Präsentation - Kommission Angewandte Kartographie
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Die Automatische Gebäudegeneralisierung unter Erhalt der Siedlungsstruktur mit ArcGIS: durchgeführt am Beispiel der Schweizer Landeskarte 1:50`000 Anna Vetter Esri Schweiz AG Symposium Königslutter 2015 Die Automatische Gebäudegeneralisierung unter Erhalt der Siedlungsstruktur mit ArcGIS: durchgeführt am Beispiel der Schweizer Landeskarte 1:50`000 + Einführung + Grundlagen und “state of the art” + Methodik für die praktische Umsetzung + Experten Evaluierung 2 © 2015 Esri Schweiz AG Einführung 3 © 2015 Esri Schweiz AG swisstopoEDU-MSC Programm + Kooperationsprojekt Prof. Dr. Georg Gartner Dominik Käuferle Mark Wigley + Im Rahmen des «international Master program in Cartography» 4 © 2015 Esri Schweiz AG Kontext und Relevanz Generalisierung in Einsparung von Ressourcen Steigerung der Effizienz Verbesserung des Aktualisierungszyklus 5 © 2015 Esri Schweiz AG Automatische Generalisierung ist von grösstem Interesse für NMA`s Aufgaben Automatische Generalisierung von Gebäuden TLM (1:10`000) DKM (1:50`000) unter Beibehaltung der Siedlungsstruktur mit ArcGIS out-of-the-box Generalisierungstools Ziele + Analyse der entsprechenden kartografischen Grundlagen + Entwicklung eines geeigneten Workflows + Überprüfung der kartographischen Qualität der Ergebnisse 6 © 2014 Esri Schweiz AG Grundlagen und „state of the art“ 7 © 2015 Esri Schweiz AG Teilaspekte der Generalisierung Teilaspekte der Generalisierung (Spiess et al., 2002) 8 © 2015 Esri Schweiz AG Wichtige Aspekte bei der Gebäudegeneralisierung + Auswahl und Selektion + Strukturerhaltung der Gebäude > Bebauungsdichte + Grafische Generalisierung > Grössenunterschiede > Orientierung > Anordnung > Charakteristische Grundrissformen (Spiess et al., 2002) + Formengeneralisierung + Verschiebung und Verdrängung (Spiess et al., 2002) (Spiess et al., 2002) 9 © 2015 Esri Schweiz AG Das Konzept der Generalisierung Semantische und geometrische Vereinfachung Realität Objekt Generalisierung Modell Generalisierung Primäres Modell Sekundäres Model DLM`s Kartographische Generalisierung Lösen der resultierenden grafischen Konflikte Kartographisches Model Generalisierungs Model nach Grünreich (1992) 10 © 2015 Esri Schweiz AG DKM`s Operatoren nach Grünreich klassifiziert von Forster et al. (2007) Modell Generalisierung Kartografische Generalisierung Class Selektion (Klassenauswahl) Enhancement (Verbesserung) Reclassification (Neuklassifizierung) Displacement (Verdrängen) Collapse (Zusammenführen) Elimination (Entfernen) Combine (Kombinieren) Typification (Typisierung) Simplification (Vereinfachen) Amalgamation (Verschmelzen) Amalgamation (Verschmelzen) + Grünreichs Modell ist am besten geeignet für die Anforderungen von NMA`s 11 © 2015 Esri Schweiz AG State of the art + Das EuroSDR-Projekt (Stoter et al., 2010) > Identifizierung von NMA Anforderungen an die Generalisierung > Herausarbeitung von Möglichkeiten und Limitationen kommerzieller out-of-the-box Generalisierungssystemen + Dutch Cadastre (Stoter et al., 2014) > Aktuellstes Projekt mit voll automatisierter Generalisierung (2013) > Konfiguration von ArcGIS Werkzeugen, FME, Python, ModelBuilder > Workflow: Modell Generalisierung, Symbolisierung, Kartografische Generalisierung 12 © 2015 Esri Schweiz AG Methodik für die praktische Umsetzung 13 © 2015 Esri Schweiz AG Methodik für die praktische Umsetzung + 1. Definition des Testgebietes > Testgebiet soll möglichst viele Generalisierungsproblematiken aufweisen > Abdeckung einer grossen Vielzahl von verschiedenen Siedlungsstrukturen 14 © 2015 Esri Schweiz AG Methodik für die praktische Umsetzung + 2. Analyse und Einordnung kartografischer Bedingungen > Nutzung der «bedingungsbasierten Generalisierung» > «Bedingungen» bilden die Grundlage für die Generalisierung + Gebäude kleiner als 5 m2 können generell eliminiert werden + Die Minimaldimension für ein Einzelhaus beträgt 400 m2 + Gebäude werden nur zusammengefasst wenn sie nicht durch eine Strassenachse getrennt werden + Die Bebauungsdichte muss wenn möglich erhalten werden 15 © 2015 Esri Schweiz AG Methodik für die praktische Umsetzung + 3. Entwicklung eines automatischen Workflows > Identifizierung aller geeigneten Generalisierungs-Operatoren > Entwicklung / Durchführung der Modell- und grafischen Generalisierung TLM 1:10`000 Modell Generalisierung Symbolisierung Kartografische Generalisierung Ständige Überprüfung und Verbesserung der einzelnen Prozess Schritte DKM 1:50`000 > Verkettung der Schritte zu Gesamtworkflow mit ArcGIS ModelBuilder 16 © 2015 Esri Schweiz AG Identifizierung und Einordnung aller geeigneten Generalisierung-Operatoren + Operatoren für die Modell Generalisierung Operatoren nach Foerster et al. Entsprechende Operatoren in ArcGIS Amalgamation (Verschmelzen) Aggregate Polygons (Polygone zusammenfassen) Simplification (Vereinfachen) Simplify Building (Gebäude vereinfachen) Class Selektion (Klassenauswahl) Select Layer by Attribute (Selektion nach Attribut) Select Layer by Location (Selection nach Ort) Select (SQL expression) (Selektion) Reclassification (Neuklassifizierung) Field calculator (Feldberechnung) Collapse (Zusammenführen) Delineate-Built-Up Areas (Ortfläche erzeugen) + Operatoren für die Kartografische Generalisierung Operatoren nach Foerster et al. Entsprechende Operatoren in ArcGIS Displacement (Verdrängen) Typification (Typisierung) Enhancement (Verbesserung) Amalgamation (Verschmelzen) Elimination (Entfernen) 17 © 2015 Esri Schweiz AG Resolve Building Conflict (Gebäudekonflikte lösen) Verknüpfung der einzelnen Schritte / Tools zu einem Workflow Aggregation, Klassifizierung, Vereinfachung Selektieren/Eliminieren kleiner Gebäude entsprechend der Bebauungsdichte Selektieren/Reklassifizieren von Gebäuden entlang der Strasse Selektieren/Eliminieren kleiner Gebäude in der Nähe von grossen Gebäuden Symbolisierung und kartografische Konfliktlösung + Model 1 - 4: Modell Generalisierung + Model 5: Kartografische Generalisierung 18 © 2015 Esri Schweiz AG Verknüpfung der einzelnen Schritte / Tools zu einem Workflow 19 © 2015 Esri Schweiz AG Resultat – Vergleich TLM (1:10.000) zu DKM (1:50.000) 20 © 2015 Esri Schweiz AG Resultat – Vergleich TLM (1:10.000) zu DKM (1:50.000) 21 © 2015 Esri Schweiz AG Experten Evaluierung 22 © 2015 Esri Schweiz AG Die Expertenevaluierung + Qualitative Bewertung der erzielten Ergebnisse > Entwicklung einer spezifischen Expertenbefragung > Ermöglicht eine Aussage über die Qualität der generalisierten Ergebnisse + Teilnehmer > Experten welche direkt mit dem Thema Generalisierung vertraut sind > Drei verschiedene Befragungsgruppen mit insgesamt 33 Teilnehmern > Software-Spezialisten von Esri Inc. (8) > Kartografen von swisstopo (7) > Experten aus der Theorie und Praxis der Generalisierung (überwiegend Hochschulbildung, ICA Commision) (18) 23 © 2014 Esri Schweiz AG Gesamtbewertung für den Erhalt der Siedlungsstruktur + Bebauungsdichte + Relative Grössenunterschiede + Orientierung der Gebäude + Gebäudeanordnung + Ausdehnung der Siedlung 24 © 2015 Esri Schweiz AG Gesamtbewertung für die Formengeneralisierung + Siedlungsform + Charakter der Altstadt Aarau + Charakteristische Grundformen + Generalisierung Kleinstformen 25 © 2015 Esri Schweiz AG Beispielhafte Ergebnisse Testkartenblatt Aarau 27 © 2015 Esri Schweiz AG Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontaktinformationen: Anna Vetter Esri Schweiz AG Josefstrasse 218, CH-8005 Zürich +41 58 267 19 00 [email protected] www.esri.ch PDF der Masterarbeit: http://www.ub.tuwien.ac.at/dipl/2014/AC12121288.pdf 28 © 2015 Esri Schweiz AG
