Verwaltung von georeferenzierten Bildern in Oracle

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1 Verwaltung von georeferenzierten Bildern in Oracle M. Sc. Thomas Koch Prof. Dr. Petra Sauer Steffen Heuschkel DOAG-Konferenz Nürnberg, Dezember 2008 Bau + Betrieb Grünstruktur IT-Komponenten Datenhaltung

2 Gliederung Einführung Vorstellung Forschungsprojekt Datenbankentwurf und integrierte Datenhaltung Integration heterogener Datenformate Innovative Applikationen für Zoo s durch integrierte Datenbestände Anwendungsfall Bilddokumentation von Baumuntersuchungen Konventioneller Ablauf (IST-Zustand) (Teil)automatisierter Ablauf (SOLL-Zustand) Umsetzung der Applikation mit Oracle-Technologien Erfahrungen und Ausblick DOAG-Konferenz Nürnberg 2

3 Forschungsprojekt interdisziplinäres Forschungs- und Entwicklungsprojekt mit 4 Teilvorhaben Kooperation mit dem Zoologischen Garten Berlin (1. Projektphase) prototypische IT-Applikationen für Service-Infrastruktur Aufgaben der Teilvorhaben: TV 1 Prototypische IT-Anwendungen für die Service- Infrastruktur TV 2 Innovative Methoden und Verfahren für den Bau und Betrieb von Tieranlagen TV1 TV2 TV3 TV 3 Grünstruktur als integraler Bestandteil von Betriebskonzepten TV D Datenhaltung und Kommunikation TVD DOAG-Konferenz Nürnberg 3

4 Teilprojekt Datenhaltung Entwurf einer Referenz-Datenarchitektur Datenanalyse, Module Integrationsmodelle Datenmodellierung Datenbankaufbau Datenbankimplementierung Entwurfsaspekt: Integration heterogener Datenformate Datenerfassung Migration und Integration heterogener Datenquellen Datenbankschnittstellen und prototypische Applikationen für Besucherinformationssystem Zooverwaltungssystem DOAG-Konferenz Nürnberg 4

5 Teilprojekt Datenhaltung - Modulidentifikation Identifizierung von Modulen Tierinformationen Futtermittelbestellung Pflanzeninformationen Baumkataster Pflanzenbestand Infrastrukturinformationen Gebäude Gehege Wege und Plätze Messreihen Bodenanalysen Luftanalysen Wasseranalyse Quelle: Zoologischer Garten Berlin DOAG-Konferenz Nürnberg 5

6 Teilprojekt Datenhaltung - Modellintegration Baumartige Integrationsmodelle DOAG-Konferenz Nürnberg 6

7 Teilprojekt Datenhaltung - Datenmodellierung Referenzdatenmodell für einen Zoologischen Garten DOAG-Konferenz Nürnberg 7

8 Teilprojekt Datenhaltung - Implementierung Prototypische Implementierung von Ausschnitten des Referenzdatenmodells am Beispiel eines Zoologischen Gartens Oracle 11g Datenbank 5 Bereiche 150 Tabellen 100 Messpunkte Sektoren 1000 Bilder 20 Videos 150 Tierarten 25 Spalten je Tierart bei einer Sprache (Minimum) DOAG-Konferenz Nürnberg 8

9 Teilprojekt Datenhaltung Integration heterogener Daten Datenformate: Sachdaten Multimediale Daten Tierbilder Filmausschnitte Geräusche, Tierstimmen XML-Daten große, strukturierte Textdaten Verbesserte Recherche- und Konstruktionsmöglichkeiten Nutzung von Taxonomien Geodaten Geodaten = flächen- und koordinatenbasierte Geodaten Koordinatenbasierte Geodaten: GPS-Koordinaten von Baum, Hauseingang etc. Flächenbasierte Geodaten: Polygone mit Koordinaten, Beispiele: Gehegefläche, Wegfläche, Spielplatzfläche, Fläche Futterrevier, Fläche Wassergraben im Elefantengehege etc. DOAG-Konferenz Nürnberg 9

10 Überblick über Anwendungsfälle im Zoo Ausgewählte Anwendungsfälle mit Innovationspotenzial Informationsnachfrage zu Tieren, Pflanzen und Infrastruktur (denkmalgeschützte historische Gebäude, historische Sichtachsen etc.) Mehrsprachig und multimedial Ortsgebunden und auf mobilen Endgeräten Entertainment, Spiele, Adressierung differenter Altersgruppen Planung von Routen Besucher(gruppen)individuell Themenbezogen multimedial, 3D Multimediale Informationssysteme Sachdaten- und Bilddokumentation von Tiergeburten, -krankheiten, -verhalten etc. Pflanzenschädigungen, -wachstum etc. Anlagen, Materialabnutzung (Instandhaltung) Multimediale Verwaltungssysteme DOAG-Konferenz Nürnberg 10

11 Überblick über Anwendungsfälle im Zoo Gemeinsamkeiten der Anwendungsfälle: Bilddokumentation und Bildverwendung Zuordnung Bilddaten zu Sachdaten Vielzahl von Bildern Geographische Zuordnung von Bildern möglich Verschiedene Lokalisierungskonzepte Innerhalb von Gebäude Außerhalb von Gebäuden Hoher manueller Zuordnungsaufwand Permanente Aufgabe Teilweise Nutzung mobiler Erfassungsgeräte Momentan Arbeit mit Listen und manuelle Bildzuordnung DOAG-Konferenz Nürnberg 11

12 ANWENDUNGSFALL DOAG-Konferenz Nürnberg 12

13 Dokumentation Schädlings und Pilzbefall von Bäumen IST-Zustand Befall fotografieren und Bildnummern für die Zuordnung erfassen Befall manuell erheben Sachdaten den Bildern am PC manuell zuordnen Datenbestände auf den letzten Stand bringen DOAG-Konferenz Nürnberg 13

14 Dokumentation Schädlings und Pilzbefall von Bäumen SOLL-Zustand Befall fotografieren, GPS Daten werden mit geeigneter Hardware direkt in Bildmetadaten geschrieben Digitale Erfassung des Befalls mittels PDA oder Tablet-PC Automatische Zuordnung der Sach- und Bilddaten DOAG-Konferenz Nürnberg 14

15 Befall visuell erfassen Digitale Kamera oder PDA mit eingebautem GPS-Empfänger bisher keine große Auswahl an digitalen Kameras immer mehr Hersteller kündigen Modelle mit integriertem GPS-Empfänger an GPS Informationen werden direkt in den Metadaten des Bildes nach dem Exif Standard gespeichert DOAG-Konferenz Nürnberg 15

16 Verarbeitung der visuellen Daten Speicherung direkt über PL/SQL Prozeduren, JDBC oder ADO.Net als ORDImage möglich Quelle: Oracle Multimedia Reference 11g DOAG-Konferenz Nürnberg 16

17 Verarbeitung der visuellen Daten CREATE PROCEDURE IMPORT_IMAGE(fileName IN VARCHAR2) AS id NUMBER; BEGIN SELECT image_sequence.nextval INTO id FROM DUAL; -- Bild speichern save_image(id, filename); -- Metadaten extrahieren extract_metadata(id); -- Koordinate aus extrahierten Metadaten (EXIF) erzeugen extract_coordinate(id); END; DOAG-Konferenz Nürnberg 17

18 Verarbeitung der visuellen Daten -- Bild speichern save_image(id, filename); -- Metadaten extrahieren extract_metadata(id); -- Koordinate aus extrahierten UPDATE Metadaten gps_images (EXIF) erzeugen p extract_coordinate(id); END; CREATE PROCEDURE save_image(inid IN NUMBER, filename IN VARCHAR2) as CREATE PROCEDURE IMPORT_IMAGE(fileName DECLARE IN VARCHAR2) AS img ORDIMAGE; id NUMBER; thumb ORDIMAGE; BEGIN BEGIN INSERT INTO gps_images SELECT image_sequence.nextval INTO (id, id name, FROM DUAL; image, thumbnail) VALUES (inid, ORDIMAGE.init(), ORDIMAGE.init()) RETURNING image, thumbnail INTO img, thum; img.importfrom('file' 'IMG_DIR', filename); img.processcopy('maxscale= ', thum); SET p.image = img, p.thumbnail = thum WHERE id = inid; END; DOAG-Konferenz Nürnberg 18

19 Verarbeitung der visuellen Daten Mitgelieferte Funktionen für Bildbearbeitung z.b. Skalierung Formatkonvertierung Komprimierung DECLARE image ORDIMAGE; BEGIN SELECT p.image INTO image FROM gps_images p WHERE id = 1 FOR UPDATE; image.process('maxscale= '); UPDATE gps_images p SET p.image_thumbnail = image WHERE id = 1; END; DOAG-Konferenz Nürnberg 19

20 Metadaten extrahieren Extrahierung von Exif Metadaten aus dem Bild mit ORDImage Objektfunktionen Exif Metadaten werden als XMLType separat gespeichert Weitere Metadatenabfrage mittels XPath und XQuery DOAG-Konferenz Nürnberg 20

21 Metadaten extrahieren CREATE PROCEDURE IMPORT_IMAGE(fileName IN VARCHAR2) AS id NUMBER; BEGIN SELECT image_sequence.nextval INTO id FROM DUAL; -- Bild speichern save_image(id, filename); -- Metadaten extrahieren extract_metadata(id); -- Koordinate aus extrahierten Metadaten (EXIF) erzeugen extract_coordinate(id); END; DOAG-Konferenz Nürnberg 21

22 Metadaten extrahieren CREATE PROCEDURE extract_metadata(inid IN CREATE PROCEDURE IMPORT_IMAGE(fileName NUMBER) as IN VARCHAR2) AS id NUMBER; DECLARE seq XMLSEQUENCETYPE; exif XMLTYPE; BEGIN BEGIN SELECT image_sequence.nextval INTO SELECT id p.image FROM DUAL; INTO img FROM gps_images p WHERE id=inid FOR UPDATE; -- Bild speichern seq := img.getmetadata('exif'); save_image(id, filename); IF seq.count > 0 THEN -- Metadaten extrahieren exif := seq(1); UPDATE gps_images p extract_metadata(id); SET p.metaexif = exif -- Koordinate aus extrahierten Metadaten WHERE id (EXIF) = inid; erzeugen extract_coordinate(id); END IF; END; END; DOAG-Konferenz Nürnberg 22

23 Georeferenzierung Oracle Spatial Option (Schema MDSYS) Räumliche Indexierung (RTree) Räumliche Abfragen (SDO_RELATE, SDO_JOIN, etc.) Network Data Model Visualisierung mit Map Viewer DOAG-Konferenz Nürnberg 23

24 CREATE PROCEDURE IMPORT_IMAGE(fileName IN VARCHAR2) AS id NUMBER; BEGIN SELECT image_sequence.nextval INTO id FROM DUAL; -- Bild speichern save_image(id, filename); -- Metadaten extrahieren extract_metadata(id); -- Koordinate aus extrahierten Metadaten (EXIF) erzeugen extract_coordinate(id); END; DOAG-Konferenz Nürnberg 24

25 CREATE PROCEDURE extract_coordinate(inid IN NUMBER) AS CREATE PROCEDURE IMPORT_IMAGE(fileName BEGIN IN VARCHAR2) AS -- Überprüfen der Koordinaten im XMLTYPE id NUMBER;... BEGIN UPDATE gps_images p SET p.coordinate = SELECT image_sequence.nextval INTO MDSYS.SDO_GEOMETRY(2001, id FROM DUAL; 8307, SDO_POINT_TYPE( extractvalue(p.metaexif, -- Bild speichern '//GpsIfd/GPSLongitude/text()'), save_image(id, filename); extractvalue(p.metaexif, '//GpsIfd/GPSLatitude/text()'), -- Metadaten extrahieren NULL), extract_metadata(id); NULL, NULL) -- Koordinate aus extrahierten WHERE Metadaten id = (EXIF) inid; erzeugen extract_coordinate(id); END; END; DOAG-Konferenz Nürnberg 25

26 Verarbeitung der Geodaten Beispiele für SDO_Geometry Anwendungen Distanzberechnung Bestimmung des kürzesten Weges Routenplanung Umkreissuche DOAG-Konferenz Nürnberg 26

27 Zuordnung von Sach- und Bilddaten mit SDO_GEOMETRY Direkte Zuordnung über Koordinaten SELECT t.id, p.id FROM TABLE(SDO_JOIN('gps_images', 'coordinate', 'tree', 'position','mask=equal')) result, gps_images p, tree t WHERE p.rowid = result.rowid1 AND t.rowid = result.rowid2; Indirekte Zuordnung mit Umkreissuche und anschließender manueller Zuordnung SELECT t.id, SDO_GEOM.SDO_DISTANCE(t.position, g.coordinate, 0.5, 'unit=m') AS distance_in_meter FROM tree t, gps_images g WHERE t.id = 1 AND SDO_WITHIN_DISTANCE(t.position, g.coordinate, 'distance=10 unit=m') = 'TRUE'; DOAG-Konferenz Nürnberg 27

28 Erfahrungen und Ausblick Hohes Einsparpotenzial Reduzierung Fehlerquote bei Zuordnungsvorgang Verbesserung der Dokumentationsmöglichkeiten Durch ungenaue GPS-Erfassung ist nur eine Filterung der zu identifizierenden Bäume möglich, geringer manueller Nachbearbeitungsaufwand Verwendung von festen Messpunkten oder RFID an Messobjekten Nicht alle Geräte mit GPS und Kamera sind einsetzbar: keine gleichzeitige Nutzung von GPS und Kamera oder schlechte Implementierung der Exif Spezifikation DOAG-Konferenz Nürnberg 28

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! BAER Projekt der Technischen Fachhochschule Berlin Luxemburger Str Berlin projekt.tfh-berlin.de/baer/ DOAG-Konferenz Nürnberg 29