Ein Labor für die Vermessung der Welt

Heidi Hastedt vom Institut für Angewandte Photogrammetrie und Geoinformatik der Jade Hochschule leitet das Labor für optische 3D-Messtechnik auf dem Campus Oldenburg. Im Interview erläutert sie, warum die optische 3D-Messtechnik für viele Industriezweige und Lebensbereiche so wichtig ist. Sie erzählt, wie sie die Lehre während der Corona-Krise erlebt, und berichtet von einem besonderen historischen Forschungsprojekt, das sie begleitet.

ForschungsNotizen (FN): Heidi, Du bist Geodätin mit dem Schwerpunkt Photogrammetrie und Fernerkundung. Was ist die Aufgabe der Geodäsie? Was bedeuten Photogrammetrie und Fernerkundung?

Heidi Hastedt (HH): Aus meiner Sicht ist die Aufgabe der Geodäsie die Bereitstellung und Anwendung von Messverfahren und Auswertemethoden für die raumbezogene Erfassung der Erdoberfläche und ihrer Objekte. Auch die Analyse und Visualisierung der Ergebnisse gehören dazu. Dabei ist die Objektgröße sehr vielfältig. Es geht um die Erfassung von Kleinstobjekten, wie zum Beispiel Insekten, bis hin zur Erfassung der Erde. Die Fernerkundung beschäftigt sich dabei unter anderem mit der 3D-Erfassung durch Bilder. Die Bilder werden mit hochwertigen Kameras, Spezialkameras oder auch mit Smartphone-Kameras erstellt. Die Fachbegriffe Photogrammetrie und Fernerkundung ergeben sich aus der Plattform, auf der die Kamera eingesetzt wird – wir unterscheiden zum Beispiel Satellit, Flugzeug, unbemanntes Fluggerät, Schiff, handgehalten – und der Auswertemethode. Wesentliches Merkmal ist, dass über Bilder eine berührungslose Erfassung stattfindet. Alles was fotografiert werden kann, lässt sich auch vermessen, ohne es berühren zu müssen. Das ist für viele Anwendungen von großer Bedeutung.

FN: Für welche Anwendungen oder Aufgaben seid Ihr unverzichtbar?

HH: Wenn Du mich fragst, dann natürlich für alles… Aber im Ernst: Generell kann man sagen, dass die Geodäsie überall dort unverzichtbar ist, wo Informationen über die Form, Dimension und Beschaffenheit eines Objektes oder einer Szene benötigt werden. Das Anwendungsfeld der Geodäsie ist so vielfältig, dass sich das nicht so einfach in Worte fassen lässt. Bezogen auf die Photogrammetrie und Fernerkundung gebe ich Dir ein paar Beispiele. Wenn ein Flugzeug gebaut wird, dann werden die Einzelteile an vielen unterschiedlichen Standorten nach Plänen gefertigt. Es ist aber vor allem wichtig, dass diese Einzelteile später zusammenpassen. Hier kommt die Photogrammetrie ins Spiel, es wird präzise erfasst, ob die industrielle Fertigung auch der Planung entspricht. Anschließend können Prozesse bei Bedarf anhand der Messdaten optimiert werden. Keiner möchte in einem Flugzeug sitzen, das nicht präzise gefertigt ist. In der Kulturdenkmalpflege oder Archäologie ist es wichtig, dass wir die vorhandenen Objekte und Zusammenhänge erhalten – das steht heute im Kontext der Digitalisierung. Vieles wird zum Beispiel durch Kriegssituationen vollständig zerstört. Uns und insbesondere unseren Nachfahren bleibt die Geschichte verborgen, wenn wir nicht dafür sorgen, diese zu erhalten. Dazu können wir mit den Methoden der Photogrammetrie einen wesentlichen Beitrag leisten. Aber auch in akuten Notsituationen sind Bilddaten von wesentlicher Bedeutung. Stellen wir uns vor, es passiert ein Hochwasserereignis, wie wir es aus den Medien zum Beispiel von der Elbe kennen. Häufig sind Regionen abgeschnitten von der Versorgung, oder Dämme drohen zu brechen. Die Vermessung mit Bildern aus der Luft mittels Flugzeug oder unbemanntem Fluggerät ist dann ein schnelles Mittel, um das Ausmaß zu erfassen, Hilfsmaßnahmen wie Evakuierungen organisieren zu können oder bauliche Maßnahmen zu planen.

FN: Du hast mich durch ein beeindruckendes Labor geführt, mit sehr unterschiedlichen Kamerasystemen. Was können sie? Für welche Fragestellungen oder Projekte werden sie eingesetzt?

HH: Du hast Recht, es ist beeindruckend und auch besonders. Es gibt nicht viele Hochschulen, die allein für die optische 3D-Messtechnik über so viel Ausstattung und auch Platz verfügt. Dafür haben Professor Dr. Thomas Luhmann, die Kolleg_innen im Fachbereich und ich lange gekämpft und setzen uns immer wieder für Gelder und Projekte ein, die das ermöglichen. Neben einer normalen Kameraausstattung, wie sie viele auch zuhause haben, befinden sich im Labor natürlich auch besondere Systeme. Zum einen haben wir eine Ausrüstung für Hochgeschwindigkeitsmesstechnik, die sehr schnelle dynamische Prozesse erfassen und analysieren kann. In einem aktuellen Forschungsprojekt erfassen wir zusammen mit ForWind, dem Zentrum für Windenergieforschung der Universität Oldenburg, turbulente Windströmungen und Deformationen von Rotorblättern von Windenergieanlagen.

In einem anderen Forschungsbereich beschäftigen sich Kolleg_innen mit der Unterwasser-Vermessung. Dabei geht es einerseits um Messtechnik in der Meeresforschung, und andererseits um die Bereitstellung von Messsystemen für die industrielle Vermessung von Unterwasser-Objekten, wie zum Beispiel Schweißnähten von Spundwänden oder Offshore-Einrichtungen.

Weiterhin sind wir im Bereich der Kulturdenkmalpflege und Archäologie aktiv, wo mehrheitlich Objekte dreidimensional, ganzheitlich als 3D-Modelle erfasst werden. Dabei steht die Digitalisierung von Kulturgütern und Denkmälern im Fokus.

FN: Die Ausrüstung in eurem Labor dient zum einen der Verwendung in Forschungsprojekten. Zum anderen findet im Labor auch Lehre statt: Was lernen die Studierenden hier?

HH: Die Studierenden können im Labor Praktika oder Projektarbeiten durchführen. Sie werden mit den verschiedenen Messtechniken und Geräten der Photogrammetrie vertraut gemacht und bekommen in den höheren Semestern Aufgaben, die sie selbständig im Labor oder mit der Ausstattung außer Haus bearbeiten können. Ich finde es wichtig, dass die Studierenden nach einer Einführung selbständig die Aufgabe diskutieren, bearbeiten und Erfahrungen sammeln. Es bringt viel mehr, wenn sie sich auch ausprobieren können und das mehrheitlich in der eigenen Gruppe erfolgt – ohne „Aufpasserin“ sozusagen. Natürlich stehe ich für Fragen zur Verfügung und bin während der vereinbarten Zeiten vor Ort erreichbar.

FN: Wie funktioniert der Labor-Betrieb in diesen durch die Auswirkungen der Corona-Krise geprägten Zeiten?

HH: Das Sommersemester war interessant. Wir hatten ja im März genau eine Woche Präsenzlehre, bis die Hochschulgebäude komplett geschlossen wurden. Es war eine Herausforderung so schnell und eher unvorbereitet auf die digitale Lehre umzustellen. Zu einem Ingenieurstudium gehört für mich auch ein hoher Praxisanteil. Die Praktika und Übungen für verschiedene Semester so zu gestalten, dass die Studierenden auch ohne unsere Ausstattung praktisch arbeiten konnten, zum Beispiel mit dem Smartphone oder mittels Software über VPN (Virtuelles privates Netzwerk für den Fernzugriff auf Software, Anm. d. Red.), war nicht einfach. Zudem standen sie ja auch oft zunächst mal allein da – Probleme konnten nur per Videokonferenz gelöst werden. Am 18. Mai konnten wir dann mit erhöhten Sicherheitsauflagen wieder im Labor Praktika durchführen – in Kleingruppen. Für einen Kurs im höheren Semester habe ich das dann auch umsetzen können. Die Studierenden waren alle sehr kooperativ, haben sich an die Vorgaben gehalten und konnten so Praxiserfahrung wie in einem normalen Semester sammeln. Es war alles sehr komprimiert im zeitlichen Ablauf, da schnell schon wieder die Prüfungen vor der Tür standen. Ich denke, dass es für die Studierenden schwierig war, die während der Corona-Wochen gelernte Theorie, für die sonst begleitend Praktika stattfinden, im Akkord richtig abzurufen und auch die Zusammenhänge nachvollziehen zu können. Aber sie haben sich sehr gut geschlagen und auch die Abschlussprojekte gemeistert. Dafür konnten wir glücklicherweise mit den Kleingruppen ins Landesmuseum Natur und Mensch gehen und auch für das Besucherzentrum Wattenmeer Digitalisierungen wichtiger Objekte vornehmen. Das war ein wenig Normalität in einem sonst ungewöhnlichen Semester.

FN: Was war das spannendste Projekt, das Du bisher als Geodätin gemacht oder begleitet hast?

HH: Das ist eine gute Frage. Ich habe ja schon so viele verschiedene Projekte bearbeitet. Ich bin sehr dankbar, dass ich schon seit fast 20 Jahren ein wesentliches Thema begleiten und auch ein bisschen beeinflussen darf. Dieses Thema hat zudem auch Einfluss auf alles andere in der Photogrammetrie: Einfach gesagt befasse ich mich mit der Analyse und Modellierung der optischen Abbildung innerhalb einer Kamera und deren Einfluss auf die Messgenauigkeit. In den ganzen Jahren haben sich neue Messverfahren und -algorithmen herausgebildet, die immer wieder zu neuen Besonderheiten in der Kameratechnik führen und Einfluss auf die Messgenauigkeit haben. Es ist sozusagen nie langweilig.

Ein besonderes Projekt liegt mir sehr am Herzen: Wir werden in Kooperation mit dem Deutschen Schifffahrtsmuseum in Bremerhaven das Monitoring der Bremer Kogge entwickeln, erfassen und analysieren. Die Bremer Kogge ist ein Schiff aus dem Mittelalter, welches in den frühen 1960er Jahren in der Weser gefunden wurde. Es ist eines der Kernausstellungsstücke der deutschen Schifffahrt. Die Forschungsaufgabe ist nun, ein geeignetes Verfahren zu entwickeln und zu etablieren, mit dem die Kogge geometrisch beobachtet wird und ermittelt werden soll, wie sich die Konstruktion des Wracks in der Ausstellungshalle verändert. Daraus soll abgeleitet werden, was zu welchem Zeitpunkt zu tun ist, damit die Bremer Kogge erhalten bleibt. Das Projekt darf ich jetzt schon seit zwei Jahren begleiten und es wird in den nächsten Jahren Kern meiner Forschung sein. In der JadeWelt kann man mehr dazu lesen.

FN: Was ist dir an Projekten wichtig?

HH: Generell liebe ich Projekte, in denen viele verschiedene Aspekte zum Tragen kommen. Also verschiedene Systeme einzusetzen sind, es keine Pauschallösung gibt und man mit jedem Arbeitsschritt etwas Neues lernen muss, um sein Ziel zu erreichen.

Liebe Heidi, danke für das Interview!