Als an einem frühen Morgentag im August 2016 ein Cessna-Starrflügelflugzeug über einer österreichischen Alpenregion abhob, stieg es mit zwei Besatzungsmitgliedern, einer großformatigen Digitalkamera, ein bisschen Unsicherheit und viel Risiko in die Höhe.Die Mission des Flugzeugs war Teil eines Projekts zur genauen Bestandsaufnahme einer schmalen, 40 Kilometer langen Eisenbahnstrecke im Unterinntal östlich von Innsbruck.Obwohl dies keine ungewöhnliche Aufgabe für ein Vermessungsunternehmen war, war die erforderliche Genauigkeit des Projekts: 2 cm (0,8 Zoll) horizontale und vertikale Genauigkeit für den gesamten interessierenden Bereich (AOI).„Luftgestützte Vermessungen mit einer Genauigkeit von weniger als 5 cm (2 Zoll) sind in alpinen Umgebungen selten, da das bergige Gelände tückisch und unberechenbar ist“, sagt Klaus Legat, Leiter der Abteilung für Photogrammetrie und Luftbildvermessung bei Vermessung AVT, einem Vermessungsunternehmen mit Sitz in Österreich.„Um eine Auflösung von 2 cm zu erreichen, müssten wir etwa 500 m über dem Boden in einem sehr engen Luftraum fliegen, was das Manövrieren schwierig macht.Und für diesen speziellen Eisenbahnabschnitt müssten wir die Luftbilder durch Bodenbilder, präzise Kontrollpunkte und Software ergänzen, die alle Daten in eine genaue, lebensechte Karte des AOI integrieren könnte.Weder wir noch der Kunde hatten zuvor eine solche Aufgabe übernommen, daher wäre dies ein Proof-of-Concept-Test, um zu sehen, ob moderne Vermessungstechniken eine so hohe Genauigkeit über ein großes Gebiet liefern können.Es war ein riskantes Unterfangen.“Aber es erwies sich als erfolgreiches Glücksspiel.Durch die Integration von GNSS-Technologie, Luftbildern und Lidar-Daten, mobiler Kartierungstechnologie und fortschrittlicher Bildverarbeitungssoftware hat AVT nicht nur bewiesen, dass sein Multisensor- und Datenfusionsansatz eine solide Wette war, sondern dem Unternehmen das Vertrauen gegeben, ähnlich hochpräzise alpine Projekte zu verfolgen Mapping-Projekte.Mit den Alpen im Hinterhof von AVT ist die Kartierung und Vermessung von Gebirgsumgebungen ein natürlicher Schwerpunkt.Tatsächlich hat sich AVT in den Alpenregionen recht wohl gefühlt und seine photogrammetrischen Fähigkeiten dahingehend erweitert, dass sie routinemäßig Bodenauflösungsgenauigkeiten von 5 cm oder besser liefern.Das Bahnprojekt Unterinntal (LIV) würde sie weiter vorantreiben.Als zweigleisige Hochgeschwindigkeitshauptstrecke der Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB) ist die LIV-Eisenbahn ein Kernstück des Transeuropäischen Verkehrsnetzes (TEN-V), einer Hochleistungsbahn, die schließlich Süditalien verbinden wird Nordeuropa.Das Ziel von AVT war der 40 km lange Abschnitt zwischen den österreichischen Städten Kundl und Baumkirchen (KB), dem ersten Abschnitt der LIV, der im November 2012 eröffnet wurde. Ausgelegt für Geschwindigkeiten bis zu 220 km/h (124 mph), die KB-Doppelbahn überquert die Alpen und ist die nördliche Verbindung zum Brenner Basistunnel, einem 64 km langen Tunnel zwischen Österreich und Italien, der 2026 in Betrieb gehen soll.Im Jahr 2016 hat die ÖBB Infrastruktur AG eine endgültige Bestandsvermessung der oberirdischen Bereiche der Neubaustrecke, der umgebauten Bestandsstrecken sowie aller Objekte im Umkreis von 100 m (328 ft) um die Gleise selbst ausgeschrieben.Neben der vertikalen und horizontalen Genauigkeitsanforderung von 2 cm präzisierten die ÖBB, dass der Zugang zu den Gleisen verboten sei, sodass eine rein terrestrische Messtechnik nicht möglich sei.Hinzu kam eine weitere Komplexität: Die Gleise wurden von bis zu 6 m hohen Lärmschutzwänden gesäumt.„Da wir keinen Zugang zur Strecke hatten, mussten wir uns für die Aerophotogrammetrie entscheiden“, sagt Legat.„Aber die Schutzwände und andere Hindernisse würden viele Merkmale entlang der Strecke vor der Nadirkamera des Flugzeugs verbergen.Unser Ansatz bestand darin, eine Luftaufnahme mit mobiler Kartierung zu kombinieren.Die Luftbilddaten würden uns sowohl die Eisenbahndetails als auch den Bereich außerhalb der Mauern liefern, und der mobile Kartograph würde uns die zusätzlichen Merkmale liefern, die vom Flugzeug aus nicht sichtbar sind.“Entscheidend für den Multisensor-Ansatz war die Fähigkeit, verschiedene Datenformate in eine Bildverarbeitungssoftware zu integrieren, um Orthofotos und ein Orthomosaik zu erstellen.AVT entschied sich für die Inpho Suite von Trimble, eine Reihe von Photogrammetriemodulen zur Umwandlung von Luftbildern in Orthophotomosaiken, Punktwolken und andere 3D-Datensätze.„Inpho kann sowohl mit analogen als auch mit digitalen Kameras arbeiten“, sagt Legat.„Diese Flexibilität spart uns erheblich Zeit bei der Datenverarbeitung.Es ist auch ziemlich gut bei der Triangulation und dem Abgleich von Mehrstrahlbildern, was die Grundlage für genaue Ergebnisse ist.“Um eine gleichbleibend hohe Genauigkeit über eine so lange Distanz zu erreichen, hat AVT sowohl ein präzises Kontrollnetzwerk als auch ein Netzwerk von Bodenkontrollpunkten (GCPs) eingerichtet.Um atmosphärische Störungen zu minimieren, erstellten sie das Kontrollnetzwerk durch eine statische Beobachtungsnachtvermessung.Unter Verwendung von zwei permanenten Basisstationen in der Nähe des Zentrums des AOI platzierten die Besatzungen 30 GNSS-Empfänger an vorher festgelegten Orten, und die Einheiten sammelten gleichzeitig 12 Stunden lang Messungen.Die permanente Vermessung erstellte ein auf 0,5 cm (0,2 Zoll) genaues Basisnetz.Für die GCPs malten die Teams Markierungen auf Beton oder andere harte Oberflächen in Abständen von 2 km (1 Meile) um das 40 km große Gebiet herum und maßen die Mittelpunkte von jedem mit kürzeren, statischen Beobachtungen von etwa zwei Stunden.Sie setzten jeweils fünf Punkte und legten insgesamt 50 GCPs mit einer horizontalen Genauigkeit von 1 cm (0,4 Zoll) an.Mit den eingestellten Kontrollnetzwerken konnte AVT seine Flugbesatzung entsenden, um Luftbilder mit einem Bodenmusterabstand von 2 cm zu sammeln.In einer Flughöhe von 450 m (1.476 ft) und einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 200 km/h legten sie das gesamte AOI in zwei Stunden zurück.Sie flogen 21 Flugrouten in Ost-West-Richtung und sammelten 1.300 Bilder mit ihrer Vexcel-Großformat-Digitalkamera.Die Bilder hatten eine 60-prozentige Überlappung.Auf Anfrage der ÖBB führten sie auch eine zweite Lidar-Luftmission durch, um detaillierte Punktwolken für die Generierung von digitalem Gelände zu erzeugen.Eine Crew reduzierte die Höhe auf 200 m und sammelte Lidar-Daten mit einer Punktdichte von 25 Punkten pro Quadratmeter und einer Seitenüberlappung von 70 Prozent.Die Datenerfassung wurde durch eine terrestrische Vermessung mit dem mobilen Bildgebungssystem Trimble MX7 vervollständigt.Das MX7, ein fahrzeugmontiertes photogrammetrisches System, ist mit sechs 5-Megapixel-Kameras und Trimble Applanix GNSS- und Trägheits-Georeferenzierungsmodulen ausgestattet.Die Anlage wurde auf dem Dach eines Transporters montiert, der auf einen LKW-Transportwagen gestellt wurde, der wiederum von einer Speziallokomotive der ÖBB gezogen wurde.Bei einer durchschnittlichen Fahrgeschwindigkeit von 50 km/h nahm der MX7 alle 4 m (13 ft) entlang jeder der KB-Schienen ein 30-Megapixel-Panoramabild auf und erfasste Merkmale wie Schaltkästen, Fahrgastbänke und elektrische Gehäuse, die in der Luftfotogrammetrie nicht sichtbar waren .Entlang der Eisenbahn gibt es einen 600 m langen Tunnel, für den das AVT-Team sechs LED-Scheinwerfer installieren musste, um die schlechten Lichtverhältnisse auszugleichen und Merkmale im Tunnel zu erfassen.Insgesamt sammelte das MX7-System 20.000 Bilder.„Das war unsere erste Erfahrung mit dem MX7“, sagt Legat.„Es ergänzte nicht nur unsere Luftkampagne und erfasste die wesentlichen Bodenelemente, sondern funktionierte auch überraschend gut im Tunnel.“Nach dem Herunterladen und Verarbeiten der Luftbilder und Flugbahndaten importierte AVT die Daten sowie die GCPs in das Georeferenzierungsmodul Match-AT von Inpho, um die Bilder automatisch zu triangulieren.Mithilfe eines Bildpyramidenprozesses analysierte die Software die 1300 Bilder und lokalisierte 15.500 gemeinsame Merkmale oder Verknüpfungspunkte (TPs) über die Bilder hinweg, mit einem Durchschnitt von 200 TPs pro Bild.Die präzise vermessenen GCPs wurden in den Bildern gemessen und das Match-AT-Modul verwendete einen Bundle-Block-Anpassungsprozess, um die Bilddaten automatisch und präzise auszurichten.Die Genauigkeit der GCPs im AT lag bei Planimetrie und Altimetrie bei etwa 1 cm.„Die Triangulation musste so präzise wie möglich erfolgen, um sicherzustellen, dass wir vertikale Genauigkeit erreichen konnten“, sagt Legat.„Die Investition in unsere Bodensteuerung war entscheidend, aber wir brauchten auch eine Bildverarbeitungssoftware, die die Präzision liefern konnte.Als langjähriger Benutzer von Inpho haben wir keine Software gefunden, die mit den Triangulationsfähigkeiten oder der Intuition von Match-AT mithalten kann.“Mit dem OrthoMaster-Modul orthorektifizierte die Software die Einzelbilder automatisch mit einer Bodenauflösung von 2 cm.Beim Wechsel zu Inpho OrthoVista wurde jedes Orthofoto dann zusammengefügt, um ein 2D-Orthomosaik für das gesamte AOI zu erstellen.AVT-Mitarbeiter verwendeten die Inpho-Schnittstelle zum Exportieren von Luftbildern in die DAT/EM Summit Evolution (DSE)-Software, um eine 3D-Vektorkarte von eisenbahnbezogenen Merkmalen zu erstellen.Die Karte wurde in AutoCAD angepasst und fertiggestellt.Parallel zur Luftbildkartierung verarbeitete und georeferenzierte ein Team die MX7-Bilder, um Objekte zu kartieren, die auf den Luftbildern nicht zu sehen waren.Zunächst ermittelten sie den Weg des MX7 anhand der während der Fahrt aufgezeichneten GNSS/INS-Daten.Sie wählten manuell mehrere hundert 3D-Punkte aus, die in Match-AT als Multi-Ray-TPs (Aerial GCPs) bestimmt worden waren, und verwendeten sie, um die MX7-Bilder auszurichten, um die Konsistenz zwischen den Luftbild- und mobilen Mapping-Daten sicherzustellen.Anschließend extrahierten und kartierten sie die Mobile-Mapping-Objekte und exportierten die Ergebnisse nach AutoCAD, um die fertige 3D-Vektorkarte mit den von der ÖBB definierten Ebenen und Symbolen zu erstellen.Um die Lidar-Luftdaten zu verarbeiten, extrahierten sie ungefähr 300 horizontale Patches oder Oberflächenabschnitte aus den Daten und bestimmten die mittlere Höhe und Standardabweichung pro Patch.Sie importierten diese Daten als reine vertikale GCPs mit einer Standardabweichung von 2,5 cm in Match-AT.Aus den Bodenpunkten wurde ein digitales Geländemodell aufbereitet und Höhenisolinien abgeleitet, die in die 3D-Vektorkarte integriert wurden.Sowohl die 2D-Orthomosaik- als auch die 3D-Vektorkarte wurden an die ÖBB geliefert und die Ergebnisse der AVT vollumfänglich genehmigt.„Das war eine so zufriedenstellende Leistung“, sagt Legat.„Das Projekt hat bewiesen, dass mit den richtigen Werkzeugen und dem richtigen Ansatz präzise photogrammetrische Karten für die schwierige alpine Umgebung erstellt werden können.Noch wichtiger ist, dass es das Profil unserer Multisensor-Fusionstechnik geschärft und uns das Vertrauen gegeben hat, ähnlich herausfordernde Projekte zu verfolgen.“Lesen Sie auch: Die Beratung in Michigan wendet sich innovativen Lösungen zu, um die Erholung von Überschwemmungen zu beschleunigen© Georäumliche Medien und Kommunikation.Alle Rechte vorbehalten