Beim ALS wird mittels eines Laserscanfluges eingesetzt, die die Oberfläche der Stadt in Form von Punktwolken erfasst. Diese werden anschließend in Klassen wie Gebäude, Straßen, Vegetation und weitere Elemente eingeteilt und als dreidimensionale Modelle dargestellt. Der digitale Bildflug liefert ergänzend hochauflösende, senkrechte und schräge Luftbilder, die genaue Positions- und Ortsinformationen enthalten. Diese Aufnahmen werden entzerrt, wodurch nahezu verzerrungsfreie Orthofotos entstehen. Mithilfe eines speziellen Verfahrens werden die Bildpunkte zu einem dichten, texturierten Polygonnetz – dem sogenannten 3D-Mesh – verbunden. Das Ergebnis ist ein fotorealistisches Abbild der Stadt, das Gebäude, Straßen, Vegetation und andere Strukturen dreidimensional visualisiert.

Ein Werkzeug für Verwaltung und Bevölkerung

„Das 3D-Stadtmodell ist nicht nur ein praktisches Arbeitsinstrument für die Verwaltung, sondern bietet über die Modellierungsvariante des 3D-Mesh auch der Bevölkerung einen faszinierenden Zugang zur digitalen Stadt“, so Bürgermeister-Stellvertreter Kay-Michael Dankl. „Es hilft uns, zukünftige Entwicklungen räumlich besser zu erfassen und fundierte Entscheidungen in der Stadtplanung zu treffen.“ Besonders wertvoll ist es bei Stadtplanung, Bauprojekten, Sonnenstandanalysen oder der Erstellung von Lärmkarten – überall dort, wo fundierte räumliche Informationen gebraucht werden.

Interaktive Stadtansicht in 2D und 3D über MAGIS

Erlebbar wird das Modell über die digitale Kartenplattform MAGIS, die von der MD/03- Informations- und Kommunikationstechnologie entwickelt wurde: Unter maps.stadt-salzburg.at/3d/ können Bürger:innen Salzburg interaktiv die 3D-Ansicht mit diversen Funktionen erkunden bzw. nutzen. Vorrangig steht MAGIS der Verwaltung zur Verfügung, aber auch Fachanwender:innen, Unternehmen oder interessierte Bürger:innen können das 3D-Stadtmodell über die genannten Modellierungsvariante vielfältig nutzen. Zusätzliche 2D- und 3D-Geodaten sind über die Stadtplanapplikation unter maps.stadt-salzburg.at abrufbar. Im Register „Raum“ finden sich dort unter anderem 3D-Gebäude aus dem ALS-Modell, historische und aktuelle Orthofotos, digitale Geländemodelle sowie Höhenschichtlinien und weitere Geobasisdaten.

Transparenz und Mehrwert durch offene Daten
Die offene Bereitstellung dieser hochwertigen Geoinformationen fördert nicht nur die Transparenz, sondern schafft auch neuen Mehrwert für Verwaltung, Wirtschaft, Forschung und die interessierte Öffentlichkeit. Das 3D-Stadtmodell wird alle vier bis fünf Jahre aktualisiert und laufend optimiert. Die enge Zusammenarbeit zwischen den beteiligten Abteilungen – vorrangig MA 6/03-Vermessung und Geoinformation, MA 5/03-Amt für Stadtplanung und Verkehr und MD/03-IKT – ist dabei essenziell, um die Qualität der Daten sicherzustellen und den Nutzen für die gesamte Stadtverwaltung sowie externe Nutzer:innen zu maximieren. „Mit dem neuen 3D-Stadtmodell setzt Salzburg einen weiteren Schritt in Richtung smarter, bürgernaher Stadtentwicklung“, so Amtsleiter Hannes Wenger abschließend.

maps.stadt-salzburg.at/3d/

Salzburg im 3D-Mesh-Modell. Hier im Bild das Schloss Mirabell von 1606, das unter Denkmalschutz steht und zum UNESCO-Welterbe gehört.
Quelle: Stadt Salzburg

3D-Mesh-Modell der Altstadt. Verwaltung, Fachanwender:innen, Unternehmen und auch interessierte Bürger:innen können ab sofort das 3D-Stadtmodell über die Modellierungsvariante vielfältig nutzen.
Quelle: Stadt Salzburg

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Street360°, eine Erweiterung von PlexMap 3D für Straßenpanoramabilder, hat ein  ein großes Update bekommen. Nun werden beispielsweise Bilddaten so gekachelt, dass die volle Ausgangsauflösung dargestellt werden kann. Quelle: Geoplex

Mit der neuen Version ist auch die Erstellung von vollständig vektorbasierten Karten für alle hauseigenen 2D-Apps möglich (PlexMap Solar, PlexMap GreenRoof, PlexMap Immo, PlexMap 2D). Dafür unterstützt PlexMap nun auch vektorbasierte Hintergrundkarten (vector tiles). „Zentrale Vorteile sind etwa, dass keine Pixel mehr in der Kartendarstellung auftauchen, Karteninhalte automatisch übersetzt werden und es ein sehr angenehmes Ladeverhalten gibt“, sagt Frederick Hilling, Geschäftsführer von Geoplex.

Mit PlexMap 8.0 bekommt Street360° ein großes Update. Bilddaten werden nun so gekachelt, dass die volle Ausgangsauflösung dargestellt werden kann. „Und das sogar mit verbesserter Performance im Vergleich zur alten Version“, sagt Hilling.

Weiterhin gibt es eine perspektivische Markierung der nächstgelegenen Panoramabilder inkl. Highlighting. Für orientierte Photos gibt es einen Schieberegler, mit dem die Entfernung des Bildes zum Betrachter im Raum eingestellt werden kann.

Tags im Backend

PlexMap-Instanzen fangen klein an, wachsen aber mit der Zeit. Um hier die Übersicht nicht zu verlieren, bringt PlexMap 8.0 die „Tags“ mit. Mit Hilfe von Tags können Anwender:Innen Switchboards, Layer und Views mit zusätzlichen Informationen anreichern und so schneller finden. Zur einfachen Unterscheidung besitzen Tags einen Namen, eine Farbe und ein Symbol und können von allen Admins angelegt und verwaltet werden.

Geodienste „live“ in den Viewer laden

Über das neue Dienste-Tool können beliebige Geodienste live in den Viewer geladen werden. Admins können dafür vorausgewählte Dienste-Server über das PlexMap Backend vorkonfigurieren. Aber auch Endanwender:innen können Dienste-Server live hinzufügen und verwenden. Diese live im Viewer hinzugefügten Server bleiben nur für die aktuelle Session gespeichert. Perspektivisch könnten auch 2D-Geodaten in die aktuelle Kartenansicht importiert werden (z.B. Shape-Dateien).

TIN-Terrain

Geländemodelle können als Dreiecksvermaschung (TIN) aufbereitet und im Viewer dargestellt werden. Dabei können auch bestehende Bruchkanten eingepflegt und berücksichtigt werden. Im Vergleich zu den bisher verwendeten Raster-Terrains haben TIN-Terrains den Vorteil, dass kantenscharfe Darstellungen möglich sind. „Auch wird die Viewer-Performance durch den Einsatz von TIN-Terrains tendenziell verbessert, da ein TIN in ebenen Bereichen weniger Punkte benötigt als ein regelmäßiges Raster“, so Hilling.

Updates: Live-Daten und Messen-Tool

Mit PlexMap 8 wird die Darstellung von Live-Daten nochmal verbessert. Das Abfragefenster hat nun eine dynamische, inhaltsabhängige Größe. Zeilenumbrüche im Abfragefenster können mit Enter forciert werden.

Das Update bringt eine einheitliche Darstellung der Messungen über alle Messen-Tools hinweg. Die Funktionen der einzelnen Tools wurden ebenfalls vereinheitlicht und verbessert. So können Nutzer:innen nun in allen Messen-Tools Messungen löschen, umbenennen und exportieren. Mit ESC kann das Messen nun in jedem Modus beendet werden. Zusätzlich sind in PlexMap 3D zwei redundante Mess-Modi entfallen. Zudem gibt es sehr viele weitere Detailverbesserungen: Anzeige der Neigung, verbesserte Titel, einheitliche Ergebnistabelle etc.

Neu: Geologie-Tool

In Zusammenarbeit mit der Stadt Darmstadt haben Geoplex und das Hessische Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie (HLNUG) ein neues Geologie-Tool entwickelt. Das Werkzeug ermöglicht die Messung von Bohrungen und Schnitten zur Untersuchung des geologischen Untergrundes in PlexMap 3D. Das Werkzeug ist in das „Profile-Tool“ von PlexMap 3D integriert und steht somit allen Usern mit einer Lizenz für die PlexMap 3D Pro Tools frei zur Verfügung.

PlexMap 8.0 – Release Notes | Geoplex

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Das neue Standortportal in Leverkusen, basierend auf PlexMap Immo, geht im März online.
Quelle: Geoplex GIS GmbH/Stadt Leverkusen

Wirtschaftsförderung ist für Kommunen eine enorm wichtige Aufgabe. Die Ansiedlung von Unternehmen und die Entwicklung bestehender Gewerbeflächen gelten als nachhaltige Zukunftssicherung und Garant für Wohlstand. Die Festsetzung der Gewerbesteuer ist dabei ein wichtiges, aber nicht das einzige Instrument. Ebenso gilt es, die Vermittlung neuer und bestehender Gewerbeflächen im regionalen Netzwerk von Gewerbetreibenden, Grundstückseigentümern, Maklern und Interessenten zu optimieren. Diesen Prozess auf einer eigenen, zentralen Plattform nachhaltig zu digitalisieren und ein zentrales Immobilienportal inklusive vielfältiger Geodaten aufzubauen, geschieht derzeit in der Stadt Leverkusen. Damit liegt die rheinische Großstadt im bundesweiten Trend, denn ein eigenes vernetztes und kostenfreies Portal zu entwickeln und sich damit mehr Unabhängigkeit von den bekannten Immobilienportalen zu verschaffen, gewinnt vielerorts an Bedeutung. Projektträger ist die WfL Wirtschaftsförderung Leverkusen GmbH. Das Portal basiert auf der Software PlexMap Immo der Geoplex GIS GmbH aus Osnabrück.
Vernetzung aller Akteure
Ziel der WFL ist es, die Standortentwicklung nachhaltig zu stärken. Die Stadt ist bekannt für ihre im Bundesvergleich niedrigen Gewerbesteuerhebesätze (Hebesatz 250 Prozent, der Bundesdurchschnitt lag 2023 bei 435 Prozent) und verfügt bereits über ein dynamisches Gewerbe- und Industrieleben. Die Vermittlung von Immobilien und Flächen erfolgte bisher jedoch noch auf Basis der bundesweiten Portale, vor allem aber innerhalb des weit verzweigten Netzwerkes der Stadt (also sozusagen der analoge Teil). „Die neue Plattform ist ein wichtiges und erfolgsversprechendes Projekt für eine effiziente, digitalisierte Entwicklung des Wirtschaftsstandortes Leverkusen. Diese ist unabdingbar für unsere Zukunftssicherung“, so Markus Märtens, WfL-Geschäftsführer. Ziel ist es, sichtbarer zu werden, die Tiefe, Aktualität, Vollständigkeit und Verlässlichkeit aller immobilienrelevanten Informationen und Daten zu maximieren.

Wichtiger Aspekt 3D

PlexMap Immo ist eine Anwendung von Geoplex, die auf der seit Jahren bekannten PlexMap-Technologie des Unternehmens aufbaut. Im Rahmen eines Projektes mit der Wirtschaftsförderung Bielefeld (WEGE) wurde PlexMap Immo als spezifische Lösung für die Vermarktung von Gewerbeobjekten entwickelt und ist bei der WEGE seit 2022 erfolgreich im Einsatz (www.standortportal-bielefeld.de).
Die Gene von PlexMap liegen im Aufbau von webbasierten Geodateninfrastrukturen (GDI), insbesondere auch für 3D-Daten. PlexMap wird in vielen deutschen Städten für den Aufbau und Betrieb von digitalen 3D-Stadtmodellen und digitalen Zwillingen eingesetzt. Damit können beispielsweise geplante Gebäude in ein fotorealistisches Bestandsmodell integriert, die umgebende Verkehrsinfrastruktur im Detail dargestellt oder die Kubatur eines Neubaus im Zusammenspiel mit der Umgebung veranschaulicht werden.
Und so gehört es auch bei PlexMap Immo zum Standard, 3D-Darstellungen in das Portal zu integrieren. Und die entfalten ihren Mehrwert besonders dann, wenn fotorealistische 3D-Meshes vorliegen.
Das ist in Leverkusen der Fall, denn das 3D-Stadtmodell der Stadt Leverkusen, das die Stadt erst im Dezember vorgestellt hat, konnte problemlos in das Standortportal integriert werden. Auf diese Weise profitieren alle Akteure im Standortmarketing, einschließlich der Immobilienwirtschaft, von den optisch anspruchsvollen 3D-Darstellungen.
Speziell für den Immobilienbereich bietet PlexMap weitere Features wie die kombinierte Suche nach Gewerbeflächen und -immobilien in einer Anwendung, oder die automatisierte Einbindung und Aktualisierung von Maklerangeboten über eine separate Schnittstelle. Gerade letztere verringert den Pflegeaufwand erheblich und sorgt für tagesaktuelle Angebote. Außerdem bietet PlexMap Immo eine Gesuchefunktion, mit der Interessierte, die kein Objekt gefunden haben, ein Gesuch direkt bei der Wirtschaftsförderung Leverkusen platzieren können.
Mitverantwortlich für den Vertrieb bei Geoplex ist Tobias Schmidt, der selbst seit über 25 Jahren im Bereich Wirtschaftsförderung tätig ist. „In diesem Bereich gab und gibt es einen hohen Bedarf an GIS-Funktionalität, aber die bisherigen Tools sind für die speziellen Anforderungen oft zu umfangreich oder auch zu umständlich und zu technisch.

Zu den Funktionalitäten des Portals gehören neben maßgeschneiderten Suchabfragen auch die Möglichkeit, Exposés umfassend darzustellen.
Quelle: Geoplex GIS GmbH/Stadt Leverkusen

Alle Beteiligten müssen aktiv werden

Nach dem Pilotprojekt in Bielefeld konnte Geoplex bereits mehrere Kunden in ganz Deutschland gewinnen, darunter die Stadt Kerpen, den Landkreis Wesermarsch oder die Region Berchtesgadener Land. Wichtig ist vor allem, dass es gelingt die unterschiedlichen Nutzer des Portals, also Kommunen, Makler, Eigentümer oder Inserenten, in die Anwendung zu integrieren und dadurch die Marksituation vor Ort transparent zu machen. Solche lokalen Stadt- oder Regionalportale müssen sich letztlich im Wahrnehmungswettbewerb mit den Metaportalen durchsetzen. Um die nötige Anziehungskraft zu erreichen, müssen nicht nur Vollständigkeit, Aktualität und Tiefe des Angebots ausreichend groß sein, auch die Anwendung selbst muss leicht bedienbar sein. „Keine Frage, der Erfolg einer solchen Anwendung lebt von der Aktivität und dem Engagement aller beteiligten Akteure“, so Märtens. Die bestehende „analoge“ Vernetzung der lokalen Immobilien- und Gewerbewirtschaft sollte daher auf die digitale Plattform transformiert werden und dort einen dynamischen, digitalen Marktplatz entwickeln. Erst dann haben gewerbliche Interessenten die Möglichkeit, tief in das Angebot einzutauchen und geeignete Standorte zu finden – und das in einer ästhetisch ansprechenden und geometrisch korrekten Visualisierung.

www.geoplex.de

www.standort-leverkusen.de

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Das Centrul Național de Cartografie (CNC) ist die zuständige Behörde für Vermessung und Geoinformation in dem südosteuropäischen Land. Das CNC setzt derzeit einige Fachprojekte um, die den Stand der heutigen Geodäsie, Photogrammetrie und Kartographie verkörpern.
Dazu gehört ein Photogrammetrie-Projekt, das die Erstellung von Orthophotos in 320 administrativ-territorialen Einheiten im städtischen Umfeld umfasst. Zu den Innovationen gehört auch die Befliegung aller rumänischer Städte mit photogrammetrischen Kameras (Nadir). Schrägluftbilder werden zusätzlich in der Hauptstadt Bukarest aufgenommen, um 3D-Meshes zu generieren.

Beispiel für die Visualisierung eines 3D-Meshes, auf Basis von Befliegungsdaten von Primul Meridian. Quelle: Primul Meridian

Hohe Erwartungen an den Nutzen

Das CNC will die 3D-Mesh-Daten für verschiedene Zwecke nutzen. Lokale Behörden nutzen sie beispielsweise, um Gebäudefassaden zu inspizieren und auf Veränderungen zu überprüfen. Außerdem helfen die Daten den Katasterämtern, nicht nur die bodennahen Merkmale, sondern auch die vertikale Dimension besser zu verstehen – insbesondere den Zustand der Gebäude und der Stockwerkzahl. Darüber hinaus plant das CNC, die Daten für zahlreiche Anwendungen zu nutzen, beispielsweise zur Bewertung der Lärmausbreitung und der Sichtbarkeit verschiedener Denkmäler in Bukarest. „Die Daten können auch bei der Ermittlung von Immobilienwerten hilfreich sein“, sagt Iuliana Parvu, Leiterin der Photogrammetrie-Abteilung beim CNC.
Zu diesem Zweck hat das CNC auch ein IT-System für die Qualitätskontrolle von Daten und Produkten zur Bereitstellung der Daten implementiert. Der photogrammetrische Datensatz für Bukarest befindet sich aufgrund der hohen Auflösung der Bilder noch im Freigabeverfahren bei der Defense Geospatial Information Agency „Division General Constantin Barozzi“.

Befliegung mit UltraCam Osprey

Primul Meridian führt die Befliegungen durch. Zum Einsatz kommt ein Flugzeug vom Typ Aero Commander 690. Quelle: Primul Meridian

Verantwortlich für die Befliegung ist unter anderem die rumänische Vermessungsfirma Primul Meridian. Das Unternehmen verfügt über ein Flugzeug vom Typ Aero Commander 690A. Für die Aerotriangulation und die Orthophotos werden Vexcels photogrammetrische Prozessierungssoftware UltraMap und für die Erstellung der 3D-Meshes Skyline PhotoMesh und Skyline TerraExplorer verwendet.
Als Kamerasystem kommt eine UltraCam Osprey 4.1 von Vexcel Imaging zum Einsatz, die sowohl bei den vertikalen Nadir- als auch bei den integrierten Schrägbildkameras über einen hohen Dynamikbereich und eine sehr hohe Auflösung verfügt. „Die neue adaptive Bewegungskompensation AMC reduziert zudem die Bildunschärfe deutlich und verbessert die Detailgenauigkeit“, sagt Cristian Glont, Geschäftsführer von Primul Meridian.

Primul Meridian hatte die Kamera zunächst in Georgien für die Stadtverwaltung der Hafenstadt Batumi eingesetzt. „Nach dem erfolgreichen Abschluss des dortigen 3D-Mesh-Projekts wussten wir, dass nicht nur die Kamera erstklassige Ergebnisse liefert, sondern auch die Anwender:innen die hohe Datenqualität sehr zu schätzen wissen“, sagt Glont.

Die im Flugzeug montierte Vexcel UltraCam Osprey4.1, die auch Schrägaufnahmen aufnehmen kann. Quelle: Primul Meridian

Mit der Kamera erfasst das CNC erstmals auch Schrägluftdaten von Bukarest mit einer Auflösung von 6 Zentimeter Bodenauflösung. Diese sollen alle 3 bis 5 Jahre erneuert werden, sofern der rumänische Haushalt dies zulässt. Ursprünglich war geplant, alle 42 Großstädte Rumäniens zu erfassen, aber aufgrund von Budgetrestriktionen musste das CNC reduzieren. Für Städte liegen jedoch bereits Nadir-Daten mit einer Bodenauflösung von fünf bis 15 Zentimetern vor, jeweils abhängig von der Größe der Städte. Bis Dezember 2024 sollen Daten von allen Städten vorliegen.

Glont ist überzeugt, dass die Investitionen in diese fortschrittlichere Technologie zunehmen, die Nutzer:innen von schnelleren Produktionsabläufen profitieren wollen und das Potenzial von 3D-Mesh steigen wird. Dies gelte auch für kleinere Verwaltungseinheiten. Die Kartierung in Rumänien wird bisher meist mit herkömmlichen RGB- oder Farbinfrarot-Orthophotos durchgeführt, in einigen Fällen auch mit LiDAR-Scans. Hochauflösende 3D-Netze könnten, so Glont, je nach Auflösung der Bilddaten und der Art des Algorithmus, mit dem die Daten klassifiziert werden, erhebliche Vorteile gegenüber der Klassifikation mit herkömmlichen Luftbilddaten bieten.

www.cngcft.ro

www.primulmeridian.ro

www.vexcel-imaging.com

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Welche neue Heizmethode eignet sich für mein Haus? Was kostet die wirtschaftlichste Wärmeversorgung? Diese Frage beantwortet ein neues webbasiertes Tool von Geoplex zur Berechnung der Wirtschaftlichkeit neuer Heizungskonzepte von Gebäuden. Es nennt sich Wärmekataster und richtet sich, ähnlich wie das von Geoplex bekannte Solarkataster, an Kommunen, Energieversorger, Energieberater und -installateure, und vor allem an Hausbesitzer:innen selbst.

Transformationspfad

Mit dem Wärmekataster von Geoplex werden neue Heizsysteme gebäudescharf berechnet – nicht nur ökologisch, sondern auch in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit aus Sicht der Verbraucher. Quelle: Geoplex GIS GmbH

Auf den Wärmesektor entfallen über 50% des Endenergieverbrauchs in Deutschland. Mit rund 30% macht dabei die Bereitstellung von Raumwärme – also das klassische „Heizen“ – den Löwenanteil aus. Auch ist der Wärmemarkt für etwa 40% des CO2-Ausstoßes der Bundesrepublik verantwortlich. Vor diesem Hintergrund verfolgt die Bundesregierung das ambitionierte Ziel, den Anteil erneuerbarer Energien für die Wärmebereitstellung bis 2030 auf 50% zu erhöhen und in den Folgejahren die Treibhausgasemissionen bis 2045 auf Null zu senken.

Zur Zielerreichung soll eine Kombination verschiedener Maßnahmen zur Dekarbonisierung des Wärmemarktes greifen (z.B. Wärmepumpenausbau, Gebäudesanierung). Eine zentrale Säule dieser Strategie ist die Kommunale Wärmeplanung, mit der eine klimaneutrale Wärmeversorgung des Gebäudebestands innerhalb einer Kommune erreicht werden soll. Dies geschieht durch eine Bestandsaufnahme der vorhandenen Infrastruktur, eine Bedarfsermittlung für das Gebiet sowie die Ermittlung regionaler Potenziale der Gewinnung erneuerbarer Energien. Hierdurch soll der Transformationspfad für eine Region als Grundlage für Energieplanung und Stadtentwicklung vorgezeichnet werden.

Bisherige Konzepte für Wärmekataster

Als Unterstützungswerkzeug für die kommunale Wärmeplanung werden heute bereits vielerorts Wärmekataster berechnet und eingesetzt. Sie berechnen den Wärmebedarf aller Gebäude in einer Kommune und zeigen anschaulich, welches Haus wie viel Wärmeenergie pro Jahr benötigt. Für die Analyse des Wärmebedarfes eines Gebäudes werden in der Regel 3D-Gebäudemodelle im Level of Detail 2 (LOD2) und Informationen zum Baujahr der Gebäude herangezogen. Die Berechnung selbst erfolgt dann über automatisiert ablaufende Algorithmen.

Neuer Ansatz mit Wirtschaftlichkeitsanalyse

All das macht das Wärmekataster von Geoplex auch, geht jedoch einen Schritt weiter: In einem angeschlossenen Wirtschaftlichkeitsrechner werden weitere Geodaten herangezogen, die es Nutzer:innen ermöglichen, individuell das bestangepasste Heizsystem für das eigene Gebäude zu finden. Im ersten Schritt können Nutzer:innen dazu die automatisch berechneten Werte für das eigene Gebäude bei Bedarf korrigieren (z.B. zu beheizende Fläche) und die aktuell installierte Heizung einstellen (z.B. eine Ölheizung). Auf Grundlage dieser Daten berechnet das Wärmekataster von Geoplex verschiedene Varianten für eine alternative Wärmeversorgung (z.B. eine Erdwärmepumpe oder die Nutzung von Solarthermie), die nach ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten sortiert werden können.

Die berechneten Ergebnisse basieren dabei auf Geodaten wie dem Solarpotenzial, der geothermischen Ergiebigkeit, der Prüfung von Abstandsregelungen zu Nachbargebäuden und der Verfügbarkeit eines Fernwärmenetzes, die Geoplex im Rahmen der Berechnung des Wärmekatasters individuell für jedes Gebäude erstellt oder aus bereits vorhandenen Quellen aufnimmt. Abschließend können Nutzer:innen die favorisierte Variante auswählen und direkt in der Anwendung an einen Energieberater vor Ort weiterleiten, um den Schritt aus der Theorie in die Praxis zu machen.

In Summe bietet ein Wärmekataster von Geoplex eine wesentliche Datengrundlage für die Gestaltung der kommunalen Wärmewende. Darüber hinaus ist das System aber auch ein Werkzeug, um Bürger:innen den Schritt hin zum klimafreundlichen Heizen zu erleichtern. Auf diese Weise werden alle Einwohner:innen direkt und niederschwellig in die Gestaltung der kommunalen Wärmewende einbezogen und dazu animiert eigene Schritte zu unternehmen. „Für Hausbesitzer:innen ist unser Wärmekataster somit eine individuelle und neutrale Ersteinschätzung und ein Ratgeber auf dem Weg zur klimaneutralen Wärmeversorgung“, so Geschäftsführer Frederik Hilling. Auch darüber hinaus kann das Werkzeug Energieberatern helfen, die Hauseigentümer:innen beim Umbau zu beraten und zu unterstützen.

Aktuell erstellt Geoplex für den Landkreis Cloppenburg als Referenzkunde das erste Wärmekataster nach diesem neuen Ansatz in Deutschland. Mit der bisherigen Resonanz ist Frederik Hilling sehr zufrieden: „Nach ersten Gesprächen mit unseren Bestandskunden und im Rahmen der PlexMap User Conference 2023 stellen wir ein sehr großes Interesse an unserer Lösung fest. Wir sind sehr an einem Erfahrungsaustausch mit weiteren Akteuren interessiert.“ Der offizielle Release des Wärmekatasters erfolgt im ersten Quartal 2024.

www.geoplex.de

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Während viele Großstädte bereits auf die Nutzung digitaler, dreidimensionaler Abbilder setzen, steht diese Entwicklung bei kleineren Kommunen noch am Anfang. Doch auch sie können vom Einsatz eines “Digitalen Zwillings” profitieren. Ein Beispiel dafür ist die Gemeinde Borchen (ca. 13.500 Einwohner) mit dem Ortsteil Etteln vor den Toren Paderborns.

Hier hat man früh erkannt, dass ein Dorf mit einer guten digitalen Infrastruktur sowohl für die Bürger attraktiv als auch für die Verwaltung leichter zu managen ist. Die Initiative geht unter anderem auf Ortsvorsteher Ulrich Ahle zurück, der im Hauptberuf ein ausgewiesener IT-Experte ist. Auf seine Initiative hin hat sich Etteln zu einem digitalen Vorzeigedorf entwickelt, um seine Attraktivität im ländlichen Raum zu steigern. Durch ehrenamtliches Engagement konnten beispielsweise mehr als 50 Haushalte mit Breitbandanschlüssen versorgt werden. Daraus haben sich verschiedene weitere Initiativen entwickelt, zu denen auch der Ende letzten Jahres gestartete Digitale Dorf Zwilling Borchen-Etteln, kurz DiDoZ, gehört. Ein Großteil der Aktivitäten wird über das vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft geförderte Projekt finanziert. „Mit DiDoZ wird ein Digitaler Zwilling des Dorfes Etteln erstellt, in dem digitale Insellösungen gebündelt abgebildet und der Bevölkerung zur Verfügung gestellt werden. Die Erfahrungen aus dem Pilotprojekt Etteln sollen anschließend den anderen Borchener Ortsteilen zur Verfügung gestellt werden“, so Ahle, der auch CEO der FIWARE Foundation und CEO von Gaia-X ist.

Digitaler Zwilling der Gemeinde Borchen-Etteln mit einem semantischen Meshmodell und visualisierter Klimasensordaten. Quelle: VCS GmbH

Datengrundlage

Auf Basis der amtlichen und flächendeckend verfügbaren Geobasisdaten des Landes NRW wurde eine interaktive, webbasierte Kartenanwendung des Dorfes auf Basis der VC Map der Virtual City Systems (VCS) GmbH erstellt. Die dafür notwendige Infrastruktur wird von dem Berliner Hersteller zur Verfügung gestellt. Somit muss die Gemeinde selbst keine Server anschaffen und unterhalten. Zudem erfolgt der Zugriff auf das Modell bequem über einen Internetbrowser, so dass keine Software installiert werden muss. „Die Investitionskosten für den Aufbau sind mittlerweile sehr gering und die Städte und Gemeinden müssen dank cloudbasierter Dienste keine eigene technische Infrastruktur vorhalten“, so Dr. Stefan Trometer, Geschäftsführer der VCS.
Die svGeosolutions GmbH unterstützt die Kommune mit aktuellen und detaillierten Geodaten bei der kontinuierlichen Verbesserung ihres Zwillings. So wurde auf Basis von zwei Drohnenbefliegungen im Winter und im Sommer jeweils ein fotorealistisches 3D-Meshmodell erstellt, das das digitale Ortsbild deutlich aufwertet. Durch die Verknüpfung mit weiteren Objektinformationen entsteht in der Kartenanwendung sogar ein semantisches Meshmodell.
Die 3D-Stadtmodellplattform wird nun Schritt für Schritt um weitere Themen ergänzt. Basierend auf dem Orion Context Broker und der NGSI-Schnittstelle der FIWARE Foundation wird eine Sensorinfrastruktur aufgebaut, die eine schnelle und einfache Integration in die VC Map ermöglicht. Dazu gehören beispielsweise Sensordaten, die Niederschlagsmengen, Grundwasserstände oder Flusspegel abbilden und so zu einem wichtigen Bestandteil eines Hochwasserfrühwarnsystems werden.

Konkreter Praxisnutzen

Neben dem sensorgestützten Frühwarnsystem ist auch der kostenlose Hochwassergefahrendienst des Landes NRW als Web-Map-Service (WMS) an den Digitalen Zwilling angebunden. Damit können amtliche und flächendeckend verfügbare Gefahrenkarten für Flusshochwasser mit hoher, mittlerer und niedriger Wahrscheinlichkeit sowie Starkregenüberflutungsflächen für seltene und extreme Ereignisse genutzt werden. Über das Menü können die verschiedenen Gefahrenkarten aktiviert und sowohl Wassertiefen als auch Fließgeschwindigkeiten angezeigt werden.
In einem weiteren Bearbeitungsschritt können die jeweiligen Wassertiefen für alle betroffenen Gebäude ausgewertet werden. Für Etteln sind die Gefahren durch Flusshochwasser bereits bekannt und es wurden entsprechende Vorkehrungen getroffen. Für Starkregenereignisse ergeben sich jedoch andere Überflutungsflächen und Wassertiefen, wie der Dienst nun anschaulich zeigt.

Visualisierung von Hochwassergefahrenkarten der Gemeinde Borchen-Etteln im Digitalen Zwilling. Quelle: VCS GmbH

Es wird deutlich, dass bei Starkregenereignissen viel Wasser aus den kleinen Seitentälern und Bächen in den Ort fließt und sich dort staut. Diese Erkenntnis hat dazu geführt, dass das Konzept für ein neues Baugebiet, das durch Starkregen gefährdet wäre, überarbeitet wurde und nun verschiedene Maßnahmen geprüft werden. Diese Maßnahmen können wiederum im Stadtmodell für Entscheidungsträger, Sicherheitskräfte und Bürger visualisiert werden, so dass komplexe Zusammenhänge leicht verständlich aufbereitet werden können und eine sachliche Grundlage für den Diskurs geschaffen wird.

„Dies ist die ideale Anwendung des Hochwasserrisikodienstes und ein schönes Beispiel für einen modernen Digitalen Zwilling. Die Verantwortung für die Inhalte liegt beim Anbieter des Dienstes und jede Änderung wird automatisch in die Anwendung übernommen. Durch die verwendete standardisierte Schnittstelle kann die Lösung leicht auf andere Kommunen dupliziert werden. Es muss nichts neu entwickelt oder implementiert werden, es fallen lediglich Kosten für die Einrichtung des Dienstes an. Damit ist dieser Ansatz auch kostengünstig und effizient“, so Stefan Trometer. „Insgesamt entsteht ein modulares System aus verschiedenen Anwendungen, die auf offenen Standards basieren und über offene Schnittstellen kommunizieren. So kann es individuell erweitert und angepasst werden.“

Weitere Themen, die der Digitale Zwilling unterstützt, sind die Nutzung von Modellausschnitten für den 3D-Druck, die Einbindung von Planungsvorhaben wie der Neugestaltung des Ortskerns und die Integration von hochauflösenden Straßen- und Gebäudescans. Neu ist auch die direkte Übergabe und Nutzung von Modellausschnitten in den Engines Unity und Unreal als Modellgrundlage für den Aufbau von VR-Anwendungen.

www.vc.systems

www.svgeosolutions.de

www.etteln.de

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Die Firma CPA Redev GmbH aus Siegburg unter Leitung von Dr. Christoph Averdung ist bekannt für die innovativen Ansätze, die das Unternehmen seit nunmehr über 30 Jahren in die Geoinformatik-Branche einbringt. Schließlich steht Re für Research und Dev für Development, die DNA des Unternehmens ist also bereits im Firmennamen eingeschrieben. Nun hat das Unternehmen zwei interessante Innovationen auf den Markt gebracht, die gänzlich neu im Markt sind. Einmal einen Workflow, der per Drohnen aufgenommene Bilddaten automatisiert in 3D-Produkte zur weiteren Nutzung verarbeitet, und zum anderen einen Internetdienst, über den Architekten und Stadtplaner ihre digitalen 3D-Entwürfe in virtuelle 3D-Stadtmodelle (die von vielen deutschen Städten bereitgestellt werden) einfügen können.

Verdichtete Punktwolke mit Dach- und Geländeform aus Drohnenaufnahmen. Quelle: CPA ReDev GmbH

3D-Datenerfassung durch automatischen Drohnenflug

Erstere Innovation ist unter dem Namen E-OS am Markt eingeführt und stellt ein technologisches Gesamtkonzept dar, dessen Kernfähigkeit der vollautomatische Drohnenflug ist. Ein Server steuert den gesamten Flug der Drohne vollautomatisch, vom Start über das Abfliegen der Flugroute bis zur Landung und der vollautomatischen Ladung des Akkus. Neben der Drohne (oder auch mehreren Drohnen) beinhaltet dies auch die Lande- bzw. Ladeboxen, die ebenfalls vollständig durch den Server gesteuert werden.

E-OS entstand im Jahr 2022 und beinhaltete von Anfang an ein umfangreiches Softwarepaket. Die zentrale Steuerung erfolgt durch den E-OS Controller, der Flugrouten, die Kameraausrichtung, den Startzeitpunkt und viele weitere Parameter festlegt. Der automatische Drohnenflug kann in einem 3D-Modell des Einsatzgebietes simuliert werden. Ein integrierter KI-Baustein kann etwa dazu genutzt werden, im Drohnenbild automatisch Personen oder Fahrzeuge zu erkennen.

Oberfläche zur Ansteuerung der photogrammetrischen Auswertung. Quelle: CPA ReDev GmbH

Das System E-OS, das zunächst für automatische Patrouillenflüge im Rahmen des Objektschutzes ausgelegt ist, hat CPA nun für die photogrammetrische Erfassung von 3D- Gebäude- und 3D-Geländemodellen erweitert.

Für die photogrammetrische Auswertung der aufgenommenen Bilder greift E-OS auf die bewährte Open-Source-Software MicMac zurück. Diese Software wird von der französischen Vermessungs- und Forstbehörde IGN in Zusammenarbeit mit der Geomatik Fakultät ENSG der Gustave Eiffel Universität in Paris entwickelt und im eigenen Haus für alle photogrammetrischen Aufgaben vielfältig eingesetzt. „Die Offenheit dieser international weit verbreiteten und vielfach im Einsatz befindlichen Software zeigte sich bei der Integration in E-OS als großer Vorteil“, so Averdung.

E-OS kapselt die komplexe Funktionalität von MicMac in einem eigenen Softwaremodul. Dadurch entsteht eine einfache Schnittstelle zur Übernahme der Bilddaten von der Drohne einerseits und zur weiteren Verarbeitung und Integration der gewonnenen 3D-Daten in 3D-Stadtmodelle andererseits. „Auf diese Weise ermöglicht E-OS einen vollautomatischen Datenfluss von der Befliegung bis in die Geodatenbank“, so Averdung. Er sieht dabei alle möglichen Drohnenanwendungen als Einsatzgebiet, bei denen die 3D-Daten in weitere Systeme übernommen werden sollen.

Architekturmodelle im 3D-Stadtmodell präsentieren

Die zweite Innovation hat eine andere Zielgruppe: Architekten oder Stadtplaner, die ihre Entwürfe mit einfachen Mitteln innerhalb von 3D-Stadtmodellen im Internet lagegenau einbinden und so zeigen wollen, wie sie später einmal in der realen Umgebung aussehen werden. CPA bietet diese Möglichkeit seit kurzem unter www.3d-digital-twin.com an. Die Internetplattform schließt so die Lücke zwischen dem Mainstream der CAD- und Architekturprogramme einerseits und andererseits denjenigen 3D-Anwendungen, die häufig geodätischen Sachverstand benötigen und demnach für Architekten eine meist unüberwindliche Hürde darstellen.

Innerhalb des Portals sind Modelle von zahlreichen Städten enthalten, die CPA aus frei verfügbaren Geodaten aufgebaut hat und deren Anzahl kontinuierlich erweitert wird. Den inhaltlichen Kern bilden Gebäude im Level of Detail 2 (LoD 2) und ein digitales

Geländemodell mit aufgeprägten Luftbilddaten.

Den Zugang schafft der webbasierte 3Gonium-WebViewer der CPA. So können sich Anwender frei in der virtuellen Stadt bewegen und gezielt die Position für das Einbetten seines Entwurfs ansteuern. Dieser wird in dem offenen Dateiformat Format WaveFront (OBJ) eingelesen. Ein im Portal integriertes Tool wandelt diese in das Format Graphic Language Transmission Format (glTF) um. Die korrekte Positionierung der Entwürfe im Raum erfolgt einfach per Drag & Drop der gezippten glTF-Daten. Lage, Ausrichtung und Höhe lassen sich feinjustieren. Die unterschiedlichen Zeicheneinheiten der Quellprogramme werden mithilfe einer Skalierung korrigiert.

3D-Entwürfe können lagegenau in die 3D-Internetplattform www.3d-digital-twin.com eingefügt werden. Quelle: CPA ReDev GmbH

Eine tagesaktuelle Beleuchtung stellt die gewünschte Prägnanz für die neue 3D-Szene her. Es können Sichtachsen frei definiert werden, die in Kombination mit einer Beleuchtungsquelle freie Räume identifizieren und Hindernisse entlang der Blickrichtung zeigen. Abstände und Koordinaten lassen sich punktgenau vermessen und 3D-Perspektiven als PDF-Dokumente ableiten. „Dies ist unabdingbar für die interne Diskussion der 3D-Entwürfe oder deren Präsentation vor städtebaulichen Ausschüssen“, so Averdung.

Das Portal hat kein Gedächtnis – alle Maßnahmen zum Einbetten des Architekturentwurfes werden nur temporär gespeichert. Der städtebauliche Entwurf und sein 3D-Umfeld kann georeferenziert im Datenformat WaveFront (OBJ) exportiert und bei anderer Gelegenheit erneut und an derselben Stelle wieder in das virtuelle 3D-Stadtmodell eingefügt werden. Und ebenso einfach in ein Architekturprogramm übernommen oder an Dritte versendet werden. www.3D-Digital-Twin.com

www.cpa-redev.de

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In Paderborn liegt ein Schwerpunkt der Nutzung von OWL in 3D auf der Windkraftplanung. Foto: Land NRW und Gebietskörperschaften OWL

Ostwestfalen-Lippe (OWL) ist in mehrfacher Hinsicht besonders. Einerseits ist es eine homogene Einheit. Die Region ist identisch mit dem Regierungsbezirk Detmold und damit eine Verwaltungseinheit in Nordrhein-Westfalen. Hinzu kommt die gemeinsame Sprachwurzel im Ostwestfälischen, wodurch die Region OWL auch ein ausgeprägtes Regionalbewusstsein besitzt. Und damit wäre man bei dem „andererseits“. Denn OWL ist sowohl naturräumlich als auch siedlungsräumlich höchst unterschiedlich. Mittelgebirgslandschaften, Hochflächen oder Bördelandschaften wechseln sich ab. Genauso wie Großstädte (Bielefeld, Paderborn, Gütersloh), kreisangehörige Städte, wirtschaftlich starke Kleinstädte und ländliche Gebiete. Kurz: Ein Stück Deutschland in all seiner Vielfalt auf vergleichbar kleinem Gebiet von rund 6.500 Quadratkilometern Fläche und zwei Millionen Einwohnern.

Genau diese Charakteristik bringt individuelle Einsatzschwerpunkte für 3D-Daten mit sich. Vor diesem Hintergrund hat sich der gemeinsame Arbeitskreis „GDI OWL“ der Vermessungsämter Stadt Bielefeld, Kreis Herford, Kreis Höxter, Kreis Lippe, Kreis Paderborn, Stadt Paderborn, Kreis Gütersloh, Stadt Gütersloh und Kreis Minden-Lübbecke dazu entschlossen ein gemeinsames 3D-Gebäudemodell zu entwickeln, das dann von den unterschiedlichen Akteuren auf die lokalen Bedürfnisse zugeschnitten werden kann.

Arbeitsgrundlage des Modells bilden die über Open.NRW (vgl.: www.open.nrw) frei zugänglichen 3D-Gebäudemodelldaten von Geobasis NRW sowie die Software PlexMap der Firma Geoplex. Für den Aufbau des gemeinsamen Teils der 3D-GDI OWL wurde das LoD2-Gebäudemodell des Landes NRW verwendet und mit den landesweit vorliegenden Luftbilddaten über automatische Workflows im PlexMap Switchboard texturiert. Vermessungsämter in OWL, die bereits über eigene 3D-Gebäude in höheren LoD-Stufen verfügen, haben diese über die Switchboard-Funktion „best of LoD“ in das landesweite Gebäudemodell integriert, sodass den Nutzer:innen für jedes Gebäude die höchstmögliche Detailstufe zur Verfügung steht.

Für die Generierung von 3D-Waldflächen kommt darüber hinaus das Basis-DLM NRW (Digitales Landschaftsmodell) zum Einsatz. Über attributbasierte Filter im PlexMap Switchboard wurden im Basis-DLM zunächst alle Waldflächen identifiziert. Innerhalb dieser 2D-Flächen wurden, differenziert nach der Art der Bewaldung, passende 3D-Bäume platziert. Die Höhen der einzelnen 3D-Bäume wurde dabei aus dem Digitalen Oberflächenmodell des Landes NRW abgeleitet. Zur weiteren Ausgestaltung des Modells wurden darüber hinaus Windkraftanlagen im 3D-Modell der Region platziert. Grundlage dieses Prozesses sind auch hier wieder 2D-Daten, die attributbasiert und unter Verwendung realistischer 3D-Modelle zu 3D-Windkraftanlagen aufgebaut wurden. Das so abgeleitete Basismodell für OWL in 3D dient als Grundlage für die Arbeit in den jeweiligen Vermessungsämtern und wurde zusätzlich unter www.owl-in-3d.de zur Verfügung gestellt.

Individueller Ausbau des 3D-Modells

Die Einsatzzwecke des 3D-Modells sind so unterschiedlich wie Ostwestfalen-Lippe selbst. Der Kreis Gütersloh etwa fokussiert sich auf die raumzeitliche Visualisierung von Renaturierungsmaßnahmen. So hatte der Kreis im Zuge der Renaturierung der Glenne, einem Nebenfluss der Lippe, das betroffene Gebiet mit Drohnen befliegen lassen und aus den Bildaufnahmen 3D-Modelle erstellt, die ins Basismodell von OWL in 3D importiert wurden. Der technische Workflow für diesen Prozess wurde im Switchboard definiert und automatisiert ausgeführt. Ebenso wurden beispielsweise die für die Wasserwirtschaft wichtigen Geländeprofile abgeleitet.

Im Kreis Paderborn liegt der Schwerpunkt auf der Windenergieanlagen (WEA). Die Region ist bekannt für die stattliche Anzahl von WEA auf den Hochlagen rund um die Stadt. Mit PlexMap erfolgt die Fortführung WEA in Richtung 3D, um die Software zum Beispiel für Sichtbarkeits- und Verschattungsanalysen sowie zur Beteiligung der Öffentlichkeit einsetzen zu können.

In der Stadt Paderborn spielt insbesondere die Visualisierung von städtebaulichen Planungen eine große Rolle. So können über den PlexMap Planer neben bestehenden Gebäuden auch geplante Bauvorhaben gezeigt und der Öffentlichkeit präsentiert werden. Darüber hinaus wird PlexMap hier zur Visualisierung von „Fairtrade Stadt Paderborn“ eingesetzt. Seit 10 Jahren ist Paderborn Teil dieser internationalen Bewegung. Im 3D-Viewer werden nun Fairtrade-Geschäfte dargestellt und über den Einsatz von Innenraum-Panoramabildern begeh- und erlebbar gemacht.

Modellierung von Vegetation in 3D: Für ganz OWL hat die PlexMap-Technologie Bäume und Wälder detailliert aufbereitet. Foto: Land NRW und Gebietskörperschaften OWL

Der Kreis Herford setzt PlexMap sehr vielseitig ein. Beispiele sind die Quartiersplanung und die 3D-Darstellung von Hochwassergefahrenkarten. Auch werden über eine eigene Fortführung Teilbereiche des Basismodells von OWL in 3D durch detaillierte Modellierungen aufgewertet, um planerischen Aufgaben in geeigneter Weise begegnen zu können. Um diesen Prozess weiter zu professionalisieren hat sich der Kreis Herford zudem kürzlich dazu entschlossen, den Funktionsumfang um PlexMap Oblique zu erweitern. So können nun Schrägluftbilder und 3D-Meshes aus einem hochauflösender Bildflug, der in 2022 durchgeführt wurde, in die Planungsprozesse integriert werden und zum Beispiel in planerischen Zusammenhängen eingesetzt werden.

Im Kreis Höxter wiederum wurde eine Freiflächen-Photovoltaikanlage für den Planungs- und Genehmigungsprozess in 3D visualisiert. Hintergrund war unter anderem der Konflikt in der Flächennutzung mit der Landwirtschaft, aber auch das konkrete Einfügen der geplanten PV-Anlage mit einer Größe von 16 Hektar in das Landschaftsbild hatte für kontroverse Diskussionen in der Bevölkerung und politischen Gremien gesorgt. Deshalb wurde der Geoinformationsservice des Kreises mit einer möglichst realitätsnahen 3D-Visualisierung der geplanten Anlage beauftragt. Auf Grund der sehr detaillierten Darstellung unterschiedlicher Planungsvarianten in PlexMap 3D konnte schließlich die Zustimmung der politischen Kreisgremien für das geplante Bauvorhaben in angepasster Form erreicht werden.

In der Stadt Bielefeld spielt eine homogenisierte Bereitstellung in der Geodateninfrastruktur von kommunalen Geofachdaten, 3D-Stadtmodelldaten und einem 3D-Mesh (texturierte Geländeoberfläche) eine zentrale Rolle. Das ist sowohl für Aktivitäten der Stadtverwaltung aber auch für Projekte der digitalen Stadtgesellschaft im Zuge der Einführung eines Digitalen Zwillings von Bedeutung. Darüber hinaus sind stadtplanerische Aufgaben von hohem Nutzen. Das 3D-Stadtmodell wird auch im Bereich der Wirtschaftsförderung eingesetzt (www.standortportal-bielefeld.de, umgesetzt mit der App PlexMap Immo). Vor diesem Hintergrund hat sich das städtische Vermessungsamt dazu entschlossen eine hochauflösende Luftbildbefliegung durchzuführen, die gleichzeitig ein detailliertes 3D-Mesh-Modell für das gesamte Stadtgebiet liefert. Ein solches 3D-Mesh eignet sich zum Beispiel für die Visualisierung von Planungsvarianten im 3D-Stadtmodell oder für die Vermarktung von Leerständen oder Gewerbeflächen durch die „WEGE Bielefeld“ als lokale Wirtschaftsförderungsgesellschaft.

OWL in 3D zeigt, wie ländliche und urbane Regionen unterschiedlichen Nutzen aus 3D-Visualisierungen ziehen. Einigkeit herrscht jedoch darüber, dass alle Akteure von OWL in 3D durch die gemeinsame Plattform profitieren. Somit wird das Angebot aktuell weiter ausgebaut: Die Stadt Bielefeld und der Kreis Herford haben kürzlich Bildflüge (mit bis zu 2,5 cm Bodenauflösung) durchgeführt, um hochwertige 3D-Meshes zu generieren. (sg)

www.geoplex.de

www.owl-in-3d.de

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Das Stadtgebiet von Barcelona in einem 2,5D-Oberflächenmodell auf Basis des Dense Image Matchings: durch neuartige Algorithmen und Werkzeuge konnte die Wasseroberfläche als solche automatisiert erkannt und die Höhe des Wasserspiegels auf einen passenden Wert gesetzt werden. Foto: Vexcel Imaging GmbH

Sie sind bei Unternehmen aus dem Bereich der Datenerfassung und -verarbeitung berüchtigt: Wasserflächen. Nicht nur, weil beinahe jede Stadt, jede Gemeinde und jede Kommune in räumlicher Nähe zu einem Steh- oder Fließgewässer beziehungsweise einem Meer liegt und damit Wasserflächen bei quasi jedem Projekt zur Datenerfassung und -verarbeitung mitberücksichtigt werden müssen, sondern auch, weil die photogrammetrische Vermessung solcher Flächen große Hürden und Herausforderungen mit sich bringen kann.

So kann die Höhe der Wasserkante durch Wellen und Gezeiten beispielsweise in kurzen Zeitintervallen derart stark variieren, dass die Wasserfläche an sich nicht genau erfasst werden kann. In eine ähnliche Kerbe schlagen die unterschiedlich starken Reflexionen des Sonnenlichts auf der Wasseroberfläche sowie die generellen Farbunterschiede von Wasseroberflächen. Diese Unterschiede entstehen beispielsweise durch eine Änderung in der geometrischen Konstellation (Änderung des einfallenden Sonnenlichts durch unterschiedliche Aufnahmepositionen und dadurch geänderte Reflexionen) oder durch dynamische Bedingungen am Wasser durch Wind, Gezeiten oder Boote.

Inhomogenes Mosaik und lange Rechenzeiten

Folglich können Wasserflächen oftmals nicht konsistent in einem Bildverband dargestellt werden. Das wiederum führt zu Problemen und Herausforderungen in der Verarbeitung der aufgenommenen Daten – ein inhomogenes Orthomosaik, unplausible Oberflächen- beziehungsweise Geländemodelle sowie unnötig lange Rechenzeiten bei der automatisierten Verarbeitung der Wasserflächen durch vergebliche Matching-Versuche oder potenzielle Fehl-Matches sind die Folge. „Die Herausforderungen können aus oben genannten Gründen nicht durch einfaches Weglassen der problematischen Wasserflächen gelöst werden, sondern sie erfordern einen Workflow mit intelligenten Werkzeugen, um möglichst effizient zu einem hochqualitativen Ergebnis zu kommen“, berichtet Bernhard Schachinger, Application Specialist beim österreichischen Unternehmen Vexcel Imaging.

In diesem Zusammenhang hat Vexcel angekündigt, bald die neue Version 6.0 der eigenen Softwarelösung UltraMap zu veröffentlichen. Das neue Release soll unter anderem die Datenerfassung und -verarbeitung von Wasserflächen fokussieren. „Unser Ziel ist es, für UltraMap 6.0 einen Workflow zu entwickeln, mit dem automatisiert ein einheitliches Orthomosaik einer Wasserfläche erstellt werden kann – ohne, dass die erfassten Bilder in manueller Arbeit glattgezogen werden müssen“, betont Schachinger.

Auf Grundlage des 2,5D-DOM (links) konnte ein Orthomosaik von Barcelona entwickelt werden, welches durch automatisierte Verarbeitungsschritte die Unterschiede der Eingabebilder ausgleichen und ein homogenes Ergebnis bieten kann. Foto: Vexcel Imaging GmbH

Für die photogrammetrische Erfassung von Wasserflächen kommen dabei üblicherweise Sensoren zum Einsatz, die hochaufgelöste Bildinformationen sowohl in RGB als auch im spektralen Bereich des Nahen Infrarots erfassen. „Die Kombination der vier Kanäle erlaubt dann eine automatisierte Segmentierung der Daten in Wasser- und Landbereiche“, weiß Schachinger. Aufbauend auf diese Klassifizierung können Algorithmen an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden. Schachinger dazu: „Notwendige Schritte sind beispielsweise eine optimierte, automatisierte Angleichung der radiometrischen Eigenschaften an Land und Wasser, eine angepasste Platzierung und Behandlung von Seamlines im Orthomosaik an Land und im Wasser sowie eine intelligente Steuerung des Dense Image Matchings zur realistischen Darstellung der Wasserhöhen.“ Ebenfalls wichtig seien die Beschleunigung der Prozessierung durch Vermeidung unnötiger Matching-Versuche auf Wasserflächen und die automatisierte Behandlung des Übergangs zwischen Land und Wasser entlang der Uferlinien.

Automatisierter Prozess durch UltraMap

„Die Qualität der Bilder fängt in den Kamerasystemen selbst an. Gerade für 3D-Datenprodukte ist neben der richtigen Befliegungsstrategie auch die Qualität des Bildmaterials von entscheidender Bedeutung“, betont Vexcel-Geschäftsführer Alexander Wiechert. Nennenswert ist dabei die kamerainterne Datenaufarbeitung, insbesondere die A/D-Wandlung der Bildsignale, die einen erheblichen Qualitätsfaktor für die Kamera bildet. Erst dann kommt die nachgelagerte Software zum Tragen. „Die Software hat somit die Aufgabe, die hohe Qualität in der Datenprozessierung automatisiert und komplett durchzureichen“, so Wiechert, der einschränkt: „Nichtsdestotrotz werden natürlich zusätzliche Editoren benötigt, die ein menschliches Eingreifen an verschiedenen Stellen im Workflow sowie eine Reaktion auf unerwartete Ergebnisse unterstützen.“

Vexcel bietet UltraMap in Modulen mit Standardschnittstellen an, sodass Anwender:innen für einzelne Aufgabenbereiche auch mit Drittsystemen arbeiten können. Im Basismodul, UltraMap Essentials, wird die Kamerakalibrierung auf die Bilder angewendet und in einem für die Weiterverarbeitung optimierten Datenformat aufgearbeitet. Weitere Module sind die Aerial Triangulation (AT), der Dense Matcher für die Erstellung der 2,5D-Produkte, die Ortho-Pipeline, in dem die 2,5D-Produkte mithilfe der Luftbilder texturiert werden, sowie das 3D-Modul, das für die weitere Produktion von 3D-Produkten wie etwa 3D-Meshs zuständig ist. (jr)

www.vexcel-imaging.com

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Testobjekt einer Mauer: Scalypso zeigt anhand gleicher Bedingungen, wie sich die Vermessungsergebnisse von Smartphone und 3D-Laserscanner unterscheiden. Das Ergebnis: Für die meisten Anwendungen mehr als akzeptable Einschränkungen bei der Genauigkeit. Foto: Ingenieurbüro Dr.-Ing. R. König

Früher machte man Bilder mit der Kamera. Heute nutzt man „BIM“ auf der Baustelle mit einem Smartphone, also Punktwolken anstatt Fotos, und das mit der Einfachheit und Intuition, wie man es aus der Smartphone-Welt kennt. Nun hat der Softwarenentwickler Scalypso aus Potsdam im Rahmen von Webinaren eine Testreihe vorgeführt, die nicht nur nachweist, wie einfach dies geht, sondern auch, wie genau die photogrammetrischen Daten sind und wie schnell sie in den Prozess einer BIM-Software überführt werden können. Live auf der Baustelle, mit Datentransfer – falls gewünscht – über Whatsapp.

„Dass Smartphones heute so viel können wie Spiegelreflexkameras vor zehn Jahren ist Common Sense. Dass sie auch professionelle Vermessungsgeräte sein können, setzt sich erst langsam durch“, weiß Ralf König, Geschäftsführer von Scalypso. Es sei verständlich, dass man den Versprechungen der Smartphone-Welt mit einer Portion Skepsis gegenüberstehe. Allerdings möchte er Anwender:innen auch dazu motivieren, sich etwas genauer mit dem Thema auseinanderzusetzen. Daher hat der Spezialist für 3D-Punktwolkensoftware eine Messreihe aufgesetzt, um „ein wenig Objektivität in die Geschichte zu bringen, bevor sie zum Mythos verklärt wird“, so König.

Laserscanner vs iPhone

Bei dem Test kamen ein terrestrischer Laserscanner und ein iPhone zum Einsatz. Aus den Daten wurde mit der gleichnamigen Scalypso-Softwaresuite eine Punktwolke erstellt. „Die Vermessung mit einem iPhone ist eine schnelle praktikable Möglichkeit der Vermessung von Objekten“, resümiert König. Die Abweichungen zu einem terrestrischen Laserscanner liegen, so der Experte, im Zentimeter-Bereich. Die Weiterverarbeitung der Daten mit Scalypso Mobile und ALLPLAN sei problemlos gewesen.

Seit Oktober 2020 sind iPad Pro und iPhone 12 Pro und nachfolgende Geräte mit LiDAR-Scanner erhältlich. LiDAR ist die Abkürzung für Light Detection and Ranging. „Man kann es ungefähr mit Lichterkennung und Raumvermessung übersetzen“, erklärt König. Die mit dem LiDAR ausgestatteten Geräte können mit ihrem Sensor innerhalb einer Reichweite von fünf Metern Raumtiefen in Innenräumen und im Freien vermessen. Das Ergebnis ist eine maßstäbliche 3D-Punktwolke des vermessenen Objektes.

In Apples AppStore werden auch unterschiedliche Scan-Apps verschiedener Hersteller angeboten. Einige sind kostenlos beziehungsweise zeitlich beschränkt kostenlos. Ein Vergleich der unterschiedlichen Apps will Scalypso in naher Zukunft durchführen.

Mobile Software

Der Einsatz von Scalypso Modeler ist prädestiniert für diese Testreihe. Die Software kann während des Scanvorgangs in Echtzeit bereits ein Vorschaubild anzeigen. „Es muss möglichst mit einem großen Überlappungsbereich die Oberfläche des zu vermessenden Bereiches ‚abgefahren‘ werden“, beschreibt König die neuartige Smartphone-Handhabung, die wie eine systematische Filmaufnahme erscheint. Zum Ende muss der Scan-Vorgang manuell gestoppt werden.

Nach der Fertigstellung des Scans erfolgt eine automatische Optimierung der Punktwolke. Es können verschiedene Optionen für die Optimierung gewählt werden. Für die weitere Verarbeitung der Punktwolke in Scalypso Mobile wird die Punktwolke exportiert. „Hier hat sich das LAS-Format gut bewährt“, so König. Die Daten werden direkt auf einem Cloud Sever von der Baustelle übertragen und werden dann mit Scalypso Mobile und ALLPLAN im Innendienst bearbeitet.

20 Jahre Expertise

Das Smartphone als Werkzeug: Per „Filmen“ mit der Scalypso-App werden Punktwolken erzeugt, die nahtlos in den BIM-Prozess integriert werden. Grafik: Vector-Hub / shuttersock.com; Ingenieurbüro Dr.-Ing. R. König

3D-Punktwolken einfach in der BIM-Software zu nutzen – das ist die Kernaufgabe des Scalypso Modeler. Die Software verarbeitet Punktwolken-Daten und liefert daraufhin BIM-typische Funktionen. BIM-Anwender können dadurch aus der profunden Menge an 3D-Daten selektiv genau die Modellierung nutzen, die ihnen am meisten hilft.

Im Jahr 2021 hatte das Unternehmen Scalypso Mobile in den Markt eingeführt, das auf dem Scalypso Modeler basiert. Das auch im Stand-Alone-Betrieb nutzbare Programm ist in der Lage, mobile Sensorsystemen, also eben auch Smartphones, zu nutzen.

Scalypso beschäftigt sich bereits seit den 2000er-Jahren mit 3D-Punktwolken und gilt damit als Pionier. Im Jahr 2020 hatten Scalypso und die ALLPLAN GmbH ein gemeinsames Plug-In entwickelt, damit ALLPLAN-Nutzer Punktwolken weiterverarbeiten können.

Dabei werden 3D-Elemente in Echtzeit aus der Punktwolke generiert und in der BIM-Software dargestellt. Die Datenbasis bildet also immer wieder ein zentraler, unveränderter Datenpool, aus denen dann beliebige Elemente (auch 2D) in Formaten wie E57, LAS, LAZ oder ply genutzt werden, ohne dass dafür eine Konvertierung vollzogen werden müsste.

Aus Sicht des CAD-Systems werden alle Vorteile der 3D-Punktwolken, insbesondere die ungeheure Informationstiefe genutzt, ohne dass der Primärdatensatz „angefasst“ – sprich aufwendige Rechenzeit und Latenzzeiten aufgebraucht – werden muss. „Das stellt eine neue Dimension des BIM-Prozesses dar und schöpft die Potenziale der Digitalisierung auch für die mobile Vermessung vor Ort voll aus“, so König. (sg)

www.scalypso.com

www.allplan.com

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Aus einem Digitalen Zwilling von ganz Deutschland ließen sich verschiedene Fachinformationen ableiten, etwa zu Stromtrassen, Windkraft, Solardächern oder zum Bestand an Vegetation. Bild: Hexagon Ltd.; stux / pixabay

Die Industrie hat es vorgemacht. Simulationen und Digitale Zwillinge von Produkten oder Produktionsanlagen schaffen enorme Optimierungspotenziale: Mehr Leistung in kürzerer Zeit mit weniger Kosten, schnellere Planung, weniger Fehler, längere Laufzeiten, bessere Umweltbilanzen. Die Öffentliche Verwaltung könnte es nun der Industrie gleichtun, denn Digitale Zwillinge von Städten, Infrastruktur und Geländeformen schaffen Möglichkeiten, wichtige gesellschaftliche Herausforderungen zu meistern.

Warum nicht gleich einen Digitalen Zwilling von ganz Deutschland erstellen? Das Unternehmen Hexagon hat nämlich gezeigt, dass die technische und wirtschaftliche Realisierung von solchen Digitalen Zwillingen auch großflächig machbar ist – bis auf die Ebene von ganz Deutschland. Hexagon, seit jeher ein Schrittmacher für die Entwicklung der Geoinformatik, stellt damit Innovationen höchster Tragweite in den Raum. Ist es sinnvoll, einen Digitalen Zwilling von einem gesamten Land zu erstellen?

Testprojekt auf 8.600 Quadratkilometern

Zunächst einmal ist es wichtig, dass Hexagon die Realisation in der Praxis bereits unter Beweis gestellt hat – sowohl technisch als auch wirtschaftlich. Unter der Führung des Bundesamts für Kartografie und Geodäsie und in Zusammenarbeit mit dem Landesbetrieb Geoinformation und Vermessung der Freien Hansestadt Hamburg und der Metropolregion Hamburg wurde in der Metropolregion Hamburg ein Gebiet von 8.600 Quadratkilometern innerhalb von 89 Flugstunden erfasst und ein hochauflösender 3D-Datensatz erstellt. Realisiert wurde dieser Digitale Zwilling mit neuester Technologie, einem Single Photon LiDAR Sensor (Leica SPL 100, siehe Kasten) von Hexagon.

Für jeden Quadratmeter erfasste er mindestens 42 Punkte mit der Höhengenauigkeit von deutlich unter zehn Zentimetern. Gleichzeitig wurden auch Luftbilder mit einer Auflösung von 22 Zentimetern aufgenommen.

Hochgerechnet auf das gesamte Land bedeutet dies, dass rund 3.700 Flugstunden ausreichen, um alle 357.000 Quadratkilometer zu erfassen. „Je nach Anzahl der eingesetzten LiDAR-Flugzeuge, Wetterlage und Fluggenehmigungen könnte man dies also in 24 Monaten umsetzen“, sagt Jürgen Dold, Executive Vice President von Hexagon.

Jürgen Dold, Executive Vice President bei Hexagon, ist überzeugt: Hexagons Digitale Zwillinge haben einen zehnmal höheren Informationsgehalt als alle Produkte, die in den letzten Jahren im Auftrag der Bundesländer erfasst worden sind. Foto: Hexagon Ltd.

In dem Zwilling sind aufgrund der Auflösung alle relevanten Objekte erkennbar: Gebäude, Dachaufbauten, Bäume und Büsche, Hochspannungsmasten und teils Geländeformen unter der Vegetation. Auch Wasseroberflächen und die Topographie von Gewässerböden im Uferbereich werden erfasst, denn der Messbereich des Lasers erreicht nach Angaben von Hexagon fünf bis zehn Meter Wassertiefe.

Nutzen großräumiger Zwillinge

Jürgen Dold hebt hervor, dass ein solcher Digitaler Zwilling aufgrund der hohen Auflösung einen zehnmal höheren Informationsgehalt hat als Produkte, die in den letzten Jahren im Auftrag der Bundesländer erfasst worden sind. „Zudem stehen uns Technologien zur Verfügung, Prozesse bei der Datenproduktion und -auswertung effizienter zu gestalten“, so Dold.

Ein solcher Datensatz besitzt aber noch weitere wichtige Eigenschaften. Er ist konsistent und im Vergleich zu bestehenden großräumigen, lasererzeugten 3D-Modellen aktuell. Das macht ihn zum Beispiel für den Einsatz von KI interessant. Analysen mit künstlicher Intelligenz und Geo-KI sind enorm wichtig, denn es sind die entscheidenden Werkzeuge, um aus der Datenflut nutzbringende Informationen zu gewinnen. „Wir haben Geo-KI für den Datensatz eingesetzt und waren dann recht erstaunt, wie gut es bereits mit einem geringen Trainingsumfang funktioniert hat, sprich wie viele Gebäude, verschiedene Vegetation oder Infrastrukturelemente identifiziert und klassifiziert werden konnten“, so Dold.

Der Einsatz von Cloud-Lösungen könne dies noch erheblich verstärken, etwa um Informationen noch schneller zu erlangen. Man könne bereits in diesem Datensatz erkennen, wie die Vegetation im Umfeld von Stromleitungen wächst, beschreibt Dold ein einzelnes Beispiel stellvertretend für das hohe allgemeine Potenzial, mit hochgenauen und aktuellen Basisdaten, relevanten Fachdaten und analytischen Methoden Vorhersagen zu erstellen. Davon sind einige Anwendungen von höchster gesamtgesellschaftlicher Relevanz, etwa die Sicherung von Versorgungsinfrastruktur oder die Simulation von Hochwasser- und Starkregenereignissen, die mit dem Digitalen Zwilling eine neue Qualität erreichen.

Von der Wichtigkeit der Vegetation für die Beherrschung des Klimawandels einmal ganz abgesehen. So könne man nicht nur flächendeckend Bäume identifizieren und demnach zählen, sondern aufgrund der hochpräzisen Daten sogar das darin enthaltene Volumen der Biomasse. „Für die Waldinventur etwa liegen dort revolutionär neue Ansätze“, so Dold. Ebenso können neue Kennzahlen erstellt werden wie etwa das Verhältnis von Gebäudevolumen zu Biomasse für Städte oder bestimmte Regionen, farblich kodiert und intuitiv darstellbar. „Die Generationen, die uns folgen, werden uns dankbar für solche Informationen sein“, berichtet Dold.

Wichtig sei dabei auch, dass die Kombination von LiDAR und photogrammetrischen Sensoren weitere Vorteile habe. Die kombinierte Auswertung der Daten liefert eine größere Erkenntnistiefe. So hat die Stadt Köln in einem Projekt beispielsweise herausgefunden, dass 20 Prozent mehr an versiegelter Fläche über die kombinierte Auswertung erkannt werden kann.

Prognose für die nächsten 5 Jahre

Vor dem Hintergrund der schnellen Technologieentwicklungen erwartet Hexagon auch entsprechend weitreichende Folgen, die sich für die nächsten fünf Jahre in drei Bereiche unterteilen lassen. Zum einen steigt der Grad der Aktualisierung. „Ich bin überzeugt, dass wir autonom fliegende Drohnen sehen werden, die Digitale Zwillinge in Echtzeit erstellen. Miniaturisierte Sensoren, schnellere Kommunikationstechnologien und kombiniertes Edge- und Cloud-Processing.“

Der zweite Trend liege zum anderen in der Steigerung des visuellen Erlebnisses, sprich der Eindruck wird immer realer, intuitiver und detailreicher. Das liegt nicht nur an neuen Visualisierungstechniken wie Virtual oder Augmented Reality. Im Zuge der Datenfusionierung werden die Zwillinge auch vollständiger, Luftbilddaten, terrestrische und Innenraumaufnahmen fließen in einen Digitalen Zwilling zusammen. Und drittens werden die Digitalen Zwillinge interaktiver. So kommen sie beispielsweise bei Training und Ausbildung zum Einsatz. „Es verändert sich die Art, wie wir arbeiten werden“, so Dold. (sg)

www.hexagon.com

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Städte rücken zunehmend in den Mittelpunkt des Klimawandels, da sie einerseits enorme Mengen an Energie verbrauchen und andererseits einen erheblichen Anteil der weltweiten Treibhausgasemissionen verursachen. Spezifische Bedrohungen für Städte in diesem Zusammenhang können etwa Überschwemmungen aufgrund von häufiger auftretenden Starkregenereignissen oder Überhitzungen durch langanhaltend hohe Temperaturen sein.

Transiente Strömungssimulation eines Bebauungsszenarios mit Ansys Discovery. Foto: Virtual City Systems GmbH

Um angesichts der weltweiten Urbanisierung – und der damit einhergehenden Verschärfung der Problematik – dennoch ein nachhaltiges städtisches Leben ermöglichen zu können, ist es von großer Bedeutung, Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel in den Fokus von Stadtentwicklung und -planung zu rücken. „Entscheidend für die Ergreifung geeigneter Maßnahmen in städtischen Gebieten und künftigen Entwicklungsprojekten ist das Verständnis des Zusammenspiels zwischen der bebauten Umwelt und Umweltfaktoren wie Sonneneinstrahlung und Aufheizungen, steigende Wasserstände oder Windströmungen. Der Einsatz digitaler Werkzeuge im Bereich der Stadtplanung für präventive Simulationen wird daher zu Recht zu einem Standardverfahren“, berichtet Dr. Stefan Trometer, Managing Director bei der Virtual City Systems (VCS) GmbH. Ein Beispiel für technische Innovationen in diesem Zusammenhang seien etwa Digitale Zwillinge, die Entscheidungsträger dabei unterstützen können, fundiertere und vorausschauende Entscheidungen zu treffen.

Detaillierte Mikroklimasimulationen im Stadtgebiet

Diese Mehrwerte haben auch die Stadt Bremen und das hier ansässige Landesamt für Geoinformationen erkannt und daher gemeinsam mit VCS vor einigen Jahren mit dem Aufbau eines Digitalen Zwillings begonnen. Ziel ist dabei unter anderem, das aufgebaute 3D-Stadtmodell für detaillierte Mikroklimasimulationen im Stadtgebiet zu nutzen. „Konkret geht es um die Frage, welchen Einfluss Maßnahmen wie Baumpflanzungen, Bodenversieglungen oder Fassadenbegrünungen auf die klimatischen Verhältnisse in ausgewählten Quartieren der Überseestadt Bremen haben, einem der größten Stadtentwicklungsprojekte in Europa“, berichtet Trometer. Der grundlegende Ansatz war die Verknüpfung der semantischen 3D-Stadtmodellplattform Bremens mit einer 3D-Solarpotenzialanalyse zur Ermittlung der solaren Exposition und einer interaktiven 3D-Wind- und -Wärmesimulation.

Im ersten Schritt wurden dafür in den vordefinierten Berechnungsgebieten verschiedene Bebauungsszenarien mithilfe des VCS-Planungswerkzeugs VC Planner erstellt, die sich in Größe, Form und Anordnung der Gebäude sowie in Art und Beschaffenheit der Freiflächen unterschieden. „Diese Szenarien wurden anschließend samt Vegetationsobjekten mit unserem virtualCAD Exporter aus der interaktiven Webkarte für die Solarpotenzialanalyse exportiert“, so Trometer, der ausführt: „Mithilfe der Solarpotenzialanalyse konnte schließlich die Sonneneinstrahlung in Form der Wärmestromdichte an sämtlichen Geländeoberflächen und Gebäudeflächen für einen typischen Sommertag Ende Juni zwischen 13 und 14 Uhr berechnet werden.“

Visualisierung der Ergebnisse

Visualisierung von Klimasimulationsergebnissen in Form von Temperatur-Differenz-Plots in der VC Map. Foto: Virtual City Systems GmbH

Im nächsten Schritt wurden die Bebauungsszenarien in die Simulationssoftware Ansys Discovery importiert. Mit den solaren Randbedingungen wurde nun eine detaillierte Temperaturverteilung für die unterschiedlichen Szenarien mittels einer zeitabhängigen und an eine thermische Simulation gekoppelten Strömungssimulation berechnet. Hierfür wurden in jedem Zeitschritt die Veränderungen im Simulationsbereich für die physikalischen Größen Temperatur und Geschwindigkeit betrachtet.

Doch wie aussagekräftig sind die erhobenen Daten überhaupt? Und wie wird das geprüft? „Als Bewertungskriterium wurde die Temperaturverteilung in einer Höhe von 1,5 Metern über ein Gitter an Monitoringpunkten im Berechnungsgebiet ausgewertet und so auch in unserer Anwendung VC Map mit den Bebauungsszenarien visualisiert“, so Trometer. Um nun den Einfluss von beispielsweise Bäumen, entsiegelten Flächen oder begrünten Fassaden herauszuarbeiten, wurden Szenarien mit und ohne Veränderung analysiert und ausgewertet. „Durch die Überlagerung der Temperaturverteilung erhält man Temperatur-Differenz-Plots, die den Einfluss aus der Modellveränderung veranschaulichen. So können schon in frühen Planungsphasen solche Effekte konkret und schnell für ein Szenario abgeschätzt werden“, führt Trometer aus. Ausschlaggebend für die Ergebnisse sind die unterschiedlichen baubedingten Schattenwürfe, die zusätzliche Verschattung durch Bäume sowie die prozentuale Reflektion und Wärmeabstrahlung der Gelände- und Gebäudeoberflächen.

Bremer Erkenntnisse

Vergleich der Simulationsergebnisse mit und ohne Baumbepflanzung. Foto: Virtual City Systems GmbH

Durch die Bremer Simulationen ist zu erkennen, dass vermehrte Verschattung durch Bäume tendenziell einen Abkühlungseffekt auf das direkte Umfeld hat. Jedoch trägt die Baumbepflanzung ebenso zu einem reduzierten Luftaustausch bei, da der Windfluss gestört wird. „Dies hat einen negativen Rückkopplungseffekt auf die Wärmeverteilung im direkten Umfeld“, erklärt Trometer, der ausführt: „Dieses Beispiel veranschaulicht die komplexen Wechselwirkungen, die für ein solches Szenario zu erwarten sind. Und es wird deutlich, dass nur eine detaillierte Simulation in der Lage ist, diese Komplexität abzubilden.“

Insgesamt tragen Mikroklimasimulationen zu einem besseren Verständnis für die Wechselwirkungen zwischen der bebauten Umwelt und dem umliegenden Klima bei. Der unmittelbare Vergleich von simulierten Szenen hilft darüber hinaus dabei, geeignete planerische Maßnahmen zu ergreifen. „Digitale Zwillinge dienen damit als Werkzeug, um Planungsprozesse vorab zu simulieren, besser zu verstehen und Entscheidungsträger bei klimaadaptiven Maßnahmen durch sachbezogene Daten zu unterstützen“, resümiert Trometer. (jr)

www.vc.systems

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