Digitisation and Georeferencing of an Oversized Historical Map of the Bailiwick of Neuland (Winsen/Luhe) using Structure-from-Motion (SFM) Photogrammetry

Abstract

The study of historical maps has gained significant importance in recent years due to their ability to shed light on past geographical and topographic landscapes since they serve as crucial sources for understanding past conditions. They not only provide insights into the geography and topography during the time they were created but also allow for studying long-term changes over time. In this study, an oversized historical map of the Bailiwick of Neuland from the years 1780 to 1790 was discovered in the archives of the municipal building office in Winsen an der Luhe, Germany. The map, measuring approximately 5 m × 2 m, was digitised by photogrammetric methods and subsequently georeferenced. The process involved photographing the map with two different cameras and two UAV systems at the Geodetic Laboratory of HafenCity University Hamburg. This allowed to generate a high-resolution orthophoto from each data set. The resulting orthophoto achieved a pixel size of 0.2 mm, ensuring a detailed representation of the map. To ensure accuracy, the best photo block was scaled in a bundle block adjustment using ground control points with an accuracy of 1 mm and scale bars with an accuracy of 0.1 mm. Georeferencing of the historical map was conducted using current digital orthophotos of Lower Saxony with a resolution of 20 cm. A third-degree polynomial transformation was applied during georeferencing, resulting in mean residuals of 2.5 m at the ground control points. This process ensured that the historical map was accurately aligned with the current digital orthophotos, allowing for precise spatial referencing.

Historische Karten sind eine wichtige Quelle für Informationen über die geografische und topografische Situation zum entsprechenden Zeitpunkt in der Vergangenheit. Mit Hilfe dieses Wissens lässt sich nicht nur erforschen, wie die Geografie und Topografie zur Zeit der Karte aussahen, sondern auch, wie sich die Situation über lange Zeiträume hinweg verändert hat. Eine überdimensionale historische Karte der Vogtei Neuland aus den Jahren 1780 bis 1790 wurde in einem Spezialmagazin des städtischen Bauamtes in Winsen an der Luhe, Deutschland, gefunden. Sie misst etwa 5 m × 2 m und wurde mit photogrammetrischen Methoden digitalisiert und anschließend georeferenziert. Die Karte wurde im Geodätischen Labor der HafenCity Universität Hamburg mit zwei verschiedenen Kameras und zwei UAV-Systemen erfasst, um aus den verschiedenen Datensätzen jeweils ein hochauflösendes Orthophoto zu erzeugen. Als höchste Auflösung wurde für das Orthophoto eine Pixelgröße von 0,2 mm erreicht, und der beste Bildverband wurde mit einer Genauigkeit von 1 mm anhand von Passpunkten und 0,1 mm anhand von Maßstäben in einer Bündelblockausgleichung skaliert. Die Georeferenzierung der historischen Karte erfolgte anhand von digitalisierten natürlichen Passpunkten in aktuellen digitalen Orthophotos mit einer Auflösung von 20 cm. Als Ergebnis für die Georeferenzierung mit einer Polynomtransformation 3. Grades wurden durchschnittliche Residuen von 2.5 m an den Passpunkten erreicht.