Fallstudie
Luftgestützte Nachtvermessung für eine nachhaltige Zukunft
Cristina Mauri
Product Marketing Manager
Weniger Lichtverschmutzung
In einer Zeit wachsenden Umweltbewusstseins und urbaner Innovationen investieren Städte europaweit in intelligentere Infrastrukturen und den entsprechenden Datensupport. In Frankreich wurde dieser Wandel durch nationale Gesetze wie das ‚Dekret vom 27. Dezember 2018 zur Vermeidung, Verminderung und Begrenzung von Lichtverschmutzung‘ vorangetrieben, eines der ambitioniertesten Regelwerke weltweit zur Minimierung der Lichtverschmutzung. Das Dekret begrenzt die Zeiten künstlicher Beleuchtung im Außenbereich, schränkt nach oben gerichtete Lichtemissionen ein und regelt streng die Farbtemperatur. Diese Maßnahmen sollen den Energieverbrauch senken und nachtaktive Ökosysteme schützen.
Flüge bei Nacht
Zu den Unternehmen, die bei dieser Transformation eine Vorreiterrolle einnehmen, zählt APEI. Mit vierzigjähriger Expertise in der luftgestützten Datenerfassung und als langjähriger Kooperationspartner von Leica Geosystems gehört das französische Unternehmen mittlerweile zu Hexagon. In den vergangenen Jahren wurde es für immer speziellere und technisch sehr anspruchsvolle Missionen beauftragt, darunter Nachtflüge zur Überwachung der Lichteffizienz.
Nächtliche Orthobilder geben detailliert Aufschluss über den städtischen Energieverbrauch nach Einbruch der Dunkelheit. Sie zeigen nicht nur die genaue Position der Lichtquellen, sondern auch deren Verteilung, wo sie unter Umständen zu intensiv oder ungleichmäßig sind oder auf Orte fallen, die unbeleuchtet bleiben sollten, wie beispielsweise Parks oder Naturschutzgebiete.
Diese Daten ermöglichen Stadtplanern und Umweltbehörden, Energieverschwendung und Bereiche mit optimierbarer Beleuchtung zu identifizieren sowie die Auswirkungen der Lichtverschmutzung auf Mensch und Tier zu messen. Die aus diesen Flügen gewonnenen Erkenntnisse dienen auch der intelligenten Modernisierung, etwa durch die Umstellung auf LED-Technologie oder die Anpassung von Beleuchtungsplänen, um die Umweltbelastung zu verringern.
Nächtliche Orthobilder liefern wertvolle Erkenntnisse zum Energieverbrauch von Städten und zu den weitreichenden Auswirkungen von Lichtverschmutzung auf die Umwelt.
Herausforderungen bei der Nachtvermessung
Der nächtliche Flugbetrieb birgt besondere operative und technische Herausforderungen. „Städte benötigen Bilder vor und nach dem Ein- und Ausschalten der öffentlichen Beleuchtung“, so Bruno Callabat, CEO von APEI. „Das bedeutet, dass wir mindestens zwei Flüge pro Nacht durchführen müssen.“ Dies führt zu doppeltem Arbeitsaufwand und erhöht die Komplexität, nicht nur wegen der zeitlichen Abstimmung, sondern auch hinsichtlich der Konsistenz der Datensätze. Dazu kommen noch die strengen luftfahrtrechtlichen Bestimmungen, wie beispielsweise die Einhaltung eines bestimmten Seitenabstands.
Um bei Nachtflügen scharfe Bilder zu erhalten, müssen weitere Herausforderungen bewältigt werden. Zunächst die lange Belichtungszeit: Aufgrund eingeschränkter nächtlicher Licht- verhältnisse brauchen die Kameras mehr Zeit für die Bildauf- nahme. Dies führt direkt zum zweiten Problem: Bewegungs- unschärfe. Selbst die geringste Bewegung während einer langen Belichtungszeit kann die Bildschärfe beeinträchtigen, insbesondere bei Fluggeschwindigkeiten von über hundert Metern pro Sekunde bei der Vermessung. Die dritte Herausforderung ist die Stabilität des Fluggerätes, welche durch eingeschränkte Sichtverhältnisse und atmosphärische Turbulenzen bei Nacht erschwert wird. In der Summe können diese Faktoren die Qualität und Genauigkeit nächtlicher Luftbilder erheblich beeinträchtigen.
Luftgestützte Technologie, die den Unterschied macht
Um den Herausforderungen von Nachtflügen gerecht zu werden, setzt APEI auf den Luftbildsensor Leica DMC-4 mit Leica MFC150-Technologie und die gyrostabilisierte Sensor-Halterung Leica PAV200. Diese Kombination bietet die für Nachtmissionen erforderliche Präzision und Anpassungsfähigkeit.
Der Luftbildsensor Leica DMC-4 bietet eine Schwadbreite von mehr als 31.500 Pixeln und eine hervorragende Bildqualität bei allen Lichtverhältnissen.
„Dank der außergewöhnlichen Qualität und Vielseitigkeit des Leica DMC-4 mit MFC150-Technologie ist dieses Sensorsystem für Nachtaufnahmen prädestiniert“, so Quentin Imperiale, Task Specialist bei APEI.
Ein entscheidender Faktor für die präzise Datenerfassung bei Nacht ist die Bewegungskompensation FMC (Forward Motion Compensation). Die FMC-Technologie, die bei allen mit MFC-Kameras ausgestatteten luftgestützten Systemen von Leica Geosystems zum Einsatz kommt, verschiebt den Sensor physisch synchron mit der Vorwärtsbewegung des Flugzeugs. Dadurch wird der Sensor während der gesamten Belichtungszeit auf denselben Punkt am Boden ausgerichtet, um Unschärfe durch die Flugzeugbewegung zu reduzieren bzw. zu vermeiden.
„Die MFC150-Kamera mit FMC-Technologie gleicht Flugbewegungen entlang der Fluglinie aktiv aus“, erklärt Quentin. „Diese moderne Technologie friert im Grunde die Szene während der Belichtung ein und beseitigt Bewegungsunschärfe von bis zu 25 Pixeln.“ Das kommt insbesondere bei Langzeitbelichtungen zum Tragen, bei denen schon kleine Verschiebungen ein Bild ruinieren können. Die FMC-Technologie wird durch die gyrostabilisierte Halterung Leica PAV200 ergänzt. Diese gleicht alle Bewegungen in Roll-, Gier- und Driftrichtung aus und sorgt so für einen stabilen Flug und eine extrem genaue Datenerfassung. In Kombination liefert dieses System eine konsistente und zuverlässige nächtliche Bildgebung auch unter schwierigsten Bedingungen.
Das Bild auf der linken Seite, das ohne FMC aufgenommen wurde, ist weniger scharf als das Bild auf der rechten Seite, das mit FMC aufgenommen wurde.
Unterstützung nachhaltiger Städte
Die technische Leistung ist zwar beeindruckend, doch haben diese Missionen auch eine klare Zielsetzung. Die städtische Beleuchtung macht einen erheblichen Teil des kommunalen Energieverbrauchs aus, und die Städte stehen unter Druck, den Energieverbrauch nachhaltig zu senken.
„Das Monitoring der Lichtverschmutzung und des Energie- verbrauchs ist ein wichtiger Aspekt, wenn es um die Schaffung ressourcenschonender urbaner Landschaften geht“, so Callabat. „Unsere nächtlichen Erhebungen liefern eine umfassende Datengrundlage für einen Wandel hin zu mehr Energieeffizienz und Nachhaltigkeit.“ Das ist eine Aufgabe, die APEI sehr ernst nimmt. „Wir sind stolz darauf, einen Beitrag zum besseren Ressourceneinsatz von Städten, insbesondere im Hinblick auf künftige Generationen, zu leisten“, fügt er hinzu.
Mit der präzisen Erfassung nächtlicher Stadtbilder stellt APEI das Zusammenspiel von Innovation, Fachwissen und Zielorientierung unter Beweis. Mit Leica Geosystems als starkem Partner unterstützt das Unternehmen städtische Kommunen dabei, datengestützte Strategien für intelligentere und nachhaltigere Städte zu entwickeln.
Orthobildaufnahme von Leica DMC-4 in Moulins, Frankreich.
Frankreichs Kampf gegen Lichtverschmutzung
Datenerfassung von APEI um 22:00 Uhr (unten) und 1:00 Uhr (oben) in Lyon, Frankreich. Durch den Vergleich dieser Orthobilder mit der von der Stadt Lyon bereitgestellten Karte der öffentlichen Beleuchtung klassifizierte APEI die Lichtintensität privater und öffentlicher Gebäude.
Nach Angaben von OPECST (Parlamentarisches Büro für wissenschaftliche und technologische Bewertung) sind mittlerweile 85 % der Fläche Frankreichs von künstlichem Licht betroffen, und die Helligkeit des Nachthimmels hat sich in den letzten zehn Jahren verdoppelt. Seit 1990 ist die Anzahl öffentlicher Lichtquellen von 7,2 Millionen auf 11 Millionen gestiegen – ein Anstieg von 53 %. Ressourcenverschwendung, Treibhausgasemissionen, Eingriffe in die Biodiversität und den menschlichen Biorhythmus sind die Folge. Die öffentliche Beleuchtung macht bis zu 37 % der Stromkosten einer Stadt aus, und Lichtverschmutzung gilt weithin als wachsende Bedrohung für ökologische Nachhaltigkeit und öffentliche Gesundheit.
Seit 1990 ist die Anzahl öffentlicher Lichtquellen gestiegen - von 7,2 Millionen auf
Millionen.
Verwertbare Erkenntnisse dank luftgestützter Daten
Luftbilddaten zeigen nicht nur auf, wo Probleme bestehen, sondern unterstützen Städte auch dabei, entsprechende Maßnahmen zu ergreifen. Dank detaillierter Informationen, wie und wo künstliches Licht eingesetzt wird, unterstützen nächtliche Aufnahmen die praktische Umsetzung strenger Umweltauflagen. Dazu zählen die Identifizierung nicht konformer Beleuchtungssysteme, das Tracking von Fortschritten bei der Emissionsreduzierung und die Bewertung der Umsetzung von Maßnahmen wie Dimmplänen oder der Umstellung auf wärmere, umweltfreundliche LEDs. Entsprechend nationaler Empfehlungen, von einer flächendeckenden Beleuchtung zu einer kontextsensitiven, bedarfsgerechten Beleuchtung überzugehen, spielen Luftbilder eine wichtige Rolle bei der Entwicklung intelligenterer Strategien..
Was ist Forward Motion Compensation?
Forward Motion Compensation (FMC) ist eine exklusive Technologie von Leica Geosystems für luftgestützte Systeme mit MFC-Kameramodul. Sie reduziert Bewegungsunschärfe, die durch die Vorwärtsbewegung des Flugzeugs während der Aufnahme entsteht.
Während der Belichtung wird der Sensor synchron zur Fluggeschwindigkeit entgegengesetzt bewegt, sodass das Bodenbild stabil auf dem Sensor bleibt. Dadurch entstehen auch bei längeren Belichtungszeiten, unterschiedlichen Lichtverhältnissen und variierenden Fluggeschwindigkeiten konstant scharfe, hochwertige Bilder.
