Lidar-Technik Archäologie im Gebüsch

Geoforscher und Archäologen arbeiten immer häufiger mit dreidimensionalen Geländemodellen auf Basis der sogenannten Lidar-Technik. Die Laservermessung birgt auch Potenzial für Hobbyanwender.

Hike&Seek

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Wenn in den kommenden Wochen Flugzeuge oder Hubschrauber in nicht allzu großer Höhe über deutsche Wälder und Felder fliegen, sind sie vielleicht im Dienste der Wissenschaft unterwegs. Im Herbst, wenn die Blätter von den Bäumen gefallen sind und erste Regenfälle das Laub auf dem Boden verdichtet haben, ist die Zeit ideal, um eine Technik einzusetzen, die Archäologen, Geoforscher und viele mehr gleichermaßen verzückt.

Beim sogenannten Airborne Laser Scanning wird die Lidar-Technologie (Light Detection and Ranging) eingesetzt. Dabei tastet ein Fächer von Laserstrahlen, der von einem Flugzeug oder anderen Fluggeräten gesendet wird, die Erdoberfläche ab. Die Reflexionen fallen unterschiedlich aus - je nach Profil.

Der Pilot überfliegt in sich überlappenden Streifen die zu vermessenden Gebiete systematisch, dabei kann er sich von einem Flugleitsystem steuern lassen. Es entstehen sogenannte Punktwolken mit Millionen Messdaten. Am Computer lassen sie sich dann in dreidimensionale Oberflächenprofile umwandeln. Und das ungeheuer präzise, etwa 20 Messwerte werden beim Standardverfahren pro Quadratmeter erreicht. Feinere Messungen erfassen sogar mehrere Hundert.

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Versteckte Archäologie: Überraschung im Gebüsch

Aber Lidar-Daten ermöglichen noch mehr: Per Software kann die Vegetation herausgerechnet werden. Der Computer erkennt unterschiedliche Reflexionsmuster in den Daten. Ein Baum etwa reflektiert einige Strahlen an der Krone, einige an den Blättern etwas tiefer und andere dringen bis zum Boden durch. Genau solche Abfolgen erfasst das System und entfernt sie. Das ermöglicht gerade in bewaldeten Gebieten Ansichten, die es bis vor wenigen Jahren noch nicht gab.

Die Anwendungsmöglichkeiten der Lidar-Technik sind ungeheuer vielfältig: So lassen sich im Hochwasserschutz Strömungssimulationen der Landschaft erstellen und Gefahrenzonen erkennen. Auch bei Standortanalysen für Wind- und Solaranlagen nutzt man Lidar-Daten. Zudem arbeiten auch Netzplaner im Mobilfunkbereich mit der Technik.

In der Geo- und Umweltforschung kam es seit der Verwendung der Technik ab den Siebzigerjahren und der stetigen Verbesserung seitdem regelrecht zu einer Flut von Veröffentlichungen. Digitale Geländemodelle werden zur Vegetationsanalyse oder bei der Kartierung von Gletschern und Eismassen genauso eingesetzt wie zur Küstenüberwachung und in vielen anderen Bereichen. Auch der erst kürzlich gestarteten Supersatelliten "Aeolus" arbeitet mit Lidar-Technik. Dort erfasst das Messsystem Winde in der Atmosphäre.

Auch in der Archäologie haben Lidar-Karten für eine kleine Revolution gesorgt. Gerade in abgelegenen Gebieten mit dichter tropischer Vegetation kann das Modell wichtige Daten liefern - am Amazonas genauso wie in der berühmten Ruinenstadt Angkor Wat in Kambodscha. Erst im vergangenen Jahr bestätigten Lidar-Daten das Ausmaß der Besiedlung der Maya in Guatemala, als mehr als 2000 Quadratkilometer Urwald Tausende von Siedlungsspuren zeigten.

Inzwischen haben sich einige Firmen auf die Erstellung von 3D-Karten spezialisiert. Auch Deutschland ist nahezu auf seiner gesamten Fläche erfasst. Doch während die Daten in Großbritannien, den Niederlanden, Dänemark oder anderen europäischen Ländern frei verfügbar sind, nehmen die meisten deutschen Bundesländer Geld für die Herausgabe ihrer Daten - derzeit sind es etwa 80 Euro pro Quadratkilometer.

Ausnahmen bilden Nordrhein-Westfalen (hier geht's zum Download), Thüringen, Berlin und Hamburg - dort gibt es die Daten gratis. Geeignete Software für 3D-Geländemodelle existieren einige, speist man die Dateien hier ein, ergeben sich plötzlich außergewöhnliche Ansichten.

Das macht Lidar-Karten auch für Freizeit-Anwendungen interessant. In Nordrhein-Westfalen ist kürzlich eine App erschienen, die sich an Wanderer richtet. Bei "Hike & Seek" können Routen heruntergeladen werden, denen man dann mit dem Smartphone im Anschlag folgen kann. So lassen sich Dinge entdecken, die einem bei einer normalen Karte verborgen sind, weil sie möglicherweise von Büschen und Bäumen verdeckt geblieben wären: von bronzezeitlichen Hügelgräbern bis zu mittelalterlichen Hohlwegen oder alten Meilerplätzen.

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Kartograf Waldseemüller: Die faszinierende Welt der Karten

"Das Angebot soll ein Augenöffner sein", sagt Entwickler Rouven Meidlinger. Wer seit 20 Jahren dieselbe Strecke mit seinem Hund gehe, der habe durch die Profile die Möglichkeit, seine Umgebung einmal anders wahr zu nehmen.

Mit der App lassen sich historische und archäologische Schätze erkennen. Der Petersberg bei Bonn zeigt dank der App sehr genau, wo der 2000 Jahre alte keltische Ringwall verläuft, der einst auf dem Berg gefunden wurde. Auf Geländekarten oder bei Google Maps ist er dagegen selbst in der 3D-Ansicht kaum zu erkennen. Viele App-Tester hätten durch die Karten häufig überrascht reagiert, als sie erkannten, woran sie normalerweise so vorbeilaufen.

An der Entwicklung einer ähnlichen App war Martin Schaich von der Vermessungsfirma ArcTron3D beteiligt. Per Ultraleichtflugzeug erstellt er für Archäologen häufig von kleineren Flächen Lidar-basierte Geländemodelle mit einer sehr hohen Auflösung . Aber mit den Daten ist auch schon eine Anwendung entstanden, mit der Touristen entlang des berühmten römischen Grenzwalls Limes durch den schwäbischen Wald wandern können.

"Virtuelle Limeswelten mobil" zeigt, wo es am Wegesrand Spannendes zu sehen gibt und bietet die typisch grün-gelb eingefärbten Lidar-Geländemodelle entlang des Walls. Die Anwendung ist so etwas wie eine digitale, interaktive archäologische Führung durch die Vegetation. Ähnliche Karten dürften auch für Bergsteiger, Mountainbiker, Golfspieler, Angler und andere interessant sein, die in ihrer Freizeit in der Natur unterwegs sind.

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Maya-Stätte: Vogelperspektive - aber ohne Bäume

Allerdings sieht Schaich genau wie einige andere Experten die Freigabe der Lidar-Daten auch etwas kritisch. Denn das berge für illegale Schatzsucher, die häufig mit Metallsonden unterwegs sind, Möglichkeiten, sich im Gelände besser zu orientieren und neue Fundplätze zu entdecken.

Immerhin: Der Landesarchäologie in Nordrhein-Westfalen sind kaum Fälle bekannt, in denen es zu Raubgrabungen aufgrund freigegebener Lidar-Daten gekommen ist. "Grundsätzlich stehen wir einem offenen Zugang der Daten positiv gegenüber", hieß es auf Anfrage. Man arbeite ohnehin viel mit Ehrenamtlichen zusammen und verzeichne durch sie eine Vielzahl an Fundstellenmeldungen - auch durch Lidar-Anomalien im Gelände.

Und auch Meidlinger ist sich sicher, dass seine Anwendung nur Bekanntes offenbare. "In einem dicht besiedelten Land wie Deutschland ist die Zeit der großen archäologischen Neuentdeckungen eh seit einhundert Jahren vorbei", sagt er. Nun müssen nur noch die restlichen Bundesländer nachziehen und ihre Lidar-Daten ebenfalls freigeben.



insgesamt 4 Beiträge
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Nonvaio01 10.09.2018
1. Super technik
hab vor 2 Tagen eine Doku im TV gesehen wo man eine gewisse region in Latein America gescannt hat um evtl noch ein paar mehr Maya tempel zu finden. Man hat massenhaft gefunden, vor allem wurde deutlich das das Maya Empire wesentlich groesser und ausgepraegter war als man dachte. Eine der besten technologien finde ich.
permissiveactionlink 11.09.2018
2. Das Verfahren ist genial,
keine Frage. Und für Archäologen ist es ein giant leap. Allerdings bleiben ein paar technische Fragen im Artikel offen : Berechnet das Verfahren nur Höhendifferenzen und gibt eine relative Reliefkarte aus, oder liefert es absolute Werte ? Dann allerdings müsste die Position des beobachtenden Flugzeuges und der LIDAR-Einheit an Bord sehr (!) genau bekannt sein, was mit normalem GPS so nicht funktioniert, besonders die Höhenposition ist im GPS für Normalnutzer recht ungenau. Kommt Differential-GPS o.ä. zum Einsatz ? Ich erinnere mich an eine Spaceshuttle-Mission, bei der mittels eines ausgefahrenen Mastes das Relief der Erdoberfläche mit RADAR sehr genau aus dem Orbit vermessen wurde. (SRTM - Shuttle RADAR Topography Mission, STS 99, Start am 11.02.2000, 14. Flug der Endeavor, 97. Shuttlemission, Messgenauigkeit des Höhenprofiles : +/- 6m (!)). Damals waren die Ergebnisse nur für NATO-Mitglieder zugänglich. Und geschlossene Pflanzendecken stören dabei enorm, da die verwendete Wellenlänge sehr viel höher war. Das Militär ist natürlich an hochgenauen Reliefkarten sehr interessiert : So lassen sich die Flugstrecken der Cruise Missiles optimal planen und einprogrammieren. Und auch die Artillerie benötigt fehlerfreie Reliefkarten. Die neuen LIDAR-Karten müssen vermutlich erst mit vorhandenem Kartenmaterial mathematisch bestmöglich kombiniert werden.
epicouros 11.09.2018
3. @2
Die Punkte haben die absolute Höhe üNN als Attributwert, so dass sie im GIS weiter verarbeitet werden können. Die SRTM-Daten beider Missionen sind übrigens mittlerweile kostenlos über das Portal des USGS zu beziehen, international, ebenso wie viele andere weltraumgestützte Daten. ;-) Habe kürzlich mit einem ultrahochaufgelösten Geländemodell archäologisch gearbeitet, eine Freude, wenn auf der Bahnstrecke jede einzelne Schwelle nachvollziehbar ist.
permissiveactionlink 11.09.2018
4. #3, epicouros
Das kann ich mir gut vorstellen, wie beeindruckend das sein muss, mit solch einem System zu arbeiten. Die alten Römer hätten in der Umgebung von CCAA Bauklötze gestaunt, wenn ihnen eine solche Reliefkarte zur Verfügung gestanden hätte. Da wäre der Bau eines fast 100km langen Aquäduktes nach Köln für die beauftragten Aquarii deutlich einfachen gewesen, ohne wochenlang mit einer 5,92m langen Riesenwasserwaage (sog. Chorobat) möglichst fehlerfrei messend durch die Gegend tigern zu müssen. Umso beeindruckender, dass sie es dennoch ohne Flugzeuge, GPS, LIDAR etc. geschafft haben, bei minimal 14cm Gefälle auf 1km Aquäduktlänge (!), allein durch optisches Austafeln. Da empfinde ich einen enormen Respekt für das, was die Römer damals konnten und geleistet haben, gerade und besonders im Vergleich zu den wohltuenden technischen Errungenschaften, auf die wir heute zurückgreifen können, und das diesbezüglich eher "frugale" Können der damaligen Germanen bzw. Ubier im Besonderen. Ausländer rein !
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