Entwicklung eines Webinterfaces zum crowd-basierten Vergleich der Kartendienste OpenStreetMap und Maps4BW

Bachelorarbeit am ifp - Richard Stelzer

Richard Stelzer

Entwicklung eines Webinterfaces zum crowd-basierten Vergleich der Kartendienste OpenStreetMap und Maps4BW

Dauer der Arbeit: 4 Monate
Abschluss: Oktober 2018
Betreuer: Dr.-Ing. Volker Walter
Prüfer: Prof. Dr.-Ing. Uwe Sörgel


 

Motivation

Die Open-Data Politik des Ministeriums für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden- Württemberg führt dazu, dass Teile der amtlichen Geobasisdaten frei nutzbar sind. Im Geoportal- BW werden diese offenen Daten in Form des Kartendienstes Maps4BW als Rasterdaten präsentiert. Andere Open Source Projekte, wie zum Beispiel OpenStreetMap (OSM) basieren auf sogenannten Volunteered Geographic Information (VGI). Im Rahmen dieser Bachelorarbeit werden diese beiden Kartendienste unter Verwendung von Crowdsourcing miteinander verglichen. Der Fokus des Vergleichs liegt dabei auf der Digitalisierung von Gebäuden. Dabei steht die These im Raum, dass die auf amtlichen Daten basierte Karte genauer ist, als die VGI basierte Karte.

Vorgehensweise

Zur Realisierung des crowd-basierten Vergleichs wurde eine Website entwickelt, über die Crowdworker Unterschiede in den Kartendiensten feststellen und markieren können. Für die Organisation und Bezahlung von Crowdworkern wird die Plattform „Microworkers“ verwendet. Auf der Website werden gleichzeitig, manuell ausgewählte Gebäude von Interesse in Maps4BW, OSM und einem zugehörigen Luftbild dargestellt, sodass Unterschiede in den Gebäudestrukturen direkt ersichtlich sind (Siehe Abbildung 1). Für die Darstellung im Browser findet insbesondere die JavaScript Bibliothek OpenLayers Verwendung.

Testgebiet 14 mit eingebundenem OSM Gebäudepolygon
Abbildung 1: Testgebiet 14 mit eingebundenem OSM Gebäudepolygon

Der Crowdworker soll dann im OSM Ausschnitt mögliche Unterschiede markieren. Da in OSM die Gebäudeumrisse im Vektorformat vorliegen, erschließen sich zwei Arten der Markierung. Zum einen die grobe Schraffur der nicht übereinstimmenden Fläche und zum anderen die Veränderung bereits bestehender Gebäudepolygone durch Hinzufügen oder Verschieben von Eckpunkten. Für diese beiden Varianten wurde jeweils ein Webinterface entwickelt, wobei der Schwerpunkt hier bei der zweiten Variante, der Modifizierung vorhandener Vektordaten liegt (Siehe Abbildung 2).

Interface zur Modifkation von OSM Vektordaten (Testgebiet 01)
Abbildung 2: Interface zur Modifkation von OSM Vektordaten (Testgebiet 01)

Für die Speicherung eingereichter Daten durch Crowdworker wird eine kleine MySQL Datenbank verwendet. Die erhaltenen Daten sollen anschließend überprüft werden, sodass die Crowdsourcing Plattform erfährt, welcher Arbeiter seine Aufgabe erfolgreich bearbeitet hat und somit bezahlt werden kann. Hierzu wurde ein weiteres Webinterface erstellt, das es ermöglicht eingereichte Aufgaben mittels API zu bewerten (Abbildung 3).

Interface zur Bewertung eingereichter Microtasks (Testgebiet 01)
Abbildung 3: Interface zur Bewertung eingereichter Microtasks (Testgebiet 01)

Die Interfaces wurden dann in mehreren Crowdsourcing Kampagnen auf der Plattform Microworkers verwendet, um Vergleichsdaten zu erhalten. Dabei wurden insgesamt 30 Testgebiete (Gebäude von Interesse) aus dem Raum Stuttgart untersucht. Beteiligt waren 187 Crowdworker, wobei 150 davon die Aufgabe zufriedenstellend bearbeitet haben. Das Ergebnis einer beispielhaften Bearbeitung ist in Abbildung 4 und 5 zu sehen. Dargestellt werden die aus OSM stammenden Gebäudepolygone zusammen mit einem modifizierten Polygon bzw. einer Markierung.

Testgebiet 14 mit dem ursprünglichen und einem modifizierten OSM Gebäudepolygon
Abbildung 4: Testgebiet 14 mit dem ursprünglichen und einem modifizierten OSM Gebäudepolygon
Testgebiet 14 mit dem OSM Gebäudepolygon und einer gelben Markierung
Abbildung 5: Testgebiet 14 mit dem OSM Gebäudepolygon und einer gelben Markierung

Die abschließende Analyse der ermittelten Vergleichsdaten erfolgte bei den Daten des Webinterfaces zur Markierung nur visuell. Dahingegen wurden die Daten des Webinterfaces zur Modifizierung unter Zuhilfenahme eines neu erstellten Referenzdatensatzes mit den folgenden Vergleichsparametern ausgewertet:

  • Hausdorff Distanz
  • Absolute Flächen- und Umfangsdifferenz
  • Relative Flächen- und Umfangsdifferenz
  • Distanz zwischen Polygonschwerpunkten

Berechnet wurden die Parameter zwischen den OSM Polygonen, den aus den Kampagnen stammenden modifizierten Polygonen und den Referenzpolygonen.

Ergebnisse und Fazit

Die Realisierung der Webinterfaces zeigt, dass die Anforderungen an diese umsetzbar waren. Die zum Schluss berechneten Vergleichsparameter deuten alle darauf hin, dass Gebäude in Maps4BW Abbildung 4: Testgebiet 14 mit dem ursprünglichen und einem modifizierten OSM Gebäudepolygon Abbildung 5: Testgebiet 14 mit dem OSM Gebäudepolygon und einer gelben Markierung genauer dargestellt werden, als in OSM. Zudem gaben mehr als 60% der Crowdworker an, dass Maps4BW eher dem Luftbild entspricht, als OSM. Dies bestätigt die zu Beginn der Arbeit aufgestellte These, dass die auf amtlichen Daten basierte Karte präziser ist. Da jedoch bei dem Vergleich nur auf manuell ausgewählte Testgebiete zurückgegriffen wurde, ist das Ergebnis mit Bedacht zu betrachten.

Ansprechpartner

Dieses Bild zeigt Volker Walter

Volker Walter

Dr.-Ing.

Gruppenleiter Geoinformatik

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