In der heutigen Zeit steht die präzise Vermessung der Erdoberfläche im Fokus zahlreicher wissenschaftlicher und wirtschaftlicher Disziplinen. Die LiDAR-Technologie (Light Detection and Ranging) hat sich als eine der fortschrittlichsten Methoden etabliert, um detaillierte 3D-Karten von Geländeformationen zu erstellen. Ihre Fähigkeit, selbst dicht bewachsene oder schwer zugängliche Areale mit hoher Genauigkeit abzubilden, bietet völlig neue Perspektiven in den Bereichen Geographie, Archäologie, Forstwirtschaft und Stadtplanung. LiDAR arbeitet mit Millionen von Laserimpulsen pro Sekunde, die von der Erdoberfläche reflektiert und anschließend analysiert werden. Jeder Impuls liefert ein präzises Höhen- und Lageprofil der Oberfläche, was letztlich zur Entstehung eines hochauflösenden digitalen Höhenmodells führt.
Das Ergebnis sind dreidimensionale Daten, die Feinheiten in der Topographie erkennbare machen, welche mit herkömmlichen Methoden oftmals verborgen bleiben. Ein herausragendes Beispiel für die Nutzung dieser Technologie ist das schweizerische Projekt swissALTI3D, welches vom Bundesamt für Landestopografie Swisstopo bereitgestellt wird. Hierbei handelt es sich um äußerst präzise digitale Höhenmodelle, die durch den gezielten Einsatz von LiDAR-Daten erstellt wurden. Ein besonderes Merkmal von swissALTI3D ist, dass künstliche Oberflächen wie Gebäude und Vegetation systematisch herausgefiltert werden, sodass ausschließlich die natürliche Topographie sichtbar bleibt. Dadurch lassen sich unter anderem kleinste Geländeveränderungen erkennen, die für verschiedene Anwendungen relevant sind.
Die swissALTI3D-Daten werden in 1 km² großen GeoTIFF-Kacheln mit einer Auflösung von 0,5 Metern und einem Raster von 2000×2000 Pixeln bereitgestellt. Dieses hochauflösende Format ermöglicht präzise Analysen der Landschaft und ist eine wertvolle Ressource für Fachleute und Forscher. Neben der Topographievermessung bieten LiDAR-Daten ein enormes Potenzial für die Archäologie. Durch das Herausfiltern von Bodenbedeckungen können versteckte Relikte vergangener Kulturen aufgedeckt werden, die sonst kaum erkennbar wären. Manchmal zeigen sich Areale mit jahrtausendealten Straßen, Mauern, Siedlungsüberresten oder landwirtschaftlichen Terrassen, die im dichten Baumbestand verborgen lagen.
Solche Entdeckungen revolutionieren die archäologische Forschung, indem sie nicht nur neue Fundstellen offenlegen, sondern auch fundierte Interpretationen historischer Landschaftsstrukturen erlauben. Ein besonders eindrucksvolles Beispiel aus der Schweiz ist die Entdeckung des römischen Lagers Colm La Runga auf rund 2200 Metern über Meeresspiegel. Die Ruinen wurden im Jahr 2024 dank der LiDAR-Technologie sichtbar gemacht und geben neue Einblicke in die Ausdehnung der römischen Besetzung in den Alpen. Diese Funde haben sogar die Entwicklung von spezialisierten Visualisierungsprojekten angestoßen, die das Gelände besser verständlich machen und auch Laien den Zugang zu solchen historischen Landschaften ermöglichen. Die Herausforderung bei der Visualisierung von LiDAR-Daten liegt oft darin, dass rohe Höhendaten in der Darstellung komplexer Landschaften, besonders in bergigen Regionen, schwer lesbar sind.
Klassische Darstellungsweisen wie Graustufen oder einfache Hillshading-Techniken reichen selten aus, um kleine Geländeformen oder Überreste von Erdwerken deutlich zu machen. Deshalb hat das Team hinter dem Projekt „delta-relief“ einen neuen Ansatz entwickelt. Statt sich auf absolute Höhenwerte zu konzentrieren, wird der Slope – also die Steigung – an jedem Punkt berechnet. Dabei handelt es sich gewissermaßen um eine erste Ableitung der Höhendaten, die subtile Veränderungen im Gelände stärker hervorhebt. Zusätzlich wird eine nicht-lineare Transformation angewendet, die feine Gefälle besonders betont, während steilere Bereiche nur geringfügig verändert werden.
Dieses Verfahren sorgt für eine ausgewogene Darstellung, die sowohl breite Geländeformen als auch filigrane Details sichtbar macht. Die Wirkung dieser Technik zeigt sich eindrucksvoll bei verschiedenen historischen Stätten, wo beispielsweise frühneuzeitliche Befestigungen oder prähistorische Siedlungsreste deutlich hervortreten. Professionelle Werkzeuge wie GDAL (Geospatial Data Abstraction Library) werden eingesetzt, um die Rohdaten von ihren Ursprungskoordinatensystemen im Schweizer LV95 (EPSG:2056) ins international gebräuchliche Web Mercator-System (EPSG:3857) umzuwandeln. Dies erlaubt es, die Daten vor allem in interaktiven Online-Karten und Webanwendungen zu verwenden, damit die Informationen einer breiten Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden können. Für die Online-Präsentation werden aus den GeoTIFF-Daten sogenannte MBTiles generiert, die dann über Serverlösungen wie mbtileserver bereitgestellt werden.
Zusammen mit modernen Javascript-Bibliotheken wie MapLibre JS entsteht so ein interaktives Kartenportal, das auf mobilen Geräten ebenso gut funktioniert wie am Desktop. Nutzer können zwischen verschiedenen Ansichten wie LiDAR-, Luftbild- oder Kartenansichten wechseln und sich sogar per GPS zum aktuellen Standort navigieren lassen. Der Nutzen dieser Plattform ist vielfältig. Forscher und Archäologen erhalten ein schnelles Desktop-Tool, um Gelände vor Ort zu analysieren, während interessierte Laien spannende Einblicke in die verborgene Geschichte der Landschaft erhalten. Der Fokus liegt insbesondere auf der Erkennbarkeit besonders interessanter Merkmale, von bronzezeitlichen Siedlungen bis hin zu militärischen Befestigungsanlagen des Mittelalters oder der Frühen Neuzeit.
Die Erfassung und Nutzung hochauflösender LiDAR-Daten bringt dabei nicht nur wissenschaftliche Vorteile, sondern auch gesellschaftlichen Mehrwert. Sie fördert das Bewusstsein für das kulturelle Erbe, unterstützt den Naturschutz und regt touristische Aktivitäten an, indem sie neue und faszinierende Aspekte bislang unbekannter Landschaften sichtbar macht. Trotz dieser Erfolge sind Herausforderungen in der Datenanalyse und -visualisierung weiterhin präsent. So führt die Berechnung höherer Ableitungen der Höhenmodelle, also etwa die zweite Ableitung, oft zu einer Verstärkung des Bildrauschens und erschwert die Interpretation. Ebenso ist es eine Kunst, die Darstellung so zu gestalten, dass sie Informationsfülle und Übersichtlichkeit gleichermaßen gewährleistet.
Die kontinuierliche Weiterentwicklung von Algorithmen und Benutzeroberflächen ist daher ein zentraler Bestandteil aktueller Forschungsarbeiten und Projekte. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Integration von LiDAR-Technologie in die Geländekartierung und Oberflächenanalyse einen deutlichen Quantensprung darstellt. Projekte wie swissALTI3D und das „delta-relief“-Vorhaben zeigen, wie aus riesigen Datenmengen wertvolle Erkenntnisse gewonnen werden können, die sonst unsichtbar blieben. Die Kombination von präziser Vermessung, innovativer Datenverarbeitung und moderner Webtechnologie eröffnet dabei neue Wege für Wissenschaft, Kultur und Gesellschaft. In Zukunft ist zu erwarten, dass die Verfügbarkeit solcher Daten und Werkzeuge weiter zunimmt, unterstützt durch offene Datenportale und kollaborative Forschungsansätze.
So können immer mehr Menschen an der Entdeckung unserer Landschaften und ihrer Geschichte teilhaben und dabei aktuelle Herausforderungen im Umwelt-, Natur- und Kulturschutz besser meistern.
