Aus Luftbildern wird Wissen

3D RealityMaps schafft mit Hilfe von KI und einem Multisensor-System neue Ansätze zur Gewinnung von Informationen für Digitale Zwillinge.

Wie gelingt eine zukunftsfähige Stadt- und Verkehrsplanung in Zeiten des Klimawandels? Wie lassen sich urbane Räume lebenswert, klimaresilient und effizient gestalten – und gleichzeitig den Bedürfnissen der Bürger gerecht werden? Die Antwort liegt in der intelligenten Nutzung von Geodaten, Luftbildern und digitalen Technologien. Ein zentrales Instrument ist dabei der Digitale Zwilling der Stadt. Er verbindet Geodaten, 3D-Modelle und Analysefunktionen in einer benutzerfreundlichen Umgebung. So werden komplexe Stadtstrukturen sichtbar, Entwicklungsszenarien simuliert und datenbasierte Entscheidungen ermöglicht – etwa zur Klimaanpassung, Verkehrsplanung oder Flächennutzung.

Luftbilder – mehr als nur Kartenmaterial für das Kataster

Erkennung von Autos aus Luftbildern. Damit kann auch das Parkverhalten der Auto-Nutzer:innen bestimmt werden.
Quelle: 3D RealityMaps GmbH

Viele Städte verfügen über Luftbilder mit 5 bis 10 cm räumlicher Auflösung – ein Datenschatz, den das Unternehmen 3D RealityMaps GmbH jetzt mit speziell entwickelten Algorithmen der künstlichen Intelligenz (KI) und des maschinellen Lernens umfassend auswerten kann. Mit der leistungsstarken, cloudbasierten Reality­Twin-Plattform von 3D RealityMaps wird die Verwaltung, Analyse und webbasierte Visualisierung urbaner Digitaler Zwillinge einfach. „Besonders kleinere Städte profitieren von unseren kosteneffizienten Lösungen. Mit KI-gestützter Bildanalyse liefern wir hochpräzise dreidimensionale Stadtmodelle und eine Vielzahl wertvoller Informationen für eine klimaangepasste und intelligente Stadtplanung“, sagt Siegert, Geschäftsführer von 3D RealityMaps. Neben klassischen Produkten wie True Orthofotos, digitalen Oberflächenmodellen oder 3D-Meshes erzeugt RealityMaps aus diesen Aufnahmen somit wertvolle Informationen. „Dazu nutzen wir speziell auf die Luftbilder bekannter Kamerahersteller trainierte neuronale Netze“, so Professor Florian Siegert.
Die KI-gestützten Analysen liefern neue Datengrundlagen für den digitalen Zwilling. „Es lassen sich 3D-Dach- und Gebäudestrukturen automatisch erfassen und klassifizieren. Grünflächen sowie der Baumbestand können präzise identifiziert werden. Zudem werden versiegelte Flächen und verwendete Baumaterialien flächendeckend kartiert“, beschreibt Siegert.

Bäume ab 50 Zentimeter Höhe erfassen

KI-basierte Erfassung des gesamten Baumbestands im Stadtgebiet. Es werden Bäume ab 50 Zentimeter Höhe automatisch identifiziert sowie Baumhöhe und Kronendurchmesser bestimmt.
Quelle: 3D RealityMaps GmbH

Der Baumbestand beispielsweise wird automatisiert erkannt, wobei das System Bilddaten mit digitalen Oberflächenmodellen kombiniert, um den genauen Standort, den Kronendurchmesser sowie die Höhe jedes Baumes präzise zu bestimmen.
Erfasst werden Bäume und Büsche ab einer Höhe von 50 cm. Die KI unterscheidet zuverlässig zwischen Laub- und Nadelbäumen. Wenn zusätzlich multispektrale Bilddaten vorliegen, können auch die wichtigsten Hauptbaumarten identifiziert werden. Daraus berechnet RealityMaps das Grünvolumen, wie viel Kohlenstoff die Bäume speichern und welchen Beitrag sie zur Reduktion von CO₂-Emissionen leisten.

Mobilität neu denken: Flächenverbrauch analysieren
Auch im Bereich der Verkehrsplanung liefert die KI-gestützte Luftbildauswertung neue Perspektiven. Versiegelung durch Straßen, Parkflächen und ruhenden Verkehr beansprucht enorme Flächen – häufig zulasten von Radwegen, Grünflächen und Parkanlagen. Durch eine automatische Fahrzeug­erkennung lassen sich Nutzungsmuster analysieren: Wo herrscht hoher Parkdruck? Wo könnten alternative Mobilitätskonzepte wie Radwege und grüne Mobilitätsachsen sinnvoll eingesetzt werden? In Kombination mit Thermal-Luftbildern und Vegetationsdaten ergeben sich neue Ansätze für eine bessere Mobilitätsplanung.
Vielschichtige KI-gestützte Luftbild-Auswertungen, kombiniert und eingebettet in einen digitalen Zwilling, schaffen auch die Grundlage für datenbasierte, zukunftsfähige Stadtplanung. Sie machen urbane Strukturen transparent, unterstützen bei der Priorisierung von Maßnahmen und liefern belastbare Informationen für eine nachhaltige Entwicklung.

Multisensorsystem
Für noch tiefergehende Analysen hat Reality­Maps ein innovatives Multisensor-Kamerasystem entwickelt, das mehrere Sensoren kombiniert. Es erfasst hochauflösende optische und multispektrale Luftbilder sowie Thermal­aufnahmen gleichzeitig. Das Zusammenspiel der Sensoren ermöglicht, so RealityMaps, eine 3D-Datenerfassung für urbane Räume mit bislang unerreichter Genauigkeit.
Es entstehen Produkte wie True Orthofotos, digitale Oberflächenmodelle, 3D-Meshes sowie multispektrale und thermale Bilddaten. Diese ermöglichen die Erstellung detailreicher 3D-Stadtmodelle und liefern eine fundierte Datengrundlage für den digitalen Zwilling und für die Analyse von Gebäudestrukturen, Stadtgrün, Versiegelung und urbanen Wärmeinseln.

Urbane Hitzeinseln und die Rolle des Stadtgrüns

Thermische Analyse kommunaler Straßen. Die klimatischen Auswirkung der Bäume lassen sich damit objektiv bestimmen.
Quelle: 3D realitymaps GmbH

Gerade in der Kombination von Thermalbildern entstehen so interessante neue Analyse-Ansätze. Jeden Sommer wird das Thema städtisches Mikroklima aktuell: Hitzeinseln, fehlende Abkühlung, überhitzte Quartiere. Ursache sind oft verdichtete Bebauung, versiegelte Flächen und fehlende Begrünung. Dabei ist wissenschaftlich belegt, dass Bäume eine zentrale Rolle für die Klimaanpassung spielen: Sie spenden Schatten, verdunsten Wasser zur Kühlung und verbessern die Luftqualität.
Die Thermal-Luftbilder helfen städtische Bereiche mit überdurchschnittlicher Erwärmung zu identifizieren, sogenannte Hitzeinseln. Thermalkameras liefern Informationen, die mit dem bloßen Auge oder herkömmlichen Kameras nicht sichtbar sind. Sie erfassen die Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) von Objekten und Oberflächen und zeigen so die tatsächliche Wärmeverteilung im urbanen Raum. „Im Zusammenspiel mit den aus den KI-Analysen gewonnen Daten können wertvolle Einsichten für Maßnahmen wie Begrünung, Entsiegelung oder die klimaorientierte Neugestaltung von Straßenräumen gewonnen werden“, so Siegert.
RealityMaps hat in einem Projekt beispielsweise untersucht, wie geparkte KFZ zur Hitzebildung in Städten beitragen. Dabei wurden ultra-hochaufgelöste Ortholuftbilder genutzt und mithilfe speziell trainierter KI-Modelle alle parkenden Fahrzeuge im Stadtgebiet erfasst. Diese wurden mit den gleichzeitig aufgenommenen Thermaldaten kombiniert. Dabei konnte objektiv analysiert werden, dass Fahrzeuge mit dunklen Farben aufgrund der Absorption bis zu 20°C heißer werden können und die Wärme länger speichern, so dass große Parkplätze zum Beispiel vor Einkaufszentren sich im Sommer zusätzlich stark aufheizen. „Vor diesem Hintergrund lassen sich Maßnahmen wie der Bau von Solardächern über den Parkplätzen nochmal tiefergehend bewerten“, so Siegert.
www.realitymaps.de