werden auch verwendet, um der Öffentlichkeit einen besseren Zugang zu den Websites zu ermöglichen, sodass Menschen, die sonst nie die Möglichkeit haben, die Antarktis zu besuchen, diese virtuell erkunden und erleben können.
www.bas.ac.uk
www.ukaht.org
www.zofre.de