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Seit den 1940ern befliegt die swisstopo in regelmässigen Zeitabständen die gesamte Schweiz und erstellt dabei hochaufgelöste Luftbilder. Früher waren das analoge Bilder auf Glasplatten, später Film in schwarz-weiss, dann Film in Farbe und, seit den späten 2000er Jahren, Digitalaufnahmen in mehreren Farbkanälen.
Um die Luftaufnahmen mit der Karte in Übereinstimmung zu bringen, musste der exakte Aufnahmeort des Bildes rekonstruiert und rechnerisch die Verzerrung der Erdoberfläche aus dem Bild herausgerechnet werden. Mit der Zusammenstellung der Luftaufnahmen aus den verschiedensten Jahren entstand so ein einmaliger Datensatz, welcher die Entwicklung der Landschaft der vergangenen 70 Jahre wiedergibt.
Beschreibung
Die historischen, analogen Luftbilder der swisstopo wurden seit den 1940er Jahren aufgenommen. In den vergangenen Jahren wurden sie aufwendig gescannt und für die Zukunft gesichert. Für das Stadtgebiet von Uster existieren dadurch vollständige Befliegungen für die Jahre 1954, 1966, 1972, 1978, 1984, 1990 und 1996, welche noch nicht flächendeckend orthorektifiziert und mosaikiert wurden.
Um diese wertvollen Zeitdokumente der Bevölkerung, interessierten Kreisen und Fachleuten zur Verfügung zu stellen, wurden die oben genannten Zeitstände für den Perimeter der Stadt Uster vollständig orthorektifiziert und mosaikiert. Dabei wurde jede Befliegung als ein eigener photogrammetrischer Bildblock aufgebaut. Mit den von der swisstopo zur Verfügung gestellten Kalibrationsprotokollen der eingesetzten Luftbildkameras konnten zudem die optischen Verhältnisse während der Aufnahme (z.B. die innere Orientierung der Kamera) rekonstruiert werden.
Über die Messung von gut erkennbaren Landmarken auf den historischen Aufnahmen und einem aktuellen Referenzbild, sowie über die Meereshöhe aus dem swissALTI3D, wurde eine überschaubare Anzahl von Pass- und Kontrollpunkten gemessen. Manuelle Verknüpfungspunkte (Gruberpunkte) wurden teilweise manuell gemessen. Zusätzlich wurde eine grosse Anzahl von Verknüpfungspunkten automatisch berechnet. Mit der anschliessenden Aerotriangulation konnte somit die exakte Lokalität des Bildes und die drei Rotationswinkel um die Koordinatenachsen des Bildes berechnet werden (d.h. die äussere Orientierung).
Mit den berechneten inneren und äusseren Orientierungen und dem aktuellen Höhenmodell des Stadtgebiets wurden die Bilder in einzelne Orthofotos umgerechnet. Für eine möglichst nahtlose Darstellung der Bilder als Mosaik wurden entlang von linearen Merkmalen (z.B. Strassen- und Feldrändern) mit möglichst kleinen Kontrastunterschieden Trennlinien zwischen den einzelnen Bildern digitalisiert. Die Bilder wurden anschliessen entlang dieser Trennlinien zusammengesetzt. Die so bearbeiteten Bilder stehen nun im Web-GIS der Stadt Uster oder als Web-Map-Service (WMS) zur Verfügung.
Weiterführende Informationen
Im Rahmen meiner Teilzeitanstellung in der Glaziologie der ETH Zürich zwischen 2012 und 2018 hatte ich die einmalige Chance, an einem UAV-Projekt mitzuarbeiten. Zusammen mit meinem damaligen Arbeitskollegen Guillaume Jouvet entwickelten wir ein UAV-System, das für sehr grossen Flugdistanzen von bis zu 180 km ausgelegt ist.
Diese enorme Reichweite war für das parallele Monitoring mehrerer kalbenden Gletscher im Fjord von Inglefield Bredning in Nordwestgrönland notwendig. Nur deshalb konnten wir während der Expedition im Sommer 2017 mit unseren UAV’s von der Insel und Ortschaft Qeqertat aus während rund zwei Wochen ein Monitoring von fünf kalbenden Gletschern gleichzeitig durchführen.
Die Entwicklung dieser Langdistanz-UAV’s ist jetzt in einem technischen Paper in frontiers in Earth Science publiziert (G. Jouvet, Y. Weidmann, E. van Dongen, M. P. Lüthi, A. Vieli, and J. C. Ryan, “High-Endurance UAV for Monitoring Calving Glaciers: Application to the Inglefield Bredning and Eqip Sermia, Greenland,” Front. Earth Sci., vol. 7, p. 206, 2019.). Das Paper geht dabei auf besonders auf die Konzeption und den Bau ein und beschreibt die Besonderheiten, die es für die erfolgreiche Anwendung in den hohen Breitengraden von Nordgrönland zu beachten galt. Wir hoffen, dass unsere Erkenntnisse damit für weitere Projekte genutzt werden können.
Der Expedition 2017 mit dem Bau und der Anwendung der Langdistanz-UAV ging eine mehrjährige, sehr intensive Arbeit voraus. Während zwei Expeditionen 2015 und 2016 mussten wir uns zuerst das gesamte Rüstzeug erarbeiten. Dass dies nicht immer einfach war, ist in der SRF-Reportage Expedition in die bedrohte Arktis von 2015 dokumentiert. Guillaume Jouvet hat zudem über den ersten Einsatz unseres UAV-Eigenbaus 2016 einen schönen Kurzfilm gedreht. Eine ausführliche Präsentation gibt einen zusätzlichen Gesamteindruck des Projektes.
GeoIdee entwickelt
Projekte in der Nahbereichsphotogrammetrie und programmiert Abläufe und
Prozessketten für photogrammetrische Auswertungen.
Auf die individuellen
Herausforderungen der photogrammetrischen Aufgaben vor Ort reagieren wir mit massgeschneiderter
Steuerungssoftware für Kameras.
Fallbeispiele und Referenzprojekte
Historische Luftbilder Uster
Vermessung Meyersche Stollen Aarau
Beiträge
Publikation: Langdistanz-UAV für das Monitoring von kalbenden Gletschern in Grönland
Alle Projekte Photogrammetrie und Fernerkundung
Die Meyerschen Stollen in Aarau zur Sammlung von Grund- und Sickerwasser faszinieren auch noch rund 200 Jahre nach ihrer Erbauung – als Kulturgut und historisches Bauwerk. Trotz ihrer archäologischen und kulturellen Bedeutung sind leider grosse Teile durch Bauaktivitäten zerstört worden. Unter dem Bahnhof Aarau befinden sich jedoch noch sehr gut erhaltene Stollenanlagen, die weiterhin der Entwässerung dienen. Diese galt es für die Nachwelt zu dokumentieren – mittels Laserscanning und 3D.
Die Vermessung wurde durch die Studierenden der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) vorgenommen und durch GeoIdee begleitet. Um die Messung auch in den engen und schwierigen Passagen der Stollen durchführen zu können, mussten die Messgeräte und das Vorgehen teils improvisiert und häufig kreativ angepasst werden. Hier kam die ausgewiesene Höhlenforschungsexpertise von GeoIdee zum Tragen.
Beschreibung
Die noch begehbaren Meyerschen Stollen befinden sich direkt unter dem Bahnhof Aarau und unterqueren teilweise die Gleisanlagen. Sie sind Teil des Stadtmuseums und können besichtigt werden; der Zugang befindet sich im 2. Untergeschoss des Bahnhofs.
Das Ziel des Projektes war, ein möglichst hoch aufgelöstes 3D-Modell der Stollenanlage zu erstellen. Zudem musste das Modell an das Landeskoordinatensystem angeschlossen sein.
Für die Vermaschung der einzelnen Scans wurden existierende Passpunkte und eigens montierte Verknüpfungspunkte verwendet. Dafür wurden Styroporkugeln aus dem Hobbymarkt verwendet, welche günstig und in grosser Zahl zur Verfügung standen.
Parallel wurden die Stollen mit zwei Scannern erfasst. Pro Scanner war je eine Gruppe von rund sechs Studenten verantwortlich. In den Gruppen arbeiteten drei Studenten an der Datenaufnahme im Stollen und drei Studenten an der Auswertung der Daten. So konnten Fehler in den erfassten Daten schnell entdeckt und behoben werden.
Eine besondere Herausforderung war die unterschiedliche Stollenhöhe. Durchschnittlich sind die Stollen zwar rund 2 m hoch, in manchen Passagen beträgt die Höhe jedoch auch nur 50 cm. Die zum Teil sehr engen Raumverhältnisse machten die Konstruktion von speziellen Stativen für die Montage der 3D-Scanner nötig. Als Vorbild für die Konstruktion der Stative dienten Erfahrungen aus der Höhlenforschung.
Die Datenerfassung in der Stollenanlage unter dem Bahnhof Aarau dauerte eine Woche. Eine weitere Woche wurde für die Auswertung, Bereinigung und Darstellung der Daten verwendet.
Weiterführende Informationen
Das Museum der Meyerschen Stollen
Geschichte der Meyerschen Stollen als Graphic Novel
Impressionen