Digitale Höhenmodelle


Die Landesvermessung NRW stellt flächendeckend und zyklisch aktualisierte Topographische Höheninformationen bereit: Digitale Geländemodelle, Digitale Oberflächenmodelle, eine Schummerung des DGM und 3D-Gebäudemodelle (LoD1 und LoD2).

Im Rahmen ihres gesetzlichen Auftrages stellt die Bezirksregierung Köln, Geobasis NRW topographische Höheninformationen bereit. Vertriebsprodukte sind dabei Geländemodelle (DGM) und das Digitale Oberflächenmodell (DOM), sowie die daraus abgeleiteten 3D-Gebäudemodelle und die DGM-Schummerung.

Zusammenhang der Produkte der Topographischen Höheninformationen

Als Digitales Höhenmodell (DHM) bezeichnet man eine Menge digital gespeicherter Höhenwerte von regelmäßig oder unregelmäßig verteilten Gelände- bzw. Oberflächenpunkten, die die Struktur der Erdoberfläche hinreichend repräsentieren. DHM bezeichnen als Oberbegriff DGM und DOM. Ein 3D-Gebäudemodell ist eine Sonderform des DOM, reduziert auf Gebäude und Bauwerke. Schummerungen sind eine plastische Wiedergabe von DHM in einem Graustufenbild.

Häufig wird zwischen primären und sekundären DHM unterschieden. Während ein primäres DHM die originären, unregelmäßig angeordneten Messwerte (Bezeichnung L) enthält, ist ein sekundäres DHM ein aus diesem abgeleitetes Modell, das ein regelmäßiges Gitter aufweist. Geobasis NRW stellt unterschiedlich genaue Digitale Höhenmodelle bereit.

Als Erfassungsmethode kommt in Nordrhein-Westfalen das flugzeuggestützte Laserscanning (Airborne Laserscanning, ALS) zum Einsatz. ALS ist ein Verfahren zur großflächigen Erfassung von Höheninformationen. Als Ergebnis erhält man dreidimensionale Punktwolken, durch die die Erdoberfläche bzw. die auf ihr befindlichen Objekte in hoher Genauigkeit beschrieben werden.

Die Hauptkomponenten eines ALS-Systems sind der Laserscanner (Distanzmesser), ein GPS-Empfänger und ein Inertial-Navigationssystem (INS).

Laserscanning

Vom Flugzeug aus sendet der Laserscanner mit hoher Frequenz (mit bis zu 500 kHz) Lichtblitze zur Erde, die dort reflektiert werden. Das zurückgeworfene Signal wird durch einen entsprechenden Sensor im Laserscanner registriert. Aus der Zeitdifferenz zwischen gesendetem und empfangenem Signal lässt sich die vom Lichtstrahl zurückgelegte Strecke berechnen. Durch eine geeignete Mechanik wird der Abstrahlwinkel des Laserimpulses kontinuierlich verändert, so dass senkrecht zur Flugrichtung ein Streifen von bis zu einigen 100 m Breite abgetastet wird.

Neben zurückgelegter Strecke und Richtung des Laserimpulses werden außerdem Position und Ausrichtung des Flugzeugs (bzw. des Laserscanners) im dreidimensionalen Raum durch GPS und INS ermittelt. Aus diesen Informationen können dann die dreidimensionalen Koordinaten des Reflexionspunktes berechnet werden.

Laserscanning

Eine charakteristische Eigenschaft von Laserscanner-Messungen ist die Registrierung von Mehrfachreflexionen. Da der Laserstrahl kegelförmige Gestalt hat (20 – 30 cm Durchmesser), können einzelne Teile des Strahlkegels an unterschiedlichen Orten reflektiert werden. So wird im Bereich von Vegetation typischerweise eine erste Reflexion bereits in der Höhe der Baumwipfel auftreten (First Pulse), während andere Teile des Strahlkegels bis hinunter zur Erdoberfläche gelangen und erst dort reflektiert werden (Last Pulse).

Die gemessenen Punkte liegen nicht nur auf der Geländeoberfläche, sondern z. B. auch auf Gebäuden und Bäumen. Über spezielle Algorithmen werden die Punkte herausgefiltert, die nicht auf der Geländeoberfläche liegen, um ein Geländemodell zu erhalten. Dieser Filterungsprozess ist nicht vollständig automatisierbar und erfordert einen nicht unerheblichen interaktiven Nachbearbeitungsaufwand. First Pulse-Daten ergeben ein Oberflächenmodell.

Die Abgabe der Topographischen Höheninformationen erfolgt im Lagebezugssystem ETRS89/UTM und im Höhenbezugssystem DHHN92.