Geoinformationssysteme I

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1 Geoinformationssysteme I Militärische Geo-Informationssysteme Lernziele Wofür benötigen wir GeoDaten? Welche Spezifikationen und Produkte existieren innerhalb der NATO? Welche GeoDaten sind bei der Bundeswehr im Einsatz? 1

2 Überblick Internationale Spezifikationen und Datenbestände VMap - Vector Smart Map VMap Level 0 VMap Level 1 VMap Level 2 Urban Vector Map TED - Digital Terrain Elevation Data DNC - Digital Nautical Chart Digital Bathymetric Data Base (DBDB) Tactical Ocean Data (TOD) MGCP (Multinational Geodata Coproduction Program) Überblick MilGeo-Daten Rasterdaten MilGeo-Rastergrafik MilGeo-PCMAP Bilddaten Matrixdaten Digitales Höhenmodell M745 Digitales Höhenmodell Flugplätze Digitales Geländemodell Artillerie Vektordaten / -karten MilGeo-Unterlagen Verkehrsnetze Digital Feature Analysis Data Topographische Grunddaten hoher Auflösung Punktdaten Vermessungspunkte Luftfahrthindernisse (mit DGM/Matrix) Flugplätze 2

3 VMap - Vector Smart Map VMap Level 0 (früher: DCW - Digital Chart of the World) Weltweite Abdeckung objektstrukturiert / vektorbasiert topographischer Inhalt niedrige Auflösung Anwendungen im "kleinmaßstäbigen" Bereich, d.h. im Maßstab 1: und kleiner Standards und Spezifikationen MIL - D , Digital Chart of the World. Database Edition 1.0, July 1992 Vector Product Format (VPF) MIL - STD VMap - Vector Smart Map VMap Level 0 Geodätische Grundlagen Geodätisches Datum: WGS 84 Abbildung / Projektion: geographisch Höhenbezugssystem: MSL (Mean Sea Level) Datenquellen Internationale Weltkarte 1:1 Mio. DMA ONC-Operational Navigation Chart (1:1 Mio.) die JCN-Jet Navigation Chart (1:2 Mio.) TPC-Tactical Pilotage Chart (Darstellung von 355 Großstädten) JOG 1: AVHRR Satellitenbilder des USGS (hochaufgelöste Bilder) digitalen Datenquellen: DAFIF (für die Darstellung von 355 Großstädten). 3

4 VMap - Vector Smart Map VMap Level 0 Abstraktionsgrad vergleichbar mit der Karte 1:1 Mio. VMap Level 0 umfasst etwa 80 Objektarten, die punkt-, linien- und flächenhaft vorkommen können. Organisation der Datenbasis Die Daten sind in 5 VPF- Libraries und 17 thematische Ebenen (Layer) getrennt. DCW - 4

5 VMap - Vector Smart Map VMap Level 1 Weltweite Abdeckung objektstrukturiert / vektorbasiert topographischer Inhalt mittlere Auflösung Gemeinschaftsproduktion der NATO-Staaten Anwendungen im Bereich der kleinmaßstäbigen Visualisierung und Orientierung, d.h. im ca. Maßstab 1: VMap - Vector Smart Map VMap Level 1 Geodätische Grundlagen Geodätisches Datum: WGS 84 Abbildung / Projektion: geographisch Höhenbezugssystem: MSL (Mean Sea Level) Datenquellen verschiedene Ausgaben der Kartenserie Joint Operations Graphics (JOG) 1: andere topographische Karten größerer Maßstäbe (1: ) Luftbilder 5

6 VMap - Vector Smart Map VMap Level 1 Abstraktionsgrad entspricht dem Maßstab 1: Der Objektumfang beträgt 170 Objekte, die zum Teil parallel punkt-, linien- und flächenhaft vorkommen können. Organisation der Datenbasis Die Datenbasis ist thematisch nach Ebenen (coverages) getrennt. Es bestehen 9 Coverages mit topographischem Inhalt. Die Coverage Data Quality enthält Informationen zur Datenqualität und Herkunft (Datenquelle,...) Die Daten sind innerhalb der thematischen Ebenen in 1 x 1 - Kacheln getrennt. VMap - Vector Smart Map VMap Level 1 Visualisierte Map Level 1 Geometrien Im linken Ausschnitt sind diese unbearbeitet. Im rechten Ausschnitt sind diese entsprechend der JOG - Spezifikation signaturiert (Maßstab etwa 1: ). 6

7 VMap - Vector Smart Map VMap Level 1 Erzeugung in Deutschland VMap Level 1 wird in Verantwortung des Amtes für Militärisches Geowesen und des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie (BKG) aus den Grunddaten mittlerer Auflösung abgeleitet. Diese wiederum werden aus dem Digitalen Landschaftsmodell 250 generiert. Auch Verantwortung im Ausland Beispiel Nordafrika Diverse Testgebiete in Algerien Bilddaten Küste Mostagane m IRS (G, R, NIR pan sharpened, Pixelgröße 5m) Wüste Ground Truth 300 km Algier Visuelle Interpretation 7

8 Beispiel Nordafrika Satellitenbild erweiterte Kl. Auschnitt aus Ouargla (Wüste) VMap - Vector Smart Map VMap Level 2 für Krisengebiete objektstrukturiert / vektorbasiert topographischer Inhalts hoher Auflösung Zur großmaßstäbigen Visualisierung und Orientierung 8

9 VMap - Vector Smart Map VMap Level 2 Geodätische Grundlagen Geodätisches Datum: WGS 84 Abbildung / Projektion: geographisch Höhenbezugssystem: MSL (Mean Sea Level) Datenquellen topographische Karten im Maßstabsbereich 1: : (+ weitere Quellen, Bilder..) Der Abstraktionsgrad entspricht etwa diesen Karten. 205 Objektarten, die zum Teil parallel in punkt-, linien- oder flächenartigen Objekten vorkommen. VMap - Vector Smart Map VMap Level 2 Organisation der Datenbasis Die Organisation der Datenbasis entspricht jener von VMap Level 1 9

10 VMap - Vector Smart Map Urban Vector Map detaillierteste Ausbaustufe im Rahmen der VMap Produkte topographische Informationen von städtischen Gebieten wird nur für ausgewählte Stadtgebiete erfasst DIGEST: Austauschformat von VMap-Daten DIgital Geographic Information Exchange STandard (DIGEST) wurde von der Digital Geographic Information Working Group (DGIWG) entwickelt AS, BE, CA, CZ, DA, FR, GE, GR, IT, NL, NO, NZ, PO, SP, SW, TU, UK, US gegründet 1983 Nicht klassifiziert DIGEST is NATO Standardization Agreement (STANAG) DIGEST Components: Austausch von Raster-, Matrix- und Vektordaten (mit Texten) 10

11 DIGEST: Austauschformat von VMap-Daten DIGEST Document Structure Unterstützt verschiedene topologische Strukturen spaghetti vector data (Level 0 Topology); chain-node vector data (Level 1 Topology); planar graph vector data (Level 2 Topology); full topological vector data (Level 3 Topology); raster data (radiometric information pertaining to pixels); and matrix data (non-radiometric information pertaining to points at regularly identified intervals). DIGEST Part 1 consists of a brief General Description of the standard. Part 2 consists of the Theoretical Model, Exchange Structure, Encapsulation Specifications (Annexes A through D) and a Standard ASCII Table of Contents (Annex E). Part 3 consists of Codes and Parameters. Part 4 is the Feature Attribute Coding Catalogue (FACC) Data Dictionary FACC is a comprehensive coding scheme for features, feature attributes, and attribute values. 11

12 DIGEST The Part 2 encapsulations include: Annex A based on ISO 8211 Information Processing - Specification for a descriptive file for information interchange. Annex B based on ISO 8824 Information Processing Systems Open Systems Interconnection Specifications of Abstract Syntax Notation One ISO 8825 Information Processing Systems Open Systems Interconnection Specification of Basic Encoding Rules for Abstract Syntax Notation One. Annex C Vector Relational Format (VRF) Encapsulation Specifications "Table-based direct-use format" for vector data. Annex D Image Interchange Format (IIF) Encapsulation Specifications based on the NATO Secondary Imagery Format (NSIF) profile of ISO Basic Imagery Interchange Format (BIIF). DTED - Digital Terrain Elevation Data gitterbasierter Datenbestand mit Lage- und Höheninformationen Die Lageinformation gibt eine Matrix von Punkten wieder. Die Höheninformation beschreibt die Höhe in diesen Punkten. DTED unterscheidet zwischen DTED Level 1 und DTED Level 2 12

13 DTED - Digital Terrain Elevation Data Datenquellen Luftbilder bzw. photogrammetrische Auswertungen topographische Karten Organisation der Datenbasis Datenformat: DMA Standard Terrain Format Gliederung in 1 x 1 - Zellen Die Erde ist in 5 Zonen eingeteilt, welche jeweils einen Bereich auf der Nord- und Südhalbkugel abdecken. Die 5 Zonen unterscheiden sich im Punktabstand der Matrix. DTED - Digital Terrain Elevation Data DTED Level 1 13

14 DTED - Digital Terrain Elevation Data DTED Level 2 DNC - Digital Nautical Chart Objektstrukturiert / vektorbasiert Objekte maritimer Bedeutung Zweck: Sicherung der Navigation Anforderungen U.S. Navy U.S. Coast Guard Vector Product Format 14

15 DNC - Digital Nautical Chart Unterschiedlicher Abstraktionsgrad je nach Chart Typ Erfasster Objektumfang: 210 Objektarten, die zum Teil parallel als punkt-, linienoder flächenhafte Objekte vorkommen DNC - Digital Nautical Chart Organisation der Datenbasis Thematische Gliederung in Ebenen (Coverages) mehrere Coverages mit speziellen hydrographischen Inhalten "Data Quality" Coverage beinhaltet keine topographischen Objekte, sondern Informationen über Abstraktionsgrad bzw. Genauigkeit der Datenquelle 15

16 DBDB - Digital Bathymetric Data Base Digitaler Datenbestand über die Tiefe der Weltmeere (Bathymetrie: Tiefseemessung). Datentyp: Gitter (vergleichbar: Digital Terrain Elevation Data) Weltweit erfasst: Gitterpunktabstand 5 Bogenminuten (9 km in geographischer Breite, Länge variabel) Andere Gitterpunktabstände: 0,5 Bogenminuten (DBDB-0.5, 900 m) 0,1 Bogenminuten (DBDB-0.1, 185 m) TOD - Tactical Ocean Data vektorieller Datenbestand Zweck: computergestützte Navigation für ausgewählte Gebiete Ergänzt DNC mit navigatorischen Informationen, welche der DNC fehlen 16

17 DMG: MilGeo-Daten: Raster MilGeo-PCMAP Software + Rasterdaten Funktionalität: Zoomen, Bewegen, einfache Messungen, Geländeschnitte, verschiedene Darstellungen (z.b. auch 3D) Kartenserien vergl. MRG, digitales Höhenmodell, Ortsnamenverzeichnisse, Anbindung von Datenbanken (ODBC) und damit auch multimediale Objekte Komprimierte MilGeo-Ratergraphik (KMRG) Importfilter für ADRG - ARC Digitized Raster Graphics, CADRG und GeoTIFF, VPF (Vmap-Daten), GPS-Anbindung, Möglichkeit zur Anbindung eines Routenplaners Gebietsabdeckung: Deutschland (1:50T), Europa (1:250T) und Krisenregionen DMG: MilGeo-Daten: Raster Bilddaten (geocodiert/orthoprojiziert oder nichtgeocodiert) - gebietsabhängig Luftbilder M 1:32T, 1:70T Satellitenbilder SPOT 10m x 10m LANDSAT-TM 30m x 30m IRS 6m x 6m Passpunkte Höhendaten Formate: Intergraph- COT und DGN, TIFF, GeoTIFF 17

18 DMG: MilGeo-Daten: Matrix DHM-FlPl-DEU Hochaufgelöste Digitale Höhenmodelle von Flugplätzen 8km x 4km um Flugplatzbezugspunkt Dreiecksvermaschung (Vektor): unregelmäßig, geländeabhängig Matrixdaten: 10m Raster Genauigkeit Lage: 1.0m Vektordaten Höhe: 1.5m Gitterpunkte Bezugssystem UTM im WGS84 (Ausnahmen im ED50) DMG: MilGeo-Daten: Matrix DHM/M745 - Digitales Höhenmodell M745 Höheninformation der Kartenserie M745, M 1: 50T Datenauflösung 1 x 1 (bei 48 N: 30mx20m, bei 54 N: 30mx18m) Höhengenauigkeit Flachland: 5m Hügel- und Bergland: 9m Gebirge: 15m Bezugssystem Geographisches Netz im ED50 18

19 DMG: MilGeo-Daten: Matrix DGMA Digitales Geländemodell Artillerie Angaben zu Höhe und Situation in grober Auflösung (Geländebedeckung, Gewässer, Boden, Rauhigkeit des Geländes, Luftfahrthindernisse) Auflösung: 100m x 100m Zweck: Einsatz unbemannter artilleristischer Aufklärungsmittel in der Luft DMG: MilGeo-Daten: Vektor Digital Feature Analysis Data Level 1 (DLMS / DFAD-1) (DMA NIMA.. NGA) Künstliche und natürliche topographische Objekte (Punkt, Linie, Fläche) nach radarrelevanten Kriterien ausgewählt Kategorien: Oberflächenbeschaffenheit (SMC surface material category) Metall, Teilweise Metall, Stein, Holz/Glas/Stein/Ziegel, Erdbauwerke, Wasser, Wüste/Sand, Fels, Beton, Erde, Sumpf, Bäume, Eis/Schnee, Asphalt Genauigkeit Lage: 50m Höhe: 10m für Objekte > 46m 19

20 DMG: MilGeo-Daten: Vektor MilGeoU-VKN MilGeo-Unterlagen Verkehrsnetze Verkehrsobjekte Straßennetz Eisenbahnnetz Gewässernetz Genauigkeit Lage: 30m (Brücken, Netzknoten) Gebietsabdeckung: nur Bundesrepublik Deutschland DMG: MilGeo-Daten: Vektor Topographische Grunddaten hoher Auflösung ATKIS: Basis-DLM 20

21 DMG: MilGeo-Daten: Punktdaten Vermessungspunkte Trigonometrische Punkte Navigationspunkte Erdmagnetfeld Blatteckenwerte UTM WGS 84, nur BRD DMG: MilGeo-Daten: Punktdaten LFH Luftfahrthindernisse Hindernisse ab 200 Fuß (61m) über Grund Grad der Vollzähligkeit entspricht dem Inhalt der Flugsicherungsunterlagen des militärischen und zivilen Bereichs Geogr. Netz und UTM ED50, nur BRD 21

22 DMG: MilGeo-Daten: Punktdaten FLPL Flugplätze Namen des Flugplatzes Flugplatztyp Höchste Erhebung der Start- und Landebahn, RWY (auf ft/m) Detailangaben zur Start- und Landebahn (Richtung, Länge, Belag) Flugplatzleuchtfeuer Grad der Vollzähligkeit entspricht dem Inhalt der Flugsicherungsunterlagen des militärischen und zivilen Bereichs Geogr. Netz und UTM ED50, nur BRD Zukunft MGCP (Multinational Geodata Coproduction Program) SRTM Hochauflösendes genaues DGM 22

23 Entstehung des MGCP Multinational Geospatial Coproduction Program = Internationale Gemeinschaftsproduktion zur Herstellung hochauflösender Vektordaten (vergleichbarer Maßstab 1:50.000) Auslöser waren die positiven Erfahrungen aus der VMAP 1 Produktion und die gestiegenen Anforderungen an die bereitzustellenden Geodaten Die einzelnen Nationen haben erkannt, dass sie selbst nicht in der Lage sind, derartige Geodaten von ihren Interessens-gebieten zu erfassen sondern dies nur im Rahmen einer internationalen Lastenteilung gelingen kann Zielgebiet (Stand 2004) 23

24 Aufgaben einzelner Nationen Beteiligung Deutschlands als Lead Participant : Produktion von 200 1x1 Gradzellen außerhalb des eigenen Territoriums innerhalb von 5 Jahren. Zusätzliche Verantwortung z. B. durch Qualitätskontrollen hergestellter Daten anderer Nationen. Zugriff auf alle im Rahmen von MGCP hergestellten Geodaten. Weitere Lead Participants : AUS, DNK, FRA, GBR, ITA, CDN, NOR, SWE, SPA, USA. die Arbeitsgemeinschaft produzierten GIS Vektordaten werden in einer (G G Datenerfassung und Objektarten Hauptinformationsquelle sind Satellitendaten (SPOT 5, IKONOS). Dazu kommen topographische Karten, Stadtpläne etc. Genauigkeit der Vektordaten von 25 m (Circular Error 90%) muss gewährleistet werden. Objektartenkatalog umfasst 180 Objekte, die in drei Kategorien eingeteilt sind: Erste Kategorie (n=35) sind Objektarten, die grundsätzlich aus Satellitenbilddaten abgeleitet werden können. Zweite Kategorie (n=64) sind Objektarten, die teilweise aus Satellitenbilddaten abzuleiten sind, für deren Erfassung insgesamt aber zusätzliches Quellenmaterial benötigt wird. Die dritte Kategorie (n=83) lassen sich nur aus zusätzlichem Kartenmaterial ableiten 24

25 MGCP Bearbeitungsgebiet die gesamte Landfläche der Erde umfasst etwa x1 Gradzellen Deutschland ist für die Datenerfassung von 212 Gradzellen in Nordafrika zuständig Geodaten über die Staatsgebiete der Teilnehmernationen (ca. 30% der Landfläche) werden über bilaterale Verträge bereitgestellt. deutsches MGCP Bearbeitungsgebiet Bewertung Die Beschaffung hochauflösender Satellitenbilddaten und ergänzender Informationsquellen für die Datenerfassung sowie die Vergabe der Datenerfassung an Firmen bedingen einen hohen finanziellen Einsatz des AGeoBW. das für die großflächige Erfassung von Objektarten und deren Attributen aus Satellitenbildern notwendige Qualitätsmanagement erfordert einen hohen personellen Einsatz am AGeoBW. MGCP stellt den Schwerpunkt in der fachlichen Arbeit des AGeoBW Arbeitsgemeinschaft in den GIS nächsten Jahren dar. 25

26 Ausgangslage (Quelle: Präsentation ITAmt, 11/2003) Geoinformationen sind Grundlage für alle militärischen Planungen und Einsätze sowie unabdingbare Voraussetzung für den Einsatz moderner Führungs- und Waffensysteme Command & Control FAUST Battalion, Company, Platoon & WS level 26

27 Geländedatenbasierte Navigation (Quelle: EADS Präsentation 10/2003) 27