Autorin: Aude Camus
Singapur, das flächenarme und am zweitdichtesten bevölkerte Land der Welt, hat eine signifikante Entwicklung vertikaler Gebäude und Infrastrukturen erlebt, um dem Mangel an horizontalem Raum gerecht zu werden. Somit ist eine effektive Nutzung der Flächen entscheidend für die Entwicklung des Landes. Um die Landflächenressourcen zu optimieren und das wirtschaftliche und soziale Wachstum zu fördern, initiierte die Singapore Land Authority (SLA) 2012 das erste landesweite 3D-Kartierungsprogramm, um das gesamte Land mit schnellen Datenerfassungstechnologien zu kartieren. Das Projektteam kartierte mobil Luft- und Straßendaten und stellte 2014/2015 die erste nationale 3D-Karte von Singapur bereit. Die 3D-Karte wurde von Regierungsbehörden bei der Formulierung ihrer Richtlinien, der Planung, dem Betrieb und dem Risikomanagement eingesetzt. In einem dynamischen Land mit rasanter Entwicklung und komplexer Flächennutzung reicht die Momentaufnahme von 2014/2015 jedoch nicht mehr aus, um die Bedürfnisse der Regierung und der Interessengruppen zu erfüllen.
Eine landesweite Open-Source-Initiative zur 3D-Kartierung
Im Jahr 2019 initiierte SLA eine zweite Kartierung, um die Veränderungen im Laufe der Zeit zu erfassen und die ursprüngliche Karte mit verbesserter Genauigkeit zu aktualisieren und so die dynamische urbane Entwicklung des Landes widerzuspiegeln. Die Arbeiten umfassten die Durchführung von Katastervermessungen, die Verwaltung und Sicherstellung der genauen Positionierung der nationalen Infrastruktur und die Erstellung einer aktuellen nationalen digitalen 3D-Karte. Das Projekt erforderte eine Luftbildkartierung des gesamten Landes und eine mobile Straßenkartierung aller öffentlichen Straßen in Singapur. Neben der Erfassung der Daten und der Erstellung der aktualisierten Karte verfolgte SLA das Ziel, die Karte nach dem Motto „einmal erfassen, von vielen nutzen lassen“ so zugänglich wie möglich zu machen und sie als quelloffene 3D-Landeskarte für Projekte von Regierungsstellen, Behörden und Beratern bereitzustellen. „Wir begrüßen das offene Standardaustauschformat und die einmal entwickelten Daten, die dann von vielen genutzt werden können“, so Hui Ying Teo, leitender Vermesser bei SLA.
Datenverarbeitung, Interoperabilität, Sicherheit und Nachhaltigkeit
Mit groß angelegter, urbaner digitaler Datenerfassung und Reality Modeling stellte das Projekt eine große Herausforderung für die Datenerfassung und -verarbeitung dar, die durch Schwierigkeiten bei der Interoperabilität der Daten zwischen zahlreichen Behörden, die unterschiedliche Altsysteme verwenden, noch verstärkt wurde. Aus Gründen der nationalen Sicherheit musste das gesamte Projekt außerdem innerhalb eines sicheren Verarbeitungsstandorts verwaltet, aber dann in einer cloudbasierten Umgebung bereitgestellt werden, um Regierungsbehörden und Infrastrukturprojekte zu unterstützen. Mit einer langfristigen und nachhaltigen Vision versuchte SLA, ein Realitätsraster der aktuellen Bedingungen zu erstellen, indem Luftbilder und Punktwolkendaten durch lokale Offline-Verarbeitung integriert wurden, um eine genaue und zuverlässige 3D-Karte zu erstellen, die dann über eine Open-Source-Plattform zugänglich gemacht und im Laufe der Zeit kontinuierlich aktualisiert werden konnte.
Als staatliche Kartierungsbehörde steht SLA kontinuierlich vor der Herausforderung, große nationale Datensätze zu generieren, zu verwalten und freizugeben, was Investitionen und die Wartung einer fortschrittlichen IT-Infrastruktur für Kartierung, Modellierung und kooperative Arbeitsabläufe erfordert. „Andere Anwendungen, die nicht von Bentley stammen, wurden geprüft, waren aber nicht in der Lage, den Umfang des Projekts zu bewältigen“, erklärte H. Y. Teo. SLA erkannte, dass für das Projekt integriertes Reality Modeling und mobile Kartierungstechnologie benötigt wurden, um die umfangreichen Daten aus mehreren Quellen sicher zu einem nachhaltigen landesweiten, dynamischen, digitalen 3D-Zwilling zu verarbeiten, der in einer kontrollierten, cloudbasierten Umgebung für die Regierung und die Interessengruppen zugänglich ist.
Nutzung der 3D-Reality-Modeling- und Kartierungstechnologien von Bentley
SLA nahm über einen Zeitraum von 41 Tagen mehr als 160.000 HD-Luftbilder auf und wählte ContextCapture, um sie zu einem landesweiten 3D-Realitätsraster mit einer Genauigkeit von 0,1 Metern zu verarbeiten. Mithilfe von Orbit 3DM wurden über 25 Terabytes lokaler Straßendaten in das Modell integriert und auf Grundlage des Modells ein nachhaltiger, landesweiter digitaler Zwilling erstellt, der über eine sichere Open-Source-Plattform verfügbar ist. Die Verarbeitungsleistung, Interoperabilität und Flexibilität der Bentley-Anwendungen erleichterten die Erstellung des ersten landesweiten 3D-Realitätsrasters und ermöglichte es SLA, erfolgreich einen kontrollierten Zugang in einem benutzerfreundlichen Format bereitzustellen, um verschiedene Anwender und deren Anforderungen zu bedienen. „Die Stärke von Bentley im Bereich der Interoperabilität ermöglicht die Erstellung eines 3D-Rasters, das für die Visualisierung oder Analyse mit 3D-Software, 3D-GIS oder Webanwendungen optimiert ist“, so H. Y. Teo weiter.
Der Einsatz von ContextCapture bot die Flexibilität, lokal oder über die Cloud zu arbeiten und mit Multi-Engine-Verarbeitung effizient sehr große Datenmengen zu verarbeiten. Die Integration von Orbit 3DM half SLA bei der Entwicklung einer vernetzten Datenumgebung, die das nationale 3D Reality Mapping von Singapur vorantrieb und so einen digitalen Kontext und digitale Workflows zwischen verschiedenen Behörden mit Zugriff auf eine einzige genaue, zuverlässige und konsistente Datenquelle unterstützt. „Bentley Orbit 3DM ermöglicht die Verwaltung des großen Volumens an Punktwolken und Bildmaterial sowie die gemeinsame Nutzung von Daten mit anderen Anwendern durch skalierbare Cloud-Ressourcen, um das von SLA festgelegte langfristige und nachhaltige Kartierungsprogramm zu unterstützen“, so H. Y. Teo.
SLA nutzte die Anwendungen von Bentley und lieferte ein genaues 3D-Realitätsraster, um einen Durchbruch bei der Kartierung im nationalen Maßstab zu erzielen. Das Raster kann kontinuierlich mit 3D-Gebäude- und Verkehrsmodellen, maschinellem Lernen und künstlicher Intelligenz erweitert werden und bietet den Rahmen für die Entwicklung eines digitalen Zwillings.
Digitaler Zwilling beschleunigt intelligente nationale Entwicklung
Im Vergleich zu herkömmlichen topographischen Vermessungen führte die nationale Luftbild- und mobile Straßenkartierung zu erheblichen Einsparungen. SLA rechnete mit einmaligen Kosten in Höhe von 35 Millionen SGD (ca. 22,9 Millionen EUR), um das gesamte Land mit konventionellen Methoden zu kartieren. Durch den Einsatz von Bentley-Anwendungen konnten jedoch 29 Millionen SGD (ca. 18,9 Millionen EUR) eingespart und das landesweite 3D-Realitätsraster in nur acht Monaten erstellt werden, im Vergleich zu den ursprünglich benötigten zwei Jahren bei Anwendung traditioneller Methoden. Die Umsetzung der Digitalisierungsstrategie „einmal erfassen, von vielen nutzen lassen“ bietet der Regierung ein jährliches Einsparungspotenzial von mindestens 13 Millionen SGD (ca. 8,5 Millionen EUR), wenn man von einem Aktualisierungszyklus alle drei Jahre ausgeht. „Digitaler Kontext, z. B. durch das landesweite Realitätsraster-Modell, ermöglicht Behörden, die an demselben Projekt arbeiten, Zugriff auf 3D-Informationen und gleichzeitig die gemeinsame Planung und Überprüfung der Eingaben der jeweils anderen“, so H. Y. Teo. Die Open-Source-Lösung für digitale Kartierung vereinfacht neue kooperative Workflows und erhöht die Verfügbarkeit von Karten im nationalen Maßstab um 60 %, was eine frühzeitige Planung innerhalb eines kürzeren Zeitraums zu geringeren Kosten ermöglicht.
Die nationale 3D-Kartierung von SLA ist ein Wegbereiter für die digitale Transformation und Entwicklung Singapurs zu einer intelligenten, belastbaren und nachhaltigen Nation. Das Realitätsraster, das durch die Attribute von Gebäude- und Verkehrsmodellen ergänzt wird, erhöht die Intelligenz des Modells als digitaler Zwilling Singapurs, um zentrale 3D-Funktionen für Analyse, Automatisierung und Visualisierung zu unterstützen. Die Vision des digitalen Zwillings von Singapur ist eine nachhaltige Vision mit der festen Aufgabe, die Anlagen der Stadt zu erfassen und zu aktualisieren, die unbegrenzten immateriellen Vorteile der Digitalisierung zu erschließen und die intelligente nationale Entwicklung voranzutreiben. „Das umfassende Softwarepaket von Bentley bietet die Möglichkeit, digitale Geodaten effektiv zu verarbeiten, zu verwalten, zu bearbeiten und gemeinsam zu nutzen, wodurch die digitale Transformation von SLA unterstützt wird und der Fantasie keine Grenzen gesetzt sind“, so H. Y. Teo abschließend.
Aude Camus, Senior Solution Marketer, Bentley Systems
Bild: Bentley Systems