Quelle: LHS Stuttgart/MLP + DKFS

Einzelbilder des Flugs über den Entwurf der Wilhelmsbrücke innerhalb des Digitalen Zwillings. Hier am Beispiel des späteren Gewinnerentwurfs. LHS Stuttgart/MLP + DKFS

Wie in vielen deutsche Städten liegt auch in Stuttgart in den Brücken eine große städtebauliche Herausforderung. Die Stadt am Neckar hat viele alte und zum Teil auch marode Überquerungen über den als Bundeswasserstrasse klassifizierten Fluss. Als verbindende Elemente prägen sie die Identität einer Stadt, in der Automobilregion sind sie auch ein Feld hitziger politischer Diskussionen und Konfliktfelder, schließlich soll die neue Wilhelmsbrücke eine Fußgänger- und Fahrradbrücke bleiben. Vor diesem Hintergrund entschied man sich in der Stadt, die Mittel der Digitalisierung optimal einzusetzen, und das auf möglichst vielen Ebenen. Es galt, nicht nur einen fairen, effizienten und schnellen Wettbewerb zu entwickeln, sondern auch Verwaltung und Planung zu beschleunigen und auch eine exzellente Ingenieursleistung zu stimulieren.
Ein Steilpass also auch für das städtische Tiefbauamt, der auch prompt angenommen wurde. „Die Idee, den bisher auf den althergebrachten Gipsmodellen basierten Ausschreibe- und Wettbewerbsprozess durchgängig zu digitalisieren, fiel sofort auf fruchtbaren Boden“, sagt Silvia Deist, Leiterin des Sachgebiets Geodaten und BIM innerhalb des Tiefbauamtes der Stadt.

Für den Digitalen Zwilling wurde der Detaillierungsgrad in dem Gebiet rund um die Brücke per spezieller Datenaufnahme verdichtet und erweitert, etwa mit einer Modellierung von Bäumen, Straßenbeleuchtung, Oberleitungsmasten und Ampelanlagen. Quelle: Landeshauptstadt Stuttgart

Brücke mit Symbolwert
An der Stelle der traditionsreichen Wilhelmsbrücke wurde schon 1835 eine Verbindung zwischen Altstadt und Neckarvorstadt (Bad Cannstatt) gebaut. Nach mehreren Umbauten und Umwidmungen entstand das aktuelle Bauwerk im Jahr 1946 in der damals schon nicht mehr topaktuellen, genieteten Stahlbauweise. 2023 entschied man sich für einen Neubau und gleichzeitig dafür, einen möglichst vollumfänglichen BIM-Prozess zu implementieren.
Während Entwurf und ingenieurstechnische Planung von Brücken schon digitalisiert sind, sieht es bei der Integration von GIS und BIM noch anders aus. Hier steht die Verbindung der Planungs- und Verwaltungsbereiche im Vordergrund, weshalb es in ganz Deutschland noch viel Optimierungspotenzial gibt. Gefragt sind integrierte Ansätze, bei denen die Themen wie Stadtbild, Architektur, multimodaler Verkehr (auch die Binnenschifffahrt), Bürokratie, Klima und manches andere zusammenkommt. Die Wilhelmsbrücke ist daher auch ein Prüfstein für die Integration von BIM und GIS. Diese wird zwar schon lange und viel diskutiert, die Praxis beginnt aber gerade erst bestehende Lösungen in die Umsetzung zu bringen. Dabei wird von der städtischen Verwaltung auch allgemein eine stärkere abteilungsübergreifende Zusammenarbeit erwartet.

Viele Ebenen der Nutzung
Dies wurde in Stuttgart bravourös gemeistert. Der Realisierungswettbewerb sah zwölf Einreichungen vor. Dass BIM bei Brücken ingenieurstechnisch längst weit verbreitet und erprobt ist, merkte man allein daran, dass alle zwölf Wettbewerber keinerlei Probleme hatten, ihre Modelle ins Stadtmodell zu integrieren. Gefordert war ein Modell nach dem Standard IFC 4.3. Die hochgeladenen Modelle waren entweder bereits georeferenziert oder konnten im eingesetzten Planungsmodul (PlexMap Planer) von den Ingenieur:innen/Architekt:innen manuell platziert werden. „Im Rahmen der Ausschreibung kamen so gut wie keine Rückfragen zum technischen Prozess“, beschreibt Frederik Hilling, Geschäftsführer von Geoplex.
Was auch daran liegt, dass die PlexMap-Plattform des Unternehmens barrierefrei funktionierte. Die IFC-Daten der Brücke konnten also verlustfrei in den urbanen digitalen Zwilling integriert werden. Dafür bietet PlexMap eine breite Palette an Möglichkeiten, die „teilweise sogar über das hinausgeht, was derzeit noch in vielen Projekten an der Stelle gefordert ist“, so Hilling. Das Stadtmessungsamt, wo PlexMap bereits seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt wird, hatte dem Tiefbauamt die Lösung empfohlen, was sich im Nachhinein bewährte. „PlexMap eignet sich auch sehr gut für unseren Anwendungsfall“, resümiert Deist.
Stuttgart darf daher als Leuchtturmprojekt gelten. Ausschreibungen und Wettbewerbe im Bereich Brücken werden von vielen Bauherren der Öffentlichen Hand zwar bereits digital ausgeschrieben, in der Branche ist allerdings bekannt, dass in den wenigsten Fällen dann auch ein durchgehend digitaler Prozess folgt.
Interessant ist auch das Management des Wettbewerbs und die digitale Präsentation der Entwürfe im Digitalen Zwilling. Geoplex kreierte dafür einen 3D-Rundflug über die jeweiligen Brücken, der für alle Teilnehmenden gleich war. Die entsprechenden Filme wurden dann im Rahmen der Präsentationen gezeigt. Wobei Stuttgart im Nachhinein gesehen sogar zu defensiv kalkuliert hatte. „Das Interesse war so groß, dass in vielen Situationen individuelle Sichten und Visualisierungen gewünscht wurden, die konnten allerdings nicht ausgeführt werden, weil die nötige IT-Infrastruktur vor Ort noch fehlte. Das werden wir beim nächsten Mal sicher anders machen und den Interessenten mehr Platz geben für individuelle Erklärungen, detailliierte Erörterungen oder schlicht ein spielerisches Erleben des neuen Bauwerks“, so Deist. Dafür spielen auch moderne digitale Displays oder interaktive Bildschirme eine große Rolle, also die Nachfolger des analogen Gipsmodells.
Um die Entscheidungsgrundlage für die Jury zu anonymisieren, bekam jeder Wettbewerbsteilnehmende nach Abgabe der Planung eine von PlexMap automatisch erstellte Chiffre-Nummer, die in den Ausschreibungsunterlagen vermerkt wurde. Der Gewinner hatte, so weiß man inzwischen, die „Tarnzahl“ 1011. So entstand ein fairer Wettbewerb, der nicht nur regelkonform war, sondern auch objektiv den besten Entwurf würdigte.
Auch die für ein solches Projekt notwendige Datenintegration wurde erfolgreich umgesetzt. Der Digitale Fachzwilling „Wilhelmsbrücke“ baute auf den Daten des Stadtmessungsamtes (Geobasiszwilling) auf, es wurden jedoch noch weit mehr projektspezifische und detailliertere Daten integriert. Dazu wurden beispielsweise Drohnen- und Spezialbefliegungen durch das Team im Sachgebiet von Silvia Deist durchgeführt. Zum Beispiel wurden so Bäume in Höhe und Kronendurchmesser originalgetreu abgebildet, was nicht nur für den ästhetischen Gesamteindruck der Brückenarchitektur und die visuelle Qualität bei der Juryentscheidung wichtig war, sondern auch für objektive Bewertungen von Sichtachsen. „Es ist sehr wichtig zu wissen, wie sich die Brücken aus verschiedenen Perspektiven in die Umgebung integrieren“, so Deist.
Alle Daten wurden in das Gauß-Krüger-Koordinatensystem transformiert, das im Tiefbauamt der Landeshauptstadt Stuttgart für alle Planungen genutzt wird. Auch Leitungsdaten aus dem Untergrund wurden beispielsweise berücksichtigt. So kann der Digitale Fachzwilling auch für den Abriss der alten Brücke genutzt werden.

Abschied vom Gipsmodell
„Die Wettbewerbe können nun komplett neu gedacht werden“, so Deist. Die frühere Nutzung der Gipsmodelle ist nicht nur einfach altmodisch, er ist auch wirtschaftlich kritisch. Das Bauen und Erstellen von Negativen, die Vervielfältigung, die Einpflege von Änderungen, der logistische Aufwand von Transport, Aufbau und Lagerung erfordern viel Personal, Raum, Rohstoffe und eben auch finanzielle Ressourcen.
Gewonnen hat die Arbeitsgemeinschaft bestehend aus den Architekturbüro Mayr, Ludescher und Partner, Beratende Ingenieure (Stuttgart) und der DKFS (Aachen) mit einer Deckbrücke aus zwei Stahlhohlkastenquerschnitten.
Jürgen Mutz, Amtsleiter des Tiefbauamts und erster Betriebsleiter der Stadtentwässerung Stuttgart, war selbst Teil der Jury und freute sich über die Entscheidung: „Wir hatten einen starken Wettbewerb mit tollen Beiträgen. Die Entwürfe der Preisträger haben eine hervorragende Qualität. Mit der Jury des Preisgerichts sind wir durch konstruktive Diskussionen zügig und einstimmig zu einer Lösung gekommen. Wir werden so schnell wie möglich in die Planung einsteigen, um eine neue Wilhelmsbrücke in Bad Cannstatt zu bauen.“
Auch Prof. Dr.-Ing. Stephan Engelsmann, Vorsitzender des Preisgerichts, war begeistert: „Das Tiefbauamt Stuttgart hat mit dem Wettbewerb für die Wilhelmsbrücke in Bad Cannstatt Vorbildfunktion übernommen. Die mit Preisen ausgezeichneten Arbeiten der entwerfenden Ingenieure stellen herausragende Beiträge zu Stadt- und Infrastrukturplanung dar.“
Gelobt wurde der Preisträger auch für die Einbindung des Bauwerks in das geografische Umfeld. Prof. Christa Reicher, Gestaltungsbeirätin der Landeshauptstadt Stuttgart, hob „sowohl das Brückenbauwerk selbst als auch die gestalterische Qualität des Neckarufers“ hervor, die der Entwurf hochwertig vollziehe. Auch auf ästhetischer Seite also ein gelungener Brückenschlag zwischen CAD und GIS. „Das gesamte Projekt hat sehr gut funktioniert“, sagt Deist. Die Stadt will das innovative Vorgehen daher weiter ausbauen.
www.stuttgart.de
www.geoplex.de

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Die Flotte von Cyclomedia zählt über mehr als 100 Fahrzeuge, mit denen der umliegende Raum präzise in 3D vermessen wird.
Foto: Cyclomedia

Nach jahrzehntelanger Erfahrung in der IT-Branche weiß Markus Wissmann, mit kreativen Sprachbildern umzugehen. Als er im Herbst 2024 als Geschäftsführer der Cyclomedia für Deutschland, Österreich und die Schweiz berufen wurde und seine Aufgabe darin lag, die neue Vision des Unternehmens weiter zu entwickeln, lag die Metapher des „Daten sind das neue Öl“ auf der Hand. Das Unternehmen ist seit Langem bekannt für die Befahrungen von Städten und Infrastrukturbauten mit innovativer Mobile-Mapping-3D-Technologie. Doch so richtig die hohe Wertschätzung des Daten-Assets ist, im Zeitalter von Künstlicher Intelligenz ist sie bereits zu einer Binsenweisheit geworden. Außerdem trifft sie das heutige Geschäftsmodell von Cyclomedia nicht mehr richtig. „Wir sind vielmehr die Raffinerie, die aus den Öl nachhaltiges Wissen generiert, und damit die Bedarfe unserer Kunden maßgeschneidert unterstützt“, sagt Wissmann heute. Das Daten-Öl wird – bildlich gesprochen – zu dem Treibstoff für die Mobilität, dem Schmiermittel für den Maschinenbau oder dem Waschmittel für die Hygiene.

Deutschland-Abdeckung von Cyclomedia. Bis Ende nächstes Jahres sollen die Daten deutschlandweit komplett vorliegen.
Dunkelblau: Bestandsdaten
Mittelblau: Daten in Planung 2025/2026
Grau: Planung ab 2027

Doch was bedeutet die Metapher der Raffinerie konkret für das Unternehmen Cyclomedia und die neue Justage der Strategie? Mehr Fokus auf Wiederverwendung bestehender Daten, gezielte Partner­integration und ein wachsendes Portfolio datengetriebener Lösungen, so die Antwort in Kurzform. „Wir wollen Wirkung entfalten“, sagt Wissmann. „Und dafür müssen Daten nicht nur hochauflösend, sondern auch strategisch einsetzbar sein.“ Damit trägt er die Philosophie des weltweit tätigen Unternehmens in den DACH-Markt. Die ist ambitioniert und klar umrissen: „Wir digitalisieren die Außenwelt in großem Maßstab, mit höchster Auflösung und Genauigkeit und in 3D, um Organisationen des öffentlichen Sektors, Energieversorgern und Telekommunikationsunternehmen dabei zu helfen, die Infrastruktur im Außenbereich zu bewerten und Verbesserungen effizienter, effektiver, sicherer und nachhaltiger zu planen“, so Wissmann. Das Unternehmen möchte so seinen Kunden bei allen drängenden, zeitgenössischen Fragen unterstützen. „Wir tragen dazu bei, unsere Welt wirkungsvoll zu verändern, indem wir wertvolle Erkenntnisse gewinnen, die aus hochpräzisen digitalen Darstellungen der Umwelt gewonnen werden“, so der Geschäftsführer.

Intelligente Nutzung ist strategische Priorität
Cyclomedia verfolgt drei zentrale strategische Prioritäten, die die Grundlage für Wachstum, Partnerschaften und neue Geschäftsmodelle darstellen: Die Säulen Coverage, Content Sales und Data Insights. Diese sind nicht nur die Voraussetzung für operative Exzellenz, sondern bilden zugleich das Fundament für zukunftsgerichtete digitale Geschäftsmodelle – in der Verwaltung, im Infrastruktursektor, in der Energiewirtschaft und darüber hinaus.

Coverage: Präzise Bilddaten als digitales Rückgrat

Markus Wissmann ist seit Oktober 2024 Geschäftsführer der Cyclomedia Deutschland. Wissmann hat mehr als 20 Jahre Führungserfahrung in Vertrieb und Business Development, insbesondere in den Bereichen Smart Cities, IoT und AI-basierte Lösungen. Wissmann verfügt über eine starke Erfolgsbilanz beim Ausbau des Geschäfts mit Kommunikations- und Netzwerklösungen bei führenden Unternehmen wie Software AG, Siemens und Cisco Systems. Er besitzt über umfassende Expertise in der Entwicklung disruptiver Technologien, gepaart mit nachweisbaren Erfolgen in der Umsetzung von Go-to-Market-Strategien und der Führung von Teams zu signifikantem Umsatzwachstum. Der bisherige Geschäftsführer Thomas Homrighausen wechselt die Aufgaben im Unternehmen. Einerseits fungiert er als Co-Geschäftsführer in Deutschland mit Fokus auf strategische Partnerschaften, zudem kümmert er sich im Rahmen der Europa-Organisation um die strategische Geschäftsentwicklung.
Quelle: Cyclomedia

Die Voraussetzung für jede datenbasierte Entscheidung ist eine belastbare, aktuelle und flächendeckende Datenbasis. Cyclomedia setzt deshalb konsequent auf den kontinuierlichen Ausbau seiner Bild- und Punktwolkendatenbank (siehe Karte rechts). Mit speziell ausgestatteten Fahrzeugen werden regelmäßig Städte, Kommunen und ländliche Räume in Deutschland befahren. Das Ergebnis sind georeferenzierte 3D-Daten aus Panoramabildern, Punktwolken und Street Orthos (orthogonale Straßen­draufsicht aus Fahrzeughöhe). Ziel ist ein flächendeckender, kontinuierlich aktualisierter Digital-Zwilling des öffentlichen Raums. „Dies werden wir auch im nächsten Jahr schaffen“, so Wissmann. Zudem investiert Cyclomedia stark in Eigenbefahrungen.

Content Sales – Mehrfachnutzung schafft neue Märkte
Cyclomedia hat mit Content Sales ein neues Geschäftsfeld etabliert. Dabei werden bereits vorhandene Datensätze wiederverwendet und branchenspezifisch neu nutzbar gemacht – ohne dass eine erneute Befahrung erforderlich ist. Als Vorteile verspricht das Unternehmen sofortige Verfügbarkeit, reduzierte Kosten und Skalierbarkeit für kleinere Zielgruppen. Die Abrechnungsmodelle sind dabei auf die Bedürfnisse der Anwender abstimmbar: zum Beispiel nach Intensität der Nutzung oder nach der Größe des relevanten Gebiets. „Diese Form der Lizenzierung öffnet neue Märkte – etwa Versicherungen, Ingenieur- und Planungsbüros oder Stadtwerke mit punktuellem Bedarf“, so Wissmann. Content Sales verwandelt also den einmaligen Projektdatensatz in eine Plattformressource mit breiter Nutzungsmöglichkeit.

Data Insights
Bei Data Insights geht es um intelligente Auswertung der Daten. Dies erachtet Cyclomedia als sehr wichtig, so dass es als neues Geschäftsfeld eingeordnet wird. Im Fokus steht die intelligente, KI-gestützte Analyse – kombiniert mit externen Quellen und branchenspezifischem Wissen. Unter dem Namen „Data Insights“ entsteht daher eine neue Kategorie datenbasierter Mehrwertdienste. Im Zentrum stehen KI zur automatisierten Bildanalyse, Zukäufe von technologiegetriebenen Unternehmen zur Beschleunigung von Innovation sowie offene Plattformarchitektur für Partnerintegration.

Wer Daten hat, kann entscheiden
„Unsere Rolle ist ganz klar definiert und lehnt sich an den Sinn einer Raffinerie an. Wir erfassen die Daten und stellen die notwendigen Pipelines zur Verfügung, um aus diesen Daten effizient und wirtschaftlich Mehrwertdaten anzubieten, die von Dritten oder den Auftraggebern selbst weiter in Prozessketten eingefügt werden“, so Wissmann. Neben der etablierten Street Smart Lösung stellt Cyclomedia verschiedene APIs für die anwendungsspezifische Integration von Daten und Funktionen in GIS-Applikationen, Fachverfahren und Prozesse für Partner und Kunden bereit. In Kombination mit Algorithmen, Programmen und KI-Anwendungen Dritter sollen so datenbasierte Ökosysteme entstehen. Diese finden zum Beispiel im Bereich Klimastrategie, Verkehrsplanung oder Glasfaserausbau Anwendung. Cyclomedia bietet nicht nur die Daten, sondern auch die Werkzeuge, um daraus Wirkung zu erzielen.
www.cyclomedia.com

Use Cases: Von der Theorie zur Anwendung

Kommunale Wärmeplanung: Energetische Gebäudebewertung auf Knopfdruck
Gemeinsam mit dem Berliner Unternehmen Scanrgy (www.scanrgy.de) bietet Cyclomedia eine KI-basierte Lösung zur energetischen Gebäudebewertung für die kommunale Wärmeplanung. Grundlage sind hochauflösende, flächendeckende 360°-Bilddaten, die durch optische Verfahren automatisiert ausgewertet werden. Scanrgy setzt dabei eigens entwickelte, besonders effiziente Modelle ein – mit über zehn Jahren Machine-Learning-Erfahrung in der Energiewirtschaft.
Im Fokus stehen gebäudescharfe Merkmale wie Sanierungsstatus und Baualtersklasse, ergänzt um Dachform, Fensteranteil, Fassadenqualität oder potenzielle Schadstellen. Die Sanierungsanalyse wurde in enger Zusammenarbeit mit Forschung und Praxis entwickelt und ist in ihrer Kombination aus Geschwindigkeit, Detailtiefe und Skalierbarkeit derzeit einzigartig.
Darauf aufbauend bietet Scanrgy weitere Analysen an – etwa zur Ableitung von Energieeffizienzklassen, Wärmebedarfen, Sanierungspotenzialen, Abwärmequellen oder Fernwärmeeignung. Diese Informationen werden GIS-kompatibel aufbereitet und sind innerhalb weniger Tage verfügbar – als Einzeldienst oder gemeinsam mit Cyclomedia.
Scanrgy fungiert hier als digitaler Gutachter, der auf Basis von Bilddaten tausende Gebäude gleichzeitig bewerten kann – objektiv, skalierbar und ohne Vor-Ort-Termin. Die Lösung richtet sich an Kommunen, die eine gesetzlich verpflichtende Wärmeplanung erstellen oder bestehende Planungen verfeinern wollen. Ebenso eignet sie sich für Quartierslösungen, Sanierungsmonitoring, Energie- und Gebäudeatlanten sowie für Anwendungen in der Wohnungswirtschaft, bei Versicherern oder Immobilieninvestoren.
Scanrgy fungiert hier als digitaler Gutachter, der auf Basis von Bilddaten tausende Gebäude gleichzeitig bewerten kann – objektiv, skalierbar und ohne Vor-Ort-Termin. Die Lösung richtet sich an Kommunen, die eine gesetzlich verpflichtende Wärmeplanung erstellen oder bestehende Planungen verfeinern wollen. Ebenso eignet sie sich für Quartierslösungen, Sanierungsmonitoring, Energie- und Gebäudeatlanten sowie für Anwendungen in der Wohnungswirtschaft, bei Versicherern oder Immobilieninvestoren.

Gebäudescharfe Daten für die Kommunale Wärmeplanung, generiert aus Cyclomedia-Daten.
Quelle: Scanrgy UG

Parkraumanalyse: Ruhender Verkehr wird sichtbar und planbar
Ein weiterer Trend für die Inwertsetzung der Cyclomedia-Daten ist die Parkraumanalyse. Der sogenannte ruhende Verkehr beansprucht einen großen Teil der städtischen Flächen. Gleichzeitig steigt der Flächenbedarf für Wohn- bzw. Arbeitsraum, Infrastruktur, Grünflächen und Bäume.
Mit den Cyclomedia-Daten kann umfangreiches Wissen über verfügbare Parkplätze generiert werden. Dies wird in der Verkehrssteuerung und -planung etwa für digitale Parkleitsysteme angewendet. Der Umwelt- und Klimaschutz kann damit gezielt Maßnahmen zur Förderung nachhaltiger Mobilität bewerten. Parkraumdaten helfen bei der Entscheidung, ob Flächen umgewidmet oder umgestaltet werden können. Kommunen können Parkgebühren oder das Bewohnerparken zudem effizienter managen, etwa durch dynamische Preisgestaltung. Des Weiteren sorgen die Informationen über Behindertenparkplätze oder familienfreundliche Stellplätze auch für inklusive Stadtgestaltung.
Zudem können Digitale Services und Smart-City-Anwendungen realisiert werden, bei denen Echtzeitdaten über die Parkplätze genutzt werden. Aus der Kombination von Parkraumanalyse und Echtzeitdaten entstehen dann digitale Anwendungen wie Park-Apps oder Navigationssysteme mit Parkplatzanzeige.

Die aus den Street Orthos gewonnenen Informationen zu den Parkplätzen werden im GIS eingespielt und können für vielfältige Fragestellungen genutzt werden.
Quelle: TRIGIS GeoServices GmbH

Praxisbeispiel Gelsenkirchen
In Kooperation mit TRIGIS (www.trigis.de) und der Planersocietät (www. Planersocietät.de) wurde basierend auf den in 2024 erfassten Befahrungsdaten in Gelsenkirchen eine umfassende Parkraumanalyse durchgeführt. Das Projekt befindet sich derzeit noch in der Analyse- und Bearbeitungsphase. Der gesamte Straßenraum von 850 Kilometern Länge wurde digitalisiert. Analysiert werden dabei Parkbereiche am Fahrbahnrand als auch auf Gehwegen sowie Attribute wie Aufstellart (parallel, quer, schräg), Anzahl und Lage der Stellplätze, Breite von Fahrbahn, Gehweg und Stellflächen, sowie Zufahrten, Sperrflächen und Verkehrszeichen.
Die Daten werden in GIS-fähige Polylinien und Flächenobjekte überführt. Dazu werden Street Orthos, also „Luftbilder“ aus Straßenperspektive“ mit einer Auflösung von ca. zwei Zentimetern genutzt. Aus diesen Daten entstehen Auswertungen zu Parkdruck, Flächenpotenzial, unzulässigem Gehwegparken oder Barrierefreiheit.

Telekommunikation: FTTH-Ausbau auf gesicherter DatengrundlageIm Rahmen des Glasfaserausbaus ist die exakte Kenntnis über Nutzungseinheiten und Gebäudeadressen essenziell. Gemeinsam mit DATABAU Engineer (www.DATABAU.com) bietet Cyclomedia eine Lösung, die Bilddaten mit algorithmischer Analyse kombiniert.
DATABAU deckt die gesamte Wertschöpfungskette rund um die Telekommunikationsinfrastruktur ab – von der Planung über Wartung und Instandhaltung bis zur fertigen Ausführung. Das Unternehmen nutzt die Cyclomedia-Daten und Street Smart als integralen Teil des Dienstleistungsportfolios.

Durch KI-basierte Verschneidung verschiedener Daten werden Informationen zu Gebäuden für die Breitband­erschließung validiert.
Quelle: DATABAU Engineer GmbH

Diese werden nicht nur für eine automatisierte Kostenanalyse (Cost-based Routing zur Findung der günstigsten Bauroute), für Oberflächenanalyse des Straßenraums im Ausbaugebiet oder das Assetmapping genutzt, sondern auch für einen innovativen Dienstleistungsbereich, den DATABAU ADS (AdressSurvey) nennt. ADS umfasst einen algorithmischen Abgleich von mehreren Datenquellen mit KI-Unterstützung mit dem Zweck, Wohn- und Geschäftseinheiten zu validieren. Dies geschieht durch Kombination von biooptischen Systemen und AI-gestützten Abgleich von Datenquellen sehr präzise. Die Daten fließen direkt in die FTTH-Planung ein (HLD/LLD), beschleunigen Trassenaudits und erhöhen die Qualität von Genehmigungsunterlagen. Telekommunikationsanbieter gewinnen dadurch höhere Datenqualität und haben geringeren Aufwand bei der Planung und eine verlässliche Grundlage für Ausbauentscheidungen.

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Alle Systembausteine sind über eine zentrale Landingpage erreichbar.
Links:
Der Digitale Zwilling des Landkreises basiert auf der interaktiven VC Map von VCS. GIS- und Fachkatasterdaten von RIWA sind angebunden.
Mitte:
Im Dashboard sind interaktive Grafiken zu einzelnen Fachthemen für ein intuitives Verständnis hinterlegt.
Rechts: Im Datenkatalog können beliebige Datensätze des Landkreis Hof registriert werden, aber auch andere Datenkataloge angebunden werden.
Quelle: VCS GmbH

Innerhalb der bundesweiten Modellprojekte Smart Cities (MPSC) hat sich der Landkreis Hof als eine von insgesamt 73 Modellregionen qualifiziert. Das Projekt »hoferLand.digital« konzentriert sich auf die Erarbeitung räumlicher Strategien und Ziele zur nachhaltigen Digitalisierung. Hierbei nimmt die Smart City Strategie eine zentrale Rolle ein, indem sie digitale Initiativen auf Landkreisebene koordiniert und die Interessen der 27 Städte, Märkte und Gemeinden zusammenführt.
Im Rahmen des Projekts entwickelt der Landkreis Hof eine neue Systemlandschaft, die zentrale Aspekte digitaler Infrastruktur und smarter Daseinsvorsorge abbildet. Kernpunkte des Vorhabens sind der Aufbau eines skalierbaren Data Lakes zur zentralen Speicherung und Analyse von Verwaltungs- und Sensordaten sowie die Integration technischer Komponenten wie digitaler Tools zur Prozessunterstützung. Mit der Einbindung der lokalen GIS- und Kataster-Daten über den Digitalen Zwilling wird das Ziel eines vernetzten, modularen System-of-Systems erreicht, das technologische Innovation ermöglicht und Anwendungsfälle mit Mehrwert realisiert.

Konkrete Anwendungsfälle
Im Wassermanagement entsteht ein System zur Überwachung von Löschwasserbecken und in der nachhaltigen Versorgung ein flexibles Rufbussystem für ländliche Mobilität. Auch die digitale Teilhabe steht im Fokus: Eine benutzerfreundliche Webplattform richtet sich an Bürger:innen, Verwaltung, politische Entscheidungsträger:innen und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS). Sie bietet eine transparente, interaktive Schnittstelle zu öffentlichen Informationen und Beteiligungsprozessen.

Kernkomponenten: Datenplattform, Karten­client und Dashboards
Die Systemlandschaft besteht aus der Urbanen Datenplattform, Dash-boards und dem Katalogdienst der DKSR sowie dem Digitalen Zwilling – der interaktiven VC Map von Virtual City Systems. RIWA als Generalunternehmen stellt die Webkartenplattform mit Diensten für Stadtplanung und Modellexport bereit und bindet GIS- und Fachkatasterdaten des Landkreises sowie der Kommunen an. Neben der Inventur vorhandener Daten, unter anderem Bebauungspläne, wurde eine umfassende Datenerfassung mit flächendeckender Befliegung und Befahrung durchgeführt, die in einen realitätsnahen hochwertigen Digitalen Zwilling mündete.
„Das Projekt Hofer Land zeichnet aus, dass das Smart City Team losgelöst von Verwaltungsroutinen neue Technologien entwickelt und vorhandene Fachdaten und -systeme integriert, um neue Lösungsansätze in der Verwaltung zu integrieren und zu etablieren“, so Dr. Markus Tum, Leitung Smart Cities, RIWA GmbH.

Zentraler Zugang über eine intelligente Plattformstruktur
Alle Systembausteine sind über eine zentrale Landingpage erreichbar – sie ermöglicht einen intuitiven Zugang zur Kartenkomponente, Dashboards, dem Katalogdienst und weiteren Tools. Aus dieser Struktur ist der CIVORA Smart City Data Hub der DKSR entstanden.
Die VC Map wurde als interaktiver Kartenclient in die Komponenten von CIVORA integriert. Die Kartenanwendung speist sich aus der 3D-Geodateninfrastruktur und dem RIWA GIS-Zentrum und bildet so die Geokomponente der Urbanen Datenplattform ab.

Einzigartige Systemvernetzung
Das System zeichnet sich durch hohe Interoperabilität aus: In der VC Map lassen sich Dienste und Katalogdaten live hinzufügen – vom Landkreis selbst und von Plattformen wie open.bydata.de oder der Bayerncloud Tourismus. Auch dynamische Datenströme wie Sensordaten oder Bewegungsinformationen können integriert und visualisiert werden.
Durch die offene API kann die VC Map als Geokomponente in Drittsysteme eingebunden werden – vom Dashboard bis zu externen Katalogdiensten. Planungsdienste, Modellexportfunktionen und neue Mehrwertanwendungen wie die Solar App von VCS ergänzen das Angebot.

Offene Standards für System-of-Systems
Das Projekt setzt auf offene Schnittstellen und etablierte Standards. Alle Komponenten werden im Einklang mit Förderrichtlinien als Open Source bereitgestellt. Die erreichte Durchgängigkeit und Modularität entsprechen modernen Anforderungen an digitale kommunale Infrastruktur. „Mit der neuen Systemlandschaft in Hof entsteht eine der ersten Blaupausen der neuen DIN SPEC 91607 – Digitaler Zwilling für Städte und Kommunen.“, sagt Dr. Stefan Trometer, Geschäftsführer Virtual City Systems, der auch Co-Autor der DIN SPEC ist. „Der Landkreis Hof wird als Modellprojekt Smart Cities (MPSC) gefördert und zeigt eindrucksvoll, wie sich technologische Innovation, Datenintegration und bürgernahe Anwendungen zu einem zukunftsweisenden Smart-City-Ansatz verbinden lassen. Das Projekt bietet Lösungen für aktuelle Herausforderungen und eine skalierbare Vorlage für andere Kommunen. Ein großes Dankeschön an alle Beteiligten.“

www.hoferland.digital/
www.hoferland.digital/themen/
www.vc.systems
www.riwa.de
www.dksr.city

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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

Der Beitrag Aus Luftbildern wird Wissen erschien zuerst auf Business Geomatics.

Von Beginn an konzentrieren sich die Aktivitäten der Geoinformationsbranche bei ihren Digitalen Zwillingen auf die flächendeckend vorliegenden 3D-Stadtmodelle der Kommunen und Länder. Dabei wird im allgemeinen Sprachgebrauch häufig der Begriff des digitalen Zwillings synonym für 3D-Stadtmodelle verwendet. Der offensichtliche Grund sind in der Fläche fehlende Sensoren für das Messen von z.B. Temperaturen, Windgeschwindigkeiten, Pegelständen oder Bodenfeuchte und deren Zugänglichkeit. Oder die tiefergehende Attribuierung der 3D-Gebäude mit Materialeigenschaften, die bedeutend sind für eine thermische Absorption von Gebäuden und damit für deren energetisches Verhalten und das Mikroklima in einem Quartier.

LIDAR-Daten für den Vergleich mit den LoD 2-Dachformen. In den Grafiken die Bewertung der Abweichung der Dachformen zwischen LIDAR-Daten und LoD 2-Dachformen .
Quelle: Bilder: CPA ReDev GmbH / Geobasis NRW

„Davon unabhängig bieten gerade die aus den amtlichen Geobasisdaten (ALKIS) abgeleiteten und als Open Data durch die Landesvermessung oder das BKG (Bundesamt für Kartografie und Geoinformation) verfügbaren 3D-Stadtmodelle eine verlässliche Basis für den flächendeckenden Aufbau Digitaler Zwillinge“, sagt Dr. Christoph Averdung, Geschäftsführer der CPA Redev GmbH. Sie erfüllen zugleich wesentliche Kernforderungen – eine nachhaltige Verfügbarkeit, eine an den Anwendungsfall Digitaler Zwilling angepasste Genauigkeit und die Fähigkeit zur Reproduktion der Ergebnisse im Bedarfsfall. Als Open Data senken sie die Investitionskosten in Digitale Zwillinge und befördern damit die Wirtschaftlichkeit entsprechender Vorhaben.
So stehen insbesondere die Detaillierungsgrade LoD1 und LoD2 im Fokus der Anwender. Die Geobasisdaten dienen mit Ihren Gebäudegrundrissen der vollautomatischen Ableitung des LoD1 und zusammen mit den LIDAR-Daten der Berechnung des LoD2, wobei hier für die Ermittlung der Dachformen auf eine standardisierte Vorgehensweise zurückgegriffen wird. Während die Lagegenauigkeit durch den Gebäudegrundriss bestimmt wird, beträgt laut BKG die Höhengenauigkeit „größenteils ein Meter“.

Automatische Aktualisierung mit ALKIS

Beispieldatensatz aus Bochum. Links die ALKIS-Daten, in der Mitte die LoD1-Daten und rechts in LoD2 mit Dachformen. Für die Fortführung hat CPA einen regelbasierten Automatismus entwickelt.
Quelle: CPA ReDev GmbH / Geobasis NRW

„Allerdings – die städtebaulichen oder sonstigen planerischen Tätigkeiten der Kommune erfordern bedarfsgetrieben auch unterjährig eine höhere Aktualisierung der 3D-Gebäude, die Modellierungsschärfe der Dachformen genügt nicht jeder Betrachtung und gerne möchte die Kommune die eigenen hochgenauen 3D-Gebäudemodelle in ‚ihrem‘ 3D-Stadtmodell wiederfinden“, beschreibt Averdung.

Mit der Einführung der GeoInfoDok 7 (GID 7.1.2) bei den katasterführenden Dienststellen ergab sich die Notwendigkeit zur Anpassung des seit vielen Jahren bestehenden ALKIS-CityGML-Konverters an die neuen ALKIS-Datenstrukturen. In einem nun zweistufigen Verfahren werden zunächst die ALKIS-Gebäudeinformationen über ein mit den CPA-Kunden abgestimmtes Regelwerk in die CityGML-Datenstrukturen (Version 2.0) überführt. Die Informationsbasis dieser ersten Stufe sind eine ALKIS-Sekundärdatenbank, die über ein NBA-Verfahren (Nutzerbezogene Bestandsdatenaktualisierung) im Umfang der für das Stadtmodell erforderlichen Objekte in den GID-/Datenstrukturen aufgebaut wird und eine CityGML-Datenbank, die ein DGM mit beliebiger Auflösung enthält. Das Ergebnis dieser regelbasierten Auswertung ist ein CityGML-Datensatz mit Gebäudeinformationen im Detaillierungsgrad LoD1. Dieser dient in der zweiten Stufe dem Aufbau einer CityGML-Datenbank; um diese dann mit der fortzuführenden CityGML-Produktionsdatenbank des Kunden in Bezug zu setzen.

Über geometrische und semantische Vergleichsoperatoren werden in der Folge die LoD1-/LoD2-Gebäudedaten der Produktionsdatenbank mit aktuellen LoD1-Geometrien „versorgt“. Neue Gebäude werden erzeugt, bestehende Geometrien einem Update unterzogen oder in ALKIS untergegangene Gebäude in der Produktionsdatenbank gelöscht. Am Ende dieser zweiten Stufe ist die Produktionsdatenbank auf einem aktuellen Stand; ein Protokoll listet die durchgeführten Änderungen und den durch die ALKIS-Fortführungen erforderlichen Anpassungsbedarf an den LoD2-Geometrien auf.

Bedarfsgetrieben können in dieses Verfahren auch die zyklisch aktualisierten CityGML-Daten der Landesvermessungen mit einbezogen werden, z.B. für ein automatisches Ergänzen fehlender LoD2-Geometrien in den eigenen Produktionsdaten. Für eine weitergehende Qualitätsanalyse können abschließend noch die Dachformen mit aktuellen LIDAR-Daten verglichen werden. Ermittelt wird ein Sigma als Maß für die Abweichung zwischen der LoD2-Dachgeometrie mit den Laserscandaten. „Diese Information hilft bei der Konditionierung von Ausbreitungsmodellen oder der Bewertung von Sichtachsen innerhalb des 3D-Stadtmodells“, beschreibt Averdung.
www.cpa-redev.de

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Im Jahr 2020 fiel der Startschuss zur Entwicklung eines 3D-Geoportals für Basel-Stadt, dem flächenmäßig kleinsten Kanton der Schweiz. Der Stadtkanton hat zwar schon seit rund 25 Jahren ein 3D-Stadtmodell, öffentlich einsehbar und über Internet nutzbar war dies jedoch bis dato noch nicht. Doch mit dem Projekt 3D-Geoportal, dessen Kern die Applikation MapBS 3D ist, startete nicht nur eine Erweiterung des Geoportals in die dritte Dimension, sondern vielmehr eine stadtweite Innovation und ein komplett neues Leitbild für das gesamte Geodatenmanagement.

Vom Projekt zur Vision

Für MapsBS 3D wurden alle Bäume identifiziert und dargestellt. Dies soll vor allem Fragen rund um das Stadtklima unterstützen.
Quelle: Basel-Stadt

Schon zu Beginn zeigte sich, dass der Weg von 2D zu 3D unterschätzt wurde. Ursprünglich wollte man in Basel für das 3D-Geoportal Open-Source-Komponenten nutzen und eine eigene Lösung entwickeln. Eine interne Studie zeigte jedoch schnell auf, dass eine proprietäre Lösung das bessere Kosten-Nutzen-Verhältnis hat. „Es wurde klar, dass eine von einem Hersteller entwickelte Software unsere Anforderungen besser, schneller und risikoärmer abdecken würde“, erzählt Adrian Moser, Leiter Geoinformation beim Grundbuch- und Vermessungsamt in Basel. Im Zuge der öffentlichen Ausschreibung fiel dann die Entscheidung für das Osnabrücker Unternehmen Geoplex, das mit PlexMap eine Softwaresuite für den Aufbau und den Betrieb von Digitalen Zwillingen bietet.

Das Projekt erfuhr zudem große Resonanz in der gesamten Verwaltung. „Viele Abteilungen entdeckten, welchen Mehrwert ihnen 3D-Daten bieten konnten“, berichtet Moser. Parallel etablierte sich wie in der gesamten Geoinformationsbranche der Begriff des Digitalen Zwillings. „Es wurde klar, dass die Zukunft der Geoinformation weit mehr ist als nur eine einzige statische 3D-Darstellung“, beschreibt der Geomatik-Ingenieur und verweist dabei auf den zentralen Aspekt eines Digitalen Zwillings, nämlich die dynamische, echtzeitorientierte Vernetzung der Daten. So entstand in Basel mit twinbs ein Leitbild für zukünftige Entwicklungen, dessen Ziel es ist, „intern und extern Daten mit Raumbezug vernetzt in digitalen Anwendungen und in Prozessen nutzbar zu machen“, so die amtliche Beschreibung der Stadt. Als zentraler Punkt habe sich dabei sehr schnell ergeben, dass es nicht nur einen, sondern mehrere Digitale Zwillinge gibt, die alle ihre Berechtigung und vor allem Nutzen haben.

„Insbesondere die Themenbereiche Klima, Planung und Mobilität sind Treiber für twinbs“, so Moser. Wichtig sei, Akteure zusammenzubringen und gemeinsam zu evaluieren, welche Anwendungsfälle den größten Nutzen bringen. In Basel wurden daher neue Formate wie das GIS-Café etabliert, bei dem Fachleute verschiedenster Fachbereiche zusammenkommen und offen diskutieren können. Die Fachstelle für Geoinformation koordiniert die Aktivitäten rund um twinbs.

Pass- und maßstabsgenaue Einpassung historischer Fotos in das Basler 3D-Stadtmodell. Geoplex hat dafür eine spezielle Schnittstelle innerhalb PlexMap entwickelt, die auch verschiedene Features für die visuelle Darstellung der Bilder besitzt.
Quelle: Basel-Stadt

Das Projekt zur Einführung des 3D-Geoportal wurde im Juni 2025 abgeschlossen. Es steht nun allen Akteuren zur Nutzung offen – der Öffentlichkeit genauso wie Mitarbeitenden der kantonalen Verwaltung. Die Anwendung MapBS 3D beinhaltet ein detailliertes 3D-Stadtmodell der Kantonsvermessung und realistische 3D-Luftbilder von Basel aus mehreren Jahren. Darüber hinaus wurden verschiedene Bauprojekte aus dem Hochbau sowie eine realistische Darstellung des 3D-Baumkatasters in die Anwendung integriert. „Die Zusammenarbeit mit Geoplex war sehr angenehm und produktiv“, so Moser.

Mit MapBS 3D hat sich ein Aspekt von twinbs bereits manifestiert. Enthalten ist zum Beispiel ein digitales Abbild des gesamten Baumbestands – erstellt aus Laserscandaten durch die Stadtgärtnerei und das Tiefbauamt. Es gab zwar bereits ein Baumkataster für alle öffentlichen Flächen, bei MapsBS 3D ist jedoch der Hauptzweck, den gesamten Baumbestand sichtbar zu machen. Bewertung und Monitoring des Baumbestands erfolgen parallel dazu durch die Stadtgärtnerei auf Basis derselben Daten.

Die Fachleute der Dienstelle Städtebau & Architektur verwenden das Tool in der täglichen Arbeit. „Für sie wurde im Projekt eine spezielle interne Fachanwendung bereitgestellt, um frühe städtebauliche Entwürfe und Konzepte darzustellen und zu prüfen“, beschreibt Moser. Fast alle in MapBS 3D gezeigten 3D-Geodaten können als Open Goverment Data (OGD) kostenfrei im kantonalen Geodaten-Shop heruntergeladen werden. Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit, das 3D-Stadtmodell über den 3D-Tiles BS Service vernetzt in eigenen Anwendungen zu integrieren, ohne dass sie heruntergeladen und erneut abgespeichert werden müssen.

Digitale Zwillinge von Basel können auch Grundlage für Partizipation sein. So setzt zum Beispiel das Tiefbauamt vermehrt darauf, Bürger:innen bei Bauprojekten und Neugestaltungen in Zukunft verschiedene Entwürfe bereitzustellen und deren Meinung einzuholen. Planer:innen können so auch verschiedene Szenarien bereits virtuell durchspielen, frühzeitig Konflikte erkennen oder sich ein Bild von kniffligen Planungsabschnitten machen.

Gemeinsame Weiterentwicklungen

Darstellung der Freien Strasse, einer zentralen Einkaufs- und Flaniermeile in Basel. Hier wurden Panorama-Fotos aus dem Straßenraum herangezogen, um die Textur der Oberflächendarstellung zu verbessern.
Quelle: Basel-Stadt

Basel-Stadt verfolgte ein strukturiertes Vorgehen bei der Entwicklung der 3D-Plattform. Beispielsweise werden Projekte nach dem Scrum-Prinzip realisiert. Ebenso spielt der Erfahrungsaustausch eine wichtige Rolle, etwa mit anderen Geoplex-Kunden (insbesondere Stuttgart, Friedrichshafen und Linz). Mit PlexMap Connect stellt Geoplex dafür ein geeignetes Chat-Angebot für Anwender:innen zur Verfügung. Basel hat sich mit anderen PlexMap-Kunden aus der Region zu der Interessensgemeinschaft „PlexMap Süd“ zusammengeschlossen. So können Impulse für die weitere Entwicklung von PlexMap gebündelt werden.

Ein wichtiges Ergebnis der Zusammenarbeit in der Interessensgemeinschaft „PlexMap Süd“ ist die gemeinsame Entwicklung eines sogenannten TIN-Terrains. Dies ist ein Feature von PlexMap, mit dem Geländemodelle als hochgenaue Dreiecksvermaschung (TIN) aufbereitet und im Viewer dargestellt werden können. Der Fokus liegt dabei auf der Integration von Bruchkanten in die TIN-Gelände. Diese liegen als Shape-Dateien vor und tragen nun dazu bei, scharfe Kanten im Gelände (z.B. eine Spundwand oder eine Mauer) hochgenau im 3D-Viewer darstellen zu können. „Natürlich kommen derartige Bruchkanten in bergigen Regionen häufiger vor als zum Beispiel im eher flachen Norden Deutschlands. Es profitieren jedoch alle PlexMap-Kunden von dieser Entwicklung, da die Nutzung des TIN-Terrains nun für alle Kunden ohne Mehrkosten möglich ist. Für die Planung unserer Entwicklungsagenda sind solche Impulse enorm wichtig, denn sie bündeln die Bedarfe vieler Kunden“, sagt Frederik Hilling, Geschäftsführer von Geoplex. Sie helfen den Anwender:innen bei der Evolution der 3D-Geodaten hin zu Digitalen Zwillingen. „Mit dem Ergebnis des Projektes sind wir sehr zufrieden“, so Moser.

Eine ebenfalls für viele PlexMap-Kunden interessante Weiterentwicklung, ist die Integration historischer Fotos in den 3D-Viewer. Heute ist es möglich, z.B. historische Photographien passgenau in das aktuelle 3D-Stadtmodell einzubetten. Die technische Grundlage dafür liefert sMapshot, eine Applikation der Fachhochschule Westschweiz HEIG-VD, mit der Bilder aus unterschiedlichen Quellen georeferenziert gespeichert werden können. PlexMap bietet nun eine Schnittstelle zu sMapshot und integriert die pass- sowie blickwinkelgenauen Bilder in PlexMap 3D. Im Viewer können die Bilder ausgewählt und über verschiedene Slider mit dem aktuellen 3D-Stadtmodell verglichen werden (z.B. Transparenz und Bild „nach hinten verschieben“). Diese Funktion wird inzwischen von vielen anderen PlexMap-Anwendern genutzt, beispielsweise in Ostwestfalen-Lippe, wo in einer Webanwendung Baugeschichte, baukulturelles Erbe und historische Ansichten im Sinne einer 3D-Zeitreise verdichtet werden sollen. MapBS 3D selbst hat über die Schnittstelle bereits 1.500 historische Bilder integriert, die Nutzer:innen einen Einblick in die historische Entwicklung der Stadt bieten.

Ideen für die Zukunft

Für MapsBS 3D wurden alle Bäume identifiziert und dargestellt. Dies soll vor allem Fragen rund um das Stadtklima unterstützen.
Quelle: Basel-Stadt

In Basel wird das 3D-Geoportal als fester Bestandteil des kantonalen Geoportals im Geiste von twinbs weitergeführt. In den kommenden Monaten soll etwa das 3D-Stadtmodell im Format IFC angeboten werden. 2026 soll auch das bestehende 2D-WebGIS MapBS erneuert und darin auch eine einfache 3D-Ansicht ermöglicht werden, die auf den von PlexMap 3D bereitgestellten standardisierten 3D-Tiles basieren wird.
Neue Ideen entstehen laufend, beispielsweise bei der Parkraumbewirtschaftung. Parkplatzsuchende finden in dem Geoportal nicht nur lagegenaue und aktuelle Informationen, wieviel Parkplätze in den Parkhäusern aktuell jeweils frei sind. Aktuell laufen auch Überlegungen, wie Informationen zu Gebäuden und Grundstücken der Verwaltung und der Öffentlichkeit noch einfacher bereitgestellt werden können. Das Tiefbauamt hat darüber hinaus mit wichtigen Partnern eine Applikation erstellt, die die Bürger:innen transparent informiert an welchen Basler Straßen gerade gebaut wird (in 2D unter https://baustellen.bs.ch) und wer Ansprechpartner:innen für Anfragen sind. In Zukunft sollen solche verschiedenen Applikationen sinnvoll und stärker vernetzt werden. „Innovative Ideen für die Zukunft entstehen viele, unsere Hauptaufgabe liegt darin, deren Nutzen zu prüfen, und diejenigen, die wirklichen Mehrwert schaffen, in eine koordinierte Umsetzung zu bringen“, sagt Moser, das sei zukünftig die Essenz bei allen Ideen, die rund um twinbs entstehen.

www.3d.geo.bs.ch
www.bs.ch
www.geoplex.de

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Darstellung eines potenziellen Wärmenetzes mit Investitionskosten.
Quelle: LBD GmbH

In einer Studie des Deutschen Instituts für Urbanistik aus dem Jahr 2020 heißt es, dass die Digitalisierung enorme Chancen für die Wärmeplanung bietet. Im Fokus stehen dabei Digitale Zwillinge, bei denen die spezifischen und bisher fragmentiert vorliegenden Daten für die Wärmewende gebündelt und Planungsprozesse automatisiert und optimiert werden können. Ihre Verwendung reicht von der Gebäudeebene über Versorgungsnetze bis hin zu Quartieren oder ganzen Städten.
Während aktuell noch Studien durchgeführt werden, die untersuchen, wie Digitale Zwillinge durch Kommunen operationalisiert werden können, bietet die Berliner Beratungsgesellschaft LBD mit INFRA seit Jahren eine entsprechende Software an. Mit dieser können Akteure die transformatorischen Aufgaben der Energie- und Wärmewende mit einem Digitalen Zwilling (DZ) durchführen.
„Wir bieten die Möglichkeit, den Weg zur klimaneutralen Versorgung effizient und digital unterstützt zu gestalten, indem wir auf einer datenbasierten Grundlage mithilfe von intelligenten Algorithmen relevante Informationen interpretieren und Planungs- sowie Prognoseprozesse effizienter machen“, sagt Claudia Schlemmermeier, Geschäftsführerin der LBD-Beratungsgesellschaft.

Fachspezifischer digitaler Zwilling

Darstellung der Wärmeliniendichte in der Wärmeplanung Quelle: LBD GmbH

Das LBD-Konzept sieht vor, dass die komplette Datenhaltung, die Analysen, die energetischen und wirtschaftlichen Berechnungen, die Szenarienberechnungen und Maßnahmenplanungen, auf einer Plattform gebündelt werden. Das Konzept geht dabei noch einen Schritt weiter: Durch zusätzliche Funktionen zur Wärmenetzplanung und Flächenrestriktionsanalyse für eneuerbare Energieerzeugung werden die notwendigen Voraussetzungen für die Umsetzung oder die Beantragung von Fördermitteln für Machbarkeitsstudien für Wärmenetze geschaffen.
Der digitale Zwilling ist damit für Energie- und Wärmeversorger die strategische Grundlage für die Transformation der vorhandenen Geschäftsmodelle, den Aus- und Rückbau der Infrastrukturen Fernwärme, Strom, Gas, H2 oder den Aufbau neuer Geschäftsfelder in den Bereichen Projektentwicklung mit erneuerbaren Energien (Solarparks sowie neue Wärmenetze).
Ein Digitaler Zwilling wird damit weit mehr als nur ein darstellendes Planungswerkzeug – er wird zum strategischen Steuerungsinstrument eines komplexen Systems, das datenbasierte Entscheidungen ermöglicht, Szenarien simuliert und die Transformation von der Planung bis zur Umsetzung dynamisch begleitet.
Die LBD entwickelt die Anwendung daher beständig weiter, so dass sie zu einem Digitalen Zwilling wird, der für alle energiebezogenen Fragestellungen von Kommunen und Stadtwerken und insbesondere Flächenversorgern sowie Projektentwicklern nutzbar ist.

Praxisbeispiele
Die Zielgruppe von INFRA lässt sich in drei Gruppen aufteilen. Entweder sind es Planer, die Dienstleistungen zur Wärmeplanung bereitstellen, z.B. für kommunale Wärmepläne oder Machbarkeitsstudien bzw. Transformationspläne für Wärmenetze oder es sind Projektentwickler, die gemeinsam mit Kommunen Projekte planen und realisieren, wie die Entwicklung von Solarparks und Wärmenetzen oder die Kombination aus beidem.
Die dritte Gruppe sind Netzbetreiber von Gas- und Stromnetzen und Energieversorger in der Fläche. In der Wärmewende spielen diese eine entscheidende Rolle, da sie ihre Konzessionskommunen aktiv bei der Wärmeplanung und -umsetzung begleiten, dabei bestehende Infrastrukturen transformieren und neue Geschäftsfelder erschließen müssen.

Beispiel: KWP in Brandenburg
Im Rahmen eines Projekts in Brandenburg wurde das komplette Netzgebiet eines Versorgers in INFRA als digitaler Zwilling abgebildet. Ein zentrales Instrument zur Unterstützung der Kommunen ist die auf Basis der LBD-Anwendung entwickelte „Wärme-light-Planung“. Diese bietet den Kommunen eine fundierte Grundlage für ihre verpflichtende Wärmeplanung, die mithilfe des digitalen Zwillings in INFRA durchgeführt wird.
„Mit INFRA konnten wir innerhalb kürzester Zeit eine maßgeschneiderte Analyse der Wärmeversorgung für die Kommunen im Netzgebiet des Versorgers entwickeln. Die Wärme-light-Planung zeigt eindrucksvoll, wie der Versorger sein Fachwissen und seine Expertise einsetzt, um die Kommunen bei der Umsetzung ihrer verpflichtenden Wärmeplanungen effektiv zu unterstützen“, erklärt Claudia Schlemmermeier.

Machbarkeitsstudie für ein zukunftsfähiges Wärmenetz
Ein weiteres aktuelles Beispiel für den Einsatz von INFRA ist eine Kleinstadt in Nordbrandenburg. Dort wird die Realisierbarkeit eines wirtschaftlichen Wärmenetzes, basierend auf Geothermie, geprüft. Das Wärmenetz soll als maßgebliche Erweiterung der bestehenden Fernwärmeversorgung dienen.
Gemäß den Analysen in INFRA könnten bis zu 900 Anschlüsse an ein erweitertes kommunales Wärmenetz realisiert werden, wobei beispielsweise Faktoren wie der aktuelle und zukünftige Wärmebedarf, die Wärmeliniendichte, die Gebäudestruktur, die Anschlussbereitschaft der Eigentümer sowie weitere technische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen in die Bewertung einfließen.
„Mit INFRA ermöglichen wir eine umfassende Analyse und Bewertung potenzieller Wärmenetzprojekte von der Bestandsanalyse, über die Wärmequelleneinbindung und die Verlegung des Netzes basierend auf Strömungsmechanik sowie Materialkonzept. Zudem bestimmen wir den Investitionsbedarf und liefern Visualisierung mittels Karten und Grafiken für den Dialog mit der Kommune. Diese Detailtiefe und Qualität der Ergebnisse in so kurzer Zeit wären ohne INFRA nicht realisierbar“, so Philipp Teichgräber, Lead New Business INFRA bei der LBD.
www.infra-analytics.de.de

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Auf Basis der Daten ist es zum Beispiel möglich, Anfragen für den Netzanschluss von Windkraft, PV-Anlagen, Wärmepumpen oder Wallboxen innerhalb von Sekunden zu bearbeiten und rasch zu beantworten. Allein im vergangenen Jahr lag die Anzahl der Netzanschlussanfragen im deutschen E.ON-Netzgebiet bei mehr als 410.000. Zudem erkennt das Modell, wo der Bedarf für den Netzausbau in der Niederspannung am größten ist, wo ausreichend Kapazität vorhanden ist oder wo Flexibilität benötigt wird.

Der Digitale Zwilling des 700.000 Kilometer langen Stromnetzes von E.ON unterstützt in der Netzplanung, im Netzanschluss und im Netzbetrieb.
Quelle: E.ON

Victoria Ossadnik, E.ON-Vorstand für Digital & Innovation, erklärt: „Unsere Antwort auf die wachsende Komplexität des Energiesystems lautet Digitalisierung. Die Entwicklung und Einführung neuer IT-Technologien wie envelios digitaler Zwilling setzt Innovationskraft und den Willen zur Transformation voraus. Beides ist bei E.ON in einem Maß vorhanden, dass wir mit Spitzentechnologie Made in Germany Standards in Europa setzen.“

E.ONs Netzvorstand Thomas König: „Digitalisierung ist der Schlüssel für eine hohe Versorgungssicherheit und Stabilität unserer Stromnetze. Der großflächige Stromausfall auf der Iberischen Halbinsel Ende April hat eindrücklich gezeigt, wie elementar eine starke Energieinfrastruktur ist. Innovative Lösungen wie digitale Zwillinge im Netz helfen uns dabei, den Netzausbau für unsere Kundinnen und Kunden weiterhin so effizient wie möglich umzusetzen.“

Neben dem deutschen Verteilnetz hat E.ON einen digitalen Zwilling und die Technologie von envelio bereits für seine Netze in Schweden, Tschechien und Polen im Einsatz. Insgesamt digitalisieren und automatisieren mehr als 70 europäische Netzbetreiber ihre Netze mit envelios Intelligent Grid Plattform – vom Stadtwerk bis zum großen Flächennetzbetreiber. Die E.ON-Tochtergesellschaft ist in Deutschland Technologielieferant des Digital-Twin-Projekts der Europäischen Union. Zudem läuft derzeit die Expansion in die USA.

envelio-CEO Simon Koopmann: „Wir stehen an einem Wendepunkt für die Weiterentwicklung unserer Energieinfrastruktur. Intelligente, standardisierte digitale Lösungen wie unser digitaler Zwilling ermöglichen nicht nur effizientere Abläufe, sondern verwandeln das Stromnetz in eine Plattform für die Energiewende. Je mehr Netzbetreiber sich vernetzen und gemeinsame Standards nutzen, desto schneller realisieren wir ein resilientes, nachhaltiges und zukunftssicheres Energiesystem.“

Die Energiewende ist mit den Netzanschlüssen von Windparks, PV-Anlagen, Wärmepumpen und Ladestationen eine Herkulesaufgabe für Verteilnetzbetreiber wie E.ON. Das bedeutet: Auch wenn genügend erneuerbare Energiequellen bereitstehen, die erzeugte Energie muss effizient über die Netze transportiert werden. Der digitale Zwilling und die Technologie von envelio bilden dafür eine zentrale Grundlage.

 www.eon.com

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Dr. Matthias Eimer und Johanna Heidrich haben gemeinsam mit einem Forschenden-Team die Software »AD Net Heat« entwickelt. Die Software simuliert die Wärmeströme im Fernwärmenetz. Quelle: Fraunhofer ITWM

Mit »AD Net Heat« haben Fraunhofer-Forschende eine Simulationssoftware entwickelt, die die Wärmeströme im Leitungsnetz nachbildet. »Das erlaubt im Live-Betrieb Prognosen über die Wärmeströme und den Bedarf an den Verbrauchsstationen. Mit diesen Daten können Stadtwerke und Energieversorger das Netz mit all seiner Dynamik in Echtzeit beobachten und steuern. Auch Lastspitzen zu verschiedenen Tageszeiten werden frühzeitig erkannt und ausgeglichen«, erklärt Dr. Matthias Eimer vom Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM. Das Fernwärmenetz wird insgesamt stabiler und der Betrieb im Alltag effizienter und kostengünstiger.

Fernwärmesteuerung in Echtzeit

Die Fraunhofer-Forschenden haben einen Digitalen Zwilling des physikalischen Leitungsnetzes entwickelt. Darin fließen Basisdaten ein wie die Topologie des Netzes, Länge und Querschnitt der Rohrleitungen sowie Zahl und Position der Einspeisepunkte und Verbrauchsstationen. Hinzu kommen Faktoren wie Wetterdaten, Sonneneinstrahlung und das typische Verbrauchsprofil zu bestimmten Tages- und Jahreszeiten. Außerdem werden die tatsächlichen oder geplanten Einspeisedaten wie die Vorlauftemperatur oder Einspeiseleistung vorgegeben. Auf dieser Basis simuliert AD Net Heat die Dynamik des gesamten Netzes, liefert wichtige Kenngrößen zu Punkten, die an Randbezirken des Netzes liegen – die sogenannten Schlechtpunkte –, und meldet kritische Betriebszustände. Außerdem kann die Steuerung des Netzes optimiert und in den Leitstand zurückgespielt werden.

Durch die direkte Modellierung der physikalischen Prozesse kommt der Digitale Zwilling mit einer geringen Anzahl an Sensoren aus. Diese dienen nur der Kalibrierung von unbekannten Parametern, wie beispielsweise den Rohreigenschaften, die durch Alterungsprozesse nicht mehr dem Originalzustand entsprechen. Zusätzliche Sensorik kann dann zur Validierung der Simulationsergebnisse verwendet werden.

Der Digitale Zwilling soll für die Betreiber von Wärmenetzen und Stadtwerken mehrere Vorteile bieten: Neben dem optimierten Betrieb kann beispielsweise die Vorlauftemperatur abgesenkt werden, um unnötige Energieverluste zu reduzieren.

Auch Großveranstaltungen in der Stadt wie beispielsweise ein Konzert oder eine Messe, bei denen große Hallen mit Wärme versorgt werden müssen, fließen in die Betriebsplanung ein. Nach Eingabe des Standorts des Abnehmers sowie des geschätzten Wärmebedarfs simuliert die Software den Wärmetransport und gibt ihre Verbrauchsprognosen zurück.

Hilfe bei der Planung neuer Netze

Die Softwarelösung hilft aber auch bei der Planung und Inbetriebnahme von neuen Netzen. Wenn die Topologie eines Netzes definiert ist, inklusive der Einspeisepunkte für schwankende Energiequellen wie Solarthermie und Industrieabwärme, berechnet das Softwaretool die Verteilung der Wärmeströme und die zu erwartenden Verbräuche. Planungsbüros spielen hier ganz unterschiedliche Szenarien durch, etwa den Verbrauch zu bestimmten Tages- oder Jahreszeiten, unterschiedliche Platzierung von Erzeugern oder bauliche Veränderungen wie neue Transportleitungen.

»Stadtwerke oder Fernwärmeversorger machen damit einen großen Schritt in Richtung einer klimaneutralen und ressourcensparenden Wärmeversorgung. Außerdem senken sie ihre Kosten. Denn zum einen erlaubt die Simulation im Digitalen Zwilling die maximale Nutzung der erneuerbaren Energiequellen, wenn diese gerade verfügbar sind. Zum anderen sind die Prognosen über den Wärmebedarf sehr genau und zuverlässig. So können die Querschnitte der Rohrleitungen etwas kleiner ausgelegt werden, das spart Material«, sagt Eimer.

Derzeit arbeiten die Fraunhofer-Forschenden daran, die Nutzungsoberfläche von »AD Net Heat« für Anwenderinnen und Anwender bei den Wärmeversorgern und Planungsbüros noch einfacher und übersichtlicher zu gestalten. Da der Rechenkern grundsätzlich für alle Netzwerk-Typen ausgelegt ist, könnte die Simulation in Zukunft auch für Energienetze wie Strom oder Gas zum Einsatz kommen.

www.itwm.fraunhofer.de

Die graphische Benutzeroberfläche von »AD Net Heat« zeigt die aktuellen Temperatur- und Druckverhältnisse im Netz. Für jeden Knoten kann der zeitliche Verlauf in der Historie und Prognose dargestellt und gegebenenfalls mit Messungen verglichen werden. Quelle: Fraunhofer ITWM

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Der DigiZ-DE, so der abgekürzte Projektname für den „Digitalen Zwilling Deutschland“, unterstützt die Bundesverwaltung bei nachhaltigen Entscheidungen im Bereich raum- und geobezogener Aufgaben. Durch die interaktive Plattform können Planer und Entscheidungsträger auf die Daten zugreifen, was Transparenz schaffen, die Zusammenarbeit erleichtern und eine aktive Teilnahme an Planungsprozessen ermöglichen soll. Zudem fördert der DigiZ-DE den Austausch zwischen Akteuren und verbessert die Abstimmung bei komplexen Projekten.

Hintergrund dazu ist, dass für die Planung und Entwicklung auf lokaler, städtischer und bundesweiter Ebene valide Zukunftsszenarien zunehmend an Bedeutung gewinnen. Klassische Karten reichen dafür nach Angaben des BKG längst nicht mehr aus. Stattdessen sind, so das Bundesamt, detaillierte 3D-Daten und Informationen über landschaftliche Veränderungen unerlässlich. Der Bundesverwaltung fehle aktuell jedoch ein solches ganzheitliches, datenbasiertes Werkzeug wie der DigiZ-DE, um Analysen durchzuführen und Handlungsalternativen zu simulieren.

Die genutzten Sensoren

Eine zentrale Datengrundlage des DigiZ-DE bildet ein hochpräzises 3D-Modell, das im Auftrag des BKG mithilfe luftgestützter Laserscanning-Technologie (ALS) erstellt wird. Diese fortschrittliche Technik ermöglicht die Erfassung von Objekten mit einer außergewöhnlich hohen Punktdichte, die eine angestrebte Auflösung von 40 Punkten pro Quadratmeter erreicht. Dabei gewährleisten die Messungen eine Höhengenauigkeit von 6 cm oder besser sowie eine Lagegenauigkeit von 20 cm oder besser.

Diese und noch weitere Spezifikationen können mit verschiedenen LiDAR-Sensoren (LiDAR – Light Detecting and Ranging) erreicht werden. Die deutschlandweite Erfassung erfolgt in acht Gebietslosen, in denen folgende Sen- soriken eingesetzt werden: Full-Waveform-LiDAR (RIEGL VQ1560II-S, Riegl VQ-1460) und Single-Photon-LiDAR (Leica SPL100).

Neben der LiDAR-Erfassung werden auch RGB-Bilder aufgenommen, um die Punktwolke entsprechend zu kolorieren. Die 3D-Befliegung erfolgt während der Vegetationsperiode, im Zeitraum zwischen März und November, wobei die Hauptaufnahmezeit zwischen April und Oktober liegt, da präzise Informationen über die Vegetation für zahlreiche Anwendungsfälle von großer Bedeutung sind. Die flächendeckende Befliegung begann im Sommer 2024 und wird voraus- sichtlich im Herbst 2025 abgeschlossen sein.

Von der Punktwolke zu den Anwendungen für Bundesbehörden. Foto: Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG)

Die Auftragnehmer

Für den DigiZ-DE sind verschiedene Unternehmen aus unterschiedlichen europäischen Ländern in der Luft, darunter die BSF Swissfoto AG (CH), Leica Geosystems Technology GmbH (DE), GEOREAL spol s.r.o. (CZ) und Flycom Technologies d.o.o. (SLO). Diese international tätigen Partner sorgen für eine umfassende Datenerfassung.

Nach Abschluss der Befliegung wird die bundesweite, vollständig klassifizierte Punktwolke voraussichtlich Mitte 2026 dem BKG und dem DigiZ-DE zur Verfügung stehen, um deutschlandweite Anwendungsfälle zu ermöglichen. Auch wenn bislang noch keine Aktuali- sierung budgetiert wurde, ist eine komplette oder teilweise Wiederholung der Befliegung alle drei bis vier Jahre angestrebt. Als Geo-Dienstleister für die Bundesverwaltung wird das BKG den Zugang zu den Daten für die Bundesbehörden bereitstellen und zudem die Dienstleistung „Digitaler Zwilling Deutschland“ auf der Plattform ausschließlich für diese sowie deren spezifischen Bedarfe anbieten. Für die Bundesländer, Kommunen, Städte, wissenschaftliche Einrichtungen und Unternehmen wird jedoch angestrebt, einen deutschlandweiten 3D-Datensatz mit einer Auflösung von 10 Punkt/m² als Open-Data bereitzustellen.

In den Bundesländern führen die Vermessungsverwaltungen ebenfalls flugzeuggestützte Laserscanning-Befliegungen durch, die sich jedoch in einigen Aspekten von der Befliegung des DigiZ-DE unterscheiden. Das Hauptziel der Bundesländer ist die Erstellung präziser Geländemodelle, weshalb in der Regel während der vegetationsfreien Zeit (Winter) und nicht im Sommer (wie beim DigiZ-DE) beflogen und mit LiDAR-Technologie erfasst wird. Der Befliegungszeitraum erstreckt sich zudem über einen längeren Zeitraum, was bedeutet, dass ein vollständiger Datensatz eines Bundeslandes erst nach etwa vier bis zehn Jahren vorliegt. Zusätzlich ist die Punktdichte in den Befliegungen der Bundesländer geringer, d. h. mindestens 4 – 10 Punkte pro Quadratmeter. Diese unterschiedlichen Schwerpunkte der ALS-Befliegungen – sowohl bei den Ländern als auch beim DigiZ-DE – sorgen dafür, dass beide Datensätze auch künftig ihre eigene Berechtigung und Anwendungsmöglichkeiten haben werden.

Weitere Datenintegration

Zusätzlich zum deutschlandweiten 3D-Datensatz bzw. der 3D-Punktwolke können je nach Anwendungsfall verschiedene Datentypen in die Plattform integriert werden. Dazu gehören beispielsweise bestehende Geodaten, die über die Geodateninfrastruktur Deutschland (GDI- DE) zugänglich sind. Darüber hinaus haben die Bedarfsträger die Möglichkeit, ihre eigenen fachspezifischen Daten in die Plattform einzubringen und diese in den unterschiedlichen Anwendungen zu nutzen.

Die enormen Datenmengen, die bei einer bundesweiten, hochauflösenden Flächenabdeckung entstehen, stellen hohe Anforderungen an die Speicherung, Verwaltung und den effizienten Zugriff auf die Daten. Um die Datenmengen für die Anwender nutzbar zu machen und gleichzeitig den technischen Anforderungen gerecht zu werden, ist der Einsatz von Cloud-Technologien vorgesehen. Diese sind unerlässlich, um die riesigen Datensätze effizient zu verarbeiten, zu analysieren sowie benutzerfreundlich und dem neuesten Stand der Technik entsprechend bereitzustellen.

Derzeit wird an einem umfassenden Konzept gearbeitet, das eine optimale Integration dieser Technologien ermöglicht und gleichzeitig sicherstellt, dass die Daten auf eine zukunftsfähige und skalierbare Weise genutzt werden können. Für die Nutzer aus der Bundesverwaltung werden zudem umfassende Interaktionsmöglichkeiten angeboten, die es ihnen ermöglichen, auf Grundlage der jeweiligen Daten ihre fachspezifischen Anwendungen innerhalb des Digitalen Zwillings zu entwickeln und umzusetzen. Dies schafft eine flexible und effiziente Basis für vielseitige Einsatzmöglichkeiten und fördert die gezielte Weiterentwicklung behördlicher Anwendungen.

Pilotanwendungen

Der DigiZ-DE wird gezielt auf die Anwendungsfälle der Bundesverwaltung ausgerichtet und orientiert sich an deren aktuellen Bedürfnissen. Die Umsetzung dieser Anwendungsfälle erfolgt in enger Zusammenarbeit mit Partnern aus der Bundesverwaltung. Dabei entstehen Synergien zwischen den verschiedenen Anwendungsfällen, die eine effiziente Nutzung der Daten und Ressourcen ermöglichen und die Gesamtwirkung des Digitalen Zwillings weiter steigern (siehe Bild). Aktuell werden unter anderem folgende Pilotanwendungen realisiert: die Baumkroneninventur in Kooperation mit dem Thünen-Institut (BMEL), die Identifikation potentieller Flughindernisse gemeinsam mit der Deutschen Flugsicherung und dem BMDV, sowie die Erfassung und das Ableiten von Metriken für Sprungtürme für das Bundesinstitut für Sportwissenschaft (BMI).

www.bkg.bund.de

Der Beitrag Deutschlands Digitaler Zwilling erschien zuerst auf Business Geomatics.

Es ist unstrittig – die Veränderung unseres Klimas und die Sicherung unserer Lebensgrundlagen werden die Handlungsfelder der nächsten Dekaden bestimmen. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, wurden im Jahr 2024 mit dem bundesweiten Klimaanpassungsgesetz und dem KRITIS-Dachgesetz die gesetzlichen Rahmenbedingungen geschaffen. Per Definition positionieren sich Digitale Zwillinge optimal in diesem Spannungsfeld. Sie bilden reale Sachverhalte mit einer beliebigen Detaillierung ab, integrieren entsprechende Verhaltensmuster, und sind im Idealfall von Ihren Daten und Datenstrukturen her kompatibel zu spezialisierten Assessment- und Simulationssystemen. Am Ende visualisieren sie neben den Ausgangssituationen idealerweise auch die unterschiedlichen Bewertungsergebnisse.

Es ist unabdingbar, dass für die Umsetzung dieser Anforderungen maximal flexible IT-Systeme aufgebaut und zum Einsatz gebracht werden müssen. Wie das funktioniert, illustrieren zwei konkrete Anwendungen: die dynamische Ableitung von Klimakarten und die Bewertung von Objekten der kritischen Infrastruktur.

Quelle: Kreis Recklinghausen, Fachdienst 62 – Kataster und Geoinformation.

Den Ausgangspunkt für die Ableitung von Klimakarten bilden die LoRaWAN-Sensornetzwerke öffentlicher Institutionen. Das Ziel: das Ableiten von Temperaturverteilungskarten on Demand (oben illustriert anhand der Messdaten des Kreises Recklinghausen) für deren Anwender. Um eine größere Flächendeckung zu erreichen, werden die Messpunkte des Deutschen Wetterdienstes (DWD) und den Wetterinformationen von OpenWeatherMap herangezogen.

In die Auswertung mit einbezogen werden dann die Temperaturdaten dieser Messpunkte, die sich für eine erste Simulation auch manuell verändern lassen. Zusätzlich können eigene Messpunkte mit angenommenen Temperaturdaten digitalisiert werden, um damit die klimatischen Effekte von lokalen Veränderungen abzubilden; z.B. die Umsetzung baulicher Maßnahmen, die Entoder Versiegelung von Flächen oder das gezielte Anlegen einer Vegetation.

Sicherheit und Digitaler Zwilling

AR-GUS-Entrance: Check der Sicherheitseinrichtung der Zufahrt eines Standorts.

Der Digitale Zwilling der CPA (www.3d-digital-twin.com) erlaubt die rasche Integration derartiger Veränderungen. Architekturentwürfe lassen sich georeferenziert einbetten, Geländemodelle können angepasst oder Themenkarten per Webdienst für die Texturierung der Geländeoberfläche integriert werden. Auf dieser Plattform entsteht als Produkt die gesuchte Temperaturverteilungskarte, das zusammen mit den verwendeten Messpunkten und ihren Daten für eine spätere Verwendung gespeichert wird. Auch steht ein Zeitplandienst zur Verfügung, der kontinuierlich zu bestimmten Zeiten Messdaten herunterlädt. Fragen nach der Temperaturverteilung in der Vergangenheit werden darüber auf einfachste Art und Weise vergleichend beantwortet. Für Externe erfolgt die Bereitstellung der Temperaturverteilungskarten als georeferenzierte Bildinformation oder als OGC-konformer Kartendienst.

Während die Temperaturverteilungskarten das Ergebnis einer Interpolation von Messdaten mit einer unregelmäßigen räumlichen Verteilung sind, trifft das Monitoring der kritischen Infrastruktur auf konkrete Objekte mit einem entsprechenden Detaillierungsgrad. Beispielsweise auf die Sicherheitseinrichtungen von Industrieanlagen oder auf einzelne Gebäudebestandteile wie die Komponenten von Versorgungsnetzwerken (Verkehrsleitrechner, Transformatoren, Pumpwerke, etc.). Hier muss der Digitale Zwilling nicht nur die zu bewertenden Objekte visualisieren, sondern zugleich den Zusammenhang zu ganz unterschiedlichen Prüfkatalogen herstellen.

CPA hat diese Aufgabe gelöst, indem die Digitalen Zwillinge über Lagepläne, gescannte Punktwolken, BIM-Objekte oder virtuelle Stadt- und Landschaftsmodelle beschrieben und als Inventarobjekte dem von der CPA entwickelten Audit- und Assessmenttool AR-GUS (www.ar-gus.com) zugeführt werden. Dort referenzieren sie beispielsweise die Regelwerke des IT-Grundschutz-Kompendium des BSI (Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik) oder den branchenspezifischen Sicherheitsstandard Wasser/Abwasser des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfachs e.V. Dazu sind in AR-GUS die Bewertungskriterien frei definierbar, die Datengewinnung erfolgt (mit KI-Unterstützung) mobil oder stationär auf Smartphones, Tablets und Desktop-Rechnern und es gibt eine komplette Verfolgung der Mängelbeseitigung.

Die beiden Anwendungen zeigen auf ganz unterschiedliche Art die Möglichkeiten zur Erweiterung Digitaler Zwillinge um leistungsstarke Algorithmen und Services. Sie verdeutlichen damit die Leistungsfähigkeit des von CPA gewählten Ansatzes zur Anpassung Digitaler Zwillinge an zukünftige Aufgabenstellungen.

www.cpa-redev.de
www.3d-digital-twin.com
www.ar-gus.com

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BIM- und GIS-Daten im Digitalen Zwilling vereint. Derzeit gibt es erste Realisierungen bei der Integration von Echtzeitdaten. Foto: GeoSN

Welche wirtschaftspolitische Dimension hat das Thema Digitaler Zwilling in Deutschland? Wie kann die Zusammenarbeit zwischen öffentlicher Verwaltung, Wissenschaft und Wirtschaft in diesem Bereich fruchtbar werden? Und in welche Richtung entwickeln sich Digitale Zwillinge? Selten wurden diese Fragen so umfassend beantwortet wie auf den GeoIT Days der Firma con terra im November in Münster. Hochrangige Vertreter aus allen Bereichen, wie z.B. vom BKG, den Landesvermessungsverwaltungen, der Telekommunikationsbranche, der Deutschen Bahn oder der Energiewirtschaft referierten über das Konzept des Digitalen Zwillings in all seinen Facetten.

Der Begriff Digitaler Zwilling wird derzeit in der Geoinformationswirtschaft häufig verwendet. Als Vorteile werden gesehen, dass DZ die Möglichkeiten bieten, historische Entwicklungen zu analysieren und die Gegenwart besser zu verstehen. Dadurch sind sie auch ein wertvolles Instrument für die Entwicklung von Szenarien, Simulationen und Prognostiken, sie erweitern also den Blick in die Zukunft. Damit sind DZ auch die Weiterentwicklung von Geodateninfrastrukturen (GDI).

In Münster ging es rum die Frage, wie dynamische, fachspezifische Modelle dazu beitragen können, den dringend notwendigen Effizienzschub für Verwaltung, Infrastrukturmanagement und Klimafragen in die Praxis umzusetzen.

Sichtanalyse bei der Neubaustrecke Dresden-Prag der Deutschen Bahn. Hier wurde der Digitale Zwilling auch für Bürgerbeteiligung genutzt. Foto: GeoSN

Technik und Kultur

con terra hat in der Vergangenheit einige Projekte im Bereich DZ begleitet. Wichtig ist die richtige Perspektive auf das Gesamtthema. „Digitale Zwillinge haben einen technischenUrsprung, aber sie haben immer einen fachlichen Kontext. Die Projekte werden erst dann erfolgreich, wenn man miteinander spricht und intensiv zusammenarbeitet“, sagt Dr. Thore Fechner, Teamleiter bei con terra. Er spricht von Digital Spaces, in denen digitale und physische Ebenen verschmelzen. Analyse- und Planungsprozesse werden beschleunigt und vorhandene Ressourcen effizienter genutzt. Prozesse, Menschen und Kultur sind dabei wichtiger als die reine Technik.

Das Besondere ist, dass die IT-Infrastruktur es heute erlaubt, auch großräumige Digitale Zwillinge zu erstellen, wie z.B. das Land Nordrhein-Westfalen, das gerade im September einen DZ mit Geobasisdaten des gesamten Landes veröffentlicht hat. Das Projekt gilt als eines der derzeit weltweit größten DZ „Der Aufbau eines so großen performanten 3-D-Meshes ist schon was Besonderes“, sagt Fechner. Zum Einsatz kommt neben Esri-Technologie auch FME und map.apps. Dieser Schritt trägt nun weitere Früchte, nicht nur im Hinblick auf die Nachnutzung als Open Data. Kommunen, Behörden oder Industrieunternehmen können auf Basis dieses Landes-DZ eigene, fachspezifische DZ aufbauen.

Fachzwillinge des Landes

In Nordrhein-Westfalen zeigen mehrere Projekte, wie aus einem Geobasiszwilling ein Fachzwilling entwickelt werden kann. Zuletzt wurde der DZ Gefahrenabwehr realisiert. Er ermöglicht unter anderem die Simulation von Hochwassersituationen oder Rauchentwicklungen. Auf Knopfdruck können in markierten Gebieten betroffene Einrichtungen wie Schulen und Kindergärten sowie Einwohnerzahlen ermittelt werden. Diese Anwendung ist nicht als Expertensystem konzipiert, sodern soll im Einsatzfall möglichst schnell und einfach all denjenigen helfen, die einen Überblick benötigen und dennoch umfassend informiert sein müssen.

Ein zweiter Fachzwilling wird in Nordrhein-Westfalen für Denkmäler eingerichtet. Hier geht es z.B. um die Frage, inwieweit sich Denkmäler und Windenergieanlagen gegenseitig beeinflussen. Thore Fechner erläuterte, wie im Rahmen des DZ Denkmäler eine Potenzialanalyse für Windenergieanlagen im Bereich der Brühler Schlösser (UNESCO-Weltkulturerbe) durchgeführt wurde. Konkret geht es dabei unter anderem um die Analyse von Sichtachsen und Schattenwurf. Der DZ Denkmal, dessen Geodaten lokal stark verdichtet sind (z.B. durch Drohnenbefliegungen), bietet solche Funktionen als integriertes Werkzeug und liefert unmittelbare Ergebnisse. „Hier zeigen sich die Stärken eines Digitalen Zwillings“, sagt Fechner.

Eine Sichtanalyse auf Basis der DZ wurde auch von der Deutschen Bahn und dem Landesamt für Geobasisinformation Sachsen (GeoSN) vorgestellt. Bei der Neubaustrecke Dresden-Prag wurde für einen Streckenabschnitt in der Nähe des Barockgartens Großsedlitz ebenfalls untersucht, ob die Bahnanlagen gesehen werden. Dies wurde auch im Rahmen der Öffentlichkeitsbeteiligung genutzt. In diesem Projekt wurden vor allem BIM-Daten der Trasse, der Tunnelanlagen und der Brücken in den DZ integriert. Projektbeteiligte waren GeoSN, DB InfraGO, Esri und con terra. Dieses Beispiel verdeutlicht auch den nächsten Entwicklungsschritt für Digitale Zwillinge. Aus Sicht von con terra ist das derzeit stark an Bedeutung gewinnende Thema die Integration von BIM-Daten im DZ.

www.conterra.de

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