GeoMoDiM
Geological Mobile Digital Mapping (2021-2024)
Das Ziel des Geological Mobile Digital Mapping ist die umfassende Digitalisierung der geowissenschaftlichen Geländeaufnahme, ergänzt durch die Live-Interaktion zwischen den Studierenden durch Einführung mobiler und vernetzter outdoor Endgeräte und Tools.
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
Start ins Jahr 2023
Januar 2023 | Das Jahr startet mit der angesetzten Geländeübung des Moduls BP80 - Geologische Geländemethoden. 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:
- Härtlingsabfolge im Devon: skfb.ly/oDrKp
- Trasshöhlen: skfb.ly/oDrHp
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 | Im Jahr 2022 konnten zahlreiche neue Ansätze im Bereich der Lehre im Gelände bereits zum ersten Mal umgesetzt und getestet werden. 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 | In Vorbereitung auf das neue Jahr werden die ersten Geländeübungen des neuen Jahres angesetzt. 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 | Nach der Verarbeitung der Eindrücke und gesammelten Erfahrungen wird das Feedback der Studenten nach und nach umgesetzt. 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 | Der erste "richtige" Geländetest verlief im großen und Ganzen gut. 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:
Santa Fe - Alins & Bonansa: skfb.ly/oDx77
Santa Fe - Riu Blanc & Alins: skfb.ly/oDzK7
Permotrias [1] - Faltung: skfb.ly/oE7Rt
Permotrias [2] - E' Neril: skfb.ly/oDBtK
Permotrias [3] - Auge: skfb.ly/oDyXN
Turbidite - Arèn: skfb.ly/oDyJZ
Ophit - Castarne: skfb.ly/oE7S9
Castello - Castarne: skfb.ly/oEqCC
Einbindung der neuen Drohne
August 2022 | Zur sichereren Aufnahme wurde für die Kartierung in den Pyrenäen im Rahmen von GeoMoDiM eine DJI Mavic 3 angeschafft. Aufgrund der Sensoren in alle Raumrichtungen eignet sich die Drohne gut für Aufnahmen in der Nähe von Vegetation oder bei uneinsichtigen Stellen. Neben der Einrichtung der Drohne und Einbindung in die vorhandenen Projektinfrastuktur, wird der Austausch zwischen Drohne und Laptop getestet.
Vorbereitung auf die Pyrenäen-Kartierung
Juli 2022 | Im Rahmen der Vorbereitung auf die Kartierung in den Pyrenäen und damit den ersten vollständigen Geländetest der erarbeiteten Umgebung werden die Tablets sowie das Laptop entsprechend eingerichtet. Neben der Einrichtung des QField Projektes für die Kartiergruppen, werden ebenso Standards für Einrichtung dieser in QGIS, sowie die Synchronisierungsvorgänge festgelegt.
Einbindung von Drohnen
Juni 2022 | Nach den ersten erfolgreichen Feldversuchen der Photogrammetrie mithilfe der Tablets werden nun die Kapazitäten der Photogrammetrie mithilfe von Drohnen getestet. Im Rahmen dieser Tests soll neben der Erstellung von qualitativ hochwertigen 3D Modellen ebenso Georeferenzierung und darauf aufbauend 3D Modellierung von geologischen Schichten mithilfe diverser Tools untersucht werden. Die jeweiligen Modelle werden anschließend auf Sketchfab zu finden sein.
Erster Einsatz in der Outdoor Lehre
Mai 2022 | Ende Mai fand der erste Einsatz des neuen Konzeptes im Rahmen einer Geländeübung bei Schuld an der Ahr statt. Über 50 Teilnehmende konnten ihre ersten Erfahrungen mit dem GIS-gestützten Eingabesystem machen. Diese Generalprobe zeigte bei den Studierenden eine durchweg positive Resonanz und half dabei weitere Optimierungsmöglichkeiten zu erkennen.
Planung erster Geländeeinsatz
April 2022 | Die Vorbereitung der ersten digitalen Geländeübung mit Tablet-Unterstützung läuft an. 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 | Um die Einführung in die digitale Geländearbeit für die Studenten zu unterstützen wurde eine App erstellt, die verschiedene Tutorials beinhaltet. Diese Tutorials sollen zum einen als Erweiterung der ersten Einführung im Gelände dienen und zum anderen die Studenten über die dahinterliegenden Prozesse informieren. Ebenso dient diese App dazu, das Wissen festzuhalten um den Studenten ein eigenes Ausprobieren der Möglichkeiten zu gewährleisten. Deshalb sind neben den "Feldtutorials", als kleine Erinnerungen für Abläufe im Gelände, ebenfalls solche für die Aufbereitung der Daten zuhause vorhanden.
Erarbeitung der QField-Umgebung
Februar 2022 | Die verschiedenen Ansprüche an das Kartieren im Gelände können über multiple Applikationen gewährleistet werden. 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 | Erweiterung der Ergebnisse von Oktober/November 2021: Im Austausch mit Studenten während einer Geländeübung werden die geforderten Spezifikationen weiter sondiert. So werden neben dem klassischen Kartieren ebenfalls sedimentologische, hydrogeologische und geophysikalische Aspekte betrachtet um, mithilfe der Erkenntnisse der Studierenden, die Anforderungen an die Anwendungsmöglichkeiten zielgerichtet zu erweitern. Zusätzlich dazu wurden weitere Informationen bezüglich der im Gelände benutzten Geräte eingeholt, sodass die Einsatzmöglichkeiten der Tablet-/Satellitenkonfigurationen vielfältiger werden können.
Testphase im Gelände
Oktober/November 2021 | Geländetests erfüllen in einem ersten Ansatz die Anforderungen an die GPS-Positionsbestimmung, Bildverarbeitung und an geologische Kompassmessungen. Verschieden Gerätekonfigurationen werden miteinander verglichen. Die gewonnenen Daten werden direkt über spezifische Apps gespeichert oder alternativ manuell eingegeben. In diesem ersten Schritt findet eine Visualisierung der Ergebnisse auf den Tablets statt und können somit noch vor Ort überprüft und interpretiert werden. Die Leistungsfähigkeit und Geländetauglichkeit der Hardware wird geprüft.
Photogrammetrie
September/Oktober 2021 | Photogrammetrische Aufnahmen sind besonders geeignet das Raumgefüge geologischer Strukturen an Gesteinsanschnitten zu erfassen. 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.
Modell:
- Gesamt: https://skfb.ly/orMtP
- Teil 1 https://skfb.ly/orBND (links)
- Teil 2 https://skfb.ly/orD6s (mitte)
- Teil 3 https://skfb.ly/orDyy (rechts)
GeoMoDiM
September 2021 | Die geologische Kartierung wird digital. Die klassische Aufnahme im Gelände soll durch digitale Verfahren optimiert werden und innovative Ansätze in der Lehre ermöglichen. Im September konnte das Projekt im Rahmen der vielfätig.nachhaltig.digital Förderung an der Universität Bonn starten. Bereits im Rahmen der geologischen Kartierung im Brohltal wurden erste Geräte- / App- konfigurationen getestet.
