Webbasierte 3D-Visualisierung am Beispiel der fernerkundungsbasierten Hochwasserkartierung

Kurzfassung

Naturkatastrophen nehmen weltweit zu, fordern viele Todesopfer und richten großflächig Schäden an. In dieser Arbeit wird untersucht, inwieweit webbasierte 3D Visualisierung Einsatzkräfte im Katastrophenschutz unterstützen kann. Wichtige dafür benötigte Daten werden aus Fernerkundungsaufnahmen abgeleitet. Die 3D Darstellung bietet eine höhere Informationsvermittlung als herkömmliche 2D Karten und hat ein großes Potential für den Katastrophenschutz. Es wird ein Überblick über aktuelle Formate, Standards und Web-Viewer für die 3D Visualisierung gegeben. Als leistungsfähig haben sich die Formate 3D Tiles und I3S sowie die Viewer CesiumJS als Open-Source und Esri ArcGIS Online Scene Viewer als kommerzielle Closed-Source Lösung erwiesen. Ein oft vernachlässigter Aspekt ist die Konvertierung von 3D Daten. Hierfür hat sich FME von Safe Software als zuverlässiges kommerzielles Programm herausgestellt. Gleichwertige Open-Source Programme für die Datenkonvertierung sind kaum vorhanden. Hilfreiche Bedienelemente für die Benutzung einer WebGIS Anwendung im Hochwasserkontext sind eine zusätzliche 2D Ansicht und prominente Orientierungshilfen. Wie zu erwarten, sind Ansprüche im Katastrophenschutz an nahezu alle Aspekte einer Anwendung sehr hoch, potentielle Applikationen müssen robust, effizient, schnell und sicher sein. Im Bereich der Hochwasservisualisierung ergeben sich verschiedene Methoden, um Flutflächen darzustellen. Dabei ist die Genauigkeit der Ausgangsdaten entscheidend für die Qualität der finalen Visualisierung. Als besonders effektiv hat sich die Darstellung eines Rasterbildes mit Überflutungstiefen in 2D und 3D erwiesen. Gerade bei ungenauen Eingangsdaten kann hierdurch eine optimale Informationsmenge dargestellt werden, ohne falsches Vertrauen in die angezeigten Werte zu wecken. Durch eine Kombination mit einem digitalen Geländemodell kann die Visualisierung aufgewertet werden. Der realistischste Eindruck einer Hochwassersituation lässt sich durch die Visualisierung des überfluteten Gebietes als dreidimensionaler Wasserkörper erreichen. Die Generierung dieses Körpers ist jedoch aufwändig und anfällig für fehlerhafte Werte. Durch die Darstellung von Wasserkörpern zusammen mit digitalen Stadtmodellen in einer 3D Szene kann ein für Einsatzkräfte hilfreicher Lageüberblick ermöglicht werden. Die Gebäudeobjekte können mit relevanten Attributen wie Fluthöhe, Gebäudetyp und Nutzung ergänzt werden. Auf Basis dieser Werte kann eine aussagekräftige Einfärbung der Szenerie vorgenommen werden, die schnell erkennen lässt, welche Gebiete betroffen sind. Zur Demonstration der untersuchten Thematik wurde eine CesiumJS Anwendung erstellt und anhand der Daten der Hochwasser 2013 in Deggendorf und 2021 in Bad Neuenahr-Ahrweiler getestet. Hierzu wurden viele verfügbare Geodaten zu den Ereignissen bereitgestellt und der 3D Szene hinzugefügt. Die Kernkomponenten des Systems sind ein Geländemodell, ein mit Informationen angereichertes Stadtmodell und die Flutmasken der Ereignisse in 2D und 3D. Durch die 3D Visualisierung konnte ein guter Überblick über die damaligen Hochwassersituationen gewonnen werden. Abschließend wurde die erstellte CesiumJS Anwendung mit dem ArcGIS Online Scene Viewer verglichen.