Dissertation Leukert

 

Übertragbarkeit der objektbasierten Analyse

bei der Gewinnung von GIS-Daten

aus Satellitenbildern mittlerer Auflösung

 

Verfasserin:  Kristin LEUKERT

Elektronische Dissertation, Universität der Bundeswehr München, Fakultät für Bauingenieur- und Vermessungswesen, Neubiberg, 2005, 118 S.
 

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Promotionsausschuss:

Vorsitzender:


1. Berichterstatter:


2. Berichterstatter:
 

Tag der Einreichung:
Tag der mündlichen Prüfung:

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Caspary
Universität der Bundeswehr München

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Reinhardt
Universität der Bundeswehr München

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Helmut Mayer
Universität der Bundeswehr München

03.06.2005
05.08.2005

 

 

Zusammenfassung
 

Der Bedarf an aktuellen Geodaten für die unterschiedlichsten Anwendungen wächst ständig. Fernerkundungsdaten haben sich als Datenquelle für Geodaten etabliert, da sie zeitnah und weltweit verfügbar sind. Im Bereich der Entwicklung von wirtschaftlichen Verfahren zur Datengewinnung aus Fernerkundungsdaten werden objektbasierte Bildanalysemethoden immer wichtiger.

Die Ausführungen der vorliegenden Arbeit konzentrieren sich auf die Übertragbarkeit der objektbasierten Analyse von Fernerkundungsdaten. Nach Darlegung von Grundlagen der Bildanalyse und Stand der Wissenschaft erfolgt die Einführung der objektbasierten Analyse. Das Modell für die einzelnen Landbedeckungsklassen betrachtet die Objekte in den drei Ebenen „Reale Welt“, „Material- und Geometrie“ sowie „Bild“. Als Grundlage für die Implementierung des Modells in Form von Regelsätzen wird die Segmentierung des Bildes und die Eigenschaften der Segmente vorgestellt. Für einen operationellen Einsatz stellt sich die Frage, ob es gelingt, allgemein gültige (Basis-)Regelsätze zu entwickeln, die innerhalb einer bestimmten geographischen Region für einen Sensor nach einer mäßig aufwändigen Anpassung zu akzeptablen Ergebnissen für die Anwendung führen. Zur Beantwortung dieser Frage werden potenzielle Einflussfaktoren, wie z.B. Atmosphäreneinflüsse, Beleuchtungsrichtung, sowie ihre Auswirkungen auf verschiedene Segmentmerkmale diskutiert.

Die Übertragbarkeit wurde in praktischen Experimenten mit den in Regelsätze umgesetzten Modellen in zwei in der Arbeit definierten geographischen Regionen (Küste und Wüste) in Algerien getestet. Die IRS-Satellitenbilder mittlerer Auflösung wurden keinerlei Vorverarbeitung unterzogen. Der erste Teil der praktischen Experimente beschäftigt sich mit der Übertragung individueller Regelsätze, d.h. für ein Bild optimierte Regelsätze wurden auf andere Testgebiete derselben geographischen Region angewendet und angepasst. Die Ergebnisse zeigen die prinzipielle Möglichkeit der Übertragung von Regelsätzen innerhalb einer Region.

In einem nächsten Schritt wurden basierend auf diesen Ergebnissen möglichst allgemein gültige Basis-Regelsätze für die beiden Regionen aufgestellt und in weiteren praktischen Experimenten untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die verwendeten Regelsätze relativ gut übertragbar sind. Texturmaße und Formmerkmale haben sich bei der Übertragung als relativ stabil erwiesen. Bei radiometrischen Merkmalen ist allerdings zur Verbesserung des Klassifizierungsergebnisses eine Anpassung der Wertebereiche
erforderlich, weil die Bilddaten wegen Nichtverfügbarkeit von geeigneten Atmosphärenparametern und Höhenmodellen nicht radiometrisch und topographisch korrigiert wurden. Die Grundstruktur der Regelsätze kann aber uneingeschränkt übernommen werden. Hierdurch wird eine große Zeitersparnis (ca. Faktor 10) gegenüber einer individuellen Regelsatzerstellung für jedes neue Bild erreicht.

In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die Übertragung von Regelsätzen Potenzial für ein effizientes semiautomatisches System zur Erfassung von GIS-Daten aus Fernerkundungsdaten mittlerer Auflösung besitzt. Für ein operationelles System müssten entsprechende Regelsätze für die jeweils relevanten Fernerkundungssensoren, Objektklassen und geographische Regionen entwickelt werden. Um beispielsweise die Datenerfassung für große Gebiete wie Nordafrika realisieren zu können, wäre folgende Aufteilung denkbar: In Stadtbereichen mit hohen Änderungsraten sollten hoch aufgelöste Satellitenbilder eingesetzt werden, welche die erforderliche Auflösung bieten. Für ländliche Regionen, wie die großen Wüstengebiete, genügen Satellitendaten mittlerer Auflösung, die um einiges kostengünstiger sind. Selten vorkommende komplexe topographische Objekte von großem Interesse, wie etwa Flughäfen, sollten manuell erfasst werden. Eine automatische Extraktion dieser besonderen Objekte ist zurzeit nicht zuverlässig genug und Überprüfung bzw. Nachbearbeitung wären zu aufwändig.

Im Hinblick auf die Nachbearbeitung der Klassifizierungsergebnisse zur Übernahme in ein GIS-System spielen zwei Faktoren eine entscheidende Rolle: Zum einen sollten die Ergebnisse möglichst korrekt und vollständig sein, damit der Aufwand für die Nachbearbeitung durch den Nutzer möglichst gering ist. Zum anderen könnte eine innere Bewertung der Zuverlässigkeit den Nutzer auf Objekte fokussieren, die wirklich nachbearbeitet werden müssen. Weitere wichtige und noch offene Forschungsfragen sind die Führung des Nutzers durch den Workflow und generell Möglichkeiten zur Unterstützung der Interaktion mit dem System basierend auf den Ergebnissen der Objektextraktion.

 

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