Extraktion von Landmarken für die Navigation

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1 Extraktion von Landmarken für die Navigation Birgit Elias Institut für Kartographie und Geoinformatik AgA Wien./.0.0 Routenbeschreibung Map AgA Wien./.0.0

2 Vergleich der Beschreibungen Nach kurzer Fahrt überqueren wir den Friedrichswall und fahren am Maschpark entlang. Rechts ist das monumentale, rund m hohe Rathaus zu sehen.... Nachdem wir dem Verlauf der Strasse Am Maschpark gefolgt sind, erreichen wir den Schwittersplatz, den wir nach schräg links überqueren.... Wir fahren nun am Rudolf-von-Bennigsen- Ufer am Maschsee entlang.... Etwas später erreichen wir den kleinen Hafen der Segelschule (Bootsverleih). Weiter geht die Fahrt, an der Löwenbastion... vorbei. Wir erreichen das rechterhand liegende Strandbad Maschsee und fahren geradeaus unter der Bahnlinie und dem Südschnellweg hindurch. Weiter geht es geradeaus durch die Schützenallee... AgA Wien./.0.0 Vergleich der Beschreibungen Nach kurzer Fahrt überqueren wir den Friedrichswall und fahren am Maschpark entlang. Rechts ist das monumentale, rund m hohe Rathaus zu sehen.... Nachdem wir dem Verlauf der Strasse Am Maschpark gefolgt sind, erreichen wir den Schwittersplatz, den wir nach schräg links überqueren.... Landmarken Qualitative Aufwertung von Wegbeschreibungen! Wir fahren nun am Rudolf-von-Bennigsen- Ufer am Maschsee entlang.... Etwas später erreichen wir den kleinen Hafen der Segelschule (Bootsverleih). Weiter geht die Fahrt, an der Löwenbastion... vorbei. Wir erreichen das rechterhand liegende Strandbad Maschsee und fahren geradeaus unter der Bahnlinie und dem Südschnellweg hindurch. Weiter geht es geradeaus durch die Schützenallee... AgA Wien./.0.0

3 Gliederung Landmarken Definition, Verteilung von Landmarken, Objekttypen Datenquellen ALK Laserscan-Daten ATKIS Verfahren zur Extraktion () Potentielle Landmarken: > Data Mining () Routenabhängige Landmarken: > Sichtbarkeit Kommunikation in Anwendung AgA Wien./.0.0 Definition Landmarke Landmarke = Orientierungszeichen, Merkzeichen... Objekte, die aus ihrer Umgebung herausstechen... Bedingung: Kontrast zur Umgebung! Eigenschaften: Spezielle visuelle Charakteristik Einzigartiger Zweck oder Bedeutung Zentrale oder herausragende Lage Je mehr Eigenschaften erfüllt, desto stärkerer Landmarke AgA Wien./.0.0

4 Verteilung von Landmarken Landmarken in Wegbeschreibungen an (möglichen) Entscheidungspunkten on-route zur Bestätigung des rechten Weges Landmarken entfernte Objekte off-route Lokale Landmarken an Entscheidungspunkten Analyse von Kreuzungen Suche nach lokalen Besonderheiten an der Kirche rechts ab AgA Wien./.0.0 Landmarken Objekte Objekttyp Route (Wohngebiet, Uni) Route (Innenstadt) Gebäude 0 (0 %) ( %) Denkmäler (, %) (0 %) Plätze (, %) ( %) Öffentlicher ( %) ( %) Nahverkehr Weitere 0 ( %) (%) Total 0 (00 %) (00 %) AgA Wien./.0.0

5 Mögliche Datenquellen Landmarken für Landmarken ALK swimming-bath cafeteria open space open space ATKIS Prince park university of Hannover rails George park church open space university of Hannover AgA Wien./.0.0 Mögliche Datenquellen Landmarken für Landmarken ALK swimming-bath open space open space cafeteria Prince park George park university of Hannover church open space rails -> Extraktion von Gebäuden university of Hannover AgA Wien./.0.0 0

6 Zusätzliche Daten: Höhenmodell (Laserscanner-Daten) Falschfarbenansicht Oper in Hannover AgA Wien./.0.0 Extraktion von Landmarken Potentielle Landmarken Analyse Routen-spezifische Landmarken Datenbank Ausgewählte Route Routing AgA Wien./.0.0

7 () Potentielle Landmarken Potentielle Landmarken Analyse Datenbank Charakteristik von Objekten -Geometrie - Semantik Suche nach Gemeinsamkeiten und Herausstellungsmerkmalen Data Mining AgA Wien./.0.0 Data Mining Information Muster Information Information Information Datenbank Data Mining Eigenschaften Charakteristiken Information Analyse großer Datenmengen hinsichtlich der Beziehungen der Daten untereinander Gewinnung von neuen Erkenntnissen Anwendung Marketing: Interpretation von Kundendaten -> Rückschlüsse Kaufverhalten AgA Wien./.0.0

8 Algorithmen für Data Mining Zugehörige Bereiche: Maschinelles Lernen Mustererkennung KI Statistik Datenbanken (Daten-)Visualisierung Maschinelles Lernen Modelle: Klassifikation Clustering Regressionsmodelle Zeitreihenanalyse Neuronale Netze überwacht Klassifikation unüberwacht Clustering AgA Wien./.0.0 Ablauf: Knowledge Discovery in Databases Auswahl Aufgabe festlegen, Daten sammeln Interpretation Evaluation der Muster Visualisierung KDD Vorverarbeitung Aufbereitung der Daten Data Mining Datenanalyse AgA Wien./.0.0

9 Extraktionsverfahren: Potentielle Landmarken Landmarken: auffällige Objekte in Umgebung Auswahl. Objekte beschreiben durch Attribute Suche nach einzigartigen Attributkombinationen Interpretation Vorverarbeitung Data Mining AgA Wien./.0.0 Ableitung der Gebäude-Attribute aus ALK t Fläche Hauptseite Richtungswinkel Einzel- oder Reihenhaus t t t Querseite Orientierung zum Nachbarn Nutzung Abstand zur Straße m Anzahl der Ecken Attribute Ausrichtung zur Straße Kirche Bebauungsdichte Höhe Funktion AgA Wien./.0.0

10 A A A 0 0 0A 0 A A A A 0 Luther ki rche 0 Luther ki rche 0 0 Berufsbildende Schule Anna- Siemsen- Schule Nordstadtbücherei Städt. Städt. Ordnungsamt Gesundheitsamt Nebenst. Nebenst. Berufsbildende Schule Anna- Siemsen- Schule Nordstadtbücherei Städt. Städt. Ordnungsamt Gesundheitsamt Nebenst. Nebenst. Universität Hannover, Institut für makromolekulare Chemie Universität Hannover, Institut für makromolekulare Chemie A 0 A A 0 0 0A 0 A A A A 0 Luther ki rche 0 Luther ki rche 0 0 Berufsbildende Schule Anna- Siemsen- Schule Nordstadtbücherei Städt. Städt. Ordnungsamt Gesundheitsamt Nebenst. Nebenst. Universität Hannover, Institut für makromolekulare Chemie Berufsbildende Schule Anna- Siemsen- Schule Nordstadtbücherei Städt. Städt. Ordnungsamt Gesundheitsamt Nebenst. Nebenst. Universität Hannover, Institut für makromolekulare Chemie A 0 A A 0 0 0A 0 A A A A 0 Luther ki rche 0 Luther ki rche 0 0 Berufsbildende Schule Anna- Siemsen- Schule Nordstadtbücherei Städt. Städt. Ordnungsamt Gesundheitsamt Nebenst. Nebenst. Universität Hannover, Institut für makromolekulare Chemie Berufsbildende Schule Anna- Siemsen- Schule Nordstadtbücherei Städt. Städt. Ordnungsamt Gesundheitsamt Nebenst. Nebenst. Universität Hannover, Institut für makromolekulare Chemie Visuelles Data Mining Gebäudefläche Gebäudeform Anzahl der Ecken AgA Wien./.0.0 Abstand zur Straße Orientierung zum Nachbarn Name oder Funktion Vorverarbeitung Landmarken: auffällige Objekte in Umgebung Auswahl Interpretation Data Mining Vorverarbeitung. Aufbereitung für Algorithmus Auswertungsblock: einzelne Straßenkreuzungen AgA Wien./

11 Auswertungseinheit Straßenkreuzung: Potentieller Entscheidungspunkt in Wegbeschreibung Knoten aus ATKIS-Straßen Festlegung der Umgebung Puffer Sichtbarkeit AgA Wien./.0.0 Data Mining Landmarken: auffällige Objekte in Umgebung Auswahl Interpretation Vorverarbeitung. Data Mining Eigentliche Analyse Entscheidungsbaumverfahren ID AgA Wien./.0.0

12 Entscheidungsbaumverfahren ID Klassifikation Klassifizierte Beispiele Entscheidungsbaum Algorithmus ID Informationstheorie Maß: Informationsgewinn nominale Attribute kürzeste optimale Beschreibung Wetter zum Tennis spielen? Ausprägung Sonne Himmel Regen bewölkt Attribut Luftfeuchtigkeit JA Wind hoch normal wahr falsch Klasse NEIN JA NEIN JA AgA Wien./.0.0 Modifiziertes ID ID: benötigt klassifizierte Beispiele > Landmarke = Ja / Nein Object Attribut Attribut Class A abc?? B jkl?? C xyz?? Positive Annahme für jedes einzelne Objekt Object Attribut Attribut Class Class A abc Ja Nein B jkl Nein Ja C xyz Nein,... Nein,... Entscheidungsbaum für jeden einzelnen Fall Class Nein Nein Ja AgA Wien./.0.0

13 Data Mining künstliches Beispiel Synthetische Daten: 0 Gebäude (mit nominalen Attributen) 0 no building use size neighbors orientation dist height residential small parallel 0 residential small corner 0 residential large 0 corner 0 residential small parallel 0 residential small parallel 0 residential small parallel 0 residential small parallel residential small parallel residential small corner 0 residential small corner AgA Wien./.0.0 Modifiziertes ID - Auswertung Vergleich Entscheidungsbäume Kurze Beschreibung = Landmarke 0 size neighbors small large 0 Zunehmende Baumlänge Level NO YES NO orientation NO Level parallel across angular corner YES NULL NULL NO AgA Wien./.0.0

14 Ableitung der Beschreibung Ist Gebäude Landmarke? Höhe niedrig NEIN normal NEIN hoch Farbe am hohen, roten Gebäude rechts ab grau rot NEIN JA AgA Wien./.0.0 Interpretation Landmarken: auffällige Objekte in Umgebung Auswahl. Interpretation Vorverarbeitung Überprüfung Ergebnisse Data Mining Subjektive Beurteilung/ Nutzertest AgA Wien./.0.0

15 Extraktion von Landmarken Potentielle Landmarken Data Mining Analyse Routen-spezifische Landmarken Datenbank Ausgewählte Route Routing AgA Wien./.0.0 () Routen-abhängige Landmarken Bestimmung von Landmarken abhängig von konkreter Route Routen-abhängige Kriterien - Sichtbarkeit - Zuverlässigkeit - Position an Kreuzung - Fortbewegungsart Routen-spezifische Landmarken AgA Wien./.0.0 0

16 Sichtbarkeit in D D D.D / D.D, gerastertes DSM AgA Wien./.0.0 Virtueller Sichtkegel (Hannover, Kröpcke) Sichtbarkeitsanalyse: Höhenmodell Laserscan-Daten + ALK Gebäudepolygone Berechnung 0 - Rundum-Sicht auf Kreuzung AgA Wien./.0.0

17 Georgstraße Sichtbarkeitsanalyse Möwenpick Georgstraße Bahnhof Kröpcke-Center AgA Wien./.0.0 Virtuelles Panorama x Pixel 0 0 Gebäude ID Anzahl [Pixel] min. Distanz [m] max. Distanz [m] H0JF 0 AgA Wien./.0.0

18 Wilhelm-Busch-Museum Georgenpalais A Ke. Soz ialgericht 0 Städt. Werkhof D A B A Univ. Hannover Instiut Institute 0 A A 0A Institute 0C B 0B 0 Mensa A B Kindertagesstätte A A Chemisches Institut 0 A B A A 0A Kindertagesstätte Stadtteilzentrum- Nordstadt A A B 0 0 A Fabrik Pos t 0 C 0 0 A 0 Uni. Inst. Akademisches Auslandsamt 0 Universität Institut A 0 0A 0 A 0 0 A 0 Luther kirche Jugendzentrum Feuerwache Nordstadtbücherei Städt. Städt. Ordnungsamt Gesundhe itsamt Nebenst. Nebenst. Ke. 0 0 Berufsbildende Schule Anna- Siemsen- Schule Kindertagesstätte Universität Hannover, Institut für makromolekulare Chemie 0 0 A 0 A 0 A Sporthalle 0 A A A 0 0 A A Verfolgen der Sichtbarkeit m-abstand von Sichtbarkeiten Bestimmung der Sichtbarkeitsdauer rote Linie: Rathaus AgA Wien./.0.0 Beispiel 0 A 0 0 A 0 A 0 AgA Wien./.0.0

19 Museum s A Ke. Sozialgericht 0 Städt. Werkhof D A B A Uni v. Ha nno v er Instiut Universität H annover Institute 0 A A 0A Institute 0C B 0B 0 Mensa A B Kindertagesstätte A A Chemisches Institut 0 A B A A 0A Kindertagesstätte Stadtteilzentrum- Nordstadt A A A B 0 0 A Fabrik A Post C A 0 Uni. Inst. Akademisches Auslandsamt 0 Univ ersität Institut A 0 0A 0 A 0 0 A 0 Luthe r ki rc he Ke. 0 Nord - sta dtbücherei Städt. Städt. Ordnungsamt Gesundheitsamt Nebenst. Nebenst. 0 Berufsbildende Schule Anna- Siemsen- Schule Kindertagesstätte Jugendze ntru m Feuerwa c he Un i v ers ität Hannover, Institut für makromolekulare C hemie 0 0 A 0 A 0 A Sporthalle 0 A A A 0 A 0 A Virtueller Sichtbarkeit AgA Wien./.0.0 Sichtbare Objekte 0 A AgA Wien./.0.0

20 Museum s A Ke. Sozialgericht 0 Städt. Werkhof D A B 0 A Uni v. Ha nno v er Instiut Universität H annover Institute 0 A A 0A Institute 0 A A 0A Universität H annover Institute 0C B 0B 0 0C Mensa B 0B 0 Mensa Kindertagesstätte A Kindertagesstätte A B B Kindertagesstätte A A Chemisches Institut 0 0 A A Chemisches Ins titut 0 A B A 0 A A B 0A 0 A 0 0 Kindertagesstätte Stadtteilzentrum- Nordstadt Kinde r- tagesstätte A 0A 0 A A 0 A B 0 Stadtteilzentrum- Nords tad t A A 0 A A 0 Fabrik A Post C A 0 Uni. Inst. Akademisches Auslandsamt 0 Univ ersität Institut A 0 0A 0 A 0 0 A 0 Luthe r ki rc he Nord - sta dtbücherei Städt. Städt. Ordnungsamt Gesundheitsamt Nebenst. Nebenst. Ke Berufsbildende Schule Anna- Siemsen- Schule Kindertagesstätte Jugendze ntru m Feuerwa c he Un i v ers ität Hannover, Institut für makromolekulare C hemie 0 A 0 A 0 A Sporthalle 0 A A A 0 A 0 A Potentielle Landmarken 0 A AgA Wien./.0.0 Umfang der Sichtbarkeit 0 Nr. Sichtbarkeit Entfernung [m] 0 Beschreibung Transformator Mensa Kindergarten AgA Wien./

21 Sichtbarkeit AgA Wien./.0.0 Kommunikation: Sprach-/ Textbasierte Ausgabe Textbaustein abhängig von Position an Kreuzung... Vorbei an der Kirche geradeaus... Hinter der Kirche rechts ab... Vor der Kirche links ab... AgA Wien./.0.0 Kreuz. --- Hinter Vorbei Hinter --- Vor Vorbei Hinter ---

22 Kommunikation: Kartenbasierte Darstellung (D) Betonen mit Farbe Vereinfachen Aggregieren AgA Wien./.0.0 Kommunikation: Photorealistische Darstellungen Ausschnitt aus Photo Objekt aus D-Stadtmodell AgA Wien./.0.0

23 Zusammenfassung: Extraktion von Landmarken Nutzung von Geobasisdaten (ALK) Zweistufiges Extraktionsverfahren: () Potentielle Landmarken Data Mining () Routenabhängige Landmarken Sichtbarkeitsanalyse Nächste Schritte: Evaluation der Potentiellen Landmarken Weitere Einflüsse der Route Kartographische Kommunikation AgA Wien./.0.0 Extraktion von Landmarken für die Navigation Vielen Dank! AgA Wien./.0.0