„ATKIS: Modell- und kartographische Generalisierung“
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„ATKIS: Modell- und kartographische Generalisierung“
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Maptech AG Schweiz<br />
Ebenaustr. 10,<br />
6048 Horw-Luzern<br />
Schweiz<br />
Machbarkeitsstudie zum<br />
AdV-Forschungs<strong>und</strong><br />
Entwicklungsvorhaben<br />
<strong>„ATKIS</strong>:<br />
<strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong><br />
<strong>Generalisierung“</strong><br />
Technische Universität Dresden<br />
Institut für Planetare Geodäsie<br />
Universität Hannover<br />
Institut für Kartographie<br />
Telefon : 0041 41-349 23 23<br />
Fax : 0041 41-349 23 24<br />
Website :<br />
e-mail :<br />
www.maptech.ch<br />
info@maptech.ch
Inhaltsverzeichnis<br />
2<br />
Inhaltsverzeichnis<br />
1 Einleitung ........................................................................................................... 5<br />
2 Anforderungen der AdV.................................................................................... 7<br />
2.1 Datenkonzept für die Zusammenfassung von ALB, ALK <strong>und</strong> ATKIS .... 7<br />
2.2 Machbarkeitsstudie der AdV ................................................................... 11<br />
3 Stand der Wissenschaft.................................................................................. 12<br />
3.1 Begriffsbildung......................................................................................... 12<br />
3.1.1 <strong>Modell</strong>generalisierung.....................................................................................12<br />
3.1.2 Kartographische Generalisierung....................................................................12<br />
3.1.3 Alternative Begriffsbildung aus der Sicht von Maptech AG..............................13<br />
3.1.3.1 Semantische Generalisierung............................................................................. 13<br />
3.1.3.2 Kartographische Generalisierung ....................................................................... 13<br />
3.2 Aktuelle Projekte ...................................................................................... 16<br />
3.2.1 <strong>Modell</strong>generalisierung (Universität Bonn)........................................................16<br />
3.2.1.1 Semantische Generalisierung............................................................................. 16<br />
3.2.1.2 Geometrische Generalisierung ........................................................................... 18<br />
3.2.1.3 Zusammenfassung ............................................................................................. 19<br />
3.2.2 AGENT-Projekt (Automated GEneralization New Technology) .......................20<br />
3.2.2.1 Generalisierung im AGENT-Konzept.................................................................. 20<br />
3.2.2.2 Beispiel – Gebäudegeneralisierung.................................................................... 22<br />
3.2.2.3 Zusammenfassung: ............................................................................................ 23<br />
3.2.3 Gebäudegeneralisierung mit CHANGE (Universität Hannover).......................24<br />
3.2.3.1 Programmsystem CHANGE ............................................................................... 24<br />
3.2.3.2 Zusammenfassung ............................................................................................. 24<br />
3.2.4 Automatisierte Verdrängung mittels Energieminimierung (TU Dresden)..........25<br />
3.2.4.1 Linienverdrängung mitles Energieminimierung................................................... 25<br />
3.2.4.2 Zusammenfassung ............................................................................................. 26<br />
3.2.5 Grobkonzept eines ATKIS-Generalisierungssystems (Vickus 1994) ...............27<br />
3.2.5.1 Entwicklungsstufen eines ATKIS-Generalisierungssystems .............................. 28<br />
3.2.5.2 Zusammenfassung: ............................................................................................ 29<br />
3.3 Eigene Erfahrungen in der automatisierten Generalisierung............... 30<br />
3.3.1 Zusammenwirken von Forschung <strong>und</strong> Anwendung.........................................30<br />
3.3.2 Automatische Verdrängung im maptech-System.............................................31<br />
3.3.3 Automatische Randbearbeitung im maptech-System ......................................40<br />
3.3.3.1 Textplazierung in Abhängigkeit vom Objekttyp................................................... 40<br />
3.3.3.2 Konflikterkennung ............................................................................................... 40<br />
3.3.3.3 Plazierung unter Berücksichtigung der Nachbarschaft....................................... 42<br />
3.3.3.4 Steuerung <strong>und</strong> Parameter................................................................................... 43<br />
3.3.3.5 Beispiele.............................................................................................................. 44<br />
3.4 Stand in der Praxis bei der Kartenherstellung....................................... 47<br />
3.4.1 Kartenherstellung im LVA Sachsen.................................................................47<br />
3.4.1.1 Bisherige Entwicklung - Ausbaustufen der Digitalkartographie .......................... 47<br />
3.4.1.2 Ableitung topographischer Karten im LVA Sachsen........................................... 48<br />
3.4.1.3 Aufwandsschätzung............................................................................................ 52<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Inhaltsverzeichnis<br />
3<br />
3.4.2 Thüringen .......................................................................................................53<br />
3.4.2.1 Ziele .................................................................................................................... 53<br />
3.4.2.2 Lösung ................................................................................................................ 53<br />
3.4.2.3 Erfahrung ............................................................................................................ 55<br />
3.4.2.4 Ausblick............................................................................................................... 55<br />
4 Entwicklungsstrategie .................................................................................... 57<br />
4.1 Ist-Analyse ................................................................................................ 57<br />
4.1.1 Arbeitsvorgang................................................................................................57<br />
4.1.2 Momentane automatisierte Generalisierung....................................................60<br />
4.1.3 Zusammenfassung .........................................................................................60<br />
4.2 Realisierungskonzept .............................................................................. 61<br />
4.3 Entwicklungsstufe 1................................................................................. 62<br />
4.3.1 Automatisierte Generalisierung nach Stufe 1 ..................................................62<br />
4.3.1.1 Funktionen .......................................................................................................... 62<br />
4.3.1.2 Parameter der Funktionen .................................................................................. 62<br />
4.3.1.3 Dynamische Funktionsauswahl .......................................................................... 63<br />
4.3.1.4 Geometrie-Übergang .......................................................................................... 64<br />
4.3.2 Arbeitsvorgang................................................................................................64<br />
4.3.3 Zusammenfassung .........................................................................................65<br />
4.4 Entwicklungsstufe 2................................................................................. 66<br />
4.4.1 Arbeitsvorgang................................................................................................66<br />
4.4.2 Automatisierte Generalisierung nach Entwicklungsstufe 2 ..............................66<br />
4.4.2.1 Funktionen .......................................................................................................... 66<br />
4.4.2.2 Geometrie-Übergang .......................................................................................... 66<br />
4.4.3 Zusammenfassung .........................................................................................66<br />
4.5 Entwicklungsstufe 3................................................................................. 67<br />
4.5.1 Einführung von Umgebungsobjekten ..............................................................67<br />
4.5.2 Verwaltung abgeleiteter Objekte .....................................................................69<br />
4.5.3 Erweiterung der Generalisierungs-Sets...........................................................70<br />
4.5.4 Anwendung der Generalisierungsfunktionen...................................................71<br />
4.5.4.1 Definieren der Generalisierungsfunktionen ........................................................ 71<br />
4.5.4.2 Einsatz pro Karte <strong>und</strong> pro Umgebungsobjekt ..................................................... 72<br />
4.5.4.3 Operationsbedingter Einsatz............................................................................... 72<br />
4.5.4.4 Zusammenfassung ............................................................................................. 72<br />
4.5.5 Abläufe ...........................................................................................................73<br />
4.5.5.1 Erstellen von Ableitungen ................................................................................... 73<br />
4.5.5.2 Fortführen der Basisdaten .................................................................................. 74<br />
4.5.6 Was ist noch zu realisieren ? ..........................................................................74<br />
4.5.7 Zusammenfassung .........................................................................................75<br />
5 Aufwand des Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsprojektes .............................. 77<br />
5.1 Prototyp <strong>und</strong> Spezifikation...................................................................... 77<br />
5.2 Entwicklungsstufe 1................................................................................. 77<br />
5.3 Entwicklungsstufe 2................................................................................. 78<br />
5.4 Entwicklungsstufe 3................................................................................. 78<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Inhaltsverzeichnis<br />
4<br />
6 Voraussetzungen die seitens der AdV zu gewährleisten sind .................... 79<br />
7 Abschätzung des zu erreichenden Automatisierungsgrades ..................... 80<br />
8 Herstellerneutralität......................................................................................... 81<br />
8.1 Fremdfunktionen im maptech Mapping System.................................... 81<br />
8.2 Eingliederung von Fremdfunktionen im Allgemeinen .......................... 82<br />
9 Hinweise zur Kartengraphik DTK50............................................................... 83<br />
10 Zusammenfassung.......................................................................................... 84<br />
11 Anhang ............................................................................................................. 88<br />
11.1 Programm CHANGE des IfK Hannover................................................... 89<br />
11.1.1 Verfahrensablauf zur Erstellung topographischer Karten bei der<br />
Landesvermessung + Geobasisinformation Niedersachsen (LGN) .................89<br />
11.1.1.1 Allgemeines......................................................................................................... 89<br />
11.1.1.2 Produkte.............................................................................................................. 89<br />
11.1.1.3 Topographische Karte 1:10000/1:25000 ............................................................ 91<br />
11.1.1.4 Topographische Karte 1:50 000/1:100 000 ........................................................ 94<br />
11.1.1.5 Beispiele.............................................................................................................. 95<br />
11.1.2 Programmsystem CHANGE............................................................................95<br />
11.1.2.1 Allgemeines......................................................................................................... 95<br />
11.1.2.2 Globales Konzept................................................................................................ 95<br />
11.1.2.3 CHANGE_Buildings ............................................................................................ 96<br />
11.1.2.4 CHANGE_Roads ................................................................................................ 97<br />
11.1.2.5 Einsatz von 'CHANGE' → Beispiele; .................................................................. 99<br />
11.1.2.6 Erfahrungen ........................................................................................................ 99<br />
11.1.2.7 Implementierungsmöglichkeiten ....................................................................... 100<br />
11.1.3 Software-Komponenten von CHANGE – Anlage 1........................................101<br />
11.1.4 Gebäudegeneralisierung im innerstädtischen Bereich – Anlage 2.................102<br />
11.1.5 Generalisierung der ALK-Gebäude – Anlage 3 .............................................103<br />
11.1.6 Generalisierung nach 1:10 000 <strong>und</strong> 1:25 000 – Anlage 4..............................104<br />
11.1.7 Papierkarte TK25 Blatt Bohmte – Anlage 5...................................................105<br />
11.2 Digitale Kartographie beim Thüringer LVA - Artikel von F.J. Gros ... 106<br />
11.3 Ergänzung zur Verdrängung mittels Energieminimierung ................. 114<br />
11.3.1 Energieintegral..............................................................................................114<br />
11.3.2 Innere Energie ..............................................................................................114<br />
11.3.3 Äußere Energie.............................................................................................115<br />
11.3.4 Variationsverfahren <strong>und</strong> Eulergleichungen....................................................116<br />
11.4 Kartenbeispiele....................................................................................... 118<br />
11.4.1 Topographische Karte 1:10000.....................................................................118<br />
11.4.2 Topographische Karte 1:50000.....................................................................118<br />
12 Literatur.......................................................................................................... 119<br />
13 Abbildungsverzeichnis ................................................................................. 121<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Inhaltsverzeichnis<br />
5<br />
1 Einleitung<br />
Im August 1999 hat die Arbeitsgemeinschaft der Deutschen Vermessungsämter (AdV) eine<br />
Machbarkeitsstudie zur <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong>n Generalisierung ausgeschrieben.<br />
Die Firma Maptech AG hat sich für diese Studie beworben <strong>und</strong> präsentiert mit dem vorliegenden<br />
Dokument die Resultate.<br />
Die Gliederung erfolgte weitgehend nach dem Anforderungskatalog der AdV.<br />
• Kapitel 2 faßt die Anforderungen an eine automatische Generalisierung gemäß der Ausschreibung<br />
zusammen.<br />
• In Kapitel 3 wird der Stand der Wissenschaft beschrieben, wie ihn Maptech AG recherchiert<br />
<strong>und</strong> studiert hat. Ergänzt wird das Kapitel durch die Erfahrungen mit dem eigenen<br />
System, in welchem bereits einige automatische Generalisierungsfunktionen realisiert<br />
wurden <strong>und</strong> sich in der Testphase befinden. Zudem wird als Vergleich der momentane<br />
Generalisierungsvorgang in der Praxis anhand der Beispiele LVA Sachsen bzw. Thüringer<br />
Landesvermessungsamt aufgezeigt.<br />
• In Kapitel 4 wird eine Entwicklungsstrategie aufgezeigt, mit der wir einen möglichst hohen<br />
Automatisierungsgrad in der Generalisierung von ATKIS-Daten erreichen wollen. Basis<br />
hierfür ist die Mapping-Software von Maptech AG.<br />
• Kapitel 5 stellt den Entwicklungsaufwand dar, der notwendig ist, um das Konzept aus Kapitel<br />
4 zu realisieren.<br />
• Kapitel 6 diskutiert die Voraussetzungen, welche die AdV schaffen muß, damit eine automatische<br />
Generalisierung entwickelt <strong>und</strong> eingesetzt werden kann.<br />
• Kapitel 7 versucht, eine Abschätzung des erreichbaren Automatisierungsgrades bei Umsetzung<br />
der in Kapitel 4 vorgeschlagenen Entwicklungsstrategie.<br />
• Kapitel 8 beschreibt, inwieweit Herstellerneutralität bei der Entwicklung einer automatischen<br />
Generalisierung zu erreichen ist.<br />
• Kapitel 9 macht Aussagen zur Entwicklung eines ATKIS-SK50 unter dem Gesichtspunkt<br />
einer Beschleunigung der automatischen Generalisierung.<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Inhaltsverzeichnis<br />
6<br />
• Der Anhang beinhaltet einen Beitrag des IfK Hannover zum Programmsystem CHANGE<br />
<strong>und</strong> dessen Einsatz am Landesvermessungsamt Niedersachsen. Des weiteren ist der Artikel<br />
„Digitale Kartographie beim Thüringer Landesvermessungsamt“ von F.J. Gros<br />
(1999b) beigefügt. Außerdem erfolgt eine detaillierte Beschreibung des Energieminimierungsansatzes<br />
der Universität Dresden. Abschließend wird das beigelegte Kartenmaterial<br />
schriftlich aufgeführt.<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Anforderungen der AdV<br />
7<br />
2 Anforderungen der AdV<br />
2.1 Datenkonzept für die Zusammenfassung von ALB, ALK <strong>und</strong> ATKIS<br />
Die AdV hat 1995/96 zwei Expertengruppen eingerichtet, die unter dem Namen <strong>„ATKIS</strong>-Entwicklung“<br />
<strong>und</strong> „Integrierte <strong>Modell</strong>ierung des Liegenschaftskatasters“ (IML) den Auftrag hatten,<br />
ein gemeinsames Datenmodell <strong>und</strong> eine gemeinsame Datenaustauschschnittstelle für<br />
ALB, ALK <strong>und</strong> ATKIS zu entwickeln. Ein System, welches zur automatischen Generalisierung<br />
von ALB, ALK <strong>und</strong> ATKIS verwendet werden soll, muß in der Lage sein, diese Daten<br />
verlustfrei zu übernehmen, weiterzuführen <strong>und</strong> wieder auszugeben. Aus diesem Gr<strong>und</strong> wird<br />
zuerst die Datenstruktur vorgestellt, wie sie die AdV einsetzen will, bevor die Anforderungen<br />
aufgezeigt werden.<br />
Regelungsebene<br />
ALKIS ® -OK /<br />
ATKIS ® -OK mit OK Zusatzdaten<br />
regelt<br />
beschreibt<br />
Landschaft erfassen für Digitale Analoge<br />
ALKIS ® - ALKIS ® - ALKIS ® -<br />
Orthophotos erfassen für Bestandsdaten wird aufbereitet als Auszüge wird gedruckt als Auszüge<br />
Karten <strong>und</strong> ATKIS ® - ATKIS ® - Topogr.<br />
andere erfassen für DLM Zusatzdaten<br />
DTK Karte<br />
Unterlagen<br />
Produktionsebene<br />
wird abgebildet in<br />
wird abgebildet in<br />
EDBS/2 TIFF, DXF, ...<br />
wird abgegeben an wird abgegeben an wird abgegeben an<br />
Kommunikationsebene<br />
Nutzer objektstrukturierter<br />
Daten<br />
Nutzer aufbereiteter<br />
Informationen<br />
Nutzer<br />
analoger Auszüge<br />
Abbildung 1: ALKIS/ATKIS-Referenzmodell (AdV-Konzept 1999)<br />
Ziel der AdV ist die Beschreibung eines gemeinsamen Datenmodells für ALKIS (Amtliches<br />
Liegenschaftskataster-Informationssystem) <strong>und</strong> ATKIS (Amtliches Topographisch-Kartographisches<br />
Informationssystem). Dieses Vorhaben wird durch die Bildung eines gemeinsamen<br />
ALKIS/ATKIS-Referenzmodells gemäß Abbildung 1 realisiert (AdV-Konzept 1999).<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Anforderungen der AdV<br />
8<br />
ATKIS-DLM <strong>und</strong> Zusatzdaten werden als „erweitertes DLM“ bezeichnet, deren Inhalt, Strukturen<br />
<strong>und</strong> Herstellungsvorschriften durch den Objektartenkatalog (ATKIS-OK mit OK Zusatzdaten)<br />
festgelegt sind. Die Zusatzdaten beinhalten die bisher im ATKIS-Signaturenkatalog<br />
zusammengefaßten Vorschriften zur <strong>kartographische</strong>n Gestaltung der DLM-Informationen.<br />
Im einzelnen umfaßt der ATKIS-OK mit OK-Zusatzdaten:<br />
- Vorschriften zur Abbildung der topographischen Informationen (Teil I),<br />
- Vorschriften zur Bildung von Präsentationsobjekten (Teil II) <strong>und</strong><br />
- Vorschriften zur <strong>kartographische</strong>n Gestaltung der DLM-Objekte (Teil III).<br />
Zitat aus Ausschreibung zur Machbarkeitsstudie: „... Von den als ATKIS-Komponenten definierten<br />
'Digitalen Landschaftsmodellen' (DLM) liegen das 'Digitale Basis-Landschaftsmodell'<br />
(Basis-DLM), das 'Digitale Landschaftsmodell 250' (DLM250) <strong>und</strong> das 'Digitale Landschaftsmodell<br />
1000' (DLM1000) vor oder befinden sich in der Produktion. Die abschließende Konzeption<br />
des 'Digitalen Landschaftsmodells 50' (DLM50) steht noch aus. Die weitere ATKIS-Konzeption<br />
sieht vor, aus dem Basis-DLM die 'Digitale Topographische Karte 1:10000' (DTK10)<br />
<strong>und</strong> die 'Digitale Topographische Karte 1:25000' (DTK25) weitestgehend automatisiert zu<br />
erzeugen. Aus dem Basis-DLM soll ferner das DLM50 <strong>und</strong> aus diesem die 'Digitale Topographische<br />
Karte 1:50000' (DTK50) weitestgehend automatisch abgeleitet werden. ...“<br />
ATKIS<br />
Basis-DLM<br />
<strong>Modell</strong><br />
Generalisierung<br />
Kartographische<br />
Generalisierung<br />
DLM-1000<br />
DLM-250<br />
DLM-50<br />
DTK10 DTK25 DTK50<br />
Abbildung 2: Ableitung des DLM50 aus dem Basis-DLM <strong>und</strong> Ableitung der DTK10/25 aus dem<br />
Basis-DLM bzw. der DTK50 aus dem DLM50<br />
Eine Alternative zur Ableitung der DTK50 aus dem DLM50 stellt die direkte Ableitung aus<br />
dem Basis-DLM dar. Der Vorteil liegt in einer klaren Trennung von Kartenableitungen auf der<br />
einen Seite <strong>und</strong> Datenmodifikationen zur Verringerung der <strong>Modell</strong>auflösung auf der anderen<br />
Seite. Die Abhängigkeit von der Erzeugung eines DLM50 entfällt, wobei bestimmte Ab-<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Anforderungen der AdV<br />
9<br />
leitungsvorgänge zur Herstellung der DTK50 mit der Generierung des DLM50 identisch sind.<br />
Das DLM50 entsteht quasi als Zusatzprodukt bei der Ableitung topographischer Karten aus<br />
dem Basis-DLM.<br />
Abbildung 3: Konzept zur Ableitung sämtlicher topographischer Karten aus dem Basis-DLM<br />
Die ATKIS-DLM unterscheiden sich durch den Abstraktionsgrad, mit dem die Erdoberfläche<br />
modelliert wird. Die Daten des erweiterten DLM mit höherem Abstraktionsgrad sind im Vergleich<br />
zu den Daten des erweiterten Basis-DLM<br />
- zunehmend semantisch generalisiert <strong>und</strong><br />
- zunehmend geometrisch ausgedünnt.<br />
Forderung (aus Ausschreibung zur Machbarkeitsstudie):<br />
- DLM50 soll geometrisch lagerichtig <strong>und</strong> kartographisch nicht generalisiert sein<br />
- das Datenvolumen soll gegenüber dem Basis-DLM mindestens um den Faktor 5-10<br />
geringer sein<br />
Die OK-Zusatzdaten beinhalten die bisher im ATKIS-Signaturenkatalog zusammengefaßten<br />
Vorschriften zur <strong>kartographische</strong>n Gestaltung der DLM-Information. Damit werden maßstabsabhängig<br />
die Ableitungsregeln <strong>und</strong> der Zeichenschlüssel festgelegt. Deren Anwendung<br />
setzt eine <strong>kartographische</strong> Generalisierung voraus, wodurch aus den ungeneralisierten DLM-<br />
Geometrien sog. Kartengeometrien erzeugt werden. Vervollständigt wird der Datenbestand<br />
durch Kartenschrift, Schriftzusätze <strong>und</strong> Signaturen, die als Präsentationsobjekte bezeichnet<br />
werden.<br />
Die Geometrie nicht zu generalisierender Basis-DLM-Objekte, Kartengeometrien <strong>und</strong> Präsentationsobjekte<br />
bilden zusammen die Präsentationsdaten. Kartengeometrien <strong>und</strong> Präsen-<br />
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Anforderungen der AdV<br />
10<br />
tationsobjekte werden gespeichert, um im Falle einer Fortführung den erneuten Ableitungsaufwand<br />
zu minimieren (aus Allgemeine Erläuterungen zum ATKIS-SK10).<br />
Zusammenfassung:<br />
- Die AdV-Konzeption sieht vor, das DLM50 weitestgehend automatisch aus dem Basis-DLM<br />
abzuleiten (wodurch eine gesonderte Laufendhaltung des DLM50 entfällt)<br />
→ erfordert automatisierte <strong>Modell</strong>generalisierung<br />
- DTK10 <strong>und</strong> DTK25 sollen weitestgehend automatisch aus dem Basis-DLM abgeleitet<br />
werden<br />
- DTK50 soll automatisch aus dem DLM50 abgeleitet werden<br />
→ erfordert automatisierte <strong>kartographische</strong> Generalisierung, in deren Folge Kartengeometrien<br />
<strong>und</strong> Präsentationsobjekte entstehen<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Anforderungen der AdV<br />
11<br />
2.2 Machbarkeitsstudie der AdV<br />
Unter Berücksichtigung obiger Punkte, werden in der vorliegenden Machbarkeitsstudie vor<br />
allem folgende Aspekte untersucht:<br />
• Stand der Wissenschaft <strong>und</strong> Technik der <strong>Modell</strong>generalisierung <strong>und</strong> der <strong>kartographische</strong>n<br />
Generalisierung aus Sicht eines Herstellers <strong>kartographische</strong>r Systeme.<br />
• Vorschläge zur Entwicklungsstrategie für die automatische Generalisierung von ATKIS-<br />
Daten. Gliederung der Themen nach Wichtigkeit <strong>und</strong> Schwierigkeitsgrad der Realisierung.<br />
• Hinweise zu Kosten für die Realisierung des Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsprojektes,<br />
soweit sie aus heutigen Erfahrungen ableitbar sind.<br />
• Definition der Rahmenbedingungen seitens der AdV.<br />
• Erfahrungen der Firma Maptech AG hinsichtlich des Automatisierungsgrades bei<br />
<strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong>r Generalisierung von ATKIS-Daten, insbesondere bei:<br />
- Geometrie-Vereinfachungen<br />
- <strong>kartographische</strong>n Verdrängungsproblemen<br />
- automatischer Randbearbeitung<br />
• Integrationskonzept am Beispiel der maptech-Lösung. Schnittstellen zu den verschiedenen<br />
GIS-Umgebungen.<br />
• Hinweise zur Kartendarstellung DTK50 mit dem Ziel der Verringerung der Herstellungskosten.<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Stand der Wissenschaft<br />
12<br />
3 Stand der Wissenschaft<br />
3.1 Begriffsbildung<br />
In den von uns untersuchten Arbeiten tauchen immer wieder die Bezeichnungen „<strong>Modell</strong>generalisierung“<br />
<strong>und</strong> „<strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong> auf. Deshalb soll im folgenden zunächst<br />
eine theoretische Abgrenzung der beiden Begriffe vorgenommen werden.<br />
3.1.1 <strong>Modell</strong>generalisierung<br />
Von der Abbildung der realen Welt in einem <strong>Modell</strong> bis hin zur graphischen Darstellung werden<br />
unterschiedliche Abstraktionsstufen durchlaufen. Je nach Anwendungsbereich kann eine<br />
Unterteilung in verschiedene Generalisierungsarten erfolgen. Begonnen wird mit der Erfassung<br />
der realen Welt in einem ersten <strong>Modell</strong> (z.B. digitales Landschaftsmodell - DLM). Die<br />
dafür notwendigen Beschränkungen, sowohl in der Zahl der registrierten Objekte, als auch<br />
deren Detailtreue, charakterisieren die Erfassungsgeneralisierung.<br />
Da der Umfang eines DLM's wesentlich durch seinen Maßstab festgelegt ist, sind für kleinere<br />
Maßstäbe Folgemodelle abzuleiten. Die Vereinfachung des Datenmodells, auch als <strong>Modell</strong>generalisierung<br />
bezeichnet, kann dabei in einen semantischen <strong>und</strong> einen geometrischen<br />
Teil unterschieden werden (Schürer 1999). Im semantischen Teil erfolgt neben Klassifikation,<br />
Auswahl <strong>und</strong> Zusammenfassung von Objekten oder Objektteilen, eine Generalisierung des<br />
Sachbezuges (Attribute). Ziel ist, eine weniger detaillierte Beschreibung zu erhalten. Der<br />
geometrische Teil bezieht sich auf Änderungen in der Objektgestalt (Vereinfachung, Glättung<br />
etc.) zwecks Anpassung an die <strong>Modell</strong>auflösung. Erfassungs- <strong>und</strong> <strong>Modell</strong>generalisierung<br />
werden auch unter dem Begriff der Objektgeneralisierung zusammengefaßt.<br />
3.1.2 Kartographische Generalisierung<br />
Um aus dem digitalen Landschaftsmodell eine graphische Darstellung zu erhalten, bedarf es<br />
der Signaturierung. Zwecks besserer Lesbarkeit werden die Signaturen teilweise größer gewählt,<br />
als es der wahren Ausdehnung der Objekte entsprechen würde. Mit der Forderung<br />
nach Mindestabständen zwischen Signaturen führt das zu einem erhöhten Platzbedarf. Die<br />
Folge ist, daß Objekte geringerer Priorität nicht mehr dargestellt werden oder eine Verdrängung<br />
in Bereiche geringerer Kartenbelastung erfolgt. Damit sind die Lagekoordinaten von<br />
DLM-Objekt <strong>und</strong> zugehörigem signaturierten Objekt nicht in jedem Fall identisch.<br />
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13<br />
Die Gesamtheit der Elementarvorgänge, welche bei der graphischen Darstellung von DLM-<br />
Objekten anzuwenden sind, werden unter dem Begriff der <strong>kartographische</strong>n Generalisierung<br />
zusammengefaßt.<br />
3.1.3 Alternative Begriffsbildung aus der Sicht von Maptech AG<br />
Aus Herstellersicht ist vor allem eine Unterscheidung zwischen geometrischen Operationen<br />
einerseits <strong>und</strong> inhaltlichen, semantischen Entscheidungen andererseits wesentlich. Deshalb<br />
werden im folgenden die Begriffe „Semantische <strong>Generalisierung“</strong> <strong>und</strong> „Kartographische <strong>Generalisierung“</strong><br />
verwendet.<br />
3.1.3.1 Semantische Generalisierung<br />
Semantische Generalisierung bezeichnet primär die Zuordnung von Daten <strong>und</strong> Attributen.<br />
Semantische Operationen sind sowohl bei der Ableitung eines Digitalen Landschaftsmodells<br />
(DLM) geringerer Auflösung aus einem DLM höherer Auflösung vorzunehmen, als auch bei<br />
der Ableitung einer Digitalen Topographischen Karte (DTK) aus einem DLM. So muß z.B. als<br />
erstes bei der Ableitung der DTK10 oder DTK25 anhand des ATKIS-SK entschieden werden,<br />
welche Objektklassen, in Abhängigkeit von Sachattributen des Basis-DLM, zu berücksichtigen<br />
sind. Ähnlich ist das Vorgehen bei der Ableitung des DLM50 aus dem Basis-DLM,<br />
wofür zunächst eine Zuordnung der Objektarten anhand ihrer Definition in Verbindung mit<br />
der attributiven Beschreibung stattfindet (diese würde im wesentlichen durch den OK50 bestimmt).<br />
Die wichtigsten Elementaroperationen der semantischen Generalisierung sind somit<br />
Auswahl, Zusammenfassen <strong>und</strong> Typisieren neben der Berücksichtigung struktureller Änderungen,<br />
z.B. Übergang von Flächen- zu Linienobjekten.<br />
Der Unterschied zur <strong>Modell</strong>generalisierung besteht in einer Verlagerung sämtlicher Operationen,<br />
die Geometrieänderungen zur Folge haben, in den Bereich der <strong>kartographische</strong>n Generalisierung,<br />
welche nachfolgend beschrieben wird.<br />
3.1.3.2 Kartographische Generalisierung<br />
Kartographische Generalisierung äußert sich in Änderungen der Objektgeometrie. Geometrieänderungen<br />
treten ebenfalls bei der Ableitung von DLM geringerer Auflösung aus DLM<br />
höherer Auflösung auf <strong>und</strong> auch bei der Ableitung von Digitalen Topographischen Karten.<br />
Sie sind im allgemeinen jedoch wesentlich schwieriger zu automatisieren, da man berücksichtigen<br />
muß, daß Änderungen in der Geometrie auch inhaltliche Aspekte beeinflussen.<br />
Sowohl bei der DLM-Ableitung, als auch bei der DTK-Ableitung können die gleichen geo-<br />
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14<br />
metrischen Algorithmen angewendet werden z.B. Vereinfachungsalgorithmen für Linienglättung<br />
etc.<br />
Vorteil dieser unkonventionellen Betrachtungsweise ist eine klare Trennung hinsichtlich<br />
der durchzuführenden Operationen. Zunächst wird festgelegt, welche Objekte <strong>und</strong> Attribute<br />
abgebildet werden (Abbildung von DLM→DLM <strong>und</strong> DLM→DTK), wobei ATKIS-OK <strong>und</strong><br />
die Ableitungsregeln des ATKIS-SK maßgebend sind. Unter Abbildung wird hier auch die<br />
Übernahme eines Objektes in ein abgeleitetes DLM verstanden <strong>und</strong> die Zusammenfassung<br />
verschiedener Attribute in einer übergeordneten Kategorie.<br />
Basis-DLM DLM250 DLM1000<br />
1701 Hauptwirtschaftsweg 1701 Hauptwirtschaftsweg -<br />
1702 Wirtschaftsweg 1702 Wirtschaftsweg -<br />
1703 Fußweg 1703 Fußweg -<br />
1704 Park-, Friedhofsweg - -<br />
1705 Karren- <strong>und</strong> Ziehweg 1705 Karren- <strong>und</strong> Ziehweg -<br />
1706 Radweg 1706 Radweg -<br />
1707 Reitweg - -<br />
1708 Wattenweg 1708 Wattenweg -<br />
1709 (Kletter-) Steig im Gebirge 1709 (Kletter-) Steig im Gebirge 1709 (Kletter-) Steig im Gebirge<br />
1710 Rad- <strong>und</strong> Fußweg - -<br />
9999 sonstige 9999 sonstige 9999 sonstige<br />
Tabelle 1:<br />
Überführung der Attribute am Beispiel der Objektart „3102 Weg“ mit dem Attribut<br />
„FKT= Funktion“<br />
Nach den semantischen Zuordnungen erfolgen im wesentlichen geometrische Operationen,<br />
die bei der DLM-Ableitung der Anpassung an die Auflösung des Zielmaßstabes dienen <strong>und</strong><br />
bei der DTK-Ableitung der graphischen Darstellung geschuldet sind. Der Hauptunterschied<br />
bei der Anwendung der Geometrieoperationen in der DTK-Ableitung besteht darin, daß Objekte<br />
nicht mehr lagerichtig dargestellt werden müssen.<br />
Zum Zweiten wird zwischen kontextabhängigen <strong>und</strong> kontextunabhängigen Generalisierungsfunktionen<br />
unterschieden. Letztere umfassen Änderungen am einzelnen Objekt,<br />
ohne Objekte der Nachbarschaft einzubeziehen. Typische Vertreter sind Koordinatenreduktionen<br />
bzw. Vereinfachungsalgorithmen. Nach Anwendung kontextunabhängiger Generalisierungsfunktionen<br />
ist die Beziehung zwischen Ursprungs- <strong>und</strong> abgeleitetem Objekt in<br />
jedem Fall vorhanden.<br />
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Einen größeren Verwaltungsaufwand verlangen die kontextabhängigen Operationen. Sie<br />
beziehen sich immer auf eine Gruppe von Objekten, <strong>und</strong> in der Regel werden mit einem<br />
Schritt auch mehrere Objekte gleichzeitig verändert, da jede Veränderung des Einzelobjektes<br />
einen Einfluß auf die Veränderung der Nachbarobjekte hat. Beispiele für die kontextabhängigen<br />
Generalisierungsfunktionen sind etwa die Verdrängung, Zusammenfassung <strong>und</strong><br />
Objektauswahl.<br />
Zentral für das Erarbeiten einer effizienten Nachführungsstrategie scheint die Lösung der<br />
Umgebungsverwaltung zu sein. Das Datenmodell sollte so konzipiert sein, daß Umgebungen<br />
mitverwaltet werden <strong>und</strong> den kontextabhängigen Generalisierungsfunktionen zur Verfügung<br />
stehen. Im Projekt AGENT (siehe Abschnitt 3.2.2) übernehmen diese Aufgabe sog. Meso-<br />
Agenten, die dritte Stufe der Entwicklungsstrategie von Maptech AG führt dynamische Umgebungsobjekte<br />
ein (siehe Abschnitt 4.5.1).<br />
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16<br />
3.2 Aktuelle Projekte<br />
3.2.1 <strong>Modell</strong>generalisierung (Universität Bonn)<br />
Am Institut für Kartographie <strong>und</strong> Geoinformation der Universität Bonn unter Leitung von<br />
Prof. Morgenstern existiert eine Arbeitsgruppe „<strong>Generalisierung“</strong>, die sich im wesentlichen<br />
mit Fragen der <strong>Modell</strong>generalisierung beschäftigt.<br />
Aktuelles Projekt (unter Mitwirkung von J. Schoppmeyer, M. Bobzien, D. Schürer):<br />
Entwicklung eines Programmsystems zur Ableitung von topographischen Gr<strong>und</strong>daten<br />
mittlerer Auflösung aus topographischen Gr<strong>und</strong>daten hoher Auflösung mit den Mitteln<br />
einer weitestgehend automatisiert ablaufenden Generalisierung.<br />
Die bisherigen Arbeiten konzentrieren sich auf Fragestellungen der automatischen Ableitung<br />
Digitaler Landschaftsmodelle (DLM). Ein DLM kann über die Methode der Ersterfassung aus<br />
der Landschaft oder über die direkte Ableitung aus einem DLM höherer Auflösung (<strong>Modell</strong>generalisierung)<br />
gewonnen werden. Gelingt es, die Ableitung weitestgehend automatisch<br />
durchzuführen, ergibt sich erhebliches Einsparpotential bzgl. Erzeugung <strong>und</strong> Fortführung von<br />
DLM niedriger Auflösung. Die <strong>Modell</strong>generalisierung zielt dabei auf eine vereinfachte inhaltliche<br />
<strong>und</strong> geometrische Landschaftsbeschreibung. Dazu kann zwischen semantischer <strong>und</strong><br />
geometrischer Generalisierung unterschieden werden.<br />
3.2.1.1 Semantische Generalisierung<br />
Die semantische Generalisierung bezieht sich auf eine Generalisierung des Sachbezuges<br />
von Objekten durch Veränderung der inhaltlichen Beschreibung. Hauptsächliche Vorgänge<br />
sind „Klassifizieren bzw. Typisieren“ sowie „Auswählen bzw. Fortlassen“ ganzer Objektarten<br />
oder einzelner Objektmerkmale.<br />
Beispiele zur semantischen Generalisierung:<br />
1. „Klassifizieren bzw. Typisieren“ <strong>und</strong> „Auswählen bzw. Fortlassen“ von Objektarten nach<br />
den Vorgaben der OK250<br />
- Zuordnung der Objektarten des Basis-DLM <strong>und</strong> DLM250 anhand ihrer Definition in<br />
Verbindung mit der attributiven Beschreibung (wird im wesentlichen durch den OK250<br />
bestimmt)<br />
- Verknüpfung erfolgt durch Verknüpfungsrelationen, wobei entweder eine oder mehrere<br />
Objektarten des Basis-DLM einer Objektart des DLM250 zugeordnet werden können<br />
(1:1, n:1). Nach der derzeitigen Festlegung des OK250 wird die Vielzahl der Objektarten<br />
des Basis DLM kaum reduziert.<br />
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2. „Auswahl der Objekte über die Erfassungskriterien“<br />
- Reduktion der semantischen Information des DLM höherer Auflösung beschränkt sich<br />
nicht nur auf das Weglassen ganzer Objektarten, sondern kann sich auch nur auf Objekte<br />
beziehen, die ein bestimmtes Objektmerkmal (Erfassungskriterium) nicht erfüllen :<br />
- Semantische Kriterien (z.B. qualitative Attribute)<br />
- Geometrische Kriterien (z.B. Objektlänge, Objektbreite, Objektfläche, ...)<br />
3. „Überführung der Objektinformation in den Attributen“<br />
- Qualitative <strong>und</strong> quantitative Objektinformationen, die in den Attributen gespeichert sind,<br />
werden an den Informationsgehalt des DLM250 angepaßt<br />
- Ist eine eindeutige Zuordnung nicht möglich, so ist die Objektinformation entweder vollständig<br />
wegzulassen oder durch Zusammenfassung von Attributwerten unter einem<br />
allgemeinen Oberbegriff zu typisieren.<br />
4a) 4b)<br />
4c) 4d)<br />
Abbildung 4: Erzeugung eines semantisch generalisierten Digitalen Zwischenmodells beim Übergang<br />
zum DLM250<br />
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18<br />
Bei Abbildung 4a) handelt es sich um die Darstellung des Testdatenbestandes. In Abbildung<br />
4b) ist der Zustand nach der Generalisierung linienhafter Objekte zu sehen. Es sind nur noch<br />
B<strong>und</strong>esstraßen, Landesstraßen <strong>und</strong> Kreisstraßen im Datenbestand vorhanden. Die Generalisierung<br />
der flächenhaften Objekte erfolgt in Generalisierungsblöcken (Abbildung 4c). Diese<br />
Blöcke werden durch das generalisierte Liniennetz sowie durch Grenzen von markanten<br />
Landschaftsobjekten (Ortslage, Wald, ...) gebildet (siehe auch 4.5.1). Abbildung 4d) zeigt als<br />
Ergebnis ein semantisch generalisiertes Digitales Zwischenmodell (DZM).<br />
3.2.1.2 Geometrische Generalisierung<br />
Die geometrische Generalisierung zielt auf die Anpassung des Raumbezuges der Objekte an<br />
die Genauigkeitsanforderungen des <strong>Modell</strong>s. Darunter ist der Übergang zu einer anderen<br />
geometrischen <strong>Modell</strong>ierung (Geometrietypenwechsel) <strong>und</strong> die Anpassung der Geometrie an<br />
die <strong>Modell</strong>auflösung zu verstehen.<br />
Beispiele zur Geometrischen Generalisierung:<br />
1. Übergang von Objekten zu einer anderen geometrischen <strong>Modell</strong>ierung<br />
- Objektartenkataloge sehen für jedes Objekt einen speziellen Geometrietyp vor (flächenhaft,<br />
linienhaft, punkthaft)<br />
- im Rahmen der Ableitung eines Digitalen Landschaftsmodells geringerer Auflösung<br />
sind die Geometrietypen für verknüpfte Objektarten zu vergleichen<br />
- stimmen die geforderten Geometrietypen nicht überein, so wird die Geometrie für das<br />
Objekt im DLM geringerer Auflösung angepaßt<br />
- Geometrietypwechsel sind in Schoppmeyer <strong>und</strong> Heisser (1995) ausführlich beschrieben<br />
2. Anpassung der Geometrie an die <strong>Modell</strong>auflösung<br />
- unter <strong>Modell</strong>auflösung wird in Anlehnung an die Minimaldimensionen der Abstand zwischen<br />
zwei Geometriepunkten verstanden, so daß beide Punkte noch sinnvoll getrennt<br />
erfaßt <strong>und</strong> gespeichert werden können<br />
- Anpassung an die <strong>Modell</strong>auflösung verlangt eine Vereinfachung der Objektgeometrie,<br />
die im Rahmen der Lagegenauigkeit sowohl durch eine Punktreduktion als auch eine<br />
Linienvereinfachung durchgeführt werden kann<br />
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19<br />
3.2.1.3 Zusammenfassung<br />
Abbildung 5: Ablauf der <strong>Modell</strong>generalisierung (Schürer 1999)<br />
Die Untersuchungen zur <strong>Modell</strong>generalisierung beziehen sich im wesentlichen auf ATKIS, so<br />
daß die Erfahrungen in vollem Umfang für praktische Realisierungen verwendet werden<br />
können. Fazit der Bonner Arbeiten ist, daß die „... <strong>Modell</strong>generalisierung für den Übergang<br />
vom DLM25 zum DLM200 weitgehend automatisch durchgeführt werden kann“ (Schürer<br />
1999). Damit sollte eine Ableitung des DLM50 aus dem Basis-DLM ebenfalls möglich sein.<br />
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20<br />
3.2.2 AGENT-Projekt (Automated GEneralization New Technology)<br />
Das AGENT-Projekt wird gefördert durch European Commision, Esprit Programme, Long-<br />
Term Research (LTR) für die Zeit vom 1.12.1997 bis 30.11.2000. Folgende Einrichtungen<br />
sind daran beteiligt:<br />
- Institut Geographique National (IGN, France), Laboratoire COGIT (Projektleitung)<br />
- Institut National Polytechnique de Grenoble (France), MAGMA Group<br />
- Laser-Scan Ltd., Cambridge (UK)<br />
- University of Edinburgh, Department of Geography<br />
- University of Zurich, Department of Geography<br />
3.2.2.1 Generalisierung im AGENT-Konzept<br />
Das AGENT-Projekt beschäftigt sich mit der Entwicklung von Methoden <strong>und</strong> Techniken für<br />
eine automatische <strong>kartographische</strong> Generalisierung. Der Schwerpunkt liegt dabei u.a. auf<br />
einer Selbstbewertung von automatisch durchgeführten Generalisierungsteilvorgängen.<br />
- beinhaltet Neuimplementierungen von Generalisierungsalgorithmen die u.a. am IGN entwickelt<br />
wurden<br />
- verwendet das AGENTEN-Konzept :<br />
berücksichtigt Zwangsbedingungen auf unterschiedlichen Beschreibungsstufen<br />
(micro-, meso-, macro- constraints)<br />
Micro-Zwänge : beziehen sich auf das Objekt an sich (z.B. Größe, Detailgrad, Gestalt)<br />
Meso-Zwänge : berücksichtigen den Kontext, sowohl auf geometrischer wie semantischer<br />
Ebene (siehe Abbildung 6)<br />
Macro-Zwänge : berücksichtigen übergeordnete Kriterien wie thematisch quantitative<br />
Zwänge, hierarchische Zwänge,<br />
- Die Umsetzung erfolgt mittels objektorientierter Programmierung.<br />
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Abbildung 6: Verwendung des Straßennetzes zur Einführung von „Meso-Agenten“, repräsentiert<br />
durch einen „smiley“ (Lamy et al. 1999).<br />
Ablaufplan für Generalisierung mittels „Agenten“:<br />
Zu Beginn der Generalisierung muß eine Analyse <strong>und</strong> Bewertung vorhandener Zwänge erfolgen,<br />
diese sind durch geeignete Attribute zu erfassen (initial and on-going values – siehe<br />
Abbildung 7)<br />
Abbildung 7: Zustandsbeschreibung im AGENT-Konzept (Lamy et al. 1999)<br />
• threshold values - Schwellwerte zur Festlegung von Konflikten<br />
• severity (Strenge) - Konfliktmaß für Bewertung<br />
• priority - Prioritätenliste für auftretende Konflikte (z.B. Dichte 9, Nähe 6, Größe 2)<br />
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22<br />
Außerdem existiert eine Liste von Lösungsverfahren mit festgelegter Priorität bzgl. eines<br />
Konflikts (z.B. Größenkonflikt → Verkleinerung 0.6, Zusammenfassung 0.3, Auswahl 0.1)<br />
<strong>und</strong> eine Ausnahmeliste für Generalisierungsroutinen, die in bestimmten Situationen nicht<br />
angewendet werden sollten.<br />
3.2.2.2 Beispiel – Gebäudegeneralisierung<br />
- jeder Micro-Agent entspricht einem Gebäude<br />
- Analyse: Messung verschiedener Gebäudeparameter z.B. Größe, Minimalweite, Orientierung,<br />
Position, ...<br />
- bestimmte Dinge sollen erhalten bleiben (Gesamterscheinung, Größe im Vgl. zu anderen<br />
Gebäuden, ..), andere können sich ändern<br />
- bestimmte Aufgaben sind nur auf meso-level zu erfüllen, d.h. Kontextinformation wird benötigt<br />
(z.B. wenn relative Lage der Objekte erhalten bleiben soll)<br />
- es wird also ein Kompromiß gesucht bzgl. der vorhanden Zwänge auf micro-, meso-,<br />
macro-level<br />
Abbildung 8: Beispiel 1 zur Gebäudegeneralisierung (Ruas 1998)<br />
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23<br />
Im Beispiel aus Abbildung 8 beträgt die Minimaldistanz zwischen Gebäuden 5m, die minimale<br />
Gebäudegröße ist 260m 2 <strong>und</strong> die Straßenbreite ist 20m. Die obere Tabelle charakterisiert<br />
die gegebene Situation. Da der Dichtewert wesentlich zu hoch ist, erfolgt zunächst eine Objektauswahl<br />
nach Gebäudegröße <strong>und</strong> –abstand mit Hilfe einer lokalen Delaunay Triangulation.<br />
Eine anschließende Neubewertung (untere Tabelle in Abbildung 8) hat verschieden starke<br />
Verdrängungsoperationen zur Folge. In Abbildung 9 wird die Einhaltung vorher festgelegter<br />
Zwangsbedingungen anhand ausgewählter Attribute bewertet.<br />
Abbildung 9: Bewertung für die Einhaltung von Zwangsbedingungen<br />
Abbildung 10: Beispiel 2 zur Gebäudegeneralisierung (Ruas 1998)<br />
3.2.2.3 Zusammenfassung:<br />
Mit dem AGENT-Konzept wurde versucht eine Selbstevaluierung von Generalisierungsroutinen<br />
zu implementieren. Eine Veröffentlichung von Ergebnissen dieser Arbeiten sind für<br />
Ende 2000 zu erwarten, da zu diesem Zeitpunkt eine Förderung des Projektes ausläuft.<br />
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24<br />
3.2.3 Gebäudegeneralisierung mit CHANGE (Universität Hannover)<br />
Am Institut für Kartographie (IfK) der Universität Hannover existieren langjährige Erfahrungen<br />
auf dem Gebiet der <strong>kartographische</strong>n Generalisierung (Grünreich 1997). Bisher unter der<br />
Leitung von Prof. Grünreich, konnte u.a. das Programmsystem CHANGE entwickelt werden.<br />
Aktuell wird der Bereich der <strong>kartographische</strong>n Generalisierung durch Dr.-Ing. J. Bobrich vertreten<br />
(Bobrich 1996).<br />
3.2.3.1 Programmsystem CHANGE<br />
Das Programmsystem CHANGE des IfK generalisiert Gebäude (CHANGE_Buildings) <strong>und</strong><br />
Straßen (CHANGE_Roads) im Batch-Betrieb. Die Objekte werden nach Objektarten getrennt<br />
mit der Generalisierungs-Software vektororientiert verarbeitet. Die Steuerung der Generalisierung<br />
erfolgt durch Direktiven in einer editierbaren Direktiven-Datei. Neben dem Eingangs<strong>und</strong><br />
Folgemaßstab können weitere Parameter festgelegt werden, wie z.B. graphische Mindestgrößen,<br />
die den Grad der Generalisierung bestimmen. Die standardmäßig vorgegebenen<br />
graphischen Mindestgrößen entsprechen den in den Zeichenvorschriften <strong>und</strong> der Literatur<br />
beschriebenen Größen. Anpassungen an benutzerspezifische Anforderungen können<br />
vom Anwender unmittelbar in der editierbaren Direktiven-Datei vorgenommen werden. Während<br />
der Batch-Generalisierung werden Fehler- <strong>und</strong> Systemmeldungen auf eine Protokoll-Datei<br />
geleitet, die bei jedem Programmlauf angelegt wird <strong>und</strong> die dem Benutzer eine<br />
erste Beurteilung des Generalisierungsprozesses erlaubt.<br />
Eine ausführliche Beschreibung mit Beispielen für die automatische Bearbeitung von Straßen<br />
<strong>und</strong> Gebäudegeometrien (1: 1000) für den Maßstab 1:10000 <strong>und</strong> 1:25000 ist als Anlage<br />
beigefügt.<br />
3.2.3.2 Zusammenfassung<br />
Für die Generalisierung von Straßen <strong>und</strong> Gebäuden bestehen bereits lauffähige Programme,<br />
die im Batch-Betrieb eingesetzt werden. Eine Integration dieser Programme in ein bestehendes<br />
System sind gr<strong>und</strong>sätzlich möglich:<br />
Die Direktiven- <strong>und</strong> Vektordateien werden temporär erzeugt, <strong>und</strong> das entsprechende Programm<br />
wird als Unterprozeß aufgerufen; nach Beenden werden die Resultate aus den erzeugten<br />
Dateien eingelesen <strong>und</strong> integriert (siehe auch 8.1).<br />
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25<br />
3.2.4 Automatisierte Verdrängung mittels Energieminimierung (Universität Dresden)<br />
Unter Leitung von Prof. Meier wird am Lehrstuhl für Mathematische Methoden in Geodäsie<br />
<strong>und</strong> Kartographie der Universität Dresden an Methoden zur Automatisierung der <strong>kartographische</strong>n<br />
Generalisierung geforscht. Der Schwerpunkt lag bisher auf Entwicklungen zur automatisierten<br />
Verdrängung (Burghardt <strong>und</strong> Meier 1997b). Um die Praxisrelevanz der Ergebnisse<br />
unter Beweis zu stellen, wurde die Zusammenarbeit mit der Firma Maptech AG gesucht,<br />
deren Software in mehreren Landesvermessungsämtern zur Produktion topographischer<br />
Karten verwendet wird.<br />
3.2.4.1 Linienverdrängung mitles Energieminimierung<br />
Bei der Suche nach <strong>Modell</strong>en für die Deformierung von Linien bieten sich neben geometrischen<br />
Verfahren auch alternative Methoden an, die sich aus Anwendungen anderer Wissenschaftsbereiche<br />
ergeben, z.B. die Bewegung stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld, der<br />
Einsatz finiter Elemente in der Werkstoffphysik oder die Verwendung von Snakes aus der<br />
Bildverarbeitung <strong>und</strong> Mustererkennung. Die Analogie zwischen letzterem <strong>und</strong> den Anforderungen<br />
der Linienverdrängung veranschaulicht die Abbildung 11.<br />
Abbildung 11: Analogie zwischen Konturerkennung (Anlagerung eines Splines an eine unscharfe<br />
Kontur; links) <strong>und</strong> einseitiger oder gegenseitiger Linienverdrängung (rechts) im Konzept<br />
energieminimierender Splines (Snakes).<br />
Bisherige Verdrängungsalgorithmen arbeiten mit elementar – geometrischen Hilfsmitteln <strong>und</strong><br />
sind noch sehr der an Sonderfällen <strong>und</strong> an speziellen Maßstabsübergängen orientierten <strong>kartographische</strong>n<br />
Denkweise verhaftet. In einem gewissen Gegensatz dazu verfolgt der Ansatz<br />
das Ziel, mögliche (mindestens alle wesentlichen) Sonderfälle von Konfliktsituationen in beliebigen<br />
Maßstabsübergängen <strong>und</strong> Datenmodellen nach einem allgemein gültigen Prinzip<br />
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26<br />
<strong>und</strong> - daraus abgeleitet - mit einheitlich strukturierten Algorithmen zu lösen. Dafür hat sich<br />
das f<strong>und</strong>amentale Prinzip der Energieminimierung als wirkungsvoll erwiesen.<br />
Nach der Recherche der Konfliktsituation werden den zu verdrängenden Objekten Energieterme<br />
zugeordnet. Die äußere Energie sorgt dafür, daß die Objekte auf Mindestabstand verschoben<br />
werden, nebenbei die topologische Struktur des Bildinhaltes erhalten bleibt. Die<br />
innere Energie bewirkt, daß geometrische Formen bzw. Eigenschaften sich nicht zu sehr<br />
ändern. Die Gesamtenergie einer Konfliktsituation als Linearkombination aus äußerer <strong>und</strong><br />
innerer Energie wird minimiert, damit die Verschiebungsbeträge klein bleiben bei gleichzeitig<br />
nur geringen Form- bzw. Strukturänderungen.<br />
Abbildung 12: Konzept der Energieminimierung zur automatisierten Linienverdrängung<br />
3.2.4.2 Zusammenfassung<br />
Der im Anhang (siehe 11.3) ausführlich vorgestellte Algorithmus der Energieminimierung<br />
liefert (karto-)graphisch zufriedenstellende Lösungen: geometrisch <strong>und</strong> semantische Steuerparameter<br />
sorgen für optische Auflösung, Erhalt der topologischen Struktur, minimale Geometrieänderung<br />
<strong>und</strong> berücksichtigen die Objektbedeutung. Auf praktische Anwendungen<br />
wird im Abschnitt 3.3.2 näher eingegangen.<br />
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27<br />
3.2.5 Grobkonzept eines ATKIS-Generalisierungssystems (Vickus 1994)<br />
Unter Berücksichtigung von Realisierungs- <strong>und</strong> Produktionsaspekten empfiehlt Vickus (1994)<br />
die Entwicklung eines ATKIS-Generalisierungssystems in vier Stufen.<br />
Abbildung 13: ATKIS-Generalisierungssystem unter Realisierungs- <strong>und</strong> Produktionsaspekten (Vickus<br />
1994)<br />
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28<br />
3.2.5.1 Entwicklungsstufen eines ATKIS-Generalisierungssystems<br />
1. Stufe:<br />
• Ableitung eines Roh-DKM aus dem DLM, welches ausschließlich die Überführung der<br />
DLM-Datenstruktur in die DKM-Datenstruktur beinhaltet.<br />
• Entwicklung eines graphischen Editors, der ein komfortables interaktives Generalisieren<br />
ermöglicht.<br />
• Konzipierung von Generalisierungsfunktionen<br />
Die Unterteilung in eine datenstrukturelle Abbildung eines Roh-DKM auf der einen Seite <strong>und</strong><br />
der <strong>kartographische</strong>n Generalisierung auf der anderen Seite hat den Gr<strong>und</strong>, daß dadurch<br />
das System schon in einer sehr frühen Phase für die Produktion topographischer Karten eingesetzt<br />
werden kann.<br />
2. Stufe:<br />
• Entwicklung von Lösungskonzepten für die Generalisierungsfunktionen.<br />
• Dies bedingt die Auflösung des komplexen Generalisierungsvorganges in Teilvorgänge,<br />
die Untersuchung deren gegenseitiger Abhängigkeiten <strong>und</strong> Wechselwirkungen <strong>und</strong><br />
die Einführung einer Bearbeitungsreihenfolge.<br />
• Die Realisierung von einzelnen Generalisierungsteilvorgängen ermöglicht eine erhebliche<br />
Reduzierung des Umfanges der interaktiven Bearbeitung.<br />
3. Stufe:<br />
• Nach dieser Stufe der „teilautomatischen“ Generalisierung sollen die einzelnen Teilprozesse<br />
modifiziert <strong>und</strong> zu einem Gesamtsystem zusammengefügt werden.<br />
• Die Integration aller Teilprozesse führt zu einem komplexen Generalisierungssystem,<br />
welches das Maß der Interaktion auf die Bearbeitung von Sonderfällen <strong>und</strong> die graphische<br />
Überarbeitung reduziert.<br />
4. Stufe:<br />
• In der letzten Stufe sollen die Anforderungen der Fortführung der digitalen <strong>Modell</strong>e<br />
analysiert <strong>und</strong> im Gesamtsystem berücksichtigt werden.<br />
Das mehrstufige <strong>Modell</strong> bewirkt, daß ab der Realisierung der ersten Stufe das System ständig<br />
zur Produktion verfügbar ist. Die weiteren Stufen sind zeitlich nicht scharf voneinander zu<br />
trennen. So kann es sein, daß schon frühzeitig einzelne Teilprozesse geringeren Umfanges<br />
zusammengefügt werden. Durch die ständige Integration neuer Teilprozesse wird gewährleistet,<br />
daß der Bearbeiter auf einem immer höheren Generalisierungszustand aufsetzen<br />
kann, so daß sich der Interaktionsaufwand stetig reduziert.<br />
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29<br />
3.2.5.2 Zusammenfassung:<br />
Bemerkenswert ist die frühe Verfügbarkeit eines Systems im Konzept von Vickus (1994).<br />
Dem Bearbeiter werden so schnell wie möglich einsatzfähige Tools zur Verfügung gestellt,<br />
damit produziert werden kann. Durch die kontinuierliche Integration neuer Generalisierungsfunktionen<br />
wird die Arbeit am Bildschirm systematisch reduziert, bis sie sich auf Kontrolle<br />
<strong>und</strong> die Bearbeitung von Sonderfällen beschränkt.<br />
Wie in Kapitel 4 noch ausführlich beschrieben wird, verfolgt Maptech AG den gleichen Weg.<br />
Ein Editor mit umfangreichen Hilfsmitteln existiert bereits, <strong>und</strong> auch die Basis-Daten können<br />
verlustfrei ins System übernommen werden, womit die erste Stufe fast abgeschlossen ist<br />
(was fehlt ist eine Erweiterung des maptech-Datenmodells, um alle Sach-Informationen des<br />
Basis-DLM's aufnehmen zu können; der Aufwand dafür ist allerdings gering). Maptech AG<br />
beschäftigt sich aktuell mit Entwicklungen der Stufe 2, wobei bereits einige Generalisierungsfunktionen<br />
implementiert sind.<br />
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30<br />
3.3 Eigene Erfahrungen in der automatisierten Generalisierung<br />
Die Maptech AG arbeitet seit Juni 1998 intensiv an der Integration der Forschungsresultate<br />
der TU Dresden (Dirk Burghardt) in die bestehende Mapping-Software. Seit Sommer 1999<br />
liegt eine Betha-Version vor, die sich in der Testphase befindet. Dieser Zusatz ermöglichte<br />
es Maptech AG, selber Erfahrungen im Bereich der automatischen Generalisierung zu sammeln,<br />
vor allem mit realen ATKIS-Daten. Die gemachten Erfahrungen sollen an dieser Stelle<br />
vorgestellt werden.<br />
3.3.1 Zusammenwirken von Forschung <strong>und</strong> Anwendung<br />
Bei der Umsetzung <strong>und</strong> Integration von Forschungsergebnissen in produktiv eingesetzte<br />
Systeme müssen Richtlinien aufgestellt werden, wobei folgende Punkte zu beachten sind:<br />
1. Gr<strong>und</strong>lagenforschung liefert :<br />
- <strong>Modell</strong>e zur Problembeschreibung,<br />
- Algorithmen zur Problemlösung,<br />
- Recherche bisheriger Arbeiten <strong>und</strong> Abgrenzung (Vorteile, Nachteile)<br />
2. Test an realen Daten<br />
- erfordert Partner in der Industrie, da Verwaltung realistischer Daten nur mit kommerziellem<br />
System möglich ist,<br />
- Datenaustausch erfolgt über Schnittstelle (dazu muß möglichst konkret beschrieben werden,<br />
welche Informationen der Algorithmus benötigt; Implementierung erfordert sowohl<br />
vom Praxispartner als auch vom Entwickler größere Anpassungsleistungen)<br />
- Beseitigung <strong>und</strong> Lösung aufgetretener zusätzlicher Probleme<br />
3. Integration im System<br />
- Aufbereitung der Algorithmen (Integration in der Datenbank, Entwicklung eines User-<br />
Interface zur Bedienung, Anpassung der Quelltexte unter Verwendung vorhandener<br />
Funktionen <strong>und</strong> Makros)<br />
- Zusammenwirken unterschiedlicher Generalisierungsoperationen ist zu entwickeln<br />
Auf Gr<strong>und</strong> gewonnener Erfahrungen <strong>und</strong> obiger Einteilung ist festzustellen, daß Forschungs<strong>und</strong><br />
Entwicklungsarbeiten, im Umfang von Punkt 1, herstellerneutral zu realisieren sind. Der<br />
Aufwand an der Gesamtentwicklung beträgt etwa ein 30 - 50%. Sowohl für die Prototypenentwicklung<br />
(Punkt 2) als auch die Integration im System ist eine enge Zusammenarbeit<br />
mit dem Praxispartner unabdingbar. Das heißt spätestens nach der Hälfte des Entwicklungszeitraumes<br />
erfolgt die Einschränkung auf ein konkretes System. Noch ungünstiger ist<br />
das Verhältnis bei der Entwicklung von Steueralgorithmen zur Handhabung verschiedener<br />
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31<br />
Generalisierungsoperationen, die einander bedingen, da eine Simulation hier ohne realistische<br />
Daten <strong>und</strong> relevante Teilergebnisse nicht möglich ist.<br />
3.3.2 Automatische Verdrängung im maptech-System<br />
Im folgenden soll die Anwendung eines Verdrängungsalgorithmus auf ATKIS-Daten erläutert<br />
werden. Dazu wurde als Basisprogramm das Mapping System der Maptech AG gewählt,<br />
welches zur Zeit die Standardsoftware auf dem Gebiet der Digitalkartographie darstellt. Zusammen<br />
mit dem maptech Capturing <strong>und</strong> maptech Geodaten-Managment ermöglicht das<br />
Programmpaket die komplette rechnergestützte Herstellung <strong>und</strong> Fortführung von traditionellen<br />
Papierkarten (z.B. topographische Karten der Landesvermessungsämter), Straßenkarten<br />
<strong>und</strong> Atlanten, als auch jede Art der modernen Bildschirmdarstellung.<br />
Das Capturing-System beinhaltet die Erzeugung digitaler Geodaten auf der Gr<strong>und</strong>lage einer<br />
automatisierten Vektorisierung. Dazu arbeitet das Programm mit Vektordaten, wobei zusätzlich<br />
Rasterbilder <strong>und</strong> Orthophotos hinterlegbar sind. Die Verwendung der raumbezogenen<br />
Daten ist in den verschiedensten Koordinatensystemen möglich (metrische Koordinaten,<br />
Gauss-Krüger-Koordinaten, Geographische Koordinaten, etc.).<br />
Das Geodaten-Managment ermöglicht die Verwaltung blattschnittfreier Daten. Durch Integration<br />
der CITRA- <strong>und</strong> INTERLIS-Schnittstelle werden verschiedene Datenformate unterstützt<br />
(Intergraph, SICAD, DXF, EDBS, ...). Mittels Geodaten-Managment ist der parallele Zugriff<br />
verschiedener Bearbeiter auf gleiche Kartenausschnitte gewährleistet (Multi-User-<br />
Philosophie). Dabei sind die aktuell durch einen Benutzer bearbeiteten Elemente für alle anderen<br />
gesperrt <strong>und</strong> nicht editierbar. Zusätzlich ist die Integration von Sachdaten möglich.<br />
Hierfür hat Maptech AG einen eigenen Datenbankteil entwickelt: ASTIS [Administratives <strong>und</strong><br />
STatistisches InformationsSystem], in welchem sämtliche Zusatzdaten wie z.B. Gebäudefunktionen,<br />
Verkehrsflüsse, etc. gespeichert werden können. ASTIS kann vom Benutzer individuell<br />
<strong>und</strong> beliebig konfiguriert werden <strong>und</strong> ist jederzeit erweiterbar. Die Darstellung der Objekte<br />
kann von ASTIS abhängig gemacht werden (Operation/Rules), <strong>und</strong> eine Einbindung<br />
von Textinformationen ist über Links (Queries) möglich.<br />
Bevor die Beschreibung des User-Interfaces zur Verwendung der Verdrängungsalgorithmen<br />
erfolgt, ist zunächst eine kurze Erläuterung ausgewählter Bestandteile des Mapping Systems<br />
notwendig. Hauptmodule sind der Mapimage-Editor, der Mappublisher, der Zeichenschlüssel-<br />
bzw. Font-Editor <strong>und</strong> abschließend der Separations-Editor mit einer Ausgabesteuerung.<br />
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32<br />
Im Mappublisher erfolgt die Definition eines oder mehrerer Kartenbilder (Mapimages, Legende)<br />
<strong>und</strong> deren Plazierung auf ein- oder innerhalb mehrseitiger Publikationen. Außerdem<br />
wird hier der Darstellungsmaßstab <strong>und</strong> die Projektionsart der Daten festgelegt. Der Font-<br />
Editor dient zur Konstruktion der Kartensymbolik, dabei können Linien-, Flächen-, Symbol<strong>und</strong><br />
Text-Fonts konstruiert werden. Die erstellten Basis-Fonts lassen sich im Zeichenschlüssel-Editor<br />
beliebig attributieren <strong>und</strong> skalieren. Für die Bearbeitung <strong>und</strong> Fortführung<br />
der Kartenbilder wird der Mapimage-Editor verwendet. Er umfaßt sämtliche Werkzeuge zur<br />
Datenmanipulation <strong>und</strong> ist damit der Kern des Mapping Systems. Hier werden auch die Generalisierungsroutinen<br />
eingeb<strong>und</strong>en. Im Separations-Editor erfolgt abschließend die Farbseparation<br />
für den Plot, die Festlegung der Rasterweite bei der Ausgabe, sowie die Auswahl<br />
von Optionen für Freistellung, Übergriff <strong>und</strong> Überdruck.<br />
User-Interface für Anwendung der Generalisierungsfunktionen<br />
Die Integration verschiedener Generalisierungsfunktionen, speziell der Linien- <strong>und</strong> Flächenverdrängung,<br />
erfolgte im Mapimage-Editor. In der praktischen Anwendung wird vom Nutzer<br />
ein Menü geöffnet, welches die Auswahl verschiedener Elementarvorgänge ermöglicht <strong>und</strong><br />
die Steuerung über Parameter unterstützt (User-Interface, siehe Abbildung 14).<br />
Abbildung 14: User-Interface für verschiedene Generalisierungsfunktionen<br />
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33<br />
Die angezeigten Parameter variieren in Abhängigkeit vom ausgewählten Elementarvorgang<br />
im Menü „Funktion“. Um Richtwerte (Defaultparameter) für verschiedene Maßstäbe <strong>und</strong> verwendete<br />
Zeichenschlüssel vorgeben zu können, besteht die Möglichkeit entsprechende Parameter-Sets<br />
zu laden („Laden“) oder anzulegen („Sichern“).<br />
Während die Parameter im oberen Bereich unabhängig von Objekt-bzw. Feature-Gruppen<br />
sind, können im unteren Fenster objektspezifische Größen angegeben werden, z.B. welche<br />
Objekte verdrängt werden sollen <strong>und</strong> welche Feature-Gruppen als Hintergr<strong>und</strong>objekte zu<br />
berücksichtigen sind. Unter Feature-Gruppen werden dabei Objekte nach inhaltlichen Gesichtspunkten<br />
zusammengefaßt z.B. Verkehrswege, Gewässer, Waldflächen. So kann eine<br />
Steuerung auf verschiedenen semantischen Ebenen (Feature-Gruppe/ Feature/ Objekt-<br />
Display-Gruppe) erfolgen <strong>und</strong> je nach Anforderung <strong>und</strong> Kenntnis allgemeiner gehalten oder<br />
speziell angepaßt werden. Jeder Objekt-Display-Grupppe kann zudem eine Text-Display-<br />
Gruppe zugeordnet werden, was für Anwendungen in der Randbearbeitung oder Textplazierung<br />
notwendig ist.<br />
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34<br />
Ergebnisse <strong>und</strong> Beispiele<br />
a) Linienverdrängung<br />
In Abbildung 15 wird die Linienverdrängung für einen Kartenausschnitt im Maßstab 1:25000<br />
dargestellt. Die Rechenzeit beträgt auf einer IBM Workstation, RISC/6000, <strong>Modell</strong> 43P/140,<br />
200 MHz, etwa 30 sec. Eine Bearbeitung erfolgt im Batch-Betrieb.<br />
Abbildung 15: Beispiel zur Linienverdrängung (© Landesvermessungsamt Sachsen, 1999)<br />
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35<br />
Problematisch ist des weiteren die Abhängigkeit des Algorithmus vom Strukturierungsgrad<br />
der Daten. So wird erwartet, daß Anfangs- bzw. Endpunkte von Linienobjekten an Kreuzungen<br />
oder Einmündungen liegen, da bei Verwendung des Variationsverfahrens die Verschiebung<br />
der Randwerte null ist. Erfolgte die Linienbildung nicht ausschließlich unter geometrisch<br />
- topologischen Gesichtspunkten, sondern auch unter Berücksichtigung inhaltlicher Aspekte<br />
(z.B. Änderung des Straßennamens), sollte zunächst eine Vorverarbeitung mit geeigneter<br />
Objektbildung durchgeführt werden. Im Beispiel ist die Verdrängung ohne Vorverarbeitung<br />
dargestellt.<br />
Eine Verdrängung von sich kreuzenden Linien durch dritte Objekte wäre möglich, solange<br />
die Kreuzung nicht gleichzeitig Randpunkt der Linien darstellt. Eine gegenseitige Verdrängung<br />
von Linien im Kreuzungsbereich ist ausgeschlossen. Für Einmündungen ist eine Verdrängung<br />
durch dritte Objekte nicht umsetzbar, da zumindest ein fester Anfangspunkt vorliegen<br />
muß.<br />
b) Flächenverdrängung<br />
In der praktischen Anwendung sollte auch hier zunächst eine Datenanalyse bzw. -<br />
aufbereitung durchgeführt werden. So ist z.B. für eine automatisierte Gebäudeverdrängung<br />
zwischen einfachen Gebäudegr<strong>und</strong>rissen <strong>und</strong> Gebäuden, die ganze Straßenmaschen füllen<br />
zu unterscheiden.<br />
Im Vergleich zur Linienverdrängung ist die Flächenverdrängung zeitintensiver, z.B. für mittlere<br />
Ortschaften (ca. 300 Gebäude) beträgt die Rechenzeit etwa 1:30 min. Hauptursache ist<br />
der Unterschied in der Bestimmung der Konflikte. Während die Konfliktrecherche für Linienobjekt<br />
auf Abstandsberechnungen basiert, sind für die Flächenobjekte zeitaufwendigere Flächenberechnungen<br />
durchzuführen. In Abbildung 16 sind Screenshots des Mapimage-Editors<br />
vor <strong>und</strong> nach der Verdrängung von Gebäudegr<strong>und</strong>rissen dargestellt.<br />
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36<br />
Abbildung 16:<br />
Gebäudeverdrängung – Screenshots vor <strong>und</strong> nach der Verdrängung (© Landesvermessungsamt<br />
Sachsen, 1999)<br />
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37<br />
c) Kombinierte Linien- <strong>und</strong> Flächenverdrängung<br />
Für die Kombination von Generalisierungsfunktionen<br />
steht im Mapimage-Editor ein Interface zur<br />
Erzeugung <strong>und</strong> Verwaltung von sogenannten<br />
Joblisten zur Verfügung (siehe Abbildung rechts).<br />
Dort können verschiedene Generalisierungs-Sets<br />
in Abhängigkeit von Maßstab <strong>und</strong> Kartentyp zu<br />
Joblisten zusammengefaßt werden. Jedes Generalisierungs-Set<br />
ist gekennzeichnet durch die Generalisierungsfunktion<br />
bzw. den Elementarvorgang<br />
<strong>und</strong> zugehörige Parameter.<br />
Für die sequentielle Durchführung verschiedener<br />
Generalisierungsfunktionen ist die Aufstellung Abbildung 17: Joblisten<br />
bestimmter Hierarchien unerläßlich. Im Beispiel<br />
der kombinierten Verdrängung (siehe Abbildung 18) erfolgte zunächst die Linien- <strong>und</strong> anschließend<br />
die Flächenverdrängung. Bevor aussagekräftige Erfahrungen über die Kombination<br />
von Generalisierungsfunktionen gesammelt werden können, sind weitere Generalisierungsalgorithmen<br />
zu implementieren.<br />
Wie sich zeigt, können nicht alle Überlagerungskonflikte beseitigt werden. Deshalb wird versucht,<br />
durch Anwendung weiterer Elementarvorgänge die Konflikte zu lösen. Im Beispiel<br />
(Abbildung 19) wurde nach der Flächenverdrängung eine Vereinfachung <strong>und</strong> anschließend<br />
eine Verkleinerung der Gebäudegr<strong>und</strong>risse durchgeführt.<br />
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38<br />
Abbildung 18:<br />
Kombinierte Linien- <strong>und</strong> Flächenverdrängung<br />
(© Landesvermessungsamt Sachsen, 1999)<br />
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39<br />
Abbildung 19:<br />
Gebäudeverdrängung mit Beseitigung von Restkonflikten durch Vereinfachung <strong>und</strong><br />
Verkleinerung (© Landesvermessungsamt Sachsen, 1999)<br />
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40<br />
3.3.3 Automatische Randbearbeitung im maptech-System<br />
Die automatisierte Randbearbeitung unterstützt die Ableitung beliebiger Kartenausschnitte<br />
aus blattschnittfreien Daten. Dafür sind Texte <strong>und</strong> Symbole, welche durch den Kartenrand<br />
abgeschnitten werden, geeignet zu modifizieren. Texte werden entsprechend der Bedeutung<br />
<strong>und</strong> Lage des zu beschriftenden Objektes entweder im Kartenausschnitt plaziert oder ausgeblendet.<br />
Die Plazierung erfolgt dabei unter Berücksichtigung der unmittelbaren Umgebung.<br />
Symbole in Randlagen werden nicht verschoben, sondern in Abhängigkeit von ihrer Bedeutung<br />
<strong>und</strong> der Anwenderkonfiguration ausgeblendet.<br />
Bei hoher Kartenbelastung kann nicht immer eine Plazierung der Texte im Kartenausschnitt<br />
generiert werden. In diesen Fällen wird die Identifikationsnummer des Textes in einer SFF-<br />
Datei („Select-From-File“; in solchen Dateien sind u.a. problembehaftete Objekte geloggt, die<br />
später am Bildschirm hervorgehoben dargestellt werden) gespeichert. Zur Unterstützung der<br />
interaktiven Nachbearbeitung, werden diese Texte geeignet visualisiert <strong>und</strong> können anschließend<br />
einfach manuell abgearbeitet werden.<br />
3.3.3.1 Textplazierung in Abhängigkeit vom Objekttyp<br />
• Flächenobjekt (Beschriftung innerhalb/überlagernd/außerhalb)<br />
• Linienobjekt (Beschriftung innerhalb/außerhalb)<br />
Punktobjekte (wie z.B. Hotpoints) werden<br />
durch den Beschriftungstyp 'Flächenobjekt'<br />
(Beschriftung - außerhalb) abgedeckt, da<br />
jedes sichtbare Kartenobjekt eine nicht zu<br />
vernachlässigende Ausdehnung besitzt.<br />
3.3.3.2 Konflikterkennung<br />
Für die Konflikterkennung wird mit den Koordinaten<br />
des Kartenrandes ein Flächenobjekt<br />
erzeugt, welches den im Mappublisher<br />
festgelegten Kartenausschnitt in Bandform<br />
begrenzt (siehe Abbildung 20). Mit<br />
Hilfe der Parameter „Äußerer Rand“ / „Innerer<br />
Rand“ kann der Bereich festgelegt<br />
werden, in dem keine Texte liegen dürfen.<br />
Abbildung 20:<br />
Flächenrandobjekt für automatisierte<br />
Randbearbeitung<br />
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Stand der Wissenschaft<br />
41<br />
Für die Plazierung in der Karte ist u.a. zu entscheiden, ob das zu beschriftende Objekt im<br />
Ausschnitt liegt. Befindet sich das Objekt im Randbereich oder außerhalb, wird der zugehörige<br />
Text ausgeblendet. Der Randbereich kann für Objekte mit dem Parameter „Innerer<br />
Rand (Objekt)“ abweichend vom Randbereich für Texte festgelegt werden. Wird der Parameter<br />
„Innerer Rand (Objekt)“ kleiner als der Parameter „Innerer Rand“ gewählt oder null<br />
gesetzt, kann z.B. eine Beschriftung von Ortschaften erfolgen, die zwar im Kartenausschnitt,<br />
aber auch im Randbereich für Texte liegen. Eine andere Möglichkeit, wäre die Plazierung in<br />
Abhängigkeit vom prozentualen Flächenanteil des Objektes im Kartenausschnitt festzulegen,<br />
z.B. so, daß eine Beschriftung erfolgt, wenn mehr als 50% des Objektes im Ausschnitt liegt.<br />
Die Konflikterkennung für Texte <strong>und</strong> Symbole basiert analog der Flächenverdrängung auf<br />
der Berechnung von Überlagerungsflächen. Dazu erfolgt eine Verschneidung von Textbox<br />
oder Bo<strong>und</strong>ingbox der Symbole mit dem Flächenrandobjekt. Im Falle einer Textplazierung<br />
müssen zusätzlich die Texte, Symbole <strong>und</strong> Hintergr<strong>und</strong>objekte der Nachbarschaft berücksichtigt<br />
werden.<br />
Unter Hintergr<strong>und</strong>objekten werden dabei alle sonstigen sich im Kartenausschnitt befindenden<br />
Signaturen zusammengefaßt, die bei einer Textplazierung nicht überdeckt werden dürfen.<br />
Der entsprechende Parameter kann auf Feature-Gruppen-Ebene (FG - z.B. Verkehrswege,<br />
Gewässer, ...) oder individuell für jede Objekt-Display-Gruppe (ODG) festgelegt werden.<br />
Dazu wird mit dem „Neu“-Button ein Auswahl-Menü geöffnet, in welchem die entsprechenden<br />
FG oder ODG markiert werden. Die gewählten FG/ODG erscheinen im Fenster<br />
„Objekt-Display-Gruppen / Text-Display-Gruppen“. Nach dem Aktivieren des „Editieren ...“-<br />
Buttons können deren objektspezifische Parameter verändert werden (siehe Abbildung 21).<br />
Bei eingeschalteter „Verdrängungswirkung“ wird eine Überlagerung durch Texte verhindert.<br />
Abbildung 21: Objektspezifische Parameter bei der Randbearbeitung<br />
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42<br />
3.3.3.3 Plazierung unter Berücksichtigung der Nachbarschaft<br />
Die <strong>Modell</strong>ierung der Texte erfolgt durch Zuordnung einer Standlinie, dem Bezugspunkt, sowie<br />
der Angabe von Länge <strong>und</strong> Höhe der Textbox, d.h. eine <strong>Modell</strong>ierung auf Buchstabenebene<br />
findet nicht statt. Die Standlinie kann dabei explizit vorgegeben werden oder über das<br />
zu beschriftende Objekt zugeordnet sein (z.B. Mittelachse einer Straße). Damit sind die Freiheitsgrade<br />
für die Textplazierung festgelegt.<br />
So kann eine Beschriftung von Linienobjekten nur erfolgen, wenn die Standlinie über das zu<br />
beschriftende Objekt <strong>und</strong> nicht explizit vorgegeben wird. Bei der Linienbeschriftung muß des<br />
weiteren zwischen innerem <strong>und</strong> äußerem Text unterschieden werden. Beispiele für inneren<br />
Text liefern die Straßennamen, oder die Beschriftung breiter Gewässer, während äußerer<br />
Text bei schmalen Flüssen eingesetzt wird. Der Hauptunterschied besteht darin, daß sich<br />
innerer Text der Mittelachse vollständig anpaßt, während der äußere Text einer stärkeren<br />
Glättung unterliegen kann. Implementiert wurde die Beschriftung mit innerem Text.<br />
Für die Beschriftung von Flächenobjekten kann innerer, äußerer oder überlagernder Text<br />
unterschieden werden, wobei letzterer das zu beschriftende Objekt berühren darf (z.B. Beschriftung<br />
öffentlicher Gebäude). Innerer Text muß vollständig in der zu beschriftenden Fläche<br />
liegen (z.B. Bezeichnung von Seen, Landschaften) <strong>und</strong> äußerer Text sollte einen gewissen<br />
Mindestabstand einhalten (z.B. Beschriftung von Hotpoints bei Ortschaften, sonstige<br />
punktförmige Objekte). Realisiert sind bis jetzt die Beschriftung mit äußerem <strong>und</strong> überlagerndem<br />
Text.<br />
Die Konfliktlösung erfolgt in zwei Schritten. Zunächst wird eine geeignete Grobplazierung<br />
des Textes durchgeführt, anschließend erfolgt die Feinplazierung analog zur Verdrängung<br />
von Flächen mit festem Rand. Die Art der Grobplazierung ist abhängig vom Typ des zu beschriftenden<br />
Objektes.<br />
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43<br />
3.3.3.4 Steuerung <strong>und</strong> Parameter<br />
In analoger Weise zur Verdrängung von Linien- <strong>und</strong> Flächenobjekten kann auch in der automatisierten<br />
Randbearbeitung zwischen objektunabhängigen <strong>und</strong> objektspezifischen Parametern<br />
unterschieden werden. Zu den objektunabhängigen Größen zählen die Parameter<br />
„Äußerer Rand“, „Innerer Rand“ <strong>und</strong> „Innerer Rand (Objekt)“, welche den Randbereich für<br />
Texte <strong>und</strong> Symbole einerseits bzw. zu beschriftende Objekte andererseits kennzeichnen.<br />
Der Anwender kann weiterhin entscheiden, ob eine „Konfliktbeseitigung durch Verschieben“<br />
der Texte vorgenommen werden soll oder ob lediglich alle Texte in Randlagen auszuschalten<br />
sind. Mit dem Parameter „Erweiterte<br />
Konfliktbeseitigung“ wird festgelegt, inwieweit<br />
Texte, die nicht im Randbereich<br />
liegen, trotzdem ausgeblendet werden,<br />
falls sich die zugeordneten Objekte partiell<br />
oder vollständig im Randbereich befinden.<br />
Der „Mindestabstand zwischen<br />
Texten“ bestimmt den Freistellungsraum<br />
eines Textes. Der „Maximalabstand zwischen<br />
Text <strong>und</strong> Objekt“ soll einen<br />
Grenzwert für die gerade noch mögliche<br />
Zuordnung von Text <strong>und</strong> Objekt durch<br />
den Betrachter liefern.<br />
Durch Verschieben von Texten in den<br />
Kartenausschnitt kann bei Platzmangel<br />
eine Überlagerung mit anderen Texten<br />
oder Objekten auftreten. Geringfügige<br />
Überdeckungen sind unter Umständen<br />
zu tolerieren (Angabe in Prozent, 0.01 =<br />
1%). Der Parameter „Tolerierte Restkonflikte“<br />
bezieht sich aktuell nur auf<br />
Überlagerungen zwischen Texten. Restkonflikte<br />
mit Hintergr<strong>und</strong>objekten werden<br />
akzeptiert <strong>und</strong> Überschneidungen<br />
mit dem Rand ausgeschlossen.<br />
Abbildung 22:<br />
User-Interface für die<br />
automatisierte Randbearbeitung<br />
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44<br />
Objektspezifische Parameter betreffen im wesentlichen die Festlegung, inwieweit Symbole<br />
oder sonstige Kartenobjekte bei der Textplazierung zu berücksichtigen sind oder durch Texte<br />
überlagert werden dürfen. Standardmäßig wird für Symbole <strong>und</strong> Punktobjekte mit eingeschalteter<br />
„Verdrängungswirkung“ gearbeitet, während für Linien- <strong>und</strong> Flächenobjekte eine<br />
Überdeckung zulässig ist.<br />
Der zweite objektspezifische Parameter betrifft die „Sichtbarkeit in Randlagen“. So dürfen<br />
Punkte oder Symbole, die sich im Randbereich befinden, nicht verschoben werden. In der<br />
Regel werden sie ausgeblendet, aber in Ausnahmen auch dargestellt (z.B. Ortschaften).<br />
Texte im Randbereich werden in Abhängigkeit von der Objektlage in den Kartenausschnitt<br />
verschoben. Hier kann für untergeordnete Texte explizit festgelegt werden, daß im Falle von<br />
Randkonflikten der Text lediglich auszublenden ist, d.h. keine Plazierung im Kartenausschnitt<br />
erfolgt.<br />
3.3.3.5 Beispiele<br />
• Stadtplan (Abbildung 23)<br />
• Übersichtskarte 1:250000 (Abbildung 24)<br />
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45<br />
Die georeferenzierten Daten<br />
werden blattschnittfrei verwaltet,<br />
müssen daher für<br />
<strong>kartographische</strong> Darstellungen<br />
geeignet aufbereitet<br />
werden, so daß keine Texte<br />
oder Symbole durch den<br />
Kartenrand abgeschnitten<br />
werden. Die Abbildung<br />
(links) zeigt den gewünschten<br />
Kartenausschnitt <strong>und</strong> die<br />
unbearbeiteten Daten.<br />
Die Abbildung (rechts)<br />
zeigt das Ergebnis der<br />
automatischen Randbearbeitung.<br />
Texte <strong>und</strong><br />
Symbole in Randlagen<br />
werden erkannt <strong>und</strong> im<br />
Kartenausschnitt platziert<br />
oder ausgeblendet.<br />
Die Abbildung (links) zeigt<br />
das Endresultat der automatischen<br />
Randbearbeitung<br />
eines Stadtplanes<br />
im Maßstab 1:15000.<br />
Die Bearbeitung des Kartenausschnittes<br />
erfordert<br />
nach der Parametereinstellung<br />
einen Zeitaufwand<br />
von wenigen Sek<strong>und</strong>en.<br />
Abbildung 23: Beispiel zur Randbearbeitung eines Stadtplanes, Maßstab 1:15000,<br />
(© Vermessungsamt Sindelfingen, 1999)<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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46<br />
Abbildung 24: Beispiel zur automatisierten Randbearbeitung, Deutschland 1:250000,<br />
(© Verlag Kümmerly+Frey, 1999)<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Stand der Wissenschaft<br />
47<br />
3.4 Stand in der Praxis bei der Kartenherstellung<br />
Abschließend soll hier am Beispiel der Landesvermessungsämter Sachsen <strong>und</strong> Thüringen<br />
aufgezeigt werden, wie zur Zeit die DTK10, 25 <strong>und</strong> 50 mit den heute zur Verfügung stehenden<br />
Mitteln abgeleitet werden.<br />
3.4.1 Kartenherstellung im LVA Sachsen<br />
3.4.1.1 Bisherige Entwicklung - Ausbaustufen der Digitalkartographie<br />
1. Stufe: Verwendung rasterbasierter Zeichenprogramme (Bearbeitung erfolgt auf Low-<br />
Level- oder Pixelebene);<br />
2. Stufe: Verwaltung von Kartenobjekten in Datenbanken (vektororientiert), Zuweisung von<br />
Signaturen über einen Zeichenschlüssel, Abfrage von Attributen möglich, Generalisierung<br />
erfolgt durch Kartographen am Bildschirm unter Verwendung von<br />
Werkzeugen<br />
3. Stufe: Kartenobjekte werden maßstabsunabhängig verwaltet (z.B. Basis-DLM), darstellungsunabhängige<br />
Operationen erfolgen in diesem Datensatz (z.B. Abstandsberechnungen,<br />
Topologieabfragen, etc.), für eine Darstellung erfolgt die notwendige<br />
Generalisierung automatisch<br />
Die aktuelle Software der Firma Maptech AG realisiert die Anforderungen der 2. Stufe. Für<br />
die Durchführung einer automatisierten Generalisierung (3. Stufe) sind weitere Algorithmen<br />
zu entwickeln, die zunächst als Generalisierungswerkzeuge im Rahmen der 2. Stufe verwendet<br />
werden. Die weitere Automatisierung führt zur Unterstützung des Kartographen bei<br />
der Situationsanalyse, Auswahl an Elementarvorgängen der Generalisierung <strong>und</strong> Beurteilung<br />
der automatisch generierten Ergebnisse.<br />
Mit der Entscheidung, schrittweise die digitale Kartographie im Landesvermessungsamt<br />
Sachsen einzuführen, wurden umfangreiche Recherchen hinsichtlich Hard- <strong>und</strong> Softwareeinsatz<br />
durchgeführt sowie technologische Lösungskonzepte erstellt. Die Ergebnisse wurden in<br />
einem Bericht dokumentiert <strong>und</strong> in der Vermessungsverwaltung diskutiert.<br />
Die Entscheidung fiel auf die Anwendersoftware:<br />
• SICAD/open<br />
• maptech Mapping, maptech Capturing, maptech Geodatenmanagment<br />
Die Umstellung der topographischen Kartenwerke in digitale Form wird in den nächsten Jahren<br />
eine Schwerpunktaufgabe des LV SN sein.<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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48<br />
Dazu sind folgende Teilaufgaben zu lösen:<br />
- Herstellung <strong>und</strong> Nutzung von Rasterdaten der topographischen Kartenwerke<br />
- Rechnergestützte Fortführung topographischer Karten auf der Gr<strong>und</strong>lage hochauflösender<br />
Rasterdaten beginnend mit der TK10<br />
- Vektorielle Bearbeitung der TK50<br />
- Übernahme von Vektordaten aus der TK10 für die Vervollständigung des Basis-DLM<br />
(z.B. Relief, Gebäude, fehlende Einzelsignaturen)<br />
- Verfahrensentwicklung zur Ableitung digitaler topographischer Karten (DTK) aus den<br />
Datenbeständen des Basis-DLM <strong>und</strong> der ALK<br />
- Entwicklung von Präsentationsgraphiken aus den DLM<br />
Weltweit beschäftigen sich Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsarbeiten mit der Automatisierung<br />
der <strong>kartographische</strong>n Generalisierung. Erste Ergebnisse liegen zwar vor, doch nach wie vor<br />
besteht auf diesem Gebiet Nachholbedarf. Praktikable <strong>und</strong> wirtschaftliche Lösungen sind zur<br />
Zeit nicht verfügbar, so daß die interaktive Arbeit am Bildschirm weiterhin vorherrscht. Es<br />
werden noch eine geraume Zeit zwei Datenbestände getrennt fortgeführt :<br />
- Rasterförmige Digitale Topographische Karten (DTK)<br />
- Vektorielle Digitale Landschaftsmodelle (DLM)<br />
Als Ziel der weiteren Entwicklung wird in Sachsen jedoch daran festgehalten, daß das Vorhalten<br />
zweier getrennter Datenbestände nur als Übergangslösung gilt.<br />
3.4.1.2 Ableitung topographischer Karten im LVA Sachsen<br />
I<br />
II<br />
III<br />
Rechnergestützte Ableitung topographischer Karten<br />
a) DTK10 - mit SICAD/open auf der Basis von Rasterdaten<br />
b) DTK50 - mit maptech Mapping auf der Basis von Vektordaten<br />
Konventionelle Fortführung der analogen topographischen Karten in den übrigen Maßstäben<br />
(TK25, TK100, TK200)<br />
Untersuchungen zur rechnergestützten Ableitung der DTK10 aus dem ATKIS Basis-<br />
DLM mit maptech Mapping<br />
zu I a) Arbeitsablauf zur Herstellung der DTK10<br />
1. Scannen der Kartenoriginale der TK10<br />
2. Rasterdatenvorverarbeitung (Entzerrung, Filtern der Daten zur Entfernung von Staub<br />
<strong>und</strong> Einzelpixeln, Linienglättung. Retusche)<br />
3. Interaktive Kartenfortführung (Bearbeiten der einzelnen Elemente im Rasterformat,<br />
Digitalisierung der fortzuführenden Elemente im Vektorformat)<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Stand der Wissenschaft<br />
49<br />
4. Mehrfache Korrekturlesung<br />
5. Nachbearbeitung (Erzeugen von Masken für Schriftfreistellung, Bereitstellung der<br />
Kartennamen, Titelstreifen <strong>und</strong> Legende)<br />
6. Druck <strong>und</strong> Archivierung<br />
Für die vektorielle Bearbeitung der TK50 sind die Entwicklungsarbeiten abgeschlossen. Der<br />
Zeichenschlüssel ist fertiggestellt. Die vektorielle Bearbeitung der TK50 ist bereits produktionswirksam.<br />
Abbildung 25: Legende mit maptech-Software entworfen<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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50<br />
zu I b) Arbeitsablauf zur Herstellung der DTK50<br />
1. Einmalige Vorarbeiten (Zeichenschlüssel erstellen, Farbpalette festlegen)<br />
2. Scannen der Originalfolien der TK25 → Hinterlegen der Rasterbilder für den Maßstab<br />
1:50000<br />
3. Automatische Netzgenerierung, Festlegung des Kartenrahmens<br />
4. Vektorisierung <strong>und</strong> Mustererkennung der Relief- <strong>und</strong> Gewässerfolie der TK25 → Datenübernahme<br />
ins maptech Mapping<br />
5. Erstellen einer redaktionellen Vorlage, welche z.B. die Darstellung ausgedehnter Objekte<br />
festlegt<br />
6. Digitalisierung der übrigen Elemente für die DTK50 bei gleichzeitiger Generalisierung<br />
(setzt umfangreiche Erfahrung des Bearbeiters voraus)<br />
7. Mehrfache Korrekturlesungen<br />
8. Druck <strong>und</strong> Archivierung<br />
Als ein Ziel soll im Landesvermessungsamt Sachsen die Ableitung digitaler Karten (speziell:<br />
DTK10) aus dem angereicherten Basis-DLM erfolgen.<br />
zu III) Ableitung einer der DTK10 aus dem ATKIS Basis-DLM<br />
1. Bereitstellung der Basis-DLM-Objekte aus der ATKIS-Datenbank<br />
2. Konvertierung über die neutrale CITRA-Schnittstelle ins maptech Mapping<br />
3. Zuweisung der Signaturen mittels Zeichenschlüssels<br />
4. Vervollständigung des Basis-DLM (ATKIS Basis-DLM wurde auf der Gr<strong>und</strong>lage der<br />
analogen TK10 erfaßt <strong>und</strong> entspricht inhaltlich der TK25; in der ersten <strong>und</strong> zweiten<br />
Ausbaustufe sind z.B. keine Gebäude enthalten) → Vektorisierung <strong>und</strong> Mustererkennung<br />
Relief <strong>und</strong> Gr<strong>und</strong>riß (Gebäude) im maptech Capturing <strong>und</strong> Datenübernahme ins<br />
maptech Mapping<br />
5. Automatische Netzgenerierung, Festlegung des Kartenrahmens, Erstellung der Legende<br />
6. Zusammenrechnen der Vektor- <strong>und</strong> Rasterdaten in eine PS-Datei<br />
7. Farbseparation <strong>und</strong> Plot<br />
Ergänzungen:<br />
- Vektorisierung <strong>und</strong> Mustererkennung mit maptech Capturing<br />
2315 Gebäude<br />
Das Attribut GFK (Gebäudefunktion) ist nicht belegt, so daß die Gebäude nur einheitlich<br />
in grau dargestellt werden. Eine farbliche Unterlegung von Industrie- <strong>und</strong> Gewerbefläche<br />
wurde als ausreichend angesehen.<br />
6102 Relief<br />
Die Höhenlinienzahlen <strong>und</strong> die Böschungshöhen wurden interaktiv ergänzt.<br />
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Stand der Wissenschaft<br />
51<br />
- Digitalisierung von ausgewählten Einzel- <strong>und</strong> Liniensignaturen im maptech Mapping<br />
z.B. Trig. Punkt, Niv. Punkt, Höhenpunkt, Schornstein, Fabrik, Gefällepunkt, Brunnen,<br />
Gasometer, Ruine, Turm, Denkmal, Schloß, Kirche, Kran, Hervorragender Baum, Böschung<br />
an Straßen <strong>und</strong> Eisenbahnen, Mauern, LSG-Grenzen, Bahnkörper ohne Gleis<br />
- Die Kartennamen wurden als Rasterbild aus der TK10 hinterlegt <strong>und</strong> entsprechend<br />
ausgedünnt<br />
- Folgende ATKIS-Objekte wurden interaktiv nachbearbeitet :<br />
• Plazierung <strong>und</strong> Nummerierung der K- <strong>und</strong> S-Straßen<br />
• Plazierung von Orts- <strong>und</strong> Gewässernamen<br />
• Vervollständigung der Gemeindegrenzen<br />
• Plazierung Leitungsmastsignaturen<br />
• Umwandlung Kontur Flußfläche in Steilufer<br />
• aus der Objektart 2113 Fläche gem. Nutzung wurde unter Verwendung der vorherrschenden<br />
Vegetation aus der TK10 die Darstellung Hausgarten abgeleitet<br />
Abbildung 26: Ableitung der DTK10 aus dem ATKIS Basis-DLM<br />
(© Landesvermessungsamt Sachsen, 1999)<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Stand der Wissenschaft<br />
52<br />
3.4.1.3 Aufwandsschätzung<br />
Zeiten von 3 Kartenblättern 1:50000, die lediglich als grober Anhaltspunkt dienen (Karten<br />
sind als Anlage beigefügt, siehe ):<br />
mit maptech<br />
graviert<br />
L 4550<br />
für den südl. Teil<br />
ca. 400 Std.<br />
(alle Elemente)<br />
für den gleichen Teil ca. 600 Std.<br />
(geschätzt)<br />
alle Elemente<br />
(ohne Lesung <strong>und</strong> sämtl. Retuschen)<br />
L 5154<br />
für das linke nördl.<br />
Viertel ca. 85 Std.<br />
für den gleichen Teil ca. 185 Std.<br />
(geschätzt)<br />
L 4954<br />
120,0 174,0<br />
114,0<br />
Polen<br />
l.o. ca. 120 Std.<br />
r.o. ca. 174 Std.<br />
l.u. ca. 114 Std.<br />
keine Vergleichszeit vorhanden<br />
Tabelle 2: Zeitaufwand zur Kartenableitung mittels Software bzw. Konventionell<br />
Die Ableitung einer DTK10 aus dem ATKIS-DLM sowie die Übernahme von Vektordaten<br />
(Gebäude, Relief, ggf. Einzelsignaturen) aus der TK10 wird weiterhin Schwerpunktaufgabe<br />
der digitalen Kartographie im LV SN sein.<br />
Wegen umfangreicher Änderungen der Topographie <strong>und</strong> Verwaltungsstruktur müssen die<br />
Kreiskarten des Freistaates Sachsen dringend aktualisiert werden. Diese Kreiskarten werden<br />
von den kommunalen Behörden als Gr<strong>und</strong>lage für ihre Planung dringend gefordert. Durch<br />
Vorliegen aktueller Rasterdaten im Maßstab 1:50000 soll diese Kartenserie ab April 1999<br />
digital bearbeitet werden.<br />
Im LV SN ist die Ableitung einer DTK25 aus dem ATKIS-Basis-DLM unter Verwendung des<br />
neuen Signaturenkataloges geplant. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine enge Zusammenarbeit<br />
mit Universitäten <strong>und</strong> Hochschulen angestrebt.<br />
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Stand der Wissenschaft<br />
53<br />
3.4.2 Thüringen<br />
3.4.2.1 Ziele<br />
Das Thüringer Landesvermessungsamt hat 1994 beschlossen, die Herstellung <strong>und</strong> Bearbeitung<br />
der Landeskarten zu automatisieren. Die Ziele der Umstellung auf die digitale Kartographie<br />
wurden in einem Konzept festgehalten:<br />
• Effektivität <strong>und</strong> Rationalisierung der Verfahrensabläufe<br />
• Qualitative Verbesserungen der Genauigkeit<br />
• Abbau des Aktualitätsrückstandes<br />
• Erreichen eines Fortführungszyklus von fünf Jahren<br />
• Zeitliche Uebereinstimmung von Geobasisinformationen <strong>und</strong> den aktuellen Landkarten<br />
• Aufbau einer digitalen <strong>kartographische</strong>n Datenbank mit einer blattschnittfreien Datenhaltung<br />
• Nutzung <strong>und</strong> Integration der Geobasisinformation aus dem Amtlichen Topographisch-<br />
Kartographischen Informationssystem ATKIS, der staatlichen Datenbank<br />
• Einsparung von Ressourcen <strong>und</strong> Kosten<br />
3.4.2.2 Lösung<br />
Verschiedenste Testinstallationen wurden auf ihr Funktionalitäts- <strong>und</strong> Leistungsspektrum hin<br />
geprüft. Schliesslich erhielt die Schweizer Firma Maptech AG aus Horw-Luzern den Zuschlag,<br />
in Thüringen sieben digitale Arbeitsplätze einzurichten. Als Software wurde das<br />
maptech Capturing System (MCS) <strong>und</strong> das maptech Mapping System (MMS) angeschafft.<br />
Die relationale Datenbank (Ingres) erlaubt eine blattschnittfreie <strong>und</strong> indexierte Speicherung<br />
von <strong>kartographische</strong>n Vektordaten in einer objektstrukturierten Form. Mit diesem System von<br />
Maptech AG ist ein vollständiger Datenfluss von der Erfassung bis zur <strong>kartographische</strong>n<br />
Ausgabe möglich.<br />
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Stand der Wissenschaft<br />
54<br />
Digitale Kartographie beim<br />
Thüringer Landesvermessungsamt<br />
Scannen der<br />
TK10-Aufbaufolien<br />
Vektorisieren<br />
Prüfen <strong>und</strong> korrigieren<br />
der Vektorisierung<br />
Objekte <strong>und</strong> Texte<br />
erkennen<br />
Objekterkennung<br />
überprüfen & korrigieren<br />
Scanner einrichten<br />
Vektorisierungsparameter<br />
einrichten<br />
Mustererkennung<br />
einrichten<br />
Zeichenvorschrift,<br />
Ziel Datenmodell<br />
ATKIS Datenmodell<br />
Thüringer LVA<br />
Datenimport ATKIS/ALK<br />
über EDBS -> CITRA<br />
Datenbank<br />
Homogenisierung<br />
Randbereinigung<br />
Attributierung<br />
Georeferenzieren,<br />
entzerren<br />
CITRA Schnittstelle<br />
konfigurieren<br />
Homogenisierungsparameter<br />
anpassen<br />
Transformationsparameter<br />
einrichten<br />
Scannen des TLO<br />
Fortführungsoriginal<br />
Fortführungsoriginal<br />
als Raster hinterlegen<br />
Kartograph. Daten mit<br />
ATKIS/ALK verschneiden<br />
Korrekturlesung<br />
Erstellen eines<br />
Prüfplots<br />
Digitale Top. Karte<br />
bearbeiten, erstellen<br />
Farbseparation,<br />
Filmbelichtung<br />
Auflagendruck<br />
Digitale Topographische Karte 1:10’000 (© Thüringer Landesvermessungsamt, 1999) von l nach r:<br />
Objektstrukturierter Datenbestand nach autom. Vektorisierung <strong>und</strong> Mustererkennung.<br />
Daten mit Fortführungsoriginal als Raster hinterlegt.<br />
Digitale Topographische Karte aktualisiert.<br />
ATKIS-DLM 25/1 nach Datenimport.<br />
Kartographische Daten mit ATKIS/ALK zusammengeführt, bearbeitet <strong>und</strong><br />
als digitale Topographische Karte ausgegeben.<br />
Abbildung 27: Ableitung der DTK10 am Thüringer Landesvermessungsamt<br />
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Stand der Wissenschaft<br />
55<br />
3.4.2.3 Erfahrung<br />
Seit der Einrichtung der digitalen Arbeitsplätze sind in Thüringen folgende Karten mit dem<br />
von Maptech AG eingerichteten System digitalisiert worden:<br />
• Zehn Topographische Karten 1:10’000 des Freistaates Thüringen liegen bereits neu<br />
gedruckt vor. Das Datenmaterial ist als blattschnittfreie Rasterdatei auf sieben CD-<br />
ROM gespeichert.<br />
• Die gesamten Topographischen Karten 1:25 000 sind in überarbeiteter Form in einer<br />
Auflösung von 800 dpi digital verfügbar.<br />
• Die gesamten Topographischen Karten 1:50 000 sind in einer Auflösung von 254 dpi<br />
auf CD-ROM abrufbereit.<br />
• Die Übersichtskarte Thüringen 1:250’000 liegt als aktualisierte Rasterdatei vor.<br />
• Die Gemeindegrenzenkarte Thüringen 1:250 000 wurde als Vektorkarte erstellt.<br />
Aus den ersten Erfahrungen mit der digitalen Kartographie lassen sich bereits jetzt folgende<br />
Vorteile festhalten:<br />
• Erhebliche Steigerung der Qualität der Karten <strong>und</strong> Grafiken. (Bei den analogen Vorlagen<br />
verschlechterte sich die Qualität jeweils rasch durch Umkopieren <strong>und</strong> Lagerung).<br />
• Materialeinsparung von 20%.<br />
• Zeitersparnis in der Herstellung der Karten von 25%.<br />
3.4.2.4 Ausblick<br />
Es werden Konvertierungsprogramme getestet, um künftig die Daten des Amtlichen Topographisch-Kartographischen<br />
Informationssystem ATKIS direkt in die Hard- <strong>und</strong> Software von<br />
Maptech AG einfliessen zu lassen. Ebenso sollen die Informationen aus Liegenschaftskarten,<br />
insbesondere die Gebäudeumrisse, in die topographische Karten automatisch mit einbezogen<br />
werden. In einem Workshop im Dezember 1999 wurden beide Quellen mit diesem<br />
Verfahren umgesetzt. Die ersten Ergebnisse liegen vor (siehe Abbildung 28). Wie sich zeigt<br />
ist eine Gebäudegeneralisierung erforderlich. Vorgängig wurde beim Thüringer Landesvermessungsamt<br />
der SK10 vollständig erfaßt (siehe Abbildung 29).<br />
Rückblickend ist für die Verantwortlichen der Kataster- <strong>und</strong> Vermessungsverwaltung in Thüringen<br />
klar:<br />
Die Umstellung von der traditionellen auf eine digitale Kartenherstellung <strong>und</strong> -bearbeitung<br />
erfordert anfänglich einen grösseren Zeitaufwand, der jedoch bereits in den ersten Anwendungsjahren<br />
mit Material- <strong>und</strong> Zeiteinsparnissen mehr als wett gemacht ist. Daraus resultiert<br />
ein vielfälltiger Gewinn für die gesamte <strong>kartographische</strong> Arbeit. Er manifestiert sich insbe-<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Stand der Wissenschaft<br />
56<br />
sondere in den Bereichen: Rationalisierung, Resourcen- <strong>und</strong> Zeit-Ersparnis sowie durch e-<br />
norme Steigerung von Qualität <strong>und</strong> Aktualität.<br />
Abbildung 28:<br />
Visualisierung von Daten des ATKIS-Basis-DLM mit ALK-Gebäuden (© Thüringer<br />
Landesvermessungsamt, 1999)<br />
Abbildung 29: Beispiel einer Signatur aus dem SK10<br />
Weitere Ausführungen zur Digitalen Kartographie am Thüringer Landesvermessungsamt<br />
sind als Anhang 11.2 im Artikel von Gros (1999b) zu finden.<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Entwicklungsstrategie<br />
57<br />
4 Entwicklungsstrategie<br />
4.1 Ist-Analyse<br />
Wie bereits in Kapitel 3.3 aufgezeigt können mit dem maptech Mapping System heute schon<br />
drei Generalisierungsfunktionen eingesetzt werden: Die automatisierte Linienverdrängung,<br />
die automatisierte Flächenverdrängung sowie die automatisierte Randbearbeitung. DLM-<br />
Daten können übernommen <strong>und</strong> visualisiert werden.<br />
Im folgenden wird gezeigt, wie die jetzt bereits vorhandenen Hilfsmittel für Ableitungen eingesetzt<br />
werden können.<br />
4.1.1 Arbeitsvorgang<br />
Die DTK10 <strong>und</strong> DTK25 können zur Zeit interaktiv aus einem vorhandenen Basis-DLM abgeleitet<br />
werden. Der Vorgang hierzu sieht wie folgt aus:<br />
Datenübernahme<br />
Zeichenschlüssel definieren<br />
Karten definieren<br />
Ausschnittweises<br />
Ableiten der Daten<br />
Ausgabe der Karten<br />
Als erstes werden die Daten aus ATKIS <strong>und</strong> ALK vom EDBS-Format ins System übernommen.<br />
Mit einem einmalig definierten Zeichenschlüssel (ZS) wird festgelegt, welche Daten auf<br />
die abzuleitenden Karten kommen <strong>und</strong> wie sie dargestellt werden. Anschließend werden die<br />
gewünschten Karten definiert: Lokaler Ausschnitt (z.B. in Gauss-Krüger-Koordinaten), Projektion,<br />
Kartenrahmen, Kartennetze, freie Grafik.<br />
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Entwicklungsstrategie<br />
58<br />
Nun kommt das eigentliche Generalisieren: Im Karten-Editor wird ein Ausschnitt nach dem<br />
anderen geladen <strong>und</strong> bearbeitet. Dabei werden die zur Verfügung stehenden Generalisierungsfunktionen<br />
angewendet. Die Parameter werden durch Versuche optimiert, die Ergebnisse<br />
werden kontrolliert <strong>und</strong> gegebenenfalls korrigiert. Dabei wird die fehlende Funktionalität<br />
durch Arbeit am Bildschirm ersetzt. Danach wird der Ausschnitt gespeichert <strong>und</strong> der nächste<br />
geladen, bis die ganze Karte bearbeitet wurde.<br />
Schließlich erfolgt die Ausgabe der Karten als separierter Plot oder als Datenexport (auch<br />
EDBS).<br />
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Entwicklungsstrategie<br />
59<br />
Abbildung 30: Ablaufschema zur Ableitung einer Digitalen Topographischen Karte<br />
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Entwicklungsstrategie<br />
60<br />
4.1.2 Momentane automatisierte Generalisierung<br />
Folgende Generalisierungsfunktionen stehen zur Zeit zur Verfügung:<br />
- Automatische Linienverdrängung<br />
- Automatische Flächenverdrängung (ohne Formänderung)<br />
- Automatische Randbearbeitung<br />
Geplant sind zusätzlich:<br />
Kontextunabhängige Operationen<br />
Kontextabhängige Operationen<br />
Vereinfachung von<br />
Flächen (insbesondere Gebäude)<br />
Linien (sinusförmig / polygonal)<br />
- Verdrängung von Flächen<br />
(mit Formänderungen)<br />
- Verkleinerung von Flächen<br />
- Zusammenfassen von Flächen<br />
unter Wahrnehmung von Mindestdimensionen<br />
(beinhaltet auch Vergrößerung von Objektteilen)<br />
- Auswahl von Flächen<br />
- Typisieren (z.B. Gebäude → Gehöft)<br />
Bei kontextunabhängige Operationen werden Nachbarobjekte nicht berücksichtigt, bei kontextabhängigen<br />
Operationen spielen sie eine Rolle.<br />
Die Funktionen können in Abhängigkeit von Objektklassen (Objekt-Display-Gruppen) attributiert<br />
werden. Das bedeutet, daß z.B. eine Hauptstraße für denselben Algorithmus andere<br />
Parameter bekommt wie eine Nebenstraße.<br />
Mit Hilfe einer Jobliste können die Funktionen beliebig gestaffelt ausgeführt werden.<br />
4.1.3 Zusammenfassung<br />
Was ist mit dem jetzigen Zustand der Mapping-Software möglich ?<br />
- DLM-Daten visualisieren<br />
- Ableiten der DTK10 <strong>und</strong> DTK25 aus dem Basis-DLM mit Hilfe von 3 automatisierten<br />
Generalisierungsfunktionen<br />
- Die Parameter der Generalisierungsfunktionen können von den individuellen Objektklassen<br />
abhängig gemacht werden<br />
- Es können Generalisierungs-Sets gestaltet werden, die mit Hilfe einer Jobliste hintereinander<br />
ablaufen<br />
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Entwicklungsstrategie<br />
61<br />
4.2 Realisierungskonzept<br />
Im folgenden möchte Maptech AG der AdV eine Entwicklungsstrategie vorschlagen, welche<br />
eine etappenweise Realisierung der automatisierten Generalisierung vorsieht. Um das gegenseitige<br />
Risiko minimal zu halten werden klar definierte Ziele vorgegeben. Für jede Etappe<br />
ist eine Prüfung durch den Anwender vorgesehen, damit etwaige Korrekturen <strong>und</strong> Ergänzungen<br />
im weiteren berücksichtigt werden können.<br />
Abbildung 31: Anteil an den Gesamtkosten /-aufwand<br />
Die Hauptziele des Entwicklungsvorhabens werden wie folgt beschrieben :<br />
1. Ableitung der DTK10 aus dem Basis-DLM unter Berücksichtigung von Gebäuden aus<br />
dem ALK<br />
2. Ableitung der DTK25 aus dem Basis-DLM unter Berücksichtigung von Gebäuden aus<br />
dem ALK<br />
3. Ableitung des DLM50 aus dem Basis-DLM unter Berücksichtigung der <strong>Modell</strong>auflösung<br />
4. Ableitung der DTK50 aus dem DLM50 bzw. aus dem Basis-DLM unter Berücksichtigung<br />
von Gebäuden aus dem ALK<br />
Aus Sicht der Entwickler schlagen wir folgende Schritte vor:<br />
1. Erstellung von Spezifikation <strong>und</strong> Entwicklung von Prototypen der Generalisierungsfunktionen<br />
Die Spezifikationen <strong>und</strong> die Prototypen werden durch den Entwickler erstellt <strong>und</strong> implementiert.<br />
Die Ergebnisse sollten durch die AdV geprüft werden <strong>und</strong> notwendige Änderungen<br />
bzw. Ergänzungen in die Spezifikation eingetragen werden. Die Spezifikationen<br />
sind Gr<strong>und</strong>lage der nachfolgenden Implementierung, welche einem abgestimmten<br />
Zeitplan unterliegt.<br />
Ziel des Prototyping ist die praktische Umsetzung der Elementarvorgänge der Generalisierung.<br />
Vorteil ist, daß so die Möglichkeit besteht, frühzeitig Angaben zu Performance<br />
<strong>und</strong> Qualität der Ergebnisse zu erhalten.<br />
2. Ableitung der DTK10 bzw. DTK25 aus dem Basis-DLM (Produktionslinie – siehe<br />
Entwicklungsstufe 1)<br />
3. Ableitung des DLM50 aus dem Basis-DLM <strong>und</strong> Herstellung der DTK50 (Produktionslinie<br />
– siehe Entwicklungsstufe 2)<br />
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62<br />
4.3 Entwicklungsstufe 1<br />
Die Ziele der Entwicklungsstufe 1 sind:<br />
- Entwicklung einer Produktionslinie für die Herstellung von DTK10 <strong>und</strong> DTK25<br />
- Verfeinerung der Generalisierungsfunktionen<br />
- Gewährleistung einer größeren Flexibilität in der Parameterfestlegung<br />
Nach einer Umsetzung der Entwicklungsstufe 1 kann die DTK10 <strong>und</strong> DTK25 aus dem Basis-<br />
DLM automatisiert abgeleitet werden. Die Tests werden durch die AdV-Projektgruppe durchgeführt.<br />
Eine Ergänzung bzw. Änderung der Spezifikationen ist nach Entwicklungsstufe 1<br />
möglich.<br />
4.3.1 Automatisierte Generalisierung nach Stufe 1<br />
4.3.1.1 Funktionen<br />
Folgende Generalisierungsfunktionen werden mit der Entwicklungsstufe 1 zusätzlich zur Verfügung<br />
gestellt:<br />
- Vereinfachung von Linien <strong>und</strong> Flächen<br />
- Verdrängung von Flächen mit Formänderung<br />
- Verkleinern von Flächen<br />
- Zusammenfassung von Flächen<br />
- Auswahl von Flächen<br />
- Typisieren<br />
Somit bestehen alle Hilfsmittel, um ein manuelles Generalisieren der DTK10 <strong>und</strong> DTK25 am<br />
Bildschirm zu ersetzen.<br />
4.3.1.2 Parameter der Funktionen<br />
Die Funktionen werden nach der Entwicklungsstufe 1 nicht nur in Abhängigkeit von Objektklassen<br />
attributiert, sondern auch in Abhängigkeit von geometrischen Eigenschaften oder<br />
Sachdaten. Zum Auswerten der geometrischen Eigenschaften <strong>und</strong> Sachdaten existiert in der<br />
maptech Software bereits das Werkzeug Operationen. Eine Operation arbeitet wie ein Programm.<br />
Sie holt zum aktuellen Objekt Daten aus der Datenbank <strong>und</strong> wendet arithmetische<br />
oder logische Funktionen an.<br />
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63<br />
Für die Generalisierungsfunktionen werden die Operationen erweitert, so daß auch alle wichtigen<br />
geometrischen Eigenschaften eines Objekt mit einbezogen werden können. Zum Beispiel<br />
kann für Flächenobjekte berechnet werden, ob eine Verdrängung des gesamten Objektes<br />
erfolgen muß oder eine Verdrängung von Objektteilen mit der resultierenden Objektverformung<br />
zulässig ist. Dazu wird der Flächeninhalt des Objektes berechnet <strong>und</strong> mit einer Referenzgröße<br />
verglichen.<br />
Die Operation könnte nun wie folgt aussehen:<br />
0: AREA [Größe der Fläche]<br />
1: REFERENZ<br />
2: ≥ [Vergleich]<br />
(Anm.: Die Operation arbeitet mit umgekehrt polnischer Notation, d.h. es werden Werte auf einen<br />
Stack gelegt, bevor sie miteinander verknüpft werden.)<br />
Damit kann festgelegt werden, mit welchen Parametern eine Flächenverdrängung durchgeführt<br />
wird. Jeder Parameter der Generalisierungsfunktionen kann dann entweder wie bisher<br />
fix eingestellt werden (allerdings immer noch abhängig von der Objekt-Klasse), oder er wird<br />
durch eine Operation ausgewertet.<br />
4.3.1.3 Dynamische Funktionsauswahl<br />
Durch geeignete Wahl <strong>und</strong> Reihenfolge der Funktionen werden die verschiedenen Objekte in<br />
die Lage versetzt, in unterschiedlicher Weise ihre Darstellungskonflikte zu lösen, vergleichbar<br />
mit den Methoden der Objekte im AGENT-Projekt.<br />
Beispiel für Flächen:<br />
Erste Funktion:<br />
Flächenverkleinerung, abhängig von einer ersten Operation<br />
Zweite Funktion: Flächenvereinfachung, abhängig von einer zweiten Operation<br />
Dritte Funktion:<br />
Wieder Flächenverkleinerung, abhängig von einer dritten Operation<br />
Jedes Objekt entscheidet durch individuelle geometrische <strong>und</strong> statistische Informationen,<br />
welche Funktionen in welcher Reihenfolge ausgeführt werden. In diesem Beispiel können<br />
alle Kombinationen von Verkleinerung <strong>und</strong> Vereinfachung angewendet werden.<br />
Bei bestimmten Generalisierungsfunktionen (wie z.B. die Flächen- oder Linienvereinfachung)<br />
wird immer nur ein Objekt bearbeitet, ohne Nachbarobjekte. Bei diesen Funktionen kann der<br />
Algorithmus von einer Operation abhängig gemacht werden. Die Fourier-Koeffizienten einer<br />
Linie sagen z.B. etwas über die Form bzw. den Grad der „Welligkeit“ aus. Damit kann festge-<br />
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64<br />
legt werden, welcher Algorithmus zur Linienvereinfachung angewendet wird (Tiefpaßfilterung,<br />
Cosinus-Glättung oder Douglas-Peuker-Reduktion). Mit anderen Worten: Ein Objekt<br />
entscheidet selber aufgr<strong>und</strong> seiner geometrischen <strong>und</strong> informativen Eigenschaften, welcher<br />
konkrete Generalisierungsalgorithmus angewendet wird.<br />
4.3.1.4 Geometrie-Übergang<br />
Der Geometrie-Übergang wird in dieser Stufe noch nicht implementiert; er wird erst beim<br />
Ableiten des DLM50 benötigt.<br />
4.3.2 Arbeitsvorgang<br />
Nach Abschluß der Stufe 1 sieht der Arbeitsvorgang zum Ableiten der DTK10 <strong>und</strong> DTK25<br />
wie folgt aus:<br />
Datenübernahme<br />
Zeichenschlüssel definieren<br />
Karten definieren<br />
Generalisierungs-Sets definieren<br />
Jobliste ausführen<br />
Kontrolle, Korrektur<br />
Ausgabe der Karten<br />
Die Vorbereitungen bleiben dieselben: Zuerst erfolgt die Übernahme der Daten aus ATKIS<br />
<strong>und</strong> ALK vom EDBS-Format ins System. Ein Zeichenschlüssel (SK10/SK25) bestimmt, welche<br />
Daten wie abgebildet. Anschließend werden die gewünschten Karten definiert: Lokaler<br />
Ausschnitt (z.B. in Gauss-Krüger-Koordinaten), Projektion, Kartenrahmen, Kartennetze, freie<br />
Grafik.<br />
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65<br />
Für das automatisierte Generalisieren werden nun Sets festgelegt. Neu dabei ist, daß die<br />
Parameter von Objektdaten abhängig gemacht werden können. Durch Versuche werden sie<br />
optimiert.<br />
Nach dem Festlegen der Sets werden die Daten im Batch-Betrieb kartenweise abgeleitet.<br />
Anschließend werden die Resultate kontrolliert <strong>und</strong> gegebenenfalls korrigiert.<br />
Schließlich erfolgt die Ausgabe der Karten wieder als separierter Plot oder als Datenexport<br />
(auch als EDBS <strong>und</strong>/oder DXF, als Tiff, GIF, PDF, Postscript, usw).<br />
4.3.3 Zusammenfassung<br />
Was ist nach Entwicklungsstufe 1 realisiert ?<br />
- DLM-Daten visualisieren gemäß SK10 bzw. SK25<br />
- Ableiten von topographischen Karten (DTK10/DTK25) mit automatisierten Generalisierungsfunktionen<br />
- Für die DTK10 <strong>und</strong> DTK25 bestehen alle nötigen Generalisierungsfunktionen, um sie<br />
aus dem Basis-DLM abzuleiten. Die manuelle Anpassung der Ergebnisse bleibt nach<br />
wie vor möglich.<br />
- Die Parameter der Generalisierungsfunktionen können von den individuellen Objekt-<br />
Klassen sowie von Sach- bzw. Geometrie-Daten abhängig gemacht werden (Operation)<br />
- Kontextunabhängige Funktionen, die ohne Nachbarobjekte arbeiten, können durch<br />
Operation aktiviert werden<br />
- Es können Generalisierungs-Sets gestaltet werden, die im Batch-Betrieb auf eine<br />
Auswahl von Karten angewendet werden<br />
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4.4 Entwicklungsstufe 2<br />
Die Ziele der Entwicklungsstufe 2 sind:<br />
- Ableiten des DLM50 aus dem Basis-DLM<br />
- Entwicklung von Funktionen für die semantische Generalisierung<br />
- Geometrie-Übergang<br />
4.4.1 Arbeitsvorgang<br />
Der Arbeitsvorgang bleibt derselbe wie in Entwicklungsstufe 1, nur daß jetzt auch das<br />
DLM50 <strong>und</strong> die DTK50 abgeleitet werden können.<br />
4.4.2 Automatisierte Generalisierung nach Entwicklungsstufe 2<br />
4.4.2.1 Funktionen<br />
Alle Funktionen, die zur Ableitung des DLM50 oder der DTK50 nötig sind, werden entwickelt.<br />
4.4.2.2 Geometrie-Übergang<br />
Beim Ableiten des DLM50 aus dem Basis-DLM ist ein Geometrie-Übergang nötig: Gewisse<br />
Flächen können zu Linien oder sogar zu Punkten werden, ferner können Linien zu Punkten<br />
werden.<br />
4.4.3 Zusammenfassung<br />
Was ist nach Stufe 2 realisiert ?<br />
Zusätzlich zu den Errungenschaften der Entwicklungsstufe 1 wird folgendes machbar sein:<br />
- Ableiten der DLM50 aus dem Basis-DLM mit automatisierten Generalisierungsfunktionen<br />
- Ableiten der DTK50 aus dem DLM50 oder dem Basis-DLM<br />
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4.5 Entwicklungsstufe 3<br />
Die Ziele der dritten Entwicklungsstufe sind eine Erhöhung des Automatisierungsgrades <strong>und</strong><br />
die Optimierung des Zusammenspiels der Generalisierungsfunktionen. Dazu sind folgende<br />
Aufgaben zu realisieren:<br />
- Abgrenzung von Umgebungsobjekten in Abhängigkeit von den ausgewählten Generalisierungsfunktionen<br />
(z.B. Verkehrsnetz als Gr<strong>und</strong>lage für die Maschenbildung bei<br />
Flächenvereinfachung respektive Gebäudegeneralisierung)<br />
- Abhängigkeit der Generalisierungsfunktionen sowie ihrer Parameter von den geometrischen<br />
Eigenschaften der Umgebungsobjekte, sowie von den geometrischen <strong>und</strong><br />
informativen Daten ihrer Objekte<br />
- Automatisches Ändern oder Zusammenfassen von Objektklassen (Teil der semantischen<br />
Generalisierung)<br />
4.5.1 Einführung von Umgebungsobjekten<br />
Umgebungsobjekte legen Gruppen von Objekten fest, auf die eine kontextabhängige Generalisierungsfunktion<br />
angewendet wird. Beispiel: Wird in einer Straßenmasche ein Gebäude<br />
verändert, so müssen in den Ableitungen alle Gebäude der Masche neu verdrängt werden.<br />
Es müssen aber nicht etwa alle Gebäude der ganzen Karte neu berechnet werden, weshalb<br />
es sich auch lohnt, Umgebungsobjekte zu verwalten.<br />
Für kontext-unabhängige Funktionen existieren keine Umgebungsobjekte; bzw. die Umgebungsobjekte<br />
sind die einzelnen Objekte selbst.<br />
a) Bezug<br />
Umgebungsobjekte sind funktionsabhängig (Funktionen sind Linienverdrängung, Flächenverdrängung<br />
etc.) <strong>und</strong> gelten jeweils immer im gesamten Datensatz. Sie werden<br />
beim ersten Erfassen der Basisdaten berechnet <strong>und</strong> mit den Änderungen der Basis-<br />
Daten automatisch nachgeführt.<br />
Die Lage der einzelnen Karten oder Boxen hat keinen Einfluss auf die Lage oder Geometrie<br />
der Umgebungsobjekte. Der Gr<strong>und</strong>: In der maptech Software ist eine Karte wie ein<br />
Fenster, das über einen bestimmten Datensatz positioniert wird. Man kann zwar auch<br />
kartenspezifische Daten bearbeiten (wichtig z.B. für die Randbearbeitung), aber meistens<br />
werden die Daten des aktuellen Datensatzes bearbeitet. Deshalb dürfen sich die einzel-<br />
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68<br />
nen Umgebungsobjekte nicht an der Kartenrändern orientieren, sondern müssen kartenunabhängig<br />
sein.<br />
Die Definition von Umgebungsobjekten erfolgt in bezug auf die Basisdaten. Die Objekte<br />
selber sind Flächen, <strong>und</strong> die Zuordnung der Objekte zu den Umgebungsobjekten ist immer<br />
dynamisch. Während die Umgebungsobjekte in der Datenbank abgelegt werden,<br />
muß die Zuordnungen zu den Objekten jedesmal neu berechnet werden.<br />
b) Definition<br />
Zur Definition von Umgebungsvariablen werden folgende Angaben gemacht:<br />
- Welche Basisdaten (maptech: Generalisierung)<br />
- Welche Generalisierungs-Funktion<br />
- Optional eine Liste von Linien- <strong>und</strong>/oder Flächen-Objektklassen, welche die Umgebungsobjekte<br />
begrenzen (z.B. bestimmte Straßentypen; intern wird aus diesen Linien<br />
eine Flächenbildung vollzogen, die einzelnen Flächen stellen dann die Umgebungsobjekte<br />
dar)<br />
Abbildung 32: Bestimmung von Grenzen für Umgebungsobjekte aus Linienobjekten<br />
- Optional eine Bo<strong>und</strong>ing-Box (Punkt unten links <strong>und</strong> oben rechts)<br />
- Optional ein Kreis (Mittelpunkt <strong>und</strong> Radius)<br />
Die letzten beiden Optionen bieten die Möglichkeit, Umgebungsobjekte lokal einzuschränken.<br />
Werden mehrere flächenbildende Angaben gemacht, wird jeweils die Schnittfläche<br />
aller Angaben genommen.<br />
c) Rolle bei der Datenfortführung<br />
Werden die Basisdaten (z.B. DLM) geändert, so geschieht folgendes:<br />
- Die Benutzer führen in einer oder mehreren Sitzungen die Basisdaten mit dem Karten-<br />
Editor oder mit der Datenübernahme fort<br />
- Bei jedem Speichern werden Änderungen in bezug auf Umgebungsobjekte akkumuliert<br />
- Auf Knopfdruck kann die automatische Nachführung aller betroffenen Ableitungen<br />
gestartet werden<br />
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69<br />
- Durch das Verwalten von Zeitangaben (Timestamps) können diejenigen Daten der<br />
abgeleiteten Karten markiert werden, die von Änderungen betroffen waren, <strong>und</strong> die<br />
noch nicht korrigiert wurden.<br />
d) Fortführung der Umgebungsobjekte<br />
Bei der Fortführung von Basisdaten, welche die Umgebungsobjekte betreffen (z.B. flächenbegrenzende<br />
Straßen), werden zusätzlich die Umgebungsobjekte automatisch neu<br />
berechnet <strong>und</strong> gespeichert. Die darauffolgende Datenkorrektur ist dieselbe wie oben<br />
(Punkt c).<br />
e) Statistische <strong>und</strong> geometrische Abfragen über Umgebungsobjekte<br />
In der Entwicklungsstufe 1 wurde bereits aufgezeigt, wie die Parameter von Generalisierungsfunktionen<br />
mittels Operationen von geometrischen oder informativen Daten abhängig<br />
gemacht werden können. Durch die Einführung von Umgebungsobjekten können diese<br />
Operation um ein mächtiges Werkzeug erweitert werden: Das Steuern von Parametern<br />
über geometrischen oder informative Daten aller Objekte eines Umgebungsobjekts.<br />
Ein Beispiel: Die Operation zur Berücksichtigung des Hell-Dunkel-Verhältnisses stellt sich wie<br />
folgt dar:<br />
0: SUM AREA OBJ [summiert die Flächeninhalte aller Objekte der Umgebung]<br />
1: AREA UMGEBUNG [berechnet den Flächeninhalt der Umgebung]<br />
2: /<br />
3: 0.5<br />
4: ≥<br />
<strong>und</strong> kann zur Initialisierung von Auswahlalgorithmen verwendet werden.<br />
4.5.2 Verwaltung abgeleiteter Objekte<br />
Abgeleitete Objekte werden nicht wie normale Objekte gespeichert, sondern haben ein eigenes<br />
Format:<br />
- Semantische Informationen (Drawlevel etc.) Diese Informationen können vom Benutzer<br />
übersteuert werden; wenn der Bezug zum Basis-Objekt hergestellt werden kann, bleiben<br />
diese Änderungen bestehen <strong>und</strong> gehen auch nicht bei einem erneuten Ableiten verloren<br />
- Koordinaten Die Koordinaten können vom Benutzer geändert werden; sie gehen aber<br />
nach einem erneuten Ableiten verloren. Es ist zu untersuchen, ob Koordinatenmutationen<br />
eines abgeleiteten Objekts erhalten bleiben sollten bzw. wie diese zugeordnet werden<br />
können, so daß die Mutationen bei einer Änderung des Basis-Objekts qualitativ erhalten<br />
bleiben (siehe Abbildung 33).<br />
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70<br />
- Dynamische Zuordnung zu Umgebungsobjekten (wird nicht in der Datenbank gespeichert,<br />
sondern jedes mal neu berechnet)<br />
Abbildung 33: Erhalten von Koordinatenmutationen bei Änderung des Basis-Objektes<br />
Wenn Änderungen der abgeleiteten Objekte erhalten bleiben sollen, dann muß beachtet<br />
werden, daß die Basisdaten auch durch Löschen <strong>und</strong> neu einfügen geändert werden können<br />
(in ATKIS die einzige Möglichkeit der Fortführung). In diesem Fall muß jeweils ein bereits<br />
vorhandenes abgeleitetes Objekt neu identifiziert werden, damit es nicht ersetzt wird.<br />
4.5.3 Erweiterung der Generalisierungs-Sets<br />
Die Generalisierungsalgorithmen werden, wie bereits in Kapitel 3.3 beschrieben, in sogenannten<br />
Sets verwaltet. Ein Set entspricht einer Generalisierungsfunktion (z.B. Linienverdrängung),<br />
mit einer Liste von betroffenen Objektklassen (maptech: Objekt-Display-Gruppen)<br />
sowie individuellen Parametern, die ab Stufe 1 auch von geometrischen oder informativen<br />
Daten der einzelnen Objekte abhängig gemacht werden können (ab Stufe 3 sogar von statistischen<br />
Abfragen über das Umgebungsobjekt). Diese Sets werden im Prinzip einmal definiert;<br />
die Parameter werden durch Versuche optimiert.<br />
In der Stufe 3 werden bei den Sets folgende Neuerungen eingeführt:<br />
1. In der automatischen Ableitung wird ein Set nur immer auf ein Umgebungsobjekt<br />
ausgeführt, nicht auf einen Ausschnitt oder eine ganze Karte.<br />
2. Bisher operierte ein Set ausschließlich im abgeleiteten Datensatz. Jetzt kann als<br />
Quelle ein beliebiger Datensatz, z.B. auch der Basis-Datensatz, angegeben werden.<br />
3. Wie schon oben gezeigt, können die Parameter eines Sets zusätzlich noch von statistischen<br />
Abfragen des jeweiligen Umgebungsobjekts abhängig sein.<br />
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71<br />
4. Die Objekt-Klasse eines Basis-Objekts muß durch das Set verändert werden können<br />
(semantische Generalisierung).<br />
Objekt 1 Objekt 2<br />
Abgeleitetes Objekt<br />
Mischwald<br />
Nadelwald<br />
Wald<br />
Baumschule<br />
Mischwald<br />
Gen.-Set<br />
Objekt 3<br />
Basis-Datensatz G<br />
Objekt 4<br />
Abgeleiteter Datensatz G’<br />
Abbildung 34: Beispiel Funktionsweise Set<br />
Das Set bewirkt hier die Überführung der Objektklassen Mischwald, Nadelwald <strong>und</strong><br />
Baumschule aus dem Basis-Datensatz in die Objekt-Klasse Wald des abgeleiteten<br />
Datensatzes. Anschließend werden die Flächen vom gleichen Set noch zusammengefaßt.<br />
Das nächste Set könnte eine Flächenvereinfachung sein, die sich auf den abgeleiteten Datensatz<br />
bezieht:<br />
Abgeleitetes Objekt<br />
Wald<br />
Abgeleitetes Objekt<br />
Wald<br />
Gen.-Set<br />
Abgeleiteter Datensatz G’<br />
Abgeleiteter Datensatz G’<br />
Abbildung 35: Flächenvereinfachung für abgeleiteten Datensatz<br />
4.5.4 Anwendung der Generalisierungsfunktionen<br />
Zentral für die dritte Entwicklungsstufe ist der optimale Einsatz der Generalisierungsfunktionen.<br />
Aufruf, Zieldaten <strong>und</strong> Parameter werden dynamisch bestimmt, <strong>und</strong> zwar aufgr<strong>und</strong> aller<br />
zur Verfügung stehender Daten.<br />
4.5.4.1 Definieren der Generalisierungsfunktionen<br />
Die Generalisierungsfunktionen werden in Sets verwaltet. Pro abgeleitetem Datensatz können<br />
gewisse Standart-Sets evaluiert werden, die dann in der Mehrheit der abgeleiteten Karten<br />
zum Einsatz kommen. Dafür muß zum einen die Reihenfolge der anzuwendenden Generalisierungsfunktionen<br />
bestimmt werden, wobei die mehrfache Ausführung verschiedener<br />
Generalisierungsfunktionen möglich ist. Zum anderen ist eine Hierarchie für die zu bearbeitenden<br />
Kartenobjekte festzulegen.<br />
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72<br />
4.5.4.2 Einsatz pro Karte <strong>und</strong> pro Umgebungsobjekt<br />
Jede Karte (maptech: Mapimage), die Daten eines abgeleiteten Datensatzes zeigt, bekommt<br />
eine beliebige Liste von Generalisierungs-Sets zugeordnet. Bei der Ableitung wird dann jedes<br />
Umgebungsobjekt separat behandelt.<br />
Man beachte, daß immer alle Umgebungsobjekte bearbeitet werden, welche innerhalb der<br />
aktuellen Karte liegen oder diese berühren.<br />
Durch Einsatz von Operationen können dieselben Sets innerhalb derselben Karte unterschiedliche<br />
Parameter haben.<br />
4.5.4.3 Operationsbedingter Einsatz<br />
Die kontext-abhängigen Funktionen werden jetzt auch von Operationen abhängig gemacht<br />
(vgl. 4.2.1.4). Die Parameter sind bereits seit der ersten Stufe an Operationen angelehnt<br />
(vgl. 4.2.1.3). Neu in der Stufe 3 sind aber Operationen, die sich auf Umgebungsobjekte beziehen.<br />
Es können also zusätzlich geometrische Eigenschaften der Umgebungsobjekte oder<br />
statistische Eigenschaften ihrer Inhaltsobjekte ausgewertet werden.<br />
Beispiel: Das Anwenden einer Generalisierungsfunktion könnte wie folgt von einer statistischen Information<br />
des Inhalts abhängig gemacht werden<br />
0: UO MINDIST (kleinste Distanz aller Objekte des UO’s untereinander<br />
1: 0<br />
2:
Entwicklungsstrategie<br />
73<br />
- Abhängigkeit der Generalisierungs-Parameter von geometrischen <strong>und</strong> informativen<br />
Daten aller Objekte eines Umgebungsobjekts<br />
- Wahl der Generalisierungsfunktionen <strong>und</strong> deren Reihenfolge aufgr<strong>und</strong> geometrischer<br />
<strong>und</strong> informativer Daten der Umgebungsobjekte<br />
4.5.5 Abläufe<br />
4.5.5.1 Erstellen von Ableitungen<br />
Das Vorgehen zum Erstellen von Ableitungen nach Realisieren der Stufe 3 sieht wie folgt aus:<br />
Datenübernahme<br />
Definition abgeleiteter Datensatz<br />
Zeichenschlüssel für Basis-Daten definieren<br />
Visualisierung der Basis-Daten<br />
Zeichenschlüssel für abgeleitete Daten definieren<br />
Karten definieren<br />
Generalisierungs-Sets definieren<br />
Umgebungsobjekte definieren<br />
Liste von Sets/Operationen definieren<br />
Kartenweises Ableiten im Batch-Betrieb<br />
Visualisierung der abgeleiteten Daten<br />
Kontrolle, Korrektur<br />
Ausgabe der Karten<br />
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74<br />
Die Vorbereitungen bleiben dieselben: Als erstes erfolgt die Übernahme der ATKIS/ALK-<br />
Daten aus EDBS in einen Basis-Datensatz. Danach werden alle abzuleitenden Datensätze<br />
definiert (z.B. DTK10). Zum Visualisieren der Basis-Daten wird ein Zeichenschlüssel erfaßt.<br />
Nach diesen drei Schritten können die Basis-Daten bereits angezeigt <strong>und</strong> fortgeführt werden.<br />
Als nächstes werden die Zeichenschlüssel der abzuleitenden Karten definiert, wie auch die<br />
Karten selber (Projektion, Ausmaße auf Erdoberfläche, Nezte, freie Grafik). Die Generalisierungs-Sets<br />
mit den nötigen Funktionen werden festgelegt, die Parameter werden durch Versuche<br />
optimiert. Danach werden die Umgebungsobjekte definiert.<br />
Pro Karte wird eine Liste von Generalisierungs-Sets festgelegt, die auch von Operationen<br />
abhängig gemacht werden können.<br />
Nach diesen (einmaligen) Vorbereitungen werden die Karten im Batch-Betrieb abgeleitet. Die<br />
Resultate werden kontrolliert <strong>und</strong> gegebenenfalls korrigiert.<br />
Schließlich erfolgt die Ausgabe der Daten als Druck oder Datenexport (z.B. EDBS).<br />
4.5.5.2 Fortführen der Basisdaten<br />
Wenn die Basisdaten mutiert werden, hat der Benutzer folgendes zu tun:<br />
1. Mutieren der Daten mittels Editor oder Datenübernahme<br />
2. Kartenweises Ableiten (im Batch-Betrieb)<br />
Es wäre auch möglich, die Software entscheiden zu lassen, welche Karten neu abgeleitet<br />
werden müssen<br />
3. Kontrollieren, ev. interaktives Korrigieren der Ergebnisse<br />
Mit Selektier-Hilfen (SFF-Dateien) kann jedes neu abgeleitete Objekt angesprungen werden.<br />
Beim Ableiten erstellt das Programm automatisch eine Liste der betroffenen abgeleiteten<br />
Datensätze. Als erstes werden dann alle betroffenen Umgebungsobjekte korrigiert. Danach<br />
werden alle Karten abgearbeitet, wobei nach Umgebungsobjekten vorgegangen wird. Frühere<br />
Änderungen von abgeleiteten Daten bleiben erhalten. Dieser ganze Vorgang läuft automatisch<br />
ab, die Resultate müßen aber nachher kontrolliert werden.<br />
4.5.6 Was ist noch zu realisieren ?<br />
Den Autoren der Studie ist bewußt, daß die vollständige automatische Generalisierung auch<br />
mit diesem Konzept noch nicht vollständig realisiert ist.<br />
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Entwicklungsstrategie<br />
75<br />
Schwachpunkte sind <strong>und</strong> bleiben:<br />
- Die Generalisierungsfunktionen werden trotz dynamischer Parameter kaum ohne interaktives<br />
Nachbearbeiten auskommen<br />
- Die Ableitung selbst bleibt ein relativ zeitaufwendiger Schritt, der einen Batch-Betrieb<br />
fordert<br />
Mit steigender Rechnerleistung müßte der Schwerpunkt der Neuentwicklung zunehmend auf<br />
Realtime-Systeme gesetzt werden. Ein Abarbeiten im Batch-Betrieb wird verschwinden; Änderungen<br />
der Basis-Daten werden sofort in alle abgeleiteten Daten übernommen.<br />
4.5.7 Zusammenfassung<br />
Der letzte Schritt zur automatischen Generalisierungslösung betrifft die Auswahl der<br />
durchzuführenden Generalisierungsfunktionen. Bis zur Entwicklungsstufe 2 wird die<br />
Reihenfolge der Generalisierungsfunktionen durch den Bearbeiter vorgegeben bzw. durch<br />
vordefinierte Joblisten festgelegt. In der erweiterten Version wird deren Einsatz außerdem<br />
von Operationen abhängig gemacht, wodurch eine karten- bzw. situationsabhängige<br />
Anwendung möglich wird. Die Operation realisiert eine automatische Analyse der Eingangs-<br />
bzw. Ausgangssituation. In Abhängigkeit vom Ergebnis der Operation werden dann die<br />
verschiedenen Generalisierungsfunktionen ausgeführt. Erfahrungen, die während der Arbeit<br />
mit Joblisten gewonnen werden, helfen Prioritäten hinsichtlich gleichzeitig auftretender<br />
Konflikte festzulegen.<br />
Kriterien zur Auswahl von Funktionen <strong>und</strong> ihren Parametern können am Beispiel der Gebäudegeneralisierung<br />
verdeutlicht werden:<br />
1. Typisieren geeigneter Gebäudekonstellationen z.B. Gehöft einer Streusiedlung<br />
2. Unterschreitung von Minimaldimensionen - Gebäudevereinfachung<br />
3. Unterschreitung von Mindestabständen zu Objekten der gleiche ODG - Zusammenfassung<br />
4. Unterschreitung von Mindestabständen zu Linienobjekten - Verdrängung<br />
5. Gewährleistung eines ausgewogenen Hell-Dunkel-Verhältnisses bzw. Lösung von<br />
Restkonflikten - Auswahl von Objekten nach geometrischen <strong>und</strong> semantischen Kriterien<br />
Da die vollständige Entwicklung von Generalisierungsfunktionen Voraussetzung für die automatische,<br />
situationsabhängige Anwendung darstellt, wird dieser Komplex am Ende der<br />
Software-Entwicklung erfolgen. Erste Erfahrungen bei der Bewertung <strong>und</strong> Situationsanalyse<br />
bzw. automatisierten Ausführung unterschiedlicher Generalisierungsfunktionen wurden im<br />
Rahmen des AGENT-Projektes publiziert (siehe auch 3.2.2).<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Entwicklungsstrategie<br />
76<br />
Ist-Analyse Entwicklungsstufe 1 Entwicklungsstufe 2 Entwicklungsstufe 3<br />
Vorhandene Funktionalitäten<br />
- DLM-Daten visualisieren<br />
- Ableiten der DTK10 <strong>und</strong><br />
DTK25 aus dem Basis-<br />
DLM mit zum Teil automatisierten<br />
Generalisierungsfunktionen<br />
- Die Parameter der Generalisierungsfunktionen<br />
sind<br />
abhängig von den individuellen<br />
Objektklassen<br />
- Es können Generalisierungs-Sets<br />
gestaltet<br />
werden, die mit Hilfe einer<br />
Jobliste hintereinander ablaufen<br />
- Entwicklung <strong>und</strong> Implementierung von<br />
Generalisierungsalgorithmen für alle<br />
Elementarvorgänge<br />
- Parameter der Generalisierungsfunktionen<br />
können von den individuellen<br />
Objektklassen sowie von<br />
ASTIS- oder Geometrie-Daten abhängig<br />
gemacht werden (Operation)<br />
- Funktionen, die ohne Nachbarobjekte<br />
arbeiten, können von einer Operation<br />
ausgewählt werden<br />
- Es können Generalisierungs-Sets<br />
gestaltet werden, die im Batch-Betrieb<br />
auf eine Auswahl von Karten angewendet<br />
werden<br />
- Ableiten des DLM50 aus<br />
dem Basis-DLM mit automatisierten<br />
Generalisierungsfunktionen<br />
- Ableiten der DTK50 aus<br />
dem DLM50 oder dem<br />
Basis-DLM<br />
-Die Kontrolle <strong>und</strong> Nachbearbeitung<br />
wird durch<br />
die Entwicklung von Bewertungsroutinen<br />
unterstützt<br />
- Abgrenzung von Umgebungsobjekten<br />
in Abhängigkeit von den<br />
ausgewählten Generalisierungsfunktionen<br />
(z.B. Verkehrsnetz<br />
als Gr<strong>und</strong>lage für die Maschenbildung<br />
bei Flächenvereinfachung<br />
respektive Gebäudegeneralisierung)<br />
- Automatische Fortführung von<br />
Umgebungsobjekten nach Änderung<br />
von Basisdaten<br />
- Erweiterung der Operation für die<br />
Anwendung auf Umgebungsobjekte.<br />
Damit wird eine<br />
Steuerung von Parametern über<br />
geometrische oder informative<br />
Daten aller Objekte eines Umgebungsobjekts<br />
möglich.<br />
Zu entwickelnde<br />
Generalisierungsfunktionen<br />
- Linienverdrängung<br />
- Flächenverdrängung (ohne<br />
Formänderung)<br />
- Vereinfachung von Linien <strong>und</strong> Flächen<br />
- Verdrängung von Flächen mit Formänderung<br />
- Funktionen für die semantische<br />
Generalisierung<br />
Optimierung der vorhandenen Generalisierungspflichten<br />
- Randbearbeitung<br />
- Verkleinern von Flächen<br />
- Zusammenfassung von Flächen<br />
- Auswahl von Flächen<br />
- Typisieren<br />
Was ist nicht vorhanden<br />
?<br />
- Automatisierte Generalisierungsfunktionen<br />
- <strong>Modell</strong>generalisierung<br />
- <strong>Modell</strong>generalisierung<br />
- Generalisierung von Umgebungsobjekten<br />
- Generalisierung von Umgebungsobjekten<br />
- Globale Optimierung der anzuwendenden<br />
Generalisierungsfunktionen<br />
ersetzt statische Joblisten<br />
- Generalisierung von Umgebungsobjekten<br />
Tabelle 3: Zusammenfassung der Entwicklungsstufen für die Umsetzung einer automatisierten Generalisierung<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Aufwand des Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsprojektes<br />
77<br />
5 Aufwand des Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsprojektes<br />
5.1 Prototyp <strong>und</strong> Spezifikation<br />
Das Ziel der ersten Stufe ist ein Prototyp, der die Gr<strong>und</strong>lage für die Weiterentwicklung liefert.<br />
Die Tests werden in enger Zusammenarbeit mit der AdV durchgeführt. Der Erfolg entscheidet<br />
über eine Anpassung des Konzepts.<br />
Spezifikation + Technisches Konzept<br />
Entwicklung<br />
- Vereinfachen von<br />
- Linien<br />
- Flächen<br />
- Flächenverdrängung<br />
- Flächenverkleinerung<br />
- Zusammenfassung von Flächen<br />
- Auswahl von Flächen<br />
- Typisieren<br />
- Funktion abhängig von Operation<br />
- Parameter abhängig von Operation<br />
- Parameter abhängig von Operation<br />
Tests, Dokumentation<br />
Total<br />
240 Arbeitstage (12 Monate)<br />
5.2 Entwicklungsstufe 1<br />
Spezifikation ergänzen<br />
Realisierungskonzept<br />
Entwicklung einer Produktionslinie für Herstellung<br />
von DTK10 <strong>und</strong> DTK25<br />
Entwicklung einer flexibleren Steuerung<br />
Verfeinerung der Generalisierungsfunktionen<br />
Tests, Dokumentation<br />
Total<br />
320 Arbeitstage (16 Monate)<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Aufwand des Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsprojektes<br />
78<br />
5.3 Entwicklungsstufe 2<br />
Vorkonzept anpassen<br />
Technisches Konzept<br />
Entwicklung<br />
- Erweiterung des Datenmodells<br />
- Funktionen der semantischen Generalisierung<br />
- Funktionen mit Geometrieübergang<br />
Tests, Dokumentation<br />
Total<br />
320 Arbeitstage (16 Monate)<br />
5.4 Entwicklungsstufe 3<br />
Technisches Konzept<br />
Entwicklung<br />
- Umgebungsobjekte<br />
- Abgeleitete Objekte<br />
- Erweiterung der Operation<br />
- Erweiterung der Generalisierungs-Sets<br />
Tests, Dokumentation<br />
Total<br />
320 Arbeitstage (16 Monate)<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Voraussetzungen die seitens der AdV zu gewährleisten sind<br />
79<br />
6 Voraussetzungen die seitens der AdV zu gewährleisten sind<br />
Die AdV als Auftraggeber eines Entwicklungsprojekts in vorliegendem Umfang hätte aus der<br />
Sicht von Maptech AG folgende Aufgaben:<br />
• Vorgabe von Qualitätskriterien für die Generalisierung, diese müßten zumindest parallel<br />
mit erarbeitet werden<br />
• Evaluieren <strong>und</strong> Bereitstellen von Testdaten<br />
• Bereitstellung von ALK-Daten bis spätestens Ende der ersten Entwicklungsstufe<br />
• Bereitstellen von AdV-Projektteams für Tests <strong>und</strong> Koordination mit den Landesvermessungsämtern<br />
• Testen <strong>und</strong> Kontrollieren der neuen Funktionalitäten<br />
Da dem ATKIS Basis-DLM in den verschiedenen B<strong>und</strong>esländern unterschiedliche Erfassungsquellen<br />
zu Gr<strong>und</strong>e liegen –<br />
1. alte B<strong>und</strong>esländer – Basis DGK5<br />
2. neue B<strong>und</strong>esländer – Basis TK10<br />
3. Bayern – Basis TK25<br />
ist zu prüfen, inwieweit Auswirkungen auf notwendige Generalisierungsvorgänge vorhanden<br />
sind.<br />
Die automatisierte Generalisierung kann nur anhand realistischer Daten getestet werden.<br />
Sinnvoll wäre deshalb die Durchführung von Projekten, in welchen die Fähigkeiten der einzelnen<br />
Entwicklungsstufen zu bewerten sind. Kann ein Projekt mit einer fertiggestellten Stufe<br />
erfolgreich durchgeführt werden, so wird die nächste Stufe in Angriff genommen.<br />
Die Projekte könnten wie folgt aussehen:<br />
• Ende der Stufe 1:<br />
Ableiten einer oder mehrerer DTK10 <strong>und</strong> DTK25 aus dem Basis-DLM, anschließende<br />
Simulation einer Fortführung der Basis-Daten <strong>und</strong> Betrachten der Auswirkungen auf<br />
die abgeleiteten Karten<br />
• Ende der Stufe 2:<br />
Ableiten der DLM50 aus der Basis-DLM, Ableiten einer oder mehrerer DTK50 aus dem<br />
DLM50 (oder auch aus dem Basis-DLM), Verifizieren der Erhöhung des Automatisierungsgrades<br />
• Ende der Stufe 3:<br />
Ableiten von DTK10, DTK25 <strong>und</strong> DTK50, Verifizieren des Automatisierungsgrades; die<br />
Datenqualität muß hier einwandfrei sein<br />
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Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Abschätzung des zu erreichenden Automatisierungsgrades<br />
80<br />
7 Abschätzung des zu erreichenden Automatisierungsgrades<br />
Zur Illustration des Automatisierungsgrades sollen nochmals die Errungenschaften der Entwicklungsstufen<br />
dargelegt werden:<br />
• Vorhandensein aller nötigen Generalisierungsfunktionen, um DTK10, DTK25, DLM50<br />
<strong>und</strong> DTK50 ableiten zu können<br />
• Flexible Funktions- <strong>und</strong> Parameterwahl, so daß auf lokale geometrische <strong>und</strong> informative<br />
Gegebenheiten eingegangen werden kann<br />
• Automatisiertes Nachführen von abgeleiteten Daten, wenn Basisdaten verändert werden<br />
• Abgeleitete Daten können zusätzlich interaktiv geändert werden<br />
Was die Datenmodellierung <strong>und</strong> -manipulation betrifft, so kann mit dem vorliegenden Konzept<br />
gewiß ein hoher Standart erreicht werden, gemessen an den gegenwärtigen technischen<br />
Möglichkeiten. Entscheidend für die Anwendbarkeit der Generalisierungsfunktionen<br />
<strong>und</strong> den Grad der Einsparungen ist die Qualität der Algorithmen. So wird eine kontinuierliche<br />
Entwicklung <strong>und</strong> Verbesserung unerläßlich bleiben.<br />
Mit diesem Entwicklungsvorhaben werden folgende Vorgänge weitgehend automatisiert:<br />
1. Ableitung der DTK10 <strong>und</strong> der DTK25 aus dem Basis-DLM<br />
2. Ableitung des DLM50 aus dem Basis-DLM<br />
3. Ableitung der DTK50<br />
Damit erhält die AdV eine integrierte Produktionslinie mit hohem Automationsgrad, welche<br />
alle notwendigen Funktionen für die verschiedenen Ableitungen beinhaltet. Eine Quantifizierung<br />
des zu erreichenden Automationsgrades ist zum jetzigen Zeitpunkt nicht möglich. Im<br />
Haus maptech sind jedoch die Kenntnisse vorhanden, wo eine Automation sinnvoll angesetzt<br />
werden kann. Beispielhaft ist die Abschätzung des Landesvermessungsamtes Sachsen zur<br />
Ableitung der TK50 (siehe Abschnitt 3.4.1.3).<br />
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Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Herstellerneutralität<br />
81<br />
8 Herstellerneutralität<br />
Das vorliegende Entwicklungskonzept konzentriert sich auf die Neuentwicklung von Generalisierungsfunktionen<br />
<strong>und</strong> deren Einbettung ins maptech Mapping System, mit allen nötigen<br />
Erweiterungen.<br />
Die Herstellerneutralität umfaßt zwei Aspekte: Zum einen die Integration von Generalisierungsfunktionen<br />
(z.B. an Universitäten entwickelt) ins maptech Mapping System im speziellen;<br />
weiter die Integration von Generalisierungsfunktionen in andere Systeme im allgemeinen.<br />
8.1 Fremdfunktionen im maptech Mapping System<br />
Erste Erfahrungen mit der Integration von Generalisierungsfunktionen hat Maptech AG bereits<br />
durch die Zusammenarbeit mit der Universität Dresden gemacht. Es besteht außerdem<br />
ein Vorkonzept über die dynamische Einbindung von Fremdfunktionen mit dazugehörigen<br />
Userinterfaces.<br />
Folgende drei Szenarien sind möglich<br />
a) Die Integration erfolgt in enger Zusammenarbeit, wie bereits mit der Technischen<br />
Universität Dresden. Die neuen Generalisierungsfunktionen werden in Form von Software-Komponenten<br />
auf eine maptech-Zielplattform portiert oder dort entwickelt. Die<br />
Komponenten werden in eine Bibliothek integriert. Der Einsatz erfolgt über wohldefinierte<br />
Schnittstellen, die unabhängig vom Datenmodell sind. Die Integration in andere<br />
Zielsysteme ist somit prinzipiell jederzeit möglich. Die Userinterfaces müssen allerdings<br />
dem jeweiligen Zielsystem angepaßt werden.<br />
b) Eine Fremdfunktion kann aus einem eigenständigen Programm bestehen, welches<br />
im Batch-Betrieb mit Steuerdateien aufgerufen wird (wie z.B. CHANGE der Universität<br />
Hannover). In diesem Fall sorgt Maptech AG für Schnittstellen <strong>und</strong> Userinterfaces.<br />
c) Es besteht bereits ein Vorkonzept über das dynamische Einbinden von Funktionen mit<br />
dazugehörigen Userinterfaces. Nach der Realisierung sähe das Vorgehen wie folgt aus:<br />
• Maptech AG liefert wohldefinierte, datenmodell-unabhängige Interfaces für die Kartendaten<br />
(Geometrie, statistische Informationen, Objektklassen etc.)<br />
• Der Drittanbieter entwickelt seine Funktionen <strong>und</strong> Userinterfaces, welche dann über<br />
sogenannte Dynamic-Link-Objects während der Laufzeit dazugeladen werden.<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Herstellerneutralität<br />
82<br />
Dieses Vorgehen hat im Gegensatz zu a) den Vorteil, daß der Drittanbieter unabhängig<br />
auf dem maptech System entwickeln <strong>und</strong> testen kann.<br />
8.2 Eingliederung von Fremdfunktionen im Allgemeinen<br />
Einige Programme stellen die Möglichkeit von Plugins zur Verfügung. Dies entspricht dem<br />
dynamischen Einbinden von zusätzlichen Funktionalitäten, wie sie oben unter Punkt c) aufgezeigt<br />
wurden.<br />
Beim Realisieren eines Plugins muß allerdings auf folgendes geachtet werden:<br />
a) Unterstützt das Datenmodell des „Wirtsystems“ alle Anforderungen der Basisdaten<br />
b) Ist ein verlustfreier Austausch der Daten möglich<br />
c) Sind die Vorteile des „Wirtsystems“ groß genug, um den Aufwand eines Plugins zu<br />
rechtfertigen<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Hinweise zur Kartengraphik DTK50<br />
83<br />
9 Hinweise zur Kartengraphik DTK50<br />
Konkrete Vorschläge zur Entwicklung des SK50, unter dem besonderen Gesichtspunkt der<br />
Eignung für automatisch ablaufende Generalisierungsprozesse, können momentan nicht<br />
gemacht werden. Erkenntnisse hierzu sind, im Falle einer Umsetzung der Entwicklungsstrategie<br />
aus Kapitel 4, spätestens in Phase 2, der Ausdehnung einer automatischen Generalisierung<br />
auf kleinere Maßstäbe zu erwarten.<br />
Aussagen von Heyde (1996) zur Gestaltung der Topographischen Karte 1:25000 (DTK25)<br />
können in analoger Weise auf die Gestaltung der DTK50 erweitert werden. So sind auch hier<br />
die Zwischenräume so zu dimensionieren, daß sie deutlich über dem Auflösungsvermögen<br />
des menschlichen Auges liegen, d.h. eine Erweiterung der bisherigen Mindestdimensionen<br />
wäre festzusetzen. Ähnlich sind die Vorschläge zu Farbgebung, Schrift, Symbolik, etc. übertragbar<br />
(siehe auch Entwurf des Arbeitskreises Topographie <strong>und</strong> Kartographie zu DTK50-<br />
Graphikgr<strong>und</strong>sätzen). Die Forderung nach einer großzügigeren Generalisierung als bisher<br />
unterstützt die visuelle Erfassung bei Bildschirmdarstellungen <strong>und</strong> vereinfacht automatisch<br />
ablaufende Generalisierungsoperationen.<br />
Der Gebäude- <strong>und</strong> Siedlungsgeneralisierung kommt in mittleren Maßstäben (ab 1:25000)<br />
besondere Bedeutung zu, da diese einerseits den Charakter der Landschaft wesentlich mitbestimmen,<br />
andererseits nicht mehr alle Gebäude dargestellt werden können → „Stellvertreterprinzip“.<br />
Zählt man die Häuser in verschiedenen Karten der Schweizer Landestopographie<br />
aus, so erhält man im Mittel je nach Maßstab noch folgende Prozentanteile der wirklich vorhandenen<br />
Häuser (Spiess 1990):<br />
1:10000 100% der effektiven Häuser<br />
1:25000 ~100%<br />
1:50000 ~70%<br />
1:100000 ~30%<br />
Die Bedeutung der Karten <strong>und</strong> deren graphische Gestaltung befinden sich in einem<br />
Umbruchsprozeß. Hauptursache ist die Ablösung der Karte als Informationsspeicher durch<br />
digitale Landschaftsmodelle. Damit wird eine Konzentration auf reine Präsentationszwecke<br />
möglich (Grimm 1993). Dieser Entwicklung sollte eine neue Kartengraphik <strong>und</strong> die damit<br />
verb<strong>und</strong>ene Generalisierung Rechnung tragen.<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Zusammenfassung<br />
84<br />
10 Zusammenfassung<br />
Den Landesvermessungsämtern in Deutschland ist es gelungen, einen umfangreichen digitalen<br />
Datenbestand Amtlich Topographisch-Kartographischer Daten (ATKIS) aufzubauen.<br />
Deren Visualisierung ist derzeit, unter Berücksichtigung traditionell gewachsener Ansprüche<br />
an Inhalt <strong>und</strong> Erscheinung, nur durch aufwendige manuelle Bearbeitung zu erreichen. „Den<br />
größten zeitlichen Anteil nimmt davon die Generalisierung ein“ (Röhrich et. al 1998). Nach<br />
Erfassung der Daten, müssen ca. 90 Prozent des Aufwandes für Generalisierungsarbeiten<br />
veranschlagt werden. Das verdeutlicht einerseits die Komplexität der Problematik, zeigt andererseits<br />
aber auch das erhebliche Potential hinsichtlich Zeit- <strong>und</strong> Kosteneinsparung.<br />
Die vorliegende Machbarkeitsstudie liefert ein Konzept für die Entwicklung einer automatischen<br />
<strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong>n Generalisierung von ATKIS-Daten. Ziel ist zum<br />
einen die effektive Ableitung Digitaler Landschaftsmodelle (DLM) geringerer Auflösung aus<br />
dem Basis-DLM, zum anderen die Automatisierung der Produktion Digitaler Topographischer<br />
Karten (DTK). Die Einführung automatischer Verfahren ist ein schrittweiser Prozeß, der nur<br />
in enger Zusammenarbeit mit dem Anwender gelöst werden kann. Konkrete Anforderungen<br />
der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen (AdV) werden in Kapitel 2 anhand<br />
der Ausschreibung zur Machbarkeitsstudie <strong>und</strong> der Fortschreibung des AdV-Konzepts für die<br />
<strong>Modell</strong>ierung der Geoinformationen des amtlichen Vermessungswesens näher erläutert.<br />
Die Studie baut auf dem aktuellen Stand der Forschung zur automatischen Generalisierung<br />
auf. Dazu werden in Kapitel 3, nach der einführenden Begriffsbildung, aktuelle Projekte, die<br />
sich mit Fragestellungen der <strong>Modell</strong>- oder <strong>kartographische</strong>n Generalisierung beschäftigen,<br />
vorgestellt. Langjährige Erfahrungen auf dem Gebiet der <strong>Modell</strong>generalisierung existieren<br />
am Institut für Kartographie <strong>und</strong> Geoinformation der Universität Bonn unter der Leitung von<br />
Prof. Morgenstern. Die Arbeiten beziehen sich im wesentlichen auf ATKIS, so daß die Erfahrungen<br />
in vollem Umfang für praktische Realisierungen verwendet werden können. Fazit der<br />
Bonner Arbeiten ist, daß die „... <strong>Modell</strong>generalisierung für den Übergang vom DLM25 zum<br />
DLM200 weitgehend automatisch durchgeführt werden kann“ (Schürer 1999). Damit sollte<br />
eine Ableitung des DLM50 aus dem Basis-DLM ebenfalls möglich sein.<br />
Das AGENT-Projekt, welches mehrere europäische Forschungsgruppen aus dem Bereich<br />
der <strong>kartographische</strong>n Generalisierung vereint, wird ebenfalls in Kapitel 3 vorgestellt. Hier<br />
liegen bisher keine abschließenden Aussagen vor, da die Entwicklungsarbeiten noch bis<br />
Ende 2000 durchgeführt werden. Neben der notwendigen Implementierung von Algorithmen<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Zusammenfassung<br />
85<br />
für die verschiedenen Generalisierungsfunktionen (Vereinfachung, Zusammenfassung, Verdrängung<br />
etc.) wird vor allem deren Zusammenspiel im Rahmen eines „AGENTEN-Konzeptes“<br />
näher untersucht. Wesentlich ist hier die Entwicklung von geeigneten Bewertungsgrößen<br />
zur Selbstevaluierung der zu generalisierenden Objekte, respektive „AGENTEN“. Der Vergleich<br />
unterschiedlicher Qualitätsgrößen <strong>und</strong> die daraus resultierende Auswahl anzuwendender<br />
Generalisierungsfunktionen ist ein zur Zeit ungelöstes Problem.<br />
Ein weiteres vorgestelltes Projekt ist das Programmsystem CHANGE der Universität Hannover.<br />
Hierbei handelt es sich um eine Software zur Gebäudegeneralisierung, die an verschiedenen<br />
Landesvermessungsämtern eingesetzt wird. Hauptanwendung ist die Integration von<br />
Gebäudedaten des Amtlichen Liegenschaftskatasters (ALK) in ATKIS.<br />
Eine Verdrängung von Gebäuden, die z.B. durch Strassen überlagert werden, ist mit<br />
CHANGE nicht durchführbar. Hier ist eine weiterführende Konfliktlösung mit dem Energieminimierungsansatz<br />
der Technischen Universität Dresden denkbar. Hauptgr<strong>und</strong> für die detailliertere<br />
Darstellung im Rahmen der Machbarkeitsstudie (siehe auch 11.3) ist, daß umfangreichere<br />
wissenschaftliche Forschungen zur Lösung der teilweise komplexen Aufgaben unerlässlich<br />
sind. Die Erfahrungen <strong>und</strong> Erkenntnisse aus anderen Wissenschaftsbereichen als<br />
der Kartographie (Computergeometrie, Physik, Bildverarbeitung, Informatik, Mathematik etc.)<br />
sind nach Möglichkeit zu nutzen.<br />
Das vorgestellte Konzept eines Generalisierungssystems von Vickus (1994) beschreibt die<br />
Rahmenbedingungen, welche für eine automatische Generalisierung zu berücksichtigen<br />
sind. Hier werden unter anderem die Integration von Teilvorgängen der Generalisierung in<br />
einem Gesamtsystem <strong>und</strong> die Notwendigkeit eines Fortführungskonzepts genannt.<br />
Ein Schwerpunkt in Kapitel 3 ist die Beschreibung bisheriger Erfahrungen der Landesvermessungsämter<br />
<strong>und</strong> der Firma Maptech AG bei der automatischen Ableitung topographischer Karten.<br />
So folgt eine Darstellung vorhandener automatischer Generalisierungsoperationen anhand<br />
von Beispielen <strong>und</strong> deren Steuerung über ein User-Interface. Des weiteren wird beschrieben,<br />
wie beliebige Kombinationen verschiedener Generalisierungsfunktionen mittels<br />
Joblisten realisiert werden können. Die Ableitung Digitaler Topographischer Karten wird als<br />
Gesamtprozeß betrachtet, so daß auch Vorgänge die nicht unmittelbar an eine Generalisierung<br />
gekoppelt sind, nach Möglichkeit automatisiert werden können. Ein Beispiel ist die automatische<br />
Randbearbeitung. Die vorgestellten Arbeiten zeigen, daß eine erfolgreiche Zusammenarbeit<br />
zwischen Universitäten <strong>und</strong> Herstellern <strong>kartographische</strong>r Software möglich ist.<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Zusammenfassung<br />
86<br />
Abschließend werden in Kapitel 3 die Erfahrungen verschiedener Landesvermessungsämter<br />
bei der rechnergestützten Ableitung topographischer Karten genannt. Es wird eine Aufwandsschätzung<br />
für die konventionelle Kartenableitung <strong>und</strong> die Herstellung topographischer<br />
Karten mit Software der Firma Maptech AG durchgeführt. Dabei zeigt sich das große Potential,<br />
hinsichtlich Materialeinsparung, Kostensenkung, Qualität, Reproduzierbarkeit etc., welches<br />
der Übergang von der analogen zur digitalen Kartographie <strong>und</strong> der damit verb<strong>und</strong>enen<br />
Automatisierung bietet.<br />
In Kapitel 4 wird aufbauend auf dem Ist-Stand der Produktion Digitaler Topographischer Karten<br />
mit Software der Firma Maptech AG eine Entwicklungsstrategie aufgezeigt, die eine automatische<br />
Ableitung topographischer Karten zum Ziel hat. Dazu wird ein Konzept in 3 Stufen<br />
vorgeschlagen. Am Ende der Stufe 1 soll ein Prototyp vorliegen der alle wesentlichen<br />
Generalisierungsfunktionen beinhaltet <strong>und</strong> eine Ableitung der DTK10 <strong>und</strong> DTK25 aus dem<br />
Basis-DLM ermöglicht. Die Stufe 2 beschäftigt sich mit der Automatisierung von Vorgängen<br />
zur Ableitung des DLM50 aus dem Basis-DLM. Hauptbestandteile sind die Entwicklung von<br />
Funktionen der semantischen Generalisierung <strong>und</strong> die Umsetzung von Geometrieübergängen<br />
(z.B. Fläche → Linie). In der Entwicklungsstufe 3 werden „Umgebungsobjekte“ eingeführt,<br />
die automatische Fortführung nach Änderung von Basisdaten behandelt <strong>und</strong> eine Erweiterung<br />
der „Operation“ zur dynamischen Kombination von Teilvorgängen der Generalisierung<br />
vorgenommen.<br />
Kapitel 5 versucht eine Aufwandsschätzung für die vorgestellte Entwicklungsstrategie. Dabei<br />
ist großes Gewicht auf die konzeptionelle Phase zu legen.<br />
Die Umsetzung eines solchen Projektes ist nur mit Unterstützung der AdV möglich (siehe<br />
Kapitel 6). So ist die Vorgabe von Qualitätskriterien für die Generalisierung notwendig. Außerdem<br />
sind Testdaten (z.B. ALK-Gebäudedaten) bereitzustellen, sowie eine Teststrategie<br />
zu entwerfen. Da dem ATKIS Basis-DLM in den verschiedenen B<strong>und</strong>esländern unterschiedliche<br />
Erfassungsquellen zu Gr<strong>und</strong>e liegen, ist deren Einfluß zu untersuchen.<br />
Kapitel 7 faßt die Ergebnisse der einzelnen Entwicklungsstufen zusammen <strong>und</strong> liefert damit<br />
Aussagen zum erreichbaren Grad der Automatisierung. Des weiteren wird beschrieben, inwieweit<br />
Herstellerneutralität bei der Entwicklung einer automatischen Generalisierung zu<br />
erreichen ist. Zum einen betrifft das die Integration von Generalisierungsfunktionen externer<br />
Quellen z.B. Universitäten ins maptech Mapping System, zum anderen die Integration von<br />
Generalisierungssoftware in andere Systeme.<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Zusammenfassung<br />
87<br />
Weiterführende Aussagen zur Herstellung des ATKIS-SK50 unter dem Gesichtspunkt einer<br />
Beschleunigung des <strong>kartographische</strong>n Generalisierungsprozesses können bei Umsetzung<br />
der Entwicklungsstrategie aus Kapitel 4 spätestens in Phase 2, der Ausdehnung einer automatischen<br />
Generalisierung auf kleinere Maßstäbe, getroffen werden.<br />
Es bleibt festzustellen, daß die Firma Maptech AG die bisherigen Entwicklungen zur rechnergestützten<br />
Ableitung topographischer Karten, auch im Bereich der Landesvermessungsämter<br />
in Deutschland, intensiv begleitet <strong>und</strong> mitgestaltet hat. Im Rahmen der Machbarkeitsstudie<br />
wird anhand eigener Beispiele nachgewiesen, daß Maptech AG mit den anstehenden<br />
Aufgaben zur Umsetzung einer automatischen <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong>n Generalisierung<br />
vertraut ist <strong>und</strong> sich in der Lage sieht, diese zu realisieren. Dabei wird darauf<br />
hingewiesen, daß die Entwicklung von Software zur automatischen Ableitung topographischer<br />
Karten ein schrittweiser Prozeß ist, der nur in enger Zusammenarbeit mit dem Anwender<br />
gelöst werden kann.<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Anhang<br />
88<br />
11 Anhang<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Anhang<br />
89<br />
11.1 Programm CHANGE des IfK Hannover<br />
11.1.1 Verfahrensablauf zur Erstellung topographischer Karten bei der Landesvermessung<br />
+ Geobasisinformation Niedersachsen (LGN)<br />
11.1.1.1 Allgemeines<br />
Adresse:<br />
Landesvermessung + Geobasisinformation Niedersachsen<br />
Podbielskistraße 331<br />
30659 Hannover<br />
Telefon: (05 11) 6 46 09 - 5 55<br />
Telefax: (05 11) 6 46 09 - 1<br />
11.1.1.2 Produkte<br />
Die LGN bietet die Topographischen Landeskartenwerke neben der analogen Form als Papierkarten<br />
auch in gescannter Form als Rasterdaten an. Die Inhalte <strong>und</strong> Form sind identisch.<br />
Die Rasterdaten liegen in Standardauflösungen von 100 Linien pro cm oder 200 Linien pro<br />
cm vor (254 dpi bzw. 508 dpi).<br />
Die Abgabe erfolgt im Blattschnitt der Topographischen Landeskartenwerke. Auf Ihren<br />
Wunsch hin ist selbstverständlich eine Abgabe in blattschnittfreien Ausschnitten <strong>und</strong> Zusammenfügungen<br />
möglich.<br />
Deutsche Gr<strong>und</strong>karte 1 : 5000 (DGK 5)<br />
Topographische Karte 1 : 25 000 (TK 25)<br />
Topographische Karte 1 : 50 000 (TK 50)<br />
Topographische Karte 1 : 100 000 (TK 100)<br />
Übersichtskarte Niedersachsen 1 : 500 000 (ÜKN 500)<br />
Niedersachsenkarte 1 : 1 000 000 (Ni 1000)<br />
Die Rasterdaten sind am Blattschnitt <strong>und</strong> an den Inhaltsebenen der analogen Kartenwerke<br />
orientiert. Jede Inhaltsebene eines Kartenblattes wird in einer Datei abgebildet. Aus diesen<br />
Datensätzen lassen sich beliebige Kombinationen erzeugen.<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Anhang<br />
90<br />
Inhaltsebenen DGK5 TK25 TK50 TK100 ÜKN500 Ni1000<br />
Gr<strong>und</strong>riß x1 x x X x1 x<br />
Schrift - x x x - x<br />
Gewässerkontur - x x x x2 x<br />
Gewässerschrift - x x x - x<br />
Gewässerfläche - x x x - x<br />
Höhenlinien x x x x - -<br />
Waldfläche - x x x x x<br />
Wattfläche - x x x - -<br />
Gartenfläche - x x x - -<br />
Vegetation - - x x - -<br />
Regionalstraßendecker - - x x x -<br />
Fernstraßendecker - - x x x -<br />
Schummerung - - x x - -<br />
Ortsfläche - - - - x<br />
Grenzband - - - - x<br />
Tabelle 3: Inhalte der topographischen Karten (x1 mit Schrift, x2 mit Schrift <strong>und</strong> Decker)<br />
Datensätze für einfarbige Darstellungen geben wir im Datenformat TIFF CCITT Group 4 <strong>und</strong><br />
Datensätze für mehrfarbige Darstellungen in TIFF LZW Kompression an Sie ab. Auf Wunsch<br />
auch andere Formate wie TIFF 1(unkomprimiert), PCX, BMP, GIF u.a.<br />
Die Daten werden in zwei Auflösungen angeboten: 100 <strong>und</strong> 200 Linien pro Zentimeter<br />
(L/cm). Eine Ausnahme bildet die DGK 5. Sie wird mit 250 <strong>und</strong> 500 dots per inch (dpi) abgegeben.<br />
Das entspricht ca. 98 bzw. 197 L/cm.<br />
Die Datenmenge ist vom Kartenwerk, dem Datenformat sowie der von Ihnen gewählten Auflösung<br />
abhängig. Für einfarbige Kombinationen in TIFF CCITT Group 4 mit einer Auflösung<br />
von 200 L/cm ergeben sich folgende durchschnittliche Datenmengen pro Kartenblatt:<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Anhang<br />
91<br />
DGK 5<br />
TK 25<br />
TK 50<br />
TK 100<br />
ÜKN 500<br />
NI 1000<br />
0,7 MByte<br />
3,3 MByte<br />
3,8 MByte<br />
4,2 MByte<br />
8,0 MByte<br />
2,0 MByte<br />
Tabelle 4: Durchschnittliche Datenmengen pro Kartenblatt<br />
11.1.1.3 Topographische Karte 1:10000/1:25000<br />
Die Produktion der TK10 war als das Standardprodukt der LGN geplant. Eine Umfrage ergab<br />
jedoch, daß ein weit aus höherer Bedarf an der TK25 besteht. Für die Erzeugung der TK10<br />
stehen die Daten des BAIS-DLM zur Verfügung, die zuvor durch <strong>Modell</strong>generalisierung <strong>und</strong><br />
entsprechender Zusammenfassung, Vereinfachung <strong>und</strong> einem Geometrieübergang z.B. der<br />
flächenhaften Straßenflurstücke zu linienhaften Mittelachspolygonen generalisiert wurden.<br />
So kann eine einheitliche Signaturierung erfolgen.<br />
Der weitere gesamte Verfahrensablauf (Abbildung 36) zeigt den internen Aufbau zur Herstellung.<br />
Die Produktion des Standardwerkes TK25 ist in Abbildung 37 dargestellt. Hierbei werden<br />
ALK-Gebäude von CHANGE zusammengefaßt <strong>und</strong> vereinfacht. Die Straßensignaturen sind<br />
bereits als Mittelachspolygone vorhanden. Eine Verdrängung erfolgt manuell an den Stellen,<br />
bei denen eine starke Verbreiterung der Straßensignaturen stattfindet. Dies sind in der Regel<br />
Durchgangsstraßen. Einzelne Gebäudedarstellungen müssen korrigiert werden. Die abschließende<br />
Präsentation erfolgt durch Prioritätensteuerung, d.h. die Straßensignaturen <strong>und</strong><br />
deren Freistellung werden über die Gebäudesignaturen gezeichnet.<br />
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Anhang<br />
92<br />
DTK 10 - Verfahrensablauf unter SICAD/open<br />
Geobasisdaten<br />
DLM 25/2<br />
^=<br />
Topographie<br />
DGM 5<br />
^=<br />
Relief<br />
ALK<br />
^=<br />
Gebäude<br />
Anlegen eines RDBMS <strong>und</strong> der GDB-X-Datenbanken ( je Blatteinheit )<br />
dgm<br />
alk<br />
RDBMS<br />
dtk3522no<br />
dtk<br />
atk<br />
dlm<br />
Einlesen der Datei in die jeweilige Datenbank<br />
alk dgm dlm<br />
Umwandlung<br />
Präsentation der ALK-Gebäudedaten alk atk<br />
in ATKIS-<br />
Gebäudeobjekte +<br />
Präsentation der DGM-Daten<br />
Präsentation der DLM-Daten<br />
gerechnete Höhenlinien<br />
+ Höhenlinienzahlen<br />
Rohpräsentation<br />
aus Verfahrenstabellen<br />
+ prozedurgesteuerte,<br />
automatische Ergänzung<br />
(visu 1)<br />
dgm<br />
+<br />
dlm<br />
+<br />
Präsentation der Texte <strong>und</strong><br />
Signaturen<br />
Prozedurgesteuerte automatische<br />
Ergänzungen (visu 2)<br />
dtk<br />
Interaktive <strong>kartographische</strong> Bearbeitung in der DTK-GDB<br />
Texterzeugung<br />
Generalisierung<br />
Automatische Ergänzung von Titel zu Legende<br />
Rasterdatenarchivierung<br />
Postscript - Abzug<br />
Auflagendruck<br />
Landesvermessung + Geobasisinformation Niedersachsen<br />
Abbildung 36: DTK10 Verfahrensablauf<br />
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Anhang<br />
93<br />
Landesvermessung + Geobasisinformation Niedersachsen<br />
Abbildung 37: DTK25 Verfahrensablauf<br />
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Anhang<br />
94<br />
11.1.1.4 Topographische Karte 1:50 000/1:100 000<br />
Während die TK10/25 auf einer vektororientierten Lösung basiert, wird die TK50/100 auf<br />
Rasterdatenbasis erstellt. Die Generalisierung erfolgte also schon in der Vergangenheit, als<br />
die Karten manuell hergestellt wurden. Diese manuelle Bearbeitungsweise wird auch bei der<br />
Fortführung beibehalten. Hier finden jedoch digitale Werkzeuge ihren Einsatz. Maskierfolien<br />
<strong>und</strong> Schneidemesser werden durch einen digitalen Editor ersetzt. Die Neueinträge bzw. Änderungen<br />
in der Karte werden zunächst mit einem vektorgestützen Editor vorgenommen <strong>und</strong><br />
nach Abschluß der Arbeiten fest in das Rasterformat übernommen. Es erfolgen also keine<br />
automatischen Generalisierungsroutinen; die gesamte Ableitung <strong>und</strong> Fortführung erfolgt<br />
durch den Kartographen.<br />
Fortführungsentwurf<br />
Variable TK50/100<br />
Titel/Legendenteile<br />
Rasterdatenarchiv<br />
TK25 alt<br />
TK50/100 alt<br />
Scanner<br />
Datenaufbereitung<br />
Digitale<br />
TK50/100<br />
alt<br />
Verkl.<br />
digitale<br />
Kombis<br />
Tk25 alt<br />
Verkl.<br />
Fortf.<br />
Entwurf<br />
Digitale<br />
Titel-/<br />
Legendenteile<br />
digitale Zusammenfassung<br />
Kombin. mit<br />
Standardleg.<br />
Korrekturlesung<br />
Korrekturlesung<br />
Kartographisch Interaktiver Arbeitsplatz -KIAP-<br />
SICAD / OPEN<br />
digitale Fortführung / Korrektur / Nachträge<br />
TK50/100<br />
(Karteninhalt)<br />
Proofplot<br />
TK50/100<br />
Titel/Legendenteile<br />
Proofplot<br />
Post Script Belichter<br />
Rasterdatenarchiv<br />
TK50 neu<br />
TK100 neu<br />
TK50/100 neu<br />
Kombi<br />
TK50/100 neu<br />
Druckvorlagen<br />
Offsetdruck<br />
TK50/100 neu<br />
Milit. Ausgabe<br />
TK50/100 neu<br />
Abbildung 38: DTK50 Verfahrensablauf<br />
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95<br />
11.1.1.5 Beispiele<br />
Für die TK25 gibt es das Blatt 3615 Bohmte für eine ländliche Siedlungsstruktur (siehe<br />
11.1.7). Hierbei wurde nach dem oben genannten Verfahren eine generalisierte Karte aus<br />
dem Basis-DLM hergestellt.<br />
Bereitstellung der Daten<br />
Bearbeitung mit CHANGE<br />
(Konvertierung, Rechenlauf)<br />
Manuelle Nachbearbeitung<br />
(Verschieben, Umformen)<br />
Noch keine Angabe erhalten<br />
0,5 St<strong>und</strong>en<br />
8 St<strong>und</strong>en<br />
Tabelle 5: Arbeitsaufwand pro Blatt ca.<br />
11.1.2 Programmsystem CHANGE<br />
11.1.2.1 Allgemeines<br />
CHANGE - Programmsystem zur Generalisierung von Gebäuden <strong>und</strong> Straßen<br />
Adresse:<br />
Universität Hannover<br />
Institut für Kartographie<br />
Appelstr. 9 A<br />
30167 Hannover<br />
11.1.2.2 Globales Konzept<br />
Das Programmsystem CHANGE des IfK generalisiert Gebäude (CHANGE_Buildings) <strong>und</strong><br />
Straßen (CHANGE_Roads) im Batch-Betrieb. Nach Objektarten getrennt werden die Objekte<br />
mit der Generalisierungs-Software vektororientiert verarbeitet. Die Steuerung der Generalisierung<br />
erfolgt durch Direktiven in einer editierbaren Direktiven-Datei. Neben dem Eingangs<strong>und</strong><br />
Folgemaßstab können weitere Parameter festgelegt werden, wie z.B. graphische Mindestgrößen,<br />
die den Grad der Generalisierung bestimmen. Die standardmäßig vorgegebenen<br />
graphischen Mindestgrößen entsprechen den in den Zeichen-Vorschriften <strong>und</strong> der Literatur<br />
beschriebenen Größen. Anpassungen an benutzerspezifische Anforderungen können<br />
vom Anwender unmittelbar in der editierbaren Direktiven-Datei vorgenommen werden.<br />
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96<br />
Während der Batch-Generalisierung werden Fehler- <strong>und</strong> Systemmeldungen auf eine Protokoll-Datei<br />
geleitet, die bei jedem Programmlauf angelegt wird <strong>und</strong> die dem Benutzer eine<br />
erste Beurteilung des Generalisierungsprozesses erlaubt. Ein Beispiel für die automatische<br />
Bearbeitung von Straßen <strong>und</strong> Gebäudegeometrien (1: 1000) für den Maßstab 1:10000 <strong>und</strong><br />
1:25000 mit Programm-System CHANGE ist in 11.1.5 beigefügt.<br />
Die einzelnen Komponenten <strong>und</strong> deren Zusammenwirken werden in 11.1.3 dargestellt.<br />
11.1.2.3 CHANGE_Buildings<br />
Der Programmbaustein CHANGE_Buildings ermöglicht die Generalisierung von Gebäudeobjekten<br />
im Maßstabsbereich 1:1000 bis 1:50000.<br />
CHANGE_Buildings umfaßt eine Datenüberprüfung <strong>und</strong> Korrektur, die Vereinfachung der<br />
Gebäudekonturen sowie die Zusammenfassung benachbarter Gebäude. Sämtliche Operationen<br />
erfolgen parametergesteuert nach geometrischen <strong>und</strong> nach begrifflich-geometrischen<br />
Bedingungen.<br />
Leistung <strong>und</strong> Umfang des Programm-Systems CHANGE_Buildings: Die Generalisierung wird<br />
einerseits durch geometrische Restriktionen <strong>und</strong> andererseits durch begrifflich-geometrische<br />
Regeln gesteuert. Die geometrischen Vorgaben ergeben sich dabei durch den Maßstab des<br />
Ausgangsmodells <strong>und</strong> den Maßstab des Folgemodells verknüpft mit den bekannten Minimaldimensionen<br />
für graphische Elemente. Für die begrifflich-geometrische Generalisierung<br />
sind bestimmte Regeln für die Bewertung <strong>und</strong> Neuklassifizierung der Attribute <strong>und</strong> den Objekten<br />
zugeordneten Objektklassen aufzustellen.<br />
Das Programm ANGI ermöglicht vor Beginn der eigentlichen Generalisierung eine Datenüberprüfung<br />
<strong>und</strong> Plausibilitätskontrolle der Eingangsdaten. Hierbei werden Digitalisierungsfehler,<br />
Überschneidungen u.a. Unzulänglichkeiten aufgedeckt <strong>und</strong> behoben.<br />
Die automatische Konturen-Generalisierung erfolgt objekt-sequentiell. Dabei wird jedes Polygon<br />
auf Kleinseiten überprüft; die gegebenenfalls auftretende Kleinseitenkonfiguration wird<br />
klassifiziert <strong>und</strong> mit dem entsprechenden Generalisierungsmodul verarbeitet.<br />
Nachfolgend bietet das Programm die Möglichkeit der Zusammenfassung von benachbarten<br />
Gebäuden, wobei in Abhängigkeit von der Größe der Gr<strong>und</strong>rißfläche eine Verschiebung oder<br />
Verbindung von den Gebäuden vorgenommen wird. Anschließend wird eine zweite Konturen-Generalisierung<br />
durchgeführt.<br />
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Anhang<br />
97<br />
Während des gesamten Programmablaufes können begrifflich-geometrische Generalisierungsprozesse<br />
durchgeführt werden. Dabei werden z.B. die Objekte gleicher Art zusammengefaßt.<br />
11.1.2.4 CHANGE_Roads<br />
Der Programmbaustein CHANGE_Roads dient dazu, bandförmige Situationsobjekte, insbesondere<br />
Straßen-Darstellungen, rechnergestützt für die Darstellung in Folgemodellen aufzubereiten.<br />
Das System gliedert sich in den Bereich der <strong>Modell</strong>-Generalisierung (graphik-unabhängige<br />
Reduktion geometrischer <strong>und</strong> semantischer Details) <strong>und</strong> in den der Kartographischen<br />
<strong>Modell</strong>ierung (graphik-abhängige Generalisierung) (siehe 11.1.3). Für die <strong>Modell</strong>-Generalisierung<br />
stehen drei Komponenten zur Verfügung:<br />
• Das Programm ACHSE berechnet die Mittelachsen der Objekte ausgehend von digitalisierten<br />
Konturen <strong>und</strong> bestimmt die Objektbreite für jeden Achspunkt.<br />
• Das Programm LAENA erzeugt die topologische Struktur des Verkehrswegenetzes<br />
(Knoten- <strong>und</strong> Kantenstruktur).<br />
• Das Programm GALINO stellt verschiedene Methoden der Liniengeneralisierung zur<br />
Verfügung.<br />
Für die Kartographische <strong>Modell</strong>ierung stehen zwei Module zur Verfügung. Sie sind von den<br />
obigen Modulen zur <strong>Modell</strong>-Generalisierung unabhängig.:<br />
• Mit dem Programm DOPLI werden Doppellinien aus einlinigen Elementen abgeleitet.<br />
• In dem Programmodul RESI werden Doppellinien in Kreuzungs- <strong>und</strong> Einmündungsbereichen<br />
gelöscht.<br />
Die Eingangsdaten für das Programmsystem CHANGE_Roads können durch Konturendigitalisierung<br />
mit einem beliebigen Erfassungssystem erzeugt werden. Beim Programm-Start<br />
muß ein digitaler Datenbestand vorliegen, wobei objektweise die linke <strong>und</strong> die rechte Straßenkontur<br />
aufeinander folgen müssen.<br />
Im Programme ACHSE werden die Mittelachsen-Polygone objektweise aus den Stützpunktfolgen<br />
der Konturen berechnet. Dabei werden als erstes Mittelachsen-Elemente bestimmt.<br />
Hierbei handelt es sich um Teilstücke der Winkelhalbierenden <strong>und</strong> im Extremfall um Abschnitte<br />
der Mittelparallelen. Diese Mittelachsen-Elemente werden vom Programm zwischengespeichert<br />
<strong>und</strong> im nächsten Berechnungsschritt miteinander verb<strong>und</strong>en. Treten zwischen<br />
zwei gef<strong>und</strong>enen Mittelachsen-Abschnitten Lücken auf, werden diese durch Zwischenstücke<br />
aufgefüllt. Die gef<strong>und</strong>enen Mittelachsen-Elemente werden abschließend zu<br />
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Anhang<br />
98<br />
einem kontinuierlichen Mittelachsen-Polygon zusammengesetzt. Hierbei wird gleichzeitig die<br />
Objektbreite berechnet <strong>und</strong> abgespeichert.<br />
Das Programm LAENA untersucht am jeweiligen Objektanfang <strong>und</strong> -ende eines Mittelachsen-Polygons<br />
die Nachbarschaft darauf hin, ob eine Verlängerung oder Verkürzung zur<br />
Herstellung der Topologie des Verkehrswegenetzes durchzuführen ist. Diese Maßnahme ist<br />
notwendig, weil die Mittelachsen nur im Bereich der Konturenpolygone berechnet werden.<br />
Bei Sackgassen oder Plätzen wird eine Verlängerung bzw. Verkürzung der Mittelachsen<br />
durch Eingabe eines entsprechenden Attributs unterdrückt. Die resultierenden Schnittpunkte<br />
mit dem kreuzenden Mittelachsen- Polygon werden a l s neue Stützpunkte eingeführt <strong>und</strong><br />
das kreuzende Mittelachsen-Polygon wird an dieser Stelle geteilt. Das Programm korrigiert<br />
automatisch ungewollt schief verlaufende Verlängerungen, die wegen der besonderen Beschaffenheit<br />
von Einmündungen <strong>und</strong> Kreuzungen auftreten können. Fehlerhafte oder unlogische<br />
Verhetzungen der Mittelachsen-Polygone werden durch Fehlermeldungen auf der Datei<br />
" ERROR.JOB " aufgezeigt.<br />
Das Programm GALINO ermöglicht die Generalisierung (Glättung <strong>und</strong> Vereinfachung) von<br />
Linienobjekten. Linienknoten können als Zwangspunkte definiert werden, so daß ihre Lage<br />
nicht verändert wird. Linienabschnitte, die von den Berechnungen nicht betroffen sind, werden<br />
mit sämtlichen beschreibenden Informationen unverändert aus dem originären in den<br />
generalisierten Datenbestand übernommen. Folgende Methoden der Generalisierung von<br />
offenen <strong>und</strong> geschlossenen Polygonen stehen zur Verfügung:<br />
- Cosinus-Glättung<br />
- Stützpunktreduktion nach DOUGLAS & PEUKER<br />
- Tiefpaß-Filterung durch Gleitende Mittelbildung<br />
- Tiefpaß-Filterung durch modifizierte lineare Regression<br />
- Hochpaß-Filterung mit Hilfe eines vorzugebenden Strecken- <strong>und</strong> Winkelkriteriums<br />
- AKIMA-Interpolation mit zusammengesetzten Polynomen 3. Grades<br />
- Spline-Interpolation mit zusammengesetzten Polynomen 3. Grades<br />
- Polynom-Interpolation mit zusammengesetzten Polynomen 5. Grades<br />
- Spline-Approximation mit zusammengesetzten Polynomen 3. Grades<br />
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Anhang<br />
99<br />
Jede Methode zur Linien-Generalisierung kann eigenständig verwendet werden, wobei vorher<br />
jeweils die für das spezielle Verfahren notwendigen Parameter definiert werden müssen.<br />
Alternativ ist auch ein kombinierter Einsatz von zwei <strong>und</strong>/oder mehreren Methoden denkbar<br />
bzw. sinnvoll (z.B. Filterung plus Ausr<strong>und</strong>ung u. a.). Während des Programmlaufes wird eine<br />
Protokolldatei geführt, so daß eine nachträgliche Kontrolle über die korrekte Verarbeitung<br />
ermöglicht wird.<br />
Mit dem Programm DOPLI werden auf der Basis der Mittelachsen-Polygone objektweise<br />
doppellinige Signaturen konstruiert. Die Signaturenbreiten werden in Abhängigkeit von der<br />
jeweiligen Objektart festgesetzt.<br />
Folgende Ausgabevarianten sind realisiert:<br />
- Polygone der Doppellinien-Signaturen<br />
- Polygone der Mittelachsen <strong>und</strong> der Doppellinien-Signaturen.<br />
11.1.2.5 Einsatz von 'CHANGE' → Beispiele;<br />
Das Programmsystem wird in verschiedenen Landesvermessungsämter eingesetzt bzw.<br />
steht in der Erprobung.<br />
Zur den Landesvermessungsämter gehören:<br />
• Sachsen-Anhalt<br />
• Baden-Würtemberg<br />
• Brandenburg<br />
• Niedersachsen<br />
• Catalanien / Spanien<br />
In der Forschung wird es ebenfalls an der Universität Istanbul eingesetzt.<br />
In der 11.1.7 ist das aktuellste Beispiel, Blatt Bohmte (LGN), aus der laufenden Produktion<br />
beigefügt.<br />
11.1.2.6 Erfahrungen<br />
Im Bereich der <strong>Modell</strong>generalisierung findet CHANGE vor allem für den Übergang von der<br />
ALK zum Basis-DLM Anwendung(1:1000 → 1:25000). Hier werden einzelne Gebäude zu<br />
semantischen Gruppen zusammengefaßt <strong>und</strong> vereinfacht (11.1.4). Das Modul für linienhafte<br />
Objekte erlaubt den Geometrieübergang von flächenhaften zu linienhaften Kartenobjekten.<br />
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Anhang<br />
100<br />
Im Maßstabsbereich 1:10000 ist keine Verdrängung notwendig; hier werden auftretende<br />
Konflikte durch Prioritätensteuerung (Straße über Häuser) bereinigt.<br />
Unsere Untersuchungen zeigen, daß CHANGE_BUILDINGS gut Ergebnisse im Maßstabsbereich<br />
1:1000-1:25000 liefert. Hier liegt der Nachbearbeitungsaufwand bei ca. 5%.<br />
Nach der Vereinfachung <strong>und</strong> Zusammenfassung erfolgt i.d.R eine interaktive Verdrängung<br />
<strong>und</strong> Umformung (siehe Erfahrungen der LGN, sowie 11.1.5).<br />
11.1.2.7 Implementierungsmöglichkeiten<br />
Da CHANGE als Batch-Programm ausgelegt ist, ist die Implementierung in jedes GIS möglich.<br />
Zum Datenaustausch wird eine eigenes Datenformat verwendet. Hierbei sind folgende<br />
Restriktionen zu beachten:<br />
Jedes Objekt hat einen Header, der es ermöglicht 7 numerische Informationen aufzunehmen.<br />
Diese werden für die Speicherung des<br />
• Flags für einen Innenhof,<br />
• die Objektnummer (Objekt/Objektteil),<br />
• Objektart (Semantik)<br />
verwendet.<br />
Als Koordinatenwerte sind F10.2-Werte( 0 bis 10 8 -1) möglich.<br />
Spezifische Schnittstellen für die Formate<br />
• DXF<br />
• SQD<br />
stehen bereits zur Verfügung.<br />
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101<br />
11.1.3 Software-Komponenten von CHANGE – Anlage 1<br />
Straßen<br />
p<br />
Ausg ang sdaten<br />
Gebäude<br />
<strong>Modell</strong>-<br />
Generalisierung<br />
Modul Achse<br />
Modul Laena<br />
Modul Galino<br />
Mittelachsen-<br />
Berechnung<br />
Design des topologischen<br />
Netzes<br />
Linienglättung,<br />
<strong>und</strong> -Vereinfachung<br />
CHANGE_Roads<br />
Modul Angi<br />
Gebäude-<br />
Generalisierung<br />
- Vereinfachen<br />
- Zusammenfassen<br />
CHANGE_Buildings<br />
Generalisiertes <strong>Modell</strong><br />
Generalisiertes <strong>Modell</strong><br />
Kartogr.<br />
<strong>Modell</strong>ierung<br />
Modul Dopli<br />
Modul Resi<br />
Ableitung von<br />
Linien-Signaturen<br />
Freistellung von<br />
Linien-Sign.<br />
CHANGE_Roads<br />
Interaktive Verdrängungsprozesse<br />
Generalisierte Karte<br />
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102<br />
11.1.4 Gebäudegeneralisierung im innerstädtischen Bereich – Anlage 2<br />
Ausgangsdaten<br />
Wichtig!!!<br />
Neue Parameter-Einstellung<br />
für Direktiven-Datei<br />
‚angidir.dat‘<br />
Kennung der Innenhof-Polygone durch eine<br />
Kenn-Ziffer 6 im Headerfeld (1) des Digplot-Formats<br />
N<br />
1. Konturengen.<br />
Zusammenfass.<br />
Y<br />
2. Konturengen. Y<br />
Innenhof-Bearbeitung<br />
mit CHANGE_Buildings<br />
von Datei: Block.fdp<br />
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Anhang<br />
103<br />
11.1.5 Generalisierung der ALK-Gebäude – Anlage 3<br />
Abbildung 39: Teilausschnitt mit ALK-Gebäuden<br />
Abbildung 40: Teilausschnitt mit generalisieren ALK-Gebäuden<br />
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104<br />
11.1.6 Generalisierung nach 1:10 000 <strong>und</strong> 1:25 000 – Anlage 4<br />
Ausgangsdaten<br />
(z. B. 1:1000)<br />
CHANGE-Ergebnis<br />
für 1:10000<br />
CHANGE-Ergebnis<br />
für 1:25000<br />
Darstellung im<br />
Endmaßstab:<br />
1:25000<br />
1:10000<br />
Abbildung 41: Gebäudegeneralisierung für Maßstab 1:10000 <strong>und</strong> 1:25000<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Anhang<br />
105<br />
11.1.7 Papierkarte TK25 Blatt Bohmte – Anlage 5<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Anhang<br />
106<br />
11.2 Digitale Kartographie beim Thüringer Landesvermessungsamt - Artikel<br />
von F.J. Gros (1999b)<br />
Digitale Kartographie beim Thüringer Landesvermessungsamt<br />
Franz-Josef Gros<br />
State Survey Office of Thuringia<br />
Post Box 907<br />
D-99018 Erfurt<br />
Germany<br />
Zusammenfassung<br />
Der Einsatz von rechnergestützten Methoden in der Kartographie hatte in den vergangenen Jahren<br />
einen enormen Fortschritt zu verzeichnen. Im Zusammenhang mit dem in vielen staatlichen Verwaltungsbereichen<br />
stattfindenden Aufbau von Informationssystemen <strong>und</strong> deren Anwendung in der Bereitstellung<br />
von Informationen <strong>und</strong> im besonderen von Geoinformationen erlangt eine rechnergestützte<br />
Herstellung bzw. Ableitung von Karten eine besondere Bedeutung. Dieser Herausforderung stellt sich<br />
auch eine moderne Vermessungsverwaltung für ihre amtlichen Landeskartenwerke, selbst wenn die<br />
digitalen Geobasisinformationen bislang zunächst eingeschränkt verfügbar sind wegen des Aufbauzustandes<br />
sich nur dementsprechend verwenden lassen.<br />
Mit dem folgenden Beitrag wird auf eine Verfahrenslösung eingegangen, so wie diese sich seit Jahresbeginn<br />
1997 in der Thüringer Kataster- <strong>und</strong> Vermessungsverwaltung, im Thüringer Landesvermessungsamt<br />
als Vertreter der amtlichen Kartographie, abbildet. Die Ergebnisse <strong>und</strong> die dabei gewonnenen<br />
Erfahrungen, die sich im Zusammenhang mit der Herstellung von topographischen Karten mit<br />
dieser Verfahrenslösung wie auch mit der Ableitung von topographischen Karten auf der Gr<strong>und</strong>lage<br />
des Amtlichen Topographisch-Kartographischen Informationssystem (ATKIS) ergeben haben, werden<br />
dargestellt.<br />
1 Einleitung<br />
Die Kartographie wurde in jahrh<strong>und</strong>ertelanger Erfahrung auf einen hervorragenden Stand in technischer<br />
<strong>und</strong> künstlerischer Sicht gebracht. Doch in einem zunehmenden Maße sieht sie sich mehr <strong>und</strong><br />
mehr mit den Forderungen konfrontiert, die Verfahrensweisen umstellen zu müssen. Die bisherigen,<br />
überwiegend noch konventionell gehaltenen Verfahrensweisen kommen den Ansprüchen nicht mehr<br />
zeitgerecht <strong>und</strong> auch nicht mehr zeitnah nach. Dies liegt begründet in engen personellen, finanziellen<br />
<strong>und</strong> materiellen Ressourcen. Doch die amtliche Kartographie ist an die Aufgabe geb<strong>und</strong>en, daß die<br />
Ergebnisse der topographischen Landesaufnahme in den Landeskartenwerken darzustellen <strong>und</strong> auf<br />
dem neuesten Stand zu führen sind. Ein Beitrag <strong>und</strong> eine maßgebliche Gr<strong>und</strong>lage zu einer modernen<br />
Verfahrensweise stellt dabei das ATKIS dar. In diesem ATKIS werden die topographischen Informationen<br />
objektstrukturiert in einer Datenbank gesammelt <strong>und</strong> aktuell für eine vielfältige Nutzung als staatliche<br />
Dienstleistung vorgehalten <strong>und</strong> abgegeben. Ein wesentliches Ziel von ATKIS ist dabei, daß von<br />
diesem Datenbestand amtliche topographische Karten abgeleitet werden sollen. Hierzu ist es notwen-<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Anhang<br />
107<br />
dig, nach neuen Methoden <strong>und</strong> Techniken zu suchen, d.h., geeignete Hard- <strong>und</strong> Software einzusetzen,<br />
um dieses Ziel zu erreichen.<br />
Für die Thüringer Kataster- <strong>und</strong> Vermessungsverwaltung soll die Umstellung von der bislang analogen<br />
auf eine rechnergestützte Herstellung <strong>und</strong> Bearbeitung der amtlichen Landeskartenwerke die nachstehend<br />
aufgeführten Ziele erreichen:<br />
K Effektivität <strong>und</strong> Rationalisierung in den jeweiligen Verfahrensabläufen zur Kartenherstellung <strong>und</strong> -<br />
bearbeitung.<br />
K Qualitative Verbesserungen in der inneren Genauigkeit der Topographischen Karten <strong>und</strong> in der<br />
gegenwärtigen Erscheinungsweise<br />
K Abbau eines bestehenden Aktualitätsrückstandes in den amtlichen Landeskartenwerken des<br />
Freistaates Thüringen<br />
K Erreichen eines Fortführungszyklus´ von fünf Jahren für die amtlichen Landeskartenwerke<br />
K Zeitliche Übereinstimmung zwischen dem Inhalt der amtlichen Landeskartenwerke <strong>und</strong> der Geobasisinformationen<br />
des ATKIS der amtlichen Landesvermessung<br />
K Aufbau einer digitalen <strong>kartographische</strong>n Datenbank mit einer blattschnittfreien Datenhaltung<br />
K Nutzung <strong>und</strong> Integration der Geobasisinformationen aus ATKIS für die Herstellung <strong>und</strong> Bearbeitung<br />
der amtlichen Landeskartenwerke<br />
K Einsparung von Ressourcen bei der Herstellung <strong>und</strong> Bearbeitung der amtlichen Landeskartenwerke<br />
2 Die rechnergestützte Verfahrenslösung<br />
2.1 Vorarbeiten<br />
Die ersten Überlegungen zur Automatisierung der Kartographie fanden im Jahr 1994 statt. Diese Bestrebungen<br />
mündeten 1995 in eine konzeptionelle Darstellung zur Automatisierung der Kartographie<br />
im Thüringer Landesvermessungsamt [MapSys, 1994]. Aufbauend auf dieser Konzeption erfolgte im<br />
gleichen Jahr eine Ausschreibung <strong>und</strong> Beschaffung eines hochauflösenden Trommelscanner/-<br />
recorders <strong>Modell</strong> LSP120 der schweizer Firma LÜSCHER Maschinenbau AG. Dieses Gerät erfüllte<br />
nach den vorgegebenen Auswahlkriterien die <strong>kartographische</strong>n Anforderungen sowohl in der Datenerfassung<br />
(Scannen) als auch in der Datenausgabe (Plotten). Im Jahresverlauf 1996 wurde begonnen,<br />
sich konkret mit den Erfordernissen von <strong>kartographische</strong>n Arbeitsplätzen zur rechnergestützten Herstellung<br />
<strong>und</strong> Bearbeitung von topographischen Karten auseinanderzusetzen. Auch hierzu lieferte die<br />
konzeptionelle Darstellung die Gr<strong>und</strong>lage. Vor der eigentlichen Ausschreibung <strong>und</strong> Beschaffung ergab<br />
sich die Möglichkeit zu einer Testinstallation eines <strong>kartographische</strong>n Arbeitsplatzes. Damit konnte in<br />
einer umfassenden Weise das Funktionalitäts- <strong>und</strong> Leistungsspektrum der <strong>kartographische</strong>n Software<br />
untersucht <strong>und</strong> kennengelernt werden. Parallel zu dieser Testinstallation wurden sowohl andere vorhandene<br />
Hard- <strong>und</strong> Softwarekonfigurationen als auch damit verb<strong>und</strong>ene Verfahrenslösungen untersucht.<br />
Ein besonders hervorzuhebendes Kriterium bei einem <strong>kartographische</strong>n Arbeitsplatz ist dabei:<br />
das Prinzip WYSIWYG 1 . Für einen Kartographen an einem Bildschirmarbeitsplatz bedeutet dies:<br />
Tausch des Gravurrings gegen die Mouse. Der Kartograph ist unter Nutzung dieses Prinzips in die<br />
Lage versetzt, unmittelbar am Bildschirm seine ausgeführten Bearbeitungsvorgänge sehen <strong>und</strong> gege-<br />
1 WYSIWYG: What you see is what you get.<br />
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Anhang<br />
108<br />
benenfalls nachbessern zu können. Ebenso lassen sich leicht verschiedene Darstellungsvarianten<br />
erzeugen, was z.B. bei Generalisierungsarbeiten anfällt. Der Kartograph arbeitet auch nicht mehr im<br />
klassischen Sinne vorlagengetrennt, sondern hat mit dem Einsatz von moderner Rechentechnik jederzeit<br />
direkten Zugriff auf alle Kartenelemente.<br />
2.2 Hard- <strong>und</strong> Software<br />
2.2.1 Hardware<br />
In der zweiten Jahreshälfte 1996 wurde begonnen die öffentliche Ausschreibung für die Beschaffung<br />
von <strong>kartographische</strong>n Arbeitsplätzen vorzubereiten, die im Herbst durchgeführt wurde. Zum Jahreswechsel<br />
1996/1997 erfolgte dann die Installation einer Gr<strong>und</strong>ausstattung. Diese <strong>kartographische</strong>n<br />
Arbeitsplätze wurden von der schweizer Firma Maptech AG geliefert. Dabei handelte es sich um IBM-<br />
Rechner vom Typ RS6000. Als Betriebssystem liegt AIX zugr<strong>und</strong>e. Die Rechnerarchitektur ist auf eine<br />
Client-Server-Lösung ausgelegt. Eine relationale Datenbank kommt auf dem Server zum Einsatz. Als<br />
Ausgabeeinheit ist ein auf SUN-Sparc basierender Printserver mit angeschlossenem Tintenstrahlplotter<br />
im Format DIN A 0 mit einer Auflösung von 300 dpi ∗ 300 dpi in diese Hardwarelösung miteinbezogen.<br />
Alle Arbeitsplätze sind in ein in-house-LAN 2 integriert. 1998 konnte die Gr<strong>und</strong>austattung mit weiteren<br />
Arbeitsplätzen erweitert werden, so daß derzeit sieben <strong>kartographische</strong> Arbeitsplätze eingerichtet<br />
sind.<br />
2.2.2 Software<br />
Als <strong>kartographische</strong> Software kommt das <strong>kartographische</strong> Informationssystem der Firma Maptech AG<br />
zum Einsatz. Dieses besteht im wesentlichen aus zwei leistungsfähigen Bausteinen: dem Maptech-<br />
Capturing-System (MCS) <strong>und</strong> dem Maptech-Mapping-System (MMS). Die relationale Datenbank ist<br />
eine INGRES-Datenbank <strong>und</strong> ermöglicht, daß die erzeugten <strong>kartographische</strong>n Vektordaten in einer<br />
objektstrukturierten Form blattschnittfrei oder wahlweise auch nach Einrichtung nach einer Kartenblatteinteilung<br />
(Index) gespeichert werden können. Insgesamt betrachtet darf wohl bei dieser Systemlösung<br />
durchaus von einem Kartographischen Informationssystem gesprochen werden, da wesentliche<br />
Funktionalitäten, die auch ein Geographisches Informationssystem definieren, in dieser Systemlösung<br />
berücksichtigt sind. Das Maptech-System umfaßt eine vollständige Produktionslösung zur rechnergestützten<br />
Herstellung <strong>und</strong> Bearbeitung von Karten. Mit dieser Systemlösung ist ein vollständiger<br />
Datenfluß von der Datenerfassung bis zur <strong>kartographische</strong>n Ausgabe realisiert, so daß von digitaler<br />
Kartographie gesprochen werden darf [Hurni/Christinat, 1996; Hurni, 1995].<br />
2.3 Verfahrensablauf<br />
Der Herstellungs- <strong>und</strong> Bearbeitungsablauf wird im folgenden am Beispiel der Topographischen Karte<br />
1:10000 (TK10) dargestellt. Die Abbildung 1 gibt dazu einen schematisierten Überblick. Begonnen<br />
wird mit dem Scannen der analogen Originale der TK10, d.h. mit dem Erzeugen von Rasterdaten mit<br />
dem Trommelscanner/-recorder. Nachdem die Rasterdaten im MCS georeferenziert <strong>und</strong> entzerrt sind,<br />
werden diese parametergesteuert in Vektordaten umgesetzt. Dies geschieht ebenenweise <strong>und</strong> objektstrukturiert.<br />
Einzelne Kartenzeichen <strong>und</strong> das Namensgut der Karte werden mittels Zeichen- <strong>und</strong><br />
Schrifterkennung in die digitale Form überführt. In diesem Stadium liegen alle erfaßten <strong>und</strong> benötigten<br />
Informationen als Achsgeometrien vor. Verbindet man diese Informationen mit einem prädefinierten<br />
2 LAN: Local Area Network<br />
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Anhang<br />
109<br />
Zeichensatz [ThürZIR-TK10, 1997], d.h. mit einem Font aus einer Library, so erhält man am Bildschirm<br />
eine objektstrukturierte <strong>und</strong> mit <strong>kartographische</strong>n Zeichen versehene TK10 (siehe Abbildung 2).<br />
Scannen der TK10-<br />
Originale, ebenenorient.<br />
(LSP120)<br />
Georeferenzierung<br />
Entzerrung der<br />
Raster daten über Blatteckenwerte<br />
Orthophotos<br />
Listen<br />
Vektorisierung<br />
der TK10-Rasterdaten,<br />
objektstrukturiert<br />
Topographisches<br />
Laufendhaltungsoriginal<br />
(TLO)<br />
Topographie<br />
Signaturenkatalog,<br />
Musterblatt<br />
Font<br />
Library<br />
(Zeichenbibliothek)<br />
Zeichen- <strong>und</strong> Schrifterkennung,<br />
Selektion benötigter<br />
Elemente<br />
Aktualisierter,<br />
geometrisch korrekter<br />
ATKIS-Datenbestand<br />
DLM 25/X.<br />
ATKIS<br />
Datenschema,<br />
DKM<br />
Datenbank<br />
ebenenorientierte,<br />
objektstrukturierte,<br />
signaturierte<br />
<strong>kartographische</strong> Daten<br />
ATKIS<br />
Schnittstelle für<br />
Datenimport<br />
ATKIS/ALK<br />
ALK<br />
Scannen<br />
des<br />
TLO<br />
Überlagerung/Verschneidung<br />
von kartograph. Daten mit<br />
ATKIS-DLM 25-Daten<br />
Map-<br />
Edi<br />
ALK-<br />
Gebäudedaten-<br />
Auswertung<br />
TLO als Hintergr<strong>und</strong>information<br />
(Fortführungsoriginal)<br />
Interaktives Bearbeiten<br />
des Karteninhaltes im<br />
Map-Editor<br />
Korrekturlesung<br />
Erstellen<br />
eines<br />
Prüfplots<br />
Digitale Topographische Karte<br />
(ebenen- <strong>und</strong> objektstrukturiert)<br />
Farbseparation<br />
RIP<br />
Farb-<br />
Dateie<br />
Druckfilmvorlagenherstellung<br />
(Belichter: LSP120)<br />
Druckerei<br />
Auflagendruck<br />
Abbildung 1:<br />
Verfahrensablauf Herstellung <strong>und</strong> Bearbeitung Digitaler Topographischer Karten, dargestellt<br />
am Beispiel der Topographischen Karte 1:10000 in der endgültigen Ausbaustufe<br />
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Anhang<br />
110<br />
Abbildung 2: Kartenausschnitt TK10 nach der Raster-Vektor-Konvertierung (vergrö ßert)<br />
Diese <strong>kartographische</strong>n Daten werden in die Datenbank überführt, wo sie für einen ständigen Zugriff<br />
zur Verfügung stehen.<br />
Um die TK10 zu aktualisieren, wird derzeit noch das Topographische Laufendhaltungsoriginal (TLO)<br />
als Rasterdatei erzeugt <strong>und</strong> als Hintergr<strong>und</strong>information den Vektordaten beigestellt. Dieser Vorgang<br />
erfolgt im MMS mit dem Editor <strong>und</strong> den zur Verfügung stehenden Funktionen des MMS. Die TK10 läßt<br />
sich damit am Bildschirm nach dem Prinzip WYSIWYG aktualisieren, d.h. die veralteten <strong>kartographische</strong>n<br />
Daten werden durch die neuen topographischen Zustandsinformationen ersetzt. Das bedeutet<br />
auch, daß über diese Vorgehensweise die alten Daten der Datenbank durch die neuen Informationen<br />
überschrieben werden. Die Bearbeitung erfolgt interaktiv, vektoriell <strong>und</strong> signaturiert (Abbildung 3, 4).<br />
Abbildung 3: Kartenausschnitt TK10 mit hinterlegtem TLO zur Aktualisierung (vergrößert)<br />
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Anhang<br />
111<br />
Abbildung 4: Kartenausschnitt TK10, (© Thüringer Landesvermessungsamt, 1998)<br />
Zukünftig ist vorgesehen, daß die TK10 auf der Gr<strong>und</strong>lage des aktuell geführten ATKIS-Datenbestandes<br />
hergestellt wird; im Verfahrensablauf ist dies so vorgesehen (vgl. Abbildung 1). Hierbei werden die<br />
ATKIS-Daten im EDBS 3 -Format über eine Datenkonvertierung in die Hard- <strong>und</strong> Softwareumgebung<br />
des Maptech-Systems überführt. Die Datenkonvertierung ist eine sogenannte programmierte Schnittstellenlösung<br />
<strong>und</strong> unter der Bezeichnung CITRA (Firma CISS-TDI, Sinzig/Rh.) bekannt. Die Datenkonvertierung<br />
<strong>und</strong> -übernahme von ATKIS-Daten für die rechnergestützte Herstellung der TK10 wird<br />
derzeit in einem Testvorhaben untersucht. Aber auch die Übernahme von ausgewählten Informationen<br />
aus der Automatisierten Liegenschaftskarte (ALK) wird in den Verfahrensablauf mit einbezogen,<br />
insbesondere die Übernahme des Gebäudegr<strong>und</strong>risses. Dieser Sachverhalt wird zu einem späteren<br />
Zeitpunkt zu untersuchen <strong>und</strong> durchzuführen sein, wobei hier Generalisierungsfunktionen zum tragen<br />
kommen werden.<br />
3 Stand der Arbeiten, Erfahrungen, Ziele<br />
Zum gegenwärtigen Zeitpunkt wurden fünf Topographische Karten 1:10000 rechnergestützt nach dieser<br />
Methodik hergestellt <strong>und</strong> gedruckt. Dabei zeigte sich bereits bei der ersten TK10, daß eine erheblich<br />
gesteigerte graphische Qualität gegeben ist (Abbildung 5). Die graphische Qualität hatte sich in<br />
den analogen Originalvorlagen, bedingt durch die konventionelle Herstellungsweise, wie z.B. Umkopieren,<br />
im Laufe der Zeit verschlechtert.<br />
Zu Beginn der Herstellungsarbeiten für die TK10 waren zunächst einige zeitintensive Arbeitsvorbereitungen<br />
auszuführen. Die Generierung <strong>und</strong> Implementierung des Zeichenschlüssels für die TK10 auf<br />
der Gr<strong>und</strong>lage der ThürZIR-TK10 gehörte dazu, d.h. die einzelnen Kartenzeichen mußten alle mit dem<br />
Font-Editor konstruiert <strong>und</strong> definiert werde, des weiteren das vollständige Erscheinungsbild für die<br />
TK10 mit Kartenrahmen, Kartennetz, Legende <strong>und</strong> Farbgebung. Bei den Editierarbeiten der Karten-<br />
3 EDBS: Einheitliche Datenbank-Schnittstelle, Datenformat im Bereich des amtlichen Vermessungswesens<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Anhang<br />
112<br />
zeichen wurde im besonderen darauf geachtet, daß diese mit der Objektbildung des ATKIS in Übereinstimmung<br />
stehen. Dieser Sachverhalt ist wichtig für die Übernahme von Informationen aus ATKIS<br />
<strong>und</strong> deren <strong>kartographische</strong>r Visualisierung.<br />
Abbildung 5: Visualisierte <strong>und</strong> signaturierte ATKIS-DLM 25/1-Daten (© Thüringer Landesvermessungsamt, 1998)<br />
Ein weiterer gr<strong>und</strong>sätzlicher Arbeitsvorbereitungsschritt stellte die Wahl der Auflösung der zugr<strong>und</strong>eliegenden<br />
Rasterdaten dar, mit welchen die Raster-Vektor-Konvertierung ausgeführt wurde.<br />
Aus umfangreichen Versuchen ergab sich für die Auflösung ein Wert von 800 dpi. Mit diesem Auflösungswert<br />
werden die Rasterdaten mit dem Trommelscanner/-recorder erzeugt, der rechnergestützten<br />
Kartographie zur Kartenherstellung übergeben <strong>und</strong> in das MCS geladen. Die Raster-Vektor-<br />
Konvertierung erfolgt mittlerweile vollständig in einem Batch-Betrieb, wobei dieser Ablauf ebenfalls<br />
durch Parameter gesteuert wird. Diese sind so gewählt <strong>und</strong> optimiert worden, daß ein hoher Konvertierungsgrad<br />
erzielt wird, der sich mit 85 % bis 90 % umschreiben läßt. Konflikte treten nur noch dort<br />
auf, wo keine Eindeutigkeiten in der Linienführung der umzusetzenden Rasterdaten vorliegt.<br />
Nach dem Vorliegen der mit Kartenzeichen versehenen Vektordaten <strong>und</strong> den durchgeführten Aktualisierungsarbeiten<br />
zeigte sich im gesamten Verfahrensablauf nach dem derzeitigen Stand zum einen<br />
eine Materialeinsparung [Brunner, 1995] <strong>und</strong> zum anderen eine zeitliche Verkürzung in der Bearbeitung<br />
der digitalen TK10. Insgesamt läßt sich dieser Effekt derzeit mit näherungsweise 20 % fixieren.<br />
Eine Steigerung des Rationalisierungseffektes ist noch möglich. Bislang ist die automatische Schrifterkennung<br />
noch nicht umfassend eingesetzt worden, so daß auch noch keine direkten Aussagen hierzu<br />
getroffen werden können. Auch steht noch eine eingehende Beschäftigung mit den vorhandenen<br />
Generalisierungsfunktionen aus. Die Thematik der Generalisierung ist beim Maßstab 1:10000 nicht<br />
vordergründig. Lediglich im Falle der Übernahme von Gebäudeinformationen aus der ALK käme sie<br />
zum Einsatz. Auf jeden Fall erlangt sie Bedeutung bei der Herstellung bzw. Ableitung von Folgemaßstäben.<br />
Als unmittelbar nächstes Ziel wird die Einführung des frequenzmodulierten Rasters bei der TK10 zur<br />
weiteren Verbesserung des graphischen Erscheinungsbildes anstehen. Anschließend wird die Nutzung<br />
von ATKIS-Daten des Digitalen Landschaftsmodells 1:25000 in seiner 2. Ausbaustufe (ATKIS-<br />
DLM-25/2) für die rechnergestützte Herstellung <strong>und</strong> Bearbeitung der TK10 angegangen werden. Die<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Anhang<br />
113<br />
ersten Resultate der Konvertierung <strong>und</strong> Übernahme von ATKIS-Daten mit der Schnittstellenlösung<br />
CITRA haben die Funktionalität der Schnittstelle nachgewiesen (Abbildung 5, 6).<br />
Abbildung 6: Kartenausschnitt TK10 mit übernommenen ATKIS DLM 25/1-Daten<br />
Da die ATKIS-Daten nicht unbedingt einer <strong>kartographische</strong>n Betrachtungsweise entsprechen <strong>und</strong><br />
somit strukturelle Konflikte vorhanden sind <strong>und</strong> auftreten, bedarf es bisweilen umfangreicher interaktiver<br />
<strong>kartographische</strong>r Nachbearbeitung. Doch mit dem suksessiven Anwachsen von verfügbaren<br />
ATKIS-Daten wird es zu einem Zeitpunkt möglich sein, eine digitale Basiskarte 1:10000 mit der eingesetzten<br />
Hard- <strong>und</strong> Software in einem geschlossenen Datenfluß bis hin zur Druckfilmausgabe herstellen<br />
<strong>und</strong> bearbeiten zu können.<br />
4 Literatur<br />
[Brunner, 1995]<br />
[Hurni, 1995]<br />
[Hurni/Christinat, 1996]<br />
[MapSys, 1994]<br />
[Maptech, o.J.]<br />
[ThürZIR-TK10, 1997]<br />
Brunner, Kurt: Digitale Bearbeitung von Karten auf der Basis analoger Gr<strong>und</strong>lagen<br />
- Prinzip <strong>und</strong> Anwendung<br />
Mitteilungsblatt des Deutschen Vereins für Vermessungswesen Landesverein<br />
Rheinland-Pfalz in Zusammenarbeit mit dem Landesverein Saarland e.V., Heft<br />
1/1995, 44 JG, Mainz, 1995, S. 9-23<br />
Hurni, Lorenz: <strong>Modell</strong>hafte Arbeitsabläufe zur digitalen Erstellung von topographischen<br />
<strong>und</strong> geologischen Karten <strong>und</strong> dreidimensionale Visualisierungen<br />
Vermessung, Photogrammetrie, Kulturtechnik, Nr. 4, 1995, S. 278-283<br />
Hurni, Lorenz; Christinat, Rolf: Anforderungen an ein modernes digitales Produktionssystem<br />
Vermessung, Photogrammetrie, Kulturtechnik, Nr.9, 1996, S. 473-481<br />
Computergestützte Bearbeitung der topographischen Arbeiten beim Landesvermessungsamt<br />
Thüringen, Fassung vom 19.12.1994 mit Ergänzungen vom<br />
28.06.1995<br />
MapSys GmbH, Karlsruhe, unveröffentlicht<br />
Maptech-Capturing-System, Maptech-Mapping-System<br />
Systemdokumentation, Firma Maptech AG, Horw, o.J.<br />
Thüringer Zeichenvorschrift, Instruktion <strong>und</strong> Redaktionsanweisung für die Bearbeitung<br />
der Topographischen Karten 1:10000 <strong>und</strong> des Topographischen<br />
Stadtplanes 1:10000 (ThürZIR-TK10)<br />
Thüringer Innenministerium, Kataster- <strong>und</strong> Vermessungswesen, Erfurt, 1997<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Anhang<br />
114<br />
11.3 Ergänzung zur Verdrängung mittels Energieminimierung<br />
11.3.1 Energieintegral<br />
Während in der Mustererkennung die aktiven Splines den unscharfen Konturen angelagert<br />
werden, erfolgt in der automatisierten Verdrängung eine Abstoßung von Linien. Gemeinsam<br />
ist beiden Anwendungen die Verschiebung <strong>und</strong> Verformung von Linien unter Einwirkung äußerer<br />
Zwänge. Demzufolge gleichen sich die Ansätze, wobei eine Unterteilung in innere <strong>und</strong><br />
äußerer Energie erfolgt.<br />
1<br />
Eges<br />
ds = ( Eext<br />
+ Eint<br />
) ds =<br />
0<br />
1<br />
0<br />
Die innere Energie wird verwendet, um die Forderungen an die Liniengestalt zu modellieren.<br />
Dabei besteht der Wunsch, das „Typische“ der Linien möglichst zu erhalten. Im Gegensatz<br />
zur Anwendung der Snakes in der Bildverarbeitung ist man also an einer minimalen Gestaltsänderung<br />
interessiert. Diese wird zunächst hervorgerufen durch notwendige Verdrängungen<br />
in Bereichen zu hoher Objektkonzentration. Die äußere Energie beschreibt zu geringe<br />
Abstände zwischen den Linienabschnitten.<br />
Schließlich werden beide Effekte in die Energieminimierung sämtlicher Linien einbezogen.<br />
Dazu wird über die Gesamtenergie E ges ,entlang jeder Linie mit der Bogenlänge s, s ∈ [0,1],<br />
integriert.<br />
Min<br />
11.3.2 Innere Energie<br />
Die interne Energie E int wird benutzt, um die ursprüngliche Gestalt der Linienobjekte möglichst<br />
gut zu erhalten. Die Form der Linie ist zunächst durch den Vektor v(s) = (x(s), y(s))<br />
festgelegt. In Bereichen hoher Kartenbelastung müssen Objekte verdrängt werden, d.h. sowohl<br />
die Lage, als auch die Form der Linien ändern sich. Der Umfang der Verdrängung wird<br />
dabei durch die externe Energie bestimmt. Freiheitsgrade bestehen noch in der Wahl der<br />
Ableitungen von v(s) = (x(s), y(s)).<br />
Fordert man hier möglichst große Übereinstimmung zwischen Original <strong>und</strong> verdrängter Linie,<br />
können die charakteristischen Eigenschaften der Linie erhalten werden. Die Veränderung<br />
gegenüber dem ursprünglichen Zustand wird durch den Vektor w(s) beschrieben:<br />
w : = ( x - x<br />
w : = ( x<br />
w<br />
s<br />
ss<br />
s<br />
: = ( x<br />
ss<br />
0<br />
- x<br />
- x<br />
, y - y<br />
0<br />
s<br />
, y<br />
0<br />
ss<br />
s<br />
, y<br />
) ,<br />
- y<br />
ss<br />
0<br />
0<br />
s<br />
- y<br />
) ,<br />
0<br />
ss<br />
) .<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Anhang<br />
115<br />
Tiefgestellte Indizes bezeichnen die partiellen Ableitungen nach der Bogenlänge s. Die interne<br />
Energie nimmt damit folgende Gestalt an:<br />
2<br />
E = ( α w + β w ) 2 .<br />
int<br />
s<br />
ss<br />
2<br />
Formal stimmt dieser Ausdruck mit der für Snakes eingeführten inneren Energie überein.<br />
Ähnlich ist die physikalische Interpretation; so beschreibt die erste Ableitung das Dehnungsverhalten<br />
in Längsrichtung. Die zweite Ableitung modelliert das Biegeverhalten des Splines<br />
<strong>und</strong> wirkt demzufolge in Querrichtung.<br />
Der wesentliche Unterschied zu den Snakes der Bildverarbeitung besteht darin, daß hier<br />
nicht Splines minimaler Dehnung bzw. Krümmung gesucht sind, sondern Splines, die nur<br />
geringe Abweichungen in Länge <strong>und</strong> Krümmung bezüglich des ursprünglichen Zustandes<br />
aufweisen. Demzufolge werden während der Verdrängung die Differenzen in den ersten <strong>und</strong><br />
zweiten Ableitungen (w s , w ss ) minimiert <strong>und</strong> damit die Gestaltsänderungen klein gehalten.<br />
11.3.3 Äußere Energie<br />
Die externe Energie E ext wird verwendet, um Konfliktsituationen von Linien zu beschreiben.<br />
Sie ist null, wenn keine Verdrängungsobjekte innerhalb eines gegebenen Mindestabstandes<br />
h vom Ort v i =[x i ,y i ] Τ liegen. Der Punkt P i bezeichnet hier eine beliebige Stützstelle i der Linie<br />
L I (siehe Abbildung 42). Unterschreiten Linien oder andere Verdrängungsobjekte den Hard-<br />
Core-Abstand, entsteht ein Verdrängungspotential E ext (v i ) > 0 im Punkt P i . Dieses wird um so<br />
größer, je länger das innerhalb des Hard-Core-Abstandes verlaufende Linienstück <strong>und</strong> je<br />
geringer die Entfernung zu P i ist. Der einfachste Ansatz, der den genannten Anforderungen<br />
entspricht, lautet:<br />
(1<br />
− a h)<br />
: a < h<br />
Eext ( v<br />
i<br />
) ∼ <br />
.<br />
0 : a ≥ 0<br />
Dabei ist a(t j ) der Abstand zwischen dem Linienelement, welches die Verdrängung ausübt,<br />
<strong>und</strong> dem Aufpunkt P i , für den das Verdrängungspotential bestimmt werden soll. Die Berechnung<br />
erfolgt durch gleitende Mittelbildung. Der Parameter t j ergibt sich hier aus dem Verhältnis<br />
von Schrittweite ∆ <strong>und</strong> individuellem Stützstellenabstand:<br />
t<br />
j<br />
=<br />
∆<br />
d<br />
i,<br />
j+<br />
1<br />
,<br />
t<br />
j<br />
∈<br />
[ 0,1) .<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Anhang<br />
116<br />
Die Schrittweite wird fest vorgegeben <strong>und</strong> kann beliebig klein gewählt werden (mindestens<br />
eine Größenordnung kleiner als der durchschnittliche Stützstellenabstand). Für ∆→0 entspricht<br />
dies einer quasi kontinuierlichen Verdrängung.<br />
Abbildung 42: Beispiel zur Bestimmung des Verdrängungspotentials<br />
11.3.4 Variationsverfahren <strong>und</strong> Eulergleichungen<br />
Nach der Beschreibung der Zielfunktion, respektive Konstruktion der Gesamtenergie, wird<br />
jetzt eine Variation des Energieintegrals durchgeführt. Die Lösung der entstehenden Eulergleichung<br />
liefert die Linienkoordinaten, welche das Optimalitätskriterium, minimale Gesamtenergie,<br />
erfüllen. Heute ist die Anwendung von Extremalprinzipien überall in den Natur- <strong>und</strong><br />
Ingenieurwissenschaften verbreitet, in der Geodäsie z.B. bei der Darstellung der geodätischen<br />
Linie in Form der Eulerschen Gleichungen (Grafarend 1995). Dabei bleibt dem Anwender<br />
die wesentliche Aufgabe, eine dem Problem angepaßte Lagrange-Funktion aufzustellen<br />
bzw. geeignete Energien zu definieren.<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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Anhang<br />
117<br />
Zur Lösung der Euler-Gleichungen<br />
∂E<br />
∂x<br />
∂Eext<br />
∂y<br />
ext<br />
−α(<br />
x<br />
−α(<br />
y<br />
ss<br />
ss<br />
− x<br />
− y<br />
0<br />
ss<br />
0<br />
ss<br />
) + β ( x<br />
) + β ( y<br />
ssss<br />
ssss<br />
− x<br />
− y<br />
0<br />
ssss<br />
0<br />
ssss<br />
) = 0<br />
) = 0<br />
,<br />
erfolgt die Diskretisierung mittels finiter Differenzen. Nach Umformung ergeben sich zwei<br />
entkoppelte Matrizengleichungen:<br />
t<br />
( A + γI)(<br />
x − x<br />
t<br />
( A + γI)(<br />
y<br />
0<br />
) = γ ( x<br />
0<br />
t<br />
− y ) = γ ( y<br />
t−1<br />
−1<br />
− x<br />
0<br />
) − E<br />
0<br />
− y ) − E<br />
ext<br />
x<br />
ext<br />
y<br />
( x<br />
( x<br />
t−1<br />
t−1<br />
t<br />
, y<br />
t<br />
, y<br />
−1<br />
−1<br />
)<br />
)<br />
,<br />
,<br />
wobei A eine Pentadiagonalmatrix ist, deren Elemente aus den Koeffizienten α <strong>und</strong> β der<br />
inneren Energie zusammengesetzt werden (Burghardt <strong>und</strong> Meier 1997a). Die Vektoren x t<br />
bzw. y t bezeichnen die x- bzw. y-Koordinaten der Linie im gegenwärtigen Iterationsdurchgang.<br />
Die x 0 bzw. y 0 enthalten die x- bzw. y-Koordinaten der ursprünglichen Linie. Eine Lösung<br />
der entkoppelten Matrizengleichungen erfolgt mittels Cholesky-Zerlegung. Dabei handelt<br />
es sich um eine symmetrische Version der LR-Zerlegung für positiv definite Matrizen.<br />
Das Prinzip der minimalen inneren <strong>und</strong> äußeren Energie wurde bereits auf die Probleme<br />
Linienverdrängung, Flächenverdrängung <strong>und</strong> Randbearbeitung angewendet; weitere Funktionen<br />
sind in Arbeit. Erste Tests zeigten bereits sehr gute Resultate. Ein großer Vorteil dieser<br />
Methode ist, daß sie auf praktisch jedes Platzierungsproblem angewendet werden kann, weil<br />
sie die beiden Forderungen nach Einhaltung von Minimaldistanzen <strong>und</strong> Gewährleistung der<br />
Formtreue umsetzt.<br />
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Anhang<br />
118<br />
11.4 Kartenbeispiele<br />
11.4.1 Topographische Karte 1:10000<br />
• 4742-SW Grimma (unbearbeitet)<br />
• 4742-SW Grimma (bearbeitet)<br />
11.4.2 Topographische Karte 1:50000<br />
• L 4954 Görlitz<br />
• L 51514 Zittau<br />
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Literatur<br />
119<br />
12 Literatur<br />
AdV-Konzept (1999): Fortschreibung des AdV-Konzepts für die <strong>Modell</strong>ierung der Geoinformationen<br />
des amtlichen Vermessungswesen. Bearbeitet von der Expertengruppe Datenmodell/Datenaustausch<br />
des AdV-Arbeitskreises Informations- <strong>und</strong> Kommunikationstechnik.<br />
Bobrich, J. (1996): Ein neuer Ansatz zur <strong>kartographische</strong>n Verdrängung auf der Gr<strong>und</strong>lage<br />
eines mechanischen Federmodells. Deutsche Geodätische Komission, Reihe C, Nr.<br />
455, 1996.<br />
Burghardt, D.; Meier, S. (1997a): Cartographic Displacement Using the Snakes Concept. In:<br />
Förstner, W.; Plümer, L. (eds.): Semantic Modeling for the Acquisition of Topografic Information<br />
from Images and Maps, Birkhäuser Verlag, Basel, 1997.<br />
Burghardt, D.; Meier, S. (1997b): Kartographische Verdrängung nach Extremalprinzipien.<br />
Zeitschrift für Vermessungswesen, 122(1997)8.<br />
Brassel, K. (1990): Computergestützte Generalisierung. In: Kartographisches Generalisieren,<br />
Kartographische Publikationsreihe Nummer 10, Herausgegeben von der Schweizerischen<br />
Gesellschaft für Kartographie, 1990.<br />
Grafarend, E. W.; You R. J. (1995): The Newton Form of a geodesic in Maupertuis gauge on<br />
the sphere and the biaxial ellipsoid I/II. ZfV, Heft 2 and 10, 1995.<br />
Grimm, W. (1993): Eine neue Kartengraphik für das digitale <strong>kartographische</strong> <strong>Modell</strong> “Atkis-<br />
DKM 25”. Kartographische Nachrichten, Heft 2, 1993.<br />
Gros, F. J. (1999a): Digitale Kartographie beim Thüringer Landesvermessungsamt. Vermessung,<br />
Photogrammetrie, Kulturtechnik, Heft 5, 1999.<br />
Gros, F. J. (1999b): Digitale Kartographie beim Thüringer Landesvermessungsamt. Kartographische<br />
Nachrichten, Heft 2, 1999.<br />
Grünreich, D. (1997): Kartographie 2000 – Perspektiven der Kartographie in der Informationsgesellschaft.<br />
Kartographische Nachrichten, Heft 5, 1997.<br />
Harbeck, R. (1987): Das AdV-Vorhaben „Amtliches Topographisch-Kartographisches Informationssystem<br />
(ATKIS)“ – Inhaltliche Konzepte. Nachrichten aus dem Karten- <strong>und</strong><br />
Vermessungswesen, Reihe I, Heft 99, 1987.<br />
Harbeck, R. (1997): Das Geoinformationssystem ATKIS auf dem Wege der Realisierung. In:<br />
Wiener Schriften zur Geographie <strong>und</strong> Kartographie, Band 8, 1997.<br />
Heyde, K.v.d. (1996): Stand <strong>und</strong> Entwicklung graphischer Ausgaben. In: Das Geoinformationssystem<br />
ATKIS <strong>und</strong> seine Nutzung in Wirtschaft <strong>und</strong> Verwaltung. 3. AdV-<br />
Symposium, Landesvermessungsamt Rheinland-Pfalz, 1996<br />
Kass, M.; Witkin, A., Terzopoulos, D. (1987): Snakes: Active Contour Models. Proceedings of<br />
the First International Conference on Computer Vision, IEEE Comput. Soc. Press,<br />
1987.<br />
Lamy, S.; Ruas, A.; Demazeau Y.; Jackson, M.; Mackaness, W.; Weibel, R. (1999): The Application<br />
of Agents in Automated Map Generalisation. Proceedings 19 th ICA Meeting,<br />
Ottawa, 1999.<br />
Lecordix, F.; Plazanet, C.; Lagrange J.-P. (1997): A Platform for Research in Generalization:<br />
Application to Caricatur. GeoInformatica, Vol. 1, Number 2, 1997.<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
Maptech AG, Ebenaustr. 10, CH-6048 Horw-Luzern
Literatur<br />
120<br />
Maptech AG (1999): Kartographische Informationssysteme <strong>und</strong> automatisierte Geodatenerfassung.<br />
Vermessung, Photogrammetrie, Kulturtechnik, Heft 5, 1999.<br />
Mathur, A.; Hausamman, P. (1997): Umwandlung analoger Daten in originalgetreue computertauglich<br />
Geoinformationen – auf hohem Standard. Kartographische Schriften Bd. 3,<br />
Digitale Kartentechnologie, 21. Arbeitskurs Niederdollendorf, 1997.<br />
Meier, S. (1993): Zur Mathematischen F<strong>und</strong>ierung der Digitalkartographie. AVN 100, Seiten<br />
197-199, 1993.<br />
Meier, S. (2000): Die Snakes-Approximation als Hilfsmittel der Geodaten-Verarbeitung. In<br />
Vorbereitung für AVN, 2000.<br />
Ruas, A. (1995): Multiple Paradigms for Automating Map Generalization: Geometry, Topology,<br />
Hierarchical Partioning and Local Triangulation. Proceedings of Auto Carto 12,<br />
1995.<br />
Ruas, A.; Plazanet, C. (1996): Strategies for automated generalization. Proceedings 7 th International<br />
Symposium on Spatial Data Handling, Delft, Netherlands, 1996.<br />
Ruas, A. (1998): OO-Constraint modelling to automate urban generalisation process. Proceedings<br />
8 th International Symposium on Spatial Data Handling, Vancouver, Canada,<br />
1998.<br />
Schoppmeyer, J.; Heisser, M. (1995): Behandlung von Geometrietypwechseln in GIS. Nachrichten<br />
aus dem Karten- <strong>und</strong> Vermessungswesen, Reihe I, Heft 113, Seiten 209-224,<br />
1995.<br />
Schürer, D. (1998): Die <strong>Modell</strong>generalisierung von linienförmigen Objekten beim Übergang<br />
vom DLM25 zum DLM200. Nachrichten aus dem Karten- <strong>und</strong> Vermessungswesen,<br />
Reihe I, Heft 118, Seiten 97-111, 1998.<br />
Schürer, D. (1999): Die <strong>Modell</strong>generalisierung von flächenhaften Objekten beim Übergang<br />
von DLM25 zum DLM200. Mitteilungen des B<strong>und</strong>esamtes für Kartographie <strong>und</strong> Geodäsie<br />
Bd. 2, Arbeitsgruppe Automation in der Kartographie, Seiten 95-114, 1999.<br />
Spiess, E. (1990): Siedlungsgeneralisierung. In: Kartographisches Generalisieren, Kartographische<br />
Publikationsreihe Nummer 10, Herausgegeben von der Schweizerischen Gesellschaft<br />
für Kartographie, 1990.<br />
Vickus, G. (1994): Digitale topographische <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Modell</strong>e sowie Entwicklung<br />
ihrer Überführungsstrukturen am Beispiel von ATKIS. Schriftenreihe des Instituts für<br />
Kartographie <strong>und</strong> Topographie der Rheinischen Friedrich-Wilhelm-Universität Bonn,<br />
Heft 20, 1994.<br />
Weibel, R.; Dutton, G. H. (1998): Constraint-based automated map generalization. Proceedings<br />
8 th International Symposium on Spatial Data Handling, Vancouver, Canada, 1998.<br />
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Abbildungsverzeichnis<br />
121<br />
13 Abbildungsverzeichnis<br />
Abbildung 1: ALKIS/ATKIS-Referenzmodell (AdV-Konzept 1999)................................................... 7<br />
Abbildung 2:<br />
Ableitung des DLM50 aus dem Basis-DLM <strong>und</strong> Ableitung der DTK10/25 aus<br />
dem Basis-DLM bzw. der DTK50 aus dem DLM50 .................................................... 8<br />
Abbildung 3: Konzept zur Ableitung sämtlicher topographischer Karten aus dem Basis-DLM........ 9<br />
Abbildung 4:<br />
Erzeugung eines semantisch generalisierten Digitalen Zwischenmodells beim<br />
Übergang zum DLM250 ............................................................................................ 17<br />
Abbildung 5: Ablauf der <strong>Modell</strong>generalisierung (Schürer 1999)..................................................... 19<br />
Abbildung 6:<br />
Verwendung des Straßennetzes zur Einführung von „Meso-Agenten“,<br />
repräsentiert durch einen „smiley“ (Lamy et al. 1999)............................................... 21<br />
Abbildung 7: Zustandsbeschreibung im AGENT-Konzept (Lamy et al. 1999) ............................... 21<br />
Abbildung 8: Beispiel 1 zur Gebäudegeneralisierung (Ruas 1998) ............................................... 22<br />
Abbildung 9: Bewertung für die Einhaltung von Zwangsbedingungen........................................... 23<br />
Abbildung 10: Beispiel 2 zur Gebäudegeneralisierung (Ruas 1998) ............................................... 23<br />
Abbildung 11:<br />
Analogie zwischen Konturerkennung (Anlagerung eines Splines an eine<br />
unscharfe Kontur; links) <strong>und</strong> einseitiger oder gegenseitiger Linienverdrängung<br />
(rechts) im Konzept energieminimierender Splines (Snakes)................................... 25<br />
Abbildung 12: Konzept der Energieminimierung zur automatisierten Linienverdrängung ............... 26<br />
Abbildung 13:<br />
ATKIS-Generalisierungssystem unter Realisierungs- <strong>und</strong> Produktionsaspekten<br />
(Vickus 1994)............................................................................................................. 27<br />
Abbildung 14: User-Interface für verschiedene Generalisierungsfunktionen................................... 32<br />
Abbildung 15: Beispiel zur Linienverdrängung (© Landesvermessungsamt Sachsen, 1999) ......... 34<br />
Abbildung 16:<br />
Abbildung 17:<br />
Abbildung 18:<br />
Abbildung 19:<br />
Gebäudeverdrängung – Screenshots vor <strong>und</strong> nach der Verdrängung<br />
(© Landesvermessungsamt Sachsen, 1999) ............................................................ 36<br />
Joblisten.....................................................................................................................37<br />
Kombinierte Linien- <strong>und</strong> Flächenverdrängung<br />
(© Landesvermessungsamt Sachsen, 1999) ............................................................ 38<br />
Gebäudeverdrängung mit Beseitigung von Restkonflikten durch Vereinfachung<br />
<strong>und</strong> Verkleinerung (© Landesvermessungsamt Sachsen, 1999)................ 39<br />
Abbildung 20: Flächenrandobjekt für automatisierte Randbearbeitung ...........................................40<br />
Abbildung 21: Objektspezifische Parameter bei der Randbearbeitung............................................ 41<br />
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Abbildungsverzeichnis<br />
122<br />
Abbildung 22: User-Interface für die automatisierte Randbearbeitung ............................................43<br />
Abbildung 23: Beispiel zur Randbearbeitung eines Stadtplanes, Maßstab 1:15000,<br />
(© Vermessungsamt Sindelfingen, 1999) ................................................................. 45<br />
Abbildung 24: Beispiel zur automatisierten Randbearbeitung, Deutschland 1:250000,<br />
(© Verlag Kümmerly+Frey, 1999) ............................................................................. 46<br />
Abbildung 25: Legende mit maptech-Software entworfen................................................................ 49<br />
Abbildung 26:<br />
Ableitung der DTK10 aus dem ATKIS Basis-DLM<br />
(© Landesvermessungsamt Sachsen, 1999) ............................................................ 51<br />
Abbildung 27: Ableitung der DTK10 am Thüringer Landesvermessungsamt ..................................54<br />
Abbildung 28:<br />
Visualisierung von Daten des ATKIS-Basis-DLM mit ALK-Gebäuden<br />
(© Thüringer Landesvermessungsamt, 1999)........................................................... 56<br />
Abbildung 29: Beispiel einer Signatur aus dem SK10...................................................................... 56<br />
Abbildung 30: Ablaufschema zur Ableitung einer Digitalen Topographischen Karte....................... 59<br />
Abbildung 31: Anteil an den Gesamtkosten /-aufwand .................................................................... 61<br />
Abbildung 32: Bestimmung von Grenzen für Umgebungsobjekte aus Linienobjekten .................... 68<br />
Abbildung 33: Erhalten von Koordinatenmutationen bei Änderung des Basis-Objektes ................. 70<br />
Abbildung 34: Beispiel Funktionsweise Set...................................................................................... 71<br />
Abbildung 35: Flächenvereinfachung für abgeleiteten Datensatz.................................................... 71<br />
Abbildung 36: DTK10 Verfahrensablauf........................................................................................... 92<br />
Abbildung 37: DTK25 Verfahrensablauf........................................................................................... 93<br />
Abbildung 38: DTK50 Verfahrensablauf........................................................................................... 94<br />
Abbildung 39: Teilausschnitt mit ALK-Gebäuden........................................................................... 103<br />
Abbildung 40: Teilausschnitt mit generalisieren ALK-Gebäuden ................................................... 103<br />
Abbildung 41: Gebäudegeneralisierung für Maßstab 1:10000 <strong>und</strong> 1:25000.................................. 104<br />
Machbarkeitsstudie zum AdV-Forschungs- <strong>und</strong> Entwicklungsvorhaben <strong>„ATKIS</strong>: <strong>Modell</strong>- <strong>und</strong> <strong>kartographische</strong> <strong>Generalisierung“</strong><br />
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