GeoFaceAcquire

Marti Tunnel AG
2017 – 2018

Für die geologische und bautechnische Beurteilung der Tunnelbrust im konventionellen Tunnelvortrieb werden mit photogrammetrischen Methoden hochaufgelöste 3D-Modelle berechnet. Die Aufnahmen werden mit handelsüblichen, qualitativ hochwertigen Kameras durchgeführt.

Zwischen dem Abschluss eines Abschlages und dem Verschluss der Tunnelbrust mit Spritzbeton stehen für diese Aufnahmen jedoch nur wenige Minuten zu Verfügung. Aufgrund der teils sehr schwierigen geologischen Bedingungen muss der Vortrieb der Tunnelbrust manchmal in mehreren Teilsegmenten durchgeführt werden.

Beschreibung

Da für die Fotoaufnahmen des Vortriebs nur wenig Zeit zur Verfügung steht, werden die Aufnahmen direkt durch die Drittelsführer der Baumannschaft durchgeführt. Um die Strukturierung und Ordnung der Aufnahmen zu vereinfachen und zu vereinheitlichen, wurde mit C# die Windows Presentation Foundation (WPF) Applikation GeoFaceAcquire programmiert.

GeoFaceAcquire steht den Drittelsführern auf einem tunneltauglichen Tablet zu Verfügung und kann ausschliesslich über Touch-Befehle bedient werden.

Über GeoFaceAcquire, einer WiFi-Verbindung welche das Tablet mit der verwendeten Kamera verbindet, und einen JSON-basierten Datenaustausch kann der Drittelsführer die Kamera fernbedienen.

Im Hintergrund der Fernbedienung werden zusätzliche Metadaten (z.B. aktueller Tunnelvortrieb, aktueller Tunnelmeter und allfällige Beobachtungen wie Wassereinbruch) in XML-basierten Dateien abgelegt. Bei der abschliessenden Synchronisation des Tablets und der Kamera stehen die Bilder, Kalibrationsdateien und Metadaten als Paket für die anschliessende 3D-Modellierung zur Verfügung.

Die so erfassten Pakete werden anschliessend über das in den Tunnels zu Verfügung stehende Ethernet-Netzwerk mit dem Baustellenrechner synchronisiert und fliessen in die automatische 3D-Modellierungs-Pipeline ein. Aufgrund der zum Teil schwierigen Situationen kann auch auf die Verwendung der WiFi-Verbindung verzichtet werden. In diesem Fall werden die einzelnen Aufnahmesessionen dann basierend auf den Zeitstempeln und konfigurierbaren Vorgaben strukturiert und ebenfalls für die 3D-Modellierung zur Verfügung gestellt.

IREDES-MWD-Datenkonverter

Marti Tunnel AG
2018 – 2019

Basierend auf dem International Rock Excavation Data Exchange Standard (IREDES) werden während des Bohrprozesses (Measurement While Drilling (MWD)) zum Beispiel von Anker, Sprenglöchern oder Erkundungsbohrungen eine grosse Anzahl von unterschiedlichen Parametern des Bohrvorgangs gemessen und gespeichert. Diese Daten beinhalten wertvolle Informationen zur Geologie und zu den bautechnischen Eigenschaften des Felsen.

Um die Daten aus den einzelnen MWD-Messungen zu verwenden können, müssen die XML-basierten Stammdaten der einzelnen Bohrlöcher und die damit verbundenen Messwerte ausgelesen und neu strukturiert werden. Diese Daten können in der Folge in beliebigen (3D-) GIS-Systemen oder anderen Analysewerkzeugen weiterverarbeitet werden.

Beschreibung

Pro Positionierung des Bohrwagens im Tunnel können eine grosse Anzahl von Bohrlöcher der verschiedensten Art, beispielsweise als Anker, für eine Sprengung oder zur Sondierung gebohrt werden. Diese Daten werden über das IREDES-Datenmodell zur Verfügung gestellt. Zusätzlich wird auch die Positionierung des Bohrwagens innerhalb des Tunnels gespeichert.

Über diese Information der absoluten Positionierung und der relativen Koordinaten der einzelnen Bohrlöcher (Start- und Endpunkte) können die einzelnen Bohrlöcher absolut positioniert werden. Mithilfe der Messdaten der MWD-Messungen können anschliessend alle gemessenen Daten (Penetrationsrate, Andruck, Rotationsgeschwindigkeit, …) ebenfalls im 3D-Raum pro Bohrloch positioniert werden.

Diese einzelnen Messungen liegen jeweils nur wenige Zentimeter auseinander und ergeben ein sehr vollständiges Bild über die Felseigenschaften entlang des Bohrlochs, welches für die geologische oder bautechnische Interpretation verwendet werden kann. Zudem liefern weitere Metadaten der Bohrlöcher (z.B. zeitlicher Start und Ende des Bohrprozesses eines einzelnen Bohrlochs) wertvolle Erkenntnisse über den Ablauf der Bohr- und Bauarbeiten.

Neben der reinen Datenkonvertierung und -strukturierung führt die Applikation jedoch noch eine Vielzahl von weiteren Analysen durch. So können über konfigurierbare Bohrlochtypen (z.B. Ankerlöcher, Langbohrungen, Sprenglöcher, Kranzlöcher, …) die einzelnen Bohrlöcher den jeweiligen Typen zugeordnet werden. Weitere Analysewerkzeuge erstellen Protokolle der durchgeführten Bohrungen entlang der Tunnelachsen und generieren weitere statistische Kennwerte.

Topologie-Werkzeuge Adobe Illustrator

Digikarto
2013 – 2014

Die Karten des Geologischen Atlas der Schweiz 1:25’000 (GA25) zählen zu den komplexesten thematischen Kartenwerken, die aktuell erstellt werden. Sie werden analog in einem aufwendigen Offsetdruck-Verfahren mit 16 einzelnen Druckfarben gedruckt. Digital stehen die Daten als komplexe GIS-Datensätze zur Verfügung.

Die hohen Anforderungen an die Datenausgabe verlangen daher eine sehr hohe Qualität der erfassten Grundlagendaten mit einer absolut fehlerfreien Topologie der erfassten Vektordaten. GeoIdee programmierte ein Plugin für Adobe Illustrator, mit dessen Hilfe topologische Fehler automatisch aufgespürt werden können.

Beschreibung

Für die räumliche Erfassung von Vektordaten werden am Allgemeinen Geografische Informationssysteme (GIS) verwendet. Diese Systeme sind zwar sehr effizient in der Verwaltung von Sachdaten, aber sehr schwach, was die schnelle und intuitive Datenerfassung betrifft.

Für die Datenerfassung des GA25 wurde von der Partnerfirma Digikarto die Arbeits- und Datenprozessierungsmethode Digimap entwickelt, die auf dem Vektorprogramm Adobe Illustrator und der geografischen Erweiterung MapPublisher basiert.

Adobe Illustrator stellt eine einzigartige Umgebung für die Erfassung und Bearbeitung von Vektordaten zur Verfügung. Trotz der sehr ausgeklügelten Werkzeuge von Illustrator fehlen aber Werkzeuge für die Kontrolle der Topologien der erfassten Vektoren. Um einen in sich perfekten Datensatz erstellen zu können, müssen Fehler wie “offene Enden” (dangling arcs), “unnötige Knoten” (pseudo nodes) und “kleinste Abstände” (critical nodes) unbedingt vermieden werden. Bei einer durchschnittlichen Anzahl von 15’000 Segmenten und 5’000 Polygonen eines GA25-Blattes kann das Auffinden solcher Fehler unmöglich manuell durchgeführt werden.

GeoIdee programmierte mit der C++ Programmierschnittstelle von Adobe Illustrator ein spezielles Plugin, dessen Werkzeuge (Dangling Arcs, Pseudo Nodes, Critical Nodes und Automatic Snapping) grosse Datensätze wie den GA25 analysieren und schnell auf topologische Fehler prüfen können.

Die aufgefundenen Fehler werden in einer separaten Ebene der Illustrator-Datei gespeichert und der Benutzer kann die einzelnen Fehler dann sequentiell bearbeiten. Aufgrund der zum Teil sehr komplexen geometrischen Verhältnisse wurde auf eine automatische Fehlerbehandlung verzichtet.

Weiterführende Informationen

Abgleich Gewässernetze mit NetworkJoiner

Bundesamt für Umwelt BAFU
2015 – 2018
In Zusammenarbeit mit Digikarto

Eine Vielzahl von Fachinformationen werden als Punkt- und Linienereignisse an geroutete und kilometrierte Gewässernetze referenziert und grösstenteils von den entsprechenden Fachstellen der kantonalen Verwaltungen erarbeitet. Als digitales Gewässernetz werden zum Teil eigene kantonale Gewässernetze oder das Gewässernetz des Bundes verwendet. Das Bundesamt für Umwelt hat die Aufgabe, diese Fachinformationen der einzelnen Kantone zu sammeln und im Geoportal des Bundes zu publizieren (z.B. Daten zur Ökomorphologie der Gewässer).

Um die Daten zwischen den einzelnen digitalen Gewässernetzen austauschen zu können, müssen die jeweiligen Gewässernetze miteinander verglichen werden. Diese Netzwerkvergleiche und resultierende Relationen gestatten dann einen möglichst verlustfreien Übertrag der jeweiligen Fachinformationen vom ursprünglichen auf ein anderes Gewässernetz.

Beschreibung

Für die Übertragung von Punkt- und Linienereignissen von einem Ursprungs-Gewässernetz auf ein neues Ziel-Gewässernetz (z.B. von einem kantonalen auf das eidgenössische Gewässernetz) müssen identische Gewässerabschnitte ermittelt werden. Nur in den wenigsten Fällen reicht dafür ein einfaches Vergleichen der Attribute – bei weitaus zahlreicheren Fällen muss die komplette topologische Struktur der beiden Netzwerke miteinander verglichen werden.

Grundsätzlich ähnelt diese Aufgabe damit dem Vergleich von Strassennetzwerken und -topologien, obwohl die Topologie von Gewässernetzen um ein Vielfaches komplexer ist als beispielsweise die von Strassen. Je nach Erfassungsmassstab der Netzwerke können etwa verzopfte oder mäandrierende Flussabschnitte völlig unterschiedlich erfasst worden sein.

Basierend auf einer ausführlichen Literaturrecherche und einzelnen Tests wurde das Conflation Toolset von ArcGIS als mögliche Basis evaluiert. Es analysiert die Topologie der beiden Netzwerke und erstellt eine Matching-Matrix der als identisch oder nicht-identisch erkannten Netzwerkabschnitte. Aufgrund des sehr hohen Komplexitätsgrads der Netzwerke werden durch das Conflation Toolset aber auch eine grosse Anzahl von Fehlinterpretationen erstellt. Um diese zu detektieren, wurden typische Fehlerfälle eruiert und mit Geoprocessing-Modellen aus den Matching-Matrizen extrahiert.

In ArcMap werden die detektierten Fehler anschliessend zielgerichtet symbolisiert und dem Benutzer zur Überarbeitung zur Verfügung gestellt.

Für eine möglichst effiziente und fehlerfreie Überarbeitung wurde mit C# und ArcObjects ein Bearbeitungswerkzeug programmiert, das die unterschiedlichsten Methoden zur Korrektur der fehlerhaften Matching-Matrizen zur Verfügung stellt. Gleichzeitig werden alle Arbeitsschritte des Bearbeiters im Hintergrund protokolliert und in einer Geodatabase abgelegt.

Weiterführende Informationen

Anforderungen an die Kilometrierung des Gewässernetzes im swissTLM3D

Infotag des Sprengverband Schweiz

Am 13. / 14.9.2019 fand der 5. Infotag des Sprengverbandes Schweiz zu den aktuellen Entwicklungen im Bereich der Spreng-, Bohr- und Ankertechnik statt. Für mich die optimale Gelegenheit, einerseits meine Sprengbefugnis zu erneuern, und mich andererseits über die neuesten Entwicklungen bei der Auswertung von Bohrdaten und Informatiklösungen zu informieren. Vor allem die Verarbeitung und Integration von Measurement While Drilling (MWD) Daten, welche im IREDES-Datenformat vorliegen, ist ein wichtiger Bestandteil meiner Arbeit.

Sehr informativ war für mich auch der Vortrag von Sergio Massignani über die Tunnelbaustelle für das Kraftwerk Ritom (TI) – von der ich bisher über mein Softwareprojekt für die Tunnelbohrmaschine nur einen Teilaspekt kannte – der Marti Tunnel AG.

Impressionen von der GeoPython 2019 an der FHNW in Muttenz

Die Programmiersprache Python hat sich definitiv als wichtiges Werkzeug in der Geoinformatik etabliert – es führt kaum mehr ein Weg an ihr vorbei. Eine schier endlose Anzahl von Bibliotheken steht für die Erfassung, Bearbeitung und Analyse von Geodaten zu Verfügung.

Auch an der Konferenz GeoPython 2019 gab es eine Vielzahl von spannenden Neuigkeiten und Beispiele von Anwendungen von Python in der Geoinformatik. Vor allem Aspekte des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz waren ein dominantes Thema. Nicht nur in den Vortragsräumen, sondern auch in den animierten Gesprächen während der Kaffeepausen. Ich bin gespannt, wohin hier die Reise gehen wird. An der GeoPython 2020 werden wir sicher wieder etwas mehr erfahren.

Mich hat die Konferenz zunächst zu einem Blick in die Vergangenheit motiviert: 2008 hielt ich einen Vortrag zur Verwendung von Python, Eclipse und PyDev anlässlich einer Veranstaltung des ESRI User Forums. Verrückt, wie die Zeit vergeht.

Softwareentwicklung

GeoIdee entwickelt individuelle Softwarelösungen im Bereich der geografischen Datenanalyse und bietet Erweiterungen für ArcGIS (C#), QGIS (Python) und Adobe-Illustrator (C++).

Wir warten und entwickeln bestehende Individual-Software-Lösungen weiter und implementieren Projekte zur web-basierten Datendarstellung und -analyse.

Fallbeispiele und Referenzprojekte

Topologie-Werkzeuge Adobe Illustrator
Abgleich Gewässernetze mit NetworkJoiner
GeoFaceAcquire
Impressionen von der GeoPython 2019 an der FHNW in Muttenz
IREDES-MWD-Datenkonverter
Inbetriebnahme der Software GeoFaceAcquire im Semmering-Basistunnel
Infotag des Sprengverband Schweiz

Beiträge

GeoFaceAcquire
IREDES-MWD-Datenkonverter
Topologie-Werkzeuge Adobe Illustrator
Abgleich Gewässernetze mit NetworkJoiner
Infotag des Sprengverband Schweiz
Impressionen von der GeoPython 2019 an der FHNW in Muttenz
Inbetriebnahme der Software GeoFaceAcquire im Semmering-Basistunnel

Liste aller Projekte Softwareentwicklung

AuftraggeberProjektnameKategorieJahr
Marti Tunnel AGGeoFaceTBMSoftwareentwicklung2019 - 2020
Marti Tunnel AGGeoFaceAcquire Unterhalt und Service 2019Softwareentwicklung2019
Marti Tunnel AGGeoFace Support, Forschung und EntwicklungSoftwareentwicklung2018 - 2019
Marti Tunnel AGGeoFaceAcquire Unterhalt und Service 2018Softwareentwicklung2018
Marti Tunnel AGGeoFaceAcquireLITE EntwicklungSoftwareentwicklung2018
Marti Tunnelbau AGGeoFaceAcquire 2.*Softwareentwicklung2017
WaterGisWeb AGBAFU Metadatentool CodeReviewSoftwareentwicklung2017
Marti Tunnelbau AGGeoFaceAcquireSoftwareentwicklung2017
Bundesamt für Umwelt BAFUUmsetzung Abgleich Gewässernetz und Migration ArcGIS 10.4.1Softwareentwicklung2017
Bundesamt für Umwelt BAFUAbgleich Gewässernetz - Entwicklung Workflow in ArcGIS 10.3 zum Abgleich GewässernetzeSoftwareentwicklung2016
swisstopoProgrammierung GPSwissAltiMetadataCreatorSoftwareentwicklung2015
swisstopo LandesgeologieEvaluation ToolMapSoftwareentwicklung2014
Bundesamt für Umwelt BAFUMarktübersicht und Machbarkeitsabklärung Network Matching auf GewässernetzenSoftwareentwicklung2014
DIGIKARTO - Digitale KartografieAdobe Illustrator Topologie-Tool-SetSoftwareentwicklung2013 - 2014
WaterGisWeb AGGIS-Landesgrenze Wartung 2013Softwareentwicklung2013
WaterGisWeb AGGIS Landesgrenze EntwicklungSoftwareentwicklung2010 - 2013
WaterGisWeb AGFunktionale Erweiterungen GEODAT-Tools 2010Softwareentwicklung2010
WaterGisWeb AGArcGIS-Tool EventTransferSoftwareentwicklung2009

Inbetriebnahme der Software GeoFaceAcquire im Semmering-Basistunnel

Für die Erstellung von 3D-Modellen der vier Tunnelvortriebsrichtungen im Semmering-Basistunnel in Österreich braucht die Firma Marti Tunnel AG eine zuverlässige Erfassung und Verwaltung der Fotoaufnahmen. Also programmierten wir die Applikation GeoFaceAcquire.

Die Applikation ist auf stabilen und tunneltauglichen Tablets
installiert, die wiederum in den jeweiligen Tunnelröhren beim
Mannschaftscontainer installiert und über LAN mit dem Baustellenserver
verbunden sind.

Um
allfällige Fallstricke zu entdecken, fand die Inbetriebnahme der Applikation
direkt auf der Baustelle und in den vier Vortrieben statt. Eindrücklich und
ungewohnt! Verschiedene kleinere Fragen und Probleme wurden vor Ort diskutiert
und behoben. Doch nach einigen anfänglichen Netzwerkproblemen innerhalb der
verschiedenen Tunnelröhren wurde ein stabiler Betrieb hergestellt.