Dreidimensionales Topographisches Informationssystem

Für verschiedene Anwendungsbereiche, wie zurn Beispiel für die Raum- und Stadtplanung, für die Planung eines Verkehrsnetzes und eines zellularen Mobilfunknetzes, für den Umwelt- und Naturschutz, für die Hydrologie und erosionshemmende Bodenbewirtschaftung etc. braucht man ein digitales Modell der natürlichen und künstlichen Landschaft. Die dreidimensionalen natürlichen und künstlichen Landschaftselemente, die mit dem Begriff "Topographie" zusammengefaßt werden können, sind in einem "Dreidimensionalen Topographischen Informationssystem" für die erwähnten Anwendungen bereitzuhalten. Die Daten für ein solches Informationssystem gewinnt man weitgehend mit Hilfe der Photogrammetrie, der Fernerkundung, mit Laser-Scanning oder durch Digitalisierung analoger Karten. Aus diesen Daten sind topographische Objekte zu bilden und als digitale Modelle ins Informationssystem einzubringen. Von besonderer Aktualität sind gegenwärtig die Datenerfassung von Flugzeugen aus mittels "Laser Scanning" und die Digitalisierung von vorhandenen Höhenlinienkarten. In beiden Fällen bedarf es einer speziellen Behandlung der Meßdaten, um daraus ein qualitativ hochwertiges Informationssystem zu generieren. In dem beantragten Forschungsprojekt stehen die mathematische Modellierung der topographischen Objekte und die informationstechnische Strukturierung der Daten im Mittelpunkt, wobei ein Qualitätssprung gegenüber den bisher bekannten Methoden angestrebt wird: und zwar in Bezug auf die Art der verarbeiteten Daten - Herkunft, Dimension etc. -, und auch in Bezug auf die verwendeten Interpolationsalgorithmen. Dieses ehrgeizige Ziel ist am besten in Verbindung der anwendungsorientierten Photogrammetrie und Topographie auf der einen Seite mit den Theorien der Geometrie auf der anderen Seite zu erreichen. Im Laufe der Bearbeitung des Vorprojektes (P11336-ÖMA) hat sich an der TU Wien eine solche interdisziplinäre Gruppe bestehend aus Professoren, Universitätsassistenten und Doktoranden des Instituts für Photogrammetrie und Fernerkundung sowie des Instituts für Geometrie zusammengefunden. Dazu ist auch Hr. Dr. M. KöhI, Assistent an der Ecole National Supérieur des Arts et Industries de Strasbourg, zu zählen. Diese Gruppe ist bereits tief in das Forschungsgebiet eingedrungen. Ihre große Motivation Iäßt - nach Meinung der beiden Antragsteller - in den nächsten Jahren sehr interessante Ergebnisse erwarten.

Für viele unterschiedliche Anwendungsgebiete stellt die Modellierung von Objekten der Landschaftsoberfläche eine wichtige Basis dar. Einige dieser Anwendungsgebiete sind zum Beispiel die Raum- und Stadtplanung, Infrastrukturplanung, Telekommunikation, Umweltschutz und Hydrologie. Diese natürlichen oder künstlichen Objekte der Landschaftsoberfläche werden im allgemeinen als "Topographie" bezeichnet. Für die obig genannten Anwendungen müssen diese Objekte in einem "Dreidimensionalen Topographischen Informationssystem" zur Verfügung gestellt werden. Die großräumige Datenerfassung, die als Basis für die Modellierung dieser Objekte dient, erfolgt im allgemeinen mit Hilfe der Photogrammetrie, Fernerkundung, Laserscanning oder durch die Digitalisierung vorhandener Karten. Auf Basis dieser Erfassungsmethoden ist es notwendig die topographisch relevanten Objekte durch geeignete mathematische Modelle zu beschreiben, sodass sie in einem topographischen Informationssystem zur Verfügung gestellt werden können. Dadurch besteht die Notwendigkeit in der Entwicklung geeigneter Methoden zur Beschreibung der Objektoberflächen. In diesem Forschungsprojekt lag der Schwerpunkt in der Modellierung dieser topographischen Objekte, sowie in der Entwicklung geeigneter Datenstrukturen. Die Projektziele können in die beiden Gruppen 3D-Triangulation und Oberflächenmodellierung unterteilt werden. Die Ziele im Rahmen der 3D-Triangulierung lagen einerseits in der dreidimensionalen Rekonstruktion von Flächen, sowie andererseits in der Extraktion topographischer Strukturelemente aus triangulierten Daten. Im Bereich der Oberflächenmodellierung lagen die Forschungschwerpunkte im Bereich der Flächenrepräsentation auf Basis eines Dreiecksnetzes und der Definition einer Datenstruktur für natürliche und künstliche Objekte. Zur Datengenerierung sollte auf die Aufnahmemethode Laserscanning besonderes Augenmerk gelegt werden. Um diese Ziele zu erreichen, sollte das anwendungsbezogene Wissen des Instituts für Photogrammetrie und Fernerkundung und das theoretische Wissen des Instituts für Geometrie kombiniert eingesetzt werden. Im Rahmen des Projektes wurde eine wissensbasierte 3D-Triangulation entwickelt, die die Oberfläche auf Basis aller Informationen über das zu rekonstruierende Objekt beschreibt. Auf Basis dieser 3D-Triangulation wurden Methoden zur Flächenbeschreibung untersucht (Flächenverbände mit parametrischen Flächenstücken (Patches) und Subdivision (Unterteilungsflächen)), die eine glatte Beschreibung der Objektoberfläche ermöglichen. Ein weiterer Schwerpunkt des Forschungsprojektes lag in der Entwicklung von automatischen Methoden zur Ableitung von digitalen Geländemodellen aus Laser-Scanner-Daten. Die dabei entwickelten Methoden finden bereits in der Praxis des Vermessungswesens ihren Niederschlag. Die Ergebnisse dieses Forschungsprojektes mündeten in dem Abschluss zweier Dissertationen (Heitzinger und Pfeifer) und in zahlreichen Publikationen. Viele Erkenntnisse sind in ein Buch (Kraus, K.: "Topographische Informationssysteme") eingeflossen.