Bau einer neuen Skisprunganlage

Fallstudie

Autorin: Beate Wesenigk

Ob Vierschanzentournee, Weltmeisterschaften oder Weltcup – die Schattenbergschanze in Oberstdorf im Allgäu ist jedes Jahr einer der Hauptaustragungsorte der internationalen Wettbewerbe im Skispringen.

 Anlässlich der 53. Nordischen Skiweltmeister­schaften sind umfangreiche Baumaßnahmen geplant. Dazu gehört ein „Einkehr-Sprung", ein neuer Gastronomiebetrieb gegenüber der Arena. Im Rahmen des Planungsprozesses hat ing Geovision ein digitales Geländemodell (DGM) erstellt.


Skispringen am Schattenberg

Schon 1909 wurde nahe Oberstdorf in den Allgäuer Alpen die erste Skisprungschanze gebaut. Nach anfänglicher Skepsis erfreuten sich die wunderschön an einem Sonnenhang gelegene Schanze und der Skisprungsport bald großer Beliebtheit. Gleich im ersten Jahr setzte Bruno Biehler mit 22 Metern die Rekordmarke und reizte damit die Grenzen der Anlage schon fast aus. So wurden bereits Anfang der 1920er Jahre Pläne für eine neue Schanze geschmiedet. 

Am 27. Dezember 1925 wurde die neue Schattenbergschanze schließlich eingeweiht. Damit ist sie heute 93 Jahre alt. Immer wieder wurden die Schanze und das Schanzengelände umgebaut und erweitert. Um die Bedingungen für die Teilnehmer der 53. Nordischen Skiweltmeisterschaften zu verbessern, wird die Anlage saniert.


Herausforderungen: Arealgröße, Erreichbarkeit und selbstgesteckte Ziele



Der deutsche Vermessungsdienstleister ing Geovision erhielt den Auftrag, ein DGM als zuverlässige Planungsgrundlage für die Skisprunganlage zu erstellen. Dazu musste das Unternehmen verschiedene Herausforderungen meistern: 

  1. Die Fläche des zu erfassenden Geländes war mit rund 270.000 Quadratmetern sehr groß. 
  2. Das bergige, bewaldete Gebiet ist an einigen Stellen sehr schwer zugänglich und mit terrestrischen Vermessungslösungen nicht erreichbar. 
  3. Das selbstgesteckte Ziel war der Abschluss der gesamten Datenerfassung innerhalb nur eines Tags. 

38 bergige Fußballfelder an einem Tag vermessen

Perfekt vorbereitet rückte der dreiköpfige Messtrupp aus Traunreut am frühen Morgen in Oberstdorf an  – den Kofferraum vollgepackt mit verschiedensten Messsensoren.

Schritt 1:Das Festpunktfeld

Die Grundlage für die Geländevermessung bildete ein mit der Leica GS16-SmartAntenne erfasstes, aus sechs Punkten bestehendes Festpunktfeld. Durch den Einsatz der GS16-SmartAntenne wurden die Probleme für die GNSS-Vermessung in bergigen Gebieten mit Tälern und Wäldern, die den Satellitenempfang abschatten, minimiert.

Schritt 2:Einmessen der Zielpunkte, der Profile und des Flussufers

Während der Bestimmung des Festpunktfelds wurden gleichzeitig die Zielmarken für das Scanning und die Passpunkte für die Befliegung gelegt, die mit der Leica TS16-Totalstation eingemessen wurden. Auch für die zu messenden Profile im Wald kam die TS16 zum Einsatz. Insgesamt kamen auf diese Weise 900 Einzelpunkte zusammen – gemessen im fast ausschließlich bergigen Gelände.

Schritt 3:Laserscanning und Panoramafotos

Mit der Leica ScanStation P40 wurde das Areal aus 36 Standpunkten gescannt. Dabei wurden Rundumscans mit einer Auflösung von drei mal drei Millimetern auf zehn Meter aufgenommen.

Das dauerte nur 3,5 Minuten pro Standpunkt und bot den Vorteil, dass die Schwarz-Weiß-Zielmarken anschließend im Büro akquiriert werden konnten. Im Ergebnis entstand eine sehr dichte Punktwolke mit insgesamt 2.036.358.871 Einzelpunkten. Außerdem wurden bei jedem Scan auch binnen weniger Sekunden sphärische full-HDR 360°-Bilder generiert. Die Bilder können von der Leica Cyclone­Laserscanning-Software ohne Nachbearbeitung gelesen und zur Registrierung und Auswertung der Daten genutzt werden“, so Richard Steiglechner, der Leiter der Vermessungstechnik bei ing Geovision.

Schritt 4: Befliegung

Um das große Areal besser überschauen und auch die Bereiche erfassen zu können, die mit anderen Methoden gar nicht zu erreichen waren, erfolgte eine Befliegung mit einem UAV von Leica Geosystems. Im Vorfeld der automatisierten, GNSS-gestützten Befliegung wurde mit einer kompatiblen Software ein Flugplan erstellt, der das gesamte steile Gelände einschließlich Hindernissen wie den Sprungtürmen berücksichtigte. Die Software berechnete auf der Grundlage der Flughöhe, der Hindernisse und der geforderten Genauigkeit über Bing-Maps die Wegpunkte der gewünschten Flugroute. Mit einer am UAV montierten Kamera wurde eine Serie von 643 Luftbildern aufgenommen.

Tatsächlich gelang es den drei ing „Geovisionären“, die auch erfahrene Bergsteiger sind, die angepeilten 270.000 Quadratmeter Fläche auf über 4.000 Höhenmetern binnen eines Tages zu erfassen. Vor Einbruch der Dunkelheit waren die Instrumente der drei bereits wieder im Auto verstaut.


Aufbereitung der Messdaten der einzelnen Sensoren



Zunächst wurden die gemessenen Fest- und Einzelpunkte im Landeskoordinatensystem aus der GS16 und der TS16 in einer ASCII-Datei ausgegeben. Anschließend erfolgte der Import der Scandaten der P40 und der MS50 zur Registrierung in die Laserscanning-Software Leica Cyclone. Beim Import wurde von weiteren Optionen, wie der Filterung der Punktwolke zur Ausscheidung fehlerhafter Punkte, Gebrauch gemacht.

Die Kombination aus der hochentwickelten Filtertechnologie von Cyclone und der Impulsmesstechnologie der ScanStation ermöglicht die Eliminierung sogenannter Mischpixel, der uneindeutigen Punkte, die aufgenommen werden, wenn der Laserstrahl auf einer Kante und der darunterliegenden Oberfläche auftrifft“, 
erläutert Steiglechner.

Die Experten von ing Geovision konnten die sphärischen 360°-Panoramabilder automatisch an der Punktwolke und den jedem Scanpunkt zugeordneten Echtfarben ausrichten. Dazu wurden die an den verschiedenen Positionen erfassten Punktwolken mit der Option „fixiert“ in Cyclone mithilfe von Zielmarken, Punktwolkenzwängen (Punktwolken mit identischer Geometrie in den überlappenden Abschnitten zwischen zwei Scans) und Punktstandards in ein gemeinsames Koordinatensystem transformiert.

Die Zielmarken wurden direkt in Cyclone akquiriert. Identische Punktwolkenzwänge bzw. Abschnitte werden von der 3D-Auswertungssoftware automatisch erkannt. Im Zweifelsfall half uns das Anzeigeprogramm“, erzählt Stefan Nawrat, der Leiter der Ingenieurvermessung bei ing Geovision.

 


Das Ergebnis: Ein perfekt passendes digitales Geländemodell



Nachdem die Daten der einzelnen Sensoren aufbereitet waren, wurden alle Einzelpunkte und die Punktwolke der Befliegung zu den Daten der bereits registrierten Punktwolke aus den P40- und MS50-Scans in Cyclone importiert. Damit waren alle Punkte, gemessen mit fünf verschiedenen Messsensoren, in einer Software vereint. Es folgte eine visuelle Kontrolle der Lagegenauigkeit mittels Schnitt durch die Punktwolken.

Die erfasste Punktwolke, die aus 2,15 Milliarden Punkten besteht, wurde für die weitere Nutzung als Leica JetStream-Projekt ausgegeben. 
Dieses Vorgehen reduziert Bearbeitungszeiten und Fehlerrisiken, denn die Daten müssen nicht ständig hin und her kopiert werden, und es ist sichergestellt, dass für alle weiteren Arbeitsschritte in verschiedenen Programmen – sei es in AutoCAD, MicroStation, 3D Reshaper oder Autodesk Revit – exakt dieselben korrekten Informationen zur Verfügung stehen“, so Bernd Hafensteiner, der Geschäftsführer von ing Geovision.

Um die Skisprunganlage ins CAD-Programm zu überführen, wurde die geöffnete JetStream-Punktwolke mithilfe des Leica CloudWorx-Plug-ins in Längs- und Querschnitte geteilt, um das Zeichnen von Rissen auf Grundlage der Punktwolke zu vereinfachen.

Mit 3D Reshaper, einem Softwarebaukasten zur Erstellung von Geländekonturen und Extraktion von Boden und Bruchkanten, wurde das DGM erstellt. 
In knapp 30 Sekunden bereinigt 3D Reshaper die Punktwolke und erstellt eine Punktwolkengruppe, die nur die Bodenpunkte enthält. Die umfangreichen Einstellmöglichkeiten haben uns präzise Ergebnisse garantiert“, sagt Markus Prechtl, der Verantwortliche von ing-GeoVision für Vermessungsflüge.

Das in 3D Reshaper generierte DGM wurde dem Auftraggeber als DXF-Datei übermittelt. Um den am Bauvorhaben beteiligten Unternehmen Zugriff auf die Punktwolke in einem Browser gewähren zu können, wurde zusätzlich auf dem Leica TruView Enterprise Server des Vermessungsdienstleisters ein passwortgeschützter Bereich eingerichtet. 
Für die exakte Planung des neuen „Einkehr-Sprungs“ in der Audi Arena in Oberstdorf waren eine präzise Punktwolke und ein umfassendes DGM unerlässlich. Mithilfe der Technologie von Leica Geosystems hat das Vermessungsteam von ing Geovision beste Voraussetzungen für die nächsten 93 Jahre Skispringen an der Schattenbergschanze geschaffen. 

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