Einsatz von ecognition am Beispiel von Luftbilddaten von Rankweil - Vorarlberg

Transkript

1 Einsatz von ecognition am Beispiel von Luftbilddaten von Rankweil - Vorarlberg

2 Übersicht 1. Zielsetzungen 2. Gebäudeextraktion mit ecognition aus Luftbilddaten 3. Resultate und Validierung 4. Schlussfolgerungen

3 Zielsetzungen " Schnittstelle Landes GIS Fernerkundung! Digitale Katastralmappe! Luftbilddaten! Aktualitätsproblematik Automatisierte Kontrolle aus Luftbilddaten Evidenthaltung digitaler Planungsgrundlagen Weiterführende Anwendungen (Flächenverbrauch, Versiegelung,...)

4 Zielsetzungen " Entwicklung eines Verfahrens zur Extraktion von Geodaten (Gebäuden) aus Luftbildern " Hoher Automatisierungsgrad bei gleichzeitiger großer Zuverlässigkeit des Verfahrens " Laufende Aktualisierungsmöglichkeit " Operationelle und flächendeckende Anwendung des Verfahrens

5 Zielsetzungen " Anspruch: Komplexitat höchstauflösender Fernerkundungsdaten erfordert Einsatz innovativer Auswerteverfahren " Lösung: Traditioneller Ansatz: pixelbasierte Methoden Innovativer Ansatz: objektorientierte (segmentbasierte) Methoden Bildanalysesoftware ecognition

6 Raster- / Vektordate ecognition ein Überblick Ablauf der Bildanalyse in ecognition E-/GIS-Daten Geoinformation Datenimport Segmentierung Regelwerk Klassifikation Datenexport lddaten, GIS-Layer, eninformation, etc. Hierarchisches Netz von Bildobjekten (Aufbau der Datenbank) Klassendefinition (Abfrageregeln der Datenbank) Abfrage der Datenbank Membership functions (regelbasiert) Nearest neighbor ( click and classify )

7 Gebäudeextraktion mit ecognition Datenimport Segmentierung Segmentierung Regelwerk Klassifikation - Export " Datengrundlage Testgebiet Luftbildmosaik (Farbinfrarot): 0.25 m Flächenabdeckung: ca. 37,2 km² (1.5 % der Gesamtfläche Vorarlbergs) Heterogene Flächennutzung (Zersiedelung) " Klassifikation ohne Zusatzdaten " Entwicklung des Klassifikationsverfahrens auf einem repräsentativen Ausschnitt

8 Gebäudeextraktion mit ecognition Datenimport Segmentierung Regelwerk Regelwerk Klassifikation - Export " Aufbau des hierarchischen Netzwerks von Bildobjekten Level 1: Trennung der versiegelten von nicht-versiegelten Flächen Level 3: Nicht-versiegelte Flächen (Grünland / Waldgebiete) Level 2: Versiegelte Flächen (Gebäudeextraktion)

9 Gebäudeextraktion mit ecognition Datenimport Segmentierung Regelwerk Klassifikation - Export " Erstellung des Regelwerkes für die Klassifikation der Bildobjekte Vegetationsindex Nearest Neighbor-Klassifikator Formeigenschaften (Kompaktheit, Dichte) Grauwertstatistik

10 Gebäudeextraktion mit ecognition Datenimport Segmentierung Regelwerk Regelwerk Klassifikation - Export " Applikation des Verfahrens auf das gesamte Untersuchungsgebiet

11 Gebäudeextraktion mit ecognition Export Datenimport Segmentierung Regelwerk Klassifikation - Export " Export in GIS Klassifikationsergebnis als Bilddatei (Raster) Export einzelner Klassen als Polygone (Vektor) " Direkte Einbindung der Klassifikationsresultate in weiterführende Analysen

12 Resultate und Validierung " Analyse und Validierung der Klassifikation Digitale Katastralmappe (DKM) Flächenwidmungsplan (FWP) Luftbilder manuelle Zählung

13 Resultate und Validierung " Durchführung der Validierung im GIS Gebäude aus Klassifikation Gebäude aus DKM Eliminierung von Flächen kleiner 75 m² Eliminierung von Strassenflächen aus DKM GeoVille Informationssysteme und Datenverarbeitung GmbH, Museumstr. 9-11, 6020 Innsbruck, Austria TELEFON: ++43-(0) , FAX: ++43-(0) ; INTERNET:

14 Resultate und Validierung " Validierung: Gebäudestatistik DKM FE Gesamtanzahl der Gebäude Übereinstimmende Gebäude (d.h.. DKM & FE) Gebäude nur DKM 85 - Gebäude nur FE Nur 61% der von der FE nicht erkannten Katastergebäude sind auch wirklich Gebäude 1141 davon sind tatsächliche Gebäude, die im Kataster nicht vorhanden sind

15 Resultate und Validierung " Klassifikationsgenauigkeit Wieviele Gebäude aus der Fernerkundung sind wirklich Gebäude? 93.0 % (ohne Nachbearbeitung) bzw % (mit manueller Nachbearbeitung) (User s accuracy) Wieviele Gebäude aus dem Kataster werden mittels Fernerkundung erkannt? 98.1 % (Producer s accuracy)

16 Resultate und Validierung " Anteil der Gebäudeflächen (>75m²) an Bauflächen (DKM Nutzungsarten aus Digitaler Katastralmappe 31.3% 1.8% 0.4% 6.2% 1.5% 2.3% 16.0% 40.5% Bauflächen Landw. gen. Fl. Wald Gärten Gewässer Strassenanlage Alpen Welcher Anteil der Bauflächen is wirklich verbaut? 27.8 % Sonstige Wieviele Parzellen sind noch unbebaut (Restflächen)? Gesamtanzahl Bauflächenparzellen: (= ha) Anzahl unbebauter Parzellen: 1327 (= 81.3 ha)

17 Resultate und Validierung " Lage der aus den Luftbilddaten erfassten Gebäude (>75m²) auf DKM Bauflächen Landw.. gen. Flächen Sonstige Flächen Wald Gärten Alpen Gewässer Strassen Anzahl aller Gebäude Anteil an Gebäuden 89.8 % 8.4 % 1.2 % 0.4 % 0.2 % 0.04 % = 100 % Welcher Anteil der Gebäudeflächen liegt innerhalb der Bauflächen? 81.6 %

18 Resultate und Validierung " Anteil der Gebäudeflächen (>75m²) an Bauflächen und Bauerwartungsflächen (FWP) Nutzungsarten aus Flächenwidmungsplan Gesamtfläche Davon verbaut 33.1% 5.0% 1.6% 25.5% 3.9% Bauflächen Bauerwartungsflächen Forstwirtschaftl. gen. Flächen Freiflächen Verkehrsflächen Bauflächen Wohngebiet Kerngebiet Mischgebiet Betriebsgebiet Bauerwartungsflächen ha ha 10.4 ha ha ha ha 19.1 % 16.6 % 30.8 % 20.8 % 22.0 % 1.0 % 30.9% Gewässer Wohngebiet Mischgebiet 92.2 ha 24.7 ha 1.0 % 1.6 % Betriebsgebiet 26.8 ha 0.08 % Wieviele Gebäude befinden sich außerhalb des Baulandes? 7.1 %

19 Schlussfolgerungen " Landes GIS! Bedarf nach flächendeckenden und kontinuierlich verfügbaren Datenbeständen mit ausreichender Informationstiefe " Luftbilddaten! Innovative Methoden (z.b. ecognition) ermöglichen die effiziente und objektive Auswertung der hochauflösenden Bilddaten! Aus Luftbilddaten abgeleitete Geoinformation kann direkt für GIS Fragestellungen (z.b. Flächennutzung) herangezogen werden! Zur vollständigen Inwertsetzung der Luftbilder empfiehlt sich eine Übertragung auf Rheintal / Walgau und in der Folge Gesamt-Vorarlberg sowie die Aggregation auf administrative Einheiten und Verknüpfung mit Zusatzdaten (Volkszählung, etc.)

20 Schlussfolgerungen " Informationsgewinn Ableitbare Information für VOGIS Aktualisierung von Planungsgrundlagen (Kataster, Flächenwidmungsplan, ) Erfassung der tatsächlichen Verbauung des Baulandes / Bauerwartungslandes Ausweisung von Restflächen (unbebaute Parzellen; Baulandlücken ) / Baulandreserven Weitere Anwendungen Zersiedelung / Erschließungsaufwand (technische Infrastruktur) Gefahrenzonen Kontrolle neuer Widmungsvorhaben Siedlungswachstum - Suburbanisierung Andere Anwendungen: Versiegelungsgrad Waldklassifikation

21 Ausblick Automatische Begradigung von Gebäudekanten im GIS Vollständige Gebäudeextraktion Klassifikation Automatischer Glättungsalgorithmus Begradigte Original Gebäudekanten