Höhenmodelle


Geobasis NRW stellt flächendeckend und zyklisch aktualisierte topographische Höheninformationen bereit. Die Grundlage bilden dreidimensionale Daten aus dem Verfahren des Airborne Laserscanning oder aus der Bildkorrelation von orientierten Luftbildern.

Als Digitale Höhenmodelle (DHM) bezeichnet man digital gespeicherte, regelmäßig oder unregelmäßig verteilte Gelände- bzw. Oberflächenpunkte, die die Struktur der Erdoberfläche repräsentieren. DHM bezeichnen als Oberbegriff DGM und DOM.

Originäre Datengrundlagen sind neben flugzeuggestützten Laserscandaten auch Luftbildinformationen. Während mit dem Airborne Laserscanning-Verfahren (ALS-Verfahren) Laserscanpunktwolken (sog. 3D-Messdaten) unmittelbar erfasst werden, müssen die dreidimensionalen Daten aus Luftbildern (sog. bDOM) erst durch das Verfahren der Bildkorrelation (Dense Image Matching) abgeleitet werden.

Auf Grundlage dieser dreidimensionalen Daten erzeugt die Bezirksregierung Köln, Geobasis NRW, Digitale Geländemodelle (DGM) und Digitale Oberflächenmodelle (DOM). Ein DGM repräsentiert die natürliche Form der Erdoberfläche ohne Gebäude und Vegetation. Ein DOM hingegen enthält alle zum Erfassungszeitpunkt vorhandenen Objekte, inklusive baulicher Anlagen und Vegetation.

Zusätzlich werden für die Produkte DGM und DOM Angebotsvarianten bereitgestellt, die einzelne Themenschwerpunkte hervorheben. Hierzu zählen u. a. die Darstellung von Geländeneigungen für die Detektion von Böschungen, die Visualisierung des DGMs über eine Geländeschummerung, die Hervorhebung von Veränderungen auf der Oberfläche zwischen zwei Zeitpunkten mit Hilfe eines temporalen Digitalen Oberflächenmodells (tDOM) oder die Darstellung von relativen Objekthöhen über dem Gelände mit Hilfe eines normalisierten Digitalen Oberflächenmodells (nDOM).

Übersicht der Produktgruppe Höhenmodelle

Übersicht der Produktgruppe Höhenmodelle

Als Erfassungsmethode kommen in Nordrhein-Westfalen das flugzeuggestützte Laserscanning (Airborne Laserscanning, ALS) mit Hilfe eines LIDAR-Sensors (Light Detection and Ranging) sowie die Bildkorrelation von Luftbildern 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 mit LIDAR-System

Laserscanning mit LIDAR-System

Vom Flugzeug aus sendet der Laserscanner mit hoher Frequenz (mit bis zu 1000 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

Mehrfachreflexionen

Eine charakteristische Eigenschaft von Laserscanner-Messungen ist die Registrierung von Mehrfachreflexionen. Der Laserstrahl hat eine kegelförmige Gestalt und erreicht in Abhängigkeit von der Flughöhe (max. 1000m) am Boden einen Durchmesser von 20-30cm. Einzelne Teile des Strahlkegels können an unterschiedlichen Orten reflektiert werden. So wird im Bereich von Vegetation typischerweise eine erste Reflexion bereits in der Höhe der Baumwipfel auftreten (First Return), während andere Teile des Strahlkegels bis hinunter zur Erdoberfläche gelangen und erst dort reflektiert werden (Last Return).

Neben dem ALS wird für die Erzeugung von Digitalen Oberflächenmodellen auch die Bildkorrelation von Luftbildern eingesetzt. Weitere Informationen können der Produktbeschreibung des bildbasierten Digitalen Oberflächenmodells (bDOM) entnommen werden.