FactSheet Blocktranslation SWISSIMAGE von LV95 nach LV03

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1 Eidgenössisches Departement für Verteidigung, Bevölkerungsschutz und Sport VBS armasuisse Bundesamt für Landestopografie swisstopo FactSheet Blocktranslation SWISSIMAGE von LV95 nach LV03 Das Produkt SWISSIMAGE Das Orthofotomosaik SWISSIMAGE ist eine Zusammensetzung digitaler Farbluftbilder und ist über die gesamte Fläche der Schweiz und des Fürstentums Liechtenstein verfügbar. Die Bildauflösung beträgt im Jura, im Flachland und in einigen Alpentäler 25 cm und in den Berggebieten 50 cm pro Pixel. Die Lagegenauigkeit der Bilder liegt für die Bodenauflösung von 25 cm bei +/- 25 cm. SWISSIMAGE wird in Bildkacheln produziert, deren geografische Ausdehnung in Breite und Höhe je einem Sechzehntel eines Landeskartenblattes 1:25'000 entspricht und somit exakt 4'375 x 3'000 m beträgt. Die Produktion von SWISSIMAGE basiert seit 2008 auf dem neuen Bezugsrahmen LV95. Weil der alte Bezugsrahmen LV03 bei den Kunden aber weiterhin sehr verbreitet ist, sind die neu produzierten Bilddaten auch in LV03 erhältlich, was eine Transformation erforderlich macht. Blocktranslation von LV95 nach LV03 Rasterdaten mit einer Auflösung von weniger als 2 m werden in der Regel mit einer globalen Verschiebung von 2 Mio Metern nach Westen, bzw. 1 Mio Metern nach Süden von LV03 nach LV95 überführt. Für SWISSIMAGE genügt diese Methode den Genauigkeitsansprüchen aber nicht, da die Lagegenauigkeit und die Bildauflösung mit 25 cm deutlich unter den maximalen Verzerrungen zwischen LV03 und LV95 liegen (2 m in West-Ost-Richtung, 1.5 m in Nord-Süd-Richtung, vgl. Abb. 2 und 3). Aus diesem Grund kommt bei der Transformation von SWISSIMAGE die genauere Blocktranslation zum Einsatz, die auf einem individuellen Shift pro Bildkachel basiert. Dabei wird für jede Kachel jeweils der Mittelpunkt exakt transformiert und danach die berechnete Verschiebung auf das ganze Bild angewendet. Die Bildkacheln werden also blockweise verschoben. Analysen haben gezeigt, dass die lokalen Spannungen innerhalb einer Kachel in den allermeisten Fällen kleiner als ein Pixel sind und somit vernachlässigt werden können. Da bei dieser Transformationsmethode nur eine Verschiebung (Translation), aber keine Drehung oder Massstabsveränderung und somit kein Resampling stattfindet, bleibt die Bildqualität vollständig erhalten. Die individuellen Verschiebungsvektoren für das Zentrum jeder einzelnen Bildkachel wurden mit dem von swisstopo entwickelten FINELTRA-Algorithmus berechnet. Dieser basiert auf der nationalen Dreiecksvermaschung (siehe Abb. 1). Die ermittelten Verschiebungsbeträge wurden auf Pixelgrösse gerundet. Je nach Lage der Kacheln in der Schweiz unterscheiden sich die Verschiebungsvektoren sowohl in ihrer Richtung wie auch im Betrag deutlich (siehe rote Pfeile in Abb. 1). 1/5

2 Abb. 1: Nationale Dreiecksvermaschung mit der Differenz zwischen den Bezugsrahmen LV95 und LV03 (rote Pfeile) In den folgenden beiden Abbildungen sind die durch die Transformation entstehenden Differenzen, gerundet auf ganze Pixel von 25 cm, dargestellt. Für eine bessere Lesbarkeit der Grafiken wurden die beiden Komponenten der Verschiebung getrennt abgebildet. Wie in Abb. 2 ersichtlich ist, beträgt der Shift in West-Ost-Richtung zwischen -4 und +8 Pixeln. In Nord-Süd-Richtung machen die Verschiebungen zwischen -6 und +3 Pixeln aus (Abb. 3). Bei der Transformation von LV95 auf LV03 müssen die Vorzeichen umgekehrt werden. Abb. 2: West-Ost-Verschiebung der Bildkacheln beim Übergang zwischen LV03 und LV95 (in Pixeln von 25 cm). Negative Zahlen bedeuten bei der Transformation von LV95 nach LV03 eine Verschiebung der Kachel nach Osten. 2/5

3 Abb. 3: Nord-Süd-Verschiebung der Bildkacheln beim Übergang zwischen LV03 und LV95 (in Pixeln von 25 cm). Negative Zahlen bedeuten bei der Transformation von LV95 nach LV03 eine Verschiebung der Kachel nach Norden. Die Blocktranslation der Orthofotos erfolgt in einem automatisierten Prozess. Die in LV95 produzierten Kacheln werden einzeln in einem Filesystem gespeichert, können aber auch als flächendeckendes Mosaik des gesamten Produktperimeters dargestellt werden. Dieses Mosaik LV95 stellt die Basis für die Blocktranslation dar. Jede Kachel des regelmässigen Blattschnittes von SWISSIMAGE in LV03 wird um den vorgängig definierten Translationsparameter des Bildmittelpunktes verschoben. An der neuen Lage wird die Kachel mit ihrer fixen geografischen Ausdehnung aus dem Mosaik LV95 ausgeschnitten und mit der Georefernzierung LV03 abgespeichert. Der schematische Ablauf der Blocktranslation ist anhand eines Beispiels in Abb. 4 dargestellt. 3/5

4 Abb. 4: Ablauf des Transformationsprozesses von LV95 nach LV03 inkl. Koordinatenbeispiel (am Beispiel der Kachel ) Da pro Kachel ein individueller Shift angewendet wird, kann es an den Kachelrändern zu Überlappungen, Divergenzen und/oder horizontalen Versätzen gegenüber der Nachbarkacheln kommen, wenn zwei benachbarte Kacheln unterschiedliche Verschiebungsvektoren aufweisen. Mit Ausnahme von zwei Kacheln muss mit maximalen Versatzbeträgen von einem Pixel gerechnet werden, wobei sich dieser Betrag aus der Differenz der beiden benachbarten Kacheln ergibt. Solche kleinen Unregelmässigkeiten stören das Gesamtbild allerdings nur unwesentlich. Überlappungen haben zur Folge, dass einzelne Pixelreihen verschwinden. Im Gegensatz dazu führen Divergenzen zwischen den Nachbarkacheln zur Verdoppelung einer Pixelreihe. Wenn nämlich der Perimeter einer LV03-Kachel über die ursprüngliche Kachel in LV95 hinaus verschoben wird, wird beim Ausschneiden die fehlende Information vom Bildrand der Nachbarkachel übernommen. Durch die Verwendung von Bilddaten des Mosaiks LV95 anstelle von einzelnen Bildkacheln als Grundlage für die Translation wird also die Entstehung von informationsfreien Bildrändern aufgrund des unterschiedlichen Shifts zweier Nachbarkacheln verhindert. Falls allerdings eine Nachbarkachel im Produktionsbezugssystem noch nicht verfügbar ist oder falls sie ausserhalb des Produktperimeters liegt, so sind je nach Richtung und Betrag des Translationsvektors informationsfreie Bildbereiche an den Rändern einzelner Bildkacheln in LV03 möglich und durch den Ablauf des Translationsprozesses erklärbar. 4/5

5 Qualitätssicherung Ein spezielles Qualitätssicherungstool als Bestandteil des Translationsprozesses prüft mit Hilfe der bekannten Verschiebungsbeträge pro Kachel, ob jede Bildkachel korrekt von LV95 nach LV03 transformiert wurde. Dazu werden ausgewählte Pixelwerte einer bestimmten Kachel in LV95 pro Bildkanal mit denen des entsprechenden transformierten LV03-Bildes verglichen. Sobald ein Wertepaar ungleich ist, wird der Vergleich abgebrochen und das Bild als fehlerhaft aufgelistet. Ausserdem überprüft das Tool, ob in einer der vier Bildecken ein weisses Pixel vorkommt. Falls dies der Fall ist, muss bei der entsprechenden Kachel von informationsfreien Randbereichen ausgegangen werden. Gebietsweise Verarbeitung Die rechenintensive Orthofoto-Translation erfolgt gebietsweise in unregelmässigen Zeitabständen (~halbjährlich ca Kacheln). Dies kann dazu führen, dass für gewisse Gebiete SWISSIMAGE kurzfristig nur im Produktionsbezugsrahmen LV95 verfügbar ist. swisstopo /5