Automatische Extraktion von Vegetation in urbanem Gelände anhand der Auswertung des zeitlichen Verhaltens von Flugzeuglaserscannersignalen

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Flugzeuglaserscanning ist eine Standardtechnik zur Gewinnung engmaschiger Höhenmodelle großer Flächen geworden. Die 3D-Punktdaten werden in städtischem Gelände zunehmend zur Ableitung höherwertiger Objektinformationen herangezogen. Eine wichtige Anwendung ist die Rekonstruktion von Gebäuden, etwa um daraus 3D-Stadtmodelle abzuleiten. Für viele Zwecke ist allerdings eine Beschränkung der Modellierung auf den Gebäudebestand unter Vernachlässigung der Vegetation nicht zielführend, weil dadurch Simulationen, etwa hinsichtlich Lärmemissionen, des Mikroklimas oder Hochwassern, nur eingeschränkt möglich sind oder Visualisierungen, zum Beispiel für touristische Zwecke oder Computerspiele, zu steril wirken. Die Erfassung der urbanen Vegetation ist daher in jüngster Zeit ein Forschungsgegenstand von zunehmender Bedeutung geworden. Operationelle Laserscannersysteme messen heutzutage meist die Laufzeiten des ersten sowie des letzten Pulsechos, in manchen Fällen zusätzlich die sogenannte Signalintensität. Dies ermöglicht zwar eine weitgehende Unterscheidung zwischen Vegetation und Gebäuden, jedoch ist eine Klassifikation der Vegetation meist nur grob möglich. Aufgrund des rasanten technischen Fortschritts im Bereich der Sensorik haben in jüngster Zeit Systeme Marktreife erlangt, die durch Abtastung die zeitlichen Verläufe von Sende und Echosignalen erfassen. Durch Auswertung dieser Signalform können somit mehrere in Entfernungsrichtung separierte Objekte innerhalb eines Strahles unterschieden werden, etwa Äste von Bäumen und Sträuchern. In diesem Projekt soll untersucht werden, inwieweit aus solchen Daten eine Beschreibung einer Stadt gewonnen werden kann, die auch die Vegetation umfasst. Dabei wird Vorwissen über den Verlauf der Strassen sowie der Lage der Gebäudegrundrisse vorausgesetzt, dies gründet sich auf die Tatsache, dass solche 2D-Informationen für viele mitteleuropäische Städte vorhanden sind. Dieses Vorwissen kann somit für die Erfassung der Vegetation genutzt werden, zum Beispiel durch Berücksichtigung topologischer Zusammenhänge, wie etwa der Gruppierung von Alleebäumen entlang von Straßen oder der Begrenzung von Grundstücken durch Umfriedungen mit Hecken. Die Ergebnisse sollen über eine bloße Klassifikation hinausgehen, zum Beispiel indem einzelne Bäume in Baumgruppen erkannt und deren Typ, Position, Höhe und Kronenform bestimmt werden. Grenzbereiche zwischen Vegetation und Bauten stellen eine besondere Herausforderung dar, so können benachbarte oder gar durch Überhänge einander verdeckende Bäume und Gebäude oft nur schwer unterschieden werden. Daher soll im Übergangsbereich zwischen Gebäuden und dem Umfeld eine Feinanalyse erfolgen. Ausgehend von den gegebenen Grundrissen werden hierzu mit Standardverfahren Dachflächen durch Ebenen angenähert, die dann zu einer schrittweisen Auflösung von Widersprüchen anhand der Signalform der Laserechos im Innenrandbereich der Dächer und an den Gebäudekrägen dienen.