Automatische Karten von Bodendenkmalen

Projekt: Automatische Karten für den Denkmalatlas Niedersachsen

Forschende: Frank Thiemann, Malte Schulze und Dr. Utz Böhner (NLD)

Projektidee: Automatische Ableitung von Karten aus Airborne-Laserscanning Punktwolken.

Das Niedersächsische Landesamt für Denkmalpflege (NLD) erstellt derzeit mit dem Projekt Denkmalatlas Niedersachsen ein Portal, um Informationen über Denkmale öffentlich bereitzustellen. Die Denkmale werden auf einer Übersichtskarte dargestellt und jeweils detailliert beschrieben. Neben Fotos sollen auch Karten der Denkmale veröffentlicht werden. Allerdings liegen nur für einen kleinen Teil der Objekte Karten vor. In unserem Projekt wollen wir daher automatisiert Karten für alle bekannten Bodendenkmale aus Laserscanning-Daten erzeugen.

Beim Airborne Laserscanning (ALS) fliegt ein Helikopter oder ein Flugzeug über ein Gebiet und ein Laserscanner tastet dabei die Erdoberfläche von oben ab. Die einzelnen Messpunkte ergeben zusammen die sogenannte Punktwolke, ein Abbild der Erdoberfläche und der darauf befindlichen Objekte. Mit ALS ist man in der Lage durch die Vegetationsschicht hindurch zu messen, sodass selbst in bewaldeten Bereichen auf dem Boden eine ausreichend hohe Punktdichte erreicht wird und auch Strukturen von wenigen Metern Ausdehnung erfasst werden.

Bevor die Bodenstrukturen jedoch ausgewertet werden können, muss die entstandene Punktwolke in "Boden" und "Nicht Boden" klassifiziert werden. Aus den Bodenpunkten berechnen wir ein Höhenmodell der Erdoberfläche, ein sogenanntes digitales Geländemodell. Damit man auch feine Geländeformen im Höhenmodell klar erkennen kann, werden verschiedene Ansichten berechnet. Wer schon einmal eine Wanderkarte oder einen Atlas benutzt hat, kennt Höhenlinien und Schummerung - das ist eine Schattierung der Oberfläche, so als würde Licht darauf fallen. Damit lassen sich jedoch noch nicht alle Formen sichtbar machen. Denn bei der einfachen Schummerung lassen sich die Geländeformen, die längs zur Lichtrichtung oder in sehr hellen oder dunklen Bereichen liegen, teilweise nicht erkennen. Die Lösung: Simuliert man eine Beleuchtung mit mehreren Lichtquellen aus verschiedenen Richtungen und mit verschiedenen Farben - wir verwenden eine rote, eine grüne und eine blaue mit jeweils 60° Unterschied in der Einstrahlrichtung - lässt sich dieses Problem abmildern.

Ein zweiter Ansatz, um mehr Formen sichtbar zu machen, sind dichtere Höhenlinien: Mit einem Höhenabstand von nur 0,1 m sind die Höhenlinien so dicht gezeichnet, dass sie selbst kleinste Hügel im Gelände sichtbar machen. Dies hilft Archäologen, insbesondere kleine Kuppen wie z. B. Grabhügel zu finden und genau abzugrenzen.

Das digitale Geländemodell und verschiedene Visualisierungen werden von uns landesweit automatisiert aus den ALS-Punktwolken berechnet. An der Sichtung der Daten arbeiten neben den Fachleuten vom NLD auch freiwillige Helferinnen und Helfer, die die Daten nach bisher unentdeckten Bodendenkmalen durchsuchen. So konnten in den letzten Jahren etliche neue Objekte gefunden werden. Zudem forschen wir an Verfahren des maschinellen Lernens, um automatisch künstliche Geländestrukturen zu detektieren. (siehe GeoWerkstatt April 2020)

Neben der Suche nach noch unbekannten Objekten dienen die Daten auch zur Dokumentation der bisher über 32.000 bekannten Bodendenkmale in Niedersachsen. Zu Bodendenkmalen gehören neben Grabhügeln und Wurten (Wohnhügel im norddeutschen Flachland) unter anderem auch historische Wegeverläufe (Hohlwege), alte Ackerspuren (z.B. Wölbäcker) sowie Wallanlagen wie Landwehre und Burgen. Für jedes Objekt generieren wir automatisch ein Set an Karten, aus dem die Archäologen des Landesamtes die jeweils geeigneten Darstellungen auswählen, um sie in die archäologische Fachdatenbank (ADAB) bzw. den Denkmalatlas aufzunehmen. Damit wird auch der Zustand der Bodendenkmale zum Zeitpunkt der Aufnahme per Airborne Laserscanning festgehalten. Wird der Ort später noch einmal aufgenommen, können Änderungen bestimmt und so eventuell. Gefährdungen des Denkmals festgestellt werden.