DLM-Update. DLM-Update. Technische Ergebnisse der Entwicklungsphase. Nutzerworkshop II 15./16. März Kiel

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1 DLM-Update Technische Ergebnisse der Entwicklungsphase Nutzerworkshop II 15./16. März Kiel A. Völker, A. Bicsan, M. Fischer, G. Kaspar, A. Klink, S. Müller, C. Röttger, C. Severin, G. Stock, A. Müterthies EFTAS Fernerkundung Technologietransfer GmbH A. Gerschwitz, C. Lucas, C. Schmidt, S. Strunck Landesamt für Vermessung und Geoinformation Schleswig-Holstein 1

2 Agenda 1. Projektziele 2. Technisches Konzept und Entwicklungsstand 2

3 1. Projektziele Worum es geht: Das ATKIS Basis-DLM 3

4 1. Projektziele Übergeordnetes Projektziel Integration von Erdbeobachtungstechnologien in EDV-Strukturen öffentlicher Verwaltungen (Vorbereitung SENTINEL-Integration) Spezifisches Ziel des Pilotvorhabens Kann die bisherige manuelle Nachführung des ATKIS Basis-DLM zukünftig durch ein teilautomatisiertes Verfahren unter Zuhilfenahme von Satellitenfernerkundungsdaten und Luftbildern optimiert und beschleunigt werden? 4

5 1. Projektziele Bilddatenbasis: Luftbilder des LVermGeoSH: Digitale Orthophotos (RGB und CIR) Auflösung: 20 cm, dreijähriger Turnus Vorbereitung der Integration von Sentinel 2-Daten: Copernicus-Weltraumkomponente Schwadbreite von 290 Kilometer Auflösung: 10, 20 und 60 Metern 13 optische Kanälen Fortführung von Spot und Landsat, kostenfrei! 5

6 1. Projektziele 6

7 Nutzeranforderungsanalyse Analyse des DLM-Update-Workflows und des Optimierungspotentials Integration externer Nutzer Modulentwicklung 2-stufige Konzeptphase zur Vorbereitung der Entwicklungsarbeiten Grobkonzept Feinkonzept Was entwickeln? Wie umsetzen? Modellierung des zukünftigen Updateprozesses Spezifikation des Gesamtsystems 7

8 Erweiterte Evaluation des Prototypen 2 durch: Geobasis NRW Amt für Geoinformation, Vermessungs- und Katasterwesen Mecklenburg-Vorpommern Kreis Lippe Fachgebiet Geoinformation/Geodatenmanagement Landesamt für Geoinformation und Landentwicklung Baden-Württemberg Landesamt für Vermessung und Geoinformation Thüringen 8

9 Versionsübersicht Prototyp 1 LvermGeo SH Prototyp 2 LvermGeo SH und externe Evaluation Prototyp 3 LvermGeo SH Prototyp 4 LvermGeo SH (Dezember 2015) Prototyp 5 LvermGeo SH und externe Evaluation (März 2016) Ab April 2016 Kontinuierliche Weiterentwicklung des Systems 9

10 Modul- und Workflowübersicht 10

11 Modul- und Workflowübersicht 11

12 User Interface 1: Zentrale Projektverwaltung Vier Funktionsbereiche: Importfunktionalitäten Verschiedene Datenansichten Batchprozessierung (Klassifizierung & Change Detection) Export der Änderungshinweise 12

13 13

14 14

15 Übertragbarkeit des Klassifikators Für Kacheln mit gleichen Datengrundlagen (DOP-Bildflugtag, SAT-Kombination) Priorisierung bzgl. Trainingsdaten-/ Klassifikatornutzung 15

16 Technische Integration von Sentinel-2-Daten Automatischer Download und Archivierung aller relevanten Gebietsdaten Vorverarbeitung der Satellitenbilder (Zusammensetzen der Kanäle, Kachelung, Atmosphärenkorrektur) 16

17 Modul- und Workflowübersicht 17

18 Modul- und Workflowübersicht 18

19 Fernerkundungsmodul Ablauf Bildanalyse: 1. Trainingsdatenerstellung: Automatisch generiert (benötigt ATKIS-Daten) oder manuell erfasste Trainingsdaten (ESRI Shape) 2. In den Klassifizierungsprozess gehen die Trainingsdaten, DOPs und Satellitenbilder ein 3. Die anschließende Änderungsdetektion (Change Detection) benötigt das Klassifizierungsergebnis sowie die ATKIS-Daten. Daten (schwarz) Prozesse (blau): 19

20 Trainingsdaten DOP Landbedeckung Landbedeckungsklassen Versiegelung Grünland Acker Wald/Gehölz Wasser Feuchtflächen Offenboden/Sand SAT (LANDSAT / SENTINEL 2) Zeitfenster Bilddaten Minimum: März-Mai Juni-Juli August-Oktober 20

21 Änderungsdetektion (Change Detection): ATKIS Basis-DLM (t 0 ) Landbedeckung (t 1 ) Erzeugung des eigentlichen Änderungshinweis-Datensatzes; Erfordert den Vergleich von Landnutzung (27 flächenhafte Objektarten der Tatsächlichen Nutzung) und Landbedeckung (7 Landbedeckungsklassen aus überwachter Klassifikation) 21

22 Änderungsdetektion (Change Detection): Übersetzung der Tatsächlichen Nutzung in Landbedeckungsklassen per Überführungsmatrix Vergleich der ATKIS-Polygone mit dem Landbedeckungsdatensatz anhand einer xml-basierten Version der Überführungsmatrix Regelprüfung: Relative Flächenanteile & Mindestkartierflächen 22

23 Änderungsdetektion (Change Detection): Übersetzung der Tatsächlichen Nutzung in Landbedeckungsklassen per Überführungsmatrix Vergleich der ATKIS-Polygone mit dem Landbedeckungsdatensatz anhand einer xml-basierten Version der Überführungsmatrix Regelprüfung: Relative Flächenanteile & Mindestkartierflächen 23

24 Pufferung von Mischpixelbereichen am Objektrand 24

25 Lineare Elemente - Verifikation von Straßen Plausibilitätsprüfung linearer ATKIS-Objekte anhand von spektralen und strukturellen Features Umgebungsbereich wird zu beiden Seiten der Straße mit der Breite der Fahrbahnfläche gepuffert. 25

26 Lineare Elemente - Verifikation von Straßen 26

27 5. Ausblick Geplante Entwicklungen und Projektausblick Lineare Elemente - Verifikation von Straßen Klassifikation der drei gepufferten Bereiche (Umgebung 1, Fahrbahn, Umgebung 2) in: Fahrbahn Umgebung 27

28 Lineare Elemente - Verifikation von Straßen Bewertung anhand der folgenden Kombinationen: Umgebung 1 Fahrbahn Umgebung 2 ideale Situation, keinen Hinweis erzeugen Umgebung Umgebung Umgebung Hinweis erzeugen, Verdeckung oder Straße nicht existent Fahrbahn Umgebung Umgebung Hinweis erzeugen, Lageversatz der vorhandenen Straße 28

29 Spektrale Klassifikation von Schattenbereichen Integration ins Bewertungsregelwerk als zusätzliche Information bei der Änderungsdetektion Herausforderung: Schatten vs. Wasser 29

30 Spektrale Klassifikation von Schattenbereichen 30

31 Spektrale Klassifikation von Schattenbereichen 31

32 Reduktion der Änderungshinweisanzahl Zusammenfassen thematisch gleicher Hinweise in direkter Achternachbarschaft (als Multipartpolygon) Anzahl der Hinweise sinkt um 40 %! (Testgebiet Bargstall) 4er-Nachbarschaft 8er-Nachbarschaft 32

33 Modul- und Workflowübersicht 33

34 Modul- und Workflowübersicht 34

35 User Interface 2 (als Add-In für ArcGIS) 35

36 Räumliche Sortierung der Änderunghinweise und Zoomstufenanpassung für eine effiziente Durchmusterung 36

37 Räumliche Sortierung der Änderunghinweise und Zoomstufenanpassung für eine effiziente Durchmusterung 37

38 Systemumgebung am LVermGeo SH: Rechnertyp: Fujitsu Celsius W530 Betriebssystem: Windows 7 pro 64bit CPU: Intel Xeon E3-1289v3 4C/8T 3,6-4,0Ghz RAM: 4x8GB DDR3 RAM 1600MHz Systemplatte: 510GB SSD Datenplatte: 4TB HD Grafikkarte: NVidia NVS300 Systemumgebung bei EFTAS: Betriebssystem: Windows 7 pro 64bit CPU: Quad 3.30 GHz Intel Core i5-2500k RAM: 8 GB Grafikkarte: NVidia GeForce GTX 550 Ti 38

39 Systemumgebung: User Interface 1 & Fernerkundungsmodul: Eigenentwicklung (OpenCV, GDAL) User Interface 2: Plug-In für ArcGIS 10 Parallel zum AED SICAD 3A-Editor Prüfung bzgl. Integration in weitere Systeme 39

40 Versionsübersicht Prototyp 1 LvermGeo SH Prototyp 2 LvermGeo SH und externe Evaluation Prototyp 3 LvermGeo SH Prototyp 4 LvermGeo SH (Dezember 2015) Prototyp 5 LvermGeo SH und externe Evaluation (März 2016) Ab April 2016 Kontinuierliche Weiterentwicklung des Systems 40

41 Integration von Linearen Vegetationsmerkmalen Acker 41

42 Integration von Linearen Vegetationsmerkmalen Acker Landbedeckung: Wald 42

43 Integration von Linearen Vegetationsmerkmalen Acker Landbedeckung: Änderungshinweis Wald 43

44 Integration von Linearen Vegetationsmerkmalen Acker Landbedeckung: Änderungshinweis Wald Lineares Vegetationsmerkmal 44

45 Integration von Linearen Vegetationsmerkmalen Acker Landbedeckung: kein Änderungshinweis Wald Lineares Vegetationsmerkmal 45

46 Integration von Linearen Vegetationsmerkmalen Erste Tests ergaben bereits jetzt eine korrekte Reduktion der Änderungshinweise um ca. 5 bis 7 %! 46

47 Direkte Integration von Sentinel-2-Daten LANDSAT (30 m) SENTINEL-2 (10 m) 47

48 Direkte Integration von Sentinel-2-Daten DOP (0,4 m) DOP (0,4 m)

49 Direkte Integration von Sentinel-2-Daten DOP (0,4 m) DOP (0,4 m) Landbedeckungsklassifikation: DOP + LANDSAT Landbedeckungsklassifikation: DOP + LANDSAT + SENTINEL-2

50 Versionsübersicht Prototyp 1 LvermGeo SH Prototyp 2 LvermGeo SH und externe Evaluation Prototyp 3 LvermGeo SH Prototyp 4 LvermGeo SH (Dezember 2015) Prototyp 5 LvermGeo SH und externe Evaluation (März 2016) Ab April 2016 Kontinuierliche Weiterentwicklung des Systems 50

51 Ausblick: In der Erprobung / Entwicklung Optimierung der Verifikation von Straßen Optimierung der spektrale Klassifikation von Schattenbereichen Optimierung der Landbedeckungsklassifikation Konzept: Integration von ALKIS-Daten Konzept: Integration von Höhendaten Konzept: Bereitstellung der Ergebnisse als Webservices / Schnittstellen zu CODE-DE 51

52 Vielen Dank für Ihr Interesse! Haben Sie Fragen? 52