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Technische Universität München

Extract4D

Generalisierte Extraktion von Oberflächendynamik aus multimodalen 4D-Punktwolken für topographisches Monitoring von Erdoberflächenprozessen und deren Interaktionen

Concept of the Extract4D project.
Konzept des Extract4D-Projekts zur integrierten Veränderungsanalyse der Oberflächendynamik in multimodalen 4D-Punktwolken, die durch topographisches 3D-Monitoring lokaler Landschaften gewonnen wurden.

Projektbeschreibung:

Die topographische Beobachtung der Landschaftsdynamik liefert wertvolle Informationen über erdformende Prozesse und Umweltfaktoren. Da die Oberflächendynamik auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen auftritt, wird eine bessere Überwachung und Charakterisierung dieser Aktivitäten unser Verständnis von Umweltprozessen und Mensch-Umwelt-Interaktionen deutlich erweitern. Diese Informationen können Umweltmodelle natürlicher Prozesse und menschlicher Einflüsse verbessern.

Die nahezu kontinuierliche 3D-Beobachtung lokaler Landschaften (d.h. die Erfassung von 4D-Punktwolken) verbessert die Überwachung der Oberflächendynamik erheblich. Gegenwärtige zeitreihenbasierte Änderungsanalysen können effektiv Informationen über Oberflächenaktivitäten auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen extrahieren, aber bisher bestehen einige Herausforderungen bei der Übertragbarkeit und Verallgemeinerung zwischen verschiedenen Datenquellen (Laserscanning und Photogrammetrie) und verschiedenen Anwendungsfällen. Daraus ergibt sich ein dringender Bedarf an der Anpassung und Erweiterung von zeitreihenbasierten Methoden zur Analyse von Veränderungen in 4D-Punktwolken mit adaptiver, unregelmäßiger zeitlicher Abtastung (von weniger als einem Tag bis zu einem Jahr) und multimodalen Quellen (z.B. terrestrische und UAV-Plattformen).

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung datenbasierter Methoden zur Analyse von Veränderungen unter Verwendung multimodaler 4D-Punktwolken mit adaptiver zeitlicher Abtastung, die eine automatische Extraktion von Oberflächenaktivitäten aus verschiedenen Datenquellen und geografischen Umgebungen ermöglichen. Solche Fortschritte werden die topographische Überwachung verbessern und ein breites Spektrum von Anwendungen in der Umweltforschung unterstützen.

Die entwickelten Methoden werden im Rahmen des Projekts auf mehrere Fallstudien angewendet, darunter Küstendynamik in den Niederlanden (in Zusammenarbeit mit Geoscience & Remote Sensing und Coastal Engineering an der TU Delft)), Bodenoberflächenprozesse in der Landwirtschaft (in Zusammenarbeit mit der TU Dresden) und Dynamik von Salzmarschen (in Zusammenarbeit mit Geosciences Rennes).

Ziele:

  • Verallgemeinerung der zeitreihenbasierten Veränderungsanalyse für 4D-Punktwolken aus diversen Quellen
  • Integration von multimodalen 3D-Zeitreihen
  • Übertragbarkeit zwischen Anwendungsfällen in unterschiedlichen geografischen Umgebungen

Veröffentlichungen:

  • Anders, K.; Kempf, D.; Albert, W.; Andriushchenko, P.; Huang, X.; Hulskemper, D.; Isensee, T.; Kapitan, D.; Tabernig, R.; Weiser, H.; Winiwarter, L.; Zahs, V.; Höfle, B.: py4dgeo: Open-source scientific software for topographic change analysis in 3D/4D geographic point clouds. SoftwareX 34, 2026, 102670 more… BibTeX Full text ( DOI )
  • Huang, Xiaoyu; Letard, Mathilde; Lague, Dimitri; Höfle, Bernhard; Tabernig, Ronald; Leroy, Paul; Anders, Katharina: Time-Adaptive Change Analysis through Extension of the M3C2 Algorithm using Multi-Modal Laser Scanning Data in a Salt Marsh Environment. ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences XI-2-2026, 2026, 623-630 more… BibTeX Full text ( DOI )
  • Hulskemper, D.; Antolínez, J. A. Á.; Lindenbergh, R.; Anders, K.: Coastal process understanding through automated identification of recurring surface dynamics in permanent laser scanning data of a sandy beach. Earth Surface Dynamics 14 (3), 2026, 329--359 more… BibTeX Full text ( DOI )
  • Letard, Mathilde; Naylor, Peter; Anders, Katharina: Spatiotemporal reconstruction of 4D point clouds at different time scales through implicit neural representations for topographic monitoring applications. ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences XI-2-2026, 2026, 527-534 more… BibTeX Full text ( DOI )
  • Lindenbergh, Roderik; Anders, Katharina; Campos, Mariana; Czerwonka-Schröder, Daniel; Höfle, Bernhard; Kuschnerus, Mieke; Puttonen, Eetu; Prinz, Rainer; Rutzinger, Martin; Voordendag, Annelies; Vos, Sander: Permanent terrestrial laser scanning for near-continuous environmental observations: Systems, methods, challenges and applications. ISPRS Open Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 17, 2025, 100094 more… BibTeX Full text ( DOI )
  • Tabernig, Ronald; Albert, William; Weiser, Hannah; Fritzmann, Patrick; Anders, Katharina; Rutzinger, Martin; Höfle, Bernhard: Temporal aggregation of point clouds improves permanent laser scanning of landslides in forested areas. Science of Remote Sensing 12, 2025, 100254 more… BibTeX Full text ( DOI )
  • Ulm, Maximilian; Elias, Melanie; Eltner, Anette; Lotsari, Eliisa; Anders, Katharina: Automated change detection in photogrammetric 4D point clouds – transferability and extension of 4D objects-by-change for monitoring riverbank dynamics using low-cost cameras. Applied Geomatics, 2025 more… BibTeX Full text ( DOI )
  • Wang, Jiapan; Anders, Katharina: Unsupervised Deep Clustering on Spatiotemporal Objects Extracted from 4D Point Clouds for Automatic Identification of Topographic Processes in Natural Environments. ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences X-G-2025, 2025, 929-936 more… BibTeX Full text ( DOI )
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