Amtliche Vermessungsdaten und virtuelle Welten

Entwurf einer Open-Source-„Production Pipeline“ für xR-Anwendungen

Wie kann ich amtliche Vermessungsdaten möglichst einfach in virtuelle Welten integrieren? Diese Arbeitsschritte können mit herstellerspezifischer Software kompliziert sein. Dieser Forschungsbericht entwickelt einen einfachen „Open Source“-Workflow.

Amtliche Vermessungsdaten – Arten und Datenformate

Das Landesamt für Digitalisierung, Breitband und Vermessung (LDBV) in Bayern bietet eine Vielzahl verschiedener Daten an. Online verfügbar ist auch der BayernAtlas (https://geoportal.bayern.de/bayernatlas/ ). Für unser virtuel­les Environment brauchen wir aber oft mehrere unterschiedliche Produkte, die zudem auch in verschiedenen Datenformaten vorliegen. 

Orthophotos haben unterschiedliche Aktualität, liegen in verschiedenen Auflösungen (cm/px) und Abmessungen vor und werden in Echtfarben (RGB) oder in Farbinfrarot (CIR) angeboten.

Digitale Geländemodelle sind dreidimensionale Punktwolken und entstehen aus Laserscans (LIDAR) von Flugzeugen oder Satelliten. Sie werden vom LDBV in verschiedenen Gitterweiten (25 m, 5 m, 1 m) angeboten.

3D-Gebäudedaten beinhaltet das amtliche Liegenschaftskataster-informationssystem (ALKIS). Zudem finden Sie dort die Digitale Flurkarte (DFK), das automatisierte Liegenschaftsbuch (ALB) und Angaben zu Bodenschätzung und tatsächlicher Nutzung.

3D-Gebäudedaten liegen in verschiedenen Detailgraden (LoD2/LoD1), Genauigkeiten (5 m/1 m), Größen (Kachelungen) und Datenformaten vor.

Die Seite OpenData Bayern ( https://opendata.bayern.de/uebersicht/ ) stellt verschiedene Daten zu Statistik, Bevölkerung und Geografie in verschiedenen Datenformaten zur Verfügung, darunter beispielsweise auch Rad- oder Wanderwege als 2D-Flächen-Dateien im Shape File-Format.

Kartenabbildungen und Georeferenzierung

Abhängig von der jeweiligen Projektsionsart gibt es verschiedene sogenannte Kartennetzentwürfe oder Kartenabbildungen. In der Vergangenheit wurde in Deutschland und Österreich beispielsweise das Gauß-Krüger-Koordinatensystem genutzt. Seit 2019 nutzt die Bayerische Vermessungsverwaltung das Europäische Terrestrische Referenzsystem 1989 (ETRS89) mit UTM (Universale-Transversale Mercatorprojektion) als neues amtliches Bezugs- und Abbildungssystem (LDBV 2019). Amtliche Vermessungsdaten beziehen sich immer auf eines dieser Referenzsysteme. Bevor Sie mit dem Zusammenfügen der Vermessungsdaten in einer GIS-Anwendung beginnen, muss geklärt werden, auf welches Referenzsystem sich die Daten beziehen. Oft wird auch das World Geodetic System 1984 (WGS84) verwendet.

Proprietäre Pipeline zur Integration von Vermessungsdaten

Stefan Simon (SIMON 2019) beschreibt eine propritäre „Production Pipeline“ mit der „ESRI CityEngine“, „ArcGIS“, „FME“ und „Global Mapper“. Importieren Sie nun alle verschiedenen Datenformate auf separate Layer in einer GIS-Anwendung (z.B.: „ESRI CityEngine“). Manche Datenformate (z.B.: CityGML, ASCII) müssen vorher konvertiert oder über spezielle Suiten (z.B.: „ArcMap/ArcGIS“, „FME“, „Global Mapper“) eingespielt werden. Die Daten werden entsprechend georeferenziert, sortiert und können danach in der GIS-Anwendung bearbeitet und aufbereitet werden. Danach exportieren Sie die Daten von jedem Layer einzeln im FBX-Format direkt in die Game-Engine (z.B.: „Unreal Engine“ oder „Unity“).

Open-Source „Production Pipeline“ für xR-Technologien

Diese Arbeit entwirft einen alternativen Workflow mit Open-Source-Software (QGIS, QGIS Plug-Ins, GeoKettle und Blender). Die digitalen Orthophotos, 2D-Flächendaten und das Digitale Geländemodell können direkt in „QGIS“ auf eigene Layer importiert werden. Nur die 3D-Gebäudemodelle müssen über „GeoKettle“ extrahiert, räumlich transformiert und separat geladen werden (Spacial ETL). Ein FBX-Export ist aus „QGIS“ leider nicht möglich. Die separaten Layer müssen als einzelne Shapefiles in Blender geladen und von dort als FBX in die Game Engine exportiert werden.

Entscheidung nach Integrationsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit

Der Open-Source-Workflow erscheint in den ersten Schritten einfacher. Der CityGML-Import in „QGIS“ ist über mehrere Wege möglich. Es sind auch mehrere Plug-Ins dokumentiert („Pointscene 2018“). Leider ist kein direkter FBX-Export aus „QGIS“ möglich. Der Umweg über Blender erfordert eine weitere Datenkonversion von SHP nach FBX. Der proprietäre Workflow benötigt aber leider auch eine weitere Suite („ArcMap/ArcGIS“) und zwei zusätzliche Softwarepakete („FME“, „Global Mapper“). Die Entscheidung für eine der beiden Alternativen sollte nach meiner Ansicht gern auch erst nach individuellen Implementierungstests fallen. Maßgebend ist dabei das entgültige Ziel und der Zeitrahmen, die im Unternehmen vorhandene Software (Performanz, Latenz und Integrationsfähigkeit) und maßgebliche wirtschaftliche Überlegungen.

Mögliche Anwendungsbereiche und zu entwickelnde Standards

In diesem Bereich fehlt es leider noch an gemeinsamen Datenmodellen, wie vergleichsweise im IFC-Standard. Die Anwendung der Open-Source-Lösung macht aber für alle Planungsbeteiligten momentan Sinn. Mit einem Open-Source-Workflow haben Sie größere Vorteile bei der Integration anderer Softwarepakete, haben wirtschaftliche Vorteile und bleiben flexibel für die Einbindung zukünftiger Standards. Die Anwendungsbereiche reichen von der Stadt- und Regionalplanung weit in die BIM-gestützte Objektplanung und die Innenraum- und sogar in die Produktgestaltung hinein. Momentan werden virtuelle interaktive 3D-Anwendungen im Baubereich vorwiegend in zwei Gebieten genutzt – einerseits zur internen Projektentwicklung und zur dreidimensionalen Planung gemeinsam mit den Fachingenieuren und andererseits zur Präsentation des Projekts vor Kunden, dem Bauherrn und der Öffentlichkeit. Diese beiden Bereiche werden sich aber mittelfristig auch auf die Konstruktion, die Bauausführung, die Qualitätskontrolle und die Nachhaltigkeit von Projekten ausweiten. Und gerade in diesen Bereichen dürfen wir in den nächsten Jahren gespannt weitere interessante Entwicklungen erwarten.

Workflows und Datengrundlagen

Workflow mit proprietärer Software
ArcGIS https://www.esri.de/produkte/arcgis
ESRI City Engine https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/esri-cityengine/overview
FME (Feature Manipulation Engine) https://www.geoas.de/pages/de/software/fme.php
Global Mapper
https://www.bluemarblegeo.com/products/global-mapper-download.php
 
Open-Source-Workflow
QGIS - Ein freies Open-Source-Geographisches-Informationssystem
https://www.qgis.org/de/site/
QGIS Plugins
https://plugins.qgis.org/
QGIS 2.18 Dokumentation
https://docs.qgis.org/2.18/de/docs/user_manual/
GeoKettle
http://www.spatialytics.org/projects/geokettle/
Blender
https://www.blender.org/
 
Datengrundlagen – Amtliche Vermessungsdaten
BayernAtlas
https://geoportal.bayern.de/bayernatlas/
GeoDatenOnline
https://geodatenonline.bayern.de/geodatenonline/
GeoPortalBayern
https://geoportal.bayern.de/geoportalbayern/
Amtliches Liegenschaftskatasterinformationssystem (ALKIS)
https://www.ldbv.bayern.de/produkte/kataster/alkis.html
Digitale Orthophotos
https://www.ldbv.bayern.de/produkte/luftbild/orthophotos.html
Digitale Geländemodelle
https://www.ldbv.bayern.de/produkte/3dprodukte/gelaende.html
3D-Gebäudemodelle
https://www.ldbv.bayern.de/produkte/3dprodukte/3d.html
OpenData Bayern
https://opendata.bayern.de/uebersicht/

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