integration oberflächenbestimmender objekte ins dgm seminar gis iv ss04 24.06.04 eva langendonk
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Integration Integration oberflächenbestimmender oberflächenbestimmender
Objekte ins DGMObjekte ins DGM
Seminar GIS IVSeminar GIS IV SS04 SS04
24.06.0424.06.04
Eva LangendonkEva Langendonk
InhaltInhalt1.1. ZieleZiele2.2. MotivationMotivation
1.1. DGM-RasterdatenDGM-Rasterdaten2.2. DGM-TINDGM-TIN3.3. VektordatenVektordaten
3.3. ProblemeProbleme1.1. Problem 1Problem 12.2. Problem 2Problem 23.3. BeispielBeispiel
4.4. AlgorithmusAlgorithmus1.1. Beispiel 1Beispiel 1
5.5. ZusammenfassungZusammenfassung6.6. FazitFazit
ZieleZiele3D-Visualisierung von Landschaften, Stadtmodellen3D-Visualisierung von Landschaften, Stadtmodellen
Integration Integration Vektordaten in Rasterdaten Vektordaten in Rasterdaten Vektordaten in TINVektordaten in TIN
Erhöhung der Dimension der topographischen Objekte Erhöhung der Dimension der topographischen Objekte
Höheninformationen der Daten sollen verbessert werdenHöheninformationen der Daten sollen verbessert werden z.B. für Stadtmodelle notwendigz.B. für Stadtmodelle notwendig
Erstellung detailgetreuer ModelleErstellung detailgetreuer Modelle
MotivationMotivation
Laserscan Punktwolke
DGM-RasterdatenDGM-Rasterdaten
Jeder Zelle wird ein Jeder Zelle wird ein Höhenwert Höhenwert zugewiesenzugewiesen
DGM-TINDGM-TINTriangulated irregular Triangulated irregular networknetwork
Modelliert Geländerelief Modelliert Geländerelief durch TINsdurch TINs
2,5-dimensional2,5-dimensional
Unregelmäßig verteilte Unregelmäßig verteilte Punkte enthalten x,y,z-Punkte enthalten x,y,z-KoordinatenKoordinaten
VektordatenVektordaten
VektordatenVektordaten meist 2-dimensionalmeist 2-dimensional Topographische Topographische
Objekte modelliert als Objekte modelliert als Punkte, Linien oder Punkte, Linien oder FlächenFlächen
Vektoren können Vektoren können Semantik habenSemantik haben
z.B. topographische z.B. topographische Karte, KatasterdatenKarte, Katasterdaten
z.B. Straße
z.B. See
Ergebnis einer Ergebnis einer TriangulationTriangulation
Vektordaten mit DGM Vektordaten mit DGM verschnittenverschnitten
x, y- Wert aus x, y- Wert aus VektordatenVektordaten
z-Komponente aus DGMz-Komponente aus DGM
Quelle: Koch, A.
Problem 1Problem 1
Quelle: Koch, A.
Problem 1Problem 1falsche falsche GeländemorphologieGeländemorphologie See hat kein See hat kein
konstantes Höhenlevelkonstantes Höhenlevel
Wasser steigt zum Ufer Wasser steigt zum Ufer hin scheinbar anhin scheinbar an
Semantik des Sees Semantik des Sees
wird nicht wird nicht
berücksichtigtberücksichtigt
Problem 2Problem 2 unterschiedliche unterschiedliche
ObjektmodellierungObjektmodellierungVektordatensatz Vektordatensatz
Straße als Linie oder Straße als Linie oder Polylinie modelliertPolylinie modelliert
RasterdatenRasterdaten Straße als verlängerte Straße als verlängerte
horizontale Ebene horizontale Ebene modelliertmodelliert
Straße in Datensätzen ist Straße in Datensätzen ist unterschiedlich breitunterschiedlich breit
Unterschiede führen zu Unterschiede führen zu Komplikationen bei Komplikationen bei IntegrationIntegration
Puffer
BeispielBeispiel
See in GridSee in Grid
Problem entsteht am Problem entsteht am Rand des SeesRand des Sees Zelle hat nur einen Zelle hat nur einen
Höhenwert Höhenwert Ufer muss höher als Ufer muss höher als
Wasseroberfläche seinWasseroberfläche sein Zelle lässt sich nicht Zelle lässt sich nicht
teilenteilen
Semantik des Sees wird Semantik des Sees wird nicht betrachtetnicht betrachtet
Algorithmus (Koch, A.)Algorithmus (Koch, A.)ZielZiel semantisch korrekte Integration von Vektordaten in semantisch korrekte Integration von Vektordaten in
Rasterdaten oder in TINsRasterdaten oder in TINs
Datensatz muss so integriert werden, dass die Datensatz muss so integriert werden, dass die topographischen Objekte bestimmte Bedingungen erfüllen, topographischen Objekte bestimmte Bedingungen erfüllen, die aus der Semantik hervorgehendie aus der Semantik hervorgehen
Nachbargebiet muss betrachtet werdenNachbargebiet muss betrachtet werden
Kleinste-Quadrate-Methode Kleinste-Quadrate-Methode beste geschätzten beste geschätzten HöhenwerteHöhenwerte
Beispiel 1Beispiel 1
Integration von Vektordaten in DGM-GridIntegration von Vektordaten in DGM-Grid
Algorithmus berücksichtigt Semantik der Vektordaten Algorithmus berücksichtigt Semantik der Vektordaten und liefert einen 2,5-dimensionalen Datensatz.und liefert einen 2,5-dimensionalen Datensatz.
Erhöhung der Dimension der topographischen Erhöhung der Dimension der topographischen Objekte Objekte
1. Schritt1. Schritt
See auf GRIDSee auf GRID
2. Schritt2. Schritt
GRIDGRID TIN TIN
3.Schritt3.Schritt
Vektordaten werden in Vektordaten werden in TIN interpoliertTIN interpoliert
4.Schritt4.Schritt
Constrained Delaunay Constrained Delaunay TriangulationTriangulation
FeinereFeinere
Dreiecks-Dreiecks-
vermaschungvermaschung
5. Schritt5. Schritt
Bedingungsgleichungen und Bedingungsungleichungen Bedingungsgleichungen und Bedingungsungleichungen werden aufgestelltwerden aufgestellt Enthalten semantische Eigenschaften des SeesEnthalten semantische Eigenschaften des Sees
Bei unserem Beispiel See Bei unserem Beispiel See 2 Bedingungsgleichungen2 Bedingungsgleichungen 1 Bedingungsungleichung1 Bedingungsungleichung
1. Bedingungsgleichung1. Bedingungsgleichung
Punkte in einer horizontalen Punkte in einer horizontalen Ebene müssen alle den selben Ebene müssen alle den selben Höhenwert habenHöhenwert haben ZZii = Z = ZHEHE , i=1, 2, i=1, 2
Z1
Z2
2. Bedingungsgleichung2. Bedingungsgleichung
Punkte auf Punkte auf Begrenzungspolygon einer Begrenzungspolygon einer horizontalen Ebene müssen horizontalen Ebene müssen gleichen Höhenwert haben wie gleichen Höhenwert haben wie alle Punkte, die innerhalb der alle Punkte, die innerhalb der Ebene liegenEbene liegen ZZjj = Z = ZHEHE , j=1…3, j=1…3
Z1
Z2
Z3
1. Bedingungsungleichung1. Bedingungsungleichung
Punke außerhalb der Punke außerhalb der horizontalen Ebene horizontalen Ebene müssen höher liegen müssen höher liegen Ufer höher als SeeUfer höher als See
HEU ZZ
ZU
ZHE
Bedingungsgleichung- und ungleichungenBedingungsgleichung- und ungleichungen
Bedingungsgleichungen und –ungleichungen müssen nun Bedingungsgleichungen und –ungleichungen müssen nun in Optimierungsprozess eingeführt werdenin Optimierungsprozess eingeführt werden
Kleinste- Quadrate- Methode (GMM)Kleinste- Quadrate- Methode (GMM)
Besten geschätzten Höhenwerte Besten geschätzten Höhenwerte
Minimierung der Summe der quadratischen Minimierung der Summe der quadratischen VerbesserungenVerbesserungen
vvttPvPv min min
Nachbargebiet wird betrachtet Nachbargebiet wird betrachtet Punkte, deren Höhen Punkte, deren Höhen nahezu gleich bleiben sollen werden in der P-Matrix stark nahezu gleich bleiben sollen werden in der P-Matrix stark gewichtetgewichtet
ZusammenfassungZusammenfassung
Integration erfolgt um Landschaften 3D zu visualisierenIntegration erfolgt um Landschaften 3D zu visualisierenVektordaten werden in DGMs (Rasterdaten oder TINs) Vektordaten werden in DGMs (Rasterdaten oder TINs) integriertintegriertBei der Verschneidung werden die Höhen der Vektordaten Bei der Verschneidung werden die Höhen der Vektordaten interpoliertinterpoliertVektordaten erhalten die Vektordaten erhalten die z-Komponente aus dem DGMz-Komponente aus dem DGM Falsche Geländemorphologie kann Ergebnis seinFalsche Geländemorphologie kann Ergebnis sein
Probleme treten auf bei:Probleme treten auf bei: Unterschiedlicher ObjektmodellierungUnterschiedlicher Objektmodellierung Bedingung der Betrachtung der semantischen Bedingung der Betrachtung der semantischen
Eigenschaften der VektordatenEigenschaften der Vektordaten
Lösung Lösung Algorithmus der Semantik betrachtet Algorithmus der Semantik betrachtet
FazitFazit
Vorteil:Vorteil:
Semantik der Semantik der Vektordaten wird Vektordaten wird berücksichtigtberücksichtigt
Nachteil:Nachteil:
Große Differenzen Große Differenzen zwischen den zwischen den Bedingungen und dem Bedingungen und dem DGM lassen über die DGM lassen über die Höhen zweifelnHöhen zweifeln
Grobe Fehler werden in Grobe Fehler werden in dem Algorithmus nicht dem Algorithmus nicht analysiertanalysiert
FazitFazit
Landschaft soll 3D visualisiert werdenLandschaft soll 3D visualisiert werden Differenzen zw. Bedingungen und DGM können Differenzen zw. Bedingungen und DGM können
vernachlässigt werdenvernachlässigt werden
Im Gegensatz zu anderen Algorithmen geht dieser auf Im Gegensatz zu anderen Algorithmen geht dieser auf die Semantik der Objekte eindie Semantik der Objekte ein sehr vorteilhaft bei der sehr vorteilhaft bei der IntegrationIntegration
LiteraturLiteratur1.1. Hatger, C. & Kremeike, K.: Interpretation und Hatger, C. & Kremeike, K.: Interpretation und
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terrain model and a 2D-topographic vector data set. terrain model and a 2D-topographic vector data set. 3.3. Lenk, U. & Heipke, C.: Ein 2,5D-Gis-Datenmodell durch Lenk, U. & Heipke, C.: Ein 2,5D-Gis-Datenmodell durch
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5.5. http/www.uni-giessen.de/bodenkunde/content/http/www.uni-giessen.de/bodenkunde/content/downloads/TS_Rasterdaten.pdfdownloads/TS_Rasterdaten.pdf