BWM BMWSB und BMVg Arbeitshilfen Kampfmittelräumung
Start TextteilAnhängeAnlagenMaterialienLinks
Sie sind hier: Startseite > Anhänge > A-2 Phase A > A-2.3 Luftbildauswertung Phase A > A-2.3.4 Auswertung von Luftbildern

A-2.3.4 Auswertung von Luftbildern

1 Einleitung

Luftbilder sind eine grundlegende Informationsquelle und somit ein notwendiges Hilfsmittel für die Erkundung von (historisch bedingten) Kampfmittelbelastungen. Bei der Planung und Durchführung einer Auswertung von (historischen) Luftbildern ist eine Reihe von spezifischen Randbedingungen zu berücksichtigen. Hierzu werden in den folgenden Abschnitten Hinweise gegeben.

Es ist eine Pufferfläche zusätzlich zum Erkundungsgebiet hinsichtlich kampfmittelrelevanter Strukturen auszuwerten. Als gute fachliche Praxis ist hierfür mindestens ein Saum von 50 m um die Grenze des Erkundungsgebietes zu berücksichtigen.

Bestimmte Nutzungen / Kriegseinwirkungen / Havarien können auch aus größerer Distanz zu einer Kampfmittelbelastung im Erkundungsgebiet geführt haben.

Zu nennen sind hier insbesondere Sprengplätze, die auch in Entfernungen von mehr als 1.000 m noch eine Kampfmittelbelastung verursacht haben können (Verursachungsszenarium Munitionsvernichtung).

Im Falle des Verursachungsszenariums Luftangriffe kann auch ein mehr als 50 m vom Erkundungsgebiet entfernter Bombentrichterteppich auf Grund der Vielzahl an Bombentrichtern auf relativ geringer Fläche bei der Berechnung der Risikozonen mit der intensitätsbasierten Methode dazu führen, dass Teile des Erkundungsgebietes innerhalb der errechneten Risikozone 1 liegen und deshalb eine Kampfmittelbelastung dort als wahrscheinlich gilt.

Im konkreten Fall ist immer auch der fachgutachterliche Sachverstand des beauftragten Gutachters gefordert, die spezifischen Gegebenheiten aus den verschiedenen Verursachungsszenarien zu berücksichtigen und in die Ausarbeitung mit einzubeziehen.

Als Auswertegebiet wird das Erkundungsgebiet inklusive der Pufferfläche bezeichnet.


2 Auswahl des Bildmaterials

2.1 Luftbildzeitschnitte

Vor der Auswahl und Beschaffung von Luftbildern ist die zeitliche Spezifizierung der relevanten Zeiträume, in denen luftbildsichtige Hinweise auf kampfmittelrelevante Objekte (Bauwerke, Anlagen etc.) oder Ereignisse (Luftangriffe, Kampfhandlungen etc.) zu erwarten sind, notwendig.


Eine Vorauswahl von Luftbildern ausschließlich auf Basis beschreibender Informationen (d. h. Flugdatum, Maßstab, Qualität) birgt in beiden Fällen Unsicherheiten:

Im konkreten Einzelfall ist jeweils zu prüfen, ob es geboten ist, bereits zum Projektbeginn weitere „Pufferflüge“ oder sogar alle grundsätzlich geeigneten Bildflüge zu beschaffen, da dies insgesamt wirtschaftlicher sein kann. Dies gilt insbesondere, wenn ein kurzfristiger Projektabschluss erforderlich ist. Eine ergänzende Beschaffung von Luftbildern umfasst in der Regel eine Lieferzeit von mehreren Wochen bis 2 Monate.


2.2 Abdeckung, Erkundungsgebiet

Für das gesamte Erkundungsgebiet ist eine stereoskopische Luftbildabdeckung, soweit diese verfügbar ist, notwendig. Für Erkundungsgebiete mit deutlichen topographischen Veränderungen (z. B. komplette Neubebauung) ist es erforderlich, Luftbilder aus den Randbereichen des U-Gebietes, soweit verfügbar, mit zu beschaffen. Dabei muss die Abdeckung soweit reichen, bis stabile topographische Merkmale oder nach wie vor existente Bauwerke zur Orientierung verwendet werden können. Dies ist in der Praxis der Luftbildorientierung erforderlich, da somit äußere Luftbilder orientiert und für die Referenzierung der inneren Bilder in einem Bildverbund herangezogen werden können. Hierfür sind die entsprechenden Verfahren der Photogrammetrie (vgl. A-2.3.2 und A-9.2.4) einzusetzen.


3 Durchführung der Auswertung

3.1 Spezifizierung von Auswertezielen

Die genaue Festlegung der Ziele der Luftbildauswertung ist ein wichtiger Schritt der Beauftragung, da der Kartierungsaufwand deutlich in Abhängigkeit dieser Ziele variieren kann. Soll eine Bestands- und/oder Situationskartierung durchgeführt werden, müssen Erfassungskategorien vorgegeben werden. Die relevanten Kategorien sind in der Regel folgende Verursachungsszenarien einer Kampfmittelbelastung (vgl. A-2.1.4 „Verursachungsszenarien“):


3.2 Technische Voraussetzungen

Die technischen Grundlagen für eine lage- und grundrissgetreue Kartierung von Luftbildern sind in A-2.3.2 und A-9.2.4 (TS) „Photogrammetrie: Luftbildorientierung und technische Grundlagen der Luftbildstereoauswertung“ beschrieben. Sofern die Verortung der Auswerteergebnisse eine untergeordnete Bedeutung hat und eine qualitative Aussage hinsichtlich des Kampfmittelpotenzials mit Hilfe einer generalisierten Darstellung ausreichend ist, können nicht lagegetreue Verfahren zur Erfassung der Informationen angewendet werden. Dazu zählen z. B.

Auf den Ergebniskarten ist grundsätzlich zu vermerken, dass sie keine lagegetreue Abbildung darstellen.


3.3 Thematische Aspekte

Für die Erschließung thematischer Informationen aus historischen Luftbildern gibt es gegenwärtig keine Standards, d. h. es existieren keine Kataloge mit spezifischen luftbildsichtigen Erkennungsmerkmalen von Objekten und deren Darstellung. Somit müssen alle vermeintlich kampfmittelrele- vanten, luftbildsichtigen Objekte aufgrund ihres Erscheinungsbildes individuell identifiziert und kategorisiert werden. Der Informationsgehalt und die Aussagesicherheit der Auswerteergebnisse ist damit in besonderem Maße von den Fähigkeiten und der Sorgfalt des Luftbildauswerters abhängig. Grundsätzlich sind verfügbare Archivalien als Interpretationshilfe zu berücksichtigen.

Weitergehende Informationen über Erfassungskategorien der Luftbildauswertung sind den Verursachungsszenarien gem. A-2.1.4 zu entnehmen. Die Definition von Geoobjekten und deren Eigenschaften in Geoinformationssystemen zur kartografischen Dokumentation und Bewertung einer potenziellen Kampfmittelbelastung ist fallbezogen zu definieren. Vorgaben zur formalisierten Erfassung und kartografischen Darstellung der Auswerteergebnisse gibt A-9.1.4 „Kartografische Darstellungen“.


3.4 Ableitung von Risikozonen in der Luftbildauswertung mittels intensitätsbasierter Methode

Mit dem Verfahren der intensitätsbasierten Risikozonenermittlung steht eine quantitative und objektiv begründbare Methode zur Ableitung von kampfmittelverdächtigen Flächen (KMVF) aus Luftangriffen zur Verfügung.

Während des Zweiten Weltkrieges sind zahlreiche Orte in Europa bombardiert worden. Nach gängigen Schätzungen sind bis zu 15 % der abgeworfenen Sprengbomben nicht detoniert und sind teilweise bis heute im Untergrund als Blindgänger verblieben. Die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins dieser Blindgänger ist umso größer, je mehr Sprengbomben eine bestimmte Fläche trafen. Prinzipiell ist es also naheliegend, einen intensitätsbasierten, d.h. an der Anzahl der Treffer pro Flächeneinheit orientierten Ansatz zu verfolgen. Damit wird den unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten des Auftretens von Blindgängern bei unterschiedlichen Ausmaßen bzw. Intensitäten der Bombardierungen Rechnung getragen.

Die zurzeit gängige Praxis zur Ausweisung von kampfmittelverdächtigen Flächen beruht auf individuellen Einschätzungen und/oder Erfahrungswerten, und variiert je nach Bearbeiter oder Institution. So wird oftmals um die einzelnen kartierten Sprengbombentrichter und Sprengblindgängereinschläge ein Sicherheitsradius von 50 m bis 150 m gezogen, der aber fachlich nicht begründet wird. Aus der Vereinigung dieser Kreisflächen ergibt sich dann die kampfmittelverdächtige Fläche. Im Gegensatz dazu hat eine wissenschaftliche Untersuchung unter Verwendung zahlreicher realer Liegenschaftsbeispiele ergeben, dass das intensitätsbasierte Verfahren häufig die statistisch gut begründete Ausweisung von Risikozonen ermöglicht (Mahling 2013).

Eine ausführliche Darstellung der Verfahrensgrundlagen sowie deren praktischer Umsetzung bieten Küchenhoff & Günther 2018 sowie Günther 2020.


Schnittstellen

Die technische Umsetzung wird über die Einbindung von speziellen Skripten der Programmiersprache R in das freie Geographische Informationssystem „QGIS“ ermöglicht. Insgesamt stehen dem Bearbeiter elf unterschiedliche Skripte zur Verfügung. Die Erläuterungen zu den einzelnen Skripten sind in Günther 2020 enthalten. Die Programmdateien sowie die zur Installation notwendigen GIS-Erweiterungen stehen als Download beim StaBLab zur Verfügung 2.


Rahmenparameter für die Anwendbarkeit

Zur Erlangung sinnvoller und belastbarer Ergebnisse ist auf die Einhaltung wichtiger Rahmenparameter zu achten. Im Folgenden sind diese Parameter im Grundsatz dargestellt:

Abb. 1: Darstellung der weiträumigen Sprengbombentrichterverteilung eines einzelnen zusammenhängenden Angriffsereignisses. Das Erkundungsgebiet ist mit einem Rahmen eingefasst und um eine 50 m breite Pufferzone erweitert.
Links: Darstellung der Risikozone ohne Einbeziehung der außerhalb der Pufferfläche befindlichen Sprengbombentrichter.
Rechts: Darstellung der Risikozone mit Einbeziehung der weiter entfernten Sprengbombentrichter. Die nächste Entfernung der innerhalb und außerhalb des Erkundungsgebiets befindlichen Sprengbombentrichter beträgt 230 m.


Es ist die verwendete Methode (Skript) zur Berechnung der Risikozone zu benennen und die verwendeten Werte für die Parameter sind aufzuführen. Weiterhin sind die eingesetzten Geometrien sowie Einschränkungen zu benennen (z.B. Waldfläche 1945 oder Stillgewässer 1943 bis 1945). Die abweichende Festlegung von den Standardparametern und -verfahren ist nachvollziehbar zu begründen.

Liegen einzelne Sprengbombentrichter außerhalb der Risikozone und wurden vom Gutachter zusätzlich mit einem festen Radius zur Ableitung einer KMVF versehen, ist dies gesondert zu dokumentieren und im Ergebniskapitel des Gutachtens zu diskutieren. Beide Geometrien sind getrennt zu halten, da mit unterschiedlichen Methoden gearbeitet wurde und somit im Ergebnis unterschiedliche Cut-off-Werte (c) für beide Flächen vorliegen.

In Einzelfällen, z.B. bei Zielen mit gut dokumentiertem Angriffsgeschehen (bedeutende Industriestandorte oder Militäreinrichtungen) kann es sinnvoll sein, Risikozonen für einzelne Luftangriffe zu berechnen. Aufgrund fehlender Luftbildabdeckung oder einer zu geringen Anzahl an Beobachtungen, ist dies jedoch wahrscheinlich nicht für jedes einzelne Angriffsereignis durchführbar. Im Ergebnis wird die liegenschaftsspezifische Risikozone dann quasi „summarisch“ ermittelt.

Die Ergebnisse sind vom AN zu diskutieren und nachvollziehbar darzustellen.

Glossar:
Blindgängerwahrscheinlichkeit – Wahrscheinlichkeit für das Vorhandensein eines oder mehrerer Sprengbombenblindgänger im Untergrund.
c - Grenzwert der Blindgängerwahrscheinlichkeit pro Flächeneinheit (auch Cut-off-Wert genannt). Wird z.B. c = 1 gewählt, entspricht dies 1 Blindgänger pro km². Die erwartete Anzahl von Sprengbombenblindgängern liegt also pro Quadratkilometer an jedem Punkt außerhalb der Risikozone bei unter eins. Dieser Ansatz ist im Skript „highriskzone intens threshold“ implementiert.


Abb. 2: Intensitätsbasierte Risikozonen für ein Liegenschaftsbeispiel. Dargestellt sind die aus Luftbildern kartierten Sprengbombentrichter und Sprengbombenblindgängereinschläge (Beobachtungen) (schwarz) sowie bei der Räumung des gesamten Auswertegebietes geborgenen Blindgänger (rot). Die erweiterten Ränder zeigen intensitätsbasierte Risikozonen für verschiedene Grenzwerte an maximal tolerierter erwarteter Anzahl an Blindgängern außerhalb der Risikozone (Cut-off-Wert) in unterschiedlichen Graustufen.



Tab. 1: Risikozonen aus Abb. 2 in Abhängigkeit verschiedener Cut-off-Werte

Cut-off-Wert

Fläche in km²

Blindgänger außerhalb (geräumt)

Trichter außerhalb (kartierbare Beobachtungen)

10

6.3

7

18

5

7.4

2

5

1

9.4

0

0

0.5

10

0

0

0.1

11.2

0

0


Auf Grundlage der beobachteten Sprengbombentrichter und einer Standardblindgängerquote von 15% wurden Risikozonen basierend auf fünf unterschiedlichen Grenzwerten der maximal tolerierbaren Anzahl zu erwartender Blindgängern (Cut-off-Werte) außerhalb der Risikozone berechnet. In Tabelle 1 werden die Fläche der resultierenden Risikozone, die modellbasierte Wahrscheinlichkeit für die Existenz von Blindgängern außerhalb der entsprechenden Zone (Sicherheitstoleranz), die tatsächliche Anzahl an Blindgängern außerhalb der Zone nach Gesamträumung des Gebietes und die Anzahl der im Luftbild beobachteten Sprengbombentrichter außerhalb der Zone dargestellt (Abb. 2 und Tab. 1 sowie erläuternder Text aus Günther et al. 2020).

Erkundungsgebiet – Die Fläche, die erkundet wird, heißt Erkundungsgebiet und wird als solche im Rahmen der Digitalen Bestandsdokumentation KMR erfasst und bewertet. Der Begriff Untersuchungsgebiet ist zum Begriff Erkundungsgebiet analog anwendbar.

Fehlstellen:

Intensität – Die Intensität beschreibt, wie dicht die Beobachtungen in einem bestimmten Bereich liegen. Sie lässt sich vereinfacht als zu erwartende Anzahl von Beobachtungen pro m2 ausdrücken.

kartierbare Beobachtungen – dies sind Sprengbombentrichter und Sprengbombenblindgängereinschläge (bzw. Sprengbombenblindgängerverdachtspunkte).

q - Standardblindgängerquote – Diese wird mit 15 % angesetzt. Die Blindgängerquote bezeichnet den Anteil nicht detonierter Abwurfmunition (Sprengbomben). Diese Quote resultiert aus der Auswertung von Dokumenten der alliierten Luftstreitkräfte zu Bombardierungen.

Risikozone – Fläche in einem Erkundungsgebiet der Phase A, für die die relevante Wahrscheinlichkeit besteht, dass hier mindestens ein, in der Regel aber mehrere Sprengbombenblindgänger im Untergrund vorhanden sein können. Die Intensität erreicht mindestens den Wert von c.

Literaturverzeichnis

Anmerkung: Die unveröffentlichten Gutachten können bei Bedarf beim NLBL bezogen werden.


3.5 Lagegenauigkeit der Kartierung

Aufgrund der geometrischen Eigenschaften historischer Luftbilder ist die Lagegenauigkeit kartierter Ergebnisse im Vergleich zu aktuellen Luftbildern i. d. R. geringer. Die Größe der Lageabweichung ist, eine eindeutige Objektansprache vorausgesetzt, primär von folgenden Faktoren abhängig:

Die Abweichung eines kartierten Objektes von seiner tatsächlichen terrestrischen Lage unterliegt demnach einer fallbezogenen, unsystematischen Schwankung. Die anzustrebende Lagegenauigkeit von 3 m wird nicht in allen Fällen zu gewährleisten sein (vgl. A-9.2.4). Aus diesem Grund ist es von Bedeutung, dass im Rahmen der Luftbildorientierung Parameter abgeleitet werden, die zumindest einen durchschnittlichen Lagefehler der zu erfassenden Objekte quantifizieren. Näheres zur Dokumentation ist der Leistungsbeschreibung (LB) A-7.2.3 „Leistungsbeschreibung Phase A – Luftbildorientierung und Luftbildauswertung“ zu entnehmen.

Die Frage, welche Luftbildmaßstäbe für welchen Kartiermaßstab geeignet sind, lässt sich pauschal nicht beantworten. Themen und Bildqualität spielen eine entscheidende Rolle. In der folgenden Tabelle werden Zielgrößen für Luftbild- und Kartiermaßstäbe aufgelistet:

 

Tab. A-2.3-6: Zielgrößen Luftbild- und Kartiermaßstäbe

Zielmaßstab der Kartierung

Luftbildmaßstab (ca.)

1:2.500

1:8.500 bis 1:13.000

1:5.000

1:12.000 bis 1:18.000

1:10.000

1:18.000 bis 1:25.000

1:25.000

1:30.000 bis 1:40.000

Kleinmaßstäbige Kartierungen können in größeren Maßstäben abgebildet werden, dabei ist jedoch der Hinweis aufzuführen, auf welcher Grundlage die Informationen erhoben wurden. Es ist deutlich zu machen, dass die dargestellten Ergebnisse nicht der geometrischen Genauigkeit der Kartengrundlage entsprechen.


3.6 Erfassung von Geodaten und Dokumentation der Luftbildauswertung

Das Zustandekommen der Auswerteergebnisse muss für den Auftraggeber nachvollziehbar sein. Die Rahmenbedingungen und Verfahrenschritte der Luftbildauswertung sind eindeutig zu dokumentieren. Dies betrifft folgende Punkte:

  • Eingesetzte Verfahren und Geräte der Luftbildauswertung,
  • Eine Auflistung aller verfügbaren Luftbilder mit beschreibenden Informationen (Bildflug, Bildnummer, Zeitschnitt, Maßstab, Qualität, Bildquelle),
  • Entscheidungskriterien für die Detailauswertung und Kennzeichnung betreffender Bilder sowie Ausschlusskriterien,
  • Beurteilung der Zuverlässigkeit der luftbildsichtigen Identifizierung potenziell kampfmittelrelevanter Objekte.


3.6.1 Einsatz von Geoinformationssystemen (GIS)

Alle thematischen Informationen der Luftbildauswertung haben einen Raumbezug. Aus den gewonnenen Erkenntnissen der Auswertung ergeben sich somit zwangsläufig Geoinformationen. Diese finden in digitaler Form als Geodaten in den folgenden Maßnahmen der Kampfmittelerkundung und -räumung Anwendung. Der Einsatz von GIS im Rahmen der Luftbildauswertung ist Stand der Technik und grundsätzlich erforderlich. Die Nutzung von Softwarelösungen aus dem grafischen Bereich (z. B. AutoCAD-Formate) zur Erfassung bzw. Lieferung von raumbezogenen Daten ist unzulässig.

Der Markt ist durch eine Vielzahl unterschiedlicher GIS-Lösungen und Geodatenformate geprägt. Konkrete Anforderungen hinsichtlich der Datenbeschaffenheit müssen zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer abgestimmt werden. Die geplante Einführung offener Geodatenstandards gem. OGC (Open Geospatial Consortium) und OpenGIS-Spezifikationen kann hierfür neue Möglichkeiten eröffnen.


3.6.2 Dokumentation von Geodaten durch Metainformationen

Die Ergebnisse der Luftbildauswertung müssen in analoger und digitaler Form bereitgestellt werden. Neben der Festlegung eines geeigneten (Geo-)Datenformates ist eine Beschreibung der Daten mittels Metainformation erforderlich.

Metainformationen sind eine strukturierte Beschreibung der eigentlichen Geodaten-Bestände. Wichtige Elemente der Metainformationen zu einem Geodatensatz sind u. a. die inhaltliche Beschreibung einschließlich der Bedeutung von Attributen (Zuordnung von Sachdaten zu Geometrien), Aktualitäts- und Qualitätsangaben, das Format, der Raum- und Zeitbezug sowie die Datenquelle.

Da die Ergebnisse der Luftbildauswertung im Rahmen einer anschließenden Kampfmittelerkundung und/oder –räumung weiter verwendet werden, sind diese Metainformationen von entscheidender Bedeutung für die Nutzbarkeit der Datenbestände und damit auch für den effizienten Einsatz geographischer Informationssysteme. Metainformationen bilden quasi den Schlüssel für den Gebrauch der Daten

Die Beschreibung der Erfassung von Metadaten nach der Norm ISO 19115 ist in Vorbereitung. Vorläufig sind folgende Daten in einer ASCII-Textdatei zu erfassen:


  1. Der Begriff Risikozone wird hier im Sinne der Dissertation von Mahling (2013), Mahling, M. Determining high-risk zones by using spatial point process methodology. Ph.D. thesis, Cuvillier Verlag Göttingen, available online: http://edoc.ub.uni-muenchen.de/15886/, für eine Fläche in der Phase A verwendet, für die eine relevante Wahrscheinlichkeit besteht, dass dort ein oder mehrere Sprengbombenblindgänger im Boden vorhanden sein können.

  2. Risikozonen - Statistisches Beratungslabor - LMU München (uni-muenchen.de):
    https://cran.r-project.org/web/packages/highriskzone/index.html


▲ zurück nach oben