Original paper

Historical 4D City Model of the Free and Hanseatic City of Hamburg - Automated Generation and Presentation within the Google Earth Engine

[Historisches 4D-Stadtmodell der Freien und Hansestadt Hamburg - Automatisierte Generierung und Darstellung innerhalb der Google Earth Engine]

Keller, Friedrich; Sänger, Jérome; Kersten, Thomas; Schiewe, Jochen

Abstract

Current 3D city models are already worldwide available for many cities. However, the production of historical city models is still in the beginning, i.e. so far only for a small number of cities a historical city model has already been developed. In this contribution a procedure is presented, that combines different data sources in order to derive individual 3D city models of different time epochs by the example of the Free and Hanseatic City of Hamburg. A wooden model of the city from the year 1644 and an official map from 1859 have been used as a basis for the generation of the 4D city model of Hamburg. The model at a scale of approx. 1:1000 was scanned in 3D by the fringe projection system ATOS I from GOM. From the produced point cloud buildings were generated automatically in an adjustment using the roof points, whereby over 80% of the simple buildings were recognized and generated in 3D with the assistance of the building ground plans, which were derived from the point cloud. However, more complex buildings such as churches had to be still modelled manually. In the second part of the work the building ground plans were digitized from the map of 1859, which were combined afterwards with height information from plans, photos, designs and paintings for 3D modelling. The two generated city models were geo-referenced using some church ground plans, which changed only little through the centuries. From these two epochs further epochs (1200, 1400, 1589 and 1700) were derived using different historical bird's-eye views (isometric views) of the city. For the visualization of the 4D city model in Google Earth a program was developed using the Google Earth Application Programming Interface, which allows the navigation in the 4D city model with its six epochs and the representation of meta data (e.g. emergence, description, history, etc.) for individual objects.

Kurzfassung

Aktuelle 3D-Stadtmodelle gibt es weltweit bereits von vielen Städten. Jedoch steht die Erstellung von digitalen historischen Stadtmodellen noch in ihren Anfängen, d.h. bisher gibt es nur vereinzelt Städte, für die ein historisches Stadtmodell erstellt wurde. In diesem Beitrag wird ein Verfahren vorgestellt, bei dem unterschiedliche Datenquellen miteinander verknüpft werden, um daraus einzelne Stadtmodelle verschiedener Zeitpunkte (Epochen) am Beispiel der Freien und Han sestadt Hamburg abzuleiten. Als Grundlage für das Hamburger 4D-Stadtmodell wurden ein Holzmodell der Stadt, das das Jahr 1644 zeigt, und eine amtliche Karte von 1859 ausgewählt. Das Modell im Maßstab von ca. 1:1000 wurde durch ein Streifenprojektionssystem ATOS I von GOM 3D erfasst. Aus der mit ATOS erzeugten Punktwolke wurden die Gebäudemodelleüber die Dachpunkte in einer Ausgleichung automatisch generiert, wobei mithilfe der aus der Punktwolke abgeleiteten Grundrisse über 80% der einfachen Gebäudemodelle erkannt und in 3D erstellt wurden. Allerdings mussten komplexere Gebäude wie Kirchen noch manuell modelliert werden. Im zweiten Teil der Arbeit wurden aus der Karte von 1859 die Gebäudegrundrisse digitalisiert, die im Anschluss daran zur 3D-Modellierung mit Höheninformationen aus Plänen, Fotos, Zeichnungen und Gemälden verknüpft wurden. Die beiden generierten Stadtmodelle wurden dannüber einige Kirchengrundrisse, die sich im Laufe der Jahrhunderte wenig verändert haben, georeferenziert. Aus diesen beiden Epochen wurden aus verschiedenen historischen Vogelperspektiven (Isometrische Ansichten) die Objekte weiterer Zeitpunkte (1200, 1400, 1589 und 1700) abgeleitet. Zur Visualisierung des 4D-Stadtmodells in Google Earth wurde mithilfe des Google Earth Application Programming Interfaces ein Programm entwickelt, das die Navigation durch das 4D-Stadtmodell mit seinen sechs Epochen und die Darstellung von Metadaten (z. B. Entstehung, Beschreibung, Geschichte, usw.) zu den einzelnen Objekten ermöglicht.

Keywords

4dcadmodellierungpunktwolkestadtmodellstreifenprojektionvisualisierung