Die Automatische Gebäudegeneralisierung unter Erhalt der Siedlungsstruktur mit ArcGIS: durchgeführt am Beispiel der Schweizer Landeskarte 1:50`000

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1 Die Automatische Gebäudegeneralisierung unter Erhalt der Siedlungsstruktur mit ArcGIS: durchgeführt am Beispiel der Schweizer Landeskarte 1:50`000 Anna Vetter Esri Schweiz AG Symposium Königslutter 2015

2 Die Automatische Gebäudegeneralisierung unter Erhalt der Siedlungsstruktur mit ArcGIS: durchgeführt am Beispiel der Schweizer Landeskarte 1:50`000 + Einführung + Grundlagen und state of the art + Methodik für die praktische Umsetzung + Experten Evaluierung Esri Schweiz AG

3 Esri Schweiz AG Einführung

4 swisstopoedu-msc Programm + Kooperationsprojekt Prof. Dr. Georg Gartner Dominik Käuferle Mark Wigley + Im Rahmen des «international Master program in Cartography» Esri Schweiz AG

5 Kontext und Relevanz Generalisierung in Einsparung von Ressourcen Steigerung der Effizienz Verbesserung des Aktualisierungszyklus Automatische Generalisierung ist von grösstem Interesse für NMA`s Esri Schweiz AG

6 Aufgaben Automatische Generalisierung von Gebäuden TLM (1:10`000) DKM (1:50`000) unter Beibehaltung der Siedlungsstruktur mit ArcGIS out-of-the-box Generalisierungstools Ziele + Analyse der entsprechenden kartografischen Grundlagen + Entwicklung eines geeigneten Workflows + Überprüfung der kartographischen Qualität der Ergebnisse Esri Schweiz AG

7 Esri Schweiz AG Grundlagen und state of the art

8 Teilaspekte der Generalisierung Teilaspekte der Generalisierung (Spiess et al., 2002) Esri Schweiz AG

9 Wichtige Aspekte bei der Gebäudegeneralisierung + Auswahl und Selektion + Grafische Generalisierung + Strukturerhaltung der Gebäude > Bebauungsdichte > Grössenunterschiede > Orientierung > Anordnung > Charakteristische Grundrissformen (Spiess et al., 2002) + Formengeneralisierung + Verschiebung und Verdrängung (Spiess et al., 2002) (Spiess et al., 2002) Esri Schweiz AG

10 Das Konzept der Generalisierung Realität Objekt Generalisierung Semantische und geometrische Vereinfachung Primäres Modell Modell Generalisierung Sekundäres Model DLM`s Lösen der resultierenden grafischen Konflikte Kartographische Generalisierung Kartographisches Model Generalisierungs Model nach Grünreich (1992) DKM`s Esri Schweiz AG

11 Operatoren nach Grünreich klassifiziert von Forster et al. (2007) Modell Generalisierung Class Selektion (Klassenauswahl) Reclassification (Neuklassifizierung) Collapse (Zusammenführen) Combine (Kombinieren) Simplification (Vereinfachen) Amalgamation (Verschmelzen) Kartografische Generalisierung Enhancement (Verbesserung) Displacement (Verdrängen) Elimination (Entfernen) Typification (Typisierung) Amalgamation (Verschmelzen) + Grünreichs Modell ist am besten geeignet für die Anforderungen von NMA`s Esri Schweiz AG

12 State of the art + Das EuroSDR-Projekt (Stoter et al., 2010) > Identifizierung von NMA Anforderungen an die Generalisierung > Herausarbeitung von Möglichkeiten und Limitationen kommerzieller out-of-the-box Generalisierungssystemen + Dutch Cadastre (Stoter et al., 2014) > Aktuellstes Projekt mit voll automatisierter Generalisierung (2013) > Konfiguration von ArcGIS Werkzeugen, FME, Python, ModelBuilder > Workflow: Modell Generalisierung, Symbolisierung, Kartografische Generalisierung Esri Schweiz AG

13 Methodik für die praktische Umsetzung Esri Schweiz AG

14 Methodik für die praktische Umsetzung + 1. Definition des Testgebietes > Testgebiet soll möglichst viele Generalisierungsproblematiken aufweisen > Abdeckung einer grossen Vielzahl von verschiedenen Siedlungsstrukturen Esri Schweiz AG

15 Methodik für die praktische Umsetzung + 2. Analyse und Einordnung kartografischer Bedingungen > Nutzung der «bedingungsbasierten Generalisierung» > «Bedingungen» bilden die Grundlage für die Generalisierung + Gebäude kleiner als 5 m 2 können generell eliminiert werden + Die Minimaldimension für ein Einzelhaus beträgt 400 m 2 + Gebäude werden nur zusammengefasst wenn sie nicht durch eine Strassenachse getrennt werden + Die Bebauungsdichte muss wenn möglich erhalten werden Esri Schweiz AG

16 Methodik für die praktische Umsetzung + 3. Entwicklung eines automatischen Workflows > Identifizierung aller geeigneten Generalisierungs-Operatoren > Entwicklung / Durchführung der Modell- und grafischen Generalisierung TLM 1:10`000 Modell Generalisierung Symbolisierung Ständige Überprüfung und Verbesserung der einzelnen Prozess Schritte Kartografische Generalisierung DKM 1:50`000 > Verkettung der Schritte zu Gesamtworkflow mit ArcGIS ModelBuilder Esri Schweiz AG

17 Identifizierung und Einordnung aller geeigneten Generalisierung-Operatoren + Operatoren für die Modell Generalisierung Operatoren nach Foerster et al. Entsprechende Operatoren in ArcGIS Amalgamation (Verschmelzen) Aggregate Polygons (Polygone zusammenfassen) Simplification (Vereinfachen) Simplify Building (Gebäude vereinfachen) Class Selektion (Klassenauswahl) Reclassification (Neuklassifizierung) Collapse (Zusammenführen) Select Layer by Attribute (Selektion nach Attribut) Select Layer by Location (Selection nach Ort) Select (SQL expression) (Selektion) Field calculator (Feldberechnung) Delineate-Built-Up Areas (Ortfläche erzeugen) + Operatoren für die Kartografische Generalisierung Operatoren nach Foerster et al. Entsprechende Operatoren in ArcGIS Displacement (Verdrängen) Typification (Typisierung) Enhancement (Verbesserung) Amalgamation (Verschmelzen) Elimination (Entfernen) Resolve Building Conflict (Gebäudekonflikte lösen) Esri Schweiz AG

18 Verknüpfung der einzelnen Schritte / Tools zu einem Workflow Aggregation, Klassifizierung, Vereinfachung Selektieren/Eliminieren kleiner Gebäude entsprechend der Bebauungsdichte Selektieren/Eliminieren kleiner Gebäude in der Nähe von grossen Gebäuden Selektieren/Reklassifizieren von Gebäuden entlang der Strasse Symbolisierung und kartografische Konfliktlösung + Model 1-4: Modell Generalisierung + Model 5: Kartografische Generalisierung Esri Schweiz AG

19 Verknüpfung der einzelnen Schritte / Tools zu einem Workflow Esri Schweiz AG

20 Resultat Vergleich TLM (1:10.000) zu DKM (1:50.000) Esri Schweiz AG

21 Resultat Vergleich TLM (1:10.000) zu DKM (1:50.000) Esri Schweiz AG

22 Esri Schweiz AG Experten Evaluierung

23 Die Expertenevaluierung + Qualitative Bewertung der erzielten Ergebnisse > Entwicklung einer spezifischen Expertenbefragung > Ermöglicht eine Aussage über die Qualität der generalisierten Ergebnisse + Teilnehmer > Experten welche direkt mit dem Thema Generalisierung vertraut sind > Drei verschiedene Befragungsgruppen mit insgesamt 33 Teilnehmern > Software-Spezialisten von Esri Inc. (8) > Kartografen von swisstopo (7) > Experten aus der Theorie und Praxis der Generalisierung (überwiegend Hochschulbildung, ICA Commision) (18) Esri Schweiz AG

24 Gesamtbewertung für den Erhalt der Siedlungsstruktur + Bebauungsdichte + Relative Grössenunterschiede + Orientierung der Gebäude + Gebäudeanordnung + Ausdehnung der Siedlung Esri Schweiz AG

25 Gesamtbewertung für die Formengeneralisierung + Siedlungsform + Charakter der Altstadt Aarau + Charakteristische Grundformen + Generalisierung Kleinstformen Esri Schweiz AG

26 Beispielhafte Ergebnisse Testkartenblatt Aarau Esri Schweiz AG

27 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontaktinformationen: Anna Vetter Esri Schweiz AG Josefstrasse 218, CH-8005 Zürich PDF der Masterarbeit: Esri Schweiz AG