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Implementierung des Konzepts zur
Modellgeneralisierung in ein objektorientiertes GIS
Seminar Geoinformationssysteme
WS 2000 / 2001
Barbara Nagel
Einleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
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ATKIS® ist ein Basisinformationssystem der Landes- vermessungsämter
Es besteht aus drei unterschiedlichen Strukturierungsgeraden, bzw. Auflösungen:
• Basis - DLM [früher: DLM25]
• DLM250 [früher: DLM200]
• DLM1000
ATKIS und DLMEinleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
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Unterscheidung zwischen DLM und DKM
• DLM: Digitales Landschaftsmodell alphanumerische Beschreibung der Landschaft
• DKM: Digitales kartographisches Modell bildhafte und maßstabsbezogene Beschreibung der Landschaft
Einleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
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Arten der Generalisierung
Lan
dsc
haf
t (O
rigi
nal
)
DLM
DLM
OS KG
OS KG
DKM
DKM
GG
SGGG
SG
KG
Prä
sent
atio
n (a
nalo
g /
digi
tal)
OK = Objektgeneralisierung nach OK
OS = Objektgeneralisierung nach SK
KG = Kartographische Generalisierung
SG = Semantische Generalisierung
GG = Geometrische Generalisierung
OK
OK
Modellorientierte Generalisierung
Modell- u. kartog. Generalisierung
Kartographische Generalisierung
Einleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
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Modellgeneralisierung
Landschaft (Original)
GGSG
OK
DLMhohe
Auflösung
DLMniedrige
Auflösung
OK
OK = Objektgeneralisierung nach OK
SG = Semantische Generalisierung
GG = Geometrische Generalisierung
Einleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
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Die 2 Möglichkeiten zur Aufstellung eines DLM
• Ersterfassung aus der Landschaft
- zur Zeit der Weg zur Erzeugung eines DLM
• Modellgeneralisierung
- Vereinfachung der bereits erfolgten
Ersterfassung
Einleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
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Anforderungen an die automatische Generalisierung
• Eindeutigkeit
• Reproduzierbarkeit
• Nachvollziehbarkeit
Steuerungstool
[wichtigster Bestandteil: Bearbeitungsreihenfolge]
Zur Umsetzung der Generalisierung:
Einleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
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Berarbeitungsreihenfolge
DLMhohe
Auflösung
DLMniedrige
Auflösung
Typisierung, bzw. Klassifizierung
Selektion der Objekte über die Erfassungskriterien
Überführung der Attribute
Semantische Generalisierung
Geometrische Generalisierung
Geometrietypwechsel
Vereinfachung der geometrischen Strukturen
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Einleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
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Semantische Generalisierung
• Veränderung der inhaltlichen Beschreibung
• Ziel ist die Reduzierung der detailreichen
Landschaftsbeschreibung
• Eindeutige Zuordnung der Objektarten in beiden DLM
• der Rahmen wird durch das Ziel - DLM gegeben
1. Schritt: Typisierung und Klassifizierung
Einleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
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Basis - DLM DLM 250
• Verknüpfungsrelation 1:13101 Straße 3101 Straße
• Verknüpfungsrelation n:13203 Schienenbahn 3101 Schienenbahn (komplex)3204 Bahnkörper3206 Bahnstrecke
• Verknüpfungsrelation 1:0 (Datenreduktion) Keine Beispiele gefunden
1. Schritt: Typisierung und KlassifizierungEinleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
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Einleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
2. Schritt: Selektion der Objekte über die Erfassungskriterien
Selektion der Objekte über die ErfassungskriterienBeispiel für geometrische Kriterien
Basis - DLM DLM 250
Objektart : 5101 Kanal (Schiffahrt)
Erfassungskriterium : Erfassungskriterium :
vollständige Erfassung vollständige Erfassung
- linienförmig bis 12m Breite - linienförmig bis 42m Breite
- flächenförmig über 12m Breite - flächenförmig über 42m Breite
In diesem Schritt der Generalisierung findet die überwiegende Objektreduktion statt
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3. Schritt: Überführung der AttributeEinleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
Überführung der Attribute am Beispiel derObjektklasse „3102 Weg“ Attribut FKT = Funktion
Basis - DLM DLM 250
1701 Hauptwirtschaftsweg 1701 Hauptwirtschaftsweg
1702 Wirtschaftsweg 1702 Wirtschaftsweg
1703 Fußweg1705 Karren- und Ziehweg1708 Wattenweg
1703 Fußweg, Pfad, Karren- und Ziehweg, Wattenweg
1704 Park-, Friedhofsweg1707 Reitweg1710 Rad- und Fußweg9999 sonstige
nicht vorhanden !
1706 Radweg 1706 Radweg
1709 Steig im Gebirge 1709 Steig im Gebirge
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Geometrische Generalisierung
• Anpassung des Raumbezugs der Objekte an die geometrische Genauigkeit des Modells
• Nach dem Objektartenkatalog wird jedem Objekt ein entsprechender Geometrietyp zugeordnet
• Es gibt flächenhafte, linienhafte und punkthafte Geometrietypen
• Sind die Geometrietypen verschieden, dann muß für das Ziel–DLM ein neuer Typ gefunden werden und die Nachbarobjekte müssen angepaßt werden
1. Schritt: Geometrietypwechsel
Einleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
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1. Schritt: GeometrietypwechselEinleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
Folgende Übergänge sollten nur auftreten:
flächenhaft
flächenhaft
linienhaft
linienhaft
punkthaft
punkthaft
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2. Schritt: Anpassung an die Auflösung des DLMEinleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
...durch Vereinfachung der Objektgeometrie:
• Punktreduktion
• Linienvereinfachung
Algorithmen die eine Kombination aus beiden Möglichkeiten bilden:
z.B. DOUGLAS / PEUKER – Algorithmus
WEBER Algorithmus
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Abbildung des DLM in ein DatenmodellEinleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
Die Umsetzung einer Modellgeneralisierung soll nun aus datentechnischer Sicht betrachtet werden
Das Datenmodell enthält alle Elemente des DLM und generalisierungsspezifische Elemente
Eine strikte Unterteilung des Datenmodells in:
• Geometrie• Topologie• Semantik• Generalisierung
ermöglicht es die verschiedenen Prozesse der Modellgeneralisierung den bestimmten Teilen des Datenmodells zuzuordnen
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Einleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
Abbildung des DLM in ein Datenmodell
Semantische Ebene
Topologische Ebene
Geometrische Ebene
Punkt Strecke Fläche
Knoten Kante Masche
punkthaftes Objekt
linienhaftes Objekt
flächenhaftes Objekt
kompl. Obj.
Komplexes linienförmiges
Generalisierungs-objekt
Komplexes lokales General-isierungsgebiet
(Block)
punktförmig linienförmig flächenförmig
2
2
2
2
2+
2+
1+
1+ 1+
1+
Generalisier-ungsspezifische
Ebene
UML = Unified Modeling Language
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Einleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
Nähere Beschreibung zu den Ebenen
Semantische Ebene
Topologische Ebene
Geometrische Ebene
Punkt Strecke Fläche
Knoten Kante Masche
punkthaftes Objekt
linienhaftes Objekt
flächenhaftes Objekt
kompl. Obj.
Komplexes linienförmiges
Generalisierungs-objekt
Komplexes lokales General-isierungsgebiet
(Block)
punktförmig linienförmig flächenförmig
2
2
2
2
2+
2+
1+
1+ 1+
1+
Hier werden Position und Ausdehnung abgebildet
(Punkte enthalten z.B. als Wert die Koordinatenund Strecken enthalten Verbindungsinformationen)
Die zweidimensionalen Lagebeziehungen enthält die topologischen Ebene
Objekte werden zu größeren Einheiten zusammengefaßt
(z.B. Bundesstraßen, die in mehrere Modellobjekte aufgeteilt sind und deren
gesamter Verlauf zu betrachten ist)
Generalisier-ungsspezifische
Ebene
UML = Unified Modeling Language
Hier sind die Modellobjekte mit ihren attributiven Informationen enthalten
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Einleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
Abbildung des DLM in ein Datenmodell
Semantische Ebene
Topologische Ebene
Geometrische Ebene
Punkt Strecke Fläche
Knoten Kante Masche
punkthaftes Objekt
linienhaftes Objekt
flächenhaftes Objekt
kompl. Obj.
Komplexes linienförmiges
Generalisierungs-objekt
Komplexes lokales General-isierungsgebiet
(Block)
punktförmig linienförmig flächenförmig
2
2
2
2
2+
2+
1+
1+ 1+
1+
Generalisier-ungsspezifische
Ebene
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• Eingabemodell: DLM mit höherer AuflösungQuell - DLM
• Ausgabemodell: DLM mit niedriger AuflösungZiel - DLM
Relationen ergeben sich zwischen den Objekten in den Ebenen:
Einleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
Verknüpfung zweier DLM
semantische Ebene semantische Ebene
topologische Ebene topologische Ebene
geometrische Ebene geometrische Ebene
Quell
DLM
Ziel
DLM
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Einleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
Verknüpfung zweier DLM
Relationen zwischen den Elementen des Quell- und Ziel-DLM sind dargestellt.
Die Reihenfolge der Generalisierung ergibt sich zu:
1. semantische Generalisiierung
2a. Geometrietypwechselwerden durchgeführt
2b. Vereinfachung der geometrischen Strukturen
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Sukzessive wird das anfangs leere Ziel-DLM mit Inhalten gefüllt, die aus dem Quell-DLM abgeleitet werden
Einleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
Ableitungsinformationen zwischen den DLM
Ableitungsinformationen
Diese Informationen sollten aus folgenden Gründen dauerhaft abgespeichert werden:
• Konsisztenz der Ableitungskette• Fortführung der DLM
Das Quell- , bzw. Ziel-DLM und die Ableitungs-informationen sollten in einer Datenbank dauerhaft abgespeichert werden.Z.B. bietet SupportGIS diese Option
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Es wurde ein Datenmodell entwickelt, das zum einen die Elemente des DLM enthält und zum anderen für die Modellgeneralisierung angepaßt wurde
Die Anpassung besteht vor allem in:
• eine Erweiterung um modellgeneralisierungs-spezifische Elemente
• Ableitungsinformationen zwischen den DLM• eine strikte Unterteilung zwischen Semantik,
Topologie und Geometrie
Einleitung
Aufstellungeines DLM
semantische Generalisierung
geometrischeGeneralisierung
Datenmodell
Zusammenfassung