Außergewöhnliches 3D-Stereo-Arbeiten macht Baustellen „bombensicher“

Das Referat Gefahrenerkundung Kampfmittelverdacht (GEKV) der Feuerwehr Hamburg nutzt für eine optimale Effizienz bei der Kriegsluftbildauswertung die passiven 3D-Stereo-Beamsplitter-Monitore 3D PluraView von Schneider Digital.

Im Wettstreit mit Blindgängerverdachtspunkt, Schornstein und Gullideckel: Mit großer Akribie wertet die Feuerwehr Hamburg Kriegsluftbilder aus, um den Kampfmittelverdacht zu klären. 3D-Stereoskopie hilft bei der Unterscheidung von Absenkungen und Erhebungen. © Schneider Digital

Hamburg gehört zu jenen Städten Deutschlands, die im Zweiten Weltkrieg am schwersten gelitten haben. So entsprach das in der Hansestadt zerstörte Wohnungsvolumen dem Gesamtwohnungsbestand der Städte Nürnberg, Augsburg, Ludwigshafen, Würzburg und Regensburg zusammen. Zwischen dem 18. Mai 1940 und dem 17. April 1945 wurden 213 Luftangriffe auf Hamburg geflogen und insgesamt etwa 107.000 Spreng-, 3 Millionen Stabbrand- und 300.000 Phosphorbrandbomben abgeworfen – mit erheblichen Kollateralschäden, denn rund 70 Prozent der Bebauung der Metropole wurden zerstört. Die größten, bunkerbrechenden Bomben hatten ein Gewicht von 12.000 lbs (englische Pfund), die kleinsten Stabbrandbomben lagen bei 4 lbs. Und es wurde dokumentiert. Es gibt wohl keine andere Stadt auf der Welt, von der so viele Luftbildaufnahmen während des Krieges gemacht wurden. Von Hamburg sind derzeit 30.000 Bilder bekannt. „In Hamburg fanden fast keine Bodenkämpfe statt. Ganz anders als in Köln oder Berlin. Wir können also davon ausgehen, dass die Kriegseinwirkungen ausschließlich durch Luftangriffe und nicht etwa durch Artilleriebeschuss zustande kamen“, erklärt Thomas Otto, Leiter des Referats Gefahrenerkundung Kampfmittelverdacht (GEKV) der Feuerwehr Hamburg. Die GEKV ist hoheitlich für die Einstufung von Baugrundstücken im Stadtgebiet bezüglich ihres  Gefährdungspotenzials in Hinsicht auf Kampfmittel zuständig. Die Einstufung erfolgt durch die Auswertung historischer Luftbilder der Alliierten und der deutschen Wehrmacht aus den Jahren 1940 bis 1946. Wenn verfügbar, werden Sekundärquellen wie Logbücher oder andere Niederschriften herangezogen, um die  Entscheidung weiter abzusichern. Vor jeder baulichen Maßnahme in Hamburg muss genauestens überprüft werden, ob im zu bebauenden Bereich gegebenenfalls
noch zu bergende Blindgänger schlummern.

Präzise stereoskopische Luftbildauswertung – selbst bei Tageslicht
An den insgesamt 20 Arbeitsplätzen, die mit High-End-Stereo-Displays vom Typ 3D PluraView ausgestattet sind, werden die Kriegsluftbilder stereoskopisch ausgewertet. Der 3D-PluraView-Monitor arbeitet mit der weiterentwickelten passiven 3D-Stereound Display-Technologie der vor Jahren eingestellten Beamsplitter-Serie von PLANAR. Innovative, zuverlässige Technik ist die Grundlage für präzise, stereoskopische Darstellung in höchster Qualität. Die 3D-PluraView Beamsplitter-Technologie liefert pro Auge die volle Monitorauflösung von bis zu 4K in brillanter Helligkeit dank zweier Displays. „Ganz wichtig dabei ist die räumliche 3D-Stereodarstellung, weil wir so erkennen können, ob es sich bei einem schwarzen Punkt im Bild um eine Vertiefung oder Erhebung handelt: Eine Vertiefung kann ein Hinweis auf einen Blindgänger sein - Abwurfmunition also, die in den Boden zwar eingedrungen, nicht aber detoniert ist“, erklärt der  Luftbildauswerter Matthias Otto und nennt ein weiteres Beispiel, bei dem die Überlappung zweier Aufnahmen hilft, einem Verdachtsfall auf die Spur zu kommen: „Stereoskopie vereinfacht zu erkennen, ob bei beschädigten Gebäuden die Zwischengeschosse vorhanden waren oder nicht. Sind diese erhalten geblieben, gilt der Teil des Grundstücks nicht als Verdachtsfläche, wenn jedoch keines der Geschosse mehr vorhanden war, durchaus.“ Es ist beeindruckend zu sehen, mit welcher Akribie und Feingefühl das Team der Feuerwehr bei dieser „Zeitreise“ vorgeht und wie dabei die 3D PluraView Display-Technik hilft, gefährlichen Bomben/Kriegshinterlassenschaften auf die Spur zu kommen. „Stereoskopie mit 3D PluraView Monitoren vermittelt uns einen plastischen,  räumlichen, ja fast virtuellen Eindruck der Situation vor Ort vor 70 Jahren“, bringt es Matthias Otto auf den Punkt. Voraussetzung für eine derartige Auswertung ist, dass zwei zu einander versetzte Bilder der gleichen Szene vorliegen. Meistens wurden Reihenaufnahmen gemacht, bei denen die Kamera in festen Zeitintervallen ausgelöst wurde. „Die Flughöhe der Aufklärungsmaschinen war nicht konstant, was zu Verzerrungen innerhalb des Luftbildes führt. Durch geeignete Methoden kann diese Verzerrung nahezu beseitigt werden, so dass dennoch eine sehr lagegenaue Auswertung ermöglicht wird“ erklärt der Luftbildauswerter. „Wenn ein dunkler Punkt nur auf einem Bild zu erkennen ist, liegt auf der Hand, dass es sich dabei um ein Artefakt handelt. Oder anders herum kann der Fall eintreten, dass  ein schwarzer Punkt im Monobild im Stereobild zum Beispiel nur eine Litfaßsäule offenbart.“ Als Auswertungssoftware kommen bei der Feuerwehr Hamburg hauptsächlich ERDAS IMAGINE von Hexagon Geospatial und ArcGIS von Esri zum Einsatz.

Technologischer Fortschritt in „Siebenmeilenstiefeln“
Geoinformatik eine professionelle, hochauflösende 3D-Stereo-Visualisierungen benötigte, kam um die Beamsplitter-Monitorserie von PLANAR nicht herum. Schneider Digital hat viel in die Weiterentwicklung der Beamsplitter-Technologie investiert. Dabei entstand eine innovative, völlig neue 3D-Monitor-Generation namens 3D PluraView, die wiederum mittlerweile als technische Benchmark im passiven 3D-Stereo-Bereich für die ganze Branche gilt. Im Gegensatz zu aktiven 3D-Monitoren ist der 3D PluraView völlig flimmerfrei und somit hervorragend für den professionellen, augenschonenden Dauereinsatz über einen ganzen Arbeitstag hinweg geeignet - und zwar unter Tageslichtbedingungen. „Arbeiten in abgedunkelten Räumen, wie es noch in den 1990er Jahren der Fall war, sind seit den 3D PluraViews passé", konstatiert Referatsleiter Thomas Otto. Der Markt ist hocherfreut über die gestochen scharfe Bildqualität bis zu 4K/UHD pro Auge und Darstellung feinster Details auf 27‘‘- beziehungsweise 28‘‘-Bildschirmdiagonale, die ein 3D-PluraView-Display bietet. Zertifiziert sind die Geräte für alle gängigen 3D-Stereosoftware-Anwendungen in GIS, Photogrammetrie und Mapping, nicht nur von den bereits erwähnten Systemanbietern Hexagon (Geomedia) und Esri (ArcGIS), sondern auch von Trimble (Match-AT/DTMaster/UASMaster), Erdas (IMAGINE Photogammetie), TerraSolid (TerraStereo), Rhino (SARL RhinoTerrain), PurView (PurVIEW) oder Leica (LeicaGeosystems). Die Feuerwehr Hamburg war der erste (Groß-)Kunde der 3D-PluraView-Monitorgeneration. Schneider Digital stellte sie erstmals zur internationalen GIS-Messe Intergeo im Oktober 2016 vor, und bereits einen Monat später wurden die ersten Geräte nach Hamburg geliefert. Gegenüber der Planar Beamsplitter gab es neben der Displaygröße, der Helligkeit und der Auflösung eine Reihe von Verbesserungen. So ist das Monitorgestell nun erheblich stabiler ausgeführt, sodass es bei Berührungen praktisch nicht mehr nachschwingt. Der Vergangenheit gehören ebenso die abgeschrägten Spiegelkanten des Vorgängers an, die den seitlich versetzt stehenden Betrachter bei der Begutachtung  bestimmter Bildausschnitte behindern konnte, wie Matthias Otto erläutert. Er weist zudem auf ein weiteres, sehr überzeugendes Argument hin: „Mit dem 3D-PluraView-Monitor kann ermüdungsfrei den ganzen Tag – auch bei Tageslicht und ohne, dass die Räume abgedunkelt werden müssen – gearbeitet werden.“ Blindgänger können abtauchen und verschwinden Das Stadtgebiet von Hamburg umfasst eine Fläche von 755 km2. Jeder entdeckte Einschlagspunkt wird genau eingemessen und die Abdrift des Bombenblindgängers berücksichtigt. Zunächst ging man von einer maximalen Differenz zwischen Eintritt in die  Erdoberfläche bis zum endgültigen Lagepunkt von 4 bis zu 5 m aus. „Heute weiß man jedoch, dass es bis zu 9 m sein können. Im vergangenen Jahr wurden drei Blindgänger an Stellen gefunden, bei denen man in den 1990er Jahren im Umkreis von 5 m um den Einschlagspunkt nach ihnen gesucht und nichts gefunden hatte“, gibt Thomas Otto zu bedenken. Seit Kriegsanfang sind rund 11.000 Blindgängermeldungen bekannt, von denen ein Teil bereits während des Krieges beseitigt wurde. Die Verwendung der Kriegsmeldungen sind besondere Herausforderungen, da vor dem Aufbau der GEKV keine umfassende Dokumentation der Beseitigung durchgeführt wurde. Thomas Otto hat bereits 1990 begonnen, eine systematische Auswertung und Datenbanken aus Luftbildern von Primär- und Sekundärquellen bei der Feuerwehr Hamburg aufzubauen. Die notwendigen profunden Kenntnisse hat er sich selbst angeeignet und später ein Mitarbeiterschulungsprogramm ins Leben gerufen, denn: Eine Berufsausbildung für die Gefahrmittelerkennung mittels Kriegsluftbilder gibt es schlichtweg nicht.   

3D PluraView als Benchmark für die 3D-Stereoskopie
Seit 2004 werden bei der Feuerwehr Hamburg die Kriegsluftbilder ausschließlich digital analysiert. Ab diesem Zeitpunkt stand eine Software zur Verfügung, um beispielsweise Bildmarken einzufügen und mit Näherungswerten für Brennweiten und Flughöhen arbeiten zu können. Bereits damals wurden von Schneider Digital NewVision-Systeme mit Röhrenmonitoren bezogen. Zuvor wurde ein System mit Shutter- Brillen eingesetzt, „was sehr anstrengend für die Augen war. Die Monitore spiegelten so sehr, dass man zwar sich selbst hervorragend, die Luftbilder aber nur mäßig erkennen konnte“, erinnert sich Thomas Otto mit einem Schmunzeln. Die große Stunde der ersten passiven 3D-Stereo PLANAR-Monitorsysteme mit Beamsplitter-Technologie kam im Jahr 2009. Sie haben die systemtechnische Unterstützung bei der Fernerkundung auf eine neue Stufe gehoben. Diese 20 Stereo- Luftbildauswertungsarbeitsplätze  werden nun Schritt für Schritt mit 3D-PluraView-Technologie ausgerüstet, die die PLANARDisplays ablösen. Wie hat sich im Zuge der Digitalisierung die Arbeitsweise geändert? Thomas Otto macht zunächst deutlich: „Durch die Menge an zu bewältigenden Anträgen war klar, dass wir neue Mitarbeiter einstellen mussten. Waren es vor der Digitalisierung im Jahr 2004 noch gut 200 Anträge, so sind es heute – auch der novellierten Kampfmittelverordnung geschuldet – rund 11.000 im Jahr.“ Aber warum so viele Anträge auf Untersuchung von Gefahrenerkundung beziehungsweise Kampfmittelverdacht? Immerhin ist der Krieg seit mehr als 70 Jahren Geschichte. In Hamburg muss vor jeder baulichen Maßnahme eine Abfrage durchgeführt werden. Hierzu muss bei der GEKV ein Antrag auf Gefahrenerkundung/Luftbildauswertung vom Grundstücksbesitzer bzw. dem Veranlasser des Eingriffs in den Baugrund eingereicht werden. Dank u. a. 3D PluraView Monitore bekommt der Antragsteller einen Kartenausschnitt über die geplante Bebauungsfläche mit möglichst präzisen Informationen über das Gefährdungspotenzial, um so günstig wie möglich sondieren zu können. Ein Privatdienstleister macht sich mit diesen Detailinformationen der GEKV vor Ort auf  die Suche, falls Verdacht auf Blindgänger besteht. Um die Auftragsflut zu bewältigen und Bearbeitungsprozesse zu beschleunigen, wurde mit Hochdruck  daran gearbeitet, alle Register der Prozessautomatisierung zu ziehen, wie Thomas Otto versichert. Zum Beispiel wurden alle Flächen von Hamburg digital über ein GIS-System erfasst und die Datenbanken weiter professionalisiert. Jedes Luftbild, das der Auswertung zur Verfügung stehen soll, wurde hochauflösend eingescannt, wobei von oberster Wichtigkeit ist, dass nur Rohdaten verwendet werden. Denn eine nachträgliche   Bildbearbeitung oder „Optimierung mittels Software“– wie in der Vergangenheit irrtümlich durch einen fleißigen Dienstleister geschehen – kann den Informationsgehalt verfälschen.

Menschliche Intelligenz übertrifft Künstliche (KI)
Gemeinsam mit dem Softwareanbieter Esri aus der Schweiz wurde eine Software auf Basis deren ImageServer-Technologie entwickelt, um ein möglichst schnelles Retrieval der Bilder zu erreichen. Ein großer Vorteil dieser Anstrengungen sei, so Matthias Otto weiter, dass nun mehrere Mitarbeiter parallel am selben Bild arbeiten können, was zuvor an physischen Aufnahmen nicht möglich war. „Das war ein großer Schritt, unsere Abläufe zu beschleunigen.“ Künstliche Intelligenz mit ihren Möglichkeiten der Mustererkennung macht derzeit nicht nur in Expertenkreisen die Runde. Da scheint doch die  Luftbildauswertung ein lohnendes Anwendungsfeld zu sein. Thomas Otto winkt ab: „Wir haben das sehr intensiv getestet und untersucht. Uns bringt die   Mustererkennung auf Pixelbasis nicht weiter, denn die Trefferquote der maschinellen Bildanalyse ist viel zu gering. Bedenken Sie: Es würden nur ein Anteil der  Bomben, die in einem Kriegsluftbild tatsächlich dokumentiert sind, nachgewiesen! Das ist viel zu unsicher! Als Anhänger der konsequenten Digitalisierung und Automatisierung müssen selbst wir uns hier geschlagen geben. Wir vertrauen Digitalisierung und Automatisierung nur dort, wo es Sinn macht,  beziehungsweise, wo es zum Wohle des besten und sichersten Ergebnisses ist. Bei uns heißt das: Professionelle GIS-Software plus 3DPluraView- Monitore plus Spezialisten für die professionelle Analyse und sicherste Interpretation.“

Weitere Informationen: www.schneider-digital.com

17.08.2018