Ein sensorgestütztes mobiles GIS am Beispiel des Nationalparks „Bayerischer Wald“
Mobilität und ortsbezogene Information gewinnen als Faktoren für effizientere Arbeitsabläufe oder als neue Dienstleistungsprodukte in Form der ortsbezogenen Dienste immer mehr an Bedeutung. Die allgemeine Dynamik in der Kommunikations- und Informationstechnologie sowie die gestiegenen Anforderungen an Geodaten hinsichtlich Qualität und Quantität haben auch positive Auswirkungen auf die Entwicklung mobiler raumbezogener Erfassungs- und Informationssysteme, die in verschiedenen Varianten und zahlreichen Begriffsdefinitionen existieren. Je nach Anwendung werden hierzu verschiedene Positionssensoren, Messverfahren und Visualisierungstools miteinander kombiniert
Man unterscheidet dabei zwischen luft- und landgestützten Systemen, wobei letztere in der Regel als PKW- oder personenbezogenes System realisiert sind. Scheiterte in den vergangenen Jahren oft eine Realisierung effizienter (personenbezogener) Systeme an nicht geeigneten Hard- oder Softwarekomponenten, so stehen inzwischen einige feldtaugliche mobile Recheneinheiten sowie geeignete Kommunikationsmittel, Softwarepakete und Positionssensoren zur Verfügung. Vor allem der Kenntnis über eine ausreichend genaue und zuverlässige Position fällt in diesem Zusammenhang eine tragende Rolle zu, denn letztendlich ist sie die Grundvoraussetzung für die Nutzung der Vorteile einer „vor Ort Verarbeitung“ raumbezogener Informationen. An dem Beispiel eines Sensorgestützten mobilen GIS (SmobGIS) im Nationalpark Bayerischer Wald, das im Rahmen eines von der High-Tech-Offensive Bayern geförderten Forschungsprojektes realisiert wurde, wird die bis dahin konzeptionell aufgearbeitete Thematik anwendungsnah dargestellt sowie diverse praxisrelevante Fragestellungen im Zusammenhang mit dem alleinigen oder kombinierten Einsatz von GPS und handgetragenen 3D-Polarsensoren in forstlicher Umgebung erläutert.
Obwohl der Forst auf Grund der Signalunterbrechungen bzw. –störungen durch die Vegetation eine „GNSS-feindliche“ Umgebung darstellt, bietet der Einsatz moderner Satellitenpositionierungstechnologie eine ganze Reihe von Anwendungsmöglichkeiten für eine absolute, dreidimensionale Punktbestimmung. Dabei beeinflussen sich die Positionsqualität und Wirtschaftlichkeit gegenseitig und dürfen für eine praxisrelevante Bewertung nicht getrennt voneinander betrachtet werden. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt aber weniger auf finanziellen Kriterien, sondern vielmehr auf Aspekten der Praktikabilität und der erreichbaren Positionsqualität. Ziel ist es, einen Überblick über die relevanten Einflussfaktoren zu geben, sowie jene Größen und Verfahren näher zu betrachten, die im Zusammenhang von sensorgestützten mobilen GIS im Forst von Bedeutung sind. Hierbei steht neben dem Messkonzept und den erreichbaren Positionsgenauigkeiten beim erstmaligen Einsatz von GPS im Rahmen einer Waldinventur in Bayern vor allem der flexible, also herstellerunabhängige Einsatz von GPS-Sensoren auf Basis von Standarddatensätzen des NMEA-Protokolles im Fokus. Da bei der Bewertung von GPS-Positionslösungen auf Grund unterschiedlicher qualitätsrelevanter Informationen zwischen Ergebnissen aus dem Beobachtungs- oder Positionsraum differenziert werden muss und die bisher bei NMEA-Positionsraumdaten verwendeten Qualitätsparameter nur eine unzureichende Bewertung erlaubten, wurden im Rahmen dieser Arbeit neue, filterbasierte Auswertestrategien im Positionsraum anhand von diversen Beispielen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass Verbesserungen durch visuelle Hilfen, wie z. B. spezielle Grafiken, möglich sind und Grenzen durch den Inhalt und die Qualität der vorliegenden NMEA-Daten gesetzt werden.
Das Ziel der zweiten SmobGIS-Positionierungskomponente ist die terrestrische, relative und dreidimensionale Punktbestimmung mit dem handgetragenem 3D-Polarsensor LaserAce300. Nach einer Beschreibung der relevanten Sensorkomponenten und Beobachtungsgrößen werden verschiedene genauigkeitsund zuverlässigkeitsrelevante Aspekte bei der Positionierung mit handgetragenen 3D-Polarsensoren diskutiert sowie die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte, innovative Zentrierhilfe OptoLot vorgestellt. Die Ergebnisse der Testmessungen von wenigen dm bis mehreren Metern zeigen, dass in Gebieten mit keinen bzw. wenigen koordinativ bekannten Referenzpunkten zur Minimierung der Störeinflüsse eine zuverlässige und ausreichend genaue 3D-Positionierung mit Hilfe der konventionellen Messverfahren Terrestrische Einzelpunktbestimmung und 3D-Polarzug nur schwer erreichbar ist. Daher wurde speziell für den Einsatz in forstlichen und alpinen Bereichen das DGMMatch-Verfahren entwickelt, das ein hochgenaues und hochauflösendes DGM als Referenzdatenbestand für die 3D-Positionierung des Standpunktes ohne die Verwendung von im Gelände vermarkten Festpunkten nutzt. Testmessungen zeigen ein Genauigkeitspotential von ≤ 1m, allerdings fehlt noch ein ausreichend signifikantes Kriterium für die zuverlässige Bewertung der mit diesem Verfahren generierten Positionsergebnisse.