Ausführung

Aufgabenstellung

Für drei Teilgebiete im Bereich der Außenelbe mit einer Gesamtgröße von ca. 428 km² waren Digitale Höhenmodelle (DHM) mittels einer Laserscannermessung zu erstellen. Die Befliegungen sollten bei Springniedrigwasser erfolgen, ein vorgegebenes Zeitfenster von je 30 Minuten vor bzw. nach Erreichen des Niedrigwassers war einzuhalten. Die Windstärke zum Zeitpunkt der Befliegungen sollte stets unter dem vorgegebenen Grenzwert von 4 Bft aus West bis Nord liegen. Als Ergebnisse waren zu liefern:

• alle gemessenen Laserpunkte im Landessystem
• die als Geländeoberflächenpunkte klassifizierten Laserpunkte im Landessystem
• Digitale Höhenmodelle im Landessystem mit einer Rasterweite von 5m
• Plots der Laserpunkte im Maßstab 1 : 25 000
• Videoaufzeichungen der Flüge bei Tageslicht

Flugplanung

Folgende Flug- und Systemparameter wurden festgesetzt und während den Befliegungen eingehalten, um ein DHM mit einer Rasterweite von 5m generieren zu können (Tab.1):

Abstand der Flugachsen	300 m
Flughöhe über Grund	830 m
Fluggeschwindigkeit	80 m/s = 155 Kn
Laser-Meßrate	4000 Hz
Scanfrequenz	12 Hz
Scanwinkel	16°
Streifenbreite	476 m
Streifenüberlappung	176 m

Tab.1 Flug- und Systemparameter

Befliegung

Die Laserscannermessungen erfolgten am 29.03.1999, 30.03.1999, 31.03.1999 und am 01.04.1999. Während den Befliegungen wurden auf der Permanentstation Cuxhaven und auf dem TP 2118-0-00208 (Altenbruch, Oberfeuer Wehldorf) simultan GPS-Beobachtungen mit einer Datenrate von 1Hz aufgezeichnet (Tab.2). Während den Befliegungen gab es keine technischen oder sonstigen Beeinträchtigungen. Die Flugstreifen für die Gebiete sind in der Abbildung1dargestellt.

Flugtag		GPS-Bodenstationen		max. Windstärke		Windrichtung
29.03.99		CUX, TP 208		1 Bft		SO
30.03.99		CUX, TP 208		1 Bft		SO
31.03.99		CUX, TP 208		1 Bft		SO
31.03.99		CUX, TP 208		1 Bft		SO

Tab.2 Flugtage

Auswertung

Die Auswertung einer Laserscanneraufnahme gliedert sich in folgende Arbeitsschritte:

• Datenaufbereitung
• GPS-Auswertung
• Systemkalibrierung
• Berechnung der Koordinaten aller Laserpunkte im Landessystem
• Automatische Klassifizierung der Laserpunkte
• Überprüfung der automatischen Klassifizierung
• Berechnung der digitalen Höhenmodelle

Datenaufbereitung - Datumstransformation

Die Bestimmung der Datumstransformationsparameter erfolgte mit vom Auftraggeber gegebenen Punkten. Die quadratischen Mittelwerte der Residuen betragen für den Rechtswert 7.2 cm, für den Hochwert 9.0 cm und für die Höhe 3.0 cm.

Die Berücksichtigung des Geoids bei der Laserpunktberechnung stützte sich auf das Geoidmodell von Lelgemann. Zur Berechnung der Geoidundulation der einzelnen Laserpunkte wurde wie folgt vorgegangen:

• Erzeugen eines Rasters mit einer Gitterweite von 500 m x 500 m für die Projektgebiete
• Berechnen der Geoidundulation für die Rasterpunkte. Ergebnis ist folglich ein digitales Geoidhöhenmodell
• Berechnen der Geoidundulation eines jeden Laserpunkts durch Interpolation im digitalen Geoidhöhenmodell

GPS-Auswertung

Die GPS-Beobachtungen des Flugzeugempfängers und der Bodenstationen wurden zunächst einzeln dekodiert und auf Vollständigkeit (kontinuierliche Datenaufzeichnung) hin überprüft. Die anschließende Berechnung der Flugwege basierte auf einem Modell zur relativen kinematischen Positionsbestimmung unter Verwendung von doppelten Differenzen der Phasenbeobachtungen.

Systemkalibrierung

Die Kalibrierung des Systems erfolgte mit Hilfe der Querstreifen sowie der Kontrollflächen und wurde mittels einer empirischen Genauigkeitsanalyse überprüft. Die Untersuchung der relativen (inneren) Genauigkeit der Laserpunkte erfolgte durch den Vergleich von Längs- und Querstreifen. Streifenverkippungen sind in den Laserpunktdaten nicht vorhanden.

Die Analyse der Absolutgenauigkeit basierte auf dem Vergleich der Laserpunkte mit den vom Auftraggeber bereitgestellten höhenmäßig erfaßten Kontrollflächen. Für die Kontrollflächen wurde aus den gemessenen Höhenpunkten ein 'Soll-DHM' mit einer Rasterweite von 1 m berechnet. Für alle auf den Kontrollflächen gemessenen Laserpunkte wurde eine Höhe aus dem 'Soll-DHM' interpoliert und mit der gemessenen Laserpunkthöhe verglichen. Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in der Tabelle 3 zusammengefaßt.

Flugtag	29.03.99	30.03.99		31.03.99		01.04.99
Kontrollfläche	Cuxhaven	Cuxhaven	Cuxhaven	Cuxhaven	Cuxhaven	Cuxhaven
Anz. LP auf der Kontrollfläche	2851	1418	2364	2171	2106	777
Maximum ΔH [cm]	25	16	18	19	13	17
Minimum ΔH [cm]	-23	-14	-21	-15	-20	-13
Arith. Mittelwert ΔH [cm]	-0,7	2,6	-1,1	2,6	0	0,7
Quad. Mittelwert ΔH [cm]	4,3	5,1	5,6	5	4,4	4,2
Standardabw. ΔH [cm]	4,3	4,4	5,5	4,3	4,4	4,2
Anzahl LP mit |ΔH| < 15 cm	99,9 %	99,9 %	99,3 %	99,7 %	99,9 %	99,9 %

Tab. 3 - Genauigkeitsanalyse der Laserpunkte

Es wurde bei allen Flügen nur die Kontrollfläche Cuxhaven (Niedersachsen) verwendet. Die Daten der Kontrollflächen Brunsbüttel und Friedrichskoog (beide Schleswig-Holstein) wurden zur Ermittlung der Absolutgenauigkeit nicht herangezogen, da der Höhenstatus, in dem die Punkte der betreffenden Flächen aufgenommen wurden, nicht bekannt war.

Überprüfung der automatischen Klassifizierung

Die Ergebnisse der Laserpunktberechnung und der Klassifizierung sind der Tabelle 5 zu entnehmen. Für die interaktive Überprüfung der automatische Klassifizierung wurde mit dem Programmsystem SCOP ein digitales Geländemodell mit einer Rasterweite von 1 m berechnet. Aus diesem Modell wurden Höhenlinien mit 1 m Äquidistanz abgeleitet. Bei Anomalien im Höhenlinienbild oder bei Nichtübereinstimmung mit den vorhandenen Kartenmaterial wurden die Laserpunkte in diesen Bereichen dargestellt. Gegebenenfalls wurde ihnen ein anderes Attribut zugewiesen. Die Anzahl der Laserpunkte, deren Attribut verändert wurde, ist der Tabelle 4 zu entnehmen.

Gesamtanzahl Laserpunkte	47 444 654 (100 %)
Anzahl LP mit Attributänderung	223 029 (0,47 %)

Tab.4 - Attributänderung

Nach der interaktiven Überprüfung der automatischen Klassifizierung ergaben sich für die einzelnen Teilgebiete folgende Punktverteilungen:

	Polygon 1	Polygon 2	Polygon 3	Außenelbe (gesamt)
Fläche	23,32 km²	122,27 km²	282,04 km²	427,63 km²
Gesamtanzahl Laserpunkte	1 747 633 (100 %)	13 874 535 (100 %)	31 822 486 (100 %)	47 444 654 (100 %)
Bodenpunkte	1 743 567 (99.8 %)	13 802 287 (99,5 %)	31 693 628 (99,6 %)	47 239 482 (99,6 %)
sonstige Punkte	4 066 (0.2 %)	72 248 (0,5 %)	128 858 (0,4 %)	205 172 (0,4 %)
mittlerer Punktabstand aller Laserpunkte	3,7 m	3,0 m	3,0 m	3,0 m
mittlerer Punktabstand der Bodenpunkte	3,7 m	3,0 m	3.0 m	3,0 m

Tab. 5 - Punktverteilung in den einzelnen Polygonen

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