Mit Multisensoraufnahmen aus 300 Metern Flughöhe schafft 3D RealityMaps die Grundlage für innovative, umweltbezogene Smart City Konzepte
Mit der 3D RealityMaps-Lösung können einzelne Bäume automatisch erkannt und identifiziert werden. Die Baumhöhen sind dabei farbcodiert, die Größe der Rechtecke erlaubt Rückschlüsse auf den Kronendurchmesser des Baumes. Grafik: 3D RealityMaps GmbH & ElektraSolar GmbH
Städte haben im Hinblick auf die Erreichung der Klimaziele 2030 eine besondere Verantwortung. Sie stehen jedoch auch vor komplexen Fragestellungen. „Für eine intelligente, umweltverträgliche Stadtentwicklung und Verbesserung der Klimabilanz gibt es einen großen Informationsbedarf“, sagt Professor Dr. Florian Siegert von dem Unternehmen 3D RealityMaps.
Das Unternehmen stellt Kommunen eine neue Technologie zur Geodatenerfassung aus der Luft zur Verfügung. Der innovative Lösungsansatz soll es ihnen ermöglichen, geeignete Maßnahmen zur Verbesserung der Klimabilanz besser zu planen.
Multi-Sensor-Kamerasystem
In Zusammenarbeit mit der Elektra Solar GmbH, einer Ausgründung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), hat 3D RealityMaps speziell für urbane Planungsaufgaben ein Multisensor-System entwickelt, mit dem 3D Geodaten „in einzigartiger Qualität und Auflösung erzeugt werden können“, so Siegert.
Die neuartige fünffach-Luftbildkamera revolutioniert die Geodatenerfassung aus der Luft und erlaubt eine kostengünstige 3D-Erfassung von Städten in höchster Qualität mit einer Auflösung von bis zu 2,5 bis 5 Zentimeter. Zudem wird eine Multispektralkamera und eine Thermalkamera mitgeführt, die zeitgleich mit dem Schrägluftbildkamerasystem Daten erfassen. Aus der Fusionierung der Daten der verschiedenen Sensoren lässt sich eine Vielzahl interessanter und für die Stadtplanung relevanter Fragestellungen beantworten.
Getragen wird das Multi-Sensor-Kamerasystem von den eigens entwickelten, solar-elektrisch betriebenen Leichtflugzeugen „Elektra One“ beziehungsweise „Elektra Two“, die einen emissionsfreien und nahezu geräuschlosen Betrieb ermöglichen, was es für den Einsatz in besiedelten Gebieten besonders geeignet macht. Zudem wird keine spezielle Aufstiegsgenehmigung wie für Drohnen benötigt, wodurch sich der Betrieb über besiedeltem Gebiet und kritischer Infrastruktur drastisch vereinfacht. Die sehr niedrige Flughöhe von 300 Meter über Grund liefert eine außerordentliche Datenqualität, da Störungen durch die Atmosphäre minimal sind.
Erkennung von Wärmelecks durch Thermografiebefliegungen
In einem durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur geförderten Forschungsprojekt („Thermcity3D“, Förderrichtlinie Modernitätsfonds „mFUND“) untersuchten RealityMaps und ElektraSolar das Anwendungspotential dieser neuen Technologie für eine nachhaltige und energieeffiziente Stadtplanung in Zeiten des Klimawandels. „Mit Hilfe von Wärmebildern aus der Luft ist es im Winter zum Beispiel möglich, im gesamten Stadtgebiet Wärmelecks an schlecht gedämmten Dachflächen und Schäden am Fernwärmenetz zu lokalisieren“, so Siegert.
Multisensorische Aufnahmen aus 300 Metern Flughöhe: Die Aufnahmen der Bilder (links) und der Thermografie (rechts) sind nicht nur hochdetailliert, sie werden auch umweltverträglich per Solarflugzeug erstellt. Foto: 3D RealityMaps GmbH
Die Daten solcher Thermografiebefliegungen können Stadtverwaltungen nutzen, um Energieeinsparpotentiale zu erkennen und erforderliche Maßnahmen wie zum Beispiel eine bessere Dämmung von Dachflächen zu planen und Anreize für Immobilienbesitzer zu schaffen. Mit einem einzigen Flug lassen sich mittelgroße Städte bis zu 50.000 Einwohnern lückenlos abdecken. „Eine großflächige Thermografiebefliegung der gesamten Stadt liefert wichtige Daten zur Planung von Klimaschutzmaßnahmen und nachhaltiger Stadtentwicklung“, sagt Dr. Daniel Broschart von der Stadt Landsberg am Lech, die Anwendungspartner im Forschungsprojekt sind. Das Stadtgebiet von Landsberg am Lech war Testgebiet für das Forschungsprojekt und die Stadtverwaltung war von Anfang an in das Projekt eingebunden, um sicherzustellen, dass die Anforderungen erfüllt werden. „Unsere Versuche haben gezeigt, dass die besten Ergebnisse bei niedriger Flughöhe erzielt werden“, so Siegert.
Luftaufnahme im Winter: Für das gesamte Stadtgebiet können Wärmelecks an schlecht gedämmten Dachflächen und Schäden am Fernwärmenetz zu lokalisiert werden. Foto: 3D RealityMaps GmbH
Im Sommer liefert eine Thermografiebefliegung wichtige Daten zur Wärmeverteilung in der Stadt. So konnte 3D RealityMaps zeigen, dass der Anteil an Grünflächen und Baumbestand eine wichtige Rolle bei der Kühlung der Stadt spielt. Je höher der Vegetationsanteil in einem Stadtteil, desto größer ist die kühlende Wirkung, die auch den Bedarf an Energie der Wohn- und Bürogebäude reduziert.
Aktualisierung des Baumkataster
Mit der gleichzeitig aufnehmenden Multispektralkamera kann im Sommer der Baumbestand, die Grünflächen und begrünte Dächer kartiert werden. 3D RealityMaps nutzt maschinelles Lernen, um wertvolle Informationen aus dem erfassten Datenbestand zu gewinnen. Dazu werden die multispektralen Luftbilder und der 3D-Datensatz genutzt um den vollständigen Bestand an Bäumen und Grünflächen der Stadt zu erfassen. Die hohe Auflösung der Luftbilder und das ebenso hoch aufgelöste Oberflächenmodell erlauben es nach Angaben von 3D RealityMaps, jeden einzelnen Baum in der gesamten Stadt mit Höhe und Durchmesser zu erfassen. Zudem geben die Aufnahmen der Multispektralkamera Aufschluss über den Gesundheitszustand der Vegetation. Im Falle von Schädlings- oder Pilzbefall ist die frühe Erkennung maßgeblich entscheidend zur Verhinderung der Ausbreitung.
Mit der cloudbasierten Softwarelösung von 3D RealityMaps kann das 3D-Stadtmodell mit Geodatenbanken verknüpft und als interaktive Anwendung im Intra- und Internet veröffentlicht werden.