Digitale Geländemodelledurch Kartenextraktion

Christoph Kubasa0901205

VU Topographische und HochgebirgskartographieSommersemester 2013

Inhalt

• Allgemeine Einführung zu DGM

• Höheninformation aus Kartenextraktion

• Vor- und Nachteile im Vergleich zu anderen Methoden

• Nutzen und Ableitung für die Kartographie

VU THGK Christoph Kubasa

Allgemeine EinführungDefinitionen

„Ein spezieller Fall eines DHM ist das Digitale Geländemodell, bei dem die natürliche Geländeoberfläche ohne Bebauung und Vegetation wiedergegeben wird.“ Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Reinhardt – GIS 2 Digitale Geländemodelle(Online aufgerufen am 27.05.2013)

„In GIS, DTMs provide an opportunity to model, analyse and display phenomena related to topography or other surfaces. A DTM may be understood as a digital representation of a portion of earth‘s surface.“Weibel, Heller (1990, S.269)

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Allgemeine EinführungWichtige Datenarten für die DGM-Erstellung:

• Daten mit geomorphologischen Bezug• Höheninformationen (Punkte, Linien)

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Allgemeine EinführungAblauf der DGM-Erstellung

Nach: Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Reinhardt – GIS 2 Digitale Geländemodelle (Online aufgerufen am 27.05.2013), eigene Bearbeitung und Ergänzung

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Höheninformation aus KartenextraktionHöheninformationen in topographischen Karten

• Wichtigstes Element in topographischen Karten: Höheninformationen (LINIEN, Punkte)

• Hilfsmittel zur Vermittlung der dritten Dimension in der ebenen Darstellung des Geländes.

• Qualität der topographischen Karte abhängig von der Qualität der Höheninformationen (z.B. Äquidistanz).

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Höheninformation aus KartenextraktionGenauigkeit von Höhenlinien

Geometrische Genauigkeit Morphologische Genauigkeit

Minimierung von Charakteristische Höhen- und Wiedergabe der Lagefehler Geländeform

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Höheninformation aus KartenextraktionGenauigkeiten von Höhenlinien

• Bei primärer Datenaufnahme besitzen Höhenlinien eine hohe geometrische Genauigkeit

• Durch maßstabsbedingte Generalisierung geht geometrische Genauigkeit immer mehr verloren (Strichstärke in der Karte beträgt in der Natur einige Meter)

• In topographischen Karten wird dennoch versucht, die morphologische Genauigkeit so gut es geht zu erhalten

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Höheninformation aus KartenextraktionKartenvergleich

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ÖK 50 / 25V LK 25 AV 25Äquidistanz Höhenlinien 20 Meter 20 Meter 20 Meter

Äquidistanz Zwischenhöhenlinien 10 Meter 10 Meter 10 Meter

Äquidistanz Zählhöhenlinien 100 Meter 100 Meter 100 Meter

Anzahl Farben 2 (Braun, Blau) 3 (Schwarz, Braun, Blau) 2 (Braun, Blau)

Höhenlinien im Felsbereich durchgezogen

100 Meter Zählhöhenlinien durchgezogen

durchgezogen

Höheninformation aus KartenextraktionKartenvergleich

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Höheninformation aus KartenextraktionMöglichkeiten der Digitalisierung

Manuelles Digitalisieren• Linienweises Digitalisieren von Höhenlinien

• Vorteil: Keine aufwendigen Vorarbeiten• Nachteil: Zeitintensiv und aufwendig

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Höheninformation aus KartenextraktionMöglichkeiten der Digitalisierung

Automatisches Digitalisieren• Digitalisierung eines Höhenlinienauszugs der Karte• Hohe Datenpunktdichte

• Vorteil: schneller Fortschritt, geringe Fehlerquote• Nachteil: aufwendige Vor- und Nachbearbeitung

Quelle: http://www.ipf.tuwien.ac.at/publications/dh_p_isprs98/dh_p_isprs98.html- Stand: 01.06.2013

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Höheninformation aus KartenextraktionStrukturierung zur DGM-Erstellung

• Ausgangspunkt nach Digitalisierung: Unstrukturierte Datenpunkte stehen in keinerlei Bezug zueinander

• Wunsch: Beziehungen zwischen Datenpunkte aufbauen, um die Oberfläche kontinuierlich beschreiben zu können

• Zwei Methoden: Rechtwinkeliges Gitternetz (Matrix), Triangulated Irregular Network (TIN)

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Höheninformation aus KartenextraktionStrukturierung zur DGM-Erstellung

Rechtwinkeliges Gitternetz

• Beziehung zwischen den Punkten wird durch Matrixstruktur erreicht

• Starres Gebilde kann sich an variable Punktdichte im Gelände nicht gut anpassen

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Höheninformation aus KartenextraktionStrukturierung zur DGM-Erstellung

Triangulated Irregular Network (TIN)

• Strukturierung durch Dreiecksnetze

• Delaunay-Triangulation: Umkreis der der Dreiecke beinhaltet keinen vierten Punkt

• Bessere Anpassung an variable Punktdichte im Gelände

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Höheninformation aus KartenextraktionStrukturierung zur DGM-Erstellung

Triangulated Irregular Network (TIN)

• TINs werden nicht digitalisiert, sondern von bereits digitalisierten Daten (Höhenlinien, Höhenpunkte, Bruchlinien, usw.) aufgebaut

• In Zwischenräumen, wo keine Daten vorhanden sind, werden diese durch Interpolation geschätzt

• Problem bei Höhenlinien: Datenfreie Zwischenräume der Höhen-linien oft zu groß zusätzliche Datenpunkte benötigt

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Höheninformation aus KartenextraktionStrukturierung zur DGM-Erstellung

Triangulated Irregular Network (TIN)

Quelle: http://tellus.csiro.au/TellusDev.html - Stand: 01.06.2013

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Höheninformation aus KartenextraktionStrukturierung zur DGM-Erstellung

Nach: Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Reinhardt – GIS 2 Digitale Geländemodelle (Online aufgerufen am 27.05.2013), eigene Bearbeitung und Ergänzung

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Dreiecksnetz Gitternetz

Vorteile Gute Anpassung an variable Punktdichte (Gelände) Einfache Struktur

Nachteile Komplizierte Struktur Schlechte Anpassung an variable Punktdichte (Gelände)

Vor- und NachteileVor- und Nachteile

+ POSITIV• Billige Methode• Nutzung des großen Bestandes an topographischen Karten

- NEGATIV• Aufwendig und zeitintensiv• Fehler bei Kartenerstellung werden in das DGM übernommen• Einsatz nur für kleine Gebiete sinnvoll• Geringe Genauigkeit

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Vor- und NachteileVor- und Nachteile

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Einsatz Genauigkeit Zeit Kosten

Kartenextraktion Kleine Gebiete Gering Zeitintensiv Gering

Terrestrisch Projekte Hoch Zeitintensiv Hoch

Photogrammetrisch Große Gebiete Mittel - Hoch Gering Hoch

Laserscanning Große Gebiete Sehr Hoch Gering Mittel

Ableitung und NutzenDGM-Folgeprodukte (Auswahl)

• Längs- und Querprofile• Höhenlinien- und Höhenschichtenkarten• Neigungsmodelle und -klassifizierung• Exposition• Automatische Schattierung• Axonometrische Darstellungen• Sichtbarkeitskarten

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Ableitung und NutzenDGM-Folgeprodukte (Auswahl)

Neigungs- und Expositionsmodelle

Quelle: http://www.avt.at/de/vermessungswesen/154625/vegetationsanalysen.html - Stand: 02.06.2013

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Quellen

• Literatur aus der LV• http://

www.unibw.de/inf4/professuren/geoinformatik/lehre/skripten/skripte/skripten_ft_09/gis2_dgm.pdf - Stand: 03.06.2013

• http://www.igp.ethz.ch/photogrammetry/education/lehrveranstaltungen/photogrammetry/coursematerial/dtm_generierung_PhotoGZ_FS2010.pdf - Stand: 01.06.2013

• http://www.igp.ethz.ch/photogrammetry/education/lehrveranstaltungen/photogrammetry/coursematerial/dtm_interpolation_PhotoGZ_FS2010.pdf - Stand: 01.06.2013

• http://www2.hydrotec.de/unternehmen/hydrothemen/hydrothemen1810/arcgis-10 - Stand: 02.06.2013

• http://www.at-mix.de/digitalisiertablett.htm - Stand: 02.06.2013• http://www.avt.at/de/vermessungswesen/154625/vegetationsanalysen.html -

Stand: 03.06.2013VU THGK Christoph Kubasa

Vielen Dank für dieAufmerksamkeit!

Christoph Kubasa0901205

VU Topographische und HochgebirgskartographieSommersemester 2013