Zukunftsperspektiven

Ch. Eidenbenz

Jules Verne à la carte Freitag, 20.Juni 2080, abends. Die Wetterprognose am Bildschirm ist ausgezeichnet, und ich überlege mir gerade, was ich am Wochenende anstellen könnte, als ein Gongzeichen aus dem Kasten tönt. Ich schalte auf « Telefonempfang » -Köbi grinst mir vom Schirm entgegen. Er möchte noch einmal Skifahren, so zum Abschluss der Saison, und meint, Ruedi und Hans wären sicher nicht abgeneigt. Ich tippe also ihre Telefonnummern ein, und nach einigen Augenblicken sehe ich sie alle drei auf meinem Fernsehschirm. Köbi möchte ins Monte-Rosa-Gebiet, am Samstag in die Betempshütte und am Sonntag über die normale Route zur Dufourspitze über den Grenzsattel zur Zumsteinspitze, mit anschliessender schöner Abfahrt über den Grenzgletscher. Wir sind alle einverstanden. Ruedi hat einige Bedenken wegen des Grenzgletschers. Wir wählen alle die Telefonnummer der Landestopographie-Daten- bank. Auf das Stichwort « Dufourspitze » erscheint der entsprechende Kartenausschnitt. Meine Kollegen sehe ich immer noch, aber jetzt verkleinert, am oberen Rand des Bildschirms. Wir besprechen die Route. Für Ruedi ist sie nicht neu. Er erklärt und weist wieder auf den Grenzgletscher hin. Wir schalten also um und empfangen nun das entsprechende Satellitenbild. Dreimal pro Woche überfliegt ein Satellit unser Land und sendet seine Aufnahmen in die Empfangszen-trale der PTT. Von dort werden sie an die Landestopographie weitergeleitet, in der Datenbank abgelegt und zur laufenden Nachführung der Karte verwendet. Wir haben Glück. Die wunderschöne, farbige Aufnahme ist erst einen Tag alt und zeigt den Gletscher phantastisch. Wir entdecken Abfahrtsspuren. Die aus dem Bild ersichtlichen Spalten werden uns kaum stören. Ruedis Bedenken sind zerstreut. Wir besprechen noch einige Details und verabschieden uns. Einer nach dem andern verschwindet von meinem Bildschirm. Ich gehe meine Sachen packen...

Entwicklungsmöglichkeiten, heute gesehen Die eben beschriebene Episode ist keineswegs utopisch. Satellitenbild und farbiger Bildschirm, Computer und Datenbank sind technische Errungenschaften, die keine Schlagzeilen mehr machen. Die skizzierte Form einer neuen Informationsvermittlung ist heute technisch realisierbar. Allerdings wäre der Aufwand unvorstellbar hoch. Also doch utopisch? Ich glaube nein. Die zukünftigen kartographischen Verfahren werden vor allem durch die unwahrscheinlich rasante Entwicklung in der Elektronik und auf dem Com-putersektor geprägt sein, und ebenso rasant fallen die Preise.

Wir wollen nun die Entwicklungsperspektiven in einigen Bereichen etwas näher betrachten.

Erfassen der « topographischen Rohdaten » Die Landestopographie benützt heute ausschliesslich Luftsenkrechtaufnahmen, die einen ungefähren Bildmassstab von r: 25000 aufweisen. Eine Aufnahme deckt ein Gebiet von etwa 5 x 5 Kilometer. Unter diesen Bedingungen wird ein Quadrat mit 25 Zentimeter Seitenlänge am Boden gerade noch als Bildpunkt mit /ioo Millimeter Seitenlänge abgebildet. Hier liegt etwa die praktische Abbildungsgrenze für diesen Bildmassstab.

Das Entwicklungsschlagwort aufdiesem Gebiet heisst Satellitenaufnahmen. Heute verfügbare Satellitenbilder sind Scannerbilder. Sie stammen nicht aus einer photographischen Kamera, sondern aus einem sogenannten Scanner, der das Gelände mit einem 450 gegen die Erde geneigten, schnell rotierenden Spiegel streifenweise quer zur Flugrichtung abtastet.

Scanner

LANDSAT 3

-185 km Die erfasste Strahlung wird in einem Zeittakt von Photozellen in Spannungswerte verwandelt, die der ankommenden Lichtstärke entsprechen. Eine Bildzeile setzt sich also aus einer Reihe von Bildelementen zusammen. Ein Bild wiederum besteht aus Hunderten von Bildzeilen. Die einzelnen Spannungswerte werden alle per Funk auf die Erde übermittelt und dort u.a. wieder zu Bildern verarbeitet.

Ein Satellitenbild von LANDSAT 3, dem neuesten amerikanischen Erderkundungssatelliten mit einer Flugbahnhöhe von 900 Kilometer, deckt beispielsweise ein Gebiet von 185X185 Kilometer, und ein Auflösungselement misst etwa 70 x 80 Meter. Ein für 1981 geplanter Nachfolger soll eine Bildelementauflösung von 30 x 30 Meter erreichen. Für topographische Karten in unseren Verhältnissen sind jedoch Aufnahmen mit diesen geringen Auflösungen nicht brauchbar.

Neben den Scannern sind auch Versuche mit photographischen Systemen geplant. Ende 1980 soll im Weltraumlabor SPACELAB eine Vermessungskamera mitgeführt werden, die eine Auflösung von 12X12 Meter erreicht.

Über die heute in Umlauf befindlichen amerikanischen und russischen Aufklärersatelliten können nur Vermutungen angestellt werden. Sie operieren ebenfalls mit photographischen Systemen, deren Brennweiten bis gegen 10 Meter betragen dürften. Man schätzt, dass die leistungsfähigsten eine Auflösung von etwa 30 x 30 Zentimeter am Boden erreichen.

Eine weitere Entwicklung zeichnet sich auf dem Gebiet der Radarsysteme ab. Ein Radarauf-nahmesystem hätte den unschätzbaren Vorteil, dass es unabhängig vom Wetter Bilder liefern könnte. Im Rahmen der europäischen Weltraum-organisation ESA wird der Entwicklung eines solchen Systems besondere Priorität eingeräumt.

Geometrische Umwandlung eines Luftbildes in die Kartenprojektions-Ebene Der Topograph sieht in der Luftaufnahme ein Messprotokoll mit einer Unmenge von Messungen. Das Objektiv einer Vermessungskamera ist so korrigiert, dass eine Aufnahme mit mathematischer Genauigkeit eine zentralperspektivische Abbildung des zu vermessenden Geländeausschnittes darstellt. Kennt man die Koordinaten von zwei Aufnahmestandpunkten und kennt man zudem die innere Geometrie der Kamera, so ist es möglich, die Geländekoordinaten eines beliebigen Bildpunktes zu bestimmen, wenn dieser auf beiden Aufnahmen abgebildet ist. Dieses Bestim-mungsprinzip nach Koordinaten ist in den heute benützten Stereoauswertegeräten verwirklicht.

Eine andere Umwandlungsmöglichkeit bietet die Differentialentzerrung. Hier wird das ganze Bild photographisch-geometrisch umprojiziert, so dass aus der photographischen Zentralprojektion eine photographische Orthogonalprojektion entsteht. Eine Photo also, auf der gemessene Winkel und gemessene Strecken genau wie auf der Karte mit der Natur übereinstimmen. Die so entstehende Aufnahme nennt man Orthophoto. Die Umwandlung eines Luftbildes in eine Orthophoto setzt voraus, dass wir die Höhenverhältnisse des Aufnahmegebietes kennen. Wir müssen also in der Lage sein, ein Höhenmodell unseres Geländeausschnittes herzustellen. Nehmen wir also an, wir hätten ein Gipsrelief dieses Gebietes und einen Projektionsapparat. Wenn wir diesen in die richtige Lage zum Relief bringen und unser Luftbild im richtigen Massstab auf das Relief projizieren, so erhalten wir eine wirklichkeitsgetreue dreidimensionale Abbildung. Wir benötigen aber den Grundriss dieser Abbildung. Also zersägen wir unser Relief zunächst in Ost-West-Richtung und dann in Nord-Süd-Richtung in gleichen Abständen und erhalten so eine grosse Anzahl Stäbe mit quadratischem Grundriss und gekrümmter Deckfläche. Diese Stäbe werden nun oben horizontal abgeschnitten und wieder zusammengesetzt. So entsteht ein Stufenrelief.

Projektor

Luftbild

Geländemodell

( Stufenrelief )

Orthophoto

Aufjede Stufe legen wir ein passendes quadratisches Filmstück, bringen unseren Projektor in die richtige Lage und belichten. Wenn wir alle Film-stücke in der richtigen Reihenfolge zusammensetzen, erhalten wir eine Orthophoto. Das Resultat ist um so besser, je feiner wir das Relief zerlegen.

Die modernen Orthophotogeräte werden von einem Prozessrechner gesteuert, der die Höhenangaben in numerischer Form von einem Magnetband einliest. Die Orthophoto wird entsprechend über eine rechteckige Schlitzblende streifenweise auf einen Film aufbelichtet.

Detaillierte Angaben über die Geländeform sind heute für die ganze Schweiz als Höhenkurven auf Karten und Plänen vorhanden. In der gleichen graphischen Form sind Strassen- und Gewässernetz, Gebäude, Wälder usw. auf den Karten gespeichert. Nun ist aber gerade diese Form für die Verarbeitung mit einem Computer denkbar schlecht geeignet, so dass wir gezwungen sein werden, wenn der Trend zur Computerverarbei-tung anhält, alle diese Daten in numerische Form zu bringen, d.h. zu « digitalisieren ». Für die Höheninformation kann man sich ein regelmässiges Netz von Kotenpunkten durch Interpolation aus dem Kurvenbild erarbeiten. Lineare Elemente ( z.B. Strassenaxen ) müssen in Punktfolgen zerlegt und als Koordinatenketten abgespeichert werden. Auch auf diesem Gebiet der Datenerfassung sind Entwicklungen im Gange, die ein auto-matisches Abtasten der Vorlagen ermöglichen sollen. Die Datenflut, die dann auf uns zukommt, kann mit den heutigen Mitteln jedoch noch nicht rationell bewältigt werden. Dies wird erst mit einer nächsten Computergeneration möglich sein.

Noch einmal: Jules Verne Sonntag, 2 t. Juni 2080, nachmittags. Da sitzen wir nun auf dem Grenzgletscher. Nebel und Schneetreiben. Die schöne Spur ist weg. Unsere Orientierung auch. Ruedi setzt den Rucksack ab und holt sein Navigationsgerätchen heraus. Es ist ein wenig grösser und dicker als eine Tafel Schokolade. Das Satellitenbild des Gletschers ist im Bildspeicher abgelegt; auf Ruedi kann man sich in diesen Dingen verlassen. Er schaltet ein, und schon sehen wir das Bild auf dem Miniatur bild-schirm. Zudem blinkt ein kleiner Punkt. Er zeigt unsere Position — oder besser die Position dieses Teufelsgerätchens - an. Durch ein eingebautes Inertialnavigationssystem wird sie mit Meterge-nauigkeit bestimmt. Vor uns muss eine grosse Spalte liegen; also weichen wir nach rechts aus. Ruedi fährt voraus und lotst uns langsam durch den Nebel über den Gletscher hinunter ins Tal, der Beiz und dem Fendant entgegen.