Der Beitrag informiert über Themen und Aktivitäten am Institut für Markscheidewesen und Geodäsie der TU Bergakademie Freiberg im Zeitraum 2017/2018. / This contribution highlights activities and research topics, which form the focus of research, teaching and outreach of the Department of Mine Surveying and Geodesy of the TU Bergakademie Freiberg during the period 2017/2018.

Neben dem Austausch über die neuesten Entwicklungen im Markscheidewesen und den angrenzenden Fachgebieten stand zum Geokinematischen Tag 2016 vor allem das Jubiläum des emeritierten Professors für Markscheidewesen der TU Bergakademie, Dr.-Ing. habil. Jürgen Fenk, im Mittelpunkt.

Neben dem Austausch über die neuesten Entwicklungen im Markscheidewesen und den angrenzenden Fachgebieten stand zum Geokinematischen Tag 2016 vor allem das Jubiläum des emeritierten Professors für Markscheidewesen der TU Bergakademie, Dr.-Ing. habil. Jürgen Fenk, im Mittelpunkt.

Neben dem Austausch über Messtechnische Erfassung und Überwachung, Analyse geokinematischer Prozesse, Modellierung von Lagerstätten und geostatistische Analyse und weiteren Themen stand zum Geokinematischen Tag 2017 vor allem das Helmert-Kolloquium anlässlich des 100. Todestages von Friedrich Robert Helmert im Mittelpunkt.

Neben dem Austausch über Messtechnische Erfassung und Überwachung, Analyse geokinematischer Prozesse, Modellierung von Lagerstätten und geostatistische Analyse und weiteren Themen stand zum Geokinematischen Tag 2017 vor allem das Helmert-Kolloquium anlässlich des 100. Todestages von Friedrich Robert Helmert im Mittelpunkt.

Am 17. und 18. Mai 2018 fand der 19. Geokinematische Tag der TU Bergakademie Freiberg statt. Im Mittelpunkt der Fachtagung standen Anwendungen von Robotik und virtuelle Realität im Bergbau sowie Geomonitoring und geostatistische Analysen von Lagerstätten und Bergschäden. Auch wurden effiziente Methoden zur flächigen 2D- oder 3D-Datenerfassung, wie Terrestrisches oder Airborne-Laserscanning und auch die Fernerkundung vorgestellt. Ein Höhepunkt war der Vortrag des Projektes UNEXMIN, das neuartig entwickelte Unterwasserroboter vorstellte, die autonom den Zustand von gefluteten Gruben erfassen sollen. Die Vielfalt der Vortragsthemen aus Praxis und Wissenschaft verdeutlichte, dass das Markscheidewesen in allen Stadien der Rohstoffgewinnung wichtige Beiträge leistet: von der Neuaufschließung von Lagerstätten, über die Planung und operative Betriebsführung, bis hin zur Rekultivierung, zur Nachbergbauphase und der Endlagerung

Die technologischen Fortschritte in dem Bereich der virtuellen Realität (VR) werden zukünftig erhebliche Auswirkungen auf unser Alltagsleben haben. Denn durch VR ist es heute schon möglich, eine computererzeugte Welt als virtuelle Wirklichkeit praktisch zu erforschen. So kann man z.B. in die Vergangenheit oder in ein virtuelles Museum eintauchen, ohne die gegenwärtige Position im realen Leben zu verlassen. Für so eine ultimative VR-Erfahrung sieht der Anwender nur die virtuelle Welt, in dem er ein Head-Mounted-Display (HMD) aufsetzt, um sich so von der physikalischen Welt abzutrennen. Baudenkmäler sind ideal geeignet für eine mehrdimensionale geometrische Dokumentation und für realistische interaktive Visualisierungen in immersiven VR-Anwendungen. Unterstützend bietet die Spieleindustrie mit den entsprechenden Game Engines Werkzeuge für interaktive Visualisierungen von Objekten an, um so die Nutzer zu motivieren, Objekte und deren Umgebung virtuell zu besichtigen. In diesem Beitrag wird die Generierung von verschiedenen virtuellen 3D-Modellen wie z.B. die Selimiye-Moschee von Edirne (Türkei) oder das Holzmodell des Salomonischen Tempels und andere bis hin zur Datenintegration in die Game Engines Unreal oder Unity aufgezeigt. Der Arbeitsablauf von der Datenerfassung bis zur immersiven VR-Visualisierung mit dem VR-System HTC Vive wird einschließlich der notwendigen Programmierung für die Navigation in VR beschrieben. Außerdem wird der mögliche Einsatz (einschließlich der simultanen Teilnahme multipler Anwender) von solchen VR-Visualisierungen für z.B. Baudenkmäler in diesem Beitrag diskutiert. / Recent advances in contemporary Virtual Reality (VR) technologies are going to have a significant impact on everyday life. Through VR it is possible to virtually explore a computer-generated environment as a different reality, and to immerse oneself into the past or in a virtual museum without leaving the current real-life situation. For such an ultimate VR experience, the user should only see the virtual world. Currently, the user must wear a VR headset which fits around the head and over the eyes to visually separate himself from the physical world. Via the headset images are fed to the eyes through two small lenses. Cultural heritage (CH) monuments are ideally suited both for thorough multi-dimensional geometric documentation and for realistic interactive visualisation in immersive VR applications. Furthermore, VR is increasingly in use for virtual museums to enhance a museum visitor’s experience by providing access to additional materials for review and knowledge deepening either before or after the real visit. Using today’s available 3D technologies a virtual museum is no longer just a presentation of collections on the Internet or a virtual tour of an exhibition using panoramic photography. Additionally, the game industry offers tools for interactive visualisation of objects to motivate users to virtually visit objects and places. In this paper the generation of virtual 3D models for different cultural heritage monuments (e.g. the Selimiye mosque in Edirne, Turkey and the wooden model of Solomon´s Temple and others) and its processing for data integration into the two game engines Unity and Unreal are presented. The workflow from data acquisition to VR visualisation using the VR system HTC Vive, including the necessary programming for navigation and interactions, is described. Furthermore, the use (including simultaneous use of multiple end-users) of such a VR visualisation for CH monuments is discussed in this presentation.

Die visuelle Präsentation von Information bringt verschiedene Vorteile im Hinblick auf eine Analyse der gegebenen Daten mit sich. Eine übersichtliche Aufbereitung und Darstellung der vorhandenen Daten ist unabdingbar für die umfassende Auswertung und kann zudem das Erkennen von Zusammenhängen von Informationen aus heterogenen Datenbestän-den erleichtern. Mit steigender Anzahl sowie Komplexität des Informationsgehaltes der zu analysierenden Daten wird eine intuitive Exploration allerdings immer schwieriger. Dies gilt insbesondere für den Fall von dreidimensionalen Daten, welche heutzutage in fast allen Bereichen wie der Medizintechnik, der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und insbesondere auch der Rohstoffindustrie eine wichtige Rolle spielen. Dies ist sowohl auf die Standard-Eingabegeräte (Tastatur und Maus) als auch auf die Ausgabegeräte (Monitor) zurückzuführen, da diese im Normalfall zweidimensional orientiert sind. Das Auge kann zwar die dreidimensionalen Strukturen in den generierten Bildern erkennen, aber ein präziser Eindruck der Räumlichkeit, der für eine gute Datenanalyse erforderlich wäre, wird dabei nicht vermittelt. Außerdem erweist sich die Navigation im dreidimensionalen Raum mit weniger dimensionalen Eingabegeräten als schwierig und vor allem wenig intuitiv. Die „Virtual Reality“ (VR) stellt nun dem Benutzer eine Umgebung zur Verfügung, in der mit Hilfe von speziellen Ein- und Ausgabegeräten die Exploration im dreidimensionalen Raum erheblich einfacher ist. Dabei ist VR definiert als eine vom Computer generierte Umgebung, die ein Betrachter mit seinen natürlichen Sinnen als real erlebt und mit der er interagieren kann. Durch die stereoskopische Visualisierung wird eine immersive Darstellung erreicht. Dazu ist zwar spezielle Hardware notwendig, allerdings bietet sich auch eine besonders intuitive Möglichkeit zur Exploration dreidimensionaler Daten. Ein besonderer Vorteil liegt gerade darin, dass die Daten-Präsentation nun multimodal, also unter Einbeziehung mehrerer Sinne des Anwenders, möglich ist. Dazu kann neben dem visuellen Eindruck auch der akustische oder sogar der haptische einbezogen werden. VR ist dabei nicht wirklich neu. Bereits vor mehr als 50 Jahren gab es Ansätze für erste Head-Mounted-Displays, allerdings waren dies entsprechend unhandliche Geräte, welche hauptsächlich zu Forschungszwecken eingesetzt wurden. Vor allem in den letzten Jahren hat die technologische Entwicklung derartige Hardware jedoch massentauglich gemacht und verschiedene Lösungen unterschiedlicher Anbieter sind zu einem akzeptablen Preis für den Endanwender verfügbar. Durch die vielseitigen Funktionalitäten moderner Smart-phones/Tablets wie Sensorik, Kameras, Prozessorgeschwindigkeit, Speicherplatz etc. spielt heute auch die sog. „Augmented Reality“ (AR) eine wichtige Rolle. Unter AR versteht man die computergestützte Erweiterung der menschlichen Wahrnehmung. Mobile Geräte mit entsprechenden Applikationen versehen dabei Aufnahmen der Realität in Echtzeit mit kontextabhängigen Zusatzinformationen. VR und AR haben generell zwar unterschiedlichen Anwendungsgebiete, allerdings gibt es auch gewisse Überschneidungen. Um dieser Tatsache begrifflich gerecht zu werden, wurde auch der Ausdruck „Mixed Reality“ (MR) geprägt. Aktuelle Untersuchungen anerkannter Marktforschungsinstitute prognostizieren für derartige Technologien in den nächsten Jahren ein enormes Potential, nicht nur im Bereich der Unterhaltungsindustrie. Bereits heute gibt es viele Branchen, in denen VR/AR eine wichtige Rolle im alltäglichen Prozess darstellt. Beispiele sind etwa Architektur, Automobilindustrie oder auch Touristik. Aufgrund der komplexen Gegebenheiten und sich ständig verändernden 3D-Modellen ist aber gerade in der Rohstoffgewinnung die Anwendung von VR/AR sinnvoll. Dies ist dabei in vielen Bereichen denkbar und erstreckt sich nahezu über die gesamte Wertschöpfungskette: • Exploration des Ressourcenmodells • Bergwerksplanung • 3D-Darstellung des Grubengebäudes • Überwachung von Produktionsbereichen • Remote-Steuerung von Maschinen Durch die Möglichkeit einer immersiven Exploration von beispielsweise dreidimensionalen geologischen Daten und einer Überlagerung mit den Ergebnissen aus Planungsprozessen können etwa verschiedene Szenarien intuitiv präsentiert und analysiert werden. Dies hilft nicht nur der Planungsingenieur bei der täglichen Arbeit, sondern vereinfacht auch die Kommunikation beispielsweise mit möglichen Investoren oder Managern, da diese sich aufgrund der Art der Darstellung im wahrsten Sinne des Wortes ein besseres Bild machen können. Die XGraphic GmbH entwickelt seit nunmehr 25 Jahren Individualsoftware und technische Systeme mit interaktiven grafischen Komponenten für vielfältige Einsatzgebiete. Schwerpunkte bilden dabei Software-Applikationen für das Infrastruktur- und Informationsmanagement, Planungstools, Prozessüberwachung sowie Applikationen für mobile Endgeräte. In der Regel basiert die Präsentation der Daten immer auf Basis eines geeigneten 3D-Modells. Aktuell wird daher insbesondere auch im Rahmen von Forschungsprojekten daran gearbeitet, VR/AR in bestehende Softwarelösungen zu integrieren und für die Anwendung in der Rohstoffgewinnung nutzbar zu machen.

Als Grundlage für die fortschreitende Digitalisierung und Automatisierung im Bergbau, kommt der Herstellung von optisch realistischen und hochgenauen 3D Modellen, sowie deren automatischer Interpretation und Weiterverarbeitung, eine besondere Bedeutung zu. Insbesondere für Vermessungs- und Inspektionsanwendungen sind mit Kameras ausgerüstete unbemannte Flugsysteme mittlerweile weit verbreitet und zählen zum aktuellen Stand der Technik. Der größte zukünftige Forschungsbedarf besteht mit Sicherheit in der Datenverarbeitung, wobei einerseits die erreichbare Modellqualität, und andererseits die automatisierte Dateninterpretation für spezielle bergtechnische Fragestellungen wie zum Beispiel die Haufwerkscharakterisierung oder geologische Charakterisierung im Zentrum der Arbeiten steht. Insbesondere aufgrund der möglichen Reproduzierbarkeit, aber auch aufgrund der oft einfacheren Durchführbarkeit nehmen - neben klassischen realmaßstäblichen Untersuchun-gen im Feld - auch Modellversuche derzeit einen gewichtigen Stellenwert in der photogrammetrischen Forschung an der Montanuniversität ein. Im vorliegenden Beitrag werden Beispiele aus der angewandten und grundlagenorientierten Forschung gegeben, wobei der Mehrwert von Laborversuchen, bei gleichzeitiger kritischer Gegenüberstellung mit der Realität, hervorgehoben wird. / As basis for the ongoing digitization and automation in mining, the creation of visually appealing and highly accurate 3D models, as well as their automatic interpretation and processing, is of particular importance. Especially for surveying and inspection applications unmanned aerial systems equipped with cameras are now widely used and are state of the art. However the greatest future need for research certainly lies in data processing, where on the one hand the achievable model quality, and on the other hand the automated data interpretation for special mining related issues such as the characterization of muck-piles or geological characterization is at the center of the work. In particular, due to the possibility of reproducibility, but also due to higher operability, model experiments are currently playing an important role in photogrammetric research at the Montanuniversität in addition to classical real-scale investigations in the field. In the present paper, examples from applied and fundamental research are given, highlighting the added value of laboratory experiments while critically contrasting them with reality.

Im Bergbau ist die Interaktion mit dem Wasserhaushalt von besonderer Bedeutung. Über die Veränderung des Wasserhaushaltes kann beispielsweise auf Auswirkungen des Bergbaus auf die Umgebung, gewollt oder ungewollt, geschlossen werden. Diese Auswirkungen zu detektieren und daraus auf Landschaftsauswirkungen zu schließen, ist eine relevante Fragestellung. Da die zu beobachtenden Gebiete häufig eine große Ausdehnung haben und eine zyklische gebietsabdeckende manuelle Kontrolle häufig sehr kostenintensiv ist, eignet sich die Fernerkundung, die direkte Prozesse auf der Erdoberfläche beobachtet, dazu, ein Monitoring derartiger Gebiete hinsichtlich dieser Prozesse durchzuführen. Dabei können mehrere Faktoren beobachtet werden: Über Radarfernerkundung können Veränderungen der Bodenfeuchte, über spektrale Analysen Veränderungen der Vegetationsvitalitäten ermittelt werden. Über die Interpretationen multispektraler Daten können neue oder vergrößerte Wasserflächen detektiert werden. Zudem besteht die Möglichkeit, wassermanagementinduzierte Bodenbewegungen (beispielsweise Hebungen durch Grubenwasseranstieg) mit interferometrischen Radardaten zu detektieren und zu messen. Ein Monitoring mit diesen Verfahren ist für größere Flächen möglich. Als Fernerkundungssensoren eignen sich die Copernicus-Satelliten Sentinel-1 und 2, die zusätzlich den großen Vorteil haben, dass die Daten in kurzen Perioden kostenfrei und operationell verfügbar sind. Im vorliegenden Paper sind mehrere mögliche Monitoringkomponenten beschrieben, die im Rahmen verschiedener Forschungsvorhaben entstanden sind. / Hydrological monitoring is important for mining activities. For example, a change of hydrological conditions might indicate an impact of mining activities in the neighborhood. The detection of such impacts is a relevant task. The observed areas are usually large, and a cyclic manual inspection is often very expensive. Therefore, remote sensing is suitable to do a monitoring of such areas in order to detect different processes. Changes in soil moisture can be detected by looking into backscattering characteristics of radar images, spec-trum analysis of optical images is able to assess vegetation vitality. The interpretation of multispectral data is able to show new and enlarged water bodies. Furthermore, ground deformation caused by hydrological changes (for example uplifts as a consequence of increasing pit water) can be detected and measured via radar interferometry. A monitoring with such methods is possible for large areas. As remote sensing sensors the Copernicus-satellites Sentinel-1 and 2 are suitable with the big advantage of providing data in short cycles operationally and free of charge. In this paper various monitoring components are described.