Alte Wege im Lidar-Scan

Mithilfe von Lidar-Scans kann man sehr genaue Höhenprofile des Geländes erstellen. Auf diese Weise kann man auch kleine Vertiefungen sichtbar machen, die man nicht sehen könnte, wenn man nur am Boden stehen würde. Per Lidar kann man so auch alte Straßen und Hohlwege nachweisen, die man sonst eher nicht finden würde. Hier gibt es ganz knapp ein paar Infos und ein schönes Beispiel.

Um Fun with Maps ist es in letzter Zeit leider ein bisschen ruhiger geworden. Liegt daran, dass ich ja leider mit meinen Projekten an der Uni soweit fertig bin, so dass ich da nicht mehr sooo in Kontakt komme. Dennoch gehe ich noch regelmäßig zu zwei wichtigen Veranstaltungen – und eine davon, der HGIS-Club (in Fun with Maps Teil 1 schon mal erwähnt), hat mir auch einen „kurzen, befristeten“ Job mit Maps-Thematik verschafft :D Hier sei ein ganz kleiner, anonymer Einblick gegeben.

3D-Landschaften am Computer dank Lidar-Scans

In meiner Masterarbeit habe ich mich mit mittelalterlichen Straßen um Heidelberg beschäftigt und dabei auch ganz knapp naturwissenschaftliche Methoden angesprochen. Eine davon wären Lidar-Scans, auch Laser-Scans genannt. Entsprechend ausgerüstete Flugzeuge scannen damit sozusagen die Landschaft von oben ab. Das Verfahren heißt Airborne Laser-Scanning (ALS, klicken für eine grafische Darstellung). Die dadurch erhaltenen Daten kann man umrechnen und als Höhenmodell darstellen. Lidar-Scans können Höhenunterschiede auf bis zu 20 cm genau darstellen.

Mithilfe von digitalen Höhenmodellen bekommt man einen wesentlich genaueren Eindruck von einem Geländeabschnitt als mit eingezeichneten Höhenlinien auf einer Landkarte.

Man unterscheidet bei diesen Modellen

1. Oberflächenmodelle
2. Geländemodelle

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Dieses Video habe ich extra zur Erklärung und Veranschaulichung erstellt :D

Digitale Oberflächenmodelle

Oberflächenmodelle schließen alles mit ein, was sich auf dem Erdboden befindet, also vor allem Bäume und Gebäude. So ein Oberflächenmodell findet ihr zB. bei Google Maps, wenn ihr die Satellitenansicht einschaltet und tief in eine Stadt runterzoomt. Man sieht also sozusagen die ganze Stadt als 3D-Modell. Im Video oben seht ihr auch Google Earth VR, was das gleiche ist wie Google Maps 3D, nur noch cooler. Hier mein Beitrag über die VR-Brille Oculus Rift, wo ich auch Google Earth VR näher vorstelle. Auf der Grundlage eines Oberflächenmodells basiert übrigens auch der Nachbau von Washington, DC im Third Person-Shooter The Division 2.

Digitale Oberflächenmodelle sehen klasse aus, sind aber speziell für meine Zwecke, und auch für Luftbild-Archäologen allgemein nicht so hilfreich. Wir interessieren uns vor allem für die Landschaften außerhalb von Städten und unterhalb von Bäumen :D

Digitale Geländemodelle

Interessanter sind da digitale Geländemodelle (DGM). Sie rechnen alles heraus, was sich auf dem Erdboden befindet, also auch die Vegetation. Besonders interessant ist das in Waldgebieten: Während man auf normalen Luftbildern nur Bäume sehen kann, machen digitale Geländemodelle die tatsächlichen Bodenstrukturen sichtbar. In Wäldern funktioniert das ganz gut, indem die Laserpunkte aus unterschiedlichen Winkeln geschossen werden und so Blätter und Äste „durchdringen“ können. Für die Hohlwegsuche ist das perfekt! Damit sind alte Straßen, die sich vor allem in Wäldern und an Hängen gut erhalten, oftmals schön zu erkennen (in Fun with Maps 5 sogar noch ohne Computeraugen).

Damit man diese Feinheiten gut erkennen kann, stellt man sie als Schummerung dar. Eine Schummerung hat jeder schon mal in einem Atlas mit physischer Karte gesehen: Es wird ein Lichteinfall auf das Gelände simuliert, so dass man das Gefühl hat, keine zweidimensionale Karte zu sehen, sondern ein Gebirge mit Höhen und Tiefen.

Für meine Masterarbeit hatte ich leider solche Lidar-Scans nicht zur Verfügung. Aber im Rahmen meines oben erwähnten Jobs konnte ich mit Lidar-Daten einer anderen Region arbeiten und stellte dabei fest, wie mächtig diese Lidar-Daten sind. Im Grunde sieht man das nackte Gelände deutlich vor sich!

Genauigkeit von DGM

Je enger die Messpunkte gesetzt sind, desto feiner und genauer ist am Ende das Digitale Höhenmodell.

Diese Genauigkeit gibt man in Gitterweiten an. Als Bezeichnung setzt man einfach DGM und die Gitterweite in Metern zusammen. So entstehen vergleichbare und verbreitete Geländemodelle, wie etwa DGM1, DGM5, DGM 50, DGM 200 usw.

DGM1 ist das am feinsten dargestellte DGM. Es verfügt über eine Gitterweite von 1×1 Meter, d.h. ein Bildpunkt des Modells entspricht einem Quadratmeter. Eine Bildkachel von einem Quadratkilometer ist als Rasterbild demnach 1000 x 1000 Pixel groß. Bei DGM 1 liegt die Genauigkeit in der Höhe je nach Angabe bei plusminus 15-30 cm.

Bei DGM5 entspricht ein Bildpunkt bereits einer Fläche von 25 m², also 5 x 5 Metern. Für die Hohlwegsuche sollte das DGM natürlich so genau wie möglich sein. DGM1 ist ideal, DGM5 geht vielleicht noch, aber DGM25 ist bereits viel zu grob.

Beispiele: Hohlwege im digitalen Geländemodell

Über Jahre oder sogar Jahrhunderte wurden immer die selben Straßentrassen genutzt, die sich so in den Boden gefressen haben – sogenannte Hohlwege. Wenn ein Weg nicht mehr nutzbar war, weil zB. alles verschlammt war, dann fuhr man einfach ein paar Meter daneben. In der modernen Zeit wurde dann einfach eine der Trassen genommen und asphaltiert, so dass sich das mit diesen mittelalterlichen Wegebündeln erledigt hat.

Hohlwege und moderne Straßen

Hier eine Geländekachel (DGM1): Das Bild zeigt ein Gebiet von 1000 x 1000 m in Süddeutschland, und man sieht gut das Höhenprofil, wie zB. auch die modernen Straßen und die mittelalterlichen Wege unten und auch links oberhalb des Zentrums. Direkt links des Zentrums sieht es aus wie eine Furt über einen Bach, von der aus verschiedene Wege nach oben streben.

Faszinierend, oder? Wir sehen hier mehrere Jahrhunderte ineinander geblendet:

• wie sich Karren und Fuhrwerke über viele Jahre immer die gleichen Wege den Berg hochquälten und dabei unterschiedliche Trassen wählten
• wie man heute auf einer befestigten, modernen Straße noch immer die gleiche Strecke fährt – vermutlich, ohne zu merken, wie schwer der Anstieg ist und wie sehr sich früher die Menschen dabei abgequält haben :D

Wenn man sich die Situation dort vor Ort anschaut, bin ich sicher, dass man dort auch einige Hohlwege finden kann! Die Trassen sehen so tief eingeschnitten aus, dass sich da bestimmt auch heute noch Sichtbares erhalten hat.

Hohlwege an einer Furt

Verfügbarkeit von Digitalen Geländemodellen

Viele Staaten und Länder haben natürlich ein Interesse daran, solche Geländeprofile zur Verfügung zu haben. Manche stellen sie auch der Öffentlichkeit kostenlos zur Verfügung. Dank Sebastian in den Kommentaren unten habe ich nochmal geschaut, wie in Deutschland der Stand der Dinge ist.

In Deutschland ist das Ländersache. So stehen für manche Bundesländer diese Daten bereits als Open Access zur Verfügung, in manchen Ländern allerdings nicht. Obwohl es grundsätzlich die Tendenz gibt, die Daten den Bürgern bereitzustellen, mahlen die Mühlen der Bürokratie manchmal eben sehr langsam und ineffizient. Da die Laser-Scans mit Steuermitteln finanziert wurden, sollte jeder Bürger auch darauf zugreifen können.

Browser oder Rohdaten, das ist hier die Frage!

Viele Bundesländer stellen Lidar-Daten komplett aufgearbeitet als Reliefkarte in einem Bodenviewer oder Geoportal zur Verfügung, allerdings meist nicht in bester Auflösung. Dennoch finden sich einige wirklich brauchbare DGM, die oft für einen guten Überblick und schöne Hohlwegfunde schon ausreichen :D

Ich hab mir mal die Mühe gemacht und geschaut, wie der Stand der Dinge bzgl. Bereitstellung von DGM im Browser aussieht. Untenstehend findest du einige Bundesländer und den Status am 22.02.2018. Falls du zu deinem Bundesland weitere Infos hast, freue ich mich über deinen Hinweis dazu :-)

Deutlich professioneller, aber auch komplizierter ist die Arbeit mit den Lidar-Rohdaten, also den Laserpunkten selbst. Um sie überhaupt betrachten zu können, muss man sie erst mithilfe eines geeigneten Programms in ein visuelles DGM umrechnen.

Recht einfach geht das beispielsweise mit planlauf/TERRAIN. Das ist eine leistungsfähige Software, die nicht nur eine Reliefkarte erstellt, sondern die Daten als echtes 3D-Modell umrechnet. So kann man das Gelände drehen und neigen und die Höhenunterschiede noch besser erkennen. Es gibt eine kostenlose 30-Tage-Trial.

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Baden-Württemberg

Seit dem Relaunch des GeoViewers von geoportal-bw.de Ende Dezember 2017 gibt es endlich auch für Baden-Württemberg einen guten Viewer mit hinreichend genauen Lidar-Daten! Die Schummerungskarte wurde aus dem DGM1 berechnet. Klicke hier einfach auf die Minikarte unten links und schiebe den Transparenzregler bei Relief nach ganz links auf 0% – das heißt, die Reliefkarte ist „nicht unsichtbar“ und somit sichtbar. Etwas verwirrend. Standardeinstellung ist 100%, also unsichtbar.

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Ich empfehle die Nutzung der Reliefkarte zusammen mit der normalen Oberflächenkarte (auf ca. 35%). Damit erhältst du eine perfekte Übersicht aktueller Bebauung, Wäldern und Straßenzügen zusammen mit dem zugehörigen Relief. Das gibt einen ausgezeichneten Überblick und sieht dann so aus:

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Im nachfolgenden Video seht ihr in den ersten etwa 10 Minuten die Reliefkarte von geoportal-bw.de in Aktion:

Alles Nachstehende ist dank Geoportal-BW nun eigentlich nicht mehr nötig :D

Die DGM1-Daten selbst kann einkaufen, die Nutzung ist aber streng begrenzt. Und das Land lässt sich fürstlich dafür belohnen.

• Informationen und Preise: DGM1 pro km²: 80 €

Der Online-Shop, falls man wirklich online sagen darf – besser wäre vielleicht Steinzeit-Online-Shop – ist beschämend kompliziert und altmodisch zu bedienen. Ich bezweifle, dass man dort überhaupt souverän einkaufen kann. So steht schon gleich dabei, dass eine Vorschau für die Kartenausschnitte nur mit völlig veralteten Browsern möglich ist.

Wenn man sich auf der schrecklich unübersichtlichen Seite der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Tierschutz umschaut, findet man Hinweise darauf, dass es offenbar etwas gröbere DGM gibt, die „kostenlos bzw. nach Bereitstellungsaufwand“ nach direkter Kontaktaufnahme abgegeben werden. Das Datenformat wäre dann georeferenziertes TIF (geoTIF), also Rasterdaten, die man gleich anschauen und auch in ein GIS einfügen kann. Die Kontaktadressen sind ein wenig versteckt angegeben.

Hessen

Marco, Besucher meiner Webseite und freundlicher Kommentator, schickte mir diesen Hinweis, der mich vor Neid erblassen ließ (natürlich bin ich ihm sehr dankbar :-))! Bodenviewer ist ein freies Projekt, in dem jeder ohne jegliche Vorkenntnisse, so einfach wie in Google Maps, die Lidar-Daten des gesamten Landes anschauen kann. Als Hintergrund stellt man einfach “Schummerung” ein. Im Video oben seht ihr genauer, wie es geht.

Als Einschränkung ist zu sagen, dass dieses DGM nicht so genau ist wie die kostenpflichtige Version. So überzeichnet die Schummerung durch dunkle oder helle Stellen teilweise derart, dass in diesen Bereichen keine Details mehr erkennbar sind (siehe Bilder). Trotzdem ist der Bodenviewer ein super Kompromiss, mit dem man leben kann.

Der Windrosen-Atlas (vielen Dank für den Hinweis an Jo Phillip) verwendet die gleiche LiDaR-Datengrundlage, lässt aber einen tieferen Zoom zu und verfügt über höhere Kontraste. Statt Schummerung musst du „Geländemodell“ auswählen, ansonsten funktioniert diese Karte exakt gleich wie der Bodenviewer.

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Bayern

Für Bayern gibt es mit dem BayernAtlas ebenfalls wie in Hessen einen Bodenviewer, hier ist das DGM sogar noch besser aufgelöst. In Bedienbarkeit und Präzision der Daten ist dieser Viewer einfach vorbildlich. Da wird man wirklich neidisch!

So findet ihr die Schummerungskarte im BayernAtlas: Unterpunkt „Überlagerungen“ ausklappen > Geländerelief anhaken

Rheinland-Pfalz

Rheinland-Pfalz stellt eine ganze Reihe von Karten und Daten in einem übersichtlichen Portal als Open Data kostenlos bereit. Hier gibt es neben topographischen Karten, Liegenschaftskarten und historischen Karten auch einen etwas umständlich zu bedienenden Kartenviewer mit Schummerungskarte, in dem man sich diese Open Data anschauen kann.

Nachtrag 19.08.2019: Die Schummerungskarte scheint jetzt nicht (mehr?) zu funktionieren. Eine bessere Alternative gibt es unter einem neuen Link – es gibt eine 10m-Schummerung :-)

Nachtrag 5.07.2020 (danke an Philipp für die Info!): Das Landesamt für Geologie und Bergbau bietet auch einen Kartenviewer mit Schummerung an. Einfach unten in der Mitte bei Basiskarte „Schummerung mit Basisraster“ auswählen.

Die Auflösung ist deutlich höher als bei der 10m-Schummerung (DGM1?) und damit aktuell die beste kostenlose Option!

Nordrhein-Westfalen

Auch Nordrhein-Westfalen ist mit einer sehr gut aufgelösten DGM-Karte gesegnet, du findest sie hier. Zum Einblenden der Reliefkarte klicke auf der linken Seite unterhalb des Suchfeldes auf den kleinen Pfeil nach rechts am Bildschirmrand. Dadurch öffnest du das Kartenmenü. Wähle hier nun den Eintrag „Digitales Geländemodell“ und dann „Schummerung“ aus. Und voilà, da ist die Schummerungskarte :D

Für Nordrhein-Westfalen gibt es außerdem kostenlos die Lidar-Rohdaten mit einer Genauigkeit von 1 m. Sie lassen sich beispielsweise mit der Software planlauf/TERRAIN zum Geländemodell umrechnen.

Thüringen

Auch für Thüringen gibt es auf dem Geoportal Thüringen eine Reliefkarte. Sie ist leider nicht so gut zu bedienen und der Ausschnitt lässt sich nicht per ziehen bewegen. Auch die Qualität der Lidar-Daten lässt zu wünschen übrig. Aber wer einen bestimmten Bereich untersuchen möchte, der wird sich zurecht finden.

Um an die Reliefkarte zu kommen, klicke einfach rechts in der Kartenliste auf Geländemodell.

Außerdem stellt Thüringen die Lidar-Rohdaten (Genauigkeit: 1 m) kostenlos zur Verfügung, allerdings brauchst du dann erst eine Anwendung, mit der du sie öffnen kannst. Dazu eignet sich bspw. die Software planlauf/TERRAIN.

Niedersachsen

Bis spätestens 2018 ist die Erfassung der Daten abgeschlossen. Die Daten werden leider nicht kostenlos zur Verfügung gestellt.

• Informationen zur DGM-Verfügbarkeit in Niedersachsen
• Informationen zu den Preisen: DGM1 pro km²: 40 €

Es gibt einen Niedersachsen-Viewer, in dem man verschiedene Kartendarstellungen aufrufen kann, zB. Forst- und Landwirtschaft, Straßen und Verkehr.

Niedersachsen stellt darüber hinaus eine Auswahl an historischen Karten zur Verfügung. Sie sind in reduzierter Qualität kostenlos erhältlich, kosten in voller Auflösung aber eine Gebühr.

Sachsen

Danke an Rolf, der mir hierzu eine Info geschickt hat!

Für Sachsen sind die DGM1-Daten erfreulicherweise kostenlos zu bekommen. Ihr könnt sie einfach hier runterladen.