Veranstaltungsprogramm

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Sitzungsübersicht
Session
S06: Bildung, Standards und Recht
Zeit:
Donnerstag, 08.03.2018:
14:00 - 15:30

Chair der Sitzung: Sven Baltrusch
Chair der Sitzung: Ansgar Brunn
Ort: Audimax

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Präsentationen
14:00 - 14:20

DIN18740-6 - Anforderungen an digitale Höhenmodelle - StatusQuo

S. Baltrusch

Landesamt für innere Verwaltung Mecklenburg-Vorpommern, Deutschland

Die DIN18740-6 "Anforderungen an digitale Höhenmodelle" gilt für die Ableitung von digitalen Höhenmodellen, die auf der Grundlage von flugzeug- bzw. satellitengestützter Erfassungsmethoden hergestellt werden. Die Datenerfassungsmethode ist hierbei von der Zielanwendung und somit von den anwendungsspezifischen Genauigkeitsanforderungen und der Punktdichte abhängig. Als geeignete Verfahren für die Gewinnung von Rohdaten zur Ableitung von digitalen Höhenmodellen kommen nach heutigem Stand der Technik die luftbild- und satellitengestützte Photogrammetrie, das Airborne Laserscanning sowie interferometrisches Radar (InSAR) in Betracht.

Der Normungsausschuss NA 005-03-02 AA „Photogrammetrie und Fernerkundung" hat diese Norm im Dezember 2014 erstmalig veröffentlicht.

Normen definieren den Stand der Technik, d.h. ein entwickeltes Stadium der technischen Möglichkeiten zu einem bestimmten Zeitpunkt basierend auf den gesicherten Erkenntnissen von Wissenschaft, Technik und Erfahrung. Spätestens alle 5 Jahre soll eine Norm hinsichtlich Bedarf und Aktualität geprüft werden.

Im vorliegenden Beitrag werden die technischen Festlegungen analysiert. Die Anwendung bzw. der Anpassungsbedarf sollen diskutiert werden.


14:20 - 14:40

Anforderungen an digitale Luftbildkamerasysteme

S. Baltrusch, M. Engler

Landesamt für innere Verwaltung Mecklenburg-Vorpommern, Deutschland

Die deutschen Landesvermessungsbehörden gewinnen zunehmend Geobasisdaten aus digitalen Bildflügen. Das klassische Digitale Orthophoto wird perspektivisch als qualitativ erweitertes True Orthophoto angeboten. Aufgrund technologischer und qualitativer Möglichkeiten kommen zunehmend Verfahren zur Generierung von bildbasierten Oberflächenmodellen sowie rasterbasierte Klassifizierungsansätze zum Einsatz. Die daraus gewonnenen Produkte sind wesentliche Eingangsdatensätze für regionale, überregionale und nationale Aufgabenstellungen. Dieses bedingt eine zuverlässige und reproduzierbare geometrische und radiometrische Qualität der Eingangsgrößen, d.h. der digitalen Luftbilder.

Während sich die großformatigen Kamerasysteme der DMC- und Vexcel-Sensorfamilie in den amtlichen Bildflügen etabliert haben, drängen weitere Sensoren auf den Markt. Hierbei ist die Entwicklung von Kameramodellen vielfältig. Zusammengesetzte Mittelformatkameras (Mehrkopfsysteme) und auch Obliquesysteme konkurrieren mit den etablierten Systemen und sind mittlerweile ebenfalls in der Lage effektiv und effizient großflächig Bildflüge durchzuführen. Unterschiede sind hinsichtlich der eingesetzten Sensoren (CCD, CMOS, Foveon) bzw. der multispektralen Aufnahmeverfahren (synchron, getrennt durch Einzelsensoren oder durch Bayer-Pattern-Technologie) festzustellen.

Aufgrund der vielfältigen Nachnutzungen der digitalen Luftbilddaten ist eine zuverlässige Datengewinnung und deren Qualität zwingend erforderlich, um den gesetzlich definierten Aufgabenstellungen dienen zu können. Aufgrund der sich stetig und rasant entwickelnden, komplexen Sensorsysteme sind Verfahren erforderlich, die das Potenzial eines Sensorsystems bewerten können. Der Beitrag definiert die produktorientierten Anforderungen an die geometrische und radiometrische Eingangsqualität. Vorschläge für In-Situ-Prüfverfahren werden diskutiert.


14:40 - 15:00

Sentinel-Daten für digitale und interaktive Anwendungen im Schulunterricht

C. Lindner, H. Hodam, A. Ortwein, J. Schultz, F. Selg, A. Rienow

Ruhr-Universität Bochum, Deutschland

Das Projekt Fernerkundung in Schulen (FIS) entwickelt seit 2006 interaktive Lerneinheiten zur Anwendung der Fernerkundung im Schulunterricht. FIS hat zum Ziel die satellitenbasierte Erdbeobachtung aus dem All nachhaltig und umfassend in den Schulunterricht zu integrieren. Auf Basis des moderaten Konstruktivismus werden hierzu digitale Lerneinheiten so konzipiert, dass Schülerinnen und Schüler (SuS) zum eigenständigen und reflektierten Umgang mit modernen Medien angeregt werden. Für die Fächer Mathematik, Physik und Informatik werden vor allem die physikalischen Grundlagen thematisiert, wohingegen die Analyse von Fernerkundungsdaten bei den anwendungsorientierten Fächern Geographie und Biologie im Vordergrund steht. Das FIS-Lernportal (www.fis.uni-bonn.de) stellt die Unterrichtsmaterialien online zur Verfügung und bietet über eine Klassenverwaltung Lehrern und Lehrerinnen die Möglichkeit, den Lernfortschritt ihrer SuS, nachvollziehbar zu bewerten.

Der Beitrag zeigt exemplarisch auf wie Copernicus-Daten in sequenzierte Lernanwendungen eingebunden werden. Vorgestellt werden Lernmodule zu den Themen „Braunkohle – Landschaft im Wandel“, „Oasen - von nah und fern erkundet“ (beide Geographie), „Summer in the City – Satellitenthermometer“ (Physik) und „Der Wald als Klimaretter!?“ (Biologie). Ferner werden die Ziele und Paradigmen von FIS erläutert und aufgezeigt wie die Medien- und Methodenkompetenz sowie das eigenständige Arbeiten der SuS gefördert werden sollen. In diesem Zusammenhang wird auf die Einbindung verschiedener Techniken der digitalen Bildverarbeitung eingegangen. So können die SuS z. B. im Oasen-Modul lernen verschiedene Oasentypen zu unterscheiden und unter Zuhilfenahme von interaktiven Tools thematische Karten basierend auf Sentinel-Daten zu erstellen. Im Lernmodul Braunkohle lernen die SuS die Auswirkungen des Braunkohleabbaus anhand einer Kombination aus Landsat und Sentinel-2 Zeitreihen und durch die Anwendung von Area Measurement Werkzeugen sehr anschaulich kennen. Das Wald-Modul wiederum lässt die SuS die saisonalen Reflexionseigenschaften deutscher Wälder detektieren. Neben diesen Aspekten zeigt der Beitrag wie Mini MOOCs (Massive Open Online Course) dazu verwendet werden können, SuS für naturwissenschaftliche Fragestellungen zu begeistern und gleichzeitig in die Aufgabenstellungen der Copernicus-Dienste einzuführen. Hier wird gezeigt wie verschiedene Lernmaterialien Arbeitsblätter, Lernmodule und Lerntools mit Videos sinnvoll zu einem MOOC kombiniert werden können. Abschließend werden Erfahrungen aus dem Fach „Geographie-Physik“ vorgestellt, das die Fernerkundung als Fach im Differenzierungsbereich des Gymnasiums Siegburg Alleestraße etabliert hat und die FIS-Anwendungen zum Einsatz bringt.


Ableitung von 3-D Modellen aus Daten des High Definition Earth Viewing-Experiments (ISS) –Anwendungen für den Schulunterricht

J. Schultz, H. Hodam, C. Lindner, A. Ortwein, F. Selg, A. Rienow

Geographischen Institut der Ruhr-Universität Bochum

Im Februar 2014 wurden vom kanadischen Roboterarm Kameras des NASA High Definition Earth Viewing (HDEV) Experiments am Columbus-Labor der ISS befestigt. Die Kameras beobachten die Erde Rund um die Uhr aus verschiedenen Blickwinkeln. Das vom DLR geförderte Projekt „Columbus Eye-Live Bilder von der ISS im Schulunterricht“ und das Nachfolgeprojekt KEPLER ISS verfolgen primär das Ziel die Videos des NASA HDEV-Experiments für die Bedürfnisse des Schulunterrichts aufzubereiten.

Hierzu betreiben die Arbeitsgruppe Fernerkundung der Universität Bonn und die Arbeitsgruppe Geomatik der Ruhr-Universität Bochum gemeinsam ein umfangreiches Webportal (www.columbuseye.uni-bonn.de), welches sowohl Highlights des Erdbeobachtungexperimentes, als auch interaktive Lernmodule, Apps, und Arbeitsblätter für Schülerinnen und Schüler und Lehrer zur Verfügung stellt. Hauptsächlich werden die HDEV-Videos in Materialien für die Schulfächer Geographie, Physik und Mathematik eingebunden.

Die Highlights können über ein Web-GIS sowohl thematisch kategorisiert als auch räumlich verortet werden. Als exklusiver europäischer Partner von HDEV, werden alle Aufnahmen der am Columbus Labor befestigten vier HD-Kameras archiviert und ausgewählte Sequenzen dazu verwendet um interaktive Unterrichtsmaterialien zu entwickeln. Die HDEV Videos, aber auch die von Astronauten aufgenommenen Bilder unserer Erde, ermöglichen einen faszinierenden Blick auf die natürlichen Phänomene der Erde und die auftretenden Wechselwirkungen in einem gekoppelten Mensch-Umwelt-System.

Der Beitrag stellt die technische Infrastruktur zum Empfang des HDEV-Payloads dar und erläutert Steuerung, Empfang, Speicherung, Georeferenzierung und Atmosphärenkorrektur der Daten. Ferner werden die Potenziale und Anwendungsmöglichkeiten von Videodaten insbesondere in Bezug auf die Erdbeobachtung erörtert und auf erweiterter Realität (augmented reality) basierende Lerneinheiten vorgestellt. Der Beitrag zeigt wie mit verschiedenen Methoden 3-D Modelle und Anaglyphenbilder aus HDEV Daten abgeleitet werden können. Dabei hat sich erwiesen, dass die Erstellung von größeren 3-D Modellen bzw. Panoramen aufgrund der ISS-Bahnparameter möglich aber schwierig ist. Unterschiedliche Beleuchtungssituationen, atmosphärische Einflüsse und die Tendenz der Kameras Wolken überzubelichten, sind in diesem Zusammenhang zu nennen. Insbesondere die Videos, die in Nadir aufgenommen worden sind, eigenen sich besonders für die Erstellung von 3-D Modellen. Die Randbereiche sind hier weniger verzerrt und die GSD (Ground Sampling Distance) ist geringer. Alle Berechnungen wurden mit Agisoft PhotoScan und MATLAB durchgeführt. Neben diesen rein naturwissenschaftlichen Anwendungen, die jedoch für die Schul-Curricula von Relevanz sind, wird gezeigt wie die Daten im Rahmen eines Schulwettbewerbs eingesetzt werden können. Die Schülerinnen und Schüler sollen in ihren einzureichenden Beiträgen die Schnittstellen zwischen Kunst, Naturwissenschaft und Ingenieurwesen bearbeiten.



 
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