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Geological Mobile Digital Mapping (2021-2024)

vielfältig.nachhaltig.digital

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

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GeoMoDiM

September 2021 | Die geologische Kartierung wird digital. Die klasische 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.

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:

 
Höhere Auflösung der Einzelteile
 
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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.

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.

 

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Februar 2022 - QField Umgebung

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.

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.

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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.    

 

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