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Auf Basis des jüngsten Bildflugs von 2022 hat das Amt für Bodenmanagement und Geoinformation Luftbilder und 3D-Stadtmodell in hoher Auflösung aktualisiert. Die Auflösung liegt nahe an der Grenze dessen, was man heutzutage bei Befliegungen überhaupt erreichen kann.
Beim Digitaltag 2021 wurde die Web-Anwendung „Bonn in 3D“ (Öffnet in einem neuen Tab) – eine dreidimensionale Stadt-Visualisierung – als virtuelles 3D-Modell vorgestellt.
Das 3D-Stadtmodell wurde von der Stadt als erster Grundbaustein einer „digitalen Repräsentanz“ der Stadtmorphologie positioniert.
Seit 1997 lässt das Amt für Bodenmanagement und Geoinformation in Kooperation mit den Stadtwerken Bonn oder auch der Landesvermessungsverwaltung regelmäßig hochaufgelöste Luftbilder aufnehmen.
Hierzu zählt ebenfalls das Bonner 3D-Stadtmodell, welches als Folgeprodukt aus den Befliegungsdaten hochaufgelöst abgeleitet wird. Die Luftbildprodukte liegen nun wieder aktualisiert vor. Die Datengrundlage ist der Bildflug vom 12. September 2022.
Die Auflösung der Bilder ist noch höher als beim Bildflug 2019 und liegt nahe an der Grenze dessen, was man heutzutage bei großflächigen Befliegungen mit einem Flugzeug überhaupt erreichen kann. Somit sind auch kleine Details in den Bildern gut erkennbar. Die hohe Auflösung ist ein besonderes Qualitätsmerkmal der Luftbilder und des daraus abgeleiteten 3D-Modells der Stadt Bonn.
Zusätzlich stellt die Stadtverwaltung die Luftbildprodukte von Geobasis NRW (z.B. aus den Jahren 2021 und 2023) zur Verfügung. Diese besitzen jedoch eine wesentlich geringere Bodenauflösung. So sind wir in der Lage, Ihnen jährlich aktuelle Luftbilder des Stadtgebiets anzubieten. Wählen Sie hierzu wie zuvor beschrieben die entsprechenden Luftbildjahrgänge aus.
Vom Luftbild zum 3D-Stadtmodell
Die Nutzenden kennen und schätzen das hochaufgelöste Luftbild für die dienstlichen Tätigkeiten, das neben dem Stadtplan eine oft genutzte Hintergrundkarte für Kartenthemen aller Art ist. Das gilt auch für das detaillierte 3D-Stadtmodell, das beeindruckende Stadtansichten und waghalsige Kameraflüge durch die Stadt ermöglicht. Das Produkt ist gerade für Planungen im Stadtgebiet höchst interessant.
Doch wie entstehen diese faszinierenden und nützlichen Produkte?
Wieso liegen die Pixel im True Orthobild – wie das georeferenzierte Luftbild korrekt genannt wird – präzise an der Stelle, wo sie hingehören? Wie entsteht ein digitales dreidimensionales Modell der Stadt aus den doch flachen, zweidimensionalen Bildern?
Die Bilder kommen – das ist kein Geheimnis – aus dem Flugzeug. Vielleicht haben Sie an dem warmen, wolkenlosen Montag im Herbst (12. September 2022) das sonore Brummen des Bildfliegers bemerkt, der zur Mittagszeit in recht geringer Höhe zufällig genau über dem Stadthaus seine Bahnen zog. Von Ost nach West und umgekehrt, immer wieder, über die gesamte Ausdehnung der Stadt.
In sehr kurzen Abständen (circa eine Sekunde) macht die Spezialkamera im Flugzeug mit einem senkrecht nach unten ausgerichteten Objektiv an vorher geplanten Auslösepunkten Bilder der Stadt. Gleichzeitig werden von vier weiteren Kameras Schrägluftbilder (Anstellwinkel 45°) aufgenommen. Ganz wichtig ist dabei: Die Bilder werden so gemacht, dass sie sich großzügig überlappen.
Menschliche Tiefenwahrnehmung
Diese Überlappung macht es erst möglich, aus den zweidimensionalen Bildern dreidimensionale Informationen zu gewinnen. Denken Sie an das menschliche Auge: Auch hier werden zwei sich überlappende Einzelbilder zusammengebracht und ermöglichen uns so eine räumliche Tiefenwahrnehmung. Wenn man die überlappenden Bilder beider Augen transparent übereinanderläge, würde man feststellen: Gleiche Objekte, die weit vom Betrachter entfernt sind, liegen in der Überlappung nah beieinander (man sagt auch: die Parallaxe ist klein), gleiche Objekte, die nah vor unserem Gesicht sind, liegen in der Überlappung weit auseinander (die Parallaxe ist groß). Wir haben eine „eingebaute“ Wahrnehmung für diese sogenannte Tiefeninformation.
Was unser Gehirn ohne zu rechnen in eine intuitive Wahrnehmung der räumlichen Tiefe verwandelt, kann man auch in mathematische Formeln gießen. Die wichtigsten Elemente sind dabei die genauen Positionen und die Blickrichtungen der Augen (oder Kameras) sowie die genaue Lage eines Objektes in den einzelnen zweidimensionalen Bildern. Daraus ergibt sich dann die genaue Größe der Parallaxe. Mit diesen Informationen können dann dreidimensionale Objektkoordinaten berechnet werden.
Wochenlange Berechnungen
Erst moderne Computer und Fortschritte in Fotogrammetrie und Informatik der jüngsten Dekade haben dafür gesorgt, dass heutzutage in hochaufgelösten Bildern prinzipiell für jedes Bildpixel auch ein dreidimensionaler Objektpunkt berechnet werden kann.
Die größte Schwierigkeit und damit der größte Rechenaufwand besteht darin, in den überlappenden Bildern (das können auch mal 20 oder mehr sein) die identischen Bildpunkte automatisch zu finden – das sogenannte Bildmatching. Der reine Rechenaufwand für das 3D-Modell des Bonner Stadtgebietes aus den Luftbildern bemisst sich in einigen Wochen – dabei wurden mehrere Rechenkerne und hunderte Gigabyte Arbeitsspeicher benutzt. Am Ende belegen das Stadtmodell und weitere, bei den Berechnungen entstehende Nebenprodukte, fast 18 Terabyte Speicherplatz (1 Terabyte sind 1000 Gigabyte).!
