TwinCity3D – Digitaler Zwilling
für die Stadt Landsberg

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Forschungsprojekt für Digitalisierung, Stadt-, Verkehrs- und Klimaplanung

Der digitale Zwilling – Digital Twin – einer Stadt ist eine Abbildung von Gebäuden, Straßenzügen, Stadtteilen und der Umwelt in einem digitalen 3D-Stadtmodell. Ein enormer Vorteil dieser Modelle ist die einfache und klar verständliche Darstellung komplexer Planungsszenarien. 3D-Modelle helfen Städten die Auswirkungen von Veränderungen zu simulieren und zu analysieren. Die so gewonnenen Erkenntnisse unterstützen bei Entscheidungen zur Stadt- und Verkehrsplanung und zur Erreichung von Umwelt- und Klimazielen.

Die Stadt Landsberg am Lech hat gemeinsam mit drei Nachbargemeinden und 3D RealityMaps das Forschungsprojekt “TwinCity3D” gestartet, das im Rahmen der Innovationsinitiative mFUND durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) über 3 Jahre gefördert wird (2022 – 2025).

 

Ziele des Forschungsprojekts sind die Erhebung ultrahoch aufgelöster Multisensor-Luftbilddaten, ihre raumzeitliche und KI-basierte Analyse sowie die Entwicklung eines realitätsnahen, virtuellen 3D-Modells, das die Grundlage zum Aufbau eines Digitalen Zwillings darstellen soll. Durch die Anreicherung und Verschneidung mit kommunalen Geobasis- und Geofachdaten wird eine „TwinCity3D“-Plattform entwickelt, die Planungsprozesse im städtischen und ländlichen Raum wesentlich verbessern wird.

Städte von morgen brauchen Platz für eine vielfältige Mobilität: Autoverkehr soll zugunsten von Fahrrad, E-Scooter und E-Roller, Fuß- und öffentlichem Nahverkehr reduziert werden. Zugleich braucht es mehr Platz für Grünflächen und Parkanlagen als Frischluftschleusen, da sich mit dem Klimawandel in urbanen Gebieten Hitzeinseln mit Auswirkungen auf den mikroklimatischen Umgebungsbereich bilden. Um diese Herausforderungen angehen zu können, fehlt es oft an flächendeckenden Informationen oder die vorhandenen Daten sind lückenhaft.

Ein realitätsnahes, virtuelles 3D-Modell als Basis für den digitalen Zwilling

Wie können Stadt- und Verkehrsplanung bei der voranschreitenden Digitalisierung ausreichend angegangen werden? Wie die ambitionierten) Klima- und Umweltziele eingehalten? Und wie kann eine Stadt die Bedürfnisse unterschiedlichster Bewohner und Zielgruppen befriedigen? Antworten auf die und viele weitere für die heutige Stadtplanung relevante Fragestellungen liefert der Digitale Zwilling. Er ist ein Abbild von Gebäuden, Straßenzügen, Stadtteilen und der natürlichen Umgebung in einem digitalen 3D-Stadtmodell und kann komplexe Szenarien einfach und klar verständlich darstellen

Verkehrsplanung

Der Digitale Zwilling soll bei Fragen rund um die Verkehrsplanung unterstützen. So können eine multitemporale Analyse des ruhenden und fließenden Verkehrs im Stadtgebiet sowie eine Bilanzierung des Parkflächenverbrauchs neue Informationen für die künftige Mobilitätsplanung liefern. Dr. Daniel Broschart vom Landsberger Referat für Stadtplanung und Mobilität erklärt: „Dafür werden die verschiedenen Daten über Schnittstellen zu Verkehrszählungspunkten in Near-Realtime in einer Umgebung zusammengeführt, anhand derer die Mobilitätsdynamik untersucht und Planungsszenarien simuliert werden können.“

Stadtklima

Infolge des Klimawandels bilden sich Hitzeinseln mit negativen Auswirkungen auf die Gesundheit der Bürger und den Energieverbrauch bei der Kühlung der Gebäude. Mit Hilfe von Multispektral- und Thermaldaten werden flächendeckende Informationen zur Temperaturverteilung und Vegetation erfasst, um den Einfluss von Bäumen, Alleen und Parkgruppen auf das Mikroklima zu analysieren. Anhand dieser Daten soll dann untersucht werden, wie der kühlende Effekt durch Stadtgrün künftig besser genutzt werden kann. Aus Wärmebildaufnahmen, die im Winter gemacht werden, können wiederum Rückschlüsse auf die Isolierung von Dachflächen gezogen, Wärmeverluste identifiziert und mit gezielten Maßnahmen Energieeinsparungen erzielt werden.

RealityMaps hat in Zusammenarbeit mit ElektraSolar ein Multisensor-Kamerasystem entwickelt. Mit Hilfe einer 5-fach Luftbildkamera wird ein virtuelles 3D-Stadtmodell mit 4 cm Auflösung berechnet. Im gleichen Bildflug werden zusätzlich Multispektralbilder aufgenommen, anhand derer der Baumbestand und der Vegetationszustand erfasst wird. Mithilfe von Wärmebildern werden im Sommer das Stadtklima und im Winter Wärmeverluste über Dachflächen analysiert.

Stadtgrün-Management

Im Zusammenhang mit dem Stadtgrün sollen KI-basierte Analysen das vorhandene Baumkataster vervollständigen. Ein mehrjähriges Monitoring soll zu neuen Erkenntnissen mit Blick auf Stadtklima und CO2-Klimabilanz führen. 

Wir sehen nicht nur, an welchen Stellen durch die Anpflanzung von Bäumen und Baumgruppen das Mikroklima verbessert und der kühlende Effekt durch Stadtgrün genutzt werden kann, sondern haben auch gleich die wissenschaftlichen Daten dazu
Michael Siller
Leiter des städtischen Forstamtes

Der im Projekt entwickelte Digitale Zwilling wird noch weitere Einsatzmöglichkeiten mit sich bringen. Dr. Daniel Broschart vom Landsberger Referat für Stadtplanung und Mobilität: „Im Rahmen des Förderprojekts werden Werkzeuge entwickelt, die es möglich machen Planungs-szenarien und -alternativen als 3D-Modell in die virtuelle Umgebung einzusetzen. Durch das realitätsnahe virtuelle Umgebungsmodell wird der Abstraktionsgrad herabgesetzt.“ Die TwinCity3D-Plattform bietet damit die Möglichkeit, geplante Bauvorhaben hinsichtlich ihrer räumlichen Dimension und Wirkung auf das Umfeld besser beurteilen zu können, was etwa bei Bürgerbeteiligungsprozessen nützlich ist.

„Thermcity3D“ wird im Rahmen der Förderrichtlinie Modernitätsfonds („mFUND“) durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr gefördert.