Original paper

Einsatz von Change-Detection-Methoden bei der Fortführung von Versiegelungs- und Gebäudedatenbeständen

Rössmann, Heiner; Peyker, Joachim; Völker, Andreas; Klink, Adrian

Kurzfassung

Application of Change Detection Methods for the Update of GIS Data of Sealed Surfaces and Buildings. This paper describes an automated approach for the change detection of sealed surfaces based on current ortho photos combined with a normalized digital surface model. The method has been developed to improve the update process by reducing the work of visually comparing current images with archived data. The target is an optimization of both costs and quality by replacing a part of the manual search. The first step is an object-based classification that is applied to compare the present status with existing sealing data. Due to lay-over effects, offsets of sealing and aerial image data, and the similarity of leafless trees and roofs, a high misclassification-rate prevents the immediate use of the detected changes as the final result. In a second step a filtering process is applied to the results based on shape and size. Three training areas are used to calibrate thresholds for size categories and geometric compactness in order to distinguish real and misclassified changes. Since a manual removal of the wrong changes is easy, priority is given to retain a complete set of real changes in order to achieve the best results. Dieser Beitrag beschreibt ein in der Praxis eingeführtes und automatisiert ablaufendes Verfahren, bei dem auf Grundlage aktueller Orthophotos sowie eines normalisierten Digitalen Oberflächenmodells Veränderungen in einem Versiegelungsdatensatz bestimmt werden. Ziel des Verfahrens ist es, den bisherigen aufwändigen und fehlerträchtigen visuellen Vergleich von aktuellem Bildmaterial und zu aktualisierendem Datenbestand zu ersetzen und den Anteil manueller Arbeiten aus wirtschaftlichen Gründen gering zu halten. Im ersten Schritt wird eine objektbasierte Klassifizierung durchgeführt und mit den vorliegenden Gebäude- und Versiegelungsdaten verglichen. Aufgrund einer hohen Zahl von Fehlklassifizierungen, die durch Umklappeffekte im Orthophoto, Lagedifferenzen von Versiegelungs- und Luftbilddaten oder Ähnlichkeiten von unbelaubten Bäumen und Dachstrukturen hervorgerufen werden, können die ermittelten Änderungen nicht als endgültiges Ergebnis der Veränderungsdetektion verwendet werden. In einem zweiten Arbeitsschritt ist es erforderlich, die vorläufigen Änderungen im Rahmen eines Filterungsprozesses zu verifizieren. Für alle potentiellen Änderungen werden Form- und Größenparameter berechnet. Mittels empirischer Methodik können in Trainingsgebieten geeignete Schwellwerte für die Größenklassen und geometrische Kompaktheitsmaße bestimmt werden, mit denen sich Fehldetektionen und tatsächliche Veränderungen gut differenzieren lassen. Um zu gewährleisten, dass eine hohe Zahl der Veränderungsfälle erkannt wird, werden die Schwellwerte bei ihrer Festsetzung mit Sicherheitszuschlägen versehen. Dies bedingt im Gegenzug eine höhere Anzahl von angezeigten Änderungen, die tatsächlich keine Fortführungsfälle darstellen. Da diese Fehldetektionen einfach und schnell durch den Bearbeiter bei der Übernahme der Fortführungsergebnisse in den Versiegelungsdatenbestand erkannt werden, ist der zusätzliche Arbeitsaufwand hierfür gering.

Abstract

Dieser Beitrag beschreibt ein in der Praxis eingeführtes und automatisiert ablaufendes Verfahren, bei dem auf Grundlage aktueller Orthophotos sowie eines normalisierten Digitalen Oberflächenmodells Veränderungen in einem Versiegelungsdatensatz bestimmt werden. Ziel des Verfahrens ist es, den bisherigen aufwändigen und fehlerträchtigen visuellen Vergleich von aktuellem Bildmaterial und zu aktualisierendem Datenbestand zu ersetzen und den Anteil manueller Arbeiten aus wirtschaftlichen Gründen gering zu halten. Im ersten Schritt wird eine objektbasierte Klassifizierung durchgeführt und mit den vorliegenden Gebäude- und Versiegelungsdaten verglichen. Aufgrund einer hohen Zahl von Fehlklassifizierungen, die durch Umklappeffekte im Orthophoto, Lagedifferenzen von Versiegelungs- und Luftbilddaten oder Ähnlichkeiten von unbelaubten Bäumen und Dachstrukturen hervorgerufen werden, können die ermittelten Änderungen nicht als endgültiges Ergebnis der Veränderungsdetektion verwendet werden. In einem zweiten Arbeitsschritt ist es erforderlich, die vorläufigen Änderungen im Rahmen eines Filterungsprozesses zu verifizieren. Für alle potentiellen Änderungen werden Form- und Größenparameter berechnet. Mittels empirischer Methodik können in Trainingsgebieten geeignete Schwellwerte für die Größenklassen und geometrische Kompaktheitsmaße bestimmt werden, mit denen sich Fehldetektionen und tatsächliche Veränderungen gut differenzieren lassen. Um zu gewährleisten, dass eine hohe Zahl der Veränderungsfälle erkannt wird, werden die Schwellwerte bei ihrer Festsetzung mit Sicherheitszuschlägen versehen. Dies bedingt im Gegenzug eine höhere Anzahl von angezeigten Änderungen, die tatsächlich keine Fortführungsfälle darstellen. Da diese Fehldetektionen einfach und schnell durch den Bearbeiter bei der Übernahme der Fortführungsergebnisse in den Versiegelungsdatenbestand erkannt werden, ist der zusätzliche Arbeitsaufwand hierfür gering.

Keywords

change detectionclassificationphotogrammetryupdate of paved surfaced area