GeoMoDiM
Geological Mobile Digital Mapping (2021-2024)
Mario Valdivia Manchego
Geländeaufnahmen sind in den Geowissenschaften, wie in anderen Fachbereichen, die die Geosphäre untersuchen, ein zentrales Element des Curriculums und der Berufsqualifikation. Im Vordergrund steht hier, im Unterschied zu Exkursionen, die eigenständige Erfassung von Informationen, die nur vor Ort beobachtet und interpretiert werden können. Derzeit erfolgen Geländeaufnahmen ganz oder teilweise über paper pencil Verfahren und werden ergänzt durch digitale Messergebnisse (outdoor). Erst ein zwei-ter Schritt (indoor), führt zur integrierten Datenanalyse und Digitalisierung. Diese bisherige Trennung von Geländekampagne und späterer Auswertung möchten wir durch das Konzept des simultanen Arbeitens neu gestalten. Geländearbeitskonzepte sollen den Einsatz mobiler Endgeräte (Tablets) für die vielfältigen Aufgabenstellungen, wie z.B. Datenvisualisierung und Übertragung, georeferenzierte Kartenskizzen, Bilddokumentation und Datenintegration vor Ort, sicherstellen. Ebenso soll durch die Vernetzung der Endgeräte über das Mobilfunknetz erstmalig eine online-Interaktion möglich werden. Ziel ist es bis zu 20 Teams im Gelände simultan über webbasiertes cloud-computing an gemeinsamen Projekten arbeiten zu lassen. Die Live-Interaktion mit Studierenden, die nicht vor Ort sein können und Studierende mit Handicap, soll erreicht werden.
Der Einsatz in der Lehre ist in der ersten Phase ab dem WiSe 21/22 vorgesehen. Durch unsere Erfahrungen aus dem Medieneinsatz laufender Veranstaltungen, insbesondere in COVID-19 Zeiten, kann das innovative Konzept in einer Pilotphase rasch implementiert und in bestehende Modulstrukturen eingebettet werden. Vorgesehen ist der Transfer in Fachbereiche, die ähnliche Geländearbeiten im Curriculum aufweisen.
Geologische 3D‐Modelle stellen die räumlichen Zusammenhänge der geologischen Strukturen im Untergrund dar. Raumzeitliche Modelle können tektonische und sedimentologische Entwicklungen auf eine quantitative Art beschreiben helfen. Die Komplexität geologischer Strukturen wird durch Raummodelle des Untergrundes verständlicher und überwindet zugleich die Grenzen der klassischen 2D Ansätze von geologischer Karte und Profilschnitt. Die geologische Geländearbeit ist zum Verständnis der Modellierschritte von essentieller Bedeutung in der Lehre. Neben der digitalen Eingabe im Gelände sollen Verfahren der cloudbasierten Kommunikation zwischen Teams vor Ort und indoor-Arbeitsplätzen möglich werden. Dadurch eröffnen sich neue Perspektiven, die es auch ermöglichen Studierende mit Handicap den Zugang zu diesen outdoor-Veranstaltungen zu erleichtern.
Mario Valdivia Manchego
3D Modelle von Gesteinsproben
März 2024
Gesteinsproben zeigen wichtige Details, die für die Interpretation von geologischen Strukturen von Bedeutung sind. Photogrammetrische Aufnahmetechniken werden optimiert um möglichst hochauflösende Modelle bei reduziertem Datenbedarf zu erhalten. Diese Modelle sollen ab Herbst 2024 in der Lehre eingesetzt werden, um einen digitalen Gesteinsvergleich - auch im Gelände - zu ermöglichen.
Geländeübung im Modul MG 42- Angewandte geologische 3D-Modellierung
Dezember 2023
Studierende des Master-Studiengangs Geologie sind im Rahmen einer Geländekampagne des Moduls MG 42 in Schuld im Ahrtal unterwegs. Dort nehmen sie fotographisch Aufschlüsse mit tektonischen und sedimentären Strukturen durch Drohnenbefliegung und Handys auf. Die Gruppen bekommen die Gelegenheit erstmalig selbständig mit den Drohnen zu fliegen.
Die Bilddokumentation aus dem Gelände steht dann allen Gruppen zur Verarbeitung und Modellerstellung mithilfe Reality Capture zur Verfügung. Darüber hinaus werden die berechneten 3D-Modelle zukünftig zur Digitalisierung und Interpretation der tektonischen und sedimentologischen Ausprägungen in MOVE genutzt.
GeoBerlin 2023
September 2023
GeoMoDiM wird im Rahmen der GeoBerlin 2023 zum ersten Mal für eine größeres Publikum präsentiert. Die Präsentation wird durch ein Poster unterstützt.
Strukturgeologische Aufnahme - Digital
Juni 2023
Über 40 Studierende des zweiten Fachsemesters Geowissenschaften haben in 14 Gruppen eine strukturgeologische Geländeaufnahme digital durchgeführt. Auf der Grundlage der visualisierten Daten der Vorjahre, Höhenmodelle und und topographische Karten wurde der strukturgeologische Datensatz weiter verdichtet. Didaktisch relevant war das Zurückgreifen auf bestehende Datensätze und ein gezieltes Überprüfen und Vervollständigen der vorliegenden Information. Erstmals wurde Bildmaterial aus dem Gelände georefenrenziert und über das QField Projekt abgelegt. Strukturgeologische Daten wie auch die Bilddokumentation stehen nun allen Gruppen für eine abschließende Analyse zur Verfügung. Der Einsatz hat gezeigt, dass alle Funktionalitäten nun für die Verwendung in der Lehre ausgereift sind.
Start ins Jahr 2023
Januar 2023
Die Studierenden gehen selbständig ins Gelände und erheben in ihren jeweiligen Bereichen, die für das eigene Projektkonzept, notwendigen Daten. Darüber hinaus werden die Möglichkeiten der Kommunikation ausgelotet. Über die Möglichkeiten einer WhatsApp-Gruppe hinaus rücken weitere Kommunikationswege in den Fokus: Ein erster Schritt hin zur Einbindung von Studierenden mit Handicap, die als Unterstützer von Zuhause den Teams im Gelände helfen. Mit dieser Idee als Hintergrund werden die Verbindungen der Tablets sowie die Erreichbarkeit der Studenten im Gelände abgeschätzt.
Zusätzlich dazu wurden mehrere Orte erneut mit der Drohne beflogen um die Grenzen der Photogrammetrie genauer abschätzen zu können:
Bei jedem Modell treten aufgrund der Vegetationen und der unterschiedlich starken Belichtung Defekte auf, die sich in gewissem Maße beheben lassen. Diese Beobachtungen werden in Zukunft bei der Auswahl der möglichen Einsätze der Drohne berücksichtigt.
Rückblick auf das Jahr 2022
Dezember 2022
Der Einsatz des mobilen GIS im Rahmen der Kartierungsübungen in Spanien und Geländeübungen in der Umgebung von Bonn, die online Komunikation vor Ort und Datenerhebung durch Drohnenbefliegung und Ableitung von 3D-Modellen sind gemeinsam mit Cloud-basierten Ansätzen zur online Datenverarbeitung wesentliche Neuerungen, die nun im Rahmen verschiedener Module eingeführt wurden. Diese Erfahrungen fliessen auch in die Neukonzeption des geologischen Mastermoduls MG42 "Angewandte 3D-Modellierung" mit ein, dort werden geologische 3D-Modelle, die durch photogrammetrische Bildanalyse aus Drohenbefliegungen mit Reality Capture von Capturing Reality gerechnet werden, ein zentrales Element sein. Die Erfahrungen mit den inzwischen erprobten Komunikationsverfahren und Dataclouding-Ansätze soll nun in konkrete Ansätze für die Verbesserung der Studierbarkeit für Studierende mit Handicap münden. Ebenso ist für das letzte Quartal der Erfahrungstransfer, zunächst in die Bodenkunde und die Botanik, vorgesehen.
Vorbereitung des neuen Jahres
November 2022
Im Rahmen einer kleinen Feldkampagne des Moduls BP80 - Geologische Geländemethoden - wird den Studenten die Möglichkeit gegeben sich eigene Messverfahren zu überlegen und wie diese in QField umgesetzt werden können. Dabei werden Daten aus den Bereichen der Sedimentologie, Strukturgeologie, Hydrogeologie, geogener Radioaktivität und Geochemie jeweils unterschiedlich in QField eingetragen. Dies stellt einen ersten Test, über die "klassischen" Kartierungsdaten (Einfallswert, Einfallrichtung, Linien und Polygone) hinaus, dar.
Ebenfalls steht nun die Software Reality Capture von Capturing Reality zur Berechnung der Modelle zur Verfügung und wird zukünftig für die Verarbeitung der Drohnendaten aus dem Gelände genutzt.
Evaluation Kartierungsübung
Oktober 2022
Die Anpassung der Möglichkeiten zur Eintragen von Stratigraphischen Daten, die Verbesserung der Symbolik sowie eine größere Flexibilität zur Nutzung des Projektes, um unterschiedlichen Kartierphilosphien gerecht zu werden, sind nun das Ziel. Ebenso soll eine andere Möglichkeit zur Nutzung größerer Kartenmaterialien gefunden werden, die es ermöglicht nur die Layerdaten der Kartierung zu synchronisieren, sodass die Verarbeitung der Daten auf den Tablets schneller wird.
Zusätzlich dazu beginnt die genauere Berechnung der aufgenommenen Modelle sowie die Ergründung weiterer Schritte zur Nutzung der Modelle im geowissenschaftlichen Hintergrund.
Kartierung in/um Pont de Suert
September 2022
Aufgrund einiger Schwierigkeiten mit den mobilen Daten wurde von der Nutzung von QField-Cloud auf die Nutzung der analogen Synchronisation umgeschwenkt. Jedoch hinderte dies die Studenten nicht daran die neue Möglichkeit der Kartierung zu erkunden, zu testen und wertvolles Feedback zur Anlegung der Projekte zu geben. Nach den anfänglichen Startschwierigkeiten fanden sich die Studenten schnell zurecht und fragten sich dann, wie man denn "mit Papier kartieren könne?"
Zusätzlich dazu wurden mithilfe der Drohne mehrere kleine und große Aufschlüsse aufgenommen. Diese sind hier auf Sketchfab zu finden:
Einbindung der neuen Drohne
August 2022
Vorbereitung auf die Pyrenäen-Kartierung
Juli 2022
Einbindung von Drohnen
Juni 2022
Erster Einsatz in der Outdoor Lehre
Mai 2022
Planung des ersten Geländeeinsatzes
April 2022
Im Rahmen der Geländeaufnahme zum Modul Geologische Raumstrukturen werden in den gefalteten Schichtenfolgen bei Schuld an der Ahr mit Hilfe der implementierten Verfahren durchgeführt. Die Studierenden des ersten Studienjahres können ihr GIS-Grundkenntnisse nun bei der Aufnahme und Messung geologischer Strukturen einsetzen um direkt vor Ort digitale Daten zu erzeugen. Diese Datensätze gehen im Rahmen der folgenden Lehrveranstaltungen in die digitale Analyse der Strukturen ein.
Wir erwarten von diesem ersten Einsatz hilfreiche Rückmeldungen der Studierenden zur Optimierung der Funktionen, die dann im Vorlauf des folgenden Einsatzes umgesetz werden können. In dieser Phase sind die Eingabegeräte noch nicht im Gelände vernetzt, der Datenaustausch erfolgt bei WLAN Zugang über eine gemeinsame Cloud. Im nächsten Schritt soll über SIM-Karten der Cloudzugang vor Ort und damit auch untereinander ständig möglich sein.
Tutorial-App "GeoMoDiM_Alpha"
März 2022
Erarbeitung der QField-Umgebung
Februar 2022
Eine dieser Apps, die sich in den QGIS-Kosmos eingliedert und somit sowohl open-source als auch kostenlos ist, heißt "QField". Mithilfe dieser App ist es möglich die vorhandenen QGIS Projekte im Gelände zu nutzen und mit dem Plugin QField-Sync für QGIS die veränderten Daten in QGIS zu übernehmen.
Als zusätzliche Erweiterung dazu gibt es die QField-Cloud. Mithilfe dieser ändert sich das Verfahren etwas: Ein in der Cloud gespeichertes Projekt kann von mehreren Bearbeitern in Teams oder alleine bearbeitet werden und die Daten aus dem Gelände direkt in das Projekt übergeben werden. Damit ist eine kooperative Zusammenarbeit im Gelände einfach umzusetzen.
Geländeübung Brohltal 2022
Januar 2022
Testphase im Gelände
Oktober/November 2022
Photogrammetrie
September/Oktober 2021
In einem Neubaugebiet im Brohltal wurden orientierte Fotos geschossen mit deren Hilfe im Anschluss ein 3D-Modell erstellt wurde. Diese Modelle helfen vorhandene Aufschlüsse im Detail festzuhalten und ermöglichen so auch ihre spätere Analyse auch wenn der aufgeschlossenen Bereich nur kurzfristig zugänglich ist. Die Aufschlusssituation im Neubaugebiet ist hierfür charakteristisch, denn nach Baubeginn werden die exponierten Vulkanite nicht mehr sichtbar sein.
Höhere Auflösung der Einzelteile
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