Metadaten, QGIS und Drohnen?

von Charlotte Toma, WhereGroup

Infobrief 02 | 2019


Bilder enthalten eine Vielzahl an Metadaten, die bei JPEG- oder TIFF-Bilddateien üblicherweise über das Exchangeable Image File Format (Exif) vorgehalten werden. In diesen Exif-Daten enthalten sind neben dem Zeitstempel und Kameraparametern auch die geographischen Lageinformationen. Diese werden bei der photo­grammetrischen Bildverarbeitung für die Ausrichtung und Verortung im Raum genutzt. Doch welchen Nutzen haben wir in der zweidimensionalen Kartenwelt von diesen Daten?

In jedem Arbeitsbereich, in dem Daten generiert, vorgehalten und weiterverarbeitet werden, sind Metadaten ein wichtiger und leider meist vernachlässigter Teil der Geodateninfrastruktur. Diese weiterführenden Daten sind entscheidend für die Inwertsetzung von Bild­inhalten und die langfristige saubere Optimierung von größeren Datenmengen. Für die Verwaltung dieser Metadaten gibt es eine Vielzahl an Programmen (u. a. Metador von der WhereGroup [1]), die den Nutzern über Suchfunktionen das schnelle Auffinden relevanter Geodaten ermöglichen. Auch beim Einsatz von Unmanned Aerial Systems (UAS) - d. h. Drohnen, die vom Boden aus navigiert werden - z. B. bei der Befliegung eines Steinbruchs, werden in den einzelnen Arbeitsschritten Daten erfasst, die im Laufe der Verarbeitung teilweise abhanden kommen.

Problematisch wird dies, wenn die für eine Flug-Mission relevanten Informationen durch einen Fehler nicht mehr gefunden werden können. Behoben werden könnte dieses Problem durch eine strukturierte Metadatenerfassung. Weitere Flugplanungen im gleichen Gebiet könnten auf Basis bisheriger Einstellungen schnell durchgeführt und Daten korrigiert und ergänzt werden.

Einen guten Ansatz dafür bietet das konzeptionelle Modell einer Metadatenstruktur zur Dokumentation von UAS Systemen von Paulus et al (2014) [2]. Diese Arbeit wird auch im Leitfaden für mobiles GIS [3] von dem Runden Tisch GIS e. V. beschrieben und verdeutlicht den Nutzen einer sauberen Datenerfassung in jedem Missionsbereich. Erste Schritte, um eine solche Metadaten­struktur mit Open Source Software umzusetzen, bietet das QGIS-Tool „Import Geotagged Photos“ [4]. Dieses erlaubt die Transformation von JPEG-Bildern in Shapefile-Punkte. Dafür werden die Exif-Informationen pro Bild exportiert und der jeweilige Bildpfad bei den Aufnahmekoordinaten hinterlegt.

Abb. 1: Modulkonfiguration "Import Geotagged Photo" in QGIS3 (Screenshot: Charlotte Toma, WhereGroup)

Diese Zuordnung der Daten erlaubt in der Karte die Anzeige von kleinen Vorschaubildern für die Visualisierung der Missionsergebnisse. Mit dem weiteren Tool „Points to Path“ können dann z. B. Projekt­ansichten mit den jeweiligen Flugrouten angezeigt werden. Das Modul bietet außerdem eine gute Basis für die zeitliche Dokumentation von Befliegungsreihen, Änderungen an einem bestimmten Gebietspunkt oder auch nur die gesammelte Datenverwaltung von georeferenzierten Bilddaten.

Da der Bildpfad über die Informationsabfrage erkannt wird, kann sowohl im Projekt, als auch über eine FeatureInfo-Abfrage in einem OWS Geodienst das Bild dargestellt werden. Neben der Veröffentlichung als WMS über QGIS Server kann das Shapefile auch einfach weitergegeben werden oder in eine zentrale Datenbank importiert werden.

Dank der Speicherung der Exif-Daten zur Ausrichtung kann bei der Visualisierung die Blickrichtung dargestellt werden. Dies erlaubt die lagegetreue Analyse des Geländes und der dargestellten Objekte, ohne selbst vor Ort zu sein.

Dieser Workflow ist unbegrenzt skalierbar und kann nicht nur für die Drohnenbilder, sondern auch für Panoramabilder, Kontrollpunkten oder Erfassungsmaßnahmen genutzt werden.