Jahresbericht 2008

� Kompetenzzentrum

� 3D - Messtechnik

� Geoinformationssysteme

� Informationstechnologie

1. ÜBERBLICK

1.1. KURZFASSUNG DES JAHRESBERICHTS

1.2. KOMPETENZ UND LEISTUNGSSPEKTRUM

1.3. DAS KOMPETENZZENTRUM ‚RAUMBEZOGENE INFORMATIONSTECHNIK IN DEN

GEISTESWISSENSCHAFTEN‘ IM I3MAINZ

2. ENTWICKLUNG IM BERICHTSZEITRAUM

2.1. MITTELEINNAHMEN 2008

2.2. PERSONAL

2.2.1. Übersicht

2.2.2. Personelle Veränderungen

2.2.3. Vorübergehend Mitarbeitende

2.2.4. Promotionen

2.2.5. Personelle Situation

2.3. WIRTSCHAFTLICHE BASIS

2.4. EINRICHTUNG

2.5. INTERNATIONALE KONTAKTE

3. ÖFFENTLICHKEITSARBEIT

3.1. 10 JAHRE I3MAINZ

3.2. NACHWUCHSARBEIT AM I3MAINZ

3.3. VERANSTALTUNGEN FÜR DIE BREITE ÖFFENTLICHKEIT

3.4. VERANSTALTUNGEN FÜR DIE FACHWELT

3.5. TRANSFER VON PROJEKTERGEBNISSEN

3.6. GEDRUCKTE INFORMATION

3.7. DAS I3MAINZ IM INTERNET

3.8. DAS I3MAINZ AUF MESSEN

3.9. KLEINERE PUBLIKATIONEN FÜR BREITE LESERKREISE

3.10. VERÖFFENTLICHUNGEN

3.11. VORTRÄGE UND PRÄSENTATIONEN

3.12. EXTERNE FUNKTIONEN VON INSTITUTSMITGLIEDERN

4. VERBINDUNG DES I3MAINZ ZUR LEHRE

4.1. UNTERSTÜTZUNG BEIM AUFBAU EINES MASTER-STUDIENGANGS ARCHÄOLOGIE ALS

KOOPERATION ZWISCHEN DER UNIVERSITÄT UND DER FACHHOCHSCHULE MAINZ

4.2. DIREKTE BETEILIGUNG AN DER LEHRE

4.3. INTERNATIONALISIERUNG DER LEHRE

4.4. DIPLOM-, BACHELOR- UND MASTERARBEITEN

5. ARBEITSSCHWERPUNKTE

5.1. BERATUNG, PROJEKTANBAHNUNG, NEUE KONTAKTE

5.2. WISSENSCHAFTLICHE WEITERBILDUNG – „LEBENSLANGES LERNEN“

5.3 SCHWERPUNKT KOMPETENZZENTRUM

5.3.1 Informationstechnik und Archäologie

5.3.2 Geometrische Dokumentation Im Bergland Der Krim / Ukraine

5.3.3 Anwendung Moderner Phasenscanner In Der Dokumentation Antiker Kulturgüter

5.3.4 Moderne Mess- und Informationstechnik im Kinneret Regional Project

5.3.5 Kartierung und Rekonstruktion der antiken Stadt Zhafar/Dhu Raydan, Republik Jemen

5.3.6 Bildgestützte Dokumentation von archäologischen Befunden

5.3.7 Sayner Hütte in Bendorf – Projekt zur Sanierung der Gusskonstriktion der Giesshalle

5.3.8 Einsatz verschiedener Messtechniken zur Ermittlung langzeitbedingter Oberflächenverluste von Sandsteinpartien in der Klosterruine Limburg a.d. Haardt / Bad Dürkheim

5.3.9 Räumliches Informationssystem zur Erfassung, Dokumentation und Analyse industriearchäologischer Objekte (Teilprojekt Datenfusion)

5.3.10 Einsatz von Mess- und Visualisierungstechniken für Fragen der Siedlungsgeschichte in Triphylien

5.4. SCHWERPUNKT 3D-MESSTECHNIK

5.4.1. Entwicklung eines Verfahrens zur Geometriebestimmung mittels adaptiver Projektion (AdPro)

5.4.2. Erweiterung eines Intelligenten und flexiblen Multikamerasystems zur präzisen Bestimmung von 3D-Objektgeometrien (OCULEUS)

5.4.3. Entwicklung von Verfahren zum Aufbau eines Zentrums zur Präzisionsmess- und Prüftechnik für optische Messverfahren (PoV)

5.4.4. Photogrammetrisches Mehrkamerasystem zur flexiblen Positionsbestimmung von beweglichen Effektoren (OptoPose)

5.4.5. Einsatz moderner Messtechnik als Grundlage für die Rekonstruktion eines bronzezeitlichen Brunnens

5.4.6. Einsatz von Multispektralmesstechnik und hochauflösender 3D-Messverfahren für Aufgaben der Dermatologie

5.4.7. 3D-Vermessung von Kurven und Autobahnrampen mittels Laserscanning zur Bewegungsanalyse im Straßenverkehr

5.4.8. Bildverarbeitungsgestütztes Kalibrier-, Prüf- und Feldprüfverfahren für Terrestrische Laserscannersysteme zur Qualitätssteigerung (SigmaTLS+)

5.4.9. Binary Pointcloud (BPC) - TLS-Datenaustauschformat

5.4.10. Hochgenaues Kinematisches Tracking

5.5 SCHWERPUNKT GEOINFORMATIONSSYSTEME

5.5.1 Interaktive Analysewerkzeuge für einen Web-Atlas gescannter Sutratexte in China - Interpretation buddhistischer Schriftzeichen mit Methoden der Informations- und Messtechnik (3D-Sutren)

5.5.2 Ausbau der Geodateninfrastruktur Rheinland-Pfalz GDI-RP auf kreiskommunaler Ebene; Raumbezogene Daten als Grundlage der Umsetzung des Landesentwicklungsprogramms Rheinland-Pfalz (LEP IV)

5.5.3 GIS-Implementierung in der Kreisverwaltung Mayen-Koblenz

5.5.4 Untersuchung des Status quo der Einführung von Geo-Informationssystemen (GIS) bei den Kreisverwaltungen in Rheinland-Pfalz

5.5.5 Einsatz von Methoden und Techniken der Vermessung und Geoinformatik in der Landschaftsarchäologie

5.5.6 Aufbau einer Geodateninfrastruktur für 3d-Geodaten

5.5.7 MoNa 3D - 3D-Stadtmodelle für mobile Navigationssysteme

5.6. SCHWERPUNKT INFORMATIONSTECHNIK

5.6.1. Servervirtualisierung

5.6.2. Räumliches Informationssystem zur Erfassung, Dokumentation und Analyse industriearchäologischer Objekte (Informationssystem)

5.6.3. Einsatz von semantischer Information für die Extraktion geometrischer Objekte aus Scandaten

5.6.4. Weiterentwicklung einer digitalen Stereoarbeitsstation

5.6.5. Mody3D Modellierung von Objekten der Denkmalpflege auf Basis von hybriden Bild- und 3D-Geometriedatensätzen

5.6.6. Entwicklung multimedialer Anwendungen für eine Dauerausstellung im Hunsrück-Museum Simmern

6. PLANUNG FÜR DAS JAHR 2009

6.1. FORTFÜHRUNG BESTEHENDER PROJEKTE

6.2. WEITERE AUFGABEN

Die Mitarbeiter und Professoren des i3mainz

(1) Guido Heinz

(2) Andreas Marbs

(3) Fredie Kern

(4) Jörg Klonowski

(5) Frank Boochs

(6) Natalie Schmidt

(7) Bettina Siegrist

(8) Kathrin Schilling

(9) Klaus Böhm

(10) Burkhard Tietz

(11) Kai-Christian Bruhn

(12) Martin Schlüter

(13) Falk Würriehausen

(14) Rainer Schütze

(15) Hartmut Müller

(16) Nicole Conseil

(17) Anja Cramer

(18) Silke Boos

(19) Hicham Karim

nicht im Bild:

Frank Neitzel

Alexander Zipf

Volker Stegner

Ashish Karmacharya

Uwe Huxhagen

Pascal Neis

Arne Schilling

Beate Stollberg

Christian Mayer

Stefan Hauth

1. ÜBERBLICK

1.1. KURZFASSUNG DES JAHRESBERICHTS

Auch im 10. Jahr nach seiner Gründung als wissenschaftliche Einrichtung der Lehreinheit Geoinformatik und Vermessung der Fachhochschule Mainz legt das i3mainz mit seinem Jahresbericht Rechenschaft über die Aktivitäten der vergangenen 12 Monate ab und gibt einen zusammenfassenden Einblick in die vielseitigen Aktivitäten.

Das Institut ist mit der Wahrnehmung von Aufgaben im Bereich der angewandten Forschung und Entwicklung sowie des Technologietransfers im fachlichen Umfeld der Geoinformatik und Vermessung beauftragt. Im Zentrum der Arbeiten steht im Allgemeinen die Gewinnung, Verarbeitung und Visualisierung raumbezogener Daten verschiedenartigster Objekte.

Das fachliche Spektrum ist weit gefasst und deckt nahezu alle aktuellen Forschungsrichtungen im Bereich der Geoinformatik und Vermessung ab. Neben den vier Forschungsschwerpunkten

� Kompetenzzentrum � 3D - Messtechnik � Raumbezogene Informationssysteme � Informationstechnik

findet sich im Schwerpunkt

� Wissenschaftliche Weiterbildung die Thematik des lebenslangen Lernens wieder. (siehe Organigramm unten). Im Kontext der hier angesiedelten Aktivitäten bietet das i3mainz Fachleuten die Möglichkeit zur Aktualisierung ihrer fachlichen Qualifikation und leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Vermittlung der sich schnell weiterentwickelnden Technologie in die Praxis.

Die anderen vier Schwerpunkte gliedern sich thematisch bzw. nach der Ausrichtung der Arbeiten. Dabei ist eine wesentliche Kernkompetenz die interdisziplinäre Kooperation mit Forschern und Anwendern aus dem Umfeld der Geisteswissenschaften. Die hierunter fallenden Aktivitäten sind dem Kompetenzzentrum „Raumbezogene Informationstechnik in den Geisteswissenschaften“ zugeordnet. Die Liste der Partner (Römisch-Germanisches Zentralmuseum (RGZM), Institut für Europäische Geschichte, Heidelberger Akademie der Wissenschaften, Institut für Steinkonservierung, Universitäten (Institut für Vor- und Frühgeschichte Mainz, Geographisches Institut Bonn) und internationalen Einrichtungen (UNESCO Paris, ITABC Rom) vergrößert sich nach wie vor. Die 3D-Messtechnik widmet sich Verfahrensentwicklungen und Untersuchungen zum Einsatz bild- und lasergestützter Methoden für präzise Objektvermessungen. Design, räumliche Erfassung, Verwaltung, Bereitstellung, Analyse und Präsentation raumbezogener Daten finden sich unter „Raumbezogene Informationssysteme“ wieder. Die Informationstechnik stellt sich den vielschichtigen Fragen der Nutzung von Informationen in Internet, 3D-Visualisierungen, Multimediaanwendungen, eLearning und der Analyse von digitalem Bildmaterial.

Den Start neuer Projekte betreffend können auch 2008 wieder Erfolge verzeichnet werden. Im FH-Programm des BMBF wurde im Programmzweig „IngenieurNachwuchs“ ein Antrag genehmigt und erstmals konnte auch in einem übergeordneten Förderprogramm des BMBF ein erfolgreicher Antrag platziert werden. Dabei wurde in Kooperation mit der Universität Bonn und der Heidelberger Akademie der Wissenschaften ein Verbundprojekt im Programm "Wechselwirkungen zwischen Natur- und Geisteswissenschaften" genehmigt. Darüber hinaus wurden die Kontakte zu

nationalen und internationalen Einrichtungen im Bereich der Denkmalpflege ausgebaut und für das kommende Jahr weitere Projekte vorbereitet.

Auf Landesebene hat das Institut und das darin bestehende Kompetenzzentrum auch in diesem Jahr wieder die wichtige und zur Erzielung von Kontinuität wertvolle Unterstützung des MBWJK im Bereich „Neue Technologien, Umweltforschung und Förderung der interdisziplinären Forschung“ erhalten. Die dazu jeweils laufenden Arbeiten können, wie immer, den in Kap. 5 folgenden Projektbeschreibungen entnommen werden.

Im Bereich der Internationalisierung ist durch die Genehmigung des EU-Projektes „EACOVIROE - Enhance the Attractiveness of COmputer VIsion and RObotics in Europe“ ein besonderer Erfolg zu verzeichnen. Das Projekt führt 17 Partner in einem Netzwerk zusammen, dessen Ziel die Förderung der Attraktivität von „Computer Vision und Robotics“ in Europa ist. Die Zielgruppe sind Studierende und Universitäten/Hochschulen im Europäischen und Asiatischen Raum.

Daneben sind die bestehenden internationalen Kontakte vertieft und Vorbereitungen für die erfolgreiche Fortsetzung der bisherigen Zusammenarbeit getroffen worden. Die Zusammenarbeit mit einigen deutschen Universitäten (Mainz, Dresden, Bonn) konnte verbessert und auf Landesebene stabilisiert (siehe die Beteiligung am Forschungszentrum Erdsystemwissenschaften 1.3.) werden. Gleiches gilt für die Zusammenarbeit mit Forscherteams über die Grenzen Deutschlands hinweg (Dijon, Le Creusot, Besancon, Rom, Paris). Dieser Weg wird konsequent weiter beschritten und soll auch die Lehreinheit darin unterstützen, weitere innovative Lehrangebote entwickeln und anbieten zu können (vgl. Kap. 4).

Derzeit sind am Institut zwanzig vollzeitbeschäftigte wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter mit Zeitverträgen angestellt. Nach wie vor gehört zu den wünschenswerten, aufgrund der gesetzlichen Rahmenbedingungen und der rein auf Drittmittel fußenden Finanzierung schwer zu realisierenden Verbesserungsmöglichkeiten, die Einrichtung einer Dauerstelle, um eine kontinuierliche Arbeit zu gewährleisten, wich-tiges Know-how im Institut zu halten und den hohen administrativen Aufwand mitzutragen. Neben den angestellten Mitarbeitern sind Studierende als Diplomanden, Praktikanten und studentische Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in die Arbeit des Instituts eingebunden.

Im Internet befindet sich eine umfangreiche Darstellung des Instituts unter der Adresse http://www.i3mainz.fh-mainz.de, einschließlich aller wichtigen Veröffentlichungen seit Bestehen des i3mainz. Im Berichtsjahr wurden von Angehörigen des i3mainz 32 Vorträge und Präsentationen angeboten und 36 Veröffentlichungen publiziert, davon wieder eine große Zahl in englischer Sprache und im Ausland. Daneben waren die Professoren an der Organisation von Fachveranstaltungen, in wissenschaftlichen Begutachtungen und vielen weiteren Gremien und sonstigen wissenschaftlichen Funktionen engagiert.

Im Jahr 2008 standen Mittel im Gesamtumfang von ca. € 1.157.632 zur Verfügung, womit das Institut erneut die Schwelle von 1 Mio. EUR überschreiten konnte. Diese Mittel wurden vor allem zur Bezahlung des Personals verwendet. Der größte Anteil (65%) sind Drittmittel, 15% stammen vom Ministerium für Wissenschaft, Weiterbildung, Forschung und Kultur Rheinland-Pfalz und weitere 20% aus dem Haushalt der Fachhochschule Mainz.

1.2. KOMPETENZ UND LEISTUNGSSPEKTRUM

Das Institut betreibt Forschungs- und Entwicklungsaufgaben einschließlich Techno-logietransfer im Rahmen des Bildungsauftrags der Fachhochschule nach § 2 Abs. 1 des

Hochschulgesetzes und wirkt bei der Lehre und Weiterbildung mit. Im Rahmen dieser Aufgaben arbeitet es mit einer Vielzahl von Partnern im In- und Ausland zusammen.

In nachfolgender Übersicht sind die aktuellen Arbeitsschwerpunkte, die Kompetenz, das Leistungsangebot und das Netzwerk an Partnern und Geldgebern übersichtlich zusammengestellt. Die Zuordnung des Personals ist in Kap.2.1 zu finden.

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1.3. DAS KOMPETENZZENTRUM ‚RAUMBEZOGENE INFORMATIONSTECHNIK IN DEN

GEISTESWISSENSCHAFTEN‘ IM I3MAINZ

Das Kompetenzzentrum ist seit seiner Gründung im Jahr 2000 eine wesentliche Säule der Aktivitäten des Instituts. Es verwirklicht die Zusammenarbeit mit Geisteswissenschaftlern an Universitäten und bedeutenden außeruniversitären Forschungsinstituten über die Fachbereichs- und Hochschulgrenzen hinweg. Das MBWJK fördert das Kompetenzzentrum finanziell fortlaufend seit dem Jahr 2000 und legt damit eine wesentliche Grundlage, um anspruchsvolle Projekte vorbereiten und durchführen zu können.

Die seit Jahren gewährte Grundförderung durch das Ministerium für Bildung, Wissenschaft, Jugend und Kultur in Rheinland-Pfalz, das seit Jahren gezielt interdisziplinäre und hochschulübergreifende Partnerschaften und Projekte unterstützt, ist nach wie vor eine wesentliche tragende Säule der Forschungsaktivitäten des Instituts.

Auch im Berichtszeitraum konnte das Kompetenzzentrum seinen in den vergangenen Jahren erworbenen Platz dank der im Berichtszeitraum zugewiesenen Mittel erfolgreich behaupten. Zahlreiche Drittmittelprojekte wurden begonnen bzw. fortgesetzt, stets gemeinsam mit aufgeschlossenen bewährten oder neuen Partnern.

Als besonders förderlich für die weitere interdisziplinäre Zusammenarbeit mit den Geisteswissenschaften hat sich erwiesen, dass das MBWJK im Zuge der Umsetzung der Empfehlungen der Arbeitsgruppe ‚Hochschulentwicklung Rheinland-Pfalz’ im Fachhochschul-Strukturfonds der Fachhochschule Mainz im Jahr 2006 eine W2-Stelle zwecks Realisierung eines hochschulübergreifenden Masterstudiengangs im Bereich der Archäologie zur Verfügung stellte. Die Förderentscheidung begründet das MBWJK unter anderem mit den Aktivitäten des Instituts i3mainz, zu denen die Zuweisung der Stelle in engem Bezug steht. Zum Sommersemester 2008 wurde Prof. Dr. phil. Kai-Christian Bruhn auf die neu geschaffene Stelle berufen. Mit der Berufung von Prof. Dr. Bruhn ist es gelungen, eine sowohl im Bereich der Archäologie als auch der Raumbezogenen Informations- und Messtechnik hervorragend ausgewiesene Persönlichkeit zu gewinnen. Prof. Dr. Bruhn hat seine interdisziplinär ausgerichtete Lehr- und Forschungstätigkeit sofort intensiv aufgenommen und hält laufend Lehrveranstaltungen in großem Umfang ab, an denen Studierende sowohl der Universität als auch der Fachhochschule Mainz teilnehmen, wobei die betreffenden Studienmodule an beiden Hochschulen vollständig in die regulären Studienpläne integriert sind. Unterstützt wurde die Professur auch durch eine wissenschaftlichen Mitarbeiterstelle, die bis zum Ende 2008 aus Mitteln des Exzellenzclusters ‚Geocycles: Time and Space in the Earth Sciences‘ finanziert werden konnte.

Die etablierte Zusammenarbeit am Wissenschaftsstandort Mainz zwischen Geisteswissenschaftlern, Naturwissenschaftlern und Ingenieurwissenschaftlern, dessen Kern die Partnerschaft zwischen Universität Mainz, Fachhochschule Mainz und Römisch-Germanischem Zentralmuseum bildet, entfaltet sich zunehmend weiter. Die am Hochschulstandort Mainz in diesem Cluster vorhandene Kompetenz, und zwar im Blick auf fachliche Exzellenz, Fähigkeit zur effektiven und effizienten Durchführung von Forschungsprojekten und Integration von Forschung und Lehre dürfte bundesweit jedem Vergleich Stand halten können. Nachfolgend soll ein kurzer Überblick über einige besonders erwähnenswerte aktuelle Projekte und die weiteren Perspektiven des Kompetenzzentrums gegeben werden.

Im Kompetenzzentrum liegt nach einer Vielzahl mit verschiedenstem hochmodernem Mess- und Auswerteinstrumentarium durchgeführten Projekte umfangreiches Know-how vor, um insbesondere archäologische und denkmalpflegerische Projekte von Seiten der

Mess- und Informationstechnik angemessen zu planen und durchzuführen. Damit ist gewährleistet, dass die in unterschiedlichen Fachgebieten beheimateten Wissenschaftler und anderen Fachleute kompetent beraten und ihre Anforderungen in angemessener Weise umgesetzt werden, so dass sie die Ergebnisse in der tatsächlich benötigten Form und Qualität erhalten.

Das Landesexzellenzcluster ‘Geocycles Time and Space in the Earth Sciences‘ wurde im Jahr 2008 abgelöst durch das Forschungszentrum ‚Erdsystemwissenschaften’. Im Jahr 2007 hatte sich das Kompetenzzentrum mit der Nutzbarmachung geophysikalischer Prospektionsmethoden für archäologische Zwecke sowie mit dem Aufbau eines raumbezogenen Informationssystems zwecks Rekonstruktion eines vorgeschichtlichen Lebensraums bei Otzenhausen (Saarland) in Zusammenarbeit mit dem Institut für Vor- und Frühgeschichte der Universität Mainz beschäftigt. Im Mittelpunkt des archäologischen Interesses steht hierbei der Nachweis einer über Subsistenz hinaus reichenden vorgeschichtlichen Nutzung der reichen Eisenerzvorkommen des Untersuchungsgebietes und einer möglichst detaillierten Rekonstruktion des historischen Siedlungsraums. Die Arbeiten wurden über das Bestehen des Landesexzellenzclusters hinaus fortgeführt und sollen in eine derzeit im Aufbau befindliche Nachwuchsgruppe im Forschungszentrum ‚Erdsystemwissenschaften’ überführt werden, um die erarbeiteten Ergebnisse weiter nutzen und damit deren Nachhaltigkeit gewährleisten zu können.

Unter Federführung des Römisch-Germanischen Zentralmuseums läuft seit Februar 2006 das auf einen Zeitraum von drei Jahren ausgelegte Projekt ‚Geometrische Dokumentation im Bergland der Krim / Ukraine’. Im Mittelpunkt stehen zwei Höhensiedlungen im Süden der Halbinsel. Mehr als 600 Höhlen sind für die Archäologen von großem Interesse. Im Jahr 2008 standen eher Ergänzungen bereits durchgeführter Arbeiten im Vordergrund. Neben tachymetrischen Aufnahmen wurde verstärkt auch terrestrische Stereophotogrammetrie, auch unter Beteiligung von Studierenden eingesetzt. Weiterhin wurden umfangreiche vor Ort vorhandene Unterlagen, z.B. Pläne und Karten, in einem raumbezogenen Informationssystem integriert, was den beteiligten Fachwissenschaftlern wertvolle neue Erkenntnisse ermöglicht.

Im Jahr 2007 war ein neu angeschaffter Phasenscanner zur Dokumentation byzantinischer Werkstätten in Ephesos / Türkei eingesetzt worden. In Zusammenarbeit mit den Archäologen der Forschungsstelle Forschungsbereich Vulkanologie, Archäologie und Technikgeschichte des Römisch-Germanischen Zentralmuseums wurden 122 Millionen Punkte im Jahr 2008 prozesssiert. Aus den ursprünglich dreidimensionalen Ergebnissen wurden 2D-Pläne in Zusammenarbeit mit Archäologen des RGZM und Bauforschern des ÖAI (Österreichisches Archäologisches Institut) erarbeitet. Die Ergebnisse der Dokumentation des baulichen Ist-Zustandes der Werkstatt sind eine eingefärbte Punktwolke der Werkstatt zum Betrachten in einem freien Viewer, mehrere Panoramabilder in verschiedenen Projektionen, ein 3D-Linienmodell sowie die verschiedenen 2D-Pläne für die bevorstehende Publikation des Projektes am RGZM.

In Zusammenarbeit mit der Universität Heidelberg (Prof. Dr. Paul Yule, Institut für Ur- und Frühgeschichte und Vorderasiatische Archäologie) läuft seit 1998 das Projekt zur Erforschung der antiken Stadt Zhafar / Jemen, deren Überreste sich am heutigen Ort Zhafar, 130 km südlich der Hauptstadt Sana’a im jemenitischen Hochland auf bis zu 3.000 m Höhe befinden. In der Feldkampagne 2008 wurden eine neu entdeckte, archäologisch sehr bedeutsame Statue sowie antike Bewässerungsanlagen dokumentiert

Die Zusammenarbeit mit dem Seminar für Altes Testament und Biblische Archäologie des Fachbereichs Evangelische Theologie der Johannes-Gutenberg Universität Mainz (Prof. Dr. Wolfgang Zwickel) begann im Jahr 2004, um während der zehnjährigen

Laufzeit des archäologischen Langzeitvorhabens „Kinneret Regional Project“ am See Gennesaret (Israel) künftig innovative Mess- und Informationstechnik einsetzen zu können. Im Jahr 2008 wurden von einem Heißluftballon aus erfasste Bilder für Messzwecke nutzbar gemacht, um dreidimensionale photogrammetrische Auswertungen zu realisieren.

Die beiden Institute IProD und i3mainz der Fachhochschule Mainz arbeiten gemeinsam an der Fortentwicklung des Methodeneinsatzes moderner Messverfahren für Aufgaben der Denkmalpflege. Im Fokus der Arbeiten steht unter anderem die Fortentwicklung der bildgestützten Messmethodik, vor allem mit dem Ziel, diese Technologie so aufzubereiten, dass sie in absehbarer Zeit ohne den fachlichen Beistand des Geodäten vom Anwender eingesetzt werden kann.

Gegenstand der in Kooperation mit der Fachhochschule Bochum, einigen öffentlichen Einrichtungen der Denkmalpflege in NRW und zwei Softwareunternehmen laufenden Arbeiten ist der Aufbau eines raumbezogenen Informationssystems für Aufgaben der Industriearchäologie. Dabei wird der messtechnische Schwerpunkt durch die Kollegen in Bochum beigetragen, während am i3mainz die informationstechnische Komponente angesiedelt ist. Die damit verbundene Entwicklung der Methodik zur effektiven Verwaltung heterogener Datensätze und deren direkte Nutzung für die Rekonstruktion der Objekte und die Ableitung archäologisch relevanter Aussagen bedeutet gleichzeitig den Einstieg in ein neues Technologiefeld und schafft die Möglichkeit die Kompetenz des Institutes in diesem Umfeld zu stärken und für die Zukunft abzusichern.

Erstmals ist es gelungen, im Bereich der Sprachwissenschaft mit universitären und außeruniversitären Partnern erfolgreich an einer Ausschreibung in den Fachprogrammen des BMBF teilzunehmen. Das geförderte Projekt hat das Ziel, mit modernen hochauflösenden Messverfahren chinesische Schrifttafeln zu vermessen, digital aufzubereiten, über das Internet zu präsentieren und den Sprachwissenschaftlern als Grundlage für ihre Forschungen bereitzustellen. Das Projekt steht unter dem Titel ‚3D-Sutren – Interaktive Analysewerkzeuge für einen Web-Atlas gescannter Sutratexte in China’ und wird gemeinsam mit Prof. Dr. Lothar Ledderose von der Heidelberger Akademie der Wissenschaften und Prof. Dr. Alexander Zipf (Geographisches Institut der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn) bearbeitet.

Auch die Zusammenarbeit mit dem Institut für Steinkonservierung konnte fortgesetzt werden und dürfte auch sicherlich noch zukünftig gemeinsame Ansatzpunkte zeigen. Gegenstand der Aktivitäten ist der Einsatz hochgenauer Messverfahren zur Dokumentation der geometrischen und visuellen Charakteristik von Gesteinsoberflächen ausgewählter Denkmäler. Dabei wird der Frage nachgegangen, inwieweit moderne Messverfahren eine frühzeitige und quantitativ belastbare Aussage zu möglichen Zerfallsprozessen an den Oberflächen erlauben. In diesen Kontext wird in Zukunft auch die Kompetenz der Universität Dijon auf dem Feld der multispektralen Bilderfassung eingebunden, um auch über einen größeren Zeitraum hinweg vergleichbare Spektralmessungen integrieren zu können.

Ansatzpunkte für neue Kooperationen ergeben sich aus ersten gemeinsamen Aktivitäten mit dem Labor für Bauaufnahme und Bauforschung der FH Wiesbaden, dem Institut für Baugeschichte der BTU Cottbus und Gliederungen des Deutschen Archäologischen Instituts, in deren Zusammenhang Fragestellungen um verschiedene interessante archäologische Objekte behandelt werden. Aufgabe des i3mainz ist dabei natürlich die Unterstützung durch den angemessenen Einsatz von verschiedensten Messeinrichtungen und die adäquate Prozessierung der Daten. Damit wird in vielen Fällen erst die Grundlage für verlässliche archäologische Analysen geschaffen. In diesem Zusammenhang ist unter Federführung von Kai Bruhn das i3mainz auch erstmals

an einem DFG-Antrag beteiligt, der von der Abteilung Istanbul des DAI eingereicht wurde, wie auch generell diese neuen Kontakte auf das Engagement unseres neuen, auf die Strukturreformstelle berufenen Kollegen zurückgehen.

Die erwähnten Projekte stellen lediglich einen Ausschnitt aus dem gesamten Arbeitsspektrum dar. Detaillierte Informationen zu einzelnen Projekten des Kompetenzzentrums sind in Kapitel 5.2 dieses Jahresberichts zu finden.

2. ENTWICKLUNG IM BERICHTSZEITRAUM

2.1. MITTELEINNAHMEN 2008

Durch Zuteilung beantragter Haushaltsmittel aus genehmigten Forschungsanträgen sowie bestehenden Drittmittelverträgen konnte das Institut im Jahr 2008 insgesamt

€ 1.157.632,00 (Vorjahr € 1.313.277,00)

einnehmen.

Bezüglich der Herkunft der eingegangenen Mittel ergeben sich folgende Anteile:

2008 2007

Fachhochschule Mainz 19,6% 12,5%

Ministerium für Wissenschaft, Weiterbildung, Forschung und Kultur, Rheinland-Pfalz 15,6% 13,7%

Bund, Länder und Gemeinden 39,0% 30,2%

Öffentliche Stiftungen 19,1% 17,8%

Private Auftraggeber und Private Stiftungen 6,0% 20,7%

Europäische Union 0,7% 5,1%

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Im Vergleich zum Vorjahr sind die Einnahmen leicht zurückgegangen, liegen aber immer noch deutlich über der Grenze von 1 MioEUR. Dabei entfiel der größte Anteil auf die Drittmittel aus dem Bereich des Bundes, der prozentual auch noch einmal gesteigert werden konnte. Hierin drücken sich die derzeitigen Erfolge in der Beantragung von F&E-Projekten beim BMBF aus. Im Bereich der privaten Auftraggeber sind die Mittelzuflüsse allerdings zurückgegangen, was auf die Beendigung eines ProINNO - Projektes zurückzuführen ist. In diesem Bereich werden in der Zukunft wieder verstärkt Aktivitäten zum Aufbau neuer Partnerschaften und zur Suche nach potenziellen Drittmittelgebern zu unternehmen sein. Eine nach wie vor große Rolle spielen die Zuweisungen im Rahmen des Kapitels 0912, wie auch die auf Basis des Drittmittelaufkommens von der FH Mainz zugeteilten Gelder in TGr. 71..

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2.2.2. PERSONELLE VERÄNDERUNGEN

Im Berichtszeitraum konnten folgende Mitarbeiter über befristete Verträge neu eingestellt werden:

Dipl.-Ing. (FH) Stefan Hauth (seit Oktober 2008) Dipl.-Ing. (FH) Christian Mayer (seit Oktober 2008) Dipl.-Ing. (FH) Natalie Schmidt (seit Oktober 2008) Dipl.-Ing. (FH) Bettina Siegrist (seit Oktober 2008) Dipl.-Ing. Falk Würriehausen (seit September 2008)

Durch Abschluss der Projekte oder durch Übernahme einer externen unbefristeten Anstellung haben

Dipl.-Ing. (FH) Martin Böhler (Oktober 2008) M. Eng. Christoph Raab (Oktober 2008) M. Eng. Mirko Siebold (September 2008) Dipl.-Ing. (FH) Albrecht Weiser (März 2008)

das Institut verlassen.

2.2.3. VORÜBERGEHEND MITARBEITENDE

Das Institut hat auch im Berichtsjahr wieder Praktikumsplätze angeboten und so den Studierenden die Möglichkeit zu einer längerfristigen Mitarbeit in Forschungs- und Entwicklungsprojekten gegeben. Im Übrigen waren mehrere Studierende entweder als mittelfristig bezahlte studentische Hilfskräfte oder als kurzzeitig eingebundene Hilfen in unterschiedlichstem Umfang am Institut beschäftigt.

2.2.4. PROMOTIONEN

In einigen Projekten kann den Mitarbeitern die Gelegenheit zur Promotion angeboten werden. Momentan machen von dieser Möglichkeit Gebrauch:

Dipl. Geogr. Michael Bauer, in Kooperation mit der Universität Bonn

M.Sc. Ashish Karmacharya, in Kooperation mit der Universität Burgund

M.Sc Wanjing Li, in Kooperation mit der Universität Burgund

M.Eng. Andreas Marbs, in Kooperation mit der TU Dresden

Dipl.-Ing. Kathrin Schilling, in Kooperation mit der TU Darmstadt

Dipl. Geogr. Arne Schilling, in Kooperation mit der Universität Bonn

Dipl.-Ing. Beate Stollberg, in Kooperation mit der Universität Bonn

2.2.5. PERSONELLE SITUATION

In diesem Jahr konnte das Berufungsverfahren für die aus Mitteln des Strukturfonds finanzierte W2-Professur mit der Berufung von Prof. Dr. phil. Kai Bruhn abgeschlossen werden.

Ein Schwerpunkt des Stelleninhabers ist der Aufbau eines Master-Studiengangs „Archäologie“ gemeinsam mit der Universität Mainz. Erste Schritte in dieser Richtung sind durch das erstmalige Angebot interdisziplinär ausgelegter Module zur Informations- und Messtechnik für Bachelor- und Masterstudierende der Archäologie an der Uni Mainz bereits getan. Daneben widmet sich Prof. Bruhn dem verstärkten Ausbau der Kontakte zu Kollegen und Einrichtungen aus der Archäologie. Dank seiner vielen Verbindungen

konnten schon in kurzer Zeit die Kontakte des Instituts ausgedehnt werden, wodurch in Zukunft sicherlich noch von einer Zunahme an Partnern in diesem Bereich ausgegangen werden kann.

Sehr problematisch für die weitere Entwicklung des Instituts sind die Schwierigkeiten mit der Nachfolgeregelung für Prof. Dr. Zipf, der im Jahr 2007 an die Universität Bonn berufen wurde. Durch den Wechsel ist dem Institut einerseits ein sehr aktiver Kollege verloren gegangen, andererseits fehlt die fachliche Kompetenz im Bereich der raumbezogenen Informationssysteme. Den Anträgen, die Stelle neu zu besetzen ist bislang von der Hochschulleitung unter Hinweis auf nötige Kapazitätsberechnungen nicht gefolgt worden. Trotz Nachweis des entsprechenden Bedarfs wird die Nachfolgeregelung nicht unterstützt. Angesichts der damit zu erwartenden weiteren Verzögerungen sind wachsende Kapazitäts- und Kompetenzengpässe zu befürchten, die für die weitere Entwicklung des Instituts von erheblichem Nachteil sein dürften.

In verstärktem Maß sind die Mitarbeiter des Institutes auch wieder zur Unterstützung des Übungsbetriebes an der Lehreinheit GuV eingesetzt worden. Die Lehreinheit muss immer noch mit lediglich zwei Assistenten das komplette Übungsprogramm in allen Studiengängen bewältigen. Durch die derzeit parallele Führung von Bachelor-, konsekutivem Master-, auslaufendem Diplom- und berufsbegleitendem Master-studiengang kann ein massiver Qualitätsverlust im Übungsbetrieb nur durch die Einbeziehung der wissenschaftlichen Mitarbeiter vermieden werden.

In Bezug auf die Lehrveranstaltungen des berufsbegleitenden Masterstudiengangs ‚Geoinformatik‘, die ausschließlich am Wochenende stattfinden, bedeutet die Betreuung der praktischen Übungen in den Computerlabors für die Mitarbeiter des Instituts einen verstärkten Einsatz am Wochenende. Dank der Flexibilität der Beteiligten konnte die notwendige Unterstützung auch im Berichtszeitraum sichergestellt werden.

2.3. WIRTSCHAFTLICHE BASIS

Die wirtschaftliche Situation ist als positiv einzuschätzen. Der Mittelzufluss hat auch in diesem Jahr die Marke von 1.000.000 EUR wieder überschritten. Ein Erfolg, der nur dem Engagement vieler Professoren und damit auch der breiten Unterstützung in der Lehreinheit zu verdanken ist.

Nach wie vor ist die wirtschaftliche Basis sehr von den Erfolgen der Projektanträge geprägt. Dies wird in diesem Jahr besonders deutlich an den vom Bund eingeworbenen Drittmitteln. Betrachtet man nur die außerhalb des MBWJK und der FH Mainz erwirtschafteten Mittel, dann entfallen auf das BMBF über 60 % der Mittelzuflüsse. Damit gehen je nach Bewilligungssituation zwangsläufig stärkere Schwankungen im gesamten Budget des Instituts einher.

In Bezug auf die Projekterfolge sind auch im Berichtsjahr wieder neue BMBF-Anträge angenommen worden. Erstmals wurde in der jungen BMBF-Förderlinie „IngenieurNachwuchs“ ein Antrag gestellt und genehmigt. Prof. Dr. Kern erhielt für sein Projekt „Bildverarbeitungsgestütztes Kalibrier-, Prüf- und Feldprüfverfahren für Terrestrische Laserscannersystem zur Qualitätssteigerung (SigmaTLS+)“ ein entsprechend hohes Ranking der Gutachter und die für eine Genehmigung notwendige Punktzahl. Ein weiterer, in der Förderlinie FHProfUnd eingereichter Antrag wurde ebenfalls als förderwürdig eingestuft, erreichte aber nicht die für eine Förderung nötige Punktzahl (91 von 100). Das Niveau der Fördergrenze befand sich damit wieder auf einer Höhe aus der Zeit vor der Aufstockung der Mittel in diesem Förderprogramm. Zahl und Qualität der Förderanträge hat offenbar stark zugenommen, weshalb nur Anträge auf allerhöchstem Niveau eine Chance haben.

Besonders erfreulich ist der Antragserfolg in einem interdisziplinären Schwerpunkt des BMBF. Im Programm „Wechselwirkung zwischen Geistes- und Naturwissenschaften“ hatte der Verbundantrag „Interaktive Analysewerkzeuge für einen Web-Atlas gescannter Sutratexte in China - Interpretation buddhistischer Schriftzeichen mit Methoden der Informations- und Messtechnik (3D-Sutren)“ Erfolg. Im Verbund arbeiten die Heidelberger Akademie der Wissenschaften – Forschungsstelle Buddhistische Steinschriften, das Geographische Institut der Universität Bonn - Lehrstuhl Kartographie - und das i3mainz. Damit ist dem Institut erstmals gelungen, außerhalb der für die Forschungsförderung an Fachhochschulen explizit eingerichteten Förderlinien einen hochkarätigen Antragserfolg zu erzielen. Durch die beiden Genehmigungen fließen dem Institut in den nächsten 3 Jahren ca. 500.000 EUR Drittmittel zu.

Ein besonders erfreulicher Erfolg ist durch die Genehmigung des EU-Projektes „EACOVIROE - Enhance the Attractiveness of COmputer VIsion and RObotics in Europe“ zu verzeichnen, in dem das i3mainz als alleiniger deutscher Partner vertreten ist. Das Projekt wird federführend von der Universität Burgund geleitet und führt 17 Partner in einem Netzwerk zusammen, dessen Ziel die Förderung der Attraktivität von „Computer Vision und Robotics“ in Europa ist. Die Zielgruppe sind Studierende und Universitäten/Hochschulen im Europäischen und Asiatischen Raum.

Das Konsortium besteht aus renommierten Lehrinstitutionen aus dem Europäischen und Asiatischem Raum. Damit ist das EU-Projekt EACOVIROE eine ideale Plattform für den weiteren Ausbau hochschulübergreifender Kooperationen und steigert die Attraktivität der Ausbildung an der Lehreinheit Geoinformatik und Vermessung vor allem auch für ausländische Studierende in erheblichem Maße. Aber auch die FH Mainz als Ganzes profitiert von der zusätzlichen internationalen Ausrichtung in ihren Reihen.

Auf dem Gebiet der Industriekooperationen ist die Zusammenarbeit mit den zwei weltweit führenden Herstellern von Laserscannern (Leica, Faro) weiter geführt worden. Leica hat in diesem Zusammenhang eine Benchmarkuntersuchung an das i3mainz vergeben, in deren Kontext verschiedene Gerätesysteme auf dem Prüfparcours des Instituts untersucht werden sollten. Aussichtsreiche Diskussionen in Bezug auf Kooperations-ansätze sind außerdem mit weiteren Firmen aus dem Gebiet der optischen Messtechnik geführt worden, wodurch sich die Grundlage für gemeinsame Aktivitäten in der Zukunft zwangsläufig verbessert.

Nach wie vor von erheblicher Bedeutung ist die Förderung durch das Ministerium im Zusammenhang mit Forschungsschwerpunkt und Kompetenzzentrum. Durch die hiermit gewonnene Flexibilität kann auf unterschiedlichste Projektanfragen reagiert, durch darauf bezogene Studien die technologische Basis verbreitert und das daraus entstehende Wissen für gewisse Zeit im Institut gebunden werden. Nur so lässt sich die breite Kompetenz auch über längere Frist erhalten und die Rolle als kompetenter Ansprech-partner in den verschiedensten Themenfeldern ausfüllen.

2.4. EINRICHTUNG

Die technische Ausstattung ist nach wie vor überdurchschnittlich und von essentieller Bedeutung. Dies gilt für die Rechnerausstattung einschließlich Software und vor allem für die vorhandenen Spezialgeräte (diverse Laserscanner, höchstauflösende Digitalkameras, photogrammetrisches Stereoauswertesystem, GNSS, Präzisionsscanner etc.). Im Laufe des Jahres konnte die Qualität der Ausrüstung weiter gesteigert werden, da über eine Mischfinanzierung und entsprechende Verhandlungen mit dem Hersteller das Streifenprojektionssystem auf die beste, derzeit verfügbare Leistungsklasse aufgerüstet werden konnte und zusätzlich aus Mitteln des Hochschulbauförderungsgesetzes eine zukunftssichere Ausrüstung mit GPS/ GNSS Empfängern angeschafft wurde.

In Bezug auf die Räumlichkeiten laufen die Vorbereitungen für einen Umzug in den FH-Neubau. Für die Labore (Metronomie, Photogrammetrie) ist dadurch mit Verbesserungen zu rechnen, die auch den Möglichkeiten in den Projekten zugute kommen. Beispielsweise ist die angestrebte Zertifizierung unter den aktuellen Rahmenbedingungen nicht umsetzbar, weshalb die entsprechenden Projektaktivitäten erst durch den Umzug erfolgreich abgeschlossen werden können. Auch die erwartete Anschaffung einer multimedialen, immersiven Stereoprojektionswand im Labor für Photogrammetrie wird neues Potenzial erzeugen, das z.B. dem Schwerpunkt Informationstechnik zugute kommt.

2.5. INTERNATIONALE KONTAKTE

Die auf internationaler Ebene vorhandenen Kontakte sind weiter gepflegt und ausgebaut worden.

In Bezug auf die enge Zusammenarbeit mit der Universität Burgund sind die Professoren Dr. Boochs und Dr. Klonowski in eine dort laufende Promotion als Mitglieder des wissenschaftlichen Gutachtergremiums eingebunden. Außerdem war Dr. Boochs Gutachter im Habilitationsverfahren des französischen Kollegen Dr. Franck Marzani.

Im Zuge dieser Zusammenarbeit gab es auch mehrere gegenseitige Treffen (Prof. Cruz, Prof. Marzani in Mainz, Prof. Boochs in Dijon), die zur Koordination der gemeinsamen Aktivitäten und Fortentwicklung der Zusammenarbeit dienten.

Auf Grundlage der jeweiligen Kompetenzen konnten neue Partnerschaften mit weiteren Institutionen initiiert werden. Durch Kenntnis der inhaltlichen Schwerpunkte konnte vom Institut eine Diskussion zwischen Partnern aus dem Fraunhofer Vision Netzwerk und Forschungslabors der Regionen Burgund und Franche Compté angeregt werden. Als Folge hat sich eine Gruppe von Wissenschaftlern aus den angesprochenen Einrichtungen gebildet, die die jeweiligen Kenntnisse bündeln und in einem gemein-samen Projekt auf dem Gebiet der Dermatologie aktiv voranbringen wollen.

Elemente der deutsch-französischen Zusammenarbeit sind derzeit:

� Betreuung eines Mitarbeiters am i3mainz als Doktorand an der Universität Dijon. Die angestrebte kooperative Promotion konnte leider nicht umgesetzt werden, da die formalen Rahmenbedingungen dies Fachhochschulen derzeit noch verwehren.

� Unterstützung eines BMBF-Antrages durch die Universität Burgund� Vorbereitung eines Kooperationsprojektes im Verbund mit den Universitäts-

krankenhäusern Dijon und Besancon, dem Labor für Bildverarbeitung (Le2i) an der Uni Dijon, den Laboren für Informatik und Optik (LIFC, FEMTO-ST) der Universität Besancon und dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltkreise in Erlangen

� Ausdehnung der Zusammenarbeit mit dem Le2i auf Fragen der Einsatzes der Multispektralsensorik für Aufgaben der Steinkonservierung und weitere Kooperation mit dem Institut für Steinkonservierung in Mainz

Innerhalb der FIG – Federation Internationale des Geometres beteiligt sich das Institut an der weltweiten Verbreitung von know how im Bereich des Geodatenmanagements. Als wesentliche derzeitige Aktivität soll das Projekt der Working Group 3.2 ‚Spatial Information Management’ (Co-Chair Prof. Dr. Müller) genannt sein, das an Hand einer weltweit angelegten Untersuchung Ansätze zur Unterstützung des Managements von Megacities durch raumbezogene Informationstechnik darstellen will. Das Institut hat zu diesem Zweck gemeinsam mit dem DVW – Gesellschaft für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement die Organisation eines hochkarätig besetzten internationalen Workshops Anfang Februar 2009 im Kurfürstlichen Schloss in Mainz übernommen.

3. ÖFFENTLICHKEITSARBEIT

3.1. 10 JAHRE I3MAINZ

Vor der Sommerpause beging das i3mainz den 10. Jahrestag seiner Gründung. Zu diesem Anlass war die Öffentlichkeit in das Museum für Antike Schifffahrt geladen worden, um einem interessanten Vortragsprogramm beizuwohnen und sich in einer umfangreichen Ausstellung die Vielfalt aktueller und abgeschlossener Projekte des Instituts anzusehen. Rund 100 Personen fanden sich zu diesem Event ein und folgten den informativen Präsentationen von Dr. Falko Daim, Direktor des Römisch-Germanischen Zentralmuseums und Prof. Dr. Fritsch, Direktor des Instituts für Photogrammetrie der Universität Stuttgart, die einen Einblick in die wesentlichen Beiträge der Informations- und Messtechnik für archäologische Aufgabenstellungen gaben und Konzept und Anwendungspotenzial moderner Scantechniken beleuchteten. Anregende Gespräche bei Sekt und Brezel rundeten die Feier ab, mit der die erfolgreiche Arbeit der letzten Jahre angemessen gewürdigt werden konnte.

3.2. NACHWUCHSARBEIT AM I3MAINZ

KINDERUNI

Am 10. Oktober beteiligten sich Lehreinheit Geoinformatik und Vermessung und i3mainz an den Aktivitäten der "Kinderuni" der Fachhochschule Mainz. Dabei wurde ein Konzept für eine "Stadtsuche" erarbeitet, in das viele Erfahrungen der Projektarbeiten des i3mainz einflossen. Das immer beliebter werdende "Geocaching", das Auffinden von Orten mittels GPS, wurde dabei angereichert mit Fragen zur Geschichte der Stadt Mainz. Die zwanzig Kinder wurden in Gruppen aufgeteilt. Ausgestattet mit einer Reihe von Aufgaben und einem GPS-Empfänger begaben sie sich auf die Suche. An jedem Ort, von dem nur die Koordinate bekannt war, musste eine Aufgabe gelöst werden. Als Belohnung gab es einen Umschlag mit der Position der folgenden Ortsmarke. Nach etwa zwei Stunden hatten alle Gruppen, begleitet von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Lehreinheit und des i3mainz, ihre Schleifen durch die Mainzer Innenstadt gezogen. Die gespeicherten GPS-Tracks wurden anschließend in Google Earth ausgewertet und die Ergebnisse abschließend im Internet zur Verfügung gestellt. Weitere Informationen und die Resultate stehen unter http://www.geoinform.fh-mainz.de/kinderuni/stadtsuche der Öffentlichkeit zur Verfügung.

I3MAINZ AN SCHULEN

Im Rahmen des Programms „Wissen schafft Zukunft“ der Rheinland-Pfälzischen Landesregierung wird für Frühjahr 2009 die Vorbereitung eines dreitägigen „Schnupperkurses für Schülerinnen und Schüler“ zum Thema „Panoramafotografie im Welterbe Mittelrheintal“ gefördert. Die Projekttage sensibilisieren und informieren die Schülerinnen und Schüler hinsichtlich der primär ingenieurwissenschaftlich geprägten Studiengänge

• Geoinformatik (Fachhochschule Mainz), • Geoinformatik und Vermessung (Fachhochschule Mainz), • Archäologie und Geoinformation (hochschulübergreifend; Johannes Gutenberg-

Universität und Fachhochschule Mainz, aktuell im Aufbau).

In den erstgenannten Studiengängen sind Frauen noch unterrepräsentiert, daher ist eine ergänzende Kooperation mit dem Ada-Lovelace-Projekt der Fachhochschule, auch als spezieller Workshop für Schülerinnen, geplant.

Die Teilnehmenden werden an drei Tagen jeweils tagsüber von Studierenden und einer Mitarbeiterin / Mitarbeiter aus dem i3mainz (Institut für Raumbezogenen Informations-

und Messtechnik) der Fachhochschule Mainz betreut. Diese sind erste Ansprechpersonen für die Schülerinnen und Schüler und wirken damit gleichzeitig als Identifikationsfigur, weil sie nur unwesentlich älter sind und ebenfalls auf der Seite der „Abnehmerinnen und Abnehmer“ der Dienstleistungen der Hochschule stehen.

Neben diesen Aktivitäten hat sich das i3mainz, wie in den vorangegangenen Jahren auch, im Berichtszeitraum erneut in der Freie Waldorfschule Mainz mit Technologie- und know-how-Transfer engagiert und interessierten Schülerinnen und Schülern neben der klassischen terrestrischen Vermessung auch die geodätische Satellitennavigation mit Hilfe praktischer Übungen näher gebracht.

3.3. VERANSTALTUNGEN FÜR DIE BREITE ÖFFENTLICHKEIT

TAG DER OFFENEN TÜR DER FH MAINZ

Wie in jedem Jahr präsentierte sich das i3mainz gemeinsam mit der Lehreinheit Geoinformatik und Vermessung mit hochkarätigem technischem Equipment und entsprechend starker personeller Ausstattung auf dem Tag der offenen Tür der FH Mainz, um den Besuchern das Berufsbild und die Studiengänge „Geoinformatik und Vermessung“ näher zu bringen. Der Erfolg des Auftritts lässt sich durch 3 Studierende belegen, die sich im Wintersemester 2008 / 2009 nicht zuletzt wegen der dargebotenen Präsentationen zum Bachelor-Studiengang eingeschrieben haben.

TAG DER FORSCHUNG

Im Juni zeigte das i3mainz beim Tag der Forschung an der Universität in Koblenz Flagge. Leider war das Angebot des Instituts an diesem Tag äußerst schlecht besucht, so dass aus Sicht des i3mainz nicht von einem Erfolg gesprochen werden kann.

WISSENSCHAFTSMARKT

Der Wissenschaftsmarkt im September in Mainz war besser besucht. Die Teilnahme des i3mainz wird für eine verbesserte Wahrnehmung der FH Mainz im Allgemeinen und der Geoinformatik und Vermessung im Besonderen in der Öffentlichkeit gesorgt haben.

AUSBILDUNGSMESSEN

Das i3mainz hat im Jahr 2008 die Lehreinheit Geoinformatik und Vermessung beim Auftritt auf zahlreichen Ausbildungsmessen unterstützt. Ziel hierbei ist stets das unbekannte Berufsbild „Geoinformatik und Vermessung“ und die damit verbundenen Chancen in zahlreichen Wachstumsmärkten den Schulabsolventen näher zu bringen. Beispielhaft seien hier genannt: Rotary-Berufsdienst (Mainz), Studienkundliche Vortragsreihe (FH Mainz), Wiesbadener Abituriententreff 2008 (Wiesbaden), horizon 2008 (Mainz). Daneben unterstützt das i3mainz in Kooperation mit der Lehreinheit Geoinformatik und Vermessung auch Aktionen wie Kinderuni und Girl´s Day mit Personal und Instrumentarium.

3.4. VERANSTALTUNGEN FÜR DIE FACHWELT

DENKMÄLER3.DE

Im November hat sich das i3mainz bei der Fachtagung Denkmäler3.de in Essen nicht nur als Aussteller / Präsentierender auf einer Messe / Tagung, sondern auch als Mitveranstalter engagiert. Themenschwerpunkte bildeten hier die Bereiche Industriearchäologie sowie aktuelle archäologische Dokumentationsverfahren, Bereiche also, in denen das i3mainz ausgewiesener Spezialist mit einer Vielzahl von Referenzprojekten ist. Die Tagung war hinsichtlich der Anbahnung fachlich-wissenschaftlicher Kooperationen für das i3mainz ein voller Erfolg.

3.5. TRANSFER VON PROJEKTERGEBNISSEN

Überwiegend betreibt das Institut anwendungsbezogene Forschung und Entwicklung die nicht exklusiv an bestimmte Auftraggeber gebunden ist, sondern aus öffentlichen Mitteln finanziert wird und daher mit der ausdrücklichen Verpflichtung verbunden ist, die Erkenntnisse der Öffentlichkeit zugänglich zu machen. Dies bedeutet, dass For-schungsergebnisse in Vorträgen und Präsentationen vorgestellt, in gedruckter Form publiziert und in digitaler Form im Internet zugänglich gemacht werden. Dieser Aufgabe sind die am Institut Mitarbeitenden auch im Berichtsjahr nachgekommen, wie die nachfolgenden Kapitel zeigen.

Ebenso sind die Tätigkeiten der Institutsleiter in nationalen und internationalen wissenschaftlichen Gremien und Gutachterausschüssen diesen Zielen zuzurechnen. Wis-senschaftler und Studierende, insbesondere auch aus anderen Instituten, Hochschulen und Fachdisziplinen, werden im Institut beraten. Schließlich profitieren auch die Studierenden der eigenen Hochschule in vielfältiger Weise von den Aktivitäten des Instituts.

3.6. GEDRUCKTE INFORMATION

Wiewohl sich das Internet mittlerweile als wichtigstes Medium für die Vermarktung der eigenen Aktivitäten und das Ansprechen neuer Interessenten etabliert hat, wird nach wie vor Wert auf die Unterrichtung bestimmter Leserkreise durch gedruckte Informationen gelegt. Dazu wird beispielsweise in unregelmäßigen Abständen ein Informationsblatt im Umfang von einer Seite herausgegeben, das in Kurzform über aktuelle Aktivitäten im Institut berichtet. Im abgelaufenen Jahr konnten wieder vier Blätter aufgelegt werden.

Daneben stellen gedruckte Kurzberichte über Projekte und Kompetenzbereiche ein wesentliches Mittel zur Öffentlichkeitsarbeit stellen dar. Die Berichte im Umfang einer DIN-A4-Seite werden lose in einer Mappe abgegeben.

3.7. DAS I3MAINZ IM INTERNET

Das Institut betreibt seit Jahren eine eigene Homepage und präsentiert dort immer aktuelle Informationen:

http://www.i3mainz.fh-mainz.de

Auf mehreren hundert Seiten werden die Projekte und das Leistungsspektrum des Institutes präsentiert. Ein speziell programmierter Suchalgorithmus, der auf eine integrierte Datenbank zurückgreift, demonstriert auch die Internet-Kompetenzen des i3mainz. Die Seiten können wahlweise in deutscher oder englischer Sprache abgerufen werden. Fast alle Publikationen aus dem i3mainz können im Internet in ihrem vollen Text- und Bildumfang eingesehen werden.

Von großer Resonanz ist auch die eigens zum Thema „Laserscanning“ aufgebaute Seite

http://scanning.fh-mainz.de

In mehreren Forschungsdatenbanken des Internet ist das i3mainz aufgeführt und mit Links eingebunden.

3.8. DAS I3MAINZ AUF MESSEN

CEBIT

Wie auch in den vergangenen Jahren hat das i3mainz die Fachhochschule auf der Computermesse CeBIT, der weltgrößten ihrer Gattung, vertreten. Dabei konnte das

Institut wieder vom Angebot des Landes Rheinland-Pfalz Gebrauch machen und auf dem landeseigenen Stand präsentieren. Neben einer allgemeinen medialen Präsentation des Technologieangebotes des i3mainz stand in diesem Jahr das Projekt „Entwicklung eines Verfahrens zur Geometriebestimmung mittels adaptiver Projektion (AdPro)“ (siehe im Kap. Projekte) im besonderen Fokus. Das Projekt entstammt der Kooperation mit der Universität Dijon und ist damit gleichzeitig ein Beleg für die fruchtbare Zusammenarbeit mit der rheinland-pfälzischen Partnerregion Burgund. Die Präsenz hat viele interessante und anregende Gespräche ausgelöst und hat so die Beteiligung zu einer erfahrungsreichen Aktion werden lassen.

CONTROL

In fast vergleichbarer Tradition hat sich das Institut auch auf der CONTROL 2008, Deutschlands größter Messe zur Industriemesstechnik, präsentiert. Über die Beteiligung am Vision-Netzwerk der Fraunhofer Gesellschaft konnten Entwicklungen auf dem Sonderstand „Optische Messtechnik“ ausgestellt werden. Die gute Öffentlichkeitsarbeit seitens Fraunhofer hat zum Besuch vieler Interessenten und zu vielen aufschlussreichen Gesprächen geführt.

3.9. KLEINERE PUBLIKATIONEN FÜR BREITE LESERKREISE

Müller, H.: Der Arbeitskreis 2 „Geoinformation und Geodatenmanagement“ berichtet. DVW-Nachrichten 5/2008, 58. Jhrg., S. n-78 – n-79.

Kern, F.: Vermessung mit Lichtgeschwindigkeit. Interview. Business Geomatics, Nr. 9, 2008. S. 18

Hagedorn, B., Schilling, A., Neubauer, S., Zipf, A. (2008): 3D Portrayal Services - Use Cases. Open Geospatial Consortium Discussion Paper (pending). OGC DocNr. 08-140.

Zipf, A. Schilling, A., Neubauer, S. (2008) Geodateninfrastruktur-3D: ein interaktives 3D Stadtinformationssystem für Heidelberg im Internet – komplett auf Basis offener Standards. GIS Business. Köln.

Zipf, A. (2008): Open Standards, Free Geodata and 3D. GIMaster & Disasters. GIM International Magazine. October 2008.

Zipf, A. (2008): The interactive 3D city information system Heidelberg-3D on the Web - based on OGC standards & services. Geoinformatics magazine. Netherlands.

3.10. VERÖFFENTLICHUNGEN

ANDRAE, C. (2008): Spatial Schema - ISO 19107 und ISO 19137 vorgestellt und erklärt. Reihe: OpenGIS essentials – Die Geo-Standards von OGC und ISO im Überblick. Hrsg.: Andrae, C., Fitzke, J., Zipf, A. Wichmann Hüthig Verlag. Heidelberg.

BAUER, M., COORS, V., SCHULZ, T., ZIPF, A (2008).: Zur Nutzung von 3D-Stadtmodellen für mobile Navigationssysteme. GI-Days 2008. Interoperability and spatial processing in GI applications. GI-Tage Münster. Germany.

BOEHM, K., DAUB, E.: Geographical Analysis of hierarchical business structures by interactive drill down, Proceedings of 16th ACM SIGSPATIAL - International Conference on Advances in Geographic Information Systems, Irvine, November 2008.

BOOCHS F. , PRZYBILLA H.-J., Räumliches Informationssystem zur Erfassung, Dokumentation und Analyse industriearchäologischer Objekte (RIO), Denkmäler3.de, Essen, Zeche Zollverein, 2008

BOOCHS F., RAAB Ch., SCHÜTZE R., MEIER J., WIRTH H.: Ein Mehrbildkamerasystem zur räumlichen Vermessung von Objektkonturen, Luhmann (Hrsg.) Photogrammetrie, Laserscanning, Optische Messtechnik, Wichmann, 2008

BOOCHS F., HUXHAGEN U., KRAUS K. Potential of high-precision measuring techniques for the monitoring of surfaces from heritage objects, Int. Workshop In-situ Monitoring of Monumental Surfaces, SWM08, Florenz, 2008

BOOCHS, F., MÜLLER, H., KLONOWSKI, J. (Hrsg.): Aktuelle Arbeiten auf dem Gebiet der Informations- und Messtechnik, Festschrift zum 10. Jahrestag der Gründung des i3mainz. Schriftenreihe Informations- und Messtechnik, Band 7, Shaker Verlag, Aachen 2008.

BOOCHS, F.;KLONOWSKI, J.: i3mainz und die Internationalisierung in der Lehre, Schriftenreihe Informations- und Messtechnik, Band 7, Shaker Verlag, Aachen, 2008.

BOOS, S., HORNUNG, S., JUNG, P, MÜLLER, H.: Erfassung und Analyse von Lasercandaten zur Unterstützung der Landschaftsarchäologie, Publikationen der Deutschen Gesellschaft für Photogrammetrie, Fernerkundung und Geoinformation e.V (DGPF), Band 17, Potsdam 2008, S. 219 – 227.

BOOS, S., HORNUNG, S., JUNG, P, MÜLLER, H.: GIS based processing of multiple source prospection data in landscape archaeology. Proceedings of the 1st International Workshop on “Advances in Remote Sensing for Archaeology and Cultural Heritage Management”, Rome 30 September - 4 October, 2008, S. 113 -117.

BOOS, S. , HAUPT P. , HORNUNG S., JUNG P.: Erste landschaftsarchäologische Ergebnisse zum alten Bergbau bei Otzenhausen / Nordsaarland. Zeitschrift zur Geschichte des Berg- und Hüttenwesens - Fischbacher Hefte, Oktober 2008.

BOOS, S., HORNUNG, S., JUNG, P, MÜLLER, H.: GIS as a tool for processing hybrid prospection data in landscape archaeology. International Journal of Humanities and Arts Computing, im Druck.

BOOS, S., HORNUNG, S., JUNG, P., MÜLLER, H.: Spatial processing of multiple source prospection data in landscape archaeology. Conference Proceedings, TOPCART 2008, International Congress on Geomatic & Surveying Engineering, 18 to 21 February, 2008, Valencia, Spain

BRINKHOFF,T., M. BERTLIN, J. BIERMANN, T. GERVENS, R. KÖNIG, D. KÜMPER, P. NEIS, B. STOLLBERG, C. ROLFS, A. WEISER, J. WEITKÄMPER, A. ZIPF (2008): Offenes Katastrophenmanagement mit freiem GIS - Zur interoperablen Kopplung von Leitstellensystem, mobilen Clienten und GDI mit Prozessierungsdiensten. AGIT 2008. Symposium für angewandte Geoinformatik. Salzburg. Austria.

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KARMACHARYA A., CRUZ Ch., MARZANI F., BOOCHS F., Industrial Archaeology: Case study of Knowledge Management for Spatial Data of Findings, Adaptive Hypermedia, Hannover, 2008

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KERN, F. & HUXHAGEN, U.: Ansätze zur Kalibrierung von terrestrischen Laserscannern. In: Boochs, F. (Hrsg.) & Klonowski, J. (Hrsg.) & Müller, H. (Hrsg.): Aktuelle Arbeiten auf dem Gebiet der Informations- und Messtechnik - Festschrift zum 10. Jahrestag der Gründung des i3mainz. Shaker, 2008, (Schriftenreihe Informations- und Messtechnik Band 7), S. 35-44

KERN, F. & HUXHAGEN, U.: Ansätze zur systematischen Prüfung und Kalibrierung von terrestrischen Laserscannern. In.: Niemeier, W. (Red.) & Schäfer, M. (Red.): Terrestrisches Laserscanning (TLS 2008), Schriftenreihe des DVW, Band 54, Wißner, Augsburg, 2008, S. 111-124

KLONOWSKI, J.: i3mainz – Kompetenzzentrum, Lehre, Lebenslanges Lernen - Synergien in der Lehreinheit Geoinformatik und Vermessung am Beispiel Terrestrisches Laserscanning, Schriftenreihe Informations- und Messtechnik, Band 7, Shaker Verlag, Aachen, 2008.

KLONOWSKI, J., MÜLLER, H.: Status and Perspectives of Geomatics Education at Mainz University of Applied Sciences. SICEHE ’08 Symposium on International Cooperation Experiences in Higher Education, International Meeting for Networking and Partnership, 13th and 14th June 2008, Valencia, Spain, Conference Proceedings CD ROM, ISBN 978-84-691-3877-9.

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LI W, BÖHLER M., SCHÜTZE R., MARZANI F., BOOCHS F. , VOISIN Y.: Ein stereoskopisches Nahbereichsystem auf Basis von adaptiver Musterprojektion, DGPF Publikationen, Nr.17, 2008

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WALENCIAK, G., STOLLBERG, B., NEUBAUER, S. AND ZIPF A. (2008, submitted): Extending Spatial Data Infrastructures 3D by Geoprocessing Functionality – the Case of 3D Simulations in Disaster Management and environmental Research. Submitted for GEOWS 2009, The International Conference on Advanced Geographic Information Systems & Web Services. Cancun. Mexico.

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3.11. VORTRÄGE UND PRÄSENTATIONEN

BÖHM, K.: Zielgruppenorientierte zertifizierte Fortbildung für die Gesundheitsberufe am Beispiel der Online-Akademie www.my-cme.de“. Learntec – 16th International Convention and Trade Fair for Educational Information Technology, Karlsruhe, Januar 2008

BOOCHS F. „A Photogrammetric Alignment Approach at High-Radiation Areas of FAIR, Erfahrungen aus der Beteiligung an einem EU-Projekt“. Gut aufgestellt im 7. EU-Forschungsrahmenprogramm. KOWI, Informationstag, Mainz, Januar 2008

BÖHM K.: „Worauf Gutachter achten – Erfahrungen aus der Antragsevaluierung und Gutachtertätigkeit für die Europäische Kommission“. Gut aufgestellt im 7. EU-Forschungsrahmenprogramm. KOWI, Informationstag, Mainz, Januar 2008

RAAB Ch.: Ein Mehrbildkamerasystem zur räumlichen Vermessung von Objektkonturen, Oldenburger 3D-Tage, 30.1.2008

KERN, F.: Prüfen und Kalibrieren von terrestrischen Laserscannern. 7. Oldenburger 3D-Tage - Optische 3D-Messtechnik, Photogrammetrie, Laserscanning, Oldenburg, 30. Januar 2008

BOOCHS F.: Bildverarbeitung im Dienste der 3D-Photogrammetrie, BAMEK Vortragsreihe, Fraunhofer Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik, Kaiserslautern, 11.2.2008

MARBS, A: Final Concept of the Photogrammetric Alignment System RALF for High-Radiation Areas of FAIR, IWAA08, Tsukuba, Japan, 12.2.2008

MÜLLER, H.: A Good Practice Example of a German Regional SDI as a Component of the Future INSPIRE Framework. FIG Commission 3 Workshop on Spatial Information Management Toward Environmental Management of Mega Cities, 18-21 February 2008, Valencia, Spain, 19 February, 2008

KLONOWSKI, J.: Geoinformatik und Vermessung - Mit Lichtgeschwindigkeit in virtuelle 3D-Welten, Vortrag zur studienkundlichen Vortragsreihe an der Fachhochschule Mainz, Mainz, 20.02.2008

MÜLLER, H.: Spatial processing of multiple source prospection data in landscape archaeology. TOPCART 2008, International Congress on Geomatic & Surveying Engineering, 18 to 21 February, 2008, Valencia, Spain, 21 February 2008

BOOS, S., Eisen und Laserscans – Neuere Forschungen am "Spätzrech“. Kolpinghaus Nonnweiler-Schwarzenbach, 12. März 2008

SCHLÜTER, M.: Mobile 3D-Messtechnik am i3mainz. F. W. BREITHAUPT & SOHN GMBH & CO.KG, 04.04.2008, Kassel.

BRUHN, K.-C., Mapping 38 years of excavation: The dissemination of vector-data from Elephantine, Egypt, On the Road to Reconstructing the Past CAA 2008, Budapest, 5. April 2008

BRUHN, K.-C., Digital epigraphy and autopsy at the Tomb of Menna (TT69), Egypt, On the Road to Reconstructing the Past CAA 2008, Budapest, 5. April 2008

MÜLLER, H.: Projektinitiativen des Landkreistages im Bereich GIS (Geografische Informationssysteme). Allgemeine Landrätekonferenz des Landkreistages Rheinland-Pfalz, Mainz 10. April 2008

BOOS, S.: Erfassung und Analyse von Laserscandaten zur Unterstützung der Landschaftsarchäologie. 56. Deutscher Kartographentag der DGfK und. 28. Wissenschaftlich-Technische Jahrestagung der DGP, 23.-26. April 2008, Oldenburg, 25. April 2008

KLONOWSKI, J.: Geoinformatik und Vermessung – Einblicke in hoch aktuelle High-Tech-Studiengänge, Vorträge zum Tag der offenen Tür der Fachhochschule Mainz, Mainz, 26.04.2008

KLONOWSKI, J.: Aufbau und Struktur der Studiengänge im Bereich Geoinformatik und Vermessung an der Fachhochschule Mainz, Vorträge zum Tag der offenen Tür der Fachhochschule Mainz, Mainz, 26.04.2008

KERN, F.: Satellitennavigation - auch etwas für Radfahrer?, Schnuppervorlesung, Tag der offenen Tür der Fachhochschule Mainz, 26. April 2008

SCHLÜTER, M.: Neue Möglichkeiten für Studierende im Bereich Geoinformatik und Vermessung durch den Mainzer Hochschul-Neubau. Tag der offenen Tür, FH Mainz, 26.04.2008, Mainz.

MÜLLER, H.: Status and Perspectives of Geomatics Education at Mainz University of Applied Sciences. SICEHE ’08 Symposium on International Cooperation Experiences in Higher Education, International Meeting for Networking and Partnership, 13-14 June 2008, Valencia, Spain, 13 June, 2008

BOOS, S., Bruhn, K.-C.: Ergebnisse transdisziplinärer Aktivitäten der Fachhochschule Mainz in ArchaeoScience. Jahrestagung des Landesexzellenzclusters Geocycles, Mainz, 17. Juni 2008

KERN, F.: Mit Lichtgeschwindigkeit zur 3D-Kopie. Tag der Forschung im Jahr der Mathematik an der Universität Koblenz-Landau, Campus Landau, 9. Juni 2008

BOOCHS, F.: 10 Jahre Forschung und Entwicklung am i3mainz, Vortrag zum 10. Jahrestag der Gründung des i3mainz, Museum für Antike Schifffahrt, Mainz, 26.6.2008

KARMACHARYA A., Industrial Archaeology: Case study of Knowledge Management for Spatial Data of Findings, Adaptive Hypermedia, Hannover, 31.7.2008

BOOCHS F. : Intelligent Spatial Object Digitization Based On Stereo Images, SIP 2008, Int. Conference on Signal and Image Processing, 18.8.2008

KERN, F.: Vorschläge für eine TLS-Prüfrichtline. Offenes Forum Laserscanning - Normierung und Prüfung, Hochschule Bochum, 2. September 2008

KERN, F.: i3mainz TLS-Datenformat (i3sc). Offenes Forum Laserscanning - Normierung und Prüfung, Hochschule Bochum, 2. September 2008

BOOS, S.: GIS based processing of multiple source prospection data in landscape archaeology. ReSeARCH, 1st International Workshop on “Advances in Remote Sensing for Archaeology and Cultural Heritage Management”, Rome 30 September – 4 October, 2008, 1 Oct 2008

SCHLÜTER, M.: Kinematisches Tracking mit einem Digitalkameratheodoliten. Geodätisches Kolloquium an der FH Mainz, 16.10.2008, Mainz.

MARBS, A.: Scanner performance tests of HDS6000 and ScanStation2, Leica Geosystems HDS Wordwide User Conference, San Ramon, CA, USA, 27.10.2008

BOOCHS F.: Potential of high-precision measuring techniques for the monitoring of surfaces from heritage objects, Int. Workshop In-situ Monitoring of Monumental Surfaces, Florenz, 27.10.2008

KARMACHARYA A.: Industrial Archaeology: Case study of Knowledge Management for Spatial Data of Findings, Int. Conference „Digital Heritage in the new knowledge environment: shared spaces & open paths to cultural content“, Athen, 31.10.2008

BOOCHS F. : Räumliches Informationssystem zur Erfassung, Dokumentation und Analyse industriearchäologischer Objekte (RIO), Denkmäler3.de, Essen, Zeche Zollverein, 7.11.2008

BOOCHS F. : Handhabung von Wissen in raumbezogenen Daten – Betrachtungen im Kontext der Industriearchäologie, Denkmäler3.de, Essen, Zeche Zollverein, 7.11.2008

BÖHM K.: Geographical Analysis of hierarchical business structures by interactive drill down, Proceedings of 16th ACM SIGSPATIAL - International Conference on Advances in Geographic Information Systems, Irvine, November 2008.

BÖHM K.: „Worauf Gutachter achten – Erfahrungen aus der Antragsevaluierung und Gutachtertätigkeit für die Europäische Kommission“. Gut aufgestellt im 7. EU-Forschungsrahmenprogramm. KOWI, Informationstag, Potsdam, November 2008

KERN, F.: Ansätze zur systematischen Prüfung und Kalibrierung von terrestrischen Laserscannern. Terrestrisches Laserscanning (TLS 2008), 79. DVW-Seminar, 6. und 7. November 2008, Fulda

ZIPF, A.: Potentiale für das interoperable 3D GeoWeb – der OGC 3DWS. Special Interest Group 3D. GDI-NRW. Bad Godesberg.

ZIPF, A.: 3D Portrayal in Dienste-basierten Architekturen (SOA) - zur interoperablen Integration von Location Services, 3D und Geoprocessing". Fachgruppe "3D-Stadtmodelle und 3D-Landschaftsmodelle" des Verbands der Geoinformationswirtschaft Berlin/Brandenburg (GeoKomm). Hasso-Plattner-Institut (HPI), Potsdam.

ZIPF, A.: Moderation Podiumsdiskussion: GEO-Web 2.0 - Mit offenen Plattformen über individuelle Partizipation zum Social Geo-Web". Veranstaltet von AGEO auf der AGIT 2008. Salzburg. Österreich.

ZIPF, A.: 3D Portrayal Services. 3DIM Working Group. OGC Technical Committee Meeting. Geoforschungszentrum Potsdam.

ZIPF, A.: Integrating 3D, Processing and Location Services. Plenary Session. OGC Technical Committee Meeting. Geoforschungszentrum Potsdam

ZIPF, A.: Developing Location-based Services for Tourism - some next steps. Workshop on Wireless technologies for tourism and safety. Palma de Mallorca. Spain.

ZIPF, A.: 3D Geoinformationssysteme in der Immobilienwirtschaft. Workshop: GIS in der Immobilienwirtschaft. Bonn.

ZIPF, A.: MoNa3D: 3D-Stadtmodelle für mobile Navigationssysteme. Ingeoforum Roundtable Mobile 3D Stadtmodelle. Darmstadt.

ZIPF, A.: Zur Integration von 3D, Prozessing & Location Services in Geodateninfrastrukturen Geomatik-Kolloquium, Geographisches Institut, Universität Zürich.

ZIPF, A.: Personalisierte Visualisierung von 3D Stadtmodellen. Kultur und Informatik. Berlin. (vertreten durch M. Bauer)

SONSTIGE WISSENSCHAFTLICHE AKTIVITÄTEN

MÜLLER, H.: � Wissenschaftliche Leitung der Fachjury zur Verleihung des GIS Best Practice Award

2008 des DVW – Gesellschaft für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement

GREMIEN

BOOCHS, F.: � Mitglied des Gutachterausschusses der kooperativen Promotion von M.Sc. Wanjing

Li, zum Thema „active stereo vision system with adaptive projection“, Uni Burgund, Dijon

� Mitglied des Gutachterausschusses einer Promotion zum Thema „multispectral image data capture and analysis in the context of medical tasks“, Uni Burgund, Dijon

� Mitglied des Gutachterausschusses der Promotion von M.Sc. Ashish Karmacharya, zum Thema „Development of Information System to store, retrieve ad manipulate various pattern of dataset from the findings of Industrial Archaeological sites in order to generate a computer based interactive 3D environment to model the findings“, Uni Burgund, Dijon

KLONOWSKI, J.: � Mitglied des Gutachterausschusses der Promotion von M.Sc. Ashish Karmacharya,

zum Thema „Development of Information System to store, retrieve ad manipulate various pattern of dataset from the findings of Industrial Archaeological sites in order to generate a computer based interactive 3D environment to model the findings“, Uni Burgund, Dijon

MÜLLER, H.: � Scientific Committee FIG Working Week 2008 – Integrating Generations and FIG/UN-

HABITAT Seminar – Improving Slum Conditions through Innovative Financing, Stockholm, Sweden, June 14-19, 2008.

� Programm Committee: FIG Commission 3 Workshop on “Spatial Information Management Toward Environmental Management of Mega Cities”, Valencia, Spain, 18-21 February 2008

� Scientific Steering Committee Forschungszentrum Erdsystemwissenschaften, Kooperationsverbund von Mainzer Hochschulen und Forschungseinrichtungen

KONGRESSORGANISATION

BOOCHS, F.: � Moderation der Sitzungen des Arbeitskreises Bildanalyse und Bildverstehen auf der

Jahrestagung der DGPF in Oldenburg, Juni 2008 � Mitveranstaltung und Sitzungsleitung des Kongresses Denkmäler 3D in Essen, vom

6.-8.11. 2008

KERN, F.: � Kern, F.: 7. Sitzung der Fachgruppe 2 „Messverfahren“ des VDV-Bildungswerkes in

Mainz, 25.09.2008

MÜLLER, H.:

� Chair of Local Organizing Committee: FIG Commission 3 International Workshop on 'Spatial Information for Sustainable Management of Urban Areas', Mainz, 2 - 4 February 2009, Germany

� Leitung der Sitzungen des Bundesarbeitskreises ‚Geoinformation und Geodatenmanagement‘ des DVW – Gesellschaft für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement im Jahr 2008:

Sitzung des Arbeitskreises am 19. Januar 2008, Frankfurt Sitzung des Arbeitskreises am 16. September 2008, Berlin � Moderation der Vortragsveranstaltung ‚AAA Migrationsprozesse’, im Rahmen des

Intergeo-Kongress für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement, Bremen, 01. Oktober 2008

� Wissenschaftliche Leitung der Projektgruppe GIS des Landkreistages Rheinland-Pfalz

ZIPF, A.: � Programmkomitee: 8th International Workshop on Web and Wireless Geographical

Information Systems (W2GIS 2008). 11.-12. December 2008. Shanghai. China. � Scientific Committee: 5th Symposium on Location Based Services & TeleCartography

2008 in Salzburg, Austria 26-28. November 2008. � Programmkomitee: AGIT - Symposium für Angewandte Geoinformatik, Salzburg,

Austria. Dauerhaft jährlich seit 2003. � Scientific Committee: First International Workshop on Trends in Pervasive and

Ubiquitous Geotechnology and Geoinformation. Workshop at the GIScience conference, September 2008, Park City, Utah, USA.

� Scientific Committee: joint Conference on Information Systems for Crisis Management 2008: 3rd International China Workshop on Information Systems for Crisis Response and Management (ISCRAM-CHINA) and the 4th International Symposium on Geo-Information for Disaster Management (Gi4DM). July 2008. Harbin. China.

� Programmkomitee: IADIS Wireless Applications and Computing 2008 (WAC 2008) Conference. July 2008. Amsterdam, The Netherlands.

� Programmkomitee: ISCRAM 2008. 5th International Conference on Information Systems for Crisis Response and Management. TECH-03 "Process- and Geo-aware Systems for Crisis Management". Washington.

WORKSHOPS UND SCHULUNGEN

KLONOWSKI, J. � TLS-Grundkurs, Fachhochschule Mainz, 14.-15. Februar 2008; Leitung, Organisation

BEGUTACHTUNG VON PUBLIKATIONEN

BÖHM, K.: � Evaluator für EU-Projektanträge und Reviewer für EU-Projekte im 6. und 7.

Rahmenprogramm, z.B. “DG Research” und DG “INFORMATION SOCIETY”

BOOCHS, F.: � Gutachter von Beiträgen in The International Conference on Signal-Image Technology

& Internet–Based Systems � Gutachten von Beiträgen für die PFG „Photogrammetrie, Fernerkundung,

Geoinformation“

MÜLLER, H.: � Mitglied des Peer Review Committee der FIG Commission 3 Spatial Information

Management � Gutachter von Beiträgen in Computers, Environment and Urban Systems, Elsevier

ZIPF; A.: � Editoral Board: CEUS – Computer, Environment and Urban Systems. Elsevier

Science Publishers. Netherlands. � Editoral Board: Journal of Location Based Services, Taylor & Francis. � Gutachter: International Journal of Geographical Information Science. Taylor &

Francis. � Gutachter: CaGIS Journal - Cartography and Geographic Information Science � Gutachter: “Geoinformatica” - An International Journal on Advances of Computer

Science for Geographic Information Systems. Kluwer Academic Publishers. � Gutachter: “Computers and Geosciences - An International Journal”. Elsevier Science

Publishers. Netherlands. � Gutachter: Klaus Tschira Preis für verständliche Wissenschaft. 2008. Klaus-Tschira

Stiftung - KTS. Heidelberg. � Gutachter for European Commission, mehrere IST Projekte.

3.12. EXTERNE FUNKTIONEN VON INSTITUTSMITGLIEDERN

BÖHM, K.: � Wissenschaftlicher Leiter des e-learning-Projektes der Fachhochschule Mainz

BOOCHS, F.: � Leiter des Arbeitskreises Bildanalyse und Bildverstehen der Deutschen Gesellschaft

für Photogrammetrie, Fernerkundung und Geoinformatik (DGPF) � Fachgutachter in den Förderprogrammen FhprofUnd und IngenieurNachwuchs des

BMBF „Angewandte Forschung und Entwicklung an Fachhochschulen“ � stellvertretender Landesbeauftragter für das BMBF-Forschungsprogramm

„Angewandte Forschung und Entwicklung an Fachhochschulen“ � Vertreter des Instituts in der Gruppe der Fraunhofer Vision-Partner Einrichtungen

KERN, F..: • Mitglied im „Offenes Forum Terrestrisches Laserscanning“. www.laserscanning.org • Leiter der Arbeitsgruppe „TLS-Prüfrichtlinie“ innerhalb des Offenen Forums

Terrestrisches Laserscanning.

KLONOWSKI, J.: � Leiter und Geschäftsführer der Lehreinheit Geoinformatik und Vermessung an der

Fachhochschule Mainz im Fachbereich I, Architektur, Bauingenieurwesen und Geoinformatik

� Leiter des Diplomstudiengangs, des Bachelor-Studiengangs sowie des Master-Studiengangs Geoinformatik und Vermessung an der Fachhochschule Mainz

� Gewähltes Mitglied im Fachbereichsrat des Fachbereich I, Architektur, Bauingenieur-wesen und Geoinformatik der Fachhochschule Mainz

� Departmental coordinator an der Lehreinheit Geoinformatik und Vermessung für das ERASMUS Programm

� Vertreter der Fachhochschule Mainz im Fachbereichstag Geoinformation, Vermessung und Kartographie

� Fachgutachter der ASIIN - Akkreditierungsagentur für Studiengänge der Ingenieurwissenschaften, der Informatik, der Naturwissenschaften und der Mathematik e. V.

� Mitglied im wissenschaftlichen Komitee zum PhD-Studium im Themenbereich „Development of an Information System to store, retrieve and manipulate various pattern of dataset from the findings of industrial archaeological Sites in order to generate a computer based interactive 3D environment to model the findings”

MÜLLER, H.: � Fachgutachter der ASIIN - Akkreditierungsagentur für Studiengänge der

Ingenieurwissenschaften, der Informatik, der Naturwissenschaften und der Mathematik e.V.

� Leiter des Bundes-Arbeitskreises 2 ‚Geoinformation und Geodatenmanagement‘ des DVW – Gesellschaft für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement

� Wissenschaftlicher Leiter der Projektgruppe GIS des Landkreistages Rheinland-Pfalz � Nationaler Delegierter Deutschlands in der Commission 3 - Spatial Information

Management der FIG – International Federation of Surveyors � Vice Chair Working Group 3.2 ‚Spatial Information Management’ in der Commission 3

der FIG – International Federation of Surveyors � Mitglied des Interministeriellen Ausschuss für Geoinformation Rheinland-Pfalz

(IMAGI-RP) � Vertreter der Fachhochschule Mainz im ERASMUS Thematic Network Project

EEGECS - European Education in Geodetic Engineering, Cartography and Surveying

SCHLÜTER M.: � Fachgutachter für ASIIN (Akkreditierungsagentur für Studiengänge der

Ingenieurwissenschaften, der Informatik, der Naturwissenschaften und der Mathematik e.V.)

� Fachgutachter für BMBF im Programm FHprofUnd – Forschung an Fachhochschulen mit Unternehmen

� Fachgutachter für BMBF in der Förderlinie IngenieurNachwuchs � Fachgutachter für EFRE (Europäische Fonds für regionale Entwicklung)

4. VERBINDUNG DES I3MAINZ ZUR LEHRE

4.1. UNTERSTÜTZUNG BEIM AUFBAU EINES MASTER-STUDIENGANGS ARCHÄOLOGIE ALS

KOOPERATION ZWISCHEN DER UNIVERSITÄT UND DER FACHHOCHSCHULE MAINZ

Nicht zuletzt durch die äußerst erfolgreiche Arbeit im i3mainz und die Vielzahl hochkarätiger Forschungsprojekte und Kooperationen im Bereich der Geisteswissenschaften, insbesondere der Archäologie, hat die Lehreinheit Geoinformatik und Vermessung auf Antrag in einem landesweiten Entscheidungsprozess eine zusätzliche W2-Professur (Strukturreformstelle) seitens des Ministeriums für Wissenschaft, Weiterbildung, Forschung und Kultur (MWWFK, heute MBWJK, Ministerium für Bildung, Wissenschaft, Jugend und Kultur) in Rheinland-Pfalz zugewiesen bekommen. Die Stelle dient dem Aufbau eines Master-Studiengangs „Archäologie“ gemeinsam mit der Universität Mainz.

Im Bereich der Verarbeitung raumbezogener Daten hat sich ein weitreichendes Feld der Zusammenarbeit zwischen dem Vermessungswesen und der Archäologie ergeben. In diesem Umfeld treten zudem Fragen der Administration, Archivierung, Verteilung und des Austauschs archäologischer Datensätze auf, die sich ähnlich in im Vermessungswesen wiederfinden.

Diesen vielschichtigen Herausforderungen trägt die Lehrkooperation der Fachhochschule und der Universität Mainz ab dem Wintersemester 2008/2009 Rechnung. Mit zwei im Rahmen des neu akkreditierten M.A. Archäologie von der Fachhochschule an der Universität angebotenen Modulen wird den Studierenden erstmals in Deutschland die Möglichkeit für ein fachbezogenes Studium sowohl der raumbezogenen Mess- als auch der Informationstechnik geboten. Ergänzt wird dieses Angebot durch ein Modul zur Prospektionsmethodik mit einem Schwerpunkt in der Geophysik.

Im Bereich der Messtechnik sollen die Grundlagen der im archäologischen Umfeld üblichen Messmethoden vermittelt werden. Hinzu tritt die Verarbeitung der gewonnenen Daten und die digitale Kombination heterogener Datenquellen aus Handaufmass und Vermessung.

Das Modul zur raumbezogenen Informationstechnik widmet sich der Modellierung, Organisation, Analyse und Präsentation archäologischer Datensätze in geographischen Informationssystemen unter Einbeziehung der Fernerkundung und digitalen Geländemodellierung.

Mit dem dritten Modul schließlich soll ein anwendungsbezogener Schwerpunkt gesetzt und die Methoden zur Gewinnung und Verarbeitung von Prospektionsdaten vermittelt werden.

Die Belegung dieser Module setzt grundlegende Kenntnisse im Umgang mit digitalen Daten bei den Studierenden voraus, die bisher nicht Bestandteil des B.A.-Archäologie Studiengangs der Universität Mainz waren und auch an anderen deutschsprachigen Universitäten selten Bestandteil der Ausbildung sind. Dem wird mit dem Angebot eines dreitägigen Blockseminars vor Semesterbeginn begegnet, der einen einheitlichen Kenntnisstand ermöglichen soll.

Gleichzeitig wird den Studierenden des B.A.-Studiengangs in Mainz seit dem Wintersemester 2008/2009 eine entsprechende semesterbegleitende Übung angeboten, die in ein Methoden-Modul der Vor- und Frühgeschichte integriert ist.

Den Studierenden der Geoinformatik und Vermessung steht mit den Modulen die Möglichkeit offen, das komplexe Methodenspektrum altertumswissenschaftlicher Forschung kennen zu lernen. Die in der beruflichen Praxis immer häufiger geforderte Kompetenz, für fachfremde Problemstellungen praktikable und zielführende

Anwendungslösungen zu finden, kann hier grundlegend gefördert werden. Ausgehend von archäologischen Fragestellungen können die Studierenden in gemeinsamen Projekten die Möglichkeiten der Modellierung, Erfassung, Analyse und Visualisierung raumbezogener Daten ausprobieren und einüben.

Im laufenden Wintersemester werden die Module noch getrennt angeboten. Für die Master-Studenten der Fachhochschule wurde das Modul inhaltlich so konzipiert, dass vorhandene Kenntnisse vertieft und durch eine Reihe zusätzlicher Inhalte ergänzt werden können. Dabei übernehmen wissenschaftliche Mitarbeiter des i3mainz einzelne Übungen, die direkt in laufenden Forschungsprojekten Bezug nehmen. Die Inhalte orientieren sich dabei aber an einer zentralen Fragestellung und einem Objekt – in diesem Semester das spätantike Stadttor auf dem Mainzer Kästrich. Die restaurierten Reste der Toranlage wurden tachymetrisch aufgemessen und die Daten ausschließlich mit OpenSource-GIS Software analysiert und aufbereitet. Die Präsentation der Daten im Internet unter Zugriff auf die in einer Datenbank gespeicherten Geometrieobjekte bilden den Abschluss des Moduls.

Obwohl der M.A. Archäologie an der Universität Mainz erst seit diesem Semester angeboten wird, hat sich doch eine Gruppe von 9 Studierenden gefunden, die das Modul zu interdisziplinären Anwendungen raumbezogener Informationstechnik besuchen. Die in Seminar, Übung und Vorlesung gegliederten Veranstaltungen vermitteln umfassend die Grundlagen für die Verarbeitung raumbezogener Daten in Informationssystemen. Die Inhalte und auch die eher an den Gegebenheiten einer praxisbezogenen Fachhochschule orientierten Lehrformen sind zwar ungewohnt, dennoch greift die auch hier konsequent anwendungsbezogene Vermittlung der Inhalte.

Das Zusammenführen dieser Veranstaltungen zu Modulen, die sowohl von den Studierenden der Fachhochschule als auch der Universität besucht werden, scheint nach den Erfahrungen dieses Semester möglich und für alle Seiten auch sehr gewinnbringend. Gleichzeitig tritt der Bedarf ergänzender Lehrangebote deutlich zu Tage. Diese genauer zu formulieren und die Möglichkeiten für deren Integration in den neu zu schaffenden M.A. Studiengang auszuloten sind daher die notwendigen Schritte für das kommende Jahr. Dabei bietet das i3mainz mit seinen Kooperationspartnern und interdisziplinären Projekten die ideale Möglichkeit, die Anforderungen an die Ausbildung konkret zu formulieren.

4.2. DIREKTE BETEILIGUNG AN DER LEHRE

In der Lehreinheit Geoinformatik und Vermessung wurden im Berichtszeitraum vier Studiengänge direkt angeboten: Diplomstudiengang Geoinformatik und Vermessung, konsekutiver Bachelor- und Master-Studiengang Geoinformatik und Vermessung und der berufsbegleitende, weiterbildende Master-Studiengang Geoinformatik. Im Diplom-studiengang werden seit dem Wintersemester 2005 / 2006 keine Studierenden mehr aufgenommen, so dass mit Beendigung des Wintersemesters 2008 / 2009 die letzten Studierenden ihre Regelstudienzeit hinter sich gebracht haben. Den Diplomstudierenden, die bislang noch keinen Abschluss erreichen konnten, werden bis zum Sommersemester 2012 Prüfungen angeboten. Neben den direkt in der Lehreinheit angebotenen Studien-gängen wird der Masterstudiengang Archäologie mit Vorlesungen und Übungen im Bereich raumbezogener Informations- und Messtechnik versorgt (siehe Abschnitt 4.1). Was momentan eine Lehrkooperation darstellt wird in naher Zukunft zu einem gemeinsamen Studienangebot der FH- und der Universität Mainz werden.

Die enge Verzahnung des i3mainz mit der Lehre ist sowohl inhaltlich als auch personell sowie instrumentell zu sehen. Alle im i3mainz forschend tätigen Professoren sind aus der Lehreinheit Geoinformatik und Vermessung. Sie bilden hier 70% des Lehrkörpers der

Lehreinheit. Die entsprechenden Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten werden in den einzelnen (Lehr-) Bereichen gebündelt und stellen einen wesentlichen Teil der fachlichen Basis für die Studiengänge der Lehreinheit Geoinformatik und Vermessung dar. Dies gilt insbesondere für die 3 Masterstudiengänge, denn hier ist ein entsprechendes wissenschaftliches Niveau zu gewährleisten und bereit zu stellen.

Die Verzahnung des i3mainz mit der Lehre beschränkt sich nicht auf die Professoren-schaft, auch ein wissenschaftlicher Mitarbeiter des i3mainz (Herr M.Eng. Guido Heinz, Absolvent des Diplomstudiengangs und des weiterbildenden Master-Studiengangs) beteiligt sich durch die Übernahme eines Lehrauftrags.

Bei den Lehrveranstaltungen des berufsbegleitenden Master-Studiengangs Geo-informatik profitieren durch den stetigen Kontakt zwischen Studierenden mit Berufspraxis nach dem Erststudium und den Professoren, die in Personalunion als Projektleiter für die am Institut bearbeiteten Projekte fungieren, beide Seiten gleichermaßen. Die Stu-dierenden tragen hier mit ihrer bereits zu Studienbeginn vorhandenen Berufserfahrung wesentlich dazu bei, die Positionierung des Instituts als anwendungsorientierte Forschungsinstitution zu erhalten und weiter zu festigen.

Im Bachelor-Studiengang werden bereits im 3. Semester bei Messübungen Laserscanner und ein Streifenprojektionsscanner eingesetzt. In der Handhabung und der Auswertung werden die Studierenden unter anderem durch Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des i3manz geschult. Sie profitieren hierbei durch die deutschlandweit herausragende Kernkompetenz des i3mainz in diesem Bereich.

Die längeren Praxisphasen der Studiengänge werden ebenfalls durch das i3mainz unterstützt: ob Praxissemester des Diplomstudiengangs, 16-wöchiges Praxisprojekt des Bachelor-Studiengangs oder die 18 ECTS-Punkte zählende Projektarbeit des Master-Studiengangs Geoinformatik und Vermessung – die Studierenden profitieren durch die anwendungsorientierte Forschung, die Sie hautnah miterleben und ausfüllen dürfen. Auch in diesem Berichtszeitraum konnten den Studierenden wieder zahlreiche Praktikantenstellen angeboten werden. Die hohe Resonanz auf die vom i3mainz ausgeschriebenen Stellen ist ein guter Indikator für die Zukunfts- und Praxisorientierung des Instituts.

Eine sehr gute Möglichkeit, bereits während des Studiums an praxisrelevanten Forschungsprojekten mitzuwirken und auf diese Weise Kompetenz auf dem jeweils aktuellen Stand der Forschung für die anschließende Berufstätigkeit zu erwerben, bietet das Institut mit den in die laufenden Institutsprojekte integrierten Diplom-; Bachelor- und Masterarbeiten an. Die Studierenden lernen durch die enge Zusammenarbeit mit den hauptberuflich in den Projekten tätigen Institutsmitarbeitern die Arbeitsabläufe kennen, die auch in deren späterer Berufspraxis relevant sind.

Darüber hinaus haben die Studierenden als wissenschaftliche Hilfskräfte sowie in vorübergehenden Beschäftigungsverhältnissen, insbesondere während der vorlesungs-freien Zeit, die Chance, selbst aktiv an Forschungsvorhaben teilzunehmen.

Im Rahmen der Abschlussarbeiten aller vier Studiengänge sowie der oben angesprochenen Lehrkooperation entsteht ein intensiver Kontakt zwischen Studierenden, Professoren, Mitarbeitern sowie externen Partnern und Wissenschaftlern. Die Durchführung der Arbeiten im i3mainz hat eine lange Tradition und wird in den Jahresberichten der letzten Jahre und im Abschnitt 4.5 des vorliegenden Berichts beispielhaft wiedergegeben.

Auch nach dem Studium wird den Absolventinnen und Absolventen die Möglichkeit geboten, die eigene Qualifikation zu verbessern. Dies erfolgt durch eine Tätigkeit als wissenschaftliche Mitarbeiterin / wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut und hat für das

i3mainz den Vorteil, dass es hierdurch fähige Bewerberinnen und Bewerber gewinnen kann.

Schließlich ergeben sich bei der apparativen sowie der Software-Ausstattung beträchtliche Synergieeffekte. Das Institut kann auf Ressourcen der Lehreinheit zurück-greifen, wie beispielsweise klassische Tachymeter, Lasertracker, GNSS-Ausrüstungen und einen mobilen Messarm mit Laserscanner; andererseits können durch Forschungsprojekte Beschaffungen aktueller Geräte, Programme und Daten vorgenommen werden, die auch der Lehre zugute kommen. Insbesondere sind hier die hochwertigen Laserscanner zu nennen, die über das Investitionsprogramm der Hochschule und das Kompetenzzentrum finanziert wurden und als innovative Ausrüstung für den Lehr- und Übungsbetrieb bereitgestellt werden.

Die durch die beschriebenen Verzahnungen von Forschung und Lehre erzielte hohe Qualität der Lehre an der Lehreinheit Geoinformatik und Vermessung wird nicht zuletzt dadurch dokumentiert, dass in Kooperation mit unterschiedlichen Universitäten mehrere Mitarbeiter an ihrer Promotion arbeiten.

4.3. INTERNATIONALISIERUNG DER LEHRE

Neben der mittlerweile in verschiedenen thematischen Feldern etablierten Zusammenarbeit in Forschung und Entwicklung mit der Universität Dijon wird auch in der Lehre an einer Erweiterung der Kooperation gearbeitet. Erstmals konnte ein Mainzer Student für Arbeiten an der Universität Burgund gewonnen und im Rahmen des ERASMUS Abkommens nach Dijon entsandt werden. Er wird sein Praxisprojekt in Dijon erbringen und anschließend seine Bachelorarbeit dort schreiben. Inhaltlich ist seine Beteiligung in die Arbeiten zum Einsatz der in Dijon entwickelten Multispektralsensorik für verschiedene Fragestellungen im Kontext der Steinkonservierung und Wandmalerei integriert.

Obwohl für die Nachfrage von Auslandssemestern in Dijon der Vorteil einer Regionalpartnerschaft zwischen Rheinland-Pfalz und Burgund besteht und zusätzlich das Kontaktnetzwerk nach Frankreich genutzt werden kann, wird das Angebot immer noch nicht im erhofften Umfang in Anspruch genommen. Dennoch ist dieser erste nun vereinbarte Austausch ein positives Zeichen und es werden weiterhin alle Anstrengungen unternommen, die Studierenden von den Vorteilen eines Auslandssemesters in Frankreich zu überzeugen und den Austausch zu intensivieren.

Vor diesem Hintergrund ist natürlich die Genehmigung des EU-Projektes „EACOVIROE - Enhance the Attractiveness of COmputer VIsion and RObotics in Europe“ besonders wertvoll (s.a. Kap. 2.3). Die Beteiligung an diesem Projekt ist ein Ergebnis der guten Zusammenarbeit mit der Uni Dijon, stellt das Thema Internationalisierung in Zukunft aber auf eine wesentlich breitere und tragfähigere Grundlage, da über die Projektergebnisse Studierende weltweit auf das Lehrangebot der beteiligten Institutionen im Bereich Bildanalyse und Bildverstehen und damit auch der FH-Mainz aufmerksam gemacht wird.

Zu den hervorzuhebenden Ergebnissen, die von dem Projekt angestrebt werden, zählt ein Internetportal, welches die wichtigsten europäischen Universitäten und Hochschulen im Bereich Computer Vision und Robotics zusammenfasst und deren Master und PhD Kurse vorstellt. Diese schafft die ideale Basis für Kooperationen zwischen den Hochschulen und unterstützt den wichtigen „Mobilitäts-Aspekt“ bei den Studierenden – also den Austausch von Studierenden zwischen den beteiligten Hochschulen. Weiterhin wird ein Qualitäts-Handbuch erstellt mit „Best-Practice“ Lösungen im Bereich Computer Vision und Robotics. Umfangreiche Maßnahmen sind geplant für die Verbreitung der Ergebnisse und damit der Studiengänge, des Potentials des Studiums und der Arbeitsplatzmöglichkeiten.

4.4. DIPLOM-, BACHELOR- UND MASTERARBEITEN

Im Berichtszeitraum konnten erstmalig Abschlussarbeiten aller Studiengänge angefertigt werden, denn der konsekutive Bachelor- und Master-Studiengang Geoinformatik und Vermessung haben seit ihrer Einrichtung die ersten Absolventinnen und Absolventen hervorgebracht. Im Rahmen dieser Abschlussarbeiten ergibt sich stets der intensivste Kontakt zwischen Lehre, Forschung und Praxis. Ein großer Teil der angebotenen Themen stammt aus dem i3mainz. Hierbei handelt es sich einerseits um Arbeiten, deren Ergebnisse unmittelbar in die Forschungsprojekte einfließen, andererseits werden häufig auch Themen im Vorfeld einer Antragstellung oder Projektkooperation bearbeitet. Die Verbindung über die berufsbegleitend angefertigten Masterarbeiten zu öffentlichen Verwaltungen und privatwirtschaftlichen Unternehmen, auch KMU, trägt dazu bei, den Wissenstransfer zwischen Forschung und Praxis zu verstärken.

Auf den folgenden Seiten sind - alphabetisch nach den Autoren geordnet - Beispiele von Abschlussarbeiten, die im Jahr 2008 abgeschlossen wurden, zusammengestellt. Die plakativen Zusammenfassungen wurden jeweils von den Kandidatinnen und Kandidaten erstellt.

Vergleichende Untersuchungen zur Genauigkeitund Zuverlässigkeit von John Deere GPSEmpfängern unter Benutzung von EGNOS-und John Deere StarFire-Korrektursignalen

(Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Jörg KlonowskiDipl.-Ing. Gerhard Huber)

Johannes Feldhaus

Kurzfassung

Mähdrescher mit John Deere Autopilot “Auto Track”über GPS gesteuert

Grafisches Ergebnis einer statischen Messung über 24 Stunden,die mit JD-GPS-Analyse ausgewertet wurde.

Die Entwicklung der Landmaschinen ist mittlerweile so weit vorangeschritten, dass manche Landmaschinendie Feldbearbeitung per Autopilot durchführen. Die Steuerung des Autopiloten wird im Regelfall übersatellitennavigierte Systeme realisiert.Zur Verbesserung der Satellitendaten werden von verschiedenen Anbietern Korrekturdaten ausgesendet.In dieser Diplomarbeit wurden die Korrekturdaten des StarFire-Systems der Firma John Deere mit denKorrekturdaten des EGNOS-Systems, welches von ESSP betrieben wird und den Korrekturdaten desOmniSTAR HP-Systems, welches von der Gruppe Fugro betrieben wird, auf ihre Genauigkeit verglichen.Zum Auswerten der Messungen wurde das auf der Programmiersprache Matlab basierende ProgrammJD-GPS-Analyse erstellt.Die Diplomarbeit entstand in Kooperation mit der Fachhochschule Mainz und dem LandmaschinenherstellerJohn Deere.

Programm JD-GPS-Analyse:

- Auswertung eines dynamisch gemessenenDatensatzes auf Spur zu Spur-Genauigkeit.

- Auswertung zweier dynamisch gemessenerDatensätze im Vergleich zueinander.

- Auswertung zweier dynamisch gemessenerDatensätze auf Spur zu Spur-Genauigkeit,wobei der eine Datensatz als Referenzmessungdient und seine Spur zu Spur-Abweichung von derSpur zu Spur-Abweichung des zweiten Datensatzessubtrahiert wird. Dies dient zum eliminieren äußererEinflüsse.

- Auswertung eines statisch gemessenenDatensatzes

Ergebnisse der Messungen

Es wurden bei statischen Messungen über mindesten 24 Stundenfolgende Ergebnisse für die große Halbachse der Konfidenzellipsefür Zwei-Sigma erzielt:

- StarFire iTC-Empfänger unter Nutzung des EGNOS-Korrektursignals 50 cm

-

- Trimble AG 252-Empfänger unter Nutzung desOmniSTAR HP-Korrektursignals 10 cm

StarFire iTC-Empfänger unter Nutzung des John Deereeigenen StarFire-Korrektursignals 10 cm

Werksfoto John Deere

Fachhochschule Mainz

Institut für RaumbezogeneInformations- und Messtechnik

i mainz33Photogrammetrische Auswertung undVisualisierung der archäologischen

Ausgrabung Kinneret, Israel(Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs)

Natalie Ines Schmidt

In den Ausgrabungskampagnen des Kinneret Regional Project werden immer wiederverschiedene, geeignete Techniken zur Fundauswertung diskutiert. Die im Anschluss an dieAusgrabungskampagne 2007 durchgeführte Luftbildaufnahme hat erstmals die Photogrammetriein denMittelpunkt dieserDiskussion gerückt.

Zielsetzungen

l

l

l

l

l

Orientierung der Luftbilder in einemBildverbandStereoauswertung undVisualisierung der Architektur von Stratum Vrealitätsnahe TexturierungRekonstruktion ausgewählter Installationen

Ergebnisse

Im Programm Leica Photogrammetry Suite sind dieLuftbilder mittels einer Bündelblocktriangulationorientiert worden. Die anschließende Stereo-auswertung ist mit dem Programm DISTA realisiertworden. Dabei sind die zu erfassenden 3D Objektethematisch in die Kategorien , undunterteilt worden.

wall floor breakline

Anhand der Daten der Stereo-auswertung ist im ProgrammRhinoceros ein 3D Modell derArchitektur von Stratum V erzeugtworden. Diesem ist durch dasAnbringen von Texturen, welcheaus Originalbildern extrahiert wur-den, ein realitätsnahes Aussehenverliehenworden.

Durch die Rekonstruktion ausge-wählter Installationen wie Taboune(Öfen), Türstürze, Säulen undSäulenbasen ist erreicht worden,dass diese im Kontext derArchitektur veranschaulicht wer-den können.

®

Institut für RaumbezogeneInformations- und Messtechnik

i mainz33

Fachhochschule Mainz

Anwendung von Laserscanningund Photogrammetrie in der Denkmalpflege

am Beispiel der Porta Nigra(Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs)

Stefan Hauth und Bettina Siegrist

Messungen:1.) Netzmessung: Beobachtung von 6 Netzpunkte mit Zwangszentrierungen. Tachymeter: Leica TCR 805 Ultra

HDS 6000 HDS 3000

2.) Laserscanning:

2.1) mit HDS 3000: 6 Messtage, 11 Standpunkte, 6,5 GB2.2) mit HDS 6000: 3 Messtage, 21 Standpunkte, 62 GB

3. Photogrammetrie: Stereobildaufnahme des Nord-Ost-TurmsMit der Icam 28

1.) Netzausgleich der Netz- und Passpunktmessungen mit HEIDI und Netz2D

3.) Stereomodell:Innere OrientierungRelative OrientierungAbsolute Orientierung

PlugIn-Entwicklung für ImageJ zur Kontrast- undHelligkeitsanpassung der Icam28 Bilder:

Nachbearbeitung:

Auswertung / Vergleich:Kombination: Erzeugung einer Fototextur Grundlage:Polygonmodell aus Laserscanning und Bilder der Icam28

2.) Punktwolken verbinden Polygonmodell erzeugen

Löcher füllen

Rauschen verringern

Zielsetzung:In dieser Diplomarbeit erfolgt sowohl die isolierte Betrachtung der beiden Messverfahren Laserscanning und Photogrammetrie als auchdie Untersuchung möglicher Kombinationsverfahren. Dabei soll die Nutzbarkeit und die Leistungsfähigkeit der einzelnen Mess- undAuswerteverfahren für die Bauaufnahme überprüft werden. Die einzelnen Laserscanner (HDS 2500, HDS 3000 und HDS 6000) werdendabei untereinander verglichen und das Verhalten, bei unterschiedlichen Geometrien und Objektbeschaffenheit, überprüft. DesWeiteren soll untersucht werden, ob eine Kombination von Laserscannerdaten und photogrammetrisch aufgenommene Bilder, neueMöglichkeiten für Denkmalpflege und Bauforschung eröffnen.

Die Thematik wird aus den Bildern interpretiert,Die Geometrie aus dem Polygonmodell abgegriffen

HDS 60002008

HDS 35002008

Fachhochschule Mainz

Institut für RaumbezogeneInformations- und Messtechnik

i mainz33

Prüfung von terrestrischen Laserscannern

(Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Fredie Kern)

Driss Kada

FARO LS 880Leica HDS 6000

Ziel der Arbeit ist:

Körnungstest

Farbtest

Die Ausschnitte A und B in Abb. 3 haben die gleiche Körnungsstufe (40),

aber verschiedene Farben (Schwarz und Grün), was zu unterschiedlichen

Ebenheitsmessabweichungen führt.

Gerät Antastabweichung Ebenheitsmessabweichung

Leica HDS 6000 max. 1,70 mm zwischen 1,99 und 2,25 mm

FARO LS 880 max. 2,00 mm zwischen 2,06 und 2,23 mm

Kugelabstandsabweichung

max. 2,00 mm

max. 2,70 mm

Antastabweichung, Kugelabstandsabweichung und Ebenheitsmessabweichung aus 10 m Messentfernung

Messvolumen

�

�

Die Prüfung von terrestrischen Laserscannern (FARO LS 880 und Leica HDS 6000) anhand der

VDI/VDE-Richtline mit Vergleich ihrer Genauigkeit (Antastabweichung, Kugelabstandsabweichung

und Ebenheitsmessabweichung).

Die Entwicklung eines Konzepts, um die Verhältnisse zwischen der Ebenheitsmessabweichung

und den Eigenschaften der gescannten Objektoberfläche (Material, Farbe und Körnung) zu analysieren.

� Die Ergebnisse stimmen mit den Herstellerangaben für beide Geräte überein

(±3 mm bei Leica HDS 6000, ±6 mm bei FARO LS 880 aus einer Messentfernung von 25 mm).

Welchen Einfluss haben Farbe, Körnung bzw. Oberflächenrauigkeit und Material der gescannten Objektoberfläche auf die Ebenheitsmessabweichung? Um diesen

Einfluss zu messen, haben wir Experimente mit Prüfkörpern aus Sandpapier (Abb. 1) und Stein (Abb.4) mit unterschiedlichen Farben und Körnungen durchgeführt.

In Abb. 2 haben die Ausschnitte C und D zwar die gleiche Farbe

(Schwarz) aber verschiedene Körnungsstufen (40 und 240),

was zu unterschiedlichen Ebenheitsmessabweichungen führt.

Die Körnung beeinflusst wohl die Ebenheitsmessabweichung:

Je feiner die Oberfläche ist, desto geringer wird die Ebenheitsmessabweichung.�

Abb. 1: Foto der Sandpapierplatte (verschiedene Farben und Körnungen)

Abb. 2 : Querschnitt der gescannten Sandpapierplatte (von rechts)

Antastabweichung Kugelabstandsabweichung

Empfohlene Anordnung der

Prüfkörper zur Bestimmung

der Ebenheitsmessabweichung

In Abb. 4 sieht man deutlich, dass der dunkelste Stein aus der

Reihe (D) die höchste Ebenheitsmessabweichung (3,12 mm)

liefert, im Gegensatz zu dem hellsten Stein (C), der das

niedrigste Ergebnis hat (1,97 mm).

Abb. 3: Querschnitt der gescannter Sandpapierplatte (von oben)

Abb. 4: Marmormauer FH Mainz 2.OG

Sowohl Farbe als auch Lichtintensität haben einen großen Einfluss auf die Schwankung der Ebenheitsmessabweichung:

Je dunkler die Farbe, desto höher die Ebenheitsmessabweichung.�

Fachhochschule Mainz

Institut für RaumbezogeneInformations- und Messtechnik

i mainz33Rekonstruktion von Freiformflächen

mit TLS-Daten am Beispiel eines Ruderbootes(Betreuer: Prof. Dr.-Ing. F. Kern)

Nelli Rohrbach

Ein Ruderboot soll mittels Terrestrischem Laserscanning für Strömungssimulation erfasst und via Erfassungskonzeptbesonders auf praxisorientierte Fragen und Probleme eingegangen werden. Für die Auswertung der Punktwolken sollendrei Auswertestrategien auf Effektivität und Wirtschaftlichkeit hin getestet werden. Hierbei handelt es sich um GeomagicStudio 9, 3Dipsos und Rhinoceros (NURBS).

Georeferenzierung der 6 Standpunkte wurde mit Cyclone 5.7ausgeführt. Registrierung verlief durch Auto-Add Cloud Constraint.

Auswertestrategien:

Dreiecksvermaschung Projektion auf einen Regelkörper

Ergebnisse der Auswertungen:

Geomagic Studio 9:

3Dipsos:

Projektion auf einen Regelkörpervon Prof. Dr.-Ing. F. Kern:

Sehr gutes Ergebnis wurde an denKunden weiter gegeben.

Mangelhaftes Ergebnis, wurdenicht weiter verwendet.

Frei von Löcher, jedoch ist dieOberfläche sehr uneben.

Einsatz von Makros und Umsetzung vonEbenen und Arten im CAD-Programm GeoGraf

(Betreuer: Prof. Dr. -Ing. Jochen Zaiser)

Tilo Weiß

Das Ziel dieser Arbeit ist die Darstellung der Einsatzmöglichkeiten von Makros und das

Schreiben einer Umsetzungsdatei für das CAD-Programm GeoGraf.

Als Beispiel zeige ich ein Makro, mit

dem Punktarten verändert werden

können und über den betreffenden

Button die gewünschte Punktart neu

definiert werden kann.

Diese Art der Datenänderung ist für eine kleinere Anzahl von Vorgängen nützlich. Sobald viele

Elemente geändert werden müssen, erweist sich die Makrobearbeitung als zu zeitintensiv und

fehleranfällig. Zu groß ist die Gefahr, dass man ein oder mehrere Elemente nicht ändert, weil

sie übersehen werden.

Für den Fall, dass eine größere Menge an Daten geändert werden muss, gibt es bei GeoGraf

die „Umsetzungsdatei“. Dort werden die Arten und Ebenen der Ursprungsdatei und die

zugehörigen Arten und Ebenen der Zieldatei angegeben. Damit setzt GeoGraf die in der Datei

definierten Bereiche auf eine neue Artendatei um.

Original AKIA-Artendatei Originaldatei mit ZAIART ZAIART nach Umsetzungsdatei

Ich untersuche, ob Makros das

Bearbeiten von Zeichnungen mit dem

Programmsystem GeoGraf vereinfachen

können.

Grafische Makros erleichtern dem

Benutzer das Arbeiten mit GeoGraf, da

oft verwendete Arten und Ebenen sehr

leicht durch ein Makro ausgewählt

werden können.

Analyse der Leistungsfähigkeit derkommerziellen GPS- / GLONASS-Auswertesoftware

Trimble Business Center 1.12 Advancedin Bezug auf die wissenschaftliche Auswertesoftware

Bernese GPS Software 5.0(Betreuer: Prof. Dr.-Ing. J. Klonowski)

Dennis Kilian

ImRahmen dieser Bachelor-Arbeit wurde die kommerzielle Post-Processing Auswertesoftware Trimble Business Center 1.12Advanced in Bezug zur wissenschaftlichen AuswertesoftwareBernese GPS Software 5.0 auf ihre Leistungsfähigkeit hinuntersucht.Das Hauptaugenmerk der Untersuchung lag hierbei auffolgendenPunkten:- Lösung der Phasenmehrdeutigkeiten (AmbiguityResultion)

- Detektierung von und Umgang mit Phasensprüngen (Cycle-Slip-Detection)

- Auswirkung und Modellierung atmosphärischerEinflüsse (Ionosphäre und Troposphäre)

- Auswirkung der Nutzung präziser Satellitenbahnen sowieplanetarer Ephemeriden.

Zur Auswertung im Post-Processing dienten sowohl selbstgemessene Datensätze als auch Daten von Stationen des IGSReferenznetzwerkes. Bei der Auswahl und Gewinnung der Datenwurde besonders auf einzelne Fehlereinflüsse (Atmosphäre undMessbedingungen) geachtet und diese in der Auswertungentsprechend näher beleuchtet. Die Auswertung wurde in dreiunterschiedlichenKonfigurationen durchgeführt:- Trimble Business Center mit Standard Einstellungen- Bernese GPS Software mit Einstellungen ähnlich dem TrimbleBusiness Center

- Bernese GPS Software mit erweiterten Einstellungen (PlanetareEphemeriden, Ocean tide und Ocean Loading Modelle, Nutzungmeteorologischer Daten und Global Ionosphere Maps)

Trimble Business Center 1.12 Advanced

Bernese GPS Software 5.0

DieErgebnisse unterschiedlicherMesskampagnenwurdenverglichen und Abweichungen zwischen beidenSoftwareprodukten näher untersucht.Hierbei dienten die Ergebnisse der Bernese GPS Software5.0 alsReferenzwerte.Die Untersuchung hat die Auswertungsergebnisse desTrimble Business Center 1.12 Advanced hinsichtlichPräzision und Zuverlässigkeit ein Stück weit transparentermachen können.

Vergleich zwischen TBC und Bernese mit TBC settings(Basislinen: TAUP - 306km länge und OUS2 - 612km länge)

- Golden Ears Bridge Kanada -Durchführung baubegleitender Vermessungsarbeitenund Umsetzung eines Workflows für die Prozesse

Planung - Probeaufbau - Endmontage(Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Jörg Klonowski (FH-Mainz)

Dipl. Ing. Waldemar Gryga (Bilfinger Berger (Canada) Inc.

Franziska Ziegler

Wie zwei Pfeiler den Wegzueinanderfinden.....

l = cl + s

l(t) = l * (11,7 * 10 ) *

l = s + (s – s ) + (cl – cl ) + (s – s ) + (cl – cl ) + (s – s ) + (cl ...

- t r = L * Rotation /100 h = cl + r S = L - h + (S –1)

S = l(t) - h + (S -1) L = S - (S -1)

Ö

S Ö

D

2 2

-6

2 2 2 2 2

2 2

2 2

Δ t + l

Δ t = t Δ Δ1 2 1 2 1 3 2 3 2 4 3 4

ist ref M3N M3N r r r r

r r r v r r

Ö Ö Ö Ö Ö

√

√

)

Kalibrierung und Korrektion vonTLS-Intensitätswerten und

Kontraststeigerungmit Fuzzy-Logik(Betreuer: Prof. Dr.-Ing. F. Kern)

Daniel Wujanz

Im Rahmen der Arbeit wurde eine Software entwickelt

mit welcher der von terrestrischen 3D-Laserscannern

(TLS) erfasste Intensitätswert kalibriert und bezüglich

festgestellten Abweichungen korrigiert werden

konnte. Dazu wurden verschiedene Bestimmungs-

verfahren konzipiert und umgesetzt. Mit dem

erstellten Programm können ebenfalls Abbilder der

bearbeiteten Punktwolke erzeugt werden, die

bildverarbeitenden Prozessen zugeführt werden

können.

Die mit der Software erstellten Bilder wurden einem Segmentierungs-

algorithmus zugeführt. Der obere Bildausschnitt zeigt das

Segmentierungsergebnis einer in ein Bild umgewandelten und

kalibrierten Punktwolke. Im unteren Bereich wurde derselbe Datensatz

um die Einflüsse der Objektdistanz und des Auftreffwinkels des Lasers

korrigiert und schließlich mit dem Segmentierungsprogramm

verarbeitet. Deutlich zu sehen ist die homogenere Zugehörigkeit auf der

Fassade des Hauses nach der Korrektion. Folglich eignen sich

Intensitätswerte auch zur Segmentierung von Punktwolken.

Zur Bestimmung einer Kalibrierungsfunktion kam ein Monochromator

zum Einsatz, mit dessen Hilfe die Projektion des 3D-Laserscanners auf das

Objekt simuliert wurde. Bestrahlt wurden verschieden eingefärbte

Felder, deren Reflexionsgrad unter Zuhilfenahme eines Referenzwertes

bestimmt werden konnte. Dazu diente ein Spektralon, dessen

Reflexionsgrad bei der verwendeten Wellenlänge bekannt war.

Anschließend wurden die Felder mit dem eingesetzten Scanner, einem

, gescannt. Aus den beiden erfassten Datensätzen konnte

schließlich eine Kalibrierfunktion erstellt werden, mit der die vom

Instrument erfassten Intensitäten in Pseudo-Reflexionsgrade

umgewandelt werden können.

Leica HDS 3000

Versuchsaufbau zur Bestimmung von Reflexionsgraden

Reflexionsgrade gegenüber Intensitätswerten

Arbeitsschwerpunkte

Ergebnisse der Segmentierung

Nutzung von Intensitäten zur Segmentierung

Umwandlung von Intensitäten in Pseudo-

Reflexionsgrade

Datenfluss des erstellten Programms

Fachhochschule Mainz

Institut für RaumbezogeneInformations- und Messtechnik

i mainz33Entwicklung von Punktwolken- und3D-Geometriefunktionalitäten für eine

Software zur Stereo-Auswertung(Betreuer: Prof. Dr. -Ing. F. Boochs)

Burkhard Tietz

5. ARBEITSSCHWERPUNKTE

5.1. BERATUNG, PROJEKTANBAHNUNG, NEUE KONTAKTE

Im Rahmen seiner Möglichkeiten berät das i3mainz Interessenten mit entsprechenden Anfragen unentgeltlich. Dies reicht von kurzen telefonischen Auskünften über Beratungs-gespräche bis zu kleinen technischen Hilfen oder gemeinsamen Diplomarbeiten (diese siehe unter 4.5). Im Folgenden sind typische Beispiele aus dem Berichtsjahr zusammengestellt:

KOMPETENZERWEITERUNG IM RAHMEN VON „KOMP3DMETROLOGY“ (GEFÖRDERT ÜBER

BMBF FORSCHUNGSPRÄMIE)

Der Umsetzungsprozess der Hightech-Strategie der Bundesregierung sieht u.a. technologieübergreifende Querschnittsmaßnahmen vor. In diesem Rahmen fördert das BMBF mit dem Programm Forschungsprämie ab Sommer 2008 für voraussichtlich ein Jahr das Projekt „Komp3Dmetrology – Kompetenzweiterentwicklung für den Kooperationsaufbau, Wissens- und Technologietransfer im Bereich 3D-Metrology“ mit dem allgemeinen Ziel, die Kräfte von Wissenschaft und Forschung zu bündeln. Konkret ist diese Förderung eine Konsequenz erfolgreich abgeschlossener Industrieprojekte aus dem Bereich mobile 3D-Präzisionsmesstechnik.

Im Mittelpunkt der aktuellen Arbeiten stehen die Verbesserung der Positionierung des Instituts für raumbezogene Informations- und Messtechnik i3mainz bei verwertungsnahen Forschungsthemen, die Schließung strategischer Lücken für neue Kooperationsaktivitäten und die Validierung ausgewählter Projektergebnisse im Hinblick auf mobile Einsatzszenarien.

Bereits jetzt ist klar absehbar, dass Komp3Dmetrology über die Einzelschritte Durchführbarkeitsstudie und Patentrecherche die erfolgreiche Vorbereitung des Projekts „Modulare Digitalkameratachymeter – MoDiTa“ - eingereicht in der FHprofUnd-Förderschiene von Prof. Dr. Schlüter - ermöglichte. Start des Projektes wäre bei erfolgreicher Bewertung durch das BMBF Mitte 2009.

KONTAKTE ZU VERSCHIEDENEN ARCHÄOLOGISCHEN INSTITUTIONEN

Im Verlauf des Jahres 2008 sind eine Reihe weiterer archäologischer Forschungsinstitutionen auf die Arbeiten des i3mainz aufmerksam geworden und habe konkret nach Möglichkeiten zur Kooperation angefragt. Einen Beitrag dazu hat auch die neu geschaffene Professur für "Interdisziplinäre Anwendungen raumbezogener Mess- und Informationstechnik", deren Schwerpunkt im Bereich der Altertumswissenschaften liegt, geleistet. Zu konkreten Projektvorhaben, die auf einer soliden Finanzierungsbasis stehen, ist es noch nicht gekommen. Sie befinden sich aber in einigen Fällen in einem Stadium, das eine Berichterstattung rechtfertigt.

So haben sich zwei Kooperationsfelder mit dem Lehrstuhl für Baugeschichte an der Fachhochschule Wiesbaden ergeben. Zum einen ist das Triphylien-Projekt auf der griechischen Peloponnes, an dem im Herbst 2008 bereits zwei Studenten im Rahmen ihrer Diplomarbeit eine Messkampagne durchgeführt haben, zu nennen. Daneben wird zur Zeit eine Beteiligung an der Untersuchung der Kathedrale von Santiago de Compostela eruiert, die ab kommendem Frühjahr realisiert werden könnte.

Mit dem Sonderforschungsbereich 295 "Kulturelle und sprachliche Kontakte. Prozesse des Wandels in historischen Spannungsfeldern Nordostafrikas/Westasiens" der Universität Mainz ist eine Kampagne in der libyschen Kyrenaika geplant. In Kooperation mit der Zentrale des Deutschen Archäologischen Instituts sollen Vorarbeiten für einen

großflächigen Survey im Küstengebiet vorgenommen werden, die vom i3mainz Mess- und Informationstechnisch betreut würden.

Bereits beantragt sind die Mittel für eine umfassende Dokumentationskampagne im antiken Germia im zentralanatolischen Hochland, wo ab Herbst 2009 ein frühbyzantinisches Pilgerzentrum in Zusammenarbeit mit der BTU Cottbus und der Abteilung Istanbul des Deutschen Archäologischen Instituts untersucht werden soll. Auch mit der Abteilung Kairo des Deutschen Archäologischen Instituts intensivieren sich die Kontakte. Wurde im Herbst 2008 noch mit der Bereitstellung von Messausrüstung ausgeholfen, sollen im kommenden Jahr zwei Unternehmungen konkretisiert werden, die sich zum einen der bildgestützten Dokumentation von Reliefblöcken zum anderen der Konzeption eines Informationssystems für die Bereitstellung und den Austausch von Forschungsdaten verschiedener Projektgruppen in einem großen Untersuchungsgebiet widmen.

Noch nicht abgeschätzt werden kann der Umfang der Beteiligung des i3mainz an einem UNESCO-Projekt im libanesischen Baalbek. Für die Tempel des dortigen, zum Weltkulturerbe zählenden Heiligtums wird ein Konzept für die Bauwerksüberwachung erarbeitet, für dessen Umsetzung das i3mainz angefragt wurde.

ZUSAMMENARBEIT MIT DEM E-LEARNING-SUPPORT DER FH MAINZ

Die FH Mainz partizipiert in dem vom Land RLP geförderten Projekt "Kompetenzentwicklung für den Einsatz neuer Medien in der Fachhochschullehre (KE-FH)". Im Rahmen dieses Projektes wurde von der Hochschulleitung der E-Learning-Support etabliert, welcher als technische und didaktische Beratungsstelle FH-weit operiert. Personell ist der E-Learning Support mit zwei Mitarbeitern besetzt. Ein Mitarbeiter, Herr Timo Göth, hat seinen Arbeitsplatz im i3mainz, wodurch die Zusammenarbeit mit Mitarbeitern und Professoren, welche über jahrelange Erfahrung im Bereich E-Learning besitzen, ideal gegeben ist. Zudem steht Herrn Göth die gesamte Infrastruktur des Institutes zur Verfügung.

5.2. WISSENSCHAFTLICHE WEITERBILDUNG – „LEBENSLANGES LERNEN“

Der stete technische Fortschritt von Aufnahme- und Auswerteverfahren erfordert das „Lebenslange Lernen“. Solide Möglichkeiten sich außerhalb von Messen, Vortrags-seminaren und Kongressen mit den technologischen Herausforderungen zu beschäftigen bestehen aber nur wenige. Eine Hochschule im Allgemeinen und das i3mainz im Besonderen sind prädestiniert diese Aufgabe zu übernehmen. Weiterbildung ist neben Lehre und Forschung, gemäß dem Hochschulgesetz (HochSchG), die dritte tragende Säule einer Hochschule.

Die Kursteilnehmer profitieren dabei von den vielfältigen Erfahrungen aus den Forschungs- und Entwicklungsprojekten des i3mainz und von modernster Technik und Software an der die Ausbildung stattfindet.

Nach dem ersten erfolgreichen Grundkurs „Terrestrisches Laserscanning“ im Jahre 2007 wurde dieser erneut zum 14. und 15. Februar 2008 ausgeschrieben. Aufgrund der geringen Resonanz, die vermutlich auf Terminüberschneidungen mit anderen TLS-Veranstaltungen zurückzuführen ist, konnte dieser Kurs aber nicht durchgeführt werden.

Die zweitägigen i3mainz-Kurse sollen in Zukunft weiter angeboten werden. Weitere Schwerpunkte für die Weiterbildungskurse könnten neben dem Terrestrischen Laserscanning sein: die Photogrammetrie, die Industrielle Messtechnik oder Grundlagen der Ausgleichungsrechnung und Statistik behandeln. Speziell zu dem zu letzt genannten Themenbereich steht das i3mainz derzeit in Verhandlungen mit dem Hessischen

Landesamt für Bodenmanagement und Geoinformatik (HLBG) zwecks Aufbau und Ausgestaltung eines solchen Kurses.

5.3 SCHWERPUNKT KOMPETENZZENTRUM

5.3.1 INFORMATIONSTECHNIK UND ARCHÄOLOGIE

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Hartmut Müller

Laufzeit: Seit April 1997

Finanzierung: Römisch-Germanisches Zentralmuseum Mainz (RGZM)

Weitere Partner: Vulkanpark GmbH Mayen, Universität Mainz, Ukrainische Akademie der Wissenschaften, Simferopol, Ukraine Universität Simferopol, Ukraine Österreichisches Archäologische Institut, Wien

Zwischen dem RGZM und dem i3mainz besteht seit Jahren eine enge Zusammen-arbeit, die seit April 1997 im Drittmittelprojekt „Informationstechnik und Archäologie“ organisiert ist. Die Untersuchung neuer Entwicklungen aus den Bereichen Vermessungstechnik, Geoinformation, Fernerkundung und Informationstechnik für Anwendungen in Geschichte, Archäologie und Denkmalpflege steht dabei im Vordergrund. Herr M.Eng. Guido Heinz, wissenschaftlich-technischer Mitarbeiter des RGZM, arbeitet im Rahmen dieses Projekts seit 1997 permanent am Institut. Er übernimmt die Koordinierung der gemeinsamen Projekte und nimmt auch Aufgaben der Projektleitung wahr. Die hier erwähnten Einzelprojekte sind zum Teil auf den folgenden Seiten ausführlicher beschrieben.

Die laufenden Projekte aus den Vorjahren wurden in 2008 fortgeführt. Ein Schwerpunkt liegt dabei wieder im Dokumentationsprojekt der Höhenbefestigungen auf der südlichen Krim / Ukraine. Bei den Arbeiten vor Ort standen im Berichtsjahr eher Ergänzungen der bereits durchgeführten Arbeiten im Vordergrund. Neben tachymetrischen Aufnahmen wurde verstärkt auch terrestrische Stereophotogrammetrie eingesetzt (siehe dort).

Bei verschiedenen Projekten und Anwendungen kamen wiederum 3D-Scanner unterschiedlicher Typen und Auflösungen zum Einsatz. In Anbahnung der Dokumentation von geometrischen Veränderungen durch den Einsatz unterschiedlicher Konservierungsverfahren wurde eine Reihe von Testkörpern mittels Streifenprojektionsscanner aufgenommen. Ab dem kommenden Jahr ist die geometrische Begleitung der Testreihen geplant. Daneben wurden ausgewählte Objekte aus dem Umfeld der antiken Schiffahrt mittels 3D-Scanning vermessen. Die begonnenen Arbeiten zur Dokumentation antiker Werkstätten wurden fortgeführt (siehe dort).

Die vorhandenen internetbasierten Datenbanken und zugehörige angepasste Werkzeuge für die Erstellung von Verbreitungskarten wurden weiter gepflegt und für den speziellen Einsatz optimiert. Die Anwendung zur Suche und Verwaltung von Ortsnamen und zugehörigen Positionsdaten wurde um wichtige Werkzeuge ergänzt. Durch die Integration von webbasierten Kartendaten externer Provider (eingesetzt wurde in diesem Fall Microsoft Virtual Earth) kann die Lokalisierung von (z.B. antiken) Orten ohne aktuellen Ortsnamen wesentlich vereinfacht werden. Dabei stehen Satellitenbilddaten und Kartendarstellungen zur Verfügung. Diese Daten können auch zur Erstellung dynamischer Verbreitungskarten verwendet werden.

Erweiterte Funktionalität der Orts- und Namensdatenbank mit der Möglichkeit, Positionen auf Karten zu digitalisieren (hier mit Microsoft Virtual Earth)

Ansicht eines Teilscans einer antiken Holzstruktur

5.3.2 GEOMETRISCHE DOKUMENTATION IM BERGLAND DER KRIM / UKRAINE

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Hartmut Müller

Laufzeit: Februar 2006 bis Mitte 2009

Finanzierung: Römisch-Germanisches Zentralmuseum Mainz (RGZM)

Weitere Partner: Institut für Orientalistik, Ukrainische Akademie der Wissenschaften Simferopol / Ukraine; Universität Simferopol / Ukraine

Die beiden Höhensiedlungen Eski-Kermen und Mangup-Kale im Bergland der Halbinsel Krim in der Ukraine werden seit 2006 von Archäologen des RGZM wissenschaftlich untersucht. Die Arbeiten bezüglich der geometrischen Dokumentation werden vom i3mainz durchgeführt. In den vorangegangenen Jahren wurden die Grundlagen zur geometrischen Dokumentation und zum Aufbau eines Geoinformationssystems geschaffen sowie die verschiedensten Funde auf unterschiedliche Art und Weise dokumentiert. In diesem Jahr standen die Auswertungen der Messungen von 2006 und 2007 sowie die daraus ersichtlichen Nacharbeiten im Vordergrund. Weitere Arbeiten in diesem Jahr waren das Bereitstellen von Geometriedaten als Grundlagen zur Herstellung von Abbildungen für Präsentationen und Publikationen.

Bei einer einwöchigen Kampagne im Mai dieses Jahres wurden in der Ukrainischen Akademie der Wissenschaften in Simferopol verschiedene Ausgrabungspläne und Dokumentationen mit ukrainischen Archäologen vor Ort georeferenziert. Ziel ist die Herstellung eines Gesamtplanes mit allen bekannten archäologischen Details für das gesamte Projektgebiet. Die tachymetrische Aufnahme der Referenzpunkte im Feld zur Georeferenzierung der Grabungspläne erfolgte in den vorangegangenen Jahren. Im Anschluss daran erfolgte in Zusammenarbeit mit den ukrainischen Archäologen die Digitalisierung und Attributierung der neuen Informationen, um diese im GIS darzustellen und für weitere Analysen und Abfragen zur Verfügung zu stellen.

Eine zweite, größere Kampagne im Juni/Juli diesen Jahres befasste sich unter anderem mit Messungen von weiteren Befunden und Grabungsschnitten sowohl bei den ukrainischen als auch den deutschen Kollegen. Die mit Tachymeter erfassten Punkte im einheitlichen Koordinatensystem stellen erneut die Grundlage dar, die neuen Daten im GIS abzulegen und mit bereits vorhandenen Daten zu analysieren. Zur geometrischen Erfassung wurde in diesem Jahr neben 2 Tachymetern auch terrestrische Stereo-Photogrammetrie eingesetzt.

Im Bereich der Höhlendokumentation erfolgten Nachmessungen von verschiedenen Elementen, wie Eingangsbereiche, Schnittlinien usw. in enger Zusammenarbeit mit Architekten. Aus den Geometriedaten und Bildinformationen werden aktuell mit Hilfe der Architekten 2D-Ansichten für die Veröffentlichung erarbeitet.

In der Umweltarchäologie lag in diesem Jahr auf der Krim die detaillierte tachymetrische Dokumentation eines Fundgebietes mit Gelände und Objekten im Vordergrund. Das daraus erstellte Geländemodell und die Möglichkeiten, verschiedene Werkzeuge für die Analyse in ArcGIS einzusetzen, erzielte wertvolle Informationen für die weiter Interpretation des Gebietes.

Georeferenzierung von Grabungsplänen über tachymetrisch erfasste Referenzpunkte (Teil des größten Gräberfeldes im Projektgebiet)

Geländemodell mit Schummerung (aus Tachymetermessungen) für archäologische Interpretationen

5.3.3 ANWENDUNG MODERNER PHASENSCANNER IN DER DOKUMENTATION ANTIKER

KULTURGÜTER

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Hartmut Müller

Laufzeit: Seit Sommer 2007

Finanzierung: Ministerium für Bildung, Wissenschaft, Jugend und Kultur

Weitere Partner: Römisch-Germanisches Zentralmuseum Mainz Österreichisches Archäologisches Institut

Im Berichtsjahr wurden die in der 2-wöchigen Messkampagne 2007 in Ephesos / Türkei erfassten Geometriedaten der wasserbetriebenen Steinsäge in Ephesos/Türkei weiter am Institut ausgewertet. Die Dokumentation der Werkstatt erfolgte mit terrestrischem 3D-Laserscanner in Kombination mit hochauflösenden Bildern, um den baulichen Ist-Zustand zu erfassen. Das Projekt entstand aus der Kooperation zwischen dem i3mainz und dem Römisch-Germanischen Zentralmuseum (RGZM). Die Bearbeitung der Punktwolken erfolgte durch Praktikanten und studentische Hilfskräfte unter Betreuung von Mitarbeitern.

Die eingefärbte Punktwolke der Werkstatt hat nach der Registrierung, Vereinigung und Ausdünnung einen Punktabstand von 5 mm und eine Punktanzahl von 122 Millionen Punkten. Die Dateigröße liegt bei 1,2 GB. Diese 3D-Punktwolke bietet die Grundlage für die weitere Auswertung.

Die geforderten Resultate der Archäologen und Bauforscher sind 2-dimensionale Pläne wie Grundrisspläne, Seitenansichten und Schnittansichten. Auf der Grundlage der Punktwolke wurden entweder im Programm „Cyclone“ von Leica oder im Aufsatzmodul „CloudWorx“ für AutoCAD von Leica 3D-Polylinien digitalisiert. Das 3D-Linienmodell bietet zum einen die Grundlage für die Erstellung von 2D-Pläne und dient als Basis für die virtuelle und reale Rekonstruktion der Werkstatt in Ephesos. Die 2D-Pläne wurden in Zusammenarbeit mit Archäologen des RGZM und Bauforschern des ÖAI (Österreichischen Archäologischen Institut) erarbeitet. Die Ausarbeitung der Grundrisse sowie Schnittansichten der Werkstatt erfolgte in Absprache mit den Bauforschern, die bereits Pläne von benachbarten Bauwerken in Ephesos erarbeitet haben. Deren Zeichenvorschrift wurde für dieses Projekt übernommen.

Die Ergebnisse der Dokumentation des baulichen Ist-Zustandes der Werkstatt sind eine eingefärbte Punktwolke der Werkstatt zum Betrachten in einem freien Viewer, mehrere Panoramabilder in verschiedenen Projektionen dargestellt, ein 3D-Linienmodell sowie die verschiedenen 2D-Pläne für die bevorstehende Publikation des Projektes am RGZM.

Für das nächste Jahr ist die Dokumentation weiterer benachbarter Werkstätten in Ephesos mit 3D-Laserscanner und hochauflösenden Bildern sowie die Erstellung von Plänen für Forschung und Publikationen geplant.

3D-Polylinie auf Grundlage der 3D-Punktwolke

Seitenansicht einer Wand auf Grundlage der eingefärbten Punktwolke

5.3.4 MODERNE MESS- UND INFORMATIONSTECHNIK IM KINNERET REGIONAL PROJECT

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Hartmut MüllerLaufzeit: Seit Juli 2004Finanzierung: Ministerium für Bildung, Wissenschaft, Jugend und Kultur Rheinland-

Pfalz Weitere Partner: Seminar für Altes Testament und Biblische Archäologie am

Fachbereich Evangel. Theologie der Johannes-Gutenberg Universität, Universitäten Bern und Helsinki, Israel Antiquities Authority.

Seit 2002 untersucht ein internationales Team von Archäologen die Ortslage Tell Oreime/Kinneret am Nordwestufer des Sees Gennesaret, einem Ort, der eine herausragende Stellung für die Eisenzeit im ganzen Land Israel innehat. Eine zirka zehn Hektar große Stadtanlage konnte sich hier in prominenter Lage in einer allgemeinen Krisenlage mit einem Niedergang des Handels und großen Hungersnöten um 1200 v. Chr. behaupten. Im Jahr 2004 begann die Zusammenarbeit mit dem Seminar für Altes Testament und Biblische Archäologie des Fachbereichs Evangelische Theologie der Johannes-Gutenberg Universität Mainz (Prof. Dr. Wolfgang Zwickel), um während der zehnjährigen Laufzeit des archäologischen Langzeitvorhabens „Kinneret Regional Project“ am See Gennesaret künftig innovative Mess- und Informationstechnik einsetzen zu können. Im Sommer 2004 waren bei den Grabungen in der antiken Stadt Kinneret erstmals moderne Vermessungsmethoden eingesetzt worden. Eine Diplomandin des Studiengangs Geoinformatik und Vermessung der FH Mainz hatte das Projektgebiet an das israelische Landesnetz angeschlossen. Über eine komplette topographische Neuaufnahme des Grabungsgebietes (Größe ca. 10 ha) wurde erstmals eine konsistente Datengrundlage für das gesamte Areal geschaffen. Im Jahr 2005 wurden im Zuge zweier Diplomarbeiten weitere Messungen im Projektgebiet durchgeführt, womit die Ergebnisse aus dem Jahr 2004 entsprechend erweitert und ergänzt werden konnten. Die Arbeiten vor Ort lieferten auch die Grundlage für eine genaue geometrische dreidimensionale Dokumentation des Grabungsareals, deren Auswertung sich bis in das Jahr 2006 erstreckte. Wegen der unzumutbaren Sicherheitslage in Israel im Sommer 2006 musste die bereits vollständig organisierte Feldkampagne 2006 kurzfristig abgesagt werden. Das Jahr 2007 kann als weiterer Meilenstein gelten auf dem Weg, digitale Dokumentationsverfahren in der Archäologie zu etablieren. Erstmals wurde eine hochmoderne GPS-Ausrüstung eingesetzt, um den elektronischen Datenfluss im Feld in einer bisher ungekannten Geschwindigkeit zu realisieren. Dies führte zu einem enormen Produktivitätsgewinn, da viele manuelle Zwischenschritte ersatzlos entfallen können. Im Jahr 2008 wurden Versuche durchgeführt, um Fotografien, die von einem Heißluftballon als Trägerplattform aus erfasst worden waren, für die geometrische Dokumentation nutzbar zu machen. Dazu wurden aus den ungezielt erfassten Fotografien Stereomodelle erzeugt, die anschließend dreidimensional ausgewertet werden konnten.

Aufnahmen des Grabungsareals Abbildungen www.kinneret-excavations.org

5.3.5 KARTIERUNG UND REKONSTRUKTION DER ANTIKEN STADT ZHAFAR/DHU RAYDAN, REPUBLIK JEMEN

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Hartmut Müller Laufzeit: Seit Sommer 1998 Finanzierung: Privatdozent Ph.D. Paul Yule, Institut für Ur- und Frühgeschichte und

Vorderasiatische Archäologie, Universität Heidelberg, Deutsche Forschungsgemeinschaft

Weitere Partner: Deutsches Archäologisches Institut, Bonn/Berlin/Sana'a, General

Organisation of Antiquities, Museums and Manuscripts, Sana'a, Jemen, Qatar Museums Authority, Doha

Die Stadt Zhafar befand sich in der Antike am heutigen Ort Zhafar in der Provinz Ibb, 130 km südlich der Hauptstadt Sana’a im jemenitischen Hochland auf bis zu 3.000 m Höhe. Seit 1998 arbeitet Prof. Dr. Paul Yule vom Heidelberger Institut für Ur- und Frühgeschichte und Vorderasiatische Archäologie zusammen mit der jemenitischen Fachbehörde an einem Projekt zur Erforschung der antiken Stadt. Bislang stand die Erforschung des Himyarenreichs ganz im Schatten seines renommierten Nachbarn Saba’. Zhafar war von 115 v. Chr. bis 525 n. Chr. Hauptstadt des Himyarenreichs. Im 4. und 5. Jahrhundert erlebte es seine Blütezeit und hielt damals direkt oder indirekt die Oberherrschaft über ganz Arabien.

Als Teil des interdisziplinären Teams war das i3mainz bei den Feldkampagnen in den Jahren 1998, 2000, 2002, 2003, 2005, 2006 und 2008 mit der messtechnischen Er-fassung des Geländes und der historischen Befunde beschäftigt.

Inzwischen wurden am i3mainz auch hoch genaue digitale Geländemodelle, digitale Orthophotos und virtuelle 3D-Rekonstruktionen aus hoch aufgelösten Satellitenbildern erzeugt. Auch die ersten Arbeiten zum Aufbau eines Geoinformationssystems sind inzwischen abgeschlossen.

Bei der zweimonatigen Feldkampagne Februar/März 2008 wurde unter anderem eine aus archäologischer Sicht sehr bedeutende lebensgroße Königsfigur ausgegraben und dokumentiert. Weitere Arbeiten beschäftigten sich mit der Kartierung antiker Bewässerungsanlagen. Die dreidimensionalen Ergebnisse wurden so aufbereitet, dass sie auch in Google Maps dargestellt werden können. Insbesondere gehörte zu dieser Aufbereitung die Integration der Ergebnisse in andere Raumbezugssysteme.

Oben: dreidimensionales Modell einer antiken Bewässerungsanlage

Mitte/Unten: lebensgroße Königsstatue, Reliefwand

5.3.6 BILDGESTÜTZTE DOKUMENTATION VON ARCHÄOLOGISCHEN BEFUNDEN

Projektleiter: Prof. Dr. Boochs, Prof. Dr. Müller, M.Eng. Heinz

Laufzeit: Seit 2008

Finanzierung: Römisch-Germanisches Zentralmuseum Mainz (RGZM) Bundesministerium für Bildung und Forschung

Weitere Partner: Heidelberger Akademie der Wissenschaften – Institut für Kunstgeschichte Ostasiens – Universität Heidelberg

Bei der Dokumentation von archäologischen Befunden gibt es je nach Objekt und Fragestellung ganz unterschiedliche Anforderungen. In vielen Fällen ist es wichtig, das Objekt unabhängig vom direkten haptischen Zugang sichtbar und studierbar zu machen. Dies geschieht häufig mittels Bildern, die eine Ansicht des Objektes erlauben. Bei vielen Objekten besitzt ein Bild alleine allerdings nicht die Aussagekraft, um verschiedene Teilstrukturen gut sichtbar zu machen.

Eine Möglichkeit, um dies zu ermöglichen, sind detaillierte 3D-Scans, aus denen dann virtuelle Oberflächenmodelle erstellt werden, die mit entsprechenden Werkzeugen betrachtet werden können. Dabei wird auf der Basis der Oberflächengeometrie und künstlichen Lichtquellen ein Bild gerendert. Die Aufnahme mit einem Scanner erfordert einen hohen finanziellen Aufwand für die Hardware und einen nichtunerheblichen Aufwand in der Datenprozessierung. Die Daten können dann je nach Genauigkeit für Messzwecke oder auch Kopien verwendet werden.

Falls diese Aspekte nicht zwingend sind, bietet sich eine andere Methode an, die von den HP Labs entwickelt wurde, Polynomial Texture Mapping (PTM) (siehe http://www.hpl.hp.com/research/ptm/). Dabei wird für jedes Pixel des Bildes nicht ein statischer Wert für die Farbkanäle rot, grün und blau verwendet, sondern eine Funktion spezifiziert diese Werte lichtabhängig über Parameter.

Zur Erstellung solcher Bilder wird ein ganzer Satz Photos aufgenommen, wobei die Beleuchtung mittels eines externen Blitzes aus unterschiedlichen Richtungen erfolgt. Wenn die Richtung des Lichtes bekannt ist, kann dann ein entsprechendes Bild berechnet werden. Für die Berechnung und Betrachtung der PTM-Bilder stellt HP Software bereit. Die Bestimmung der Lichtrichtung kann messtechnisch erfolgen oder über Hilfsmittel wie eine stark reflektierende Kugel, auf der dafür vorgesehene Software die Lichtspots identifiziert und die Richtung für das jeweilige Bild berechnet. Es ist keine spezielle oder teure Hard- oder Software erforderlich.

Zur Untersuchung der Verwendbarkeit dieser Bilder wurden Aufnahmen unterschiedlicher Objekte in verschiedenen Projekten des Instituts angefertigt (siehe als Beispiel die Abbildungen auf der folgenden Seite). Die PTM-Bilder erlauben die Betrachtung des aufgenommenen Objektes mit variabler Änderung der Lichtrichtung und der Lichtintensität sowie Möglichkeiten zur Variierung der Darstellung. Die Bilder stießen bei den beteiligten Geisteswissenschaftlern auf großes Interesse, weil sie ohne großen Aufwand zu erstellen sind und Betrachtungen ermöglichen, die ansonsten nur direkt mit dem Objekt und entsprechenden Lichtquellen möglich sind. Interessant ist die Anfertigung dieser Bilder auch bei Objekten mit stark glänzenden oder reflektierenden Oberflächen, die oft große Probleme bei optischen Messtechniken wie Streifenlichtscannern bereiten. Zu beachten ist, dass in diesen Bildern keine räumlichen Maße am Objekt abgegriffen werden können.

Vier verschiedene Ansichten mit unterschiedlichen Lichtrichtungen eines PTM-Bildes von einem Modell eines Terra-Cotta-Kriegers

5.3.7 SAYNER HÜTTE IN BENDORF – PROJEKT ZUR SANIERUNG DER GUSSKONSTRIKTION

DER GIESSHALLE

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs

Laufzeit: Seit September 2007

Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung Stadt Benndorf

Weitere Partner: Institut für Projektentwicklung und angewandte Bauforschung in der Denkmalpflege (IProD) Stadt Benndorf

Die Gießhalle der Sayner Hütte in Bendorf wurde am Anfang des 19. Jahrhunderts (um 1830) erbaut und gilt heute als eines der bedeutendsten Industriedenkmäler Deutschlands. Die gusseiserne Tragwerkskonstruktion der Halle setzt sich aus insgesamt neun bauwerksübergreifenden Bindern und zahlreichen Verbindungselementen unterschiedlicher Art zusammensetzt. Die dreischiffige Gießhalle erinnert in ihrem Aufbau an eine Kirche, wobei anstelle des Altars sich ein massiver Hochofen in der Sayner Hütte befindet. Der mittlere Teil der Gießhalle wird beiderseits von je neun Hohlsäulen getragen. Die Begutachtung des Zustands der Bausubstanz der Gießhalle durch den TÜV Rheinland im vergangenen Jahr führte aufgrund des auffälligen Zustands der Binderkonstruktion (einzelne Stäbe der Konstruktion fehlen) aus sicherheitsrelevanten Gründen zur sofortige Schließung der Sayner Hütte für den Publikumsverkehr.

Vom Projektträger wurde umgehend ein Konzept zur Sanierung der Gießhalle in Auftrag gegeben, in dessen Entwicklung das i3mainz als beratende und ausführende Stelle der messtechnischen Fragestellungen direkt einbezogen wurde. Als erster Schritt stand die Anfertigung einer statischen Berechnung im Vordergrund, für deren Anfertigung messtechnische Leistungen zu erbringen waren.

Aufbauend auf den im vergangenen Jahr geführten Gespräche und Abstimmungen mit dem Stadtbauamt in Bendorf, konnte für die anstehenden Sanierungsarbeiten in der Gießhalle der Sayner Hütte ein aufgabenbezogenes Messprogramm aufgesetzt und durchgeführt werden. Zunächst standen die Fragestellungen des für die anstehenden Berechnungsarbeiten beauftragten Statikers im Vordergrund. Die Aufgabe für das Institut bestand darin, mit Hilfe aktueller Laserscanner der neusten Generation ein Aufmaß der schwer zugänglichen Tragwerkskonstruktionen mit Bezug auf Normal-Null zu erstellen. Daraus waren im weiteren Verlauf Höhenkoten an spezifizierten Stellen der Tragwerks- und Säulenkonstruktion zu ermitteln. Besonderes Augenmerk lag dabei auf dem Kapitellbereich der insgesamt 18 Säulen, deren Höhenverteilung dem Statiker bestmögliche Beschreibungen zur Verformung des gesamten Bauwerks liefern.

Grundsätzlich können Laserscannerdaten verschiedenen Fragestellungen unterworfen werden. So konnte ein weiterer Gesichtspunkt für die anstehenden statischen Berechnungen beleuchtet werden. Ebenso wie die Höhenverteilungen im Kapitellbereich der Säulen wichtig, ist die Bestimmung der Ausrichtung der einzelnen Säulen. Durch einen weiteren Verarbeitungsschritt in der erfassten Punktwolken, wurden vermaschte Oberflächenmodelle der einzelnen Säulen erstellt, welche durch Schnitt in zwei Horizonten in ihrer Ausrichtung bestimmt werden konnten.

Die erzeugten Unterlagen wurden dem Auftraggeber (Stadt Bendorf) übermittelt und fließen in die weiterführenden Betrachtungen der Statiker ein und bilden eine Grundlage zur Diskussion über das weitere Vorgehen zur Sanierung der Tragwerkskonstruktion der Gießhalle der Sayner Hütte.

5.3.8 EINSATZ VERSCHIEDENER MESSTECHNIKEN ZUR ERMITTLUNG LANGZEITBEDINGTER

OBERFLÄCHENVERLUSTE VON SANDSTEINPARTIEN IN DER KLOSTERRUINE LIMBURG

A.D. HAARDT / BAD DÜRKHEIM

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs

Laufzeit: Seit 2007

Finanzierung: Institut für Steinkonservierung e.V.

Weitere Partner: Laboratoire d’électronique, informatique et image, Universität Burgund

Aufbauend auf den im Projekt zum Monitoring von Natursteinoberflächen an der Klosterruine Limburg bei Bad Dürkheim gewonnenen Erkenntnissen wurden weitere fünf langzeitliche Untersuchungsprojekte durch das Institut für Steinkonservierung e.V. (IfS) in Auftrag gegeben. Dabei stehen messtechnisch gesehen geometrische und spektrale Gesichtspunkte im Vordergrund. Die einzelnen Teilprojekte behandeln verschiedene Objektcharakteristika und erlauben eine vertiefte internationale Zusammenarbeit verschiedener Fachrichtungen und werden z.B. Kompetenzen der Universität Dijon auf dem Gebiet der Multispektralanalyse einbinden.

Das Institut für Steinkonservierung e.V. ist eine öffentlich geförderte Einrichtung zur Unterstützung der staatlichen Denkmalpflege in Hessen, Rheinland-Pfalz, Thüringen und dem Saarland und versteht sich als naturwissenschaftliche Beratungsstelle für die Denkmalpflege sowie als Transferstelle zwischen Denkmalpflege und Hochschulforschung.

Die fünf Projekte erstrecken sich über die Ländergrenzen hinaus und so finden Messungen in Trier, Jena, Rüdesheim am Rhein, Wetzlar und der Abtei Tholey statt. Dabei werden aufgabenbezogen verschiedene Messverfahren zum Einsatz kommen, wie z.B. Streifenprojektionsscanner, handgeführte Laserscanner, digitale Photogrammetrie sowie multispektrale Messungen.

Grundsätzlich stehen langzeitliche Betrachtungen durch Verwitterung ausgelöster geometrischer Veränderungen im Vordergrund, welche im Falle von vorhandenen Farbschichten auf dem Objekt durch spektrale Analysen unterstützt werden. Dieser Fall ist für die Projekte in Trier (Farbschicht an einem Sarkophag) und Rüdesheim (Wandgemälde im Innenbereich eines Museums) gegeben. Die zu erfassenden Objekte in der Abtei Tholey und am Wetzlarer Dom (Heidenportal) befinden sich beide im Außenbereich und erfordern lediglich eine geometrische Beschreibung. Im Falle des Heidenportals am Wetzlarer Dom wird ein bereits konserviertes Bauwerk einem Monitoring unterzogen. Ziel ist eine Bewertung der erfolgten Maßnahmen zur Erhaltung des Portals und in gleicher Weise der verschiedenen angewendeten Vorgehensweisen zur bestmöglichen Erhaltung des als Werkstein verwendeten Schalsteins.

Erste Messergebnisse liegen im Teilprojekt Rüdesheim vor. Hier konnte mit Hilfe des am i3mainz verfügbaren Streifenprojektionsscanners eine Referenzfläche des zu untersuchenden Wandgemäldes mit hoher Präzision erfasst werden. Die gemessenen Geometrien werden dabei den vor Ort laufenden konservatorischen Arbeiten zugeführt und zu deren Interpretationshilfe mit hoch auflösendem digitalen Bildmaterial überlagert. Somit konnten im ersten Schritt optisch erkennbare Schäden in Bereichen von wenigen hundertstel Millimetern quantifiziert und in ihrer absoluten Lage zugeordnet werden.

Teilprojekt Rüdesheim: Ansicht der erfassten Referenzfläche (li: Geometrie, re: Geometrie inkl. Textur)

Teilprojekt Rüdesheim: Detailansicht der erfassten Referenzfläche (li: Geometrie, re: Geometrie inkl. Textur)

5.3.9 RÄUMLICHES INFORMATIONSSYSTEM ZUR ERFASSUNG, DOKUMENTATION UND

ANALYSE INDUSTRIEARCHÄOLOGISCHER OBJEKTE (TEILPROJEKT DATENFUSION)

Laserscanning und digitale Photogrammetrie haben sich als Erfassungsmethoden für 3D-Objekte, vor allem in der Archäologie und Architektur, seit geraumer Zeit etabliert. Die komplette Auswertung von der Datenerfassung bis zum fertigen 3D-Modell erfordert allerdings noch immer eine Vielzahl manueller Eingriffe. Zudem bringt die alleinige Nutzung nur einer Messmethode im Hinblick auf die zur Verfügung stehende Informationsdichte Nachteile mit sich. Eine genauere Betrachtung zeigt, dass die Defizite der einen Messmethode durch Vorteile auf Seiten der jeweils anderen kompensiert werden können. Um eine bestmögliche Modellierung der 3D-Objekte zu erzielen, wird die Fusion beider Datentypen angestrebt.

Die gemeinsame Datennutzung erfordert die Ermittlung der Orientierung der beiden Sensoren in einem gemeinsamen System. Diese kann durch die Identifikation korrespondierender Elemente, wie Punkte, Linien oder Flächen, in beiden Datensätzen erreicht werden. Die hierzu notwendige Interpretation des Datenmaterials gestaltet sich in Bildern aufgrund der vorliegenden Farbe und Textur wesentlich einfacher als im Scan. Zudem bieten bestehende Bildverarbeitungsalgorithmen die Möglichkeit eine regionen- oder kantenbasierte Segmentierung vorzunehmen. In der Punktwolke lässt sich wiederum oftmals eine verbesserte Interpretationsgrundlage durch eine intensitäts- oder entfernungsbasierte Darstellung der Scandaten erzielen, die ebenso wie die Bestimmung von Krümmungsänderungen an Kanten oder die Berechnung von Normalenvektoren in homogenen Bereichen, Ansätze für eine Segmentierung liefern können.

Für die Datenfusion spielen außerdem allgemeine Fragen der Registrierung eine Rolle. Es bestehen drei unterschiedliche Kombinations- und Fusionsmöglichkeiten für Bild und Scandaten:

1. Texturierung des 3D-Scanmodells 2. Fusion des 3D-Scanmodells und des 3D-Bildmodells3. standpunktweise Registrierung von Bild- und Scandaten

Die Texturierung des 3D-Scanmodells stellt die einfachste Form der gemeinsamen Datennutzung dar. Die Ansätze 2 und 3 unterscheiden sich in der Reihenfolge ihrer Registrierungsschritte. So werden beim dritten Ansatz hybride Modelle für jeden Standpunkt erzeugt, mit dem Grundgedanken, die Registrierung der Scandaten durch Einsatz der Bildinformation zu verbessern.

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs

Laufzeit: Juni 2007 – Mai 2010

Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Weitere Partner: Fachhochschule Bochum Denkmalbehörde der Stadt Dortmund Institut für Denkmalschutz und Denkmalpflege der Stadt Essen Landschaftsverbände Rheinland und Westfalen-Lippe ArcTron GmbH, Altenhann Kubit Gmbh, Dresden

Scan II Bild II

Bild I Hybrid. Modell I

Hybrid. Modell II

Scanmodell Bildmodell 3D-Modelle aus Bild-

und Scandaten

Scan I

Kombinations- und Fusionsmöglichkeiten von Bild- und Scandaten (beispielhaft für zwei Standpunkte)

Kantengefiltertes Kamerabild und intensitätsbasierte 3D-Punktwolkendarstellung

Details aus dem Kantenbild

(rechts): Entfernungsbasierte Darstellung der Punktwolke

Kamerabild und intensitätsbasierte 2D-Punktwolkendarstellung einer Mauer in einem vorgefundenen Bunker

5.3.10 EINSATZ VON MESS- UND VISUALISIERUNGSTECHNIKEN FÜR FRAGEN DER

SIEDLUNGSGESCHICHTE IN TRIPHYLIEN

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs Prof. Dr. phil. Kai-Christian Bruhn

Zeitraum: August 2008 – Februar 2009

Finanzierung: Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG)Ministerium für Bildung Wissenschaft und Kultur

Weitere Partner BTU Cottbus Fachhochschule Wiesbaden Deutsches Archäologisches Institut

Im Rahmen des Schwerpunktprogrammes der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG) „Die hellenistische Polis als Lebensform“ wird im Projekt „Siedlungstopographie in Triphylien“ die Auswirkung der politischen Organisation des triphylischen Städtebundes (400 v. Chr.) auf die Siedlungsstruktur der Region in der Antike untersucht.

Ziel dieses Projektes ist es, mit Hilfe von archäologischen und bauhistorischen Mitteln einen entscheidenden Wandel der seinerzeitigen Gesellschaft von jahrhundertelanger Abhängigkeit hin zu einer selbstständigen Polis zu belegen. Dieser Wandel scheint sich in einem neuen Selbstbewusstsein der Bürger und Ausbau der Städte zu zeigen. Wichtigste Untersuchungskriterien der einzelnen Fundstellen sind Art, Form, Größe und Dauer der Siedlung. Hierbei führen Archäologen, Bauforscher, Geophysiker und Vermessungsingenieure unterschiedlichste Arbeiten durch.

Zu den einzelnen Kooperationspartnern in diesem Projekt zählen der Lehrstuhl Vermessungskunde der BTU Cottbus, die Fachhochschule Wiesbaden, das Deutsche Archäologische Institut (Abteilung Athen) sowie der Antikendienst in Olympia (7. Ephorie für Altertümer).

Das Institut hat sich in diesem Projekt erstmals im Oktober 2008 an einer Messkampagne beteiligt. Dabei wurden im Laufe von 4 Arbeitswochen der Nordturm und das Süd-Ost-Tor der Stadt Platiana und eine Kurtine mit ihren begrenzenden Türmen sowie der Akropolisfelsen in der Stadt Samikon aufgenommen.

Beide Stadtanlagen befinden sich auf teilweise schwer zugänglichen Bergrücken. Auf Grund des verheerenden Waldbrandes im Sommer 2007 hatte sich die Vegetation zum Zeitpunkt der Messkampagne noch nicht erholen können, so dass die einzelnen Messobjekte relativ gut zu bearbeiten waren.

Als Messverfahren wurde an allen Objekten das terrestrische 3D-Laserscanning eingesetzt, zum Einsatz kamen die Laserscanner der Firma FARO, Photon 80 und LS880HE. Des Weiteren wurden die aufzunehmenden Mauern ebenfalls mit Hilfe der Nahbereichsphotogrammetrie dokumentiert.

Aus den gewonnen Daten wird zum einen ein Digitales Geländemodell des Akropolisfelsens generiert, da auf Grund der zerklüfteten Struktur des Felsens keine tachymetrischen Daten zum Erzeugen eines DGMs gewonnen werden können. Aus diesem DGM hoffen Archäologen und Bauforscher auf Siedlungsstrukturen schließen zu können.

Außerdem werden die Laserscanning- und Photogrammetriedaten der Kurtine darauf hin untersucht und ausgewertet, wie diese zur Erstellung eines Mauerkatalogs beitragen können, welcher in der nächstjährigen Kampagne vor Ort erstellt werden soll.

Scannerstandpunkt Akropolisfelsen Scannerstandpunkt Turm

Panoramabild des Akropolisfelsens

Texturierte Punktwolke des Nordturms

5.4. SCHWERPUNKT 3D-MESSTECHNIK

5.4.1. ENTWICKLUNG EINES VERFAHRENS ZUR GEOMETRIEBESTIMMUNG MITTELS

ADAPTIVER PROJEKTION (ADPRO)

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs

Laufzeit: Dezember 2004 – März 2008

Finanzierung: Uni Burgund, FH Mainz, i3mainz

Verfahren zu Erfassung von 3D-Geometrien arbeiten in der Regel mit einer festen Auflösung ohne Berücksichtigung der tatsächlichen Objektgeometrie. Dies führt oftmals zu 3D-Modelen mit starker Redundanz, bei der auch ebene Flächen mit einer hohen Anzahl an Punkten beschrieben werden. Auf diese Weise entstehen sehr große Datensätze, die erst ausgedünnt werden müssen, um sie handhabbar zu machen. Der nichttriviale Vorgang der Reduktion ist zeitintensiv und führt nicht immer zu optimalen Ergebnissen.

Ziel dieses in Zusammenarbeit mit dem Le2i (laboratoire électronique, informatique et image) der Universität Burgund in Dijon durchgeführten Projektes ist es, ein Mess-verfahren zu entwickeln, welches bei der Aufnahme intelligenter und sparsamer vorgeht: nur zur Beschreibung der Objektgeometrie relevante Punkte sollen erfasst, redundante Daten vermieden werden. Als Resultat soll ein Datensatz ermittelt werden, der bei deutlich geringerem Umfang die Objektgeometrie noch immer mit hoher Präzision beschreibt.

Das im Projekt entwickelte System adaptiert die Punktdichte bereits während des Erfassungsvorgangs entsprechend der Objektgeometrie. Das System arbeitet mit zwei frei positionierbaren Kameras in Stereoanordnung und einer Projektionseinheit. Letztere erzeugt dynamische Muster auf der Objektoberfläche. Nach der Kalibrierung des Systems erfolgt die Rekonstruktion der 3D-Geometrie in einem iterativen Prozess. Zunächst wird ein regelmäßiges Punktmuster auf das Objekt projiziert. Die Punkte werden in den Messbildern beider Kameras detektiert und durch einen Schwerpunktoperator mit Subpixelgenauigkeit bestimmt. Anschließend wird die Korrespondenz zwischen den Punkten in beiden Bildern ermittelt und die entsprechenden 3D-Koordinaten berechnet.

Die nun vorliegende 3D-Punktwolke wird einer Dreiecksvermaschung unterzogen und das entstehende Gitternetz wird analysiert, um Bereiche mit starker Krümmung zu identifizieren. Es wird ein neues Punktmuster erzeugt, in dem die Punktdichte in den so ermittelten Bereichen gezielt erhöht wird.

Eine im Berichtszeitraum vorgenommene Weiterentwicklung hat zum Ziel, die Anpas-sung schon vor der eigentlichen Vermessung zu optimieren, indem interessante Be-reiche durch Bildverarbeitungsverfahren erschlossen werden. Die iterative Anpas-sung soll dann auf diese Bereiche (z.B. Leitungsrohre oder Objektkanten) beschränkt werden. Hiermit kann der Zeitaufwand für die Abtastung und die anfallende Daten-menge reduziert werden. Ziel ist es diesen Ansatz später in Laserscanner zu integrieren.

Das System analysiert zuerst die Stereobilder, um die gesuchten Geometrien (Rohrleitungen oder Kanten) zu finden. Hierzu werden Bildanalysetools auf dem Bildmaterial angewandt, z.B. eine Hough-Transformation um gerade Strukturen zu erkennen. Die Erfassung wird nur auf den zuvor ermittelten Ausschnitt, in dem sich das relevante Objekt / Geometrie befindet, beschränkt und erfolgt nach dem oben beschrieben Ansatz der adaptiven Projektion.

Blaues Kreuz zur Rekonstruktion Vergleich mit Referenzmodell

Detektion geometrischer Elemente zur Objekterkennung, am Beispiel einer geraden Rohrleitung

3D Rekonstruktion eines blauen Kreuzes in den Iterationsschritten 1 ~ 5. (a) das projizierte Muster für jede Iteration; (b) die 3D Punktwolke. Punktanzahl von 1ter - 5ter Iteration: 132, 261, 517, 1.076, 2.031; (c) das ermittelte 3D Oberflächennetz; (d) gerendertes 3D Modell.

(a)

(b)

(c)

(d)

5.4.2. ERWEITERUNG EINES INTELLIGENTEN UND FLEXIBLEN MULTIKAMERASYSTEMS

ZUR PRÄZISEN BESTIMMUNG VON 3D-OBJEKTGEOMETRIEN (OCULEUS)

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs

Laufzeit: Februar – August 2008

Finanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit

Weiterer Partner: Metronom Automation GmbH

Moderne industrielle Fertigungen sind durch eine weitgehende Automatisierung gekennzeichnet, die sich stetig in immer neue Arbeitsprozesse vorarbeitet. Dem damit verbundenen Wunsch nach Kostensenkungen und Effizienzsteigerungen stehen aber oft praktische Probleme im Weg, da der vermehrte Einsatz von Robotern nicht zu Qualitätsmängeln führen oder an anderer Stelle zu manuellen Eingriffen z.B. durch Vorbereitungsmaßnahmen oder Korrekturen führen darf. Deshalb sind Fragen der Produktionsgenauigkeit und der Robustheit von zentraler Bedeutung für Automatisierungsbemühungen.

Vor diesem Hintergrund wurde in Kooperation mit Metronom Automation ein intelligenter Messkopf entwickelt, dessen Aufgabe die Überwachung von Karosserie-bauteilen ist. Im Unterschied zu handelsüblichen Messsystemen ist OCULEUS in der Lage, die Vermessung an herkömmlichen, im Rahmen der Produktion ohnehin ent-stehenden Elementen (Bohrungen, Stanzungen,…) vorzunehmen und ist nicht auf spezielle, nur für den Mess- oder Justierprozess ausgelegten Passungen ange-wiesen. Außerdem verzichtet das System auf vorbereitende Signalisierungen am Objekt.

Diese Vereinfachungen erfordern besondere Maßnahmen auf Seiten der Konzeption des Messsystems, die im Rahmen des ursprünglichen Projektes erarbeitet und umgesetzt worden sind. Der aus dem Projekt hervorgegangene Prototyp bietet nun die Grundlage, Verbesserungen und Erweiterungen des Systems umzusetzen.

Das Messsystem hat einen stabilen optischen Messkopf (vgl. Abb. 1), bestehend aus einer Metallplatte und drei darauf montierten Kameras sowie Lichtquellen. Dieser Kopf wird beispielsweise an einem Roboterarm befestigt und kann so zur Beobachtung von Objekten an vordefinierten Positionen verwendet werden. In der ursprünglichen Ausbaustufe ist der Messkopf in der Lage gewesen, kreisförmige Objektelemente hochgenau zu erfassen.

Die aktuelle Systemerweiterung hat die Möglichkeit zur Vermessung auch recht-eckiger Karosserieelemente geschaffen.

Einige der anfallenden Arbeitsschritte sind unten stehenden Grafiken zu entnehmen und umfassen u.a. Glättung, Binarisierung, Konturerkennung, Berechnung ausgleichender Funktionen, Profilbestimmung, präzise Konturberechnung und Übertragung in den Objektraum.

Abb. 1: optischer Messkopf Abb. 2 Objekte aus den Perspektiven der 3 Messkameras

Abb. 3: Glättung & Kantenfilter Abb. 4 Binarisierung

Abb. 5: Profildefinition Abb. 6 Ausgleichung und 2D-Objektbestimmung

5.4.3. ENTWICKLUNG VON VERFAHREN ZUM AUFBAU EINES ZENTRUMS ZUR

PRÄZISIONSMESS- UND PRÜFTECHNIK FÜR OPTISCHE MESSVERFAHREN

(POV)

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs

Laufzeit: seit Januar 2007

Finanzierung: Ministerium für Bildung, Wissenschaft, Jugend und Kultur

Weitere Partner: Metronom Automation, Leica Geosystems HDS, Faro AG

Ein großer Zukunftsschwerpunkt des i3mainz ist der Aufbau eines Prüfzentrums für optische Messverfahren. Bereits seit Jahren ist das Institut für Raumbezogene In-formations- und Messtechnik ein gefragter Ansprechpartner bei Hochschulen, An-wendern und Herstellern von Messgeräten, wenn es um die unabhängige hoch-präzise Prüfung und Kalibrierung von geodätischen Instrumenten und Referenz-maßstäben geht. Es ist beabsichtigt diese Aktivitäten auf eine breitere Basis zu stellen und den Status eines akkreditierten Prüfzentrums anzustreben. In diesem Zuge war das i3mainz im abgelaufenen Jahr in unterschiedlichen Bereichen aktiv.

Auf der Leica HDS Worldwide User Conference im Oktober 2008 in San Ramon, USA, konnten die jüngsten Prüfergebnisse der vergleichenden Laserscannerunter-suchungen des i3mainz einem breiten Publikum vorgestellt werden. Vor allem bei den Laserscanner-Anwendern aus der Wirtschaft ist der Wunsch nach einer unab-hängigen Spezifizierung der Leistungsfähigkeit und Genauigkeit dieser Geräte groß, wie die anschließende Diskussion zeigte. Nicht zuletzt im Rahmen des kürzlich ge-starteten Projektes SigmaTLS+ (5.4.8) wird dieses Thema im Institut weiter verfolgt.

Die im Jahr 2007 begonnenen Arbeiten zur DKD-Zertifizierung des Kalibrierlabors für optisch antastbare Maßstäbe wurden in 2008 fortgeführt.

Eine Voraussetzung für eine Akkreditierung ist ein Qualitätsmanagementsystem (QMS), so dass erste Entwürfe eines QMS und eines Qualitätsmanagement-Handbuchs (QMH) die Schwerpunkte der diesjährigen Arbeit bildeten. Als Grundlage hierfür dient die Begutachtungs-Checkliste für Akkreditierungen des Deutschen Kalibrierdienstes (DKD). Die Checkliste umfasst über 125 Fragen und basiert auf dem Normentext der DIN EN ISO/IEC 17025:2005-08. Dieser Normentext legt die allgemeinen Anforderungen an die Kompetenz für die Durchführung von Prüfungen und/oder Kalibrierungen fest.

Darüber hinaus wurden auch wieder Kalibrierungen in Zusammenarbeit mit Partnern aus der Praxis durchgeführt. Bei diesen Messungen kamen einige Defizite der derzeitigen Kalibriersituation zu Tage. Aus deren Analyse wurden wertvolle Erkenntnisse zur Optimierung des QMS und der Kalibierroutine gewonnen.

Da die Maßstäbe im Anwendungsbereich Photogrammetrie zum Einsatz kommen, wird eine Genauigkeit im hundertstel Millimeterbereich gefordert. Daraus ergibt sich wiederum eine höhere Genauigkeitsanforderung an die Messeinrichtung. Nach aktuellem Wissensstand kann der Längenkomparator diese Genauigkeit leisten und erlaubt damit das Kalibrieren von gängigen Maßstäben des Anwenderkreises. Endziel der Zertifizierung ist der amtliche Nachweis dieses Leistungsmerkmals.

Die Nachfragen und Interessensbekundungen weiterer Unternehmen an Maßstabs-kalibrierungen mit DKD-Kalibrierschein bestätigen den Bedarf an zuverlässigen Mes-sungen der unterschiedlichsten Maßstabsformen mit optisch antastbaren Mess-marken.

Beispielhaftes Ergebnis der Untersuchung von zufälligen Distanzmessfehlern (Messrauschen) eines Laserscanners. Dargestellt ist das Rauschen auf einer weißen, grauen und schwarzen

Oberfläche.

Beispiele unterschiedlicher Maßstabsformen

Beispiele unterschiedlicher Messmarken im Messfeld der Kamera: links eine retroreflektierende, rechts eine weiße Messmarke

0

1

2

3

4

5

6

7

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Distance (m)

Sta

nd

ard

dev

iati

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(m

m)

Black

Gray

White

5.4.4. PHOTOGRAMMETRISCHES MEHRKAMERASYSTEM ZUR FLEXIBLEN POSITIONS-BESTIMMUNG VON BEWEGLICHEN EFFEKTOREN (OPTOPOSE)

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs

Laufzeit: März 2007 – Mai 2008

Finanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit

Weiterer Partner: Metronom Automation GmbH

Ziel des Projektes „OptoPose“ ist die Entwicklung eines photogrammetrischen Mehrkameramesssystems zur Erhöhung der Absolutgenauigkeit von Positionier-systemen, i.d.R. Industrierobotern. An dem Roboterkopf kann z.B. ein Bearbeitungs-system oder ein Messsensor befestigt sein (Endeffektor). Durch die Installation von mehreren hochauflösenden und kalibrierten Messkameras, die den Arbeitsraum des Industrieroboters „überwachen“ und entsprechenden Zielmarkierungen auf dem Endeffektor des Industrieroboters entsteht ein System, mit dem es möglich ist, die Position und Orientierung des Endeffektors hochgenau, sicher und schnell zu bestimmen. Die bislang typische Schwäche der Industrieroboter wird damit hersteller- und typunabhängig eliminiert. Insbesondere der Einsatz von industriellen Messrobotern wird wesentlich einfacher und flexibler, da die eigentliche Positioniergenauigkeit (absolute Positioniergenauigkeit typischerweise 1-2 mm) des Roboters keine Rolle mehr spielt und die Fahrprogramme somit ohne Beachtung bisheriger Restriktionen einfach verändert werden können.

Das primäre Ziel des Projektes ist es, die Position des Effektors und somit die Punkt-messgenauigkeit am Objekt auf 0,1 mm bei 2 Sigma zu bestimmen. Daraus leitet sich bei der angenommenen Effektorgeometrie eine Winkelgenauigkeit von 0,1 mrad (0,1 mm/m) ab. Um das Messvolumen (2x2x1 m) mit den Kameras bestmöglich zu überwachen, wurden in verschiedene Simulationen mit zwei typischen Industrie-kameratypen unterschiedliche Brennweiten und variablen Positionen der Kameras untersucht. Die beste Lösung aus geometrischer wie wirtschaftlicher Sicht waren vier 4MP Kameras mit 12,5 mm Objektiven.

Die Kenntnis über die inneren Kamerageometrie (Kalibrierung) und Beziehungen der Kameras untereinander und im Bezug auf ein äußeres Koordinatensystem (Orientierung) ist für die genaue Posebestimmung erforderlich. Im Projekt wurde ein vollautomatisches Kalibrier-, Orientierungs- und Posebestimmungsverfahren entworfen und umgesetzt. Bei der Kamerakalibrierung wird jede Kamera um das Kalibrierfeld bewegt, aus verschiedenen Positionen werden Bilder aufgenommen und anschließend erfolgt die Berechung der inneren Orientierung. Für die Kameraorientierung fährt der Roboter mit dem mit IR-LEDs signalisierte kugelförmige Kalibrierobjekt den gesamten Arbeitsbereich ab (rund 15 Posen), die Kameras nehmen jeweils Bilder auf, alle Bilder werden zu einem Verband zusammengeführt und die Orientierungen der Kameras werden berechnet. Zur Positionsbestimmung beobachten die orientierten Kameras das Kalibrierobjekt am Roboter. Mit den aufgenommenen Bildern wird die Position des Effektors im Koordinatensystem der Kameras bestimmt (Berechnung einer Pose erfolgt in ~1,5 Sekunden).

In Praxistests wurden Wiederholungsmessungen über 27 Posen durchgeführt. Hierbei lag die Wiederholgenauigkeit der Positionsbestimmung für den Effektor im Mittel bei 0,035 mm (1 Sigma). Das Projekt hat zunächst die Richtigkeit des Konzeptes, die technische Machbarkeit und die prinzipiell erreichbare Genauigkeit in dem erwarteten Maß nachgewiesen.

Ansicht von Hinten Seitenansicht

Systemlayout für Industrieroboter mit photogrammetrischem Kalibrier-/ Referenzierungsobjekt

Bestückung des Arbeitsbereiches mit Kalibrierkörpern

Summierung der Bildpunkte des Kalibrierkörpers zu einem Bild aus 27 Posen

Messaufbau für die Kameraorientierung

Aufnahme des Kalibrierkörpers mit IR-LED’s mit eingeblendetem Detektionsergebnis

5.4.5. EINSATZ MODERNER MESSTECHNIK ALS GRUNDLAGE FÜR DIE

REKONSTRUKTION EINES BRONZEZEITLICHEN BRUNNENS

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs

Laufzeit: Seit Sommer 2008

Finanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft Institute of Aegean Prehistory, Philadelphia

Weitere Partner: Universität Tübingen, Altorientalisches Seminar

Die Ausgrabungen auf dem Ruinenhügel von Tall Misrife, dem alten Qatna, sind Teil eines im Jahr 1999 aus der Taufe gehobenen internationalen Projektes, an dem die Universität Tübingen unter Prof. Dr. Peter Pfälzner federführend beteiligt ist. Qatna war in der Altsyrischen Zeit (1. Hälfte des 2. Jtsds. v.Chr.) neben Aleppo das bedeutendste Königtum und Handelszentrum Syriens. Der Ruinenhügel von Misrife beherbergt mit einer Fläche von 100 ha die größte bekannte bronzezeitliche Stadtanlage Westsyriens. Das politische und ökonomische Zentrum der Stadt war der Königspalast, auf den sich das Archäologenteam vom Prof. Pfälzner seit einigen Jahren konzentriert. Im Jahr 2002 gelang hier ein Jahrhundertfund, als die unversehrte Grabanlage der Könige von Qatna sowie 73 Keilschrifttafeln aus der Zeit von 1400 v. Chr. entdeckt wurden.

Neben der bis heute andauernden Aufarbeitung und Auswertung der damaligen Funde ist ein Schwerpunkt der aktuellen Ausgrabungen die Freilegung eines Brunnens, in dem dutzende intakte bronzezeitliche Holzstämme und bearbeitete Holzbalken gefunden wurden, darunter Teile von bis zu 5 Metern Länge. Diese Stücke wurden durch den feuchten Boden im Brunnen über Jahrtausende konserviert und gehörten vermutlich zu einer Dachkonstruktion, die – möglicherweise im Zuge der Zerstörung des Palastes – vor dreieinhalb tausend Jahren einstürzte. Diese Holzfunde sind die ältesten und am besten erhaltenen ihrer Art in Vorderasien und damit von unschätzbarem Wert.

Um die Funde im Laufe der Freilegung in ihrer Fundlage sowie ihrer ursprünglichen Form geometrisch zu dokumentieren, kam modernes Messequipment des i3mainz zum Einsatz. Im Laufe der Sommerkampagne 2008 von Ende Juli bis Ende Oktober wurden die Ausgrabungen im Brunnen fortlaufend mittels Laserscanning und Photogrammetrie begleitet, zunächst unter Anleitung eines Mitarbeiters des i3mainz, später durch einen messtechnisch erfahrenen Archäologen.

Die Dokumentation bestand aus zwei Teilen. Erstens: die fortlaufende Aufnahme der Fundlage mittels Laserscanning zur späteren Rekonstruktion derselben, um Rückschlüsse auf die Art und Weise der Zerstörung schließen zu können. Zweitens: die komplette Aufnahme aller herausgenommenen Holzteile mittels Laserscanning und Photogrammetrie für den späteren Versuch der Rekonstruktion der ursprünglichen Struktur des Dachaufbaus, um Erkenntnisse über die bronzezeitlichen Bautechniken zu gewinnen.

Neben den messtechnischen Arbeiten im Brunnen konnte der Laserscanner auch für die 3D-Aufnahme mehrerer ausgegrabener Elefantenknochen sowie für eine hoch-präzise geometrische Dokumentation der gesamten Königsgruft genutzt werden.

Es ist geplant, die Ausgrabungen im Brunnen, die noch nicht abgeschlossen sind, auch in der Sommerkampagne 2009 weiter messtechnisch zu begleiten. Die Auswertung der gewonnenen Daten hängt von den zur Verfügung stehenden Fördermitteln ab, entsprechende Bemühungen laufen zur Zeit.

Satellitenbild des Grabungsgebietes. Rechts der Ruinenhügel Tall Misrife mit der etwa 1 x 1 km² großen Wallanlage und dem Königspalast. Links das neuzeitliche Dorf Misrife.

Brunnen von oben. Der Durchmesser oben beträgt etwa 9 m. Eine original erhaltene

Steintreppe führt spiralförmig nach unten.

Die Holzfunde sind mit feuchten Tüchern abgedeckt, um sie vor Austrocknung und

Verfall zu schützen.

3D-Punktwolke der Grabungsstelle im Brunnen. Mittig befindet sich ein etwa 5 m langer Holzstamm. Viele weitere kleinere Holzfunde sind ganz oder teilweise sichtbar und werden im

Zuge der Ausgrabungen nach und nach freigelegt.

5.4.6. EINSATZ VON MULTISPEKTRALMESSTECHNIK UND HOCHAUFLÖSENDER 3D-MESSVERFAHREN FÜR AUFGABEN DER DERMATOLOGIE

Projektleiter: Prof. Dr. Frank Boochs Laufzeit: Seit September 2008 Finanzierung: Ministerium für Bildung, Wissenschaft, Jugend und Kultur

Weitere Partner: Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen, Erlangen Le2i, Universität Burgund, Dijon Universitätsklinik, Dijon FEMTO-ST, Universität Franche-Comté, Besancon

Optische Messtechnik spielt auch für medizinische Aufgabenstellungen in wachsendem Maße eine Rolle. Die Ansatzpunkte sind sehr vielschichtig und können von einfachen Dokumentationsaufgaben, über Diagnose-unterstützende Hilfen, Werkzeugen zur Früherkennung von Erkrankungen bis hin zu Operationen reichen, in denen entweder der Operateur in der Positionierung und Führung von Instrumenten unterstützt wird oder auf dem Wege der Übertragung der visuellen Information über eine Internetanbindung möglicherweise überhaupt nicht am Ort des Geschehens sein muss. Das Potenzial der optischen Messtechnik sowie der Informations- und Kommunikationstechnik in diesem Zusammenhang ist enorm und steht in seiner Erschließung noch in den Anfängen. Entsprechend zahlreich sind die derzeit in verschiedenen Institutionen laufenden Forschungs- und Entwicklungs-arbeiten.

Für das Institut ergibt sich der Zugang zu diesem Technologiefeld durch die langjährige Kooperation mit dem laboratoire d’électronique, informatique et image der Universität Burgund in Dijon (Le2i). Erfolgreiche Kooperationsprojekte lagen bisher auf dem Gebiet der dreidimensionalen Objekterfassung (AdPro), der Nutzung von Semantik für die Modellierung und Interpretation von Objekten in raumbe-zogenen Informationssystemen (RiO) und der Kalibrierung von multispektralen Datensätzen. Durch die gleichzeitige Mitarbeit in der Fraunhofer-Vision Gruppe konnte die Partnerschaft nun auf das Feld der Dermatologie ausgedehnt werden.

Im Rahmen des Projektes kooperieren o.g. Institutionen mit dem Ziel, moderne Verfahren der optischen Messtechnik und der Informationstechnik zur Erkennung und Bewertung von Hautveränderungen einzusetzen und gefährliche Krankheits-bilder frühzeitig erkennen zu können.

Aufgabe der Gruppe aus Dijon ist der Einsatz eines neuartigen Multispektralsensors und die Zusammenstellung typischer Messreihen am Patienten. Die Gruppe aus Besancon trägt durch die Entwicklung und Tests von optischer Computer-tomographie bei, während das i3mainz hochpräzise 3D-Oberflächenmessungen einsetzt und auf ihr Potenzial hin untersucht. Das Fraunhoferinstitut bringt Software zur Bildverarbeitung, Merkmalsextraktion und unterstützenden Diagnose in die gemeinsamen Arbeiten ein.

Erfassung von Hautpartien mittels Stereoskopie

Detailausschnitt für 3D-Betrachtung in einem Stereomodell

erkrankte Hautpartie in einer Spektralaufnahme

5.4.7. 3D-VERMESSUNG VON KURVEN UND AUTOBAHNRAMPEN MITTELS

LASERSCANNING ZUR BEWEGUNGSANALYSE IM STRAßENVERKEHR

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs

Laufzeit: Seit Januar 2008

Finanzierung: Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen, Uni Karlsruhe Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Stadtentwicklung

Weitere Partner: Fraunhofer Institut für Informations- und Datenverarbeitung (IITB)

Im Rahmen eines Forschungsprojektes des Institutes für Straßen- und Eisenbahn-wesen (ISE) der Universität Karlsruhe soll das Geschwindigkeits- und Spurverhalten von Fahrzeugen im Annäherungsbereich von 80 Kurven sowie 80 Autobahnrampen untersucht werden. Zu diesem Zweck wird ein unsichtbar in einen Leitpfosten inte-griertes Messsystem eingesetzt, das messtechnisch (Radarsensor ACC) bzw. optisch (Videoerfassung) die Annäherung von Fahrzeugen aufzeichnet. Das Mess-system vereint in sich die Vorzüge einer Querschnittsmessung mit denen einer Fahrzeugverfolgung.

Die messtechnische Komponente, der ACC-Sensor (Adaptive Cruise Control), erfasst in Umkehrung seiner originären Arbeitsweise im Fahrzeug nicht die Relativbewegungen potenzieller Hindernisse zum eigenen Fahrzeug, sondern durch seine stationäre Anbringung absolute Informationen über die Annäherung von Objekten. Als optische Komponente ist eine Videokamera im Messsystem vorgesehen, welche die Fahrverläufe sich nähernder Fahrzeuge selbstständig aufzeichnet. Die Fahrlinie ist auf diese Weise mit einer Genauigkeit < 1 dm im lokalen Koordinatensystem bestimmbar. Zur Analyse dieser Fahrliniendaten im Hinblick auf Verkehrssicherheitsaspekte (Unfallvermeidung etc.) sind jedoch zusätzlich detaillierte Trassierungsdaten (Lage- und Höhenplan sowie Querschnitt) im betrachteten Streckenabschnitt erforderlich.

Im Rahmen eines Pilotprojektes im Januar 2008 wurde die Eignung von Laserscanning für die Erzeugung der nötigen Trassierungsdaten anhand von drei beispielhaften Straßenabschnitten durch das i3mainz untersucht und ein Workflow entwickelt. Dieser gestattet einem geodätisch unerfahrenen Team die schnelle Erfassung aller nötigen Scans im Straßenbereich, ohne in den laufenden Straßenverkehr durch Sperrungen o.ä. eingreifen zu müssen bei gleichzeitig höchstem Maß an Sicherheit. Sämtliche Scans eines maximal 300 m langen Abschnittes erfolgen vom Bankett einer Straßenseite aus. Zusätzliche geodätische Messungen vor Ort sind nicht nötig, so dass die gesamte Arbeitszeit pro Abschnitt, in dem ca. 10 Scans absolviert werden, maximal eine Stunde beträgt.

Die Auswertung besteht aus der Verknüpfung der Einzelpunktwolken mittels ICP-Algorithmus (iterative closest point), der Bereinigung der Punktwolke um Fahrzeuge und nicht benötigte Bereiche, der 3D-Digitalisierung der entscheidenden Trassierungsdaten (Fahrbahnmarkierungen, Leitpfosten, Schilder etc.) sowie der Erzeugung von Querprofilen. Die Verknüpfung der Trassierungsdaten mit den Fahrliniendaten erfolgt mittels identischer Leitpfosten.

Im April begannen die Scanaufnahmen der insgesamt 160 Abschnitte. Diese werden von Teams der Uni Karlsruhe mit dem Scanner des i3mainz durchgeführt, und werden sich noch bis ins Jahr 2009 erstrecken. Die Auswertung der Daten erfolgt parallel im i3mainz. Mittelfristig ist eine Erweiterung der Arbeitsabläufe auf die Erfassung von Knotenpunkten (Straßenkreuzung, Autobahnkreuz) geplant. Erste Tests fanden im November 2008 statt.

Die Messsysteme (Radar, Video) werden für den Fahrer nahezu unsichtbar im Leitpfosten integriert, um sein Fahrverhalten nicht zu

beeinflussen

Ausschnitt der Videosequenz eines sich nähernden Fahrzeugs

Punktwolke eines Scannerstandpunktes Laserscanner Leica HDS6000

Gesamtpunktwolke eines Straßenabschnittes mit extrahierten Elementen und Querprofilen

Beispiel eines Querprofils mit automatisch erzeugter Profillinie aus den Scannerpunkten

5.4.8. BILDVERARBEITUNGSGESTÜTZTES KALIBRIER-, PRÜF- UND

FELDPRÜFVERFAHREN FÜR TERRESTRISCHE LASERSCANNERSYSTEME ZUR

QUALITÄTSSTEIGERUNG (SIGMATLS+)

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Fredie Kern

Laufzeit: Juni 2008 bis Mai 2011

Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung, Förderlinie Ingenieurnachwuchs 2008

Weitere Partner: Metronom Automation GmbH, Mainz

Die Technologie des Terrestrischen Laserscanning (TLS) bietet die Möglichkeit, Objekte mit sehr komplexer Oberflächengeometrie hochauflösend und schnell zu erfassen. Sie sind daher in vielen Bereichen beliebt, in denen größere Objekte umfassend erfasst und geometrischen Kontrollen unterzogen werden müssen.

Dem Anwender erscheinen die dabei zum Einsatz kommenden Terrestrischen Laserscanner überwiegend als „Black-Box“, deren Funktions- und Verfahrensweisen nicht offen gelegt und/oder nicht nachvollziehbar sind. Technische Spezifikationen der Hersteller von TLS sind in ihrer Aussagekraft oder Richtigkeit kaum verständlich und nachprüfbar und lassen sich schwer in Bezug zu den ermittelten Messungen bringen. Selbst die Gerätehersteller sind nicht mehr in der Lage alle auf das komplexe Messsystem einwirkenden Störfaktoren (Temperatur, Achsfehler, Objekt-material etc.) in ausreichender Güte zu berücksichtigen.

Aufgrund der einfachen Gerätebedienung wird vermehrt messtechnisch unge-schultes Personal mit Messaufgaben betraut. Messkontrollen, die die einwandfreie Funktionsweise der Instrumente sicherstellen, können daher kaum vom Bediener vorgenommen werden, sondern sind durch geeignete Hardware- oder Softwareseitige Prüfmethoden und –techniken vorzunehmen. Bislang fehlt es hier an Ansätzen und Methoden für diese zwingend erforderlichen „feldtauglichen“ Prüfverfahren.

Hauptziel des Vorhabens ist es, standardisierte Kalibriermethoden und Prüfverfahren zu finden, die eine Steigerung der Messgenauigkeit und -zuverlässigkeit heutiger Terrestrischer Laserscanner bewirken können.

Erreicht werden sollen die Projektziele durch:

- eine Verfeinerung der physikalischen und mathematischen Modell-bildung,

- Adaptierung von Methoden aus der digitalen Bildverarbeitung,

- Entwicklung neuer Rechenansätze und

- neuartiger Prüfkörper sowie

- der Kopplung mit einem oder mehreren zusätzlichen Bildsensoren.

Ein weiteres Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung integraler Prüfverfahren und -methoden für TLS. Aus dem Entwurf dieser Verfahren könnten wesentliche Erkenntnisse zum Aufbau eines Kalibrierlabors abgeleitet werden oder Wege aufgezeigt werden für eine noch fehlende Möglichkeit zur Zertifizierung von TLS.

Untersuchung zur erreichbaren Genauigkeiten verschiedener Zielmarkendesigns (Referenz-kugel, „weißer Kreis auf schwarzem Grund“, „Schachbrett“ und i3mainz-Zielmarke). Dargestellt ist ein Intensitätsbild mit Punktnummern der automatisch detektierten Zielmarken.

Untersuchung der Einflüsse von Umgebungstemperatur und –beleuchtung auf die Maßstäb-lichkeit eines Laserscanners. (Links: Messung um 10:20 Uhr, 24°C ; Rechts: Messung um 15:20 Uhr, 39°C) [Kilz, Christian: Bachleorarbeit 2008]

Untersuchung des Einflusses der Materialreflektanz auf das Oberflächenrauschen ausgedrückt als Standardabweichung σσσσ der bei einer Ebenen-Approximation verbleibenden Residuen. Oben: Ansicht auf die Testkörper (Scheuerschwämme gleicher Rauhigkeit, unterschiedlicher Farbe). Unten: Intensitätsbild der Punktwolke und des sich ergebenen Oberflächenrauschens [Kada,Driss: Diplomarbeit 2008]

5.4.9. BINARY POINTCLOUD (BPC) - TLS-DATENAUSTAUSCHFORMAT

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Fredie Kern

Laufzeit: seit September 2008

Finanzierung: i3mainz

Weitere Partner: Offenes Forum Laserscanning (www.laserscanning.org)

Dieses Dokument beschreibt das Datenformat Binary Point Cloud (BPC). Das Format soll dem herstellerunabhängigen Datenaustausch von Punktwolken, die mit einem Terrestrischen Laserscanner (TLS) erfasst wurden, dienen.

Unter Punktwolke wird eine Menge von Messpunkten verstanden. Jeder Messpunkt wird durch seine dreidimensionalen, kartesischen Koordinaten bezüglich eines gerätebezogenen Sensorkoordinatensystem räumlich-geometrisch beschrieben. Ur-sprung des Sensorkoordinatensystems ist der Kreuzungspunkt der Rotationsachsen des TLS-Abtasters (Scanner). Das Sensorkoordinatensystem ist ein rechts-händisches System (x-Achse = Rechtswert, y-Achse = Hochwert, z-Achse = Höhe). Jeder Messpunkt ist von diesem Ursprung aus durch polare Messung, reflektorlose Distanzmessung bezüglich einer durch den Abtaster eingestellten Raumrichtung, entstanden. Die Punktwolke kann bezüglich der Raumrichtungen strukturiert bzw. sortiert sein (rasterförmige Anordnung der Messpunkt innerhalb der Punktwolke).

Zusätzliche Messelemente je Messpunkt können sein:

1. ein Intensitätswert als Maß für die zurückgestreute und am TLS empfangenen Energie des Laserlichtes (Remission).

2. ein Farbwert, der aus einem zusätzlichen Sensor (Fotokamera) stammt oder durch Berechnung/Verarbeitung hervorgegangen ist. Mit dem Farbwert kann die Punktwolke z.B. bei der Visualisierung „photorealistisch“ eingefärbt werden.

Mit dem BPC-Format kann nur eine einzelne Punktwolke mit seinen Meta-informationen je Datei gespeichert werden. Bei den abgespeicherten Daten handelt es sich in der Regel um „originäre“ Messungen. Ob, welche und wie Korrekturen und Reduktionen angebracht sind, wird im BPC-Format nicht dokumentiert.

Bei der Konzeption des BPC-Formates wurde auf die speziellen Gegebenheiten beim terrestrischen Laserscanning eingegangen (z.B. begrenztes Messvolumen, begrenzte Auflösung). Es deckt die Haupteinsatzbereiche der Praxis ab ohne auf jeden Spezialfall einzugehen. Es stellt einen Kompromiss dar aus Speicher- und Verarbeitungseffizienz und sollte leicht zu implementieren sein. Es ist Dank der verwendeten XML-Technologie leicht erweiterbar und so auch zukünftigen Anforderungen gewachsen.

Das BPC-Format setzt sich aus zwei Teilen zusammen. Zum einen ist dies der Teil der Metainformationen (ASCII), der sich am Anfang der Datei befinden muss. Daran schließt sich der Teil mit den eigentlichen Messdaten (Binärdaten) an.

Abb. 1: Struktur des BPC-XML-Dokumentes (bpc.xsd).

<?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1"?>

<?xml-stylesheet type="text/css" href="bpc.css"?>

<!-- created by ptx_cls.exe Version 0.001 20.09.2008 (Sep 22 2008 00:29:37)

(c) 2008 i3mainz - Prof. Dr.-Ing. Fredie Kern -->

<!DOCTYPE TLS_IO SYSTEM "bpc.dtd">

<BPC version="1.0">

<metadata>

<filename>mini.ptx</filename>

<creator>PBC-Processor v1.0 (c) Fast-Software Ltd.</creator>

<name>Test</name>

<TLS>(unknown) Serial-No: 900267-007</TLS>

<observer>Kaluschke, Alfred</observer>

<date>2008-09-22T12:13:47</date>

<location>Mainz, Holzstraße</location>

<purpose>testing TLS-IO</purpose>

<tool>export from i3mainzscene, no changes</tool>

<comment>ptx_bpc.exe</comment>

</metadata>

<pointcloud type="xyzIRGB" sorting="graticule">

<num_points>30000</num_points>

<num_rows>100</num_rows>

<num_columns>300</num_columns>

<georeference>

<matrix>

1.000000 0.000000 0.000000 0.000000

0.000000 1.000000 0.000000 0.000000

0.000000 0.000000 1.000000 0.000000

0.000000 0.000000 0.000000 1.000000

</matrix>

</georeference>

</pointcloud>

</BPC>

…

← pointcloud data will following here at file position 2048

Abb. 2: Beispiel einer BPC-Datei (darstellbar sind nur die Metainformationen).

5.4.10. HOCHGENAUES KINEMATISCHES TRACKING

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Martin Schlüter

Laufzeit: Dezember 2006 – April 2008

Finanzierung: Tesat-Spacecom GmbH & Co. KG

Hochgenaue Richtungsmessungen stützen die präzise Montage, Ausrichtung und Justierung bei hohen Genauigkeitsanforderungen. Typische Anwendungsfelder reichen von der Satellitenendmontage bis zur Einrichtung von Druckmaschinen oder Walzstraßen. Kollimations- und Autokollimationszielungen mit Präzisionstheodoliten bestimmen die Ausrichtung von Planspiegeln oder Laserstrahlen im Raum mit einem Optimum an Genauigkeit. Ergebnisse sind 3D-Richtungsvektoren oder rechnerisch abgeleitete Größen im Koordinatensystem des Auftraggebers.

Die im Rahmen des Projekts am i3mainz entwickelten Digitalkameratheodolite erlauben hochgenaue Richtungsmessungen zu einem Ziel, sobald es innerhalb des Fernrohrblickfelds des Theodoliten sichtbar ist. Das Anfahren eines Zieles mit dem Fadenkreuz des Theodoliten ist nicht mehr erforderlich. Dies hat zwei wichtige Konsequenzen:

Hochgenaue Zielungen auf permanent bewegte Ziele sind möglich (Tracking).

Klassische Zielungen auf statische Ziele werden erheblich vereinfacht und beschleunigt.

Auf der Hardwareseite wurden bislang zwei motorisierte, hochpräzise Motortheodolite Leica TM5100™ und TM5100A™ mit koaxial angeordneten digitalen Industriekameras kombiniert. Das baukastenartige Design erlaubt einen zügigen Kamerawechsel und den Einsatz von Spezialobjektiven für Messungen in Spektral-bereichen außerhalb des sichtbaren Lichts. Erfahrungen mit unterschiedlichen optischen Anordnungen liegen vor. Die Entwicklungsarbeiten des i3mainz umfassen neben der Hardwareerprobung, Kameratests und der Theodolitumrüstung auch die erforderlichen Softwareentwicklungen von der Gerätesteuerung bis zur auto-matisierten Bildverarbeitung.

Eingesetzt werden die Digitalkameratheodolite für die Kalibrierung von Laser Terminals. Laser Terminals dienen der optischen Kommunikation von Satellit zu Satellit; in Einzelfällen auch der Kommunikation zwischen Satellit und Bodenstation. Je präziser eine a priori Ausrichtung des Sendelasers vorgenommen werden kann, desto länger ist der – durch die Satellitenbewegung begrenzte und von gegenseitiger Sichtbarkeit abhängige – verbleibende Zeitraum für den Datentransfer über die optische Datenverbindung. Genau hier sind die Arbeiten des i3mainz einzuordnen: Sie tragen maßgeblich zur Optimierung der a priori Ausrichtung des Sendelasers bei.

Der Erfolg dieser Arbeiten ist offenkundig: Im Frühjahr 2008 liefen erstmals Daten vom deutschen Satelliten TerraSAR-X zum US-Satelliten NFIRE und zurück und überbrückten dabei fehlerfrei mehr als 5000 Kilometer Weltraum. Die erzielte Datenrate entspricht anschaulich etwa 400 DVDs pro Stunde. So könnten größere Datenpakete künftig über mehrere Satelliten hinweg übertragen werden – etwa um Bilddaten von Erdbeobachtungssatelliten zur Bodenstation zu senden. Das i3mainz hat neben dem Projekt „Kinematisches Tracking“ auch durch weitere Kleinprojekte Anteil an diesem Erfolg, z.B. durch das Einrechnen von Laserterminals auf Bodenstationen mit Bezug zu einem globalen Referenzsystem.

i3mainz Digitalkameratheodolite auf Basis von Leica TM5100 bzw. TM5100A

Benutzeroberfläche der Digitalkameratheodolite

Optische Kommunikation mit Tesat-Laserterminals

5.5 SCHWERPUNKT GEOINFORMATIONSSYSTEME

5.5.1 INTERAKTIVE ANALYSEWERKZEUGE FÜR EINEN WEB-ATLAS GESCANNTER

SUTRATEXTE IN CHINA - INTERPRETATION BUDDHISTISCHER SCHRIFTZEICHEN MIT

METHODEN DER INFORMATIONS- UND MESSTECHNIK (3D-SUTREN) Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs

Laufzeit: September 2008 – August 2011

Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Weiterer Partner: Heidelberger Akademie der Wissenschaften – Institut für Kunstgeschichte Ostasiens – Universität Heidelberg

Geographisches Institut (Lehrstuhl Kartographie) – Universität Bonn

In der Provinz Sichuan im Südwest-Chinas sind an sechs Orten Inschriften von buddhistischen Texten in den Fels gemeißelt (8.-12. Jh.). Diese von chinesischer Seite bisher nur wenig untersuchte bedeutende Gruppe von Steinschriften liegt wie ein Netz über der Landschaft. Die Texte werfen ein neues Licht auf die Geschichte des Buddhismus in China, auf seine Anpassung an die chinesische Kultur (Sinisierung) sowie auf die intensive Auseinandersetzung der buddhistischen Religion mit dem säkularen Staat. Ziel des Projektes ist es, diese Inschriften archäologisch, kunsthistorisch und textwissenschaftlich zu dokumentieren, zu analysieren und zu interpretieren. Hierzu werden die geisteswissenschaftlichen Daten in einem Web-basierten Analyse- und Informationssystem mit exaktem Zeit- und Raumbezug mit den Daten zusammengeführt, die durch die Entwicklung neuer Methoden in den Ingenieurwissenschaften (Vermessung, Laserscanning) und der Informatik (Geoinformatik, Kartographie) gewonnen werden. Die Ergebnisse werden in englischer und chinesischer Sprache in das zu entwickelnde Web-basierte Analyse- und Informationssystem integriert und so anderen Wissenschaftlern und der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt, womit sie auch für Folgearbeiten nachhaltig nutzbar sein können. Alle Orte in Sichuan mit buddhistischen Steinschriften sollen mit Hilfe der in diesem Projekt entwickelten neuen Technologie erfasst, analysiert und interpretiert werden. Zu den Objekten gehören Sutren mit insgesamt mehr als 600.000 Schriftzeichen, darunter beispielsweise das Große Nirvana-Sutra. Im Rahmen des Projektes können die Inschriften (80 Texte) zunächst nur an einem der sechs Fundorte (Wofoyuan) mittels 3D-Scanning dokumentiert werden. Die zu entwickelnden Methoden und Technologien erleichtern jedoch die Übertragung auf weitere Gebiete der Folgearbeiten. Die archäologische Dokumentation ist nach wie vor häufig händisch geprägt und nutzt analoge, am Objekt z.B. durch Abzeichnen bzw. Abkopieren gewonnene, Beschreibungen der Objekte. Dieses Vorgehen ist aufwändig, fehleranfällig und subjektiv geprägt. Ziel ist es daher, die Möglichkeiten der 3D-Präzisionsmesstechnik auf die Bedürfnisse der Erfassung von Schriftzeichen anzupassen und Wege für eine bestmögliche Erzeugung virtueller Kopien der Objekte zu finden. Dreidimensionale Abbildungen gestatten eine vom Original räumlich unabhängige Analyse und können in vielen Fällen sogar dazu führen, dass wichtige Objektmerkmale erst durch modernste Mess- und Auswerteverfahren sichtbar gemacht werden können. Das virtuelle 3D-Modell der Schrifttafel kann mit modernen Verfahren aus der 3D-Computergrafik (Textur, Beleuchtung und Schatten) visualisiert werden und eine realitätsnahe virtuelle Darstellung der Sutra bieten.

Liegender Buddha in der Anlage Wofoyuan

Höhlenanlage in Wofoyua; rechts gescannter Bereich (HDS 6000)

In Stein gemeißelte Schriftzeichen. Links: Größenverhältnis der Sutren. Mitte: Modell der Sutre (mit Atos III gescannt). Rechts: Mit original Textur versehenes Modell

5.5.2 AUSBAU DER GEODATENINFRASTRUKTUR RHEINLAND-PFALZ GDI-RP AUF

KREISKOMMUNALER EBENE; RAUMBEZOGENE DATEN ALS GRUNDLAGE DER

UMSETZUNG DES LANDESENTWICKLUNGSPROGRAMMS RHEINLAND-PFALZ

(LEP IV)

Projektleiter: Prof. Dr. Hartmut Müller

Laufzeit: April 2007 bis März 2008

Finanzierung: Ministerium des Innern und für Sport Rheinland-Pfalz Landkreistag Rheinland-Pfalz Kreisverwaltung Mayen-Koblenz

Weitere Partner: Kreisverwaltung Bernkastel-Wittlich

Vor dem Hintergrund dass 80% aller Daten der kommunalen Verwaltung einen Raumbezug besitzen, gewinnt die im neuen Landesentwicklungsprogramm Rheinland-Pfalz (LEP IV) propagierte interkommunale Zusammenarbeit auch für den Geobereich eine gesteigerte Relevanz.

Es bedarf zukünftig verstärkter Koordination, um diese interkommunale Zusammenarbeit effektiv gestalten zu können. Die Kreisentwicklungsplanung, die die Vorgaben des LEP IV für den Landkreis konkretisiert, kann diese Koordination leisten, vorausgesetzt, es stehen geeignete IT-Techniken und strukturierte Daten zur Verfügung, die Entscheidungsprozesse effektiv unterstützen.

Der Landkreistag hat deshalb ein Projekt initiiert, das folgende Ziele verfolgt:

• Untersuchung und Erstellung einer Dokumentation, welche Geodaten der Umsetzung des LEP IV dienen und bezogen auf den Kreis als Raumbezugseinheit in der Geodateninfrastruktur Rheinland-Pfalz (GDI-RP) bereitzustellen sind

• Überprüfung, wie und ob der Landkreis, als größere Verwaltungseinheit der kommunalen Ebene, Servicefunktionen für andere Verwaltungseinheiten, insbesondere für Gemeinden und Städte, oder für Dritte übernehmen sollte

• Zusammentragen und Dokumentation der technischen und organisatorischen Grundlagen für die Umsetzung des neuen Landesentwicklungsprogramms Rheinland-Pfalz (LEP IV) auf der kommunalen Ebene

Bei der Umsetzung der genannten Ziele kann das i3mainz auf die Fachkompetenz der eingerichteten Arbeitsgruppe Landesplanung zurückgreifen, der neben Landesplanern auch GIS-Fachleute, der in die Aufstellung von Raumordnungsplänen involvierten Institutionen, angehören. Darüber hinaus wurden Lösungsansätze vom i3mainz in enger Abstimmung mit der bereits seit 2003 bestehenden Projektgruppe GIS des Landkreistages Rheinland-Pfalz erarbeitet.

Die für die Umsetzung des LEP IV notwendigen Geodaten wurden in der Projektgruppe identifiziert, bezüglich der Umsetzung priorisiert und im Rahmen des Projektes exemplarisch innerhalb der Geodateninfrastruktur Rheinland-Pfalz bereitgestellt. Die Projektziele, die Identifikation von in der kommunalen Raumordnung relevanten Geodaten und die Ableitung von Aussagen bezüglich einer weitergehenden Bereitstellung selbiger Daten in der Geodateninfrastruktur Rheinland-Pfalz, konnten erfolgreich umgesetzt werden.

Landesentwicklungsprogramm IV, Ordnungsrahmen für die räumliche Entwicklung in Rheinland-Pfalz, Leitbild

Umsetzung von Geodaten im GeoPortal.rlp: Kombination von Einwohnerzahlen und Schul- bzw. Kindergartenstandorten für den Landkreis Bernkastel-Wittlich

5.5.3 GIS-IMPLEMENTIERUNG IN DER KREISVERWALTUNG MAYEN-KOBLENZ

Projektleiter: Prof. Dr. Hartmut Müller

Laufzeit: Juli 2007 bis September 2008

Finanzierung: Landkreis Mayen-Koblenz

Weitere Partner: Ministerium des Innern und für Sport Rheinland-Pfalz, Landkreistag Rheinland-Pfalz, Kreisverwaltung Bernkastel-Wittlich, kreisangehörige Verbandsgemeinden und Städte

Der Landkreis Mayen-Koblenz verfolgt das Ziel, seine Verwaltungsaufgaben durch die Einführung und den Ausbau der raumbezogenen Informationsverarbeitung mit Hilfe von Geo-Informationssystemen (GIS) zu unterstützen.

Das Projekt erarbeitet eine GIS-Einführungsstrategie, die auf ein fachbereichsübergreifendes, modulares GI-System hinwirkt. Die Anforderungen an das GIS werden in einem Pflichtenheft beschrieben, das Grundlage für eine Systemausschreibung sein wird. Das Ausschreibungsverfahren wird wissenschaftlich begleitet und mündet in einen fundierten Vergabevorschlag als Entscheidungsgrundlage für die Systembeschaffung. Dabei werden die Ergebnisse des vom i3mainz für den Landkreistag Rheinland-Pfalz durchgeführten Forschungsprojekts "Implementierung von Geoinformationssystemen (GIS) bei den Kreisverwaltungen in Rheinland-Pfalz" maßgeblich berücksichtigt.

Zusätzlich erfolgt eine Digitalisierung der im Landkreis hierfür zur Verfügung gestellten Bauleitpläne der Gemeinden. Diese werden bereits unmittelbar nach der Digitalisierung über die Kreisverwaltung Mayen-Koblenz im Geoportal Rheinland-Pfalz verfügbar gemacht, womit ein wichtiger Beitrag zur Bereicherung des Datenspektrums der Geodateninfrastruktur Rheinland-Pfalz (GDI-RP) mit kommunalen Geodaten geleistet wird. Gleiches gilt für weitere Geofachdaten der Kreisverwaltung Mayen-Koblenz.

Im Rahmen des Projektes wurden folgende Arbeiten durchgeführt:

• Erarbeitung von Strategien zur Einführung von GIS in der Kreisverwaltung Mayen-Koblenz

• Konstituierung einer hausinternen GIS-Projektgruppe in der Kreisverwaltung Mayen-Koblenz

• Ist-Analyse zum Status quo der Geodatenverarbeitung in den verschiedenen Fachabteilungen der Kreisverwaltung

• Erarbeitung eines Pflichtenheftes für die Systemausschreibung mit technischen Spezifikationen für das zu beschaffende GI-System

• Begleitung des Ausschreibungsverfahrens der GIS-Beschaffung, Angebotsbewertung, Systemempfehlung

• Einführung eines GI-Systems und Umsetzung vorhandener Geodaten in das GIS

Als Projektergebnis wurde ein auf den Produktplan und die Organisation der Kreisverwaltung abgestimmte GIS-Lösung eingeführt.

Projektmanagement der Projektgruppe

GIS in der Kreisverwaltung Mayen-Koblenz

Vorgehensmodell für die GIS-Einführung

in der Kreisverwaltung Mayen-Koblenz

Eingeführtes WebGIS der

Kreisverwaltung Mayen-Koblenz

5.5.4 UNTERSUCHUNG DES STATUS QUO DER EINFÜHRUNG VON GEO-INFORMATIONSSYSTEMEN (GIS) BEI DEN KREISVERWALTUNGEN IN

RHEINLAND-PFALZ

Projektleiter: Prof. Dr. Hartmut Müller

Laufzeit: Oktober 2008 bis Dezember 2008

Finanzierung: Fachhochschule Mainz

Weitere Partner: Landkreistag Rheinland-Pfalz, Kreisverwaltung Bad Dürkheim, Kreisverwaltung Bad Kreuznach, Kreisverwaltung Cochem-Zell, Kreisverwaltung Donnersbergkreis, Kreisverwaltung Germersheim, Kreisverwaltung Kaiserslautern, Kreisverwaltung Kusel, Kreisverwaltung Mainz-Bingen, Kreisverwaltung Rhein-Pfalz-Kreis, Kreisverwaltung Südliche Weinstraße, Kreisverwaltung Südwestpfalz, Kreisverwaltung Trier-Saarburg, Kreisverwaltung Vulkaneifel, Kreisverwaltung Westerwaldkreis

Alle Kreisverwaltungen des Bundeslandes Rheinland-Pfalz sollen mittelfristig mit Geo-Informationssystemen (GIS) ausgestattet sein. Eine Geodatenverarbeitung soll in jeder Kreisverwaltung initiiert werden. Um Geobasisdaten und eigene Geodaten effizient nutzen und raumbezogene Fragestellungen effektiver bearbeiten zu können, unterstützt das i3mainz den Aufbau der entsprechenden IT-Landschaften bei den rheinlandpfälzischen Kreisverwaltungen. Nach den erfolgreich abgeschlossenen Pilotprojekten zur Einführung von GIS in den Kreisverwaltungen Bernkastel-Wittlich und Mayen-Koblenz gilt es, eine flächendeckende Verfügbarkeit von GIS für die Geodatenverarbeitung in den Kreisverwaltungen und in der Geodateninfrastruktur Rheinland-Pfalz (GDI-RP) zu erreichen.

Um eine allgemeine Aussage darüber treffen zu können, wie der Status quo der Einführung von Geo-Informationssystemen bei den Kreisverwaltungen in Rheinland-Pfalz ist, wurde den Kreisverwaltungen seitens der Fachhochschule Mainz das Angebot unterbreitet, dies individuell begutachten zu lassen. Im Rahmen einer eintägigen Vor-Ort-Untersuchung bei 14 interessierten Kreisverwaltungen des Landes Rheinland-Pfalz wurde eine erste wissenschaftliche Analyse des Ist-Zustandes durchgeführt und die vorhandenen Potentiale und Schwachstellen für die Nutzung von GIS in den Geschäftsprozessen der Kreisverwaltung erkannt.

Ziel und Ergebnis der Untersuchung war es, anhand der Wertung des Status quo auch Potentiale für interkommunale Kooperationen zu erkennen sowie die GIS-Einführung bei den Kreisverwaltungen in Rheinland-Pfalz mit Unterstützung der Fachhochschule Mainz weiter voranzutreiben. Bei der Hälfte der untersuchten Kreisverwaltungen soll der Ausbau der GIS-Infrastruktur zusammen mit dem Know-how des i3mainz im Bereich Geoinformationssysteme und kreiskommunales Geodatenmanagement im Jahr 2009 gemeinsam umgesetzt werden. Folgeprojekte in interkommunaler Kooperation sind geplant.

Bürger-GIS des Landkreises Trier-Saarburg Moderne Verwaltung - Kreiskommunale Geodaten im Internet für Jedermann

Status Quo der GIS Einführung

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

GIS Untersuchung der FH Mainz bei 14 Kreisverwaltungen in Rheinland-

Pfalz (gelb)

Wertung der GIS-Einführung anhand vorhandener GIS- Komponenten, Status quo der

Kreisverwaltungen

5.5.5 EINSATZ VON METHODEN UND TECHNIKEN DER VERMESSUNG UND

GEOINFORMATIK IN DER LANDSCHAFTSARCHÄOLOGIE

Projektleiter: Prof. Dr. Hartmut MüllerLaufzeit: August 2005 – August 2010Finanzierung: Landesexzellenzcluster Geocycles

Seit Mitte 2005 arbeitet das Landesexzellenzcluster "Geocycles" in einem Kooperationsverband unabhängiger Forschungsgruppen von Mainzer Institutionen auf das gemeinsame Ziel hin, Erdsystemprozesse zu analysieren. Die einzelnen Gruppen versuchen sich dieser Zielsetzung über unterschiedliche thematische Schwerpunkte zu nähern. Eine dieser Gruppen, die Archaeoscience-Forschungsgruppe, erforscht die Auswirkungen vergangener Krisen und Katastrophen auf menschliche Gemeinschaften.

In diesem Zusammenhang untersucht das i3mainz in Zusammenarbeit mit dem Institut für Vor- und Frühgeschichte der Universität Mainz seit Januar 2007 die keltisch-römische Besiedlung um das oppidum Hunnenring bei Otzenhausen (Saarland). Im Mittelpunkt des archäologischen Interesses stehen hierbei der Nachweis einer über Subsistenz hinaus reichenden vorgeschichtlichen Nutzung der reichen Eisenerzvorkommen des Untersuchungsgebietes und eine möglichst detaillierte Rekonstruktion des historischen Siedlungsraums. Im Jahr 2008 konzentrierten sich die Untersuchungen im Gelände auf Grabungstätigkeiten am Hunnenring sowie einen bekannten römischen Tempelbezirk ca. 1,2 km südöstlich des Hunnenrings. Bei den Untersuchungen kamen typische Methoden der Landschaftsarchäologie, wie Einzelfundeinmessungen und Geophysik, zum Tragen. Das i3mainz konnte sich dabei maßgeblich einbringen, indem es auf Basis des amtlichen Festpunktnetzes, mit Hilfe differentieller GPS-Messungen und Tachymetermessungen, ein Basismessnetz für die Prospektionsflächen schaffte.

Eine wichtige Säule der Untersuchungen des vor- und frühgeschichtlichen Lebensraums bildet dessen Rekonstruktion. Dieser wird sich über eine Kombination der archäologischen Fundsituation in Verbindung mit den naturräumlichen Gegebenheiten der Landschaft genähert. Eine Fundstellendatenbank, die auf Grundlage der archäologischen Quellenlage und der Ergebnisse bereits erfolgter Prospektionstätigkeiten erstellt wurde, dient als Ausgangspunkt für die Datenhaltung, Visualisierung und Analyse in einem Geographischen Informationssystem (GIS).

Das GIS stellt darüber hinaus ein wichtiges Instrument für die Entwicklung von Prognosemodellen und der Erfassung räumlicher Standortfaktoren dar und dient dazu, neue Wege bei der gezielten Suche nach bislang unbekannten Fundstellen oder Relikten alter Bergbautätigkeit aufzuzeigen. In diesem Kontext wird das Ziel verfolgt, eine möglichst detaillierte Darstellung der Topographie des Untersuchungsgebietes zu erlangen. Auf Basis unterschiedlicher Erfassungsmethoden (tachymetrische Geländeaufnahme, Terrestrisches Laserscanning, Airborne Laserscanning) konnten hochauflösende kleinräumige und großräumige Geländemodelle erzeugt werden, die als wichtige Hilfestellung für die archäologische Interpretation dienten und grundlegend für die Erstellung von Prognosemodellen sind.

Das Untersuchungsgebiet nahe der Ortschaft Otzenhausen Der keltische Hunnenring

Fundverteilung im Bereich des römischen Tempelbezirks

Visualisierung eines Airborne Laserscans in slope-Darstellung mit

Meilerplätzen im NW

TIN-Darstellung einer tachymetrischen Geländeaufnahme nahe des römischen

Tempelbezirks

5.5.6 AUFBAU EINER GEODATENINFRASTRUKTUR FÜR 3D-GEODATEN

Projektleiter Prof. Dr. Alexander Zipf

Laufzeit: Juli 2006 bis Juni 2009

Finanzierung: Klaus Tschira Stiftung Gemeinnützige GmbH (KTS) Im Projekt GDI-3D werden diverse Softwarekomponenten als Server und Clients entwickelt, die Web-Dienste zur Visualisierung, Management, Analyse und Prozessierung auf Basis der offenen OGC Standards implementieren und weiterentwickeln. Diese werden am Beispiel des 3D-Stadtmodells von Heidelberg evaluiert. Mittlerweile ist der erste Prototyp auch unter www.gdi-3d.de in Internet verfügbar. Durch den konsequenten Einsatz standardisierter Dienste, die in ihrem Zusammenspiel erstmalig auch komplexere Anwendungen ermöglichen, wurde GDI-3D im Oktober 2008 zur „OGC Website of the Mont h“ gekürt. So wurden unter anderem verschiedene Dienste der Open Location Services Initative (OpenLS, Routing, Gelbe Seiten Umgebungssuche, Reverse Geocoder etc.) eingebunden, als auch erste Dienste im Umfeld Sensor Web und der Web Processing Service (WPS). Mit CityGML wurde in 2008 ein geometrisches und semantisches Austauschformat für 3D-Stadtmodelle als Standard verabschiedet. Schon kurz nach der Verabschiedung des Standards wurde CityGML als Import-Format unterstützt, so dass nun auch die Daten anderer Städte einfach integriert werden können. Dies wurde an internen Test schon beispielhaft durchgeführt. Die Erstellung des 3D-Modells erfolgt in sehr enger Kooperation mit dem Vermessungsamt Heidelberg. Zudem wurden Inhalte weiterer Partner integriert, sowie selbst im Projekt erfasst und aus Basisinformationen automatisiert abgeleitet. Das System enthält zur Zeit den vollständigen Gebäudebestand Heidelbergs mit ca. 40.000 Gebäuden, ein nachprozessiertes 5 Meter-Geländemodell, Landnutzung, Luftbilder, Straßennamen, Haltestellen, Parkplätze, Hochwasser, teilweise Verkehrsschilder und Laternen oder andere Straßenmöbel und eine durch Laserscanning hochgenau erfasste Marienstatue. Außerdem wurden viele wichtige Gebäude und Brücken ausmodelliert und mit Texturen für die Gebäudefassaden versehen. Alle Daten werden in Vorverarbeitungsschritten aufbereitet und in einer Geodatenbank verwaltet. Die Ergebnisse von Heidelberg-3D zeigen, dass sich Geodateninfrastrukturen nicht nur zum bloßen Verteilen und Visualisieren von Daten, sondern zum Aufbau komplexerer OGC Diensteketten eignen, die interaktive und durch Einbindung von Sensordaten auch hochaktuelle Anwendungen auch auf Basis von 3D Stadt- und Landschaftmodellen ermöglichen.

Folgende Teilziele sind realisiert: 1. Aufbau einer Dienste-basierten Infrastruktur für 3D-Geodaten (Web3DService

incl. Datenhaltung, 3DRouteService, WebMapService, DesktopClient). 2. Implementierung einer Web-Anwendung zur Nutzung der GDI-3D. 3. Einbindung von geometrischen Einzelmodellen in die GDI-3D. 4. Attributbezogene Darstellung mittels einer 3D Visualisierungsvorschrift, die mit

einem Symbology-Editor vom Client erstellt werden kann. 5. Texturierung des Digitalen Geländemodells mit Luftbildern oder WMS Karten. 6. Unterstützung des CityGML Format für den Web3DService. 7. Die Web-Anwendung steht Online unter www.gdi-3d.de zur Verfügung.

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Standardisierte Komponenten (Web-Services) von GDI-3D

Attributbezogene Darstellung des Gebäudedatensatzes abhängig der Nutzung

Map3D Viewer als Client der GDI-3D

5.5.7 MONA 3D - 3D-STADTMODELLE FÜR MOBILE NAVIGATIONSSYSTEME

Projektleiter: Prof. Dr. Alexander Zipf

Laufzeit: April 2007 – März 2010

Finanzierung: BMBF (FhProfUnd)

Partner: HfT Stuttgart Navigon Teleatlas Heidelberg mobil GTA Geoinformatik

Ziel des Verbundprojekts MoNa 3D ist die Entwicklung eines mobilen Navigationssystems der nächsten Generation. Dabei soll die „letzte Meile“ bei der Navigation im urbanen Raum durch eine semantische Routenbeschreibung mit Hilfe von Landmarken und eine realitätsnahe 3D Darstellung unterstützt werden. Es werden in dem Verbundvorhaben verschiedene wissenschaftliche Fragestellungen untersucht. Als zwei wesentliche Kernprobleme, sind zu nennen:

• Eine kognitive, adäquate und semantische Routenbeschreibung durch Landmarken sowie eine Darstellung in 3D, die für eine kontextabhängig personalisierte Navigationsunterstützung verwendet werden können.

• Die Entwicklung eines Verfahrens zur kostengünstigen generalisierten Erfassung von Gebäudetexturen mit Methoden der Bildverarbeitung und synthetischer Texturen sowie die Entwicklung eines entsprechenden Kompressionsverfahrens zur effizienten Speicherung und Übertragung von 3D-Gebäudemodellen.

Die Tätigkeit der Arbeitsgruppe von Prof. Zipf konzentriert sich hierbei vor allem auf die erste Teilaufgabe.

Derzeit befindet sich das Projekt in der frühen Umsetzungsphase. Aufgabe in dieser Phase ist es, erste Prototypen zu erstellen, um die erarbeiteten Konzepte zu überprüfen und ggf. anzupassen.

• Este Tests des Zusammenspiels der Komponenten • Prozessierung der Daten • Orchestrierung der Komponenten

Erste Komponenten und Module, wie RoutingService oder Web3DService wurden bereits implementiert und auf die projektspezifischen Anforderungen angepasst. So unterstützt der Routing Dienst nun die Ausgabe bestimmter Objekttypen bei der Sprachausgabe zur Routenbeschreibung und auch bei der 2D-Kartendarstellung. Dem W3DS können nun per SLD (Styled Layer Descriptor) zusätzliche externe Objekte, wie z.B. angepasste Darstellungen für Landmarken übergeben werden, die dann in der 3D-Szene angezeigt werden. Wesentlicher Augenmerk wird zurzeit auf die Automatisierung der Selektion geeigneter Landmarken gelegt. Hierzu wird ein Verfahren entwickelt, wie aus mehreren Kriterien und aus der Literatur bekannten Ansätzen eine mit den verfügbaren Daten praktikable Bewertung und nachfolgende Selektion der Landmarken erfolgen kann. Hierzu liegen erste Prototypen vor. Zukünftige Aufgaben hierbei betreffen die Berücksichtigung des aktuellen Kontextes für eine weitergehende Personalisierung.

ClientMoNa3D

Main

Komprimierte

Datenübertragung

OGC-konforme

Datenübertragung

Navigation Service

W3DS

W3DS

WFS

Datenbank

3D

Datenbank

2D

Datenbank

3D

User Management

Service

Catalogue Service

Context

Management

ServiceInternet

Context

Gathering

Vereinfachte Grobskizze der Systemarchitektur

Prinzip der Fokuskarte-3D: Entlang der Route liegende Gebäude werden prominenter dargestellt, mit zunehmendem Abstand von der Route immer schwächer

5.6. SCHWERPUNKT INFORMATIONSTECHNIK

5.6.1. SERVERVIRTUALISIERUNG

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Hartmut Müller

Laufzeit: seit 2003

Finanzierung: Römisch-Germanisches Zentralmuseum Mainz (RGZM)

Bei der Erneuerung der RGZM Webserver, die im i3mainz gehostet werden, wurde aufgrund der Entwicklungen im Bereich der Computerhard- und software auf die Servervirtualisierung gesetzt. So wurde die Hardware von drei Webservern und einem FTP-Server in eine virtuelle Umgebung auf nur noch einem Server konsolidiert. Neben der Raum- und Energieersparnis ergab sich dadurch auch eine Erleichterung der Administration, da hardwareseitig nur noch ein Server gewartet werden muss (Abb. 1). Verschiedene Versionen von Betriebssystemen und weiterer Serversoftware sind aufgrund bestehender Datenbankanwendungen, die nicht ohne weiteres portierbar sind, erforderlich.

Um die Leistung für vier gleichzeitig laufende Betriebssysteme (Host-System + 3 virtuelle Gastsysteme) zu erbringen, wurde der neue Server entsprechend ausgestattet, unter anderem mit zwei Xeon Quad Core Prozessoren, 8 GB RAM und insgesamt knapp 1 TB SAS-Festplatten (SAS - Serial Attached SCSI) mit je 15.000 U/Min.

Für das Betriebssystem fiel die Entscheidung auf CentOS (Community Enterprise Operating System). CentOS ist eine Linux-Distribution basierend auf „Red Hat Enterprise Linux“ (weltweit meist eingesetzte Distribution im Bereich Webhosting); im Gegensatz dazu ist CentOS allerdings frei erhältlich und kann ohne Lizenzkosten eingesetzt werden. Ein weiterer Pluspunkt ist auch der Supportzeitraum von 7 Jahren der für jedes CentOS-Release die Versorgung mit Sicherheitsupdates gewährleistet.

Des Weiteren wird auch die Virtualisierungssoftware Xen unterstützt, mit der die Virtualisierung der Server implementiert wurde. Xen ist eine Open-Source Software, die von der Universität Cambridge entwickelt und unter der GNU General Public License herausgegeben wurde. Durch einen Virtual Machine Monitor, den sogenannten Xen Hypervisor, der durch die Integration in den System-Kernel direkt auf die Hardware aufsetzt, werden die Gastsysteme in virtualisierter Form mit Prozessorleistung und Arbeitsspeicher versorgt. Die Versorgung der Gastsysteme mit Treibern für Peripheriegeräte wird dadurch realisiert, dass das Hostsystem (CentOS) als privilegiertes Gastbetriebssystem (Abb. 2, Domain 0) den unprivilegierten Gastbetriebssystemen (Abb. 2, User Domain) diese Treiber zur Verfügung stellt. Durch die Unterstützung der verschiedensten Betriebssysteme durch Xen wurden entsprechend dem Bedarf als Gastsysteme Ubuntu Linux, Windows Server 2000 und Windows Server 2003 installiert.

Durch diesen Aufbau und die neue Hardware konnten deutliche Performancesteigerungen im Bereich komplexer Datenbankabfragen erzielt werden.

(Abbildung aus Xen 3.3 Datasheet)

Abb. 1: Server-Konsolidierung

Abb. 2: Aufbau eines Virtuellen Servers mit Xen

5.6.2. RÄUMLICHES INFORMATIONSSYSTEM ZUR ERFASSUNG, DOKUMENTATION UND

ANALYSE INDUSTRIEARCHÄOLOGISCHER OBJEKTE (INFORMATIONSSYSTEM)

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs

Laufzeit: Juni 2007 – Mai 2010

Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Weitere Partner: Fachhochschule Bochum Denkmalbehörde der Stadt Dortmund Institut für Denkmalschutz und Denkmalpflege der Stadt Essen Landschaftsverbände Rheinland und Westfalen-Lippe ArcTron GmbH, Altenhann Kubit Gmbh, Dresden

Im Teilprojekt Informationssystem wird mit der Verwendung von semantischem Web- und Wissensmanagement zur Verwaltung heterogener Datensätze, die während der Ausgrabung an „Industrial Archaeological Sites“ (IAS) gesammelt werden, eine neue Vorgehensweise realisiert. Ziel des Projektes ist die Verwaltung von Daten und Wissen, die während und nach der Ausgrabung erhoben werden. Durch die direkte Einbeziehung von Archäologen erhält das Projekt zusätzliche Unterstützung. Sie sind diejenigen, die das Wissen rund um die Ausgrabung besitzen. Nur sie können das Wissen in formbare Regeln einordnen. Diese Regeln werden dann benutzt, um eine komplette ontologische Domäne aufzubauen, die über die verschiedenen Beziehungen der Ausgrabungsstätte entscheidet.

Durch die Verbindung von Semantik und Daten zu den gefundenen Objekten wird das ganze Wissen der Ausgrabung zur Verfügung gestellt. Diese Verknüpfung erfordert entsprechendes fachliches Wissen, weshalb auch hier Archäologen in den Prozess aktiv einbezogen sind. Nach vollständigem Aufbau aller Regeln und der Verknüpfung der gesammelten Daten mit dem Regelwerk wird das so gespeicherte ontologische Wissen dem Nutzer präsentiert. Das kann auf visuellem Wege oder durch entsprechende Texte erfolgen, die sich an der semantischen Wikitechnologie orientieren.

Geometrie spielt eine Hauptrolle in diesem Projekt. Der Reiz des neuen Ansatzes ist die gemeinsame Verwendung von semantischer und geometrischer Informationen, um die Daten zu repräsentieren. Im Gegensatz zu anderen Projekten in der Archäologie bei denen Informationssysteme als 3D-Objektmodellierungswerkzeuge eingesetzt werden, wird hier die zugrundeliegende semantische Information zusammen mit der Geometrie benutzt, um Objekte zu modellieren. Daneben kommt die Geometrie nach wie vor als wichtiges Werkzeug für Analysen zum Einsatz. Diese Analysen benutzen die implementierten Regeln und bestätigen oder widerlegen sie. Dabei werden die in der Ontologie gespeicherten Regeln gleichzeitig fortgeschrieben, um das modellierte Wissen zu verbessern.

Der Ansatz ist in 3 Ebenen gegliedert. Die untere Ebene ist die syntaktische Ebene, die für die Speicherung der Daten benutzt wird. Zusätzlich wird innerhalb dieser Ebene der semantische Bezug zu den Daten definiert. Die nächste Ebene ist die semantische Ebene. In dieser Ebene wird die Ontologie definiert und verwaltet. Dies ist die wichtigste Ebene in diesem System. Die oberste Ebene ist die Wissensebene. Hier wird das Wissen aus der semantischen Ebene generiert und durch die Wikiseite und das 3D-Modell dargestellt. Die Anordnung dieses Systems ist in folgender Abbildung dargestellt.

Datenmodell der Webplattform um Funde zu verwalten

Überblick aller Aktivitäten des Systems

Wissensebene

Semantische (ontologische) Ebene

Syntaktische Ebene

3D Sicht 2D Sicht Wiki

Geometrie Bilder Archive

D3

Bunker

Raum

Tür

B1

R1

R2

R3

D1

D2

hatRaum

hasDoor

Bunker B1 Verbindung durch MBRs

Bunker B1 hatRaum R1, R2 and R3

Wissensrepräsentation

Multimedia Datenbanken

Ontologische Präsentation der Regeln D3

Synopsis

Drei Objekte: Bunker, Raum und Tür

Beziehung: hatRaum, hatTür

Instanzen: B1 �Bunker

R1, R2 & R3 � Raum

T1, T2 & T3 � Tür

Regeln: Bunker hatRaum Raum

D1

5.6.3. EINSATZ VON SEMANTISCHER INFORMATION FÜR DIE EXTRAKTION

GEOMETRISCHER OBJEKTE AUS SCANDATEN

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs

Laufzeit: Seit Februar 2006

Finanzierung: Ministerium für Bildung, Wissenschaft, Jugend und Kultur Sokrates

Weitere Partner: Ecole supérieure des géomètres et topographes, Le Mans Laboratoire d’électronique, information et image (Le2i), Dijon

Punktwolken sind als primäres Messergebnis von terrestrischen Laserscannern Träger von 3D-Geometrieinformationen. Dabei kommt der Auswertung von Punktwolken hin zu praktikablen Ergebnissen (Position, Größe, Lage, Form von Objekten bis hin zu Plänen oder 3D-Modellen) eine große Bedeutung zu, da vorhandene Methoden bislang vor allem auf manueller Interaktion mit entsprechend hohem zeitlichen Aufwand beruhen und aus wirtschaftlicher Sicht ineffizient sind. Ansätze für eine Automatisierung der Modellbildung verfolgen bislang überwiegend daten-getriebene Konzepte und sind angesichts der Komplexität der Objekte und des enormen Informationsgehaltes von Punktwolken in ihrem Leistungsvermögen begrenzt und nur von geringer praktischer Relevanz.

Das i3mainz hat sich mit diesem Projekt zum Ziel gesetzt, effiziente, intelligente Methoden für eine automatisierte Auswertung von Laserscannerdaten zu entwickeln. Im Gegensatz zu den bisherigen Ansätzen wird hier das Ziel verfolgt, bereits vorhandenes Wissen über die zu vermessenden Objekte in die Auswertung einfließen zu lassen.

Im Rahmen einer Kooperation mit französischen Universitäten in Le Mans und Dijon laufen bereits seit 2006 zahlreiche Aktivitäten in diesem Bereich. So wurden bisher zunächst elementare Funktionalitäten wie Datenhaltung, Modellierung und die Detektion von Ebenen realisiert. Um die Robustheit der Ebenendetektion zu erhöhen wurde ein RANSAC (Random Sample Consensus) Algorithmus realisiert. Dieser Algorithmus hat den wesentlichen Vorteil gegenüber der vorherigen Implementierung, dass er weniger empfindlich gegenüber grob falschen Daten ist (Punkte die nicht zur Ebene gehören). Der Erfolg der Implementierung des RANSAC Algorithmus zeigt sich in der Abnahme von Fehldetektionen und qualitativ besseren Erfassung der tatsächlichen Gegebenheiten.

Mit der Teilnahme an der BMBF-Förderrunde FHprofUnd (2009) will das i3mainz die Aktivitäten auf dem Gebiet der wissensgestützten Verarbeitung von Punktwolken intensivieren. Im Zuge der Antragstellung für das dreijährige Forschungsprojekt WiDOP (Wissensgestützte Detektion von Objekten in Punktwolken) wurden dafür umfangreiche Recherchen bereits existierender Ansätze und Algorithmen durchgeführt. Diese zeigten, dass bestehende Techniken große Defizite im Hinblick auf einen wirtschaftlichen Einsatz von Laserscanning aufweisen, und dass das Vorhaben des i3mainz daher von großer Wichtigkeit ist.

Die Erkenntnisse aus den Recherchen zur Antragstellung sowie die bisherigen eigenen Arbeiten auf dem Gebiet gipfelten außerdem in einen 13-seitigen Artikel im Sonderheft „Laserscanning“ der Fachzeitschrift PFG – Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformation. In diesem Artikel werden verschiedene Konzepte und Ansätze zur Konstruktion von halb- und vollautomatisierten Auswertealgorithmen für 3D-Punktmengen vorgestellt. Die Algorithmen arbeiten entweder auf rein geometrischer Basis oder unter Zuhilfenahme von Vorwissen in Form eines semantischen Modells.

Beispiel für die Modellierung von Bauwerkbestandteilen in der objektorientierten Beschreibungssprache OWL

Links: Orginalpunktwolke. Rechts: Punktwolke mit modellierten Wänden

Schema zum grundsätzlichen Vorgehen bei der semantischen Modellierung

5.6.4. WEITERENTWICKLUNG EINER DIGITALEN STEREOARBEITSSTATION

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs

Laufzeit: Seit Sommer 1999

Finanzierung: i3mainz

Im Institut wird kontinuierlich eine Software weiterentwickelt und ergänzt, deren Einsatzgebiet die photogrammetrische Stereoauswertung ist. Dazu müssen digitale Messbilder orientiert und stereoskopisch ausgewertet werden können. Als Betrachtungstechniken stehen ein Farbtrennverfahren (Anaglyphentechnik) und ein Zeittrennverfahren (Shuttertechnik) zur Verfügung. Die Software wird in der Lehre und in Projekten für einfache photogrammetrische Aufgaben eingesetzt und ständig an wachsende Bedürfnisse und neue Anforderungen angepasst.

In diesem Jahr standen Verbesserungen in der Bedienung und von Benutzungswerkzeugen an. Weiterhin wurden komplett neue Funktionalitäten entwickelt, die Dista zu einem noch vielseitigeren Werkzeug für den Anwender machen.

Das von einer Vielzahl von Anwender oft unangenehme empfundene Auswerten in einem Stereobetrachter über das Anaglyphenverfahren wurde erleichtert. Durch das bereits implementierte flächenbasierte Zuordnungsverfahren und durch die Anzeige der Ähnlichkeit zwischen zwei korrespondierenden Bildausschnitten eines Stereopaars ist es möglich, die 3D-Stereoauswertung mit der Darstellung nur eines Bildes vorzunehmen. Es wird dabei nur das linke oder rechte Bild eines Paares angezeigt, während das andere Bild unsichtbar automatisch mitgeführt wird. Der räumliche Eindruck geht dabei verloren. Das zweidimensionale Arbeiten mit nur einem Bild wird aber als komfortabler empfunden.

Die linienhafte Stereosauswertung liefert, je nach Erfahrung des Anwenders und in Abhängigkeit von der Aufnahmekonfiguration, qualitativ unterschiedliche Ergebnisse. Dabei ist oft zu beobachten, dass die genierten 3D-Linien und Polylinien einer Objektoberfläche in Aufnahmerichtung signifikant schwanken. Aus diesem Grund wurde die Möglichkeit in Dista eingebaut 3D-Auswertungen im Nachhinein zu verebnen. Dabei kann entweder eine Koordinatenebene gewählt oder eine angepasste Ebene bestimmt werden.

Um die Leistungsspitzen aus Photogrammetrie und Laserscanning zu verbinden, werden in Dista neuerdings Punktwolken mit unterstützt. Die bildgestützte 3D-Auswertung einer Punktwolke erlaubt die linienhafte Auswertung einer nicht-vermaschten Punktwolke über ein Bild. Das arbeiten in einer Punktwolke ohne Bildunterstützung ist für viele Anwender umständlich, da hier die Identifizierung von Merkmalen am Objekt schwer fällt. Begründet wird dies durch die punktweise Darstellung und das Fehlen einer geschlossenen Modelloberfläche.

In Dista kann man nun wie gewohnt in einem Bild zweidimensional arbeiten. Über die geometrische Beziehung zwischen Bildaufnahme und Punktwolke wird die 3D Information errechnet. Dazu wird für jeden Bildpunkt der Auswertung ein Bildstrahl erzeugt. In einen kleinen Bereich um den Strahl wird die Punktwolke temporär vermascht. Der Schnittpunkt des Strahls mit einer Masche aus der Vermaschung liefert eine 3D Koordinate zu der Bildmessung.

3D-Auswerten über Anaglyphenverfahren 3D-Auswertung durch automatische Mitführung eines ausgeblendeten Bildes des

Stereopaars

Stereo-Linienauswertung 3D-Polylinien mit Abweichungen in Aufnahmerichtung

3D-Polylinien verebnet

Bildgestützte Punktwolkenauswertung in Dista. 2D-Messung im Bild (li.), Bildstrahl durch Punktwolke (mi.), Schnitt von Strahl mit temporärer Vermaschung (re.)

5.6.5. MODY3D MODELLIERUNG VON OBJEKTEN DER DENKMALPFLEGE AUF BASIS VON

HYBRIDEN BILD- UND 3D-GEOMETRIEDATENSÄTZEN

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs, Prof. Emil Hädler

Laufzeit: April 2006 – März 2009

Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung Kubit GmbH

Partner: IProD Generaldirektion Kulturelles Erbe, RLP

Kernziel von Mody3D ist die Erforschung und Weiterentwicklung von Aufnahme- und Auswerteverfahren für die Anwendung in der Denkmalpflege, Bauforschung, Restaurierung und Architektur. Die Aufnahmeverfahren bestehen aus geometrie- oder bildgestützten Methoden sowie deren möglicher kombinierter Nutzung. Dabei sollen Grenzen, Möglichkeiten und Synergien ausgeleuchtet werden.

Aufgaben der aktuellen Phase der Weiterentwicklungen im Projekt sind:

• Erprobung von etablierten 3D-Erfassungsmethoden

• Entwicklung von Werkzeugen für den Umgang mit komplexen 3D-Geometrie- und Bilddatensätzen

• Praktische Tests der Entwicklungen in exemplarischen Anwendungen

Die Erprobung von Erfassungsmethoden und der Umgang mit dem Softwaremodul PointCloud (vom Projektpartner kubit GmbH) fanden mit den Anwendungsszenarien "Portalgräber Hauptfriedhof Mainz" und "Pferdekarussell" statt.

Zwei Portalgräber des Mainzer Hauptfriedhofs wurden als überschaubare Beispiele zum Testen und zur Analyse gewählt. Diese Gräber wurden mit Laserscanning, photogrammetrisch sowie formgetreu von Hand mit Schnurgerüst aufgenommen.

Das Pferdekarussell in Wilhelmsbad ist ein Rundgebäude mit aufwändiger Dachstuhlkonstruktion. Die Komplexität in der Geometrie der Konstruktion, die sich daraus ergebenden Verdeckungen und der schwere Zugang zu den erforderlichen Messelementen stellen dabei eine besonders hohe Anforderung an die Auswertung. Dieses Szenario ist damit ein gut geeignetes Vergleichsmodell für eine Stärken- und Schwächenanalyse der Aufnahmetechnologien wie z.B. Laserscanning, Photogrammetrie und deren Bedien- und Auswertesoftware.

Recherchen unter Fachanwendern aus den Bereichen Denkmalpflege, Archäologie und Photogrammetrie wurden durchgeführt, um die Bedürfnisse bei Weiterentwicklung von Software-Werkzeugen abzustecken. Da dabei vor allem die gemeinsame Nutzung von Bild- und Scandaten hoch priorisiert wurde, richtete sich die Weiterentwicklung auf die institutseigene photogrammetrische Auswertesoftware Dista. Die Stärken aus Laserscanning und Photogrammetrie werden über neue Funktionalitäten in einem leistungsstarken Werkzeug vereint.

Durch eine im Projektrahmen abgeschlossene Masterarbeit, wurde u.a. die bildgestützte Auswertung von Punktwolken implementiert. Diese Funktionalität erlaubt es, unvermaschte Punktwolken über ein orientiertes Bild punkt- und linienhaft auszuwerten. Vorteilhaft ist dabei die einfache Identifizierung von Objektmerkmalen. Auch besitzen Fotos für den Anwender wichtige Oberflächeninformationen, die aus einem Laserscan allein oft nicht hervorgehen.

Portalgrab Hauptfriedhof Mainz Dachstuhlkonstruktion vom Pferdekarussel Willhelmsbad

Funktionsprinzip der bildgestützten Punktwolkenauswertung

Realisierung der bildgestützten Punktwolkenauswertung in Dista

5.6.6. ENTWICKLUNG MULTIMEDIALER ANWENDUNGEN FÜR EINE DAUERAUSSTELLUNG IM

HUNSRÜCK-MUSEUM SIMMERN

Projektleiter: Prof. Dr. Hartmut MüllerLaufzeit: August 2005 – August 2010Finanzierung: Landesexzellenzcluster Geocycles

Im Rahmen einer Lehrveranstaltung am Institut für Vor- und Frühgeschichte der Universität Mainz wird die konzeptionelle Durchführung einer Dauerausstellung zur Eisenzeit für das Hunsrück-Museum Simmern entwickelt.

In Kleingruppen beschäftigen sich die Studierenden mit verschiedenen thematischen Schwerpunkten dieser Epoche, welche sie auf unterschiedliche Art und Weise praktisch umsetzen. So haben die Studierenden die Möglichkeit eine keltische Hütte originalgetreu nachzubauen, das vorgeschichtliche Leben in einem Film nachzustellen und sich mit Kleidung und Schmuck dieser Zeit auseinanderzusetzen.

Auch ist die multimediale Aufbereitung der Thematik vorgesehen. Dabei werden die Studierenden von einer Mitarbeiterin des i3mainz unterstützt. Mit Hilfe eines u.a. für Museen entwickelten Content Management Systems (CMS) wird eine Oberfläche entwickelt, die es den Besuchern des Museums ermöglicht, menügesteuert mit den Themen der Eisenzeit in Kontakt zu kommen. Dabei wird auf verschiedenste Medien zurückgegriffen wie Texte, Fotos, Abbildungen, Animationen und Filme. Ebenfalls wird dem Besucher als spielerische Komponente in Form eines Quiz das eisenzeitliche Leben näher gebracht.

Bis Ende November 2008 haben erste Arbeiten an zwei Animationen begonnen. Diese beschäftigen sich mit den beiden Grundtypen der eisenzeitlichen Besiedlung. Für die beiden Ortschaften Bundenbach und Wierschem werden exemplarisch die Anlage von eisenzeitlichen Höhensiedlungen und offenen Siedlungen nachgebildet. Dabei soll es einen virtuellen Flug über die Zeitschiene von heute in die Vergangenheit geben. Die Basis der Animationen stellen Digitale Geländemodelle der beiden Ortschaften und ihrer näheren Umgebung dar. Digitale Orthophotos, die mit der Software ArcScene der Firma ESRI auf die Geländemodelle gemappt werden, bilden die Ausgangsszenerie der Animation. Hiervon ausgehend wird in die Vergangenheit und die eisenzeitliche Besiedlung geblendet.

Bisher wurden die Digitalen Geländemodelle generiert und mit Hilfe von Google Sketchup erste eisenzeitliche Häuser nachkonstruiert, welche als wichtige Bestandteile in die virtuelle eisenzeitliche Welt integriert werden. Weitere Arbeiten werden sich mit der Integration der konstruierten Elemente in die Szenerie und der Generierung der Animationen beschäftigen.

Ein großer Anteil der weiteren Arbeiten wird durch die Entwicklung der Oberfläche und dem Einbinden der Inhalte eingenommen.

Die Ausstellungseröffnung ist für den 17. Mai 2009 geplant.

Mit Google Sketchup nachkonstruierte eisenzeitliche Häuser

Digitales Geländemodell der Ortschaft Bundenbach und ihrer Umgebung mit gemapptem Orthophoto

Digitales Geländemodell der Ortschaft Bundenbach und ihrer Umgebung

6. PLANUNG FÜR DAS JAHR 2009

6.1. FORTFÜHRUNG BESTEHENDER PROJEKTE

Einige der in Abschnitt 5 beschriebenen Projekte haben Laufzeiten, die sich bis ins Jahr 2008 und darüber hinaus erstrecken. Weitere Projekte befinden sich noch im Antrags- und Begutachtungsverfahren.

Folgende Projekte werden im Jahr 2009 weiter geführt:

� Informationstechnik und Archäologie � Geometrische Dokumentation Im Bergland der Krim / Ukraine� Anwendung moderner Phasenscanner in der Dokumentation antiker Kulturgüter � Einsatz verschiedener Messtechniken zur Ermittlung langzeitbedingter

Oberflächenverluste von Sandsteinpartien in der Klosterruine Limburg a.d. Haardt / Bad Dürkheim

� Räumliches Informationssystem zur Erfassung, Dokumentation und Analyse industriearchäologischer Objekte

� Einsatz von Mess- und Visualisierungstechniken für Fragen der Siedlungsgeschichte in Triphylien

� Entwicklung eines Verfahrens zur Geometriebestimmung mittels adaptiver Projektion (AdPro)

� Intelligentes und flexibles Multikamerasystem zur präzisen punkt- und flächenbezogenen Bestimmung von 3D-Objektgeometrien (OCULEUS)

� Entwicklung von Verfahren zum Aufbau eines Zentrums zur Präzisionsmess- und Prüftechnik für optische Messverfahren (PoV)

� Photogrammetrisches Mehrkamerasystem zur flexiblen Positionsbestimmung von beweglichen Effektoren (OptoPose)

� Einsatz moderner Messtechnik als Grundlage für die Rekonstruktion eines bronzezeitlichen Brunnens

� Präzisions- & Multispektralmesstechnik für Fragestellungen der Dermatologie � 3D-Vermessung von Kurven und Autobahnrampen mittels Laserscanning zur

Bewegungsanalyse im Straßenverkehr � Bildverarbeitungsgestütztes Kalibrier-, Prüf- und Feldprüfverfahren für Terrestrische

Laserscannersystem zur Qualitätssteigerung (SigmaTLS+) � Binary Pointcloud (BPC) - TLS-Datenaustauschformat� 3D-Sutren – Interaktive Analysewerkzeuge für einen Web-Atlas gescannter Sutratexte

in China� Ausbau der Geodateninfrastruktur Rheinland-Pfalz GDI-RP auf

kreiskommunaler Ebene; Raumbezogene Daten als Grundlage der Umsetzung des Landesentwicklungsprogramms Rheinland-Pfalz (LEP IV)

� GIS-Implementierung in der Kreisverwaltung Mayen-Koblenz� Untersuchung des Status quo der Einführung von Geo-Informationssystemen (GIS)

bei den Kreisverwaltungen in Rheinland-Pfalz � Einsatz von Methoden und Techniken der Vermessung und Geoinformatik in der

Landschaftsarchäologie � MoNa 3D - 3D-Stadtmodelle für mobile Navigationssysteme� Einsatz von semantischer Information für die Extraktion geometrischer Objekte aus

Scandaten� Weiterentwicklung einer digitalen Stereoarbeitsstation� Mody3D Modellierung von Objekten der Denkmalpflege auf Basis von hybriden Bild-

und 3D-Geometriedatensätzen

� Entwicklung multimedialer Anwendungen für eine Dauerausstellung im Hunsrück-Museum Simmern

� Kartierung und Rekonstruktion der antiken Stadt Zhafar/Dhu Raydan, Republik Jemen

6.2. WEITERE AUFGABEN

Der Wert interdisziplinärer und hochschul- wie grenzübergreifender Kooperationen hat sich auch im abgelaufenen Jahr wieder klar gezeigt, weshalb die Bestrebungen die vorhandenen aus- und neue aufzubauen auch im kommenden Jahr konsequent weiter verfolgt werden wird.

Weiter verfolgt werden ebenfalls die Aktivitäten zu einer verstärkten Internationalisierung. Durch die erreichten Erfolge ist die Motivation groß, weitere Projekte zu initiieren. Dies gilt sicher für die kooperative Bearbeitung von Forschungsaufgaben. Aber auch schon die Fortsetzung des Gedanken- und Personalaustauschs bringt ausreichend Impulse, so dass dies alleine schon ein Gewinn ist. Dies gilt insbesondere, wenn, wie im Falle der Zusammenarbeit mit ausländischen Teams, unterschiedliche Kulturen am Dialog beteiligt sind.