Integration von mehrfach erfassten Polygonen mit Hilfe eines Rasterbasierten Ansatzes

Dauer der Arbeit: 4 Monate
Abschluss: November 2017
Betreuer: Dr.-Ing. Volker Walter
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. Uwe Sörgel

In der heutigen Welt nimmt die Digitalisierung vorhandener, analoger Daten immer größere Ausmaße an. Falls diese analogen Daten in mehrfach digitalisierter Form vorliegen, sollte es möglich sein, diese zu einem einzelnen Datensatz zu verschmelzen, der im Idealfall eine höhere Übereinstimmung mit dem analogen Datensatz vorweisen kann.

Als Ausgangslage dieser Arbeit dient die in Abbildung 1 dargestellte Deutschlandkarte.

Hieraus wurden alle Bundeslandgrenzen in einer Übung des Fachs Geoinformatik mehrfach digitalisiert (Abbildung 2). Diese Digitalisierungen liegen in Vektordaten vor. Sie werden zunächst in Rasterdaten umgewandelt, da die Verschmelzung mit Hilfe verschiedener Operatoren der Bildverarbeitung durchgeführt werden soll. Der verschmolzene Datensatz wird nun zurück in Vektordaten konvertiert, da dies die Ausgangslage der Daten war. Aus den verschiedenen Digitalisierungen wurden nun 16 einzelne Polygone erstellt, die jeweils das Mittel der Digitalisierungen der einzelnen Bundesländer darstellen sollen (Abbildung 4).

Die Verschmelzung der Polygone geht mit mehreren veränderbaren Parametern einher. Die Parameter können die gemittelten Polygone, je nach Veränderung variieren lassen.

Zusätzlich wird vom Ersteller dieser Arbeit ein Referenzdatensatz erstellt (Abbildung 3), anhand dessen die Genauigkeit der gemittelten Polygone bestimmt werden soll. Dieser Datensatz wird unter den gleichen Voraussetzungen wie die in der Übung erstellten Digitalisierungen angefertigt.

Auf dieser Erkenntnis basiert die Bestimmung des relativen Anteils des maximalen Farbwerts am Gesamtbild. Aufgrund der Tatsache, dass die Erdoberfläche zu zwei Drittel aus Wasser besteht und Ozeane auf Weltkarten mit einer homogenen Farbe dargestellt werden, liegt die Vermutung nahe, dass der maximale Farbwert einen ähnlichen Anteil annimmt. Der vorherrschende Farbwert stellt den Mittelwert einer gauss-förmigen Verteilung dar, sodass eine iterative Bestimmung der Standardabweichung σ die Binarisierung des Bildes ermöglicht.

Die erstellten, gemittelten Polygone werden anschließend mit geeigneten Verfahren wie der Haußdorffdistanz und der Turning-Funktion, aber auch mit einfacheren Mitteln wie einem Flächen- beziehungsweise Umfangsvergleich mit dem Referenzdatensatz verglichen.

Um die Anwendung dieses Programms zu erleichtern und die Parameter leichter veränderbar zu machen, wurde ein Graphical User Interface (GUI) erstellt. Dieses besteht aus vier Registerkarten, über diese kann das Einlesen der Daten (Abbildung 5), die Parameter für die Konvertierungen zwischen Vektor- und Rasterdaten (Abbildung 6) und die Vergleiche zwischen gemitteltem Datensatz und Referenzdatensatz durchgeführt werden.

Es ist durchaus möglich aus mehrfach erfassten Polygonen einen verschmolzenen Datensatz zu erstellen. Dieser ist jedoch stark von den veränderbaren Parametern abhängig. Durch Betrachtung der Ergebnisse mehrerer verschiedener Parametersätze wird dies deutlich. Problematisch ist, dass die mehrfach digitalisierten Polygone zum Teil sehr stark voneinander abweichen. Eine unterschiedliche Auffassung der benötigten Genauigkeit der Digitalisierung könnte hierfür der Grund sein.