Geometrische Interoperabilität

ALKIS und INSPIRE - europäische
Vorgaben zur Harmonisierung von
Geodaten
Priv.-Doz. Dr.-Ing.
Frank Gielsdorf
technet GmbH
INSPIRE – Rechtliche Grundlagen
Infrastructure for Spatial Information in the European Community
RICHTLINIE 2007/2/EG DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES
vom 14. März 2007
zur Schaffung einer Geodateninfrastruktur in der Europäischen Gemeinschaft
(INSPIRE)
Entwurf
Gesetz über das Geoinformationswesen im Freistaat Sachsen
vom 7. Mai 2009
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INSPIRE – Die Intention
• Die Umweltpolitik in der EU soll integriert werden
• Probleme bestehen bei der Verfügbarkeit, Qualität,
Organisation, Zugänglichkeit und gemeinsamen Nutzung
von Geodaten
• Verwendung von interoperablen Geodaten über die
verschiedenen Verwaltungsebenen hinweg
• In der Gemeinschaft soll eine Geodateninfrastruktur
geschaffen werden
• Unterstützung der Entscheidungsfindung in der
Umweltpolitik
• Kompatible Geodateninfrastrukturen, die
gemeinschaftsweit und grenzüberschreitend genutzt werden
können
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Interoperabilität
Interoperabilität ist die Fähigkeit zur Kombination und
Interaktion verschiedener Systeme, Techniken oder Daten
unter Einhaltung gemeinsamer Standards.
[Gesetzentwurf]
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Interoperabilität
Technische Interoperabilität
…ist die Fähigkeit von „funktionalen Einheiten“ (typischerweise
Softwarekomponenten), Informationen und Funktionen ohne
Zwischenverarbeitungsschritte auszutauschen.
Komponente A
ASCII
GML
NAS
…
Komponente B
Semantische Interoperabilität
…führt dazu, dass eine Information von verschiedenen funktionalen
Einheiten gleich interpretiert wird.
Komponente A
Person: „Fritz Meier“
Flurstück: „08/15“
…
Komponente B
[GDI-DE Architektur 1.0]
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Es war einmal…
…der Leiter eines Landesumweltamtes…
GDI
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ALK und Schutzgebiet
14m
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ALK und Schutzgebiet
3.4m
4.1m
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Geometrische Harmonisierung
GDI-DE Arbeitskreis „Schutzgebietsinformationen“
Modellprojekt „Bereitstellung von Schutzgebietsinformationen“
-Abschlussbericht zur Realisierungsstufe 2 –
11. Juni 2008
„Die ursprünglich im Arbeitsauftrag enthaltenen Themen „geometrische
Harmonisierung an den Ländergrenzen“ und „rechtsverbindliche digitale
Bereitstellung von Schutzgebietsinformationen“ konnten im Zeitraum der
Realisierungsstufe 2 unter Berücksichtigung der vorhandenen personellen
Ressourcen nicht bearbeitet werden.“
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Das Problem
• Gesucht ist die Identität
von topologischen
Objekten.
• Gegeben sind
geometrische Attribute
(Koordinaten).
• Koordinaten sind
Zufallsgrößen.
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Aufgabe
Leite aus geometrischen Attributen topologische Gegebenheiten ab.
z.B. „Grenze ist identisch“ oder „Versorgungsleitung endet am Haus“
 Geometrische Interoperabilität
Zwei Möglichkeiten:
1. Verbesserung der Genauigkeit σP = ± 20cm
(Luftbild σP ≈ ± 0.3m, Digitalisierung σP = ± 0.5m…5m)
2. Matching und Homogenisierung
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Teilgraphen
Knoten
Kante
Ecke
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Extraktion von Teilgraphen
Beispiel: Ecke
Kanten
Knoten-Kanten-Matrix
Knoten
Inzidenzmatrix I
0010100
Adjazenzmatrix A = ITI
0010100
Knoten-Knoten-Matrix
Knoten
Kanten
Knoten
IT
0010100
I
A
Kanten
A
Dyadisches Produkt
Adjazenztensor
AA
i
A
k
I, j, k sind die Indizes der Eckpunkte
j
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Geometrische Parametrisierung
Knoten
Kante
Punkt
X, Y
Gerade
nx, ny, d
Punkt-Richtung
X, Y, rx, ry
Punkt-Punkt
XA, YA, XE, YE
Punkt-Richtungen
X, Y, rA, rA, rE, rE
3 Punkte
XA, YA, XM, YM, XE, YE
Ecke
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Stochastisches Modell
Beispiel: Gerade
gegeben: Punkt-Punkt
 xA 
 
y 
x K   A  mit
x
 E
y 
 E
C KK
2
  xA

2
 yA


2
 xE

 0

gesucht: Punkt-Richtung
0 




2 
 yE 
 xA 
 
 yA 
x R    mit
r
 x
r 
 y
C RR
2
  xA
 

2
 yA


 rx2



cov( x A , ry ) 






2

 ry

Übergang zur Punkt-Richtungs-Darstellung mit Varianzfortpflanzung
x R  f( x K )  d x R  F  d x K
 CRR  F  CKK  F T
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Wie finde ich Matching-Kandidaten
Mehrdimensionale Suchbäume
Jede Ecke besitzt 6 geometrische Parameter (x, y, rxA, ryA, rxE, ryE)…
…und kann daher als Punkt in einem 6D-Raum betrachtet werden.
Aufbau eines 64-Tree (26 = 64 „Quadranten“)
Suchen im 6D-Fenster
2 * 100.000 Ecken
n*logdm Vergleichsoperationen
≈ 500.000 Vergleiche
Ergebnis: 0…n Matching-Kandidaten
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Test auf Identität
geg.: zwei Zufallsvektoren
und die dazugehörigen Kovarianzmatrizen
(singulär mit Rangdefekt 2)
  x21



C xx1  







 cov( x, ryE ) 




 und





2
 ryE1 
C xx 2
 x1 


y
 1 
r 
xA1
 und
x1  
 ryA1 
r 
 xE1 
r 
 yE1 
  x22











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 x2 


y
 2 
r 
xA 2

x2  
 ryA 2 
r 
 xE 2 
r 
 yE 2 
 cov( x, ryE ) 










2
 ryE 2 
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Test auf Identität
Hypothese: x1 = x2  x1 – x2 = d = 0
FFG auf d: Cdd = Cxx1 + Cxx2
Prüfgröße: dTCddd ~ χ2(f=4)
Schrankenwert: χ2s = χ2s(f,α)
Testentscheidung:
für f = 4 und α = 5%  χ2s ≈ 9,5
χ2 < χ2s  Ecken sind identisch
χ2 > χ2s  Ecken sind nicht identisch
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Matching Ergebnis
Matching:
Auffinden von identischen Objekten in
verschiedenen Datensätzen
- Ecken
- Strecken
- Geraden
- Punkte
-…
Searching:
Auffinden von geometrischen Bedingungen
innerhalb eines Datensatzes
- Rechtwinkligkeiten
- Geradlinigkeiten
- Parallelitäten
- Parallelitäten mit Abstand
-…
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Flurstücksteilung
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Streckenabhängige Korrelationen
x  xE  x A
 x   2xE   2xA  2  cov( x A , xE )
cov(xA,xE) ≠ 0 !
ρ
1
cov( x A , xE )   xA, xE   xA   xE  f ( s AE )
s
Ursachen:
1. Messung nach dem Prinzip der Nachbarschaft
2. Kartierung nach dem Prinzip der Nachbarschaft
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Homogenisierung als Ausgleichungsproblem
Identitätsbeobachtungen
- 14.36 -
- 20.08 -
Membrandreiecke
Geradlinigkeiten
Rechtwinkligkeiten
Parallelitäten
Kreiskontinuitäten
Lokale Koordinaten
Strecken
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Gesetzentwurf der Staatsregierung
Gesetz über das Geoinformationswesen im Freistaat Sachsen
zu § 2
Die Interoperabilität von Geodaten und Geodatendiensten ist eine Kernforderung
der INSPIRE-RL und somit auch des Sächsischen Geodateninfrastrukturgesetzes.
Nur wenn Geodaten und Geodatendienste interoperabel sind, wird deren
Integration und Verwendung in einzelnen, in sich geschlossenen Arbeitsprozessen
und Geschäftsabläufen sichergestellt.
Hauptziel und die Hauptfunktion einer GDI ist die interoperable Verfügbarmachung
von Geodaten über Geodatendienste in einem Netzwerk.
zu § 4
Die notwendige Interoperabilität von Geodaten und Geodatendienste im Sinne des
§ 3 Abs. 4 kann nur erreicht werden, wenn die Geofachdaten grundsätzlich auf
einem einheitlichen und widerspruchsfreien Satz von Geobasisdaten erfasst
werden.
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ALKIS und INSPIRE
• Technische Interoperabilität
• Semantische Interoperabilität
• Geometrische Interoperabilität
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Beispiel Niedersachsen
RdErl. d. MI v. 10.11.2008 - 34-23422/14
Genauigkeitsverbesserung der Liegenschaftskarte
2. Genauigkeitsanforderungen
Die Liegenschaftskarte ist grundsätzlich in einer Genauigkeit von
2.1<= 0,20 m in Ortslagen und Ortsrandlagen,
2.2<= 0,50 m in Feldlagen vorzuhalten.
3. Arbeiten zur flächenhaften Genauigkeitsverbesserung der
Liegenschaftskarte
3.1 Die Genauigkeit soll in einem Verfahrensschritt verbessert werden, mehrfache
Lageverschiebungen sollen vermieden werden.
3.2 Die örtlichen Vermessungsarbeiten sind auf den unbedingt erforderlichen
Umfang zu begrenzen.
3.3 Die Liegenschaftskarte ist vorrangig bedarfsorientiert zu verbessern.
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Beispiel Brandenburg
Prioritätenerlass II des MI vom 22.12.2006
Vordringliche Arbeiten für das amtliche Vermessungswesen
Rahmenkonzept zur „Qualitätsverbesserung im Liegenschaftskataster“
5.1 Gebiete mit Zahlennachweis
In diesen Gebieten sind für jeden Grenzpunkt und für jedes eingemessene
Gebäude Vermessungskoordinaten zu bestimmen, vorrangig durch Auswertung des
vorhandenen Zahlennachweises in Verbindung mit Passpunktbestimmungen. Ziel
ist es, die Konsistenz zwischen Zahlennachweis (Vermessungsriss) und Karte
(ALK-Vermessungskoordinaten) herzustellen. Die Genauigkeit der ALK ergibt sich
aus der Qualität des vorliegenden Zahlennachweises.
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Transformationsdienste
Damit besteht der wesentliche Zweck eines Transformationsdienstes in der
Sicherstellung der Interoperabilität innerhalb einer GDI. Insbesondere gehören zu
den Funktionalitäten von Transformationsdiensten
die Koordinatentransformation zur
Überführung von Geodaten in ein
anderes Koordinatenreferenzsystem
sowie
die Schematransformation zur
Überführung von Geodaten in eine
andere Datenstruktur.
Geometrische Integration?
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