Seminar Qualitätsanalyse des Liegenschaftskatasters in Theorie und Praxis

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1 Seminar Qualitätsanalyse des Liegenschaftskatasters in Theorie und Praxis 12. / 13. Oktober 2017 Das QL-Verfahren im Land Brandenburg Die Umsetzung mit Systra Dr. Frank Gielsdorf / Bernd Aschoff technet GmbH, Berlin Systra 1

2 Themenübersicht Tagesplanung gemäß Einladung des DVW Systra 2

3 Themenübersicht Technet Kurzvorstellung Systra Anwendungen Systra Komponenten Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren Vortrag Ausgleichungsrechnung im Einsatz Einrichten eines Systra-Projektes Lesen von ALKIS-Daten und Messungen Beurteilung von Messungen Behandlung fehlerhafter Messungen Übung Punktbewertung nach Genauigkeit und Zuverlässigkeit Systra 3

4 technet Systra 4

5 technet Produkte Membranberechnungen Tragwerksberechnungen Erfahrungen für Systra Homogenisierung nach der Membranmethode Systra 5

6 technet Produkte Kooperation mit Zoller+Fröhlich bis 6000 Reseller-Netz von Z+F Scans automatisch verknüpfen Blockausgleichung Systra 6

7 technet Produkte Ausgleichung, Analyse und Homogenisierung Verkettete Transformation GIS Homogenisierung Katasteranalyse Integration von Geodaten Geometrische Qualitätsverbesserung Systra 7

8 technet Produkte Grafische Koordinaten (früher Karten, heute ALKIS Grundriss) Beobachtungstypen Rissmessungen Bedingungen Neumessungen Spannungsarme Koordinaten Einheitliche Analyseaussagen Systra 8

9 Systra Anwendungen die Galerie der vielfältigen Systra Anwendungen entfällt auf Grund der Kürze der verfügbaren Zeit 9

10 Systra Anwendungen FALKE Brandenburg bis 2006 Verkettete Homogenisierung Übersichtskarte Projekte bis 100 Flurkarten Systra Ergebnis Systra 10

11 Systra Anwendungen Polare und GPS (RTK) - Messungen Systra 2D Systra 1D Systra 3D Normierte Verbesserung Systra 11

12 Systra Anwendungen Katasteranalyse Aufarbeitung des Risszahlenwerks z.b. Baden- Württemberg Systra unter DAVID/kaRIBik 12

13 Systra Anwendungen QL-Verfahren in Brandenburg Qualitätsverbesserung im Liegenschaftskataster 13

14 Systra Anwendungen Systra und die QL-Datenbank im Einsatz für das QL-Verfahren im Land Brandenburg SQL Datenbank (PostGre) für alle Systra Projekte Geoportal Brandenburg Internet 14

15 Systra Anwendungen Katasteranalyse (für QL) Aufarbeitung des Risszahlenwerks wird heute im Praxisteil behandelt. Systra 15

17 Systra Komponenten Datenbank- und Berechnungsteil Datenbankteil Sysged SystraShell Berechnungsteil Systra 17

18 Systra Komponenten Berechnungsteil (Projekte) Steuerung SystraShell Ausgleichung Systra Analysegrafik Sysplan Schnüffeln SysMatch Datenbankteil (Projekte) Grafischer Editor Sysged QL-Datenbank (Admin, Projektleiter) QL Datenbank (Typ PostGreSQL) Volleinsatz in der Systra Landeslizenz Brandenburg Funktionen Systra 18

19 Systra Komponenten Systra 19

20 Systra Komponenten Systra Projektdatenbank / QL-Datenbank Sysged Browser SM-Struktur im RAM Grafik SM-Struktur für effizienten Umgang mit Grafikdaten SystraDB SQL SQL Datenbank (MDB) (z.b. PostgreSQL) Systra 20

21 Systra Komponenten QL-Datenbank (Innenansicht) Beispiel: QL-Datenbank Potsdam-Mittelmark (PM) Projekt mit Prüfsiegel Systra 21

22 Systra Komponenten einmal A n a l y s e : Stufenkonzept nach dem Prinzip der Siebkette Stufe 1 das Ausgleichungsgprogramm Näherungskoordinatenberechnung und Elimination sehr grober Fehler N mal einmal Stufe 2 Stufe 3 = Normierte Verbesserung NV Strenge Ausgleichung Erkennung grober Fehler Homogenisierung (nachbarschaftstreue Einpassung von Restfehlern ) Systra 22

23 Systra Komponenten Systra Analyse findet die schlechteste Beobachtung nach dem Prinzip des Data Snooping (Baarda), egal welchen Typ die Beobachtung hat Äpfel mit Birnen vergleichbar machen Normierte Verbesserung NV siehe Kap. Ausgleichung Systra 23

25 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren Liegenschaftskataster im Zeitalter von ALKIS partiell weiterhin analog ALK GG Kivid A³ DAVID QL-DB ALKIS Systra 25

26 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren Koppelung DAVID GG/Kivid A³ Systra Programme DAVID Objekte (Flurstücke, Gebäude,...) Attribute (Namen, Werte,...) GG/Kivid A³ Topologie (Knoten, Kanten) Geometrie (Koordinaten) Systra Austausch der Geometrie ohne Verletzung anderer Ebenen Systra 26

27 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren AFIS/ALKIS DHK EQK (DAVID) Geoportal LGB Brandenburg GG/KIVID A³ Systra Eingabedateien Systra Bedingungen Vermessungspunkte Internet Systra Projektdatenbank (Typ MDB) Systra+Syspnw Ergebnisdatei ANS Rissmessungen Systra 27

28 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren Systra und die QL-Datenbank Qualitätsverbesserung des Liegenschaftskatasters im Land Brandenburg QL Datenbank (PostgreSQL) für alle Systra Projekte Geoportal Brandenburg Internet 28

29 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren Grafische Koordinaten (früher Karten, heute ALKIS Grundriss) Beobachtungstypen Rissmessungen Bedingungen Neumessungen Was kommt in die QL-Datenbank, und was nicht? Spannungsarme Koordinaten Einheitliche Analyseaussagen Systra 29

30 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren L2-Norm: Strenge Ausgleichung nach vermittelnden Beobachtungen Funktionaler Ansatz: Stochastischer Ansatz: L + V = A X P L... Beobachtungen (Messungen,...) V... Beobachtungsverbesserungen A... Netzgeometrie mit A = f (X) X... Unbekannte (Koordinaten,...) P... Gewichte (Standardabweichungen) Auflösung: X = ([A t PA] -1 A t P ) L... X = Funktion von L Systra 30

31 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren QL-Datenbank Entnahme von Messungen ALKIS QL-Bearbeitungsgebiet x i Systra QL-Datenbank (Messwert-Datenbank) l l i i 1 l i Erweiterung des Beobachtungs-Vektors Begriffe: l i...vorhandene Messungen x i...vorhandene Koordinaten l i+1...neue/weitere Messungen x i+1..neue Koordinaten QL-Projekt(e) oder polygonale Auswahl aus QL-DB zum ALKIS-Ausschnitt l x i i plus l i 1 x i+1 bei QL-Punkten x i+1 bei grafischen Punkten l l i i 1 Systra x xi i 1 x i bei amtlichenfestpunkten! Verbesserung der ALKIS-Koordinaten QL Systra 31

32 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren Lange Bearbeitungszeiten (QL-Leitfaden) Rissmessungen erfassen und analysieren, Messungen in QL-Datenbank schreiben. Systra 32 Systra QL-Datenbank (Messwert- Datenbank)

33 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren Kurze Bearbeitungszeiten (QL-Leitfaden) Systra QL-Datenbank (Messwert- Datenbank) Nur Bedingungen schnüffeln und ALKIS-Koordinaten und homogenisieren. Systra 33

34 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren ALKIS-Geobasisdaten lesen (Systra Eingabedateien) Sysged Grafik Referenzpunkte, grafische Punkte, Linien, Flächen (Flurstücksnummern) Projektdatenbank Systra 34

35 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren Vorhandene Messungen aus der QL-Datenbank holen Entnahme projektunabhängig und auftragsbezogen 35

36 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren Heute: Nur bereits erfasste Messungen lesen Messungen 36

37 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren Globale Vermessungskoordinaten hinzu holen Import über NAS Koordinatenliste 37

38 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren Globale Vermessungskoordinaten hinzu holen Import über spaltengebundene Koordinatenliste (alternativ) Systra 38

39 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren Risszahlen eingeben Analoge Vorlage Systra 39

40 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren QL-Leitfaden Vorschriften für Punktnummern Zusammenfassung KM²-Punktnummern - 15stellig z.b. Punktnummer Arbeitspunktnummern - 13stellig z.b. Punktnummer Nur an Punkte mit dieser Nomenklatur dürfen Messungen angehängt werden! Systra 40

41 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren QL-Leitfaden Vorschriften für Systemnamen Zusammenfassung Systemnamen bei Koordinaten-Messwerten - 14stellig z.b. Systemname F000M21 Nur an lokale Systeme mit dieser Nomenklatur dürfen Messungen geknüpft werden! Systra 41

42 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren QL-Leitfaden Vorschriften für Beobachtungsgruppen Zusammenfassung Beobachtungsgruppennamen z.b. Beobachtungsgruppe MLI_N_003 für Messungslinien z.b. Beobachtungsgruppe SPN_N_002 für Messungslinien Zwecks einheitlicher Speicherung in der QL- Datenbank werden vordefinierte Beobachtungsgruppen mit eindeutiger Identifikation und eindeutiger Wertebelegung verwendet. Systra 42

43 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren Unterstützend Anzeige von WMS-Diensten ALKIS DOP 20...für die Prüfung der Aktualität von Objekten Systra 43

44 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren QL-Flächenvergleich...QL-Flächen ALKIS Buchflächen Systra 44

45 Arbeiten mit Systra im QL-Verfahren Prüfung der ALKIS-Punktattribute Systra 45

47 Ausgleichungsrechnung Konventionelles Rechnen Es gibt Messungen, die Koordinaten bestimmen und Messungen, die nur andere Messungen kontrollieren Ausgleichung Alle Messungen bestimmen Koordinaten und kontrollieren sich gegenseitig Systra 47

48 Ausgleichungsrechnung Beispiel Polygonzug Systra 48

49 Ausgleichungsrechnung Beispiel Rissmessungen Systra 49

50 Ausgleichungsrechnung Vorgabe: mehr Beobachtungen als Unbekannte (Beobachtungen=Messungen, Unbekannte=Koordinaten) Folge: mehrdeutige Lösung Widersprüche zwischen den Beobachtungen Lösung (Zielfunktion): finde die eindeutige Lösung, bei der [pvv] minimal wird L2-Norm (Kleinste Quadrate Methode) Carl Friedrich Gauß * 30. April 1777 in Braunschweig; 23. Februar 1855 in Göttingen Fürst der Mathematiker Systra 50

51 Ausgleichungsrechnung Vorteile durch Ausgleichung... bei der Berechnung Koordinaten eindeutig Koordinaten unabhängig vom Rechenweg... bei der Bewertung (statistische Analyse) Aufdeckung großer Widersprüche (grobe Fehler) Effizienz Verteilung von kleinen Widersprüchen (unvermeidbare Fehler) Objektivität Nachweis von Qualität: Zuverlässigkeit und Genauigkeit (Redundanzanteile, Fehlerellipsen) Rechtssicherheit Systra 51

52 Ausgleichungsrechnung L2-Norm: Strenge Ausgleichung nach vermittelnden Beobachtungen Funktionaler Ansatz: Stochastischer Ansatz: L + V = A X P L... Beobachtungen (Messungen,...) V... Beobachtungsverbesserungen A... Netzgeometrie mit A = f (X) X... Unbekannte (Koordinaten,...) P... Gewichte (Standardabweichungen) Auflösung: X = ([A t PA] -1 A t P ) L... X = Funktion von L Systra 52

53 Ausgleichungsrechnung Strenge Ausgleichung Kleinste Quadrate-Methode nach Gauß (L2-Norm) X = ([A t PA] -1 A t P) L Mit A = f (X)... nicht-lineare Gleichungen (allgemein) X 0... Näherungen für Unbekannte A 1 = f (X 0 ) X 1 = ([A 1t PA 1 ] -1 A 1t P ) L A 2 = f (X 1 ) X 2 = ([A 2t PA 2 ] -1 A 2t P ) L... X 0 = A 1 = X 1 = A 2 = Iterationsprozess...bis Ruhelage der Koordinaten erreicht ist. Systra 53

54 Kenngrößen der Ausgleichung Statistische Analyse...erfolgt nach der Ausgleichung Kenngrößen L σ L V ² P L = σ ^ 0 σ L ² NV.über - L - - q LL GRZW X q LL = + EGK q vv σ L - ^ σ x ^ σ 0 Q xx GF ^ σ v EK Systra 54

55 Kenngrößen der Ausgleichung Statistische Analyse...erfolgt nach der Ausgleichung.über Genauigkeit und Zuverlässigkeit vorher = a priori Wie genau messe ich? Wie kontrolliert messe ich? nachher = a posteriori Wie genau werden meine Ergebniskoordinaten? Wie vertrauenswürdig sind diese Ergebnisse? Innere Genauigkeit Innere Zuverlässigkeit Äußere Genauigkeit Äußere Zuverlässigkeit Systra 55

56 Kenngrößen der Ausgleichung Beobachtungen und ihre Verbesserungen (13.53) Systra 56

57 Kenngrößen der Ausgleichung Ausreißer-Test für Beobachtungen Normierte Verbesserung NV Data-Snooping Kennwert zur Fehlersuche Näherung [ ] =? mit Unterschiedliche Beobachtungstypen vergleichbar v i... Beobachtungsverbesserung m vi... Standardabweichung der Beobachtungsverbesserung...nach der Ausgleichung Ähnliche Größe: L i...standardabweichung der Beobachtung...vor der Ausgleichung Systra 57

58 Kenngrößen der Ausgleichung Zahlenbeispiel für die Berechnung von NV mit Näherungsformel Mehrfach gemessene Strecke wird gemittelt: Strecke L= 20,00 m Verbesserung v i = 4 cm Standardabweichung Standardabweichung Verbesserung v i = 10 cm = 2 cm NV i = 2,0 L i = 4 cm NV L i = 1.0 i Standardabweichung Standardabweichung = 2 cm NV i = 5,0 L i = 4 cm NV L i = 2,5 i Systra 58

59 Kenngrößen der Ausgleichung Ausreißer-Test für Beobachtungen...zur Suche und Beseitigung grober Fehler Schrankenwerte (üblich): VVLiegVerm BB: Jede Beobachtung soll NV < 3,3 haben! Systra 59

60 Kenngrößen der Ausgleichung Innere Zuverlässigkeit Netzkonfiguration von Beobachtungen Formal korrekt: Redundanzanteil r im Wertebereich [0,1] Einfluss auf die Verbesserung EV [0,100] Grenzfälle Beachte: Die Beobachtung L i kommt gar nicht vor! EV= 100% 0% < EV <100% Ausgleichungsfall: EV= 0% Systra 60

61 Kenngrößen der Ausgleichung Innere Zuverlässigkeit Netzkonfiguration von Beobachtungen Wertebereiche: VVLiegVerm Brandenburg: Keine Vorgaben. Systra 61

62 Kenngrößen der Ausgleichung Innere Zuverlässigkeit Messwerte von Beobachtungen und deren Lage im Netz Fazit: Je schlechter eine Beobachtung kontrolliert ist, desto größer ist der vermutliche grobe Fehler. r i der Beobachtung...zur Quantifizierung eines möglichen groben Fehlers der Beobachtung l i Merke: Wo Verbesserungen v i sind wurden auch l i gemessen. Systra 62

63 Kenngrößen der Ausgleichung Innere Zuverlässigkeit Netzkonfiguration und ihre Beobachtungen GRZW - Grenzwert eines nicht erkennbaren groben Fehlers in der (nicht gemessenen) Beobachtung l i Fazit: Je schlechter eine Beobachtung kontrolliert ist, desto größer ist der nicht aufdeckbare Fehler. Merke: Keine Verbesserungen v i also keine l i gemessen. 63

64 Kenngrößen der Ausgleichung Äußere Zuverlässigkeit von Ergebniskoordinaten wegen Netzkonfiguration und Messwertwidersprüchen GF Beobachtung Vermutlicher grober Fehler in einer Beobachtung auf Grund der Beobachtungsverbesserung und der angrenzenden Netzkonfiguration. EK Punkt Einfluss eines GF auf Koordinaten der angrenzenden Punkte. max. EK Punkt Maximale Verschiebung der Koordinaten eines Punktes auf Grund der GF angrenzender Beobachtungen. Ziel: Alle zuverlässigen Punkte max. EK < Grenzwert EK finden! 64

65 Kenngrößen der Ausgleichung Äußere Zuverlässigkeit von Ergebniskoordinaten nur wegen der Netzkonfiguration GRZW Beobachtung Grenzwert eines Fehlers in einer Beobachtung, der nicht aufdeckbar ist. EGK Punkt Einfluss eines GRZW auf Koordinaten der angrenzenden Punkte. max. EGK Punkt Maximale Verschiebung der Koordinaten eines Punktes, ohne dass die angrenzenden Beobachtungen dies kontrollieren können. Ziel: Alle zuverlässigen Punkte max. EGK < Grenzwert EGK finden! 65

66 Keine Kenngröße der Ausgleichung Äußere Zuverlässigkeit von Punkten Qualifizierung aufgrund katasterrechtlicher Belange.... Entstehung Punkt Eintragung im Punktattributfeld Entstehung Ziel: Alle derart geprüften Punkte als zuverlässige heranziehen! 66

67 15 Minuten Pause 67

68 Systra Analyse A n a l y s e Daten eingeben/ändern ausgleichen und analysieren Eingeben =...schnüffeln...lesen...eintippen Nein Nein Richtig? Ja Vollständig? Ja QL - Lange Bearbeitungszeiten Zwangsausgleichung und Homogenisierung Abschluss der Analyse Systra 68

69 Systra Analyse Liste der 10 größten NV Fehlerdatei Systra.ERR Grobe Fehler sortiert Systra 69

70 Systra Analyse Analysegrafik Grober Fehler Systra 70

71 Systra Analyse Ausgleichen Systra 71

72 Systra Analyse Systra Protokoll (Messungen) Messungslinien Grafische Koordinaten Abstandsbedingungen Protokoll Systra.OUT Systra 72

73 Systra Analyse Systra Protokoll (Messungen) Spannmaße Rechtwinkligkeiten Geradlinigkeiten Protokoll Systra.OUT Systra 73

74 Systra Analyse Systra Protokoll (Ergebniskoordinaten) Standardabweichung Lage...SL (Mittlerer Punktfehler) Protokoll Systra.OUT Andere Ausdrücke für diese Kenngröße: Mittlerer Punktfehler MP nach der Ausgleichung Standardabweichung des Punktes a posteriori Systra 74