Airbus Defence and Space

Kein Berg ist zu hoch für die 3D-Kartografie

AJAX-Projekt: Kombinieren optischen Daten mit Radardaten für eine vollständige 3D-Abdeckung

Bis vor kurzem konnten mit der Produktreihe Elevation30 des Geschäftsbereichs GEO-Information Services von Airbus Defence and Space digitale 3D-Höhenmodelle zwar für einen Großteil, nicht aber die gesamte Erdoberfläche erstellt werden, da in manchen Gegenden dicke Wolkendecken Bildaufnahmen unmöglich machten. Im Rahmen des AJAX-Projekts konnten durch die Zusammenarbeit verschiedener Airbus Defence and Space Bereiche in verschiedenen Ländern diese Lücken gefüllt werden.

Eine mit der Produktreihe Elevation30 erstellte 3D-Ansicht

Eine mit der Produktreihe Elevation30 erstellte 3D-Ansicht – diese Bildgebungsprodukte werden gegenwärtig im Rahmen des AJAX-Projekts verfeinert

Die Geschichte des AJAX-Projekts ist nicht nur die Geschichte eines neuen Produkts für die Darstellung von Geo-Höhenmodellen; sie umreißt auch die Anfänge eines neuen Geschäftsbereichs bei Airbus Defence and Space und spiegelt das Zusammenkommen verschiedener Nationalitäten wider.

Die Zusammenarbeit bei diesem Produkt begann im Jahr 2010, kurz nach der Gründung von GEO-Information Services, das unter anderem Frankreichs Spot Image und das deutsche Unternehmen Infoterra integrierte. „Es bot sich die Möglichkeit, unsere Kompetenzen zu kombinieren, und wir teilten den Wunsch, zusammen ein Produkt zu entwickeln. Alle, sowohl in Frankreich als auch in Deutschland, waren davon überzeugt, dass es einen Markt für dieses Produkt gibt“, erklärt Vanessa Casals, Managerin für 3D-Produkte bei GEO-Information Services in Toulouse.

Casals hatte einige Jahre am kommerziell erfolgreichen Reference3D gearbeitet – jetzt Teil der Elevation30 Produktlinie – das zehn Jahre zuvor gemeinsam von Spot Image und dem „Institut Géographique National" (IGN), der nationalen französischen Kartografiebehörde, entwickelt wurde. Dieses Produkt deckt drei Ebenen ab: ein digitales Höhenmodell (DEM, Digital Elevation Modell), Orthofotos (geometrisch korrigierte Luftaufnahmen) sowie einen Maskensatz für die Qualitätsebene. „Reference3D beruht auf optischen Daten, die in Bildpaaren vom HRS-Sensor des SPOT-5-Satelliten bereitgestellt werden. Mittlerweile werden bereits über 100 Millionen Quadratkilometer der Erdoberfläche erfasst“, so Casals weiter.

Trotz dieser weitreichenden Abdeckung ist es aufgrund der Wolkendecke in manchen Regionen der Welt nach wie vor schwierig, wenn nicht gar unmöglich, optische Daten zu gewinnen. So können Teile Südostasiens, Zentralafrikas und Lateinamerikas nur lückenhaft oder überhaupt nicht optisch erfasst werden.

Hier kommen die Fähigkeiten von einem der anderen GEO-Information Services Zweige ins Spiel. Während die französische Seite Spezialwissen im optischen Bereich einbringt, deckt die deutsche Seite über die Zusammenarbeit Airbus Defence and Spaces mit dem DLR den Radarbereich ab – und Radarsatelliten (in diesem Fall TerraSAR-X) können immer Aufnahmen machen, selbst durch eine Wolkendecke. Damit konnte das AJAX-Team die von HRS bereitgestellten optischen Daten mit den Radardaten von TerraSAR-X kombinieren und eine vollständige DEM-Abdeckung bieten.

„Wir wollten für jeden Ort der Welt homogene Höhenmodelle bereitstellen, die der militärischen Norm ‚DTED Level 2‘ entsprechen und gleichzeitig das attraktive Preis-Leistungs-Verhältnis von Reference3D bieten,“ erklärt Casal. „Dazu leistet IGN mit seiner langjährigen Erfahrung mit digitalen Höhenmodellen einen wertvollen Beitrag.“

Der aus über kolumbianischem Gebiet aufgenommen Bildern erstellte Prototyp steht nun bereit, und eine Aufnahme von kongolesischem Terrain ist derzeit in Bearbeitung. Casals erläutert die geplanten Schritte zur Sicherung fester Verträge in nicht allzu ferner Zukunft: „Wir haben mittlerweile einen Marketingplan aufgestellt, um diesen Prototyp bestimmten Kunden und potenziellen Interessenten zu präsentieren. Einige Kunden zeigen bereits Interesse an Höhenmodellen von Gebieten um den Äquatorialgürtel.“

Das AJAX-Protomodell

Durch die Kombination der jeweils über demselben kolumbianischen Terrain erfassten SPOT-5- (links) bzw. TerraSAR-X-Aufnahme (Mitte) entsteht ein überzeugendes Endprodukt (rechts): das AJAX-Protomodell

Wie aus dem Bilderbuch

Die größte Herausforderung sieht das AJAX-Team darin herauszufinden, inwieweit die entstehenden DEMs zusammenpassen und ein nahtloses einzelnes und genaues DEM ergeben. „Die Bereitstellung optischer Daten und von Radardaten beruht auf vollständig unterschiedlichen technischen Grundlagen. Am Endprodukt des Prototyps kann man aber nicht erkennen, welcher Teil aus Radarbildern und welcher aus optischen Bildern entstand“, erklärt die 3D-Spezialistin.

„Dazu müssen wir zuerst die HRS-Daten übernehmen. Erst dann folgen die TerraSAR-X-Daten, die aber nur zum Füllen der bei HRS-Daten bestehenden Lücken verwendet werden. Damit sparen wir Zeit und Geld. Allerdings führen wir nicht die Bilder, sondern die DEMs zusammen. So erstellen wir noch unbearbeitete HRS- und TerraSAR-X-Modelle für das gleiche Gebiet und führen dann beide DEMs zusammen.“

In der Endbearbeitung des kombinierten Modells werden beispielsweise Wasserflächen abgeflacht und künstlich entstandene Kontinuitäten ermittelt und beseitigt. Erst dann erfolgt die Formatierung in Raster der Größe eines Raumwinkels von einem Quadratgrad (rund 100 km x 100 km) und die abschließende Qualitätsprüfung.

Mit Elevation30 hergestellte digitale Höhenmodelle bieten Kunden drei Informationsebenen und können nun für jeden Ort weltweit in Auftrag gegeben werden

Mit Elevation30 hergestellte digitale Höhenmodelle bieten Kunden drei Informationsebenen und können nun für jeden Ort weltweit in Auftrag gegeben werden

Letztendlich machte sich die viele Arbeit zur Bewältigung der technischen Herausforderungen bezahlt. „Obwohl wir zuversichtlich waren, ein positives Resultat zu erhalten, hat uns der erste Prototyp dennoch sehr erstaunt“, erinnert sich Casals. „Doch die sorgfältige Produktentwicklung und die praktische Erfahrung aller Beteiligten gaben den Ausschlag! So konnten wir ein überragendes Produkt zu einem überzeugenden Preis anbieten. Bei unserer Teamsitzung konnte man uns ansehen, wie stolz wir alle waren.“

Dem AJAX-Projekt ist es zu verdanken, dass GEO-Information Services nun weltweit Reference3D anbieten kann.

ErdeSPOTTerraSAR-XGeo-Informationssservice