Semantisch korrekte Integration von Digitalem Geländemodell und Landschaftsmodell (2005)

Ansprechpartner: Andreas Koch

Motivation und Ziel
Topographische Vektordaten, die die Datengrundlage eines geographischen Informationssystems (GIS) darstellen, sind gewöhnlich zweidimensional. Die Topographie wird mit Hilfe verschiedener Objekte modelliert, die wiederum durch Punkte, Linien und Flächen repräsentiert werden, einschließlich zusätzlicher Attribute, z.B. Funktion und Größe eines Objektes. Im Gegensatz dazu stellt ein digitales Geländemodell (DGM) eine 2.5D Repräsentation der Erdoberfläche dar. Die Integration beider Datensätze führt zu einer Erhöhung der Dimension der topographischen Objekte. Inkonsistenzen, die durch unterschiedliche Aufnahme- und Produktionsverfahren sowie durch unterschiedliche Modellierungen verursacht werden, können zu einem semantisch inkorrekten Ergebnis des Integrationsprozesses führen.
Das Ziel dieses Projektes ist es, die Datensätze zu integrieren, wobei die Semantik der topographischen Objekte berücksichtigt wird, sodass ein semantisch korrekter integrierter Datensatz entsteht. Dabei sollen Objekte des GIS Datensatzes genutzt werden, die explizit Höheninformation enthalten. Diese Informationen werden genutzt, um Bedingungsgleichungen und -ungleichungen zu formulieren, sodass in einem Optimierungsprozess die Höheninformationen verbessert werden, sodass ein semantisch korrekter integrierter Datensatz entsteht.

Semantische Korrektheit
Die nachfolgenden zwei Abbildungen stellen das Ergebnis einer Integration dar, wobei die Semantik der Objekte nicht berücksichtigt wurde.
Bei den Seeflächen fällt auf, dass in den Uferbereichen das Wasser scheinbar ansteigt. Der am weitesten westlich liegende See enthält eine größere Fläche, die über dem mittleren Seeniveau liegt. Diese Darstellung stimmt nicht mit unserer Vorstellung von Seeflächen überein. Der integrierte Datensatz ist semantisch inkorrekt.

Die zweite Abbildung stellt ein DGM dar, wobei eine Deutsche Grundkarte überlagert wurde. Auch diese Darstellung ist semantisch inkorrekt. Die Brücke ist in dem DGM nicht modelliert, sodass es zu einer inkorrekten Darstellung kommt.

Eine semantisch korrekte Integration führt zu einem Datensatz, der horizontale Seeflächen mit ansteigendem Uferbereich sowie Straßen mit Maximalneigungen und -krümmungen in Längs- und Querrichtung aufweist. Diese Darstellung muss mit unserer Vorstellung von semantischer Korrektheit übereinstimmen.

Ergebnisse
Die Untersuchungen basieren bisher auf die Integration von Seeflächen und Straßen. Die GIS Daten werden als erstes integriert, wobei die Semantik der Objekte nicht berücksichtigt wird. Die Integration basiert auf einer bedingten Delaunay-Triangulation, wobei die Polygone der Objekte als Zwangskanten eingeführt werden. In einem zweiten Schritt werden Bedingungsgleichungen und -ungleichungen formuliert, die einem Optimierungsprozess zugeführt werden. Das Ergebnis ist ein integrierter Datensatz, bestehend aus einem triangular irregular network (TIN), welches verbesserte Höheninformationen besitzt, sodass die semantische Korrektheit gewährleistet ist.

Die Abbildung zeigt das Ergebnis einer semantisch korrekten Integration. Die Seeflächen sind horizontal und das angrenzende Gelände steigt an. D.h. alle zuvor definierten Bedingungen sind erfüllt.