Die Luftbildmessung ist eine Möglichkeit Naturdaten wie zum Beispiel Gebäude, Grünräume, Gewässer, befestigte Flächen zur erfassen. Auf Basis von hochaufgelösten Luftbildern ist es möglich, Objekte in Lage und Höhe in hoher Genauigkeit zu messen.
Seit 1989 wird zum Zweck einer effizienten und großräumigen Naturdatenerfassung im Stadtvermessungsamt Photogrammetrie betrieben. Die Basis für Bildmessungen und Interpretationen wird durch Bildflüge geschaffen, welche in regelmäßigen Abständen und anlassbezogen durchgeführt werden. Mit Spezialkameras werden aus einem Flugzeug Senkrechtaufnahmen (seit 2015 synchron auch Schrägluftbilder) über dem Gelände aufgenommen. Handelte es sich in der Vergangenheit in erster Linie um Bildflüge, so hat sich das Spektrum von erfassten Daten aus der Luft durch neue Technik und Sensoren, um Infrarot-, Thermal-, Laser- oder auch Hyperspektralscans erweitert.
Viele dieser erfassten Daten dienen nicht nur zu hochpräzisen Luftbildmessungen, sondern bilden auch die Grundlage für vielzählige Folgeprodukte, wie zum Beispiel Höhenmodelle, Orthophotos, Nutzungs- und Klimaanalysen. Entscheidungsträger, Projektanten, Gutachter, Bürger:innen sowie Mitarbeiter:innen der städtischen Fachabteilungen bedienen sich zur besseren Bewältigung ihrer Aufgaben der gemessenen Informationen, Analysen und des umfassenden, analogen und digitalen Luftbildarchivs.
Flüge über Graz:
Seit 1989 werden vom Stadtvermessungsamt Befliegungen bedarfsorientiert geplant und beauftragt.
Älteres bzw. historisches Bildmaterial wurde im Laufe der Zeit aus unterschiedlichen Archiven angekauft. Je nach Aufgabenstellungen, spätestens aber nach vier Jahren, werden großmaßstäbliche, hochaufgelöste Bildflüge im Frühjahr (ohne Belaubung) oder in den Sommermonaten, am Vegetationszenit, durchgeführt. Schwerpunkte bilden dabei die Identifizierung und Erfassung von Gebäuden, versiegelte Flächen, Geländeveränderungen sowie alle wesentlichen Elemente des Grünraums, wie Grün- und Pflanzflächen, sowie niedriger und hoher Bewuchs.
Was ist bei einer Befliegung zu beachten?
Unterschiedliche Frage- und Aufgabenstellungen bedingen eine entsprechende und angepasste Flug- bzw. Umsetzungsplanung. Dies betrifft sowohl das technische Equipment, d.h. ausgehend vom entsprechenden Flugzeug, bis hin zur geeigneten Kameratechnologie, als auch die geeigneten äußeren Rahmenbedingen, wie Jahreszeit, Wetterbedingungen und vieles andere. In der Vergangenheit gab es in erster Linie analoge Schwarzweiß-Senkrechtaufnahmen. Heute ermöglichen hochpräzise digitale Spezialkameras die Aufnahme von Senkrecht- und Schrägluftbildern in Farbe wie auch Senkrechtaufnahmen in Infrarot.
Welche Bilder gibt es und wozu sind sie geeignet?
Operativ wurden zu Beginn des neuen Jahrtausends analoge Kamerasysteme von modernen Digitalkameras abgelöst. Vieler dieser Kameras sind nicht nur auf einen Sensor beschränkt, sondern können neben Senkrechtaufnahmen (Nadir) auch Schrägluftbilder (Oblique) in Echtfarben (RGB) aufzeichnen. Zur Dokumentation des Vegetationsstatus eigenen sich insbesondere Luftbilder im nahen Infrarot (Color-IR). Zur Erstellung von Stadtklimaanalysen stellen Bilder aus Thermalbefliegungen (Thermal-IR) eine wichtige Grundlage dar. Für die Generierung eines Geländemodells eignen sich Punktwolken aus Laserscannern (ALS). Zur Identifizierung unterschiedlicher Oberflächenmaterialien kommen seit kurzer Zeit auch Hyperspektralkameras, welche Aufnahmen mehrerer Hundert Spektralkanälen ermöglichen, zum Einsatz.
Luftbildauswertung
Eines der Hauptmotive der Bild-Befliegungen liegt in der Möglichkeit der photogrammetrischen Auswertung der aufgezeichneten Bilder. Modernste digitale Auswertestationen in Kombination mit hochaufgelöstem Bildmaterial, ermöglichen es Messungen in sogenannten Stereomodellen durchzuführen. Ein Vorteil dieser Messmethode ist es, Naturdaten, wie Gebäude oder Grünraum effizient, wirtschaftlich und dennoch in hoher Genauigkeit zu erfassen. Aktuell liegt der gesamte Gebäudebestand auf Basis des Bildflugs 2019 photogrammetrisch erfasst vor. Dieser Datensatz bildet die Grundlage für viele Folgeprodukte, wie zum Beispiel für das 3D Stadtmodell oder als Gebäudemaske für klassifizierte Dachflächen. Mittels Schrägluftbilder und einer Spezialsoftware ist es möglich, das aufgehende Mauerwerk von Bauwerken in Lage und Höhe zu messen.
Folgeprodukte aus den Befliegungen
Neben der Produktion von orientierten Einzelbildern für stereoskopische Bildmessungen, ermöglichen Befliegungsdaten die Erstellung unterschiedlichster Folgeprodukte. Dies geschieht teilweise in direkter Ableitung vom Bildmaterial oder schrittweise in Form von weiteren Analysen und deren Kartierungen.
- Orthophotos
Das wohl wichtigste Folgeprodukt einer Befliegung stellt das Orthophoto dar. Oftmals als „das Luftbild" bezeichnet, handelt es sich beim Orthophoto im Idealfall um ein Gesamtmosaik das sich aus der Vielzahl an Einzelbildern errechnet. Grundlage eines Orthophotos oder Orthophoto-Mosaiks bildet ein Höhenmodell. Je nachdem ob ein Geländemodell (exkl. Gebäude) oder ein Oberflächenmodell (inkl. Gebäude, Bewuchs...) verwendet wird, erhält man Orthophotos mit oder ohne Bildsturz (True-Orthophoto).
- Oberflächenmodell (DOM)
Für die Erstellung eines True-Orthophotos oder auch DSM-Orthophotos, also einem Gesamtmosaik ohne Bildsturz, ist die vorangegangene Berechnung eines digitalen Oberflächenmodells (DOM) notwendig. Dieses wird meist auf Basis des zugrundeliegenden Bildmaterials erstellt, welches wiederum eine sehr hohe Überlappung der Einzelbilder voraussetzt.
- Geländemodell (DGM)
Im Gegensatz zum Oberflächenmodell werden im Geländemodell keine Gebäude dargestellt. Grundlage für die Berechnung eines solchen digitalen Geländemodells (DGM) liefern meist Airborne Laserscannbefliegungen (ALS). Orthophotos auf Basis von Geländemodellen weisen abhängig von den Gebäude- und Bewuchshöhen, mehr oder weniger markante Bildstürze auf. Lagerichtig werden bei diesen DGM basierten Orthophotos, nur Objekt am Boden dargestellt.
- Landbedeckungsanalyse
In den vergangenen Jahrzehnten hat das Interesse an der Feststellung der Flächennutzungen im Stadtgebiet markant zugenommen. Im Rahmen der Landbedeckungsanalyse werden die unterschiedlichen Bedeckungsklassen (wie Gebäude- und Dachversiegelung, niedrige und hohe Vegetation, Grünflächen u.a.m.) ermittelt. Sofern Vergleichsdaten vorliegen, können auch Entwicklungen und Veränderungen aufgezeigt werden. Das Stadtvermessungsamt kann auf eine lange Historie von objektiven Landbedeckungsanalysen zurückblicken und verfügt über ein entsprechend umfangreiches Archiv. Über einen semiautomatischen Prozess werden unterschiedliche Oberflächen auf Basis ihrer spektralen Abstrahlung klassifiziert. Je nach Datengrundlage lassen sich unterschiedliche Oberflächen besser oder schlechter klassifizieren. Aus den Sommerbefliegungen 2007, 2011 und 2018 lassen sich naturgemäß die Vegetation besser ableiten, im Gegensatz zu den laublosen Befliegungsdaten von 2015 und 2019, aus denen sich die Versiegelung, auf Grund geringerer sichttoter Bereiche (Kronenabdeckungen), genauer klassifizieren lassen.
Ähnlich wie die Landbedeckungsanalyse handelt es sich bei Versiegelungsanalysen um einen Semi-automatischen Prozess mit dem Unterschied, dass im Anschluss eine intensivere interaktive Nachbearbeitung erfolgt. Somit handelt es sich bei reinen Versiegelungsanalysen um genauere Betrachtungen mit schärferen Grenzen als bei gesamten Landbedeckungsanalysen, bei denen nur gröbere Fehler korrigiert werden.
- Landnutzungskartierung
Die Landnutzungskartierung stellt im Gegensatz zur Landbedeckungskartierung nicht die Beschaffenheit der physischen Oberfläche dar, sondern weist die Art der Nutzung der Fläche aus. Hierbei kann einerseits in Überkategorien, wie landwirtschaftliche Nutzfläche, Verkehrsfläche, Baufläche etc., unterschieden werden. In einem weiteren Schritt wird die Flächennutzung in 29 Klassen differenziert. Hierfür können als Beispiele Grünfläche, Gärtnerei, fließendes Gewässer, Bahnanlage, mehrgeschossige Wohnverbauung etc., genannt werden. Zusätzlich kann durch die beiden Unterklassen der mittelalterlichen und der gründerzeitlichen Verbauung auch ein historischer Blick auf die Genese der Bauflächen ermöglicht werden. Die vorliegende Landnutzungskartierung aus dem Jahr 2019 basiert auf einem Orthophotomosaik der Befliegung vom März 2019 und wurde auf Basis von visueller Luftbildinterpretation digitalisiert. Sie gliedert sich als aktuellste Version in eine Reihe historischer Landnutzungskategorien beginnend mit dem Jahr 1945.
- Materialkataster
Als wesentliche Grundlage für die realitätsnahe Interpretation und Darstellung von thermischen Daten ist die materielle Beschaffenheit der Dächer und der künstlichen Bodenbeschaffenheit von allergrößter Bedeutung. Durch die Erfassung des Stadtgebietes mittels Hyperspektralsensoren und der Einbeziehung von terrestrischen Referenzflächen, ist es möglich, flächendeckend und mit einer hohen Genauigkeit automatisiert eine Klassifizierung vorzunehmen.
- Stadtklimaanalysen
Stadtklimaanalysen (SKA) stellen unverzichtbare Grundlagen für klimarelevante Entscheidungen in der Stadtplanung dar. Klimatopkarten (oder auch Klimaanalysekarten) bilden die klimatische Ist-Situation unter Berücksichtigung der Baustrukturen ab, die planerische Hinweiskarte weist entsprechende Empfehlungen für neue Vorhaben aus. Eine der wichtigsten Grundlagen hierfür stellen Thermalbilder und Messstationsdaten dar. Die letzte Stadtklimaanalyse liegt bereits über 10 Jahre zurück, weshalb aktuell ein dynamisches Klima-Informationssystem (KIS) aufgebaut und entwickelt wird.
Ansprechpartner:
Immanuel Karner, MSc (Stadtvermessungsamt)
Photogrammetrische Auswertung und Projekte
Tel.: +43 316 872-4123
E-Mail: immanuel.karner@stadt.graz.at
Günther Koschak (Stadtvermessungsamt)
Photogrammetrische Auswertung
Tel.: +43 316 872-4142
E-Mail: guenther.koschak@stadt.graz.at