Wien – Manche Wege entstehen erst beim Gehen. Das heißt aber nicht, dass sie irgendwo hinführen. Im Gebirge kann der Marsch durch unbekanntes Terrain leicht an einem Abgrund, einer Felsmauer, in undurchdringbarem Dickicht oder in einem unübersichtlichen Latschenlabyrinth enden. Rettungskräfte, die schnell zu einem Verletzten vordringen müssen, oder Jäger auf der Pirsch sollten aber auch bei schwierigem Gelände schnell von A nach B finden.

Rainer Prüller, Geoinformatiker am Institut für Geodäsie der TU Graz und gleichzeitig Geschäftsführer des Spin-off-Unternehmens Pentamap, will ihnen dabei helfen. Für das Projekt RemoteNav, das im Rahmen des Weltraum-Programms Asap der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft vom Verkehrsministerium unterstützt wird, will er mit seinen Kollegen Geländeinformationen so aufbereiten, dass jederzeit die schnellste Route abseits des bestehenden Wegnetzes abgerufen werden kann. Nicht nur topografische Daten wie die Hangneigung sollen in das neuartige Navigationssystem, das auch als Smartphone-App laufen soll, einfließen, sondern auch Informationen über Pflanzenbewuchs oder Wasserläufe.

Satelliten und Laserscans

Eine der Datenquellen sind Satellitenaufnahmen, wobei aber nicht nur relevant ist, was das menschliche Auge sehen kann. "Im nahen Infrarotbereich steckt viel Information über die Vegetation, die das Land bedeckt", erklärt Prüller. "Jede Oberfläche hat bestimmte Rückstrahleigenschaften. Ein Nadelwald hat andere spektrale Merkmale als ein Mischwald." Auch Wasser, etwa Bäche, seien so gut zu erkennen.

Die Satellitendaten werden ergänzt durch 3-D-Geländemodelle, die durch Laserscans von Flugzeugen aus erstellt werden. Mittlerweile sind für große Teile der Alpen in Österreich bereits solche Daten in einer sehr guten Auflösung vorhanden, bei der jeweils vier Pixel einen Quadratmeter Bodenfläche repräsentieren, erläutert Prüller. Aus dem topografischen Abbild soll abgeleitet werden, ob ein Hang zu steil ist, um ihn zu Fuß zu bewältigen, ob Absturzgefahr besteht oder ob es an einer Felswand machbar ist, sich abzuseilen.

"Ein schmaler Graben kann ein Wasserlauf oder ein ausgetretener Pfad sein", so Prüller. "Durch die Kombination von Satellitenbilden und Laserquellen kann man solche Details unterscheiden." Der Datenpool wird noch ergänzt durch das freie und in Europa bereits sehr detaillierte Kartenmaterial von OpenStreetMap sowie durch Informationen über anthropogene Faktoren, die eine Rolle spielen und aus den Satellitendaten nicht ableitbar sind – von Zäunen und Mauern bis zu Schutz- und Sperrgebieten.

Schnell durch den Wald

All diese Informationen laufen in einem zentralen Datenmodell zusammen. Jedem Bildpunkt, der einem halben Meter Terrain entspricht, werden auf diese Weise 30 Navigationsparameter zugeordnet, erklärt Prüller. In Feldversuchen soll in dem bis Ende 2016 laufenden Projekt untersucht werden, wie die einzelnen Parameter gewichtet werden. "In einem lichten Nadelwald kommt man vielleicht dreimal so schnell voran wie in einem dicht bewachsenen Jungwald", erläutert der Entwickler. Um die einzelnen Gelände- und Bewuchsformen richtig einschätzen zu lernen, werden Forscher und Studierende mit GPS-Geräten ins Feld geschickt. Ihre Geschwindigkeit wird protokolliert und den einzelnen Geländeparametern wird auf diese Art eine Eignungskennzahl für eine Begehbarkeit zugeschrieben.

Allerdings ist nicht jeder Mensch gleich geländegängig. Auch das soll bei der Anwendung berücksichtigt werden. "Für einen betagten Jäger ist eine Hangneigung von 30 Prozent vielleicht schon zu steil. Ein Bergretter kann sich dagegen auch an einer Felswand abseilen", erläutert Prüller. Verschiedene individuell einstellbare Profile sollen den Möglichkeiten der unterschiedlichen Benutzer Rechnung tragen.

Die größte Herausforderung liege aber in der automatischen Berechnung der schnellsten Route durch das Gelände, so Prüller. Die Anwendung soll aus den umfangreichen Daten Pixel für Pixel den besten Weg errechnen, also vom Start- bis zum Endpunkt die beste Aneinanderreihung von Zellen finden, an denen ein Fortkommen möglich ist. Der Navigationsalgorithmus ist raster- und nicht, wie bisher üblich, vektorenbasiert", so Prüller.

Hoher Rechenaufwand

Durch die hohe Zahl potenzieller Möglichkeiten der Wegführung ergebe sich ein hoher Rechenaufwand, der nicht leicht in Griff zu bekommen ist. Viele Details müssen für die Fortbewegung berücksichtigt werden, beispielsweise muss eine Zelle mit Latschenbewuchs noch nicht bedeuten, dass man hier nicht weiterkommt. Erst wenn die nächste und übernächste Zelle auch Latschen sind, kann man nicht mehr "drübersteigen".

Die Entwickler erwarten, dass für ein Jagdrevier oder Bergretter-Einsatzgebiet bis zu fünf Gigabyte an Daten zusammenkommen. Um zu demonstrieren, dass ihr Routingalgorithmus funktionieren kann, werden zuerst kleine Raster mit einfachen Hindernissen berechnet. Erst danach wird das System für große Datenmengen optimiert. Sollte sich der Rechenaufwand als nicht bewältigbar herausstellen, müsse die Auflösung reduziert werden. "Wir müssen eine Waage zwischen Prozessierbarkeit und Praxistauglichkeit finden", sagt Prüller. Die rasante Hardwareentwicklung ist dem Konzept sicher zuträglich.

Der Routingalgorithmus soll in die bestehende Bergretter-Applikation Sarontar des Forschungsunternehmens TeleConsult – ebenfalls Projektpartner bei RemoteNav – implementiert werden. Für Jäger soll die Navigationsanwendung Eingang in die Jagdrevier-Verwaltungsapp Deermapper von Prüllers Unternehmen Pentamap finden. Der Entwickler sieht auch in Outdoorenthusiasten, die sich abseits der Wege durch die Wildnis schlagen, eine potenzielle Nutzergruppe. "Für Wanderer in Alaska wäre so eine Navigationslösung bestimmt hilfreich." (Alois Pumhösel, 8.7.2015)