Ersterfassung des Gebäudemodells LoD3.0
Mit Beginn des CUT-Projektes wurde in Hamburg die Erstellung eines neuen Gebäudemodells beschlossen. Dieses Modell sollte sowohl in einem höheren Detaillierungsgrad als das bestehende Stadtmodell erfasst werden, als auch sämtliche baulichen Objekte der Stadt enthalten, nicht nur die im Kataster verzeichneten Objekte. In Zahlen bedeutete dies, dass zusätzlich zu den ca. 390.000 ALKIS-Objekten noch einmal ca. 150.000 weitere, meist Klein-Objekte hinzukamen. Diese Objekte tragen wesentlich zu einem vollständigen digitalen Abbild der gebauten Stadt bei.
Detaillierungsgrad des Gebäudemodells
Der gängige Detaillierungsgrad von Stadtmodellen ist im Rahmen der Gebäudemodellierung heute das Level of Detail 2 (LoD2). Dies bedeutet, die Modellierung der Dachlandschaft beruht auf einer Auswahl von Dachtypen, die die wesentliche Dachform abbildet. Details wie kleinere Dachgauben oder technische Dachinstallationen wie Lüftungsschächte etc. werden nicht mit modelliert. Dieser Detaillierungsgrad besitzt den Vorteil, dass die Modellierung ganzer Städte mit einem hohen Automationsgrad umgesetzt werden kann, z.B. aus Airborne-Laserscanning Punktwolken in Verbindung mit ALKIS-Grundrissen und entsprechender Software. Nachteil ist eine unzureichende Detaillierung bei diversen Fachanwendungen wie z.B. einer Photovoltaik-Potenzialanalyse, wo eine vollständige und geometrisch korrekte Darstellung der Dachflächen essenziell ist.
Für das neue Hamburger Gebäudemodell wurde somit ein Detailgrad im LoD3 festgelegt. Dachaufbauten ab einem Quadratmeter wurden ebenso ausgewertet wie wesentliche Dachüberstände, die im Regelfall aufgrund der Komplexität der Modelle ignoriert werden. Die Auswertung der Dachlandschaft erfolgte dabei nicht mit Punktwolken, sondern im Stereomodell der Luftbild-Befliegung. Zusätzlich zur detaillierten Modellierung wurde eine Texturierung des Modells beschlossen. Diese beruht auf Schrägluftildern und ist für viele Anwendungen, bei denen der Visualisierungsaspekt eine Rolle spielt, ein wünschenswertes Merkmal des Modells. Im praktischen Einsatz in Projekten trägt eine Texturierung z.B. zur Erleichterung der Orientierung im Modell bei, vor allem bei Nicht-Experten wie sie im Bereich der Bürgerbeteiligung oftmals zu finden sind. Zudem liefert eine Texturierung zusätzliche visuelle Informationen über das Gebäude wie z.B. die Art der Dachbedeckung oder die Fassadengestaltung.
Datengrundlage für die Erfassung
Für eine Millionenstadt wie Hamburg ist der Aufbau eines neuen Gebäudemodells aufgrund der Anzahl der in der Stadt vorhandenen Gebäude erwartungsgemäß mit einem zeitlichen Horizont von mindestens einem Jahr zu planen, daher wurde mit der Aktualisierung des Modells auch noch während der Fertigstellung der Erstmodellierung begonnen. Wesentlich sind hierfür zwei Punkte: die Datengrundlage für die Auswertung muss vorhanden sein, also ein aktuellerer Bildflug oder LiDAR-Flug, und die Informationen über vorhandene Veränderungen müssen zusammengetragen werden. Diese Informationen können auch aus unterschiedlichen Quellen stammen und schließlich kombiniert werden. Wichtig ist hierbei, die Zuverlässigkeit der jeweiligen Quelle zu berücksichtigen. Für deutsche Städte und Gemeinden ist sicherlich ALKIS als eine Haupt-Quelle von hoher Zuverlässigkeit zu nennen, wobei die Aktualität regional unterschiedlich sein mag. Beruht das Stadtmodell nur auf Objekten mit ALKIS-Grundriss, so ist mit einem ALKIS-Veränderungsdatensatz der größte Teil an Informationen gewonnen. Ist die ALKIS-Aktualität nicht homogen über das Stadtgebiet, oder sollen noch weitere Objekte modelliert werden, sind weitere Informationsquellen hinzuzuziehen. Hier ist in den letzten Jahren durch die Entwicklung von maschinellem Lernen (machine learning, ML) und KI im Bereich von Luftbildern und Punktwolken eine breite Palette von Einsatzmöglichkeiten entstanden. In Hamburg wurden die Punktwolken zweier Jahrgänge miteinander verglichen, um weitere Veränderungen aufzudecken. Dabei sollte immer berücksichtigt werden, dass ein automatisiert erstellter Hinweis nicht die gleiche Zuverlässigkeit wie eine ALKIS-Information besitzt und vor einer weiteren Verarbeitung zunächst zu verifizieren ist. Zudem sollten sich ausreichend Gedanken zu Datengrundlage, Einsatzzeitpunkt und gewünschtem Ergebnis gemacht werden, um nur eine gezielte Ergänzung schon vorhandener Informationen zu erreichen und keine Doppelungen herbeizuführen, die zusätzlichen Bearbeitungsaufwand nach sich ziehen.
Um eine Aktualisierung des Gebäudemodells in einem regelmäßigen Zyklus umzusetzen, ist das Vorhandensein einer nutzbaren Datengrundlage entscheidend. Hamburg profitiert hier von einer jährlichen Befliegung, die eine stadtweite Abdeckung mit aktuellen Luftbildern und Stereomodellen liefert. Somit ist eine geometrische Aktualisierung im Jahreszyklus möglich und für die Zukunft geplant. Anders sieht es bei der Texturierung der Daten aus, die – bis auf die Dachflächen – aus Schrägluftbildern generiert wird. Hier ist zukünftig ein Zyklus von zwei Jahren für die Befliegung angedacht, so dass in den Zwischenjahren zunächst mit untexturierten Geometrien zu arbeiten ist. Der Einsatz von UAVs (Unmanned Aerial Vehicles, ugs. Drohnen) kann punktuell für größere Gebäudeensembles oder Landmarks auch unterjährig hier für Abhilfe sorgen, dürfte aber für den Normalfall nicht wirtschaftlich sein.
Aktualisierte Version des Hamburger Gebäudemodells zum Beginn des Jahres 2026
Bis zum Ende des Jahres 2025 wird das Hamburger Gebäudemodell seine erste Aktualisierung durchlaufen haben. Die „alte Version“ wird natürlich nicht weggeworfen, sondern das Modell bekommt eine Historisierung. Somit werden alle älteren Versionen gespeichert und im Laufe der Jahre entsteht ebenso ein zeitliches Stadtmodell, so dass ein Abbild der Stadt zu einem beliebigen Zeitpunkt wieder aufgerufen werden kann.
Mit der aktualisierten Version des Hamburger Gebäudemodells wird ein wesentlicher Beitrag zur Aktualität des Geobasiszwillings geliefert, der das Fundament vielfältiger CUT-Anwendungsfälle wie der VR-Visualisierungsplattform, DIPAS_stories oder dem 3D-Projektplaner liefert.