Mario Ruprechter von der MA 41 - Stadtvermessung arbeitet an seinem PC mit einer 3-D-Brille, einem Controller und einer Spezial-Software an der photogrammetrischen Auswertung von Luftbildern. Seine Arbeit fließt in die Mehrzweckkarte und den wien.at-Stadtplan ein. © PID/Markus Wache

Ein Tag bei der Wiener Stadtvermessung: "Wir zeigen Wien aus der Vogelperspektive"

Wer hält die Stadt am Laufen? Die MitarbeiterInnen der Stadt Wien. CLUB WIEN begleitet Mario Ruprechter von der MA 41 bei seiner Arbeit. Er wertet mit einer Spezial-Software Wiens Luftbilder aus.

CLUB WIEN hat dem Photogrammeter der Stadtvermessung Wien (MA 41) über die Schulter geschaut und erfahren, wie aus 6.300 Luftbildern, einer 3-D-Brille und einem Supercomputer mit zwölf Prozessorkernen die Mehrzweckkarte, der genaueste Stadtplan Wiens, und das Orthofoto, ein entzerrtes Luftbild, entstehen. Sowohl die Mehrzweckkarte als auch das Orthofoto stehen allen Wienerinnen und Wienern im Online-Stadtplan und gratis als Open Government Data zur Verfügung.

Niemand kennt die Dachlandschaft der Innenstadtbezirke und das Laubdach des Wienerwalds besser als Mario Ruprechter und seine Kolleginnen und Kollegen. Er ist bei der Wiener Stadtvermessung im Fachbereich Photogrammetrie und 3-D-Modellierung für die photogrammetrische Auswertung zuständig. An seinem Computer, im Amtshaus Döbling in der Muthgasse, entstehen ein wesentlicher Teil der Mehrzweckkarte, der digitalen Stadtkarte von Wien, und das Orthofoto.

"Beim Erstellen der Mehrzweckkarte für Wien nutzen wir terrestrische und photogrammetrische Messungen", erklärt Mario. Straßen und öffentlich zugängliche Plätze werden mit einem Tachymeter oder GPS vermessen. Überall dort, wo die Stadtvermesserinnen und Stadtvermesser nicht hinkommen, kommt die Luftbildauswertung zum Einsatz.

Am Bildschirm von Mario ist die Peterskirche und der Graben von oben zu sehen. Das Luftbild im Stadtplan besteht aus mehreren Einzelaufnahmen, die am Computer zusammengestellt werden. © PID/Markus Wache

Um die Stadt Wien komplett mit Luftbildern abzudecken, sind 6.300 Aufnahmen notwendig. 2017 wurden die Bilder aus einer zweimotorigen Cessna T303 Crusader aus einer Flughöhe von 1.300 bis 1.700 Metern aufgenommen. "Im Rumpf des Kleinflugzeugs ist eine Spezialkamera montiert, die Serienbilder aufnimmt. Der Bildsensor der Kamera kann Fotos mit 340 Megapixel schießen und schafft eine Bodenauflösung von 7,5 Zentimetern", erklärt Mario. Zum Vergleich: Das Topmodell für Profifotografinnen und Profifotografen des Kameraherstellers Nikon, die Nikon D5, hat eine Auflösung von etwas über 20 Megapixel.

Die Megaauflösung der Luftbildkamera kommt daher, dass sie gleich mit acht Linsen fotografiert: eine Infrarotkamera, jeweils ein Objektiv mit Farbfilter und gleich vier in Serie geschaltete Linsen, die es ermöglichen, trotz der hohen Geschwindigkeit des Flugzeugs gestochen scharfe Fotos zu schießen. All diese einzelnen Aufnahmen werden im Postprocessing, der digitalen Nachbearbeitung der Aufnahmen, zu einem großen 4-Kanal-Luftbild zusammengerechnet.

Bei der Photogrammetrie werden zwei einander überlappende Luftbilder übereinandergelegt. Mithilfe der Software und Verwendung der Polarisationsbrille entsteht so ein dreidimensionales Bild. © PID/Markus Wache

Zur Aktualisierung der Mehrzweckkarte kommen in der Photogrammetrie eine spezielle Software, 3-D-Brillen und ein eigener Controller zum Einsatz. Am Bildschirm werden zwei einander überlappende Luftbilder eingeblendet. Ähnlich wie beim 3-D-Effekt auf der Kinoleinwand können mithilfe der 3-D-Brille die Inhalte der Luftbilder dreidimensional gesehen werden. Mit diesem System können neben der Bestimmung der exakten Position von Objekten auch die Höhe von Gebäuden und Höhenlinien der Landschaften ausgewertet werden. Gesteuert wird die Auswertung mit einem speziellen Controller, einer Mischung aus Joystick, Trackball und Tastatur. Damit können die Bildausschnitte oder die Messmarke, die für die Messung der dreidimensionalen Koordinaten genutzt wird, verschoben werden. "Die ausgewerteten Grundrisse von neuen Gebäuden fließen so in die Mehrzweckkarte und letztendlich in den Online-Stadtplan ein oder wir erstellen ein ganzes 3-D-Modell zum Beispiel des Stephansplatzes inklusive Dom und umliegenden Häusern", erzählt Mario.

Ein Stadtmodell der Innenstadt mit Stephansdom. Gebäudehöhen und Geländemodell stammen aus den Daten der photogrammetrisch ausgewerteten Luftaufnahmen. © PID/Markus Wache

Die Arbeitsgebiete für die Auswertung der Mehrzweckkarte sind nach dem 500-mal-500-Meter-Blattraster der Mehrzweckkarte ausgerichtet. Der Meridian des Wiener Landeskoordinatensystems verläuft durch das Gelände des Westbahnhofs. Die Referenz für das Wiener Koordinatensystem ist übrigens nicht Greenwich, sondern Ferro, die westlichste kanarische Insel. Obwohl mittlerweile der Bezug auf Greenwich weit verbreitet ist, bezieht sich das österreichische Landessystem weiter auf Ferro: Würde man von Greenwich ausgehen, läge Wien genau zwischen zwei Meridianstreifen.

Im Büro von Mario hängt ein Ausdruck des Blattrasters der Stadt Wien, das mit vielen bunten Stecknadeln gespickt ist. Im Nordosten und im Süden der Stadt stecken weiße Stecknadeln, in den Wienerwald-Gegenden im Westen und in den Grinzinger Weinbergen gelbe Stecknadeln. "Die weißen Stecknadeln markieren neu ausgewertete Gebiete wie zum Beispiel das Gebiet um die Seestadt Aspern oder entlang der U1-Verlängerung in Favoriten. Hier wird gerade sehr viel gebaut. Die Stadt verändert sich hier sehr schnell, weshalb der Stadtplan aktuell gehalten werden muss. Im Wienerwald hingegen verändert sich vergleichsweise wenig", erklärt Mario. Die Mehrzweckkarte wird alle drei Jahre komplett überarbeitet. In den Stadterweiterungsgebieten sind die Aktualisierungsintervalle geringer.

Mario vor der Wien-Karte in seinem Büro. Die Karte ist in ein 500 mal 500 Meter großes Raster geteilt. Die Stecknadeln auf den Rasterflächen zeigen, wie aktuell die Bilder vom Planquadrat sind. © PID/Markus Wache

Mit den Luftbildern wird nicht nur die Mehrzweckkarte aktualisiert, mit ihnen wird auch das Orthofoto, ein entzerrtes Luftbild, erzeugt. "Bei der Aufnahme eines Fotos aus der Luft kommt es zu einer perspektivischen Verzerrung der Bildinhalte. Deshalb müssen die Luftbilder, bevor sie im Stadtplan lagerichtig dargestellt werden können, geometrisch entzerrt werden", erklärt Mario. "Die entzerrten Luftbilder werden Orthofoto genannt. Sie sind eine geometrisch korrekte Grundlage, auf denen auch Distanzen gemessen werden können." Für die Berechnung des Orthofotos wird ein digitales Geländemodell verwendet. "Heute übernimmt diese Arbeit der Computer", sagt Mario. Manche Funktionen der Software, die auf einem Hochleistungsrechner der MA 41 läuft, ähneln einem Bildbearbeitungsprogramm. So kann, ähnlich wie bei Photoshop, der Algorithmus Kanten erkennen und dem Bildsturz entgegenwirken. Der Bildsturz ist durch Linsenverzerrung und Perspektive bedingt und in der Bildmitte bei Gebäuden noch vergleichsweise gering. Während die Gebäude in der Bildmitte als Draufsicht abgebildet sind, kippen die Gebäude am Bildrand scheinbar weg und statt des Dachs ist auch die Fassade zu sehen. Stehen mehrere Bilder eines Abschnitts zur Verfügung, kann die Software aus den einzelnen Bildmitten ein neues Bild mit geringen Bildstürzen zusammensetzen.

Ein Luftbild besteht aus mehreren Einzelfotos, die vom Computer zusammengestellt werden. Um den Bildsturz zu vermeiden, wird von jedem Einzelbild nur die Bildmitte genommen. © PID/Markus Wache

Um Bildstürze zu vermeiden und einheitliche Luftbilder zu erzeugen, wird einiges an Rechenleistung vom Computer benötigt. 16 Terabyte Bilddaten liefert die Kamera aus dem Flugzeug, jedes Einzelfoto ist im Roh-Format um die 2,5 Gigabyte groß. Zum Vergleich: Auf eine Blu-Ray-Disc mit 25 Gigabyte Speicherplatz passt ein Hollywood-Blockbuster in Hochauflösung. Möchte man die Scheiben aber für die Archivierung eines Bildflugs nützen, würden gerade einmal zehn Fotos auf eine Disc passen.

Mindestens 72 Stunden arbeiten die zwölf Prozessorkerne des eigens dafür abgestellten Hochleistungsrechners der MA 41, bis die Aufnahmen eines Bildflugs für den Stadtplan aufgearbeitet sind. Anschließend werden die entzerrten Bilder von Mario nochmal kontrolliert: "Die Software arbeitet prinzipiell sehr gut, an manchen Stellen kann das Ergebnis aber optimiert werden. Da ist die menschliche Qualitätskontrolle wichtig." Besonders bei hohen Gebäuden wie dem DC Tower oder auch bei Brücken kann durch manuelle Bearbeitung das fertige Orthofoto stark verbessert werden. "Da kann es schon sein, dass benachbarte hohe Gebäude durch die von der Software automatisch ausgewählten Bildausschnitte aufeinander zufallen. Das kann ich aber leicht mit ein paar Klicks korrigieren."

Mehrzweckkarte und Orthofoto sind Basisdaten für den Stadtplan auf wien.at. Der Online-Stadtplan ist seit 2001 kostenlos abrufbar und bietet inzwischen eine Fülle von Informationen. Im Stadtplan sind die exakte Lage von Straßen, Häusern und Grünflächen in der Stadt ersichtlich. Im Online-Stadtplan sind aber auch Inhalte anderer Abteilungen wie zum Beispiel die Standorte von Spielplätzen oder Wasserspendern bis hin zu Flächenwidmungsplänen oder der exakten Lage der Kurzparkzonen eingezeichnet. Die Datensätze werden laufend erweitert. Zuletzt sind die Standorte aller, mehr als 320 Spielplätze in Wien dazugekommen. Im Stadtplan können neben aktuellen Daten auch alte Stadtpläne mit der aktuellen Situation verglichen werden. Die Nutzung dieses Geodatenschatzes ist für alle Wienerinnen und Wiener kostenlos.

"Im Rahmen der Open-Government-Data-Initiative der Stadt Wien stellen wir unsere flächendeckend für Wien vorhandenen Geobasisdaten - darunter auch die Mehrzweckkarte und das Orthofoto - kostenfrei für alle Bürgerinnen und Bürger zum Download zur Verfügung", sagt Mario. Die Daten können über den Download-Service auf der Webseite der Geodatenviewer der Stadtvermessung Wien oder über das OGD-Portal der Stadt unter www.data.gv.at kostenfrei heruntergeladen werden.

Ein Erinnerungsstück aus Marios Lehrlingszeit. Diese Steuerplatine stammt aus einem Orthofotoprojektor. Mit dem Gerät wurden analoge Luftaufnahmen entzerrt. Heute erledigt alles der Computer. © PID / Markus Wache

Der allererste Bildflug über Wien wurde 1938 gemacht. Bis in die 1980er-Jahre wurde bei der MA 41 noch weitgehend analog gearbeitet. Analoge Luftbilder konnten mittels Stereoautograf, ein komplexes mechanisches Messinstrument, für die Stadtkarte ausgewertet werden. Daraus eine Gesamtkarte der Stadt zu erstellen, war aber sehr aufwendig. Orthofotos wurden damals noch mit sogenannten Orthofotoprojektoren erstellt. Die partielle Entzerrung des Luftbildes wurde dabei mit Unterstützung eines Geländemodells prozessrechnergestützt mit optischen Elementen durchgeführt. In den 1980er-Jahren kamen erste elektronisch unterstützte Geräte auf, die aber noch mit analogen Bildern arbeiteten. Erst seit Mitte der 1990er-Jahre haben Computer ausreichend Rechenpower, um für die Photogrammetrie - also die Auswertung der Aufnahmen für die Vermessung - eingesetzt zu werden. "Ich habe 1989 bei der MA 41 als Lehrling angefangen, am Übergang von analogen und analytischen zu digitalen Systemen. Die ersten Karten habe ich noch an Geräten mit Kippschaltern und Drehreglern erstellt. Ab 1995 gab es dann die ersten UNIX-Computer und die ersten digitalen Karten", erinnert sich Mario.

Der nächste Bildflug steht bereits in den Startlöchern. Dieses Jahr sollen Luftbild-Flüge ab Mitte März bis Anfang Mai an Tagen mit schönem, wolkenlosem Wetter stattfinden.

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