Einsatz von eCognition am Beispiel von Luftbilddaten von Rankweil ...
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<strong>Einsatz</strong> <strong>von</strong> <strong>eCognition</strong><br />
<strong>am</strong> <strong>Beispiel</strong> <strong>von</strong> <strong>Luftbilddaten</strong><br />
<strong>von</strong> <strong>Rankweil</strong> - Vorarlberg
Übersicht<br />
1. Zielsetzungen<br />
2. Gebäudeextraktion mit <strong>eCognition</strong> aus<br />
<strong>Luftbilddaten</strong><br />
3. Resultate und Validierung<br />
4. Schlussfolgerungen
Zielsetzungen<br />
Schnittstelle Landes GIS – Fernerkundung<br />
Digitale Katastralmappe<br />
<strong>Luftbilddaten</strong><br />
Aktualitätsproblematik<br />
Automatisierte Kontrolle<br />
aus <strong>Luftbilddaten</strong><br />
• Evidenthaltung digitaler<br />
Planungsgrundlagen<br />
• Weiterführende Anwendungen<br />
(Flächenverbrauch, Versiegelung, ...)
Zielsetzungen<br />
Entwicklung eines Verfahrens zur Extraktion <strong>von</strong> Geodaten<br />
(Gebäuden) aus Luftbildern<br />
Hoher Automatisierungsgrad bei gleichzeitiger großer<br />
Zuverlässigkeit des Verfahrens<br />
Laufende Aktualisierungsmöglichkeit<br />
Operationelle und flächendeckende Anwendung des Verfahrens
Zielsetzungen<br />
Anspruch:<br />
– Komplexitat höchstauflösender Fernerkundungsdaten<br />
erfordert <strong>Einsatz</strong> innovativer Auswerteverfahren<br />
Lösung:<br />
– Traditioneller Ansatz: pixelbasierte Methoden<br />
– Innovativer Ansatz: objektorientierte (segmentbasierte)<br />
Methoden<br />
Bildanalysesoftware<br />
<strong>eCognition</strong>
<strong>eCognition</strong> – ein Überblick<br />
Ablauf der Bildanalyse in <strong>eCognition</strong><br />
E-/GIS-Daten Geoinformation<br />
Datenimport Segmentierung “Regelwerk” Klassifikation Datenexport<br />
lddaten, GIS-Layer,<br />
eninformation, etc.<br />
Hierarchisches Netz<br />
<strong>von</strong> Bildobjekten<br />
(Aufbau der Datenbank)<br />
Klassendefinition<br />
(Abfrageregeln<br />
der Datenbank)<br />
Abfrage der Datenbank<br />
• Membership functions<br />
(regelbasiert)<br />
• Nearest neighbor<br />
(“click and classify”)<br />
Raster- /<br />
Vektordate
Gebäudeextraktion mit <strong>eCognition</strong><br />
Datenimport – Segmentierung – Regelwerk – Klassifikation - Export<br />
Datenimport<br />
Datengrundlage Testgebiet<br />
– Luftbildmosaik (Farbinfrarot): 0.25 m<br />
– Flächenabdeckung: ca. 37,2 km²<br />
(1.5 % der Ges<strong>am</strong>tfläche Vorarlbergs)<br />
– Heterogene Flächennutzung<br />
(Zersiedelung)<br />
Klassifikation ohne Zusatzdaten<br />
Entwicklung des Klassifikationsverfahrens auf<br />
einem repräsentativen Ausschnitt
Gebäudeextraktion mit <strong>eCognition</strong><br />
Datenimport – Segmentierung – Regelwerk – Klassifikation - Export<br />
Aufbau des hierarchischen Netzwerks <strong>von</strong> Bildobjekten<br />
Level 1:<br />
Trennung der versiegelten <strong>von</strong><br />
nicht-versiegelten Flächen<br />
Level 2:<br />
Versiegelte Flächen<br />
(Gebäudeextraktion)<br />
Level 3:<br />
Nicht-versiegelte Flächen<br />
(Grünland / Waldgebiete)
Gebäudeextraktion mit <strong>eCognition</strong><br />
Datenimport – Segmentierung – Regelwerk – Klassifikation - Export<br />
Erstellung des Regelwerkes für die<br />
Klassifikation der Bildobjekte<br />
– Vegetationsindex<br />
– Formeigenschaften<br />
(Kompaktheit, Dichte)<br />
– Grauwertstatistik<br />
– Nearest Neighbor-Klassifikator
Gebäudeextraktion mit <strong>eCognition</strong><br />
Datenimport – Segmentierung – Regelwerk – Klassifikation - Export<br />
Applikation des Verfahrens auf das ges<strong>am</strong>te<br />
Untersuchungsgebiet
Gebäudeextraktion mit <strong>eCognition</strong><br />
Datenimport – Segmentierung – Regelwerk – Klassifikation - Export<br />
Export in GIS<br />
Export<br />
– Klassifikationsergebnis als Bilddatei (Raster)<br />
– Export einzelner Klassen als Polygone (Vektor)<br />
Direkte Einbindung der Klassifikationsresultate in<br />
weiterführende Analysen
Resultate und Validierung<br />
Analyse und Validierung der Klassifikation<br />
– Digitale Katastralmappe (DKM)<br />
– Flächenwidmungsplan (FWP)<br />
– Luftbilder – manuelle Zählung
Resultate und Validierung<br />
Durchführung der Validierung im GIS<br />
Gebäude aus Klassifikation Gebäude aus DKM<br />
– Eliminierung <strong>von</strong> Flächen kleiner 75 m²<br />
– Eliminierung <strong>von</strong> Strassenflächen aus DKM
Resultate und Validierung<br />
Validierung: Gebäudestatistik<br />
Nur 61% der <strong>von</strong> der FE nicht<br />
erkannten Katastergebäude sind auch<br />
wirklich Gebäude<br />
DKM<br />
FE<br />
Ges<strong>am</strong>tanzahl der Gebäude 4432 5556<br />
Übereinstimmende Gebäude 4347 4027<br />
(d.h d.h. . DKM & FE)<br />
Gebäude nur DKM 85 -<br />
Gebäude nur FE - 1529<br />
1141 da<strong>von</strong> sind tatsächliche<br />
Gebäude, die im Kataster nicht<br />
vorhanden sind
Resultate und Validierung<br />
Klassifikationsgenauigkeit<br />
– Wieviele Gebäude aus der Fernerkundung sind wirklich<br />
Gebäude?<br />
93.0 % (ohne Nachbearbeitung) bzw.<br />
97.6 % (mit manueller Nachbearbeitung) (User‘s accuracy)<br />
– Wieviele Gebäude aus dem Kataster werden mittels<br />
Fernerkundung erkannt?<br />
98.1 % (Producer‘s accuracy)
Resultate und Validierung<br />
Anteil der Gebäudeflächen (>75m²) an Bauflächen (DKM<br />
31.3%<br />
Nutzungsarten aus Digitaler Katastralmappe<br />
1.8%<br />
0.4%<br />
6.2%<br />
1.5% 2.3%<br />
16.0%<br />
40.5%<br />
Bauflächen<br />
Landw. gen. Fl.<br />
Wald<br />
Gärten<br />
Gewässer<br />
Strassenanlage<br />
Alpen<br />
Sonstige<br />
Wieviele Parzellen sind noch unbebaut (Restflächen)?<br />
Welcher Anteil der Bauflächen is<br />
wirklich verbaut?<br />
27.8 %<br />
Ges<strong>am</strong>tanzahl Bauflächenparzellen: 14726 (= 593.7 ha)<br />
Anzahl unbebauter Parzellen: 1327 (= 81.3 ha)
Resultate und Validierung<br />
Lage der aus den <strong>Luftbilddaten</strong> erfassten<br />
Gebäude (>75m²) auf DKM<br />
Bauflächen<br />
Landw. Landw.<br />
gen. Flächen<br />
Sonstige Flächen<br />
Wald<br />
Gärten<br />
Alpen<br />
Gewässer<br />
Strassen<br />
Anzahl aller Gebäude<br />
Anteil an Gebäuden<br />
89.8 %<br />
8.4 %<br />
1.2 %<br />
0.4 %<br />
0.2 %<br />
0.04 %<br />
-<br />
-<br />
5556 = 100 %<br />
Welcher Anteil der<br />
Gebäudeflächen liegt innerhalb<br />
der Bauflächen?<br />
81.6 %
33.1%<br />
Resultate und Validierung<br />
Anteil der Gebäudeflächen (>75m²) an Bauflächen<br />
und Bauerwartungsflächen (FWP)<br />
Nutzungsarten aus Flächenwidmungsplan<br />
5.0%<br />
1.6%<br />
30.9%<br />
25.5%<br />
3.9%<br />
Bauflächen<br />
Bauerwartungsflächen<br />
Forstwirtschaftl. gen.<br />
Flächen<br />
Freiflächen<br />
Verkehrsflächen<br />
Gewässer<br />
Bauflächen<br />
Wohngebiet<br />
Kerngebiet<br />
Mischgebiet<br />
Betriebsgebiet<br />
Bauerwartungsflächen<br />
Wohngebiet<br />
Mischgebiet<br />
Betriebsgebiet<br />
Ges<strong>am</strong>tfläche<br />
947.7 ha<br />
439.6 ha<br />
10.4 ha<br />
361.6 ha<br />
136.1 ha<br />
143.7 ha<br />
92.2 ha<br />
24.7 ha<br />
26.8 ha<br />
Wieviele Gebäude befinden sich außerhalb des Baulandes?<br />
7.1 %<br />
Da<strong>von</strong> verbaut<br />
19.1 %<br />
16.6 %<br />
30.8 %<br />
20.8 %<br />
22.0 %<br />
1.0 %<br />
1.0 %<br />
1.6 %<br />
0.08 %
Schlussfolgerungen<br />
Landes GIS<br />
Bedarf nach flächendeckenden und kontinuierlich verfügbaren Datenbeständen<br />
mit ausreichender Informationstiefe<br />
<strong>Luftbilddaten</strong><br />
Innovative Methoden (z.B. <strong>eCognition</strong>) ermöglichen die effiziente und objektive<br />
Auswertung der hochauflösenden Bilddaten<br />
Aus <strong>Luftbilddaten</strong> abgeleitete Geoinformation kann direkt für GIS<br />
Fragestellungen (z.B. Flächennutzung) herangezogen werden<br />
Zur vollständigen Inwertsetzung der Luftbilder empfiehlt sich eine Übertragung<br />
auf Rheintal / Walgau und in der Folge Ges<strong>am</strong>t-Vorarlberg<br />
sowie die Aggregation auf administrative Einheiten und Verknüpfung mit<br />
Zusatzdaten (Volkszählung, etc.)
Schlussfolgerungen<br />
Informationsgewinn<br />
– Ableitbare Information für VOGIS<br />
• Aktualisierung <strong>von</strong> Planungsgrundlagen (Kataster,<br />
Flächenwidmungsplan,…)<br />
• Erfassung der tatsächlichen Verbauung des Baulandes /<br />
Bauerwartungslandes<br />
• Ausweisung <strong>von</strong> Restflächen (unbebaute Parzellen; „Baulandlücken“) /<br />
Baulandreserven<br />
– Weitere Anwendungen<br />
• Zersiedelung / Erschließungsaufwand (technische Infrastruktur)<br />
• Gefahrenzonen<br />
• Kontrolle neuer Widmungsvorhaben<br />
• Siedlungswachstum - Suburbanisierung<br />
– Andere Anwendungen: Versiegelungsgrad<br />
Waldklassifikation
Ausblick<br />
Automatische Begradigung <strong>von</strong> Gebäudekanten im GIS<br />
Vollständige Gebäudeextraktion Klassifikation<br />
Automatischer<br />
Glättungsalgorithmus<br />
Begradigte Original Gebäudekanten
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