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Freiflächen-Photovoltaikanlagen in Deutschland (Datensatz)

Der rasche Ausbau der erneuerbaren Energiequellen stellt eine große Herausforderung dar, wenn es darum geht, die Energieentwicklung mit konkurrierenden Interessen in Einklang zu bringen. Dies unterstreicht die Notwendigkeit präziser räumlicher Daten, um eine effektive Bilanzierung, Verwaltung oder Bewertung der Einhaltung gesetzlicher Rahmenbedingungen zu ermöglichen. In diesem Beitrag wird ein Zero-Shot-Ansatz zur Extraktion von Parametern von Photovoltaik-Freiflächenanlagen in Deutschland auf der Grundlage von digitalen Orthofotos vorgestellt. Dies ermöglicht die genaue Identifizierung und Abgrenzung wesentlicher räumlicher Parameter, einschließlich des Bodenbedeckungsgrads der Photovoltaikmodule, des Reihenabstands zwischen den Modulreihen und ihrer genauen Ausrichtung. Die Ergebnisse dieser Studie sind in zweierlei Hinsicht bemerkenswert. Erstens erzielt die entwickelte technische Pipeline eine qualitativ hochwertige Segmentierung von Photovoltaik-Modulreihen, wobei über 71 % der Ergebnisse eine zufriedenstellende bis fehlerfreie Segmentierung aufweisen. Zweitens steht der resultierende Datensatz für weitere Analysen zur Verfügung und kann als Ausgangspunkt für die Entwicklung weiterer KI-Modelle zur Überwachung der Dynamik des Ausbaus von Freiflächen-Photovoltaikanlagen dienen. Diese Methodik unterstützt nicht nur die Bewertung der Einhaltung der Vorschriften, sondern verbessert auch die Entscheidungsprozesse an der Schnittstelle zwischen der Entwicklung erneuerbarer Energien und konkurrierenden Interessen, wie z. B. dem Naturschutz.

Historische InVeKoS Digitale Orthophotos NW

Ab dem Jahr 2023 wird eine jährliche, landesweite Befliegung durchgeführt, bei der eine Hälfte der Landesfläche mit 10 cm Bodenauflösung in der Qualitätsstufe TrueDOP und die andere mit 20 cm in der Qualitätsstufe DOP erfasst wird. Im WMS NW Hist iDOP präsentiert Geobasis NRW ergänzend zum turnusmäßigen Bildflugprogramm auch iDOP. Diese erfüllen den Qualitätsstandard des Amtlichen deutschen Vermessungswesens nicht vollumfänglich. Sie weisen eine Bodenauflösung von 20cm/Pixel auf und werden mit einer Überdeckung in Längsrichtung von 60% und in Querrichtung von 30% beflogen. Es handelt sich um 4-Kanal Multispektralbilder mit der Kanalbelegung RGBI (Rot-Grün-Blau-Nahes Infrarot). iDOP-Jahrgänge werden historisiert sobald ein Jahrgang vollständig vorliegt.

Digitales Orthophoto 40 cm Bodenauflösung

Digitale Orthophotos (DOP) sind vollständig entzerrte, maßstabsgetreue Luftbilder auf Grundlage der Bayernbefliegung. In einem Turnus von 2 Jahren wird abwechselnd Bayern-Nord/Bayern-Süd beflogen. Seit 2018 wird das DOP in der Ausprägung True Orthophoto auf der Grundlage des bildbasierten Digitalen Oberflächenmodells (DOM) abgeleitet. Das DOP steht in Echtfarben (RGB), grau, Colorinfrarot (CIR) und als gedruckte Luftbildkarte zur Verfügung. Die Bodenpixelgröße des DOP40 beträgt 40 cm ist somit für Darstellungsmaßstäbe von ca. 1 : 4.000 und kleiner geeignet. Bei größeren Darstellungsmaßstäben tritt die grobe Pixelstruktur des Bildes in Erscheinung.

Digitales Schrägluftbild Hamburg

Schrägluftbilder: 2018 wurde erstmals für ganz Hamburg ein Bildflug durchgeführt, bei dem hochaufgelöste Oblique-Luftbilder entstanden. Die eingesetzte Kamera nimmt zeitgleich sowohl Senkrechtbilder als auch Schrägbilder nach allen 4 Seiten auf. Der aktuelle Datensatz ist aus dem Frühjahr 2022 (März). Die Schrägbilder dienen als Quelle für die Analyse von städtebaulichen Situationen innerhalb des gesamten Stadtgebietes. Sie werden als Dienst in den Geoportalen im LGV bereitgestellt.

3D-Mesh NW (SLPK)

Seit 2023 wird aus den Luftbildern zusätzlich ein 3D-Mesh für NRW produziert. Ein 3D-Mesh ist eine aus Luftbildinformationen erzeugte Darstellungsform eines 3D-Oberflächenmodells. Es stellt die Geländeoberfläche inklusive Vegetation, Bebauung und weiterer künstlicher Objekte (z.B. stehende Autos) dar. Hierzu werden benachbarte dreidimensionale Punkte aus der Bildkorrelation der orientierten Luftbilder zu einem Netz (engl. Mesh) verbunden. Die Mesh-Oberfläche wird danach mit den zugrundeliegenden Luftbildern texturiert. In den letzten Jahren entstanden im kommunalen Kontext 3D-Stadtmodelle, die als Planungsgrundlage u.a. für räumliche Analysen im dreidimensionalen Raum und für die Öffentlichkeitsarbeit eingesetzt werden. Das 3D-Mesh von Geobasis NRW wird für die gesamte Landesfläche von NRW erzeugt und stellt ein realitätsgetreues Modell zum Erhebungszeitpunkt dar. Es dient als effiziente Alternative zu Schrägluftbildern und eignet sich als Datengrundlage für digitale Zwillinge. Nutzungsmöglichkeiten: Erkundung für die Fortführung der Amtlichen Basiskarte,Planungsgrundlage (z.B. bei Stadtplanung, bei der Denkmalpflege, im Umweltmanagement),Hilfestellung für den Katastrophenschutz, die Wirtschaftsförderung oder den Tourismus,Visualisierung von computergestützten Analysen (u.a. zu Hochwassersimulationen, Sichtachsen, Schattenwurf, Lärmausbreitung oder Windströmungen),Verwendung in der 3D-Navigation,Immobilienbranche,Öffentlichkeitsarbeit

Digitale Orthophotos NW

Orthophotos sind hochauflösende, verzerrungsfreie, maßstabsgetreue Abbildungen der Erdoberfläche. Sie werden durch photogrammetrische Verfahren in Kenntnis der Orientierungsparameter und unter Hinzunahme eines Digitalen Höhenmodells aus Luftbildern hergestellt, die als Senkrechtaufnahmen vorliegen. Digitale Orthophotos sind georeferenziert, liegen flächendeckend vor und werden in einem 2-jährigen Zyklus erneuert. Sie werden nach dem Produktstandard des Landes, der auf den Festlegungen eines AdV-Standards (AdV Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder) beruht, hergestellt und weisen eine Bodenauflösung von 10cm/Pixel auf. Es handelt sich um 4-Kanal Multispektralbilder mit der Kanalbelegung RGBI (Rot-Grün-Blau-Nahes Infrarot). Mit dem Bildflug 2018 wurde die Prozessierung des DOP als True Orthophoto eingeführt mit den gleichen geometrischen und radiometrischen Qualitäten wie bisher. Die Umstellung auf die neue Produktqualität wird mit der Prozessierung des Bildflugs 2020 Mitte 2021 abgeschlossen sein.

3D-Mesh NW (b3dm)

Seit 2023 wird aus den Luftbildern zusätzlich ein 3D-Mesh für NRW produziert. Ein 3D-Mesh ist eine aus Luftbildinformationen erzeugte Darstellungsform eines 3D-Oberflächenmodells. Es stellt die Geländeoberfläche inklusive Vegetation, Bebauung und weiterer künstlicher Objekte (z.B. stehende Autos) dar. Hierzu werden benachbarte dreidimensionale Punkte aus der Bildkorrelation der orientierten Luftbilder zu einem Netz (engl. Mesh) verbunden. Die Mesh-Oberfläche wird danach mit den zugrundeliegenden Luftbildern texturiert. In den letzten Jahren entstanden im kommunalen Kontext 3D-Stadtmodelle, die als Planungsgrundlage u.a. für räumliche Analysen im dreidimensionalen Raum und für die Öffentlichkeitsarbeit eingesetzt werden. Das 3D-Mesh von Geobasis NRW wird für die gesamte Landesfläche von NRW erzeugt und stellt ein realitätsgetreues Modell zum Erhebungszeitpunkt dar. Es dient als effiziente Alternative zu Schrägluftbildern und eignet sich als Datengrundlage für digitale Zwillinge. Nutzungsmöglichkeiten: Erkundung für die Fortführung der Amtlichen Basiskarte, Planungsgrundlage (z.B. bei Stadtplanung, bei der Denkmalpflege, im Umweltmanagement), Hilfestellung für den Katastrophenschutz, die Wirtschaftsförderung oder den Tourismus, Visualisierung von computergestützten Analysen (u.a. zu Hochwassersimulationen, Sichtachsen, Schattenwurf, Lärmausbreitung oder Windströmungen), Verwendung in der 3D-Navigation,Immobilienbranche, Öffentlichkeitsarbeit.

Vorläufige Digitale Orthophotos NW

Im WMS NW vDOP stellt Geobasis NRW Zwischenergebnisse aus dem Herstellungsprozess der Digitalen Orthophotos (DOP) zur Verfügung. Der Dienst beinhaltet aktuelle, aber VORLÄUFIGE Ergebnisse aus den Produktionsprozessen des jeweils aktuellen Jahresprogramms der Orthophoto-Herstellung, die dem Qualitätsstandard des Amtlichen deutschen Vermessungswesens noch nicht umfänglich entsprechen. Der Dienst ist mit einem kennzeichnenden Wasserzeichen ausgestaltet. Die vorläufigen DOP (vDOP) werden im WMS nur temporär dargestellt. vDOP-Kacheln werden unverzüglich gelöscht, sobald die qualitätsgesicherte Produktion der entsprechenden DOP-Kacheln abgeschlossen ist.

Luftbild

Das Hamburger Stadtgebiet wird seit 1920 mit Luftbildern erfasst. Die Luftbilder dokumentieren die Stadtstruktur und deren Veränderungen in einer eindrucksvollen Weise und sind ein unentbehrliches Mittel zur Datengewinnung. Um einen Blick von oben auf Hamburg zu werfen, muss man nicht in die Luft gehen oder Jemandem aufs Dach steigen. Es geht auch einfacher - mit Hilfe von Bildern, die vom Flugzeug aus aufgenommen wurden. Farbige Luftbilder sind ungewöhnliche und eindrucksvolle Bilddokumente und geben einen unverwechselbaren Eindruck von Gesicht und Schönheit unserer Stadt. Sie befriedigen jedoch nicht nur unser ästhetisches Empfinden, sondern bieten Fachleuten vielfältige, interessante Anwendungsmöglichkeiten. Für die Luftbildaufnahme werden mittlerweile fast ausschließlich digitale Kameras benutzt. Die auf dem Markt erhältlichen Aufnahmetechnologien unterscheiden sich in Flächensensoren und Zeilenscanner. Die derzeit bekanntesten digitalen Kameramodelle sind DMC, UltraCAM, ADS40 oder auch die HRSC. Aktuell sieht Hamburgs Bildflugplanung in der Regel einen Bildflug pro Jahr für Senkrechtaufnahmen vor: dafür wird die gesamte Fläche der Freien und Hansestadt Hamburg (FHH) jeweils im Frühjahr (vor Einsetzen der Belaubung) zum Zwecke der photogrammetrischen Luftbildauswertung und Orthophotoberechnung beflogen. Darüber hinaus findet im Rhythmus von 3 bis 4 Jahren während der Sommermonate (bei voller Belaubung) eine Luftbildbefliegung für die gesamte Fläche der FHH mit dem Ziel der Orthophotoerzeugung statt. Projekte von übergeordneter Bedeutung machen manchmal auch Sonderbefliegungen notwendig, die der LGV in Abstimmung mit seinen Kunden betreut, beauftragt und abrechnet. Da zum einen Befliegungen und die anschließende Datenverarbeitung äußerst zeit- und kostenintensiv sind und zum anderen eine Vielzahl unterschiedlicher Kunden abgeleitete Luftbilddaten wünschen, ohne sich zuvor intensiv mit Kameratechnologien, Befliegungszeitpunkten, Preisen oder Bildflugfirmen auseinandersetzen zu müssen, wurde der LGV für die Hamburger Verwaltung als zentrale Beschaffungsstelle photogrammetrischer Leistungen (MittVw 10/99, S. 230 ff) insbesondere vor dem Hintergrund bestimmt, Kosten zu minimieren und Qualität sicherzustellen. Nicht mehr für den Gebrauch bei LGV benötigte, analoge Luftbilder (historische Luftbilder) werden ans Staatsarchiv abgegeben und sind insbesondere für historische Recherchen beliebt, z.B. für Altlastenverdachtsflächen. Ansprechpartner ist hierfür das Staatsarchiv in der Kattunbleiche 19. Näheres kann folgendem Link entnommen werden: http://www.hamburg.de/staatsarchiv/ Der Zweck von Luftbildern lässt sich grob in folgende Kategorien einordnen: - Stereophotogrammetrische Luftbildauswertungen (Vektordaten) - Orthophotoberechnungen (Rasterdaten) - Luftbildkarten (hybride Daten) - Schrägluftbilder (Photos prägnanter Bereiche Hamburgs) Standardprodukte, wie Orthophotos, Luftbildkarten und Schrägluftbilder, werden vom LGV im Luftbildvertrieb oder im Internet auf verschiedenen CDs und als gedruckte Karten vertrieben. Für besondere Anforderungen und Luftbildauswertungen steht der Fachbereich "3D und Fernerkundung" jedem Interessenten mit Rat und Tat zur Seite. Luftbildauswertung: Mit Hilfe digitaler Stereo-Arbeitsstationen kann die luftsichtbare Topographie unter Beachtung der Genauigkeitsanforderungen dreidimensional ausgewertet und an CAD-Programme übertragen werden. Die photogrammetrische Genauigkeit steht (u. a.) in Abhängigkeit von der Flughöhe und der Bodenauflösung. Hauptanwendungsgebiet photogrammetrischer Auswertungen ist im LGV die Fortführung der Liegenschaftskarte ALKIS® und des 3D-Stadtmodells. Für die Luftbildauswertung steht derzeit folgendes Bildmaterial zur Verfügung: - komplette Fläche der FHH: Bildflugzeitpunkt Frühjahr 2018, Farbe, 5cm Bodenauflösung. Die hochauflösenden Luftbilder sind als datenschutzrelevant eingestuft und werden nicht an Dritte weitergegeben. In der Stereophotogrammetrie steckt jedoch noch viel mehr Potenzial. Ein Beispiel sind Versiegelungspläne, die der LGV für Großeinleiter erstellen kann. Verbraucher, die über 5000 Kubikmeter Frischwasser jährlich pro Grundstück beziehen, sparen nach § 15 a Sielabgabengesetz bares Geld, indem sie einen Erstattungsantrag stellen. Bei der Berechnung der Sielbenutzungsgebühr, kann der auf den Regenwasseranteil entfallende Teil reduziert werden. Dazu muss die Größe der Gebäudeflächen, der befestigten Flächen, der weich befestigten sowie der Grünflächen ermittelt werden. Zusätzlich muss ein Bestandsplan mit den farblich gekennzeichneten verschiedenen Flächenarten eingereicht werden. Der Landesbetrieb Geoinformation und Vermessung bietet seinen Kunden an, die entsprechenden tabellarischen Zusammenstellungen und Pläne zu liefern. Dabei werden die Daten durch Auswertung aktuellster Luftbilder gewonnen und durch einen örtlichen Feldvergleich ergänzt und klassifiziert. Weitere Einsatzmöglichkeiten der Stereophotogrammetrie sind bspw. die Erstellung von Bestands-, Grünflächen-, Baum- und Dachlandschaftsplänen. Aber auch Höhenauswertungen, von einzelnen Geländepunkten oder Objekten lassen sich kostengünstig bestimmen. Auch die automatisierte Extraktion von Oberflächenmodellen ist photogrammetrisch über Korrelationsverfahren denkbar.

InVeKoS Digitale Orthophotos NW

Orthophotos sind hochauflösende, verzerrungsfreie, maßstabsgetreue Abbildungen der Erdoberfläche. Sie werden durch photogrammetrische Verfahren in Kenntnis der Orientierungsparameter und unter Hinzunahme eines Digitalen Höhenmodells aus Luftbildern hergestellt, die als Senkrechtaufnahmen vorliegen. InVeKoS Digitale Orthophotos sind georeferenziert, liegen flächendeckend vor und werden ergänzend zum regulären Bildflugprogramm in einem 2-jährigen Zyklus erneuert. Sie werden nach dem Produktstandard des Landes, der aber nicht vollumfänglich den AdV-Standards (AdV Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder) genügt, hergestellt und weisen eine Bodenauflösung von 20cm/Pixel auf. Es handelt sich um 4-Kanal Multispektralbilder mit der Kanalbelegung RGBI (Rot-Grün-Blau-Nahes Infrarot). Mit dem Bildflug 2023 wurde die Prozessierung in der Qualitätsstufe DOP begonnen.

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