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Die
Erfindung betrifft Verfahren zur Zusammenführung von Kartendaten, z.B.
Straßenkarten, die
als digitaler Datensatz vorliegen.
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Verfahren
zur Zusammenführung
digitaler Karten sind bekannt (vergl. z.B.
US 5546107 ,
US 6532304 oder
US 6564224 ). Dazu gibt es auch frei verfügbare Software
(z.B. unter http://www.vividsolutions.com/products.asp?catg=spaapp&code=r oadmatcher).
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Diese
Verfahren haben jeweils Kartendaten für ein gemeinsames Gebiet aus
verschiedenen Quellen zur Grundlage, die sich in der Qualität oder Fülle ihrer
Karten-Attribute unterscheiden. So kann z.B. in einer Karte die
Straßen-Geometrie
sehr genau erfasst sein, während
in der anderen Karte bei einer ungenaueren Geometrie z.B. Hausnummern-Bereiche
als Zusatzinformationen enthalten sind, die in der ersten Karte
nicht vorhanden sind. Bei einer Zusammenführung der Informationen aus
beiden Karten kann im Idealfall eine Kombinations-Karte entstehen, die
alle Details beider Ausgangskarten als verfügbare Information beinhaltet.
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Bei
den bekannten Verfahren wird jeweils ein bestimmter Regelsatz mit
bestimmten Parametern entwickelt, um die Datensätze mit ihren jeweiligen Eigenschaften
zusammenzuführen.
Die für
eine Kombination relevanten Karteneigenschaften werden dabei im
gesamten Erfassungsbereich der Ausgangs-Karten als gleich angenommen.
Es sind jedoch auch Karten verfügbar,
bei denen diese Annahme nicht zutrifft, d.h. die Karteneigenschaften
unterscheiden sich in unterschiedlichen Gebieten. So ist beispielsweise
eine aktuelle Anwendungskarte aus einer ursprünglichen Basis-Karte durch wiederkehrende Überarbeitungen
hervorgegangen, wobei verschiedene, anwendungsspezifische Daten
verändert wurden,
andere Daten dagegen beibehalten wurden. Soll nun eine fremde Karte
im Zuge einer Zusammenführung
einbezogen werden, die ihrerseits wiederum andere Akzente der Aktualisierung
aufweist, so können
je nach Gebiet erhebliche Abweichungen der Karteneigenschaften auftreten,
die eine Kombination nach bekannten Verfahren erschweren oder sogar
verhindern.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren zu entwickeln,
das es vereinfacht, Daten auch aus Karten mit gebietsweise unterschiedlichen Eigenschaften
zu kombinieren. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen
des Anspruch 1 gelöst.
Weitere Details und Vorzüge
des erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. dessen Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren und
den darin enthaltenen Bezugszeichen näher beschrieben.
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Dabei
zeigen:
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1 Schema
zur Zusammenführung
von Karten
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2 Zeitliche
Entwicklung verschiedener Karten
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3 Schema
Ausschnitts einer Basis-Karte
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4 Schema
eines entsprechenden Ausschnitts der aus der Basis-Karte entwickelten
Anwendungskarte A
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5 Ausschnitt
aus 3 nach einer Aktualisierung der Basis-Karte zur
Karte B
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6 Zusammenführung der
Ausschnitte nach 4 und 5 zur Kombinations-Karte
K
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7 Beispiel
für Zusammenführung von Karten
nach Variante 1
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8 Beispiel
für Zusammenführung von Karten
nach Variante 2
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9 Beispiel
für Zusammenführung von Karten
nach Variante 3
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10 Beispiel
für Zusammenführung von Karten
nach Variante 4
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11 Beispiel
für Zusammenführung von Karten
nach Variante 5
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12 Aufteilung
der Karten in Teil-Gebiete (Korridor um Autobahnen)
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13 Problem
der eindeutigen Zuordnung von Identifizierungs-Nummern bei Objekten
verschiedener Karten
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14 Darstellung
von identischen Objekten in verschiedenen Karten
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15 Kürzester
Abstand eines Punktes einer Karte zu einer Strecke
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16 Kürzester
Abstand zwischen zwei Strecken
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17 Spezialfall
Abstand zwischen sich kreuzenden Strecken
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18 Maximaler
Abstand zwischen zwei Strecken
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19 Angepasster
Abstand zweier Strecken
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20 Einfacher
Abstand zweier Strecken
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21 Beispiel
1a für
Konflikte auf Gebietsgrenzen
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22 Beispiel
1b für
Konflikte auf Gebietsgrenzen
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23 Beispiel
2 für Konflikte
auf Gebietsgrenzen
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24 Beispiel
3a für
Konflikte auf Gebietsgrenzen
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25 Beispiel
3b für
Konflikte auf Gebietsgrenzen
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26 Beispiel
4a für
Konflikte auf Gebietsgrenzen
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27 Beispiel
4b für
Konflikte auf Gebietsgrenzen
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28 Beispiel
5a für
Konflikte auf Gebietsgrenzen
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29 Beispiel
5b für
Konflikte auf Gebietsgrenzen
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1 zeigt
schematisch die Zusammenführung
von Karten mit unterschiedlichem Aktualisierungsgehalt. Im dargestellten
Idealfall sind alle Details der Ausgangskarten A und B konsistent
in die Kombinationskarte K übernommen
worden.
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Bei
der Verwaltung einer speziellen Straßenkarte (A) wird üblicherweise
eine digitale (Standard-)Basiskarte als Grundlage verwendet und
fortan beim Anwender in den relevanten Bereichen der Anwendungskarte
ständig
im manuellen und/oder automatischen Verfahren auf aktuellem Niveau
gehalten, wobei u.U. die verwendeten Kartendaten sogar tagesaktuell
sein müssen.
Parallel dazu aktualisiert der Kartenhersteller der Basiskarte ebenfalls
seine digitalen Kartendaten und gibt regelmäßig überarbeitete Karten (B) heraus.
Für die
Erstellung einer Kombinationskarte (K) aus den aktuellen Datensätzen können dabei
u.a. folgende Informationen der digitalen Karten von Bedeutung sein:
- – Topologie
- – Geometrie
- – Statische
Attribute
- – Zeitbezogene
Durchfahrtsrestriktionen
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Einen
möglichen
zeitlichen Entwicklungsgang der verschiedenen Karten zeigt 2.
Hier wird die Basis-Karte nur einmal zu Beginn verwendet. Die Basis-Karte
wird vom Anbieter anschließend
immer weiter aktualisiert, so dass sich die neueren Karten (B, B1,
B2) inhaltlich immer weiter von der Basis-Karte entfernen. Auf der
anderen Seite wird auch die Anwendungs-Karte (A) immer weiter verändert, so
dass sich auch diese Karte inhaltlich immer weiter von der Basis-Karte
entfernt. Durch das Zusammenführen
einer Anwendungs-Karte (A) und der aktuellen Basis-Karte (B) entsteht
eine Kombinations-Karte
(K), welche die Unterschiede zwischen aktueller Basis-Karte (B) und Anwendungs-Karte
(A) verringert. Diese Kombinations-Karte (K) wird anschließend beim
Anwender als verbesserte Anwendungs-Karte (A1) verwendet. Durch
die fortlaufende manuelle Änderung
dieser Karte wird jedoch der Unterschied zwischen der ebenfalls
weiter aktualisierten Basis-Karte (B1) und der Anwendungs-Karte
(A1) wieder größer, so
dass nach gewisser Zeit ein erneutes Zusammenführen zur aktuelleren Kombinations-Karte
(K1) vorgenommen werden sollte.
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Wird über Jahre
hinweg auf das Zusammenführen
der verschiedenen Karten (A, A1, ...), (B, B1, ...) verzichtet,
können
Informationen verloren gehen. So können sich beispielsweise bei
der Karte (A1) die Änderungen
aufgrund des Anwendungsbereichs hauptsächlich auf den Bereich der
Autobahnen richten, so dass die bei den neueren Karten (B1) vorrangig
erfassten straßenbaulichen Änderungen
der Bundesstraßen
in Karte (A1) nie aktualisiert werden und auf dem Stand der ursprünglichen
Basis-Karte bleiben. 3 zeigt einen Ausschnitt einer
Basis-Karte, auf dessen Grundlage der in 4 wiedergegebene entsprechende
Ausschnitt der Anwendungs-Karte (A) modifiziert wurde und nun weitere
Details enthält. Eine Überarbeitung
der Basis-Karte bringt auch in der aktualisierten Karte (B) neue
Informationen hinzu (5), so dass eine Zusammenführung wie
in 6 dargestellt eine Kombinations-Karte (K) mit Objekten
aus beiden Ausgangskarten (A, B) liefert.
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Beim
Zusammenführen
verschiedener Karten muss auf verschiedene Fragestellungen besonderes
Augenmerk gelegt werden:
- – Wann sollen welche Daten
in die ,Kombinations-' Karte
(K, K1, ...) übernommen
werden? D.h. sollen z.B. immer die bei (A, A1, ...) bzw. (B, B1, ...)
geänderten
Daten in die Kombinations-Karte übernommen
werden, oder nur wenn sie nach einem bestimmten Zeitpunkt geändert wurden?
- – In
welchem Zuordnungsfall hat welche Karte Vorrang vor der anderen?
- – Sollen
alle Daten gegenseitig übernommen
werden oder sind vorgegebene Prioritätswerte zu berücksichtigen?
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Einige
Attribute ändern
sich ,relativ' häufig, wie
z.B. Geschwindigkeitsbeschränkungen.
Die Auswertung solcher Attribute beim Zusammenführen von Karten kann eher ,verwirren', als dienlich zu
sein.
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Für das Zusammenführen der
zwei betrachteten Kartentypen (A, B) und dem daraus resultierenden
Erstellen einer neuen Kombinations-Karte (K), gibt es mehrere Herangehensweisen.
Im Folgenden werden fünf
verschiedene Möglichkeiten
vorgestellt.
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Variante 1
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Die
erste Methode besteht darin, eine komplett neue, leere Datenbank
als Kombinations-Karte (K) anzulegen, um diese anschließend mit
den Objekten (Knoten und Kanten) zu füllen, die bei einer automatisierten/manuellen
Zuordnung zwischen den beiden Ausgangskarten (A, B) gefunden wurden. Durch
eine automatisierte Zuordnung beider Ausgangskarten werden viele
Knoten und Kanten nicht zugeordnet werden können. Das bedeutet für die erste
Variante, dass in der Kombinations-Karte eine ganze Reihe von Knoten und
Kanten fehlen werden. Dadurch benötigt die komplette Erstellung
der neuen Karte einen hohen Aufwand an manueller Nacharbeit. Wird
auf die manuelle Nacharbeit verzichtet, ist die Kombinations-Karte
evtl. unvollständig,
da auch Verbindungsstraßen
und Autobahnabschnitte fehlen können.
Die Kombinations-Karte kann somit qualitativ schlechter sein, als
jede der beiden Ausgangskarten.
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7 zeigt
schematisch das Zusammenführen
von Karten nach Variante 1. Dabei ist dargestellt, dass die aus
Karten A und B zusammengeführte
Karte K durch nicht erfolgte Zuordnungen Lücken aufweist.
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Variante 2
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Die
zweite Möglichkeit
zur Zusammenführung
besteht darin, eine Kopie der Anwendungs-Karte (A) als neue Datenbank
für die
Kombinations-Karte (K) zu nehmen, um darin anschließend zugeordnete Objekte
aus der Karte (B) zu ersetzen. Dazu wird vorab ein automatisierter/manueller
Vergleich zwischen den beiden Ausgangskarten (A, B) durchgeführt, um neue
Objekte der Karte (B) zu identifizieren und in der Kombinations-Karte
(K) ersetzen zu können.
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Bei
dieser Variante ist die Kombinations-Karte (K) mindestens so gut
wie die Anwendungs-Karte (A), denn die Anwendungs-Karte wird als Ausgangskarte
für die
Kombinations-Karte (K) verwendet und es werden anschließend nur
Kanten und Knoten ersetzt. Es können
allerdings nur solche Kanten und Knoten (oder deren Attribute) ersetzt
werden, die automatisiert zugeordnet werden konnten. Treten dabei Schwierigkeiten
auf, so muss auch hier von einer manuellen Nacharbeit ausgegangen
werden. Allerdings ist die Karte zu jedem Zeitpunkt konsistent und
die manuelle Nacharbeit kann zu jedem Zeitpunkt abgebrochen werden
(wenn z.B. eine bestimmte Qualität erreicht
ist). Die manuelle Nacharbeit kann auch auf bestimmte Objekte, z.B.
auf bestimmte Straßenklassen,
beschränkt
werden.
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8 zeigt
schematisch das Zusammenführen
von Karten nach Variante 2. Als möglicher Nachteil ist hier verdeutlicht,
dass durch nicht erfolgte Zuordnungen Kanten ohne zugehörige Knoten übernommen
werden, so dass Straßen
ohne die entsprechenden Verbindungen (Knoten) übernommen werden.
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Variante 3
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Die
dritte Möglichkeit
besteht darin, eine Kopie der Karte (B) als Vorlage für die zu
erstellende Kombinations-Karte (K) zu nehmen, um darin anschließend zugeordnete
Objekte durch die Objekte aus der Anwendungs-Karte (A) zu ersetzen.
Auch hier wird zuerst eine automatisierte/manuelle Zuordnung zwischen
den beiden Ausgangskarten (A, B) durchgeführt.
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Bei
dieser Variante ist (analog zur zweiten Variante) die Kombinations-Karte
(K) mindestens so gut wie die zweite Ausgangskarte (B). Die Überlegungen
bzgl. manueller Nacharbeit gelten hier ganz entsprechend.
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9 zeigt
schematisch das Zusammenführen
von Karten nach Variante 3, wobei in der Kombinations-Karte geometrische
Elemente der Ausgangskarte A nicht übernommen wurden.
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Variante 4
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Bei
der vierten Vorgehensweise benötigt man
neben den Ausgangskarten (A, B) zusätzlich die Basis-Karte. Hier
werden nicht die beiden Ausgangskarten (A, B) direkt betrachtet,
sondern ihre Veränderungen
gegenüber
der gemeinsamen Basis-Karte (Vorgängerkarte).
Einerseits müssen
hierzu alle Unterschiede zwischen der Basis-Karte und der aktuellen
Anwendungs-Karte (A) ermittelt werden (= Differenzdatensatz 1),
andererseits müssen
alle Unterschiede zwischen der Basis-Karte und der aktualisierten Karte (B)
ermittelt werden (= Differenzdatensatz 2). Dann erfolgt ein Zusammenführen dieser
beiden Differenzdatensätze,
inklusive automatisierter bzw. manueller Konfliktlösung, wo
eine eindeutige Zuordnung nicht möglich ist. Als Vorlage für die Kombinations-Karte
(K) wird beispielsweise eine Kopie der Basis-Karte gewählt, um
anschließend
das Kombinationsergebnis der beiden Differenzdatensätze unter
Berücksichtigung
gewisser Prioritäten
einzuspielen. – Als
mögliche
Erweiterung dieser Methode können
auch die jeweiligen Zwischenschritte, wie es zu den Unterschieden
zur Basis-Karte gekommen ist, betrachtet werden. Das würde die
Zuordnung der Differenzinformationen vereinfachen und die Übernahme
zugeordneter Unterschiede erleichtern.
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Bei
dieser Variante ist die Kombinations-Karte (K) mindestens so gut
wie die Basis-Karte, da diese als Ausgangskarte verwendet wird und
anschließend
nur Änderungen
aus den Differenzdatensätzen eingespielt
werden.
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Aus
welchem Differenzdatensatz welche Änderungen übernommen werden, ergibt sich
aus dem Abgleich/Zuordnung der beiden Differenzdatensätze. Bei
dem Einspielen dieser Änderungen
muss sehr stark auf Konsistenz geachtet werden. War die Zuordnung
der beiden Differenzdatensätze
nur zum geringen Teil erfolgreich, wird sich die Kombinations-Karte
nicht sehr viel von der Basis-Karte unterscheiden. Also muss auch
hier von einer manuellen Nacharbeit ausgegangen werden. Die Karte
ist nicht notwendigerweise zu jedem Zeitpunkt konsistent. Es ist
möglich,
das Einspielen der Änderungen
aus den Differenzdatensätzen
so mit Auflagen zu behaften, dass eine Konsistenz zu jedem Zeitpunkt
gewährt wird.
Dann ist es jedoch nicht mehr möglich,
einzelne Änderungen
aus den Differenzdatensätzen
einzuspielen. Es werden mehrere Änderungen
zu einer Transaktion zusammengefasst und dann eingespielt. Dadurch
kann das Überspielen
von Veränderungen, sowie
die manuelle Nacharbeit zu jedem Zeitpunkt abgebrochen werden (wenn
z.B. eine bestimmte Qualität
erreicht ist). Die manuelle Nacharbeit kann auch hier auf bestimmte
Objekte, z.B. auf bestimmte Straßenklassen, beschränkt werden.
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10 zeigt
schematisch das Zusammenführen
von Karten nach dieser Variante und die dabei möglichen Zuordnungsprobleme,
wenn Transaktionen nicht übernommen
werden können.
Im dargestellten Fall überlappen
sich die Transaktionen a1 und a1 der Ausgangskarte A mit der Transaktion
b1 der Ausgangskarte B.
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Variante 5
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Die
fünfte
Möglichkeit
zur Zusammenführung von
Karten ist ein Mix aus der oben erläuterten zweiten und dritten
Variante.
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Beide
Karten (A, B) werden auf gleiche Art und Weise in Teil-Gebiete eingeteilt.
Es wird eine leere Datenbank als Vorlage für die zu erstellende Kombinations-Karte
(K) erzeugt und anschließend
für verschiedene
Teil-Gebiete die Objekte (Knoten und Kanten) wahlweise entweder
aus der Anwendungs-Karte (A) übernommen,
oder aus der Karte (B). Hierbei kann es an den Grenzen der Gebiete
zu Konflikten kommen, da sich die auf der Gebietsgrenze liegenden
Kanten in den beiden Ausgangskarten (A, B) unterscheiden können. 11 zeigt
schematisch diese Probleme beim Zusammenführen von Karten nach Variante
5. Diese Konflikte müssen
im Zuge der Zusammenführung
aufgelöst
werden. Die Konfliktauflösung
erfolgt so weit möglich
automatisiert mittels Zuordnung (Identifizierung gleicher Objekte)
und anschließend
manuell, bis alle Konflikte beseitigt sind.
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Auf
Grundlage einer vorangegangenen automatisierten/manuellen Zuordnung
zwischen den beiden Ausgangskarten (A, B), können auch hier zugeordnete
Objekte je nach Priorität
der Karten ausgetauscht bzw. ihre Attribute ersetzt werden. So bietet es
sich an, in den Gebieten, die aus der Anwendungs-Karte (A) übernommen
wurden, Attribute aus der Karte (B) zu übernehmen, wenn derartige Attribute
beim Aktualisieren der Anwendungs-Karte (A) nicht gepflegt werden. Das
ist natürlich
nur möglich, wenn
ein Objekt in beiden Karten existiert und als gleich identifiziert
(zugeordnet) wurde.
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Eine
einfache und sehr übersichtliche
geometrische Gebietsaufteilung der Ausgangskarten ist die Unterteilung
in gleichgroße
Quadrate (Kacheln). Dann werden alle Kacheln nacheinander durchlaufen und
man entscheidet sich für
jede Kachel, ob man die enthaltenen Knoten und Kanten komplett aus
der ersten oder komplett aus der zweiten Karte übernimmt. So könnten zum
Beispiel die Kacheln aus der Anwendungs-Karte (A) übernommen
werden, in denen mindestens ein Objekt geändert wurde. Alle Kacheln,
in denen beim Anwender keine Änderungen vorgenommen
wurden, werden aus der zweiten Karte (B) übernommen.
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Die
Einteilung der Karten (A, B) in Teil-Gebiete muss nicht in gleichgroße Kacheln
erfolgen. Dieses Vorgehen ist nur relativ übersichtlich für eine automatisierte
Bearbeitung der Karten. Für
eine spezielle Anwendung dieser Variante wäre es z.B. möglich, als
ein erstes Gebiet um alle Autobahnen einen Umgebungsbereich mit
einem Abstand von 300m zu wählen
und als zweites Gebiet den gesamten Rest der Karte. Diese Aufteilung
ist dargestellt in 12. Die Gebiete müssen also
nicht zusammenhängend sein.
Wie die Einteilung vorgenommen wird ist egal, wichtig ist nur, dass
beide Karten exakt die gleiche Einteilung haben.
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In
die Kombinations-Karte (K) können
aus dem ersten Gebiet (Korridor um Autobahn) alle Knoten und Kanten
aus der Anwendungs-Karte (A) übernommen
werden und aus dem zweiten Gebiet (alles außerhalb des Autobahnkorridors)
alle Knoten und Kanten aus der zweiten Karte (B). Das Einteilen
der Karten (A, B) in Teil-Gebiete (egal ob gleichgroße Kacheln
oder z.B. mittels Bereich um die Autobahn), sowie die Übernahme
von Objekte in die Kombinations-Karte (egal ob als gesamte Karte
oder Gebietsweise) kann bei der Betrachtung des Zeitaufwands für dieses
Verfahren vernachlässigt
werden, da der Aufwand vergleichsweise gering ist.
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Anschließend müssen die
Kanten betrachtet werden, die direkt auf den Gebietsgrenzen liegen. Das
heißt,
es müssen
in beiden Ausgangskarten (A, B) die Kanten betrachtet werden, die
aus dem ,Autobahnkorridor' herausführen. Es
kann davon ausgegangen werden, dass sie nicht zu 100% identisch sind.
Dadurch entstehen Konflikte, welche automatisiert/manuell aufgelöst werden
müssen,
um die vollständige
Anbindung des Gebiets (Korridor um Autobahn) an das zweite Teil-Gebiet
(Rest der Karte) zu gewährleisten.
Sind diese Konflikte aufgelöst,
erfolgt eine erneute Zuordnung für
die Kacheln, die aus der Anwendungs-Karte übernommen (A) wurden. Für die erfolgreichen
Zuordnungen (Identifizierung identischer Objekte) können wahlweise
bestimmte Attribute aus der zweiten Karte (B) in die Kombinations-Karte
(K) übernommen
werden, um die Qualität
der Karte weiter zu erhöhen.
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Bei
der dieser Variante ist wiederum ein hoher Aufwand manueller Nacharbeit
nötig,
wobei dieser Aufwand geringer sein müsste als in Variante 1, da
sich die Nacharbeit hier nicht auf die ganze Karte erstreckt, sondern
auf die Ränder
der angrenzenden Kacheln, welche aus verschiedenen Karten übernommen
wurden. An diesen Rändern
kommt es zu Übergangsproblemen
bzw. Konflikten, die aufgelöst werden
müssen,
was aber nicht in allen Fällen
automatisiert möglich
sein wird. Im Gegensatz zu Variante 2 und Variante 3 kann hier auf
die manuelle Nacharbeit also nicht verzichtet werden und es kann
auch nicht mittendrin mit der manuellen Nacharbeit aufgehört werden.
Es gibt hier lediglich die Möglichkeit,
die Konfliktauflösung
zu vereinfachen, um möglichst
viel automatisiert aufzulösen.
Dadurch kann jedoch die Kartenqualität leiden, denn ohne die Konfliktauflösung ist
der zugrunde liegende Graph nicht zusammenhängend und somit nicht routingfähig. Grund
dafür ist,
dass angrenzende Kacheln aus verschiedenen Karten entnommen wurden
und deshalb an diesen Gebietsgrenzen keine Übergänge zum Straßennetz
der jeweils benachbarten Kachel bestehen.
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Alle
angeführten
Varianten haben das Teilproblem gemeinsam, dass möglichst
viele Knoten und Kanten automatisiert zugeordnet werden sollen. Unter
Zuordnung ist hier das Auffinden und Identifizieren von Objekten
zu verstehen, welche in beiden Karten vorhanden sind und als ,gleich' erkannt (sprich
zugeordnet) werden können.
Außerdem
müssen
die Knoten und Kanten gefunden werden, die nur in der Anwendungs-Karte
(A) bzw. nur in der zweiten Karte (B) vorhanden sind. Diese Objekte,
die nur in einer der beiden Karten vorhanden sind, sind vorrangig
in die Kombinations-Karte
(K) zu übernehmen, damit
neue Details eingehen.
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Bei
zugeordneten Knoten bzw. Kanten, die also in beiden Ausgangskarten
(A, B) vorkommen, hängt
es von weiteren Vorgaben ab, aus welcher der beiden Ausgangskarten
(A, B) das Objekt in die Kombinations-Karte (K) übernommen wird oder ob nur
ein Teil des Objektes aus der einen Karte und ein anderer Teil aus
der anderen Karte in die Kombinations-Karte (K) übernommen wird. So kann von
zugeordneten Objekten z.B. die Geometrie aus der Anwendungs-Karte
(A) übernommen
werden und andere Attribute, welche nicht vom Anwender aktualisiert werden,
aus der zweiten Karte (B).
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Die
wichtigsten Attribute für
Knoten und Kanten sind
- – Die Geometrie
- – Der
Name
- – Die
Straßenklasse
(für Kanten)
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Daneben
gibt es noch die Eigenschaften
- – Knotengrad
- – Erreichbarkeit
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Als
Knotengrad ist die Anzahl ankommender und abgehender Kanten eines
Knotens definiert. Damit verbunden ist die Erreichbarkeit eines
Zieles von einem bestimmten Knoten aus. Diese Eigenschaften ergeben
sich aus der Topologie der jeweiligen Karte und sind vorzugsweise
beim Zusammenführen
von Karten zu berücksichtigen.
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Zusätzlich zu
den oben aufgeführten
Attributen gibt es noch weitere wichtige Eigenschaften, die sich
aus der Art der Abspeicherung der Kartendaten ergeben. So gibt es
z.B. zu jedem Kartenobjekt eine Identifizierungs-Nummer (ID) unter
welcher dieses Objekt in der Datenbank abgelegt ist. Sofern die
ID einer Kante sich in den verschiedenen Kartenversionen (A, A1,
A2, ... bzw. B, B1, B2, ...) nicht ändert, kann diese Kante mit
Hilfe der zugeordneten ID in jeder Kartenversion wieder gefunden
werden kann. Dieses Konzept wird allerdings nicht immer konsequent
durchgeführt.
Durch eine Änderung
der Streckenführung
werden z.B. bei Kartenaktualisierung neue Identifizierungsnummern
vergeben, so dass dann in verschiedenen Ausgangskarten (A, B) u.U. verschiedene
Kanten mit gleicher ID vorkommen können. Wie in 13 dargestellt,
gibt es z.B. die Variante, dass in einer Karte A ein Verbindungsstück zwischen
Knoten K1 und K2 durch zwei Kanten wiedergegeben ist (mit dazwischen
eingefügtem
Knoten K3), für
die entsprechend die beiden Identifizierungsnummern ID1 und ID2
verwendet wurden, in einer zweiten Karte B das gleiche Verbindungsstück K1–K2 jedoch
durch eine Kante mit zugeordneter Identifizierungs-Nummer ID1 wiedergegeben
ist. Diese Situation führt
offensichtlich zu einem Zuordnungsproblem: Wird die Kante mit ID1
aus Karte A der Kante mit ID1 aus Karte B zugeordnet (als gleich identifiziert),
so fehlt die Kante mit ID2 in Karte B. Dadurch kann es beim Zusammenführen vorkommen, dass
sowohl die Kante mit ID1 aus Karte A, als auch die Kante mit ID2
aus Karte B in die Kombinations-Karte (K) übernommen werden. Das wäre jedoch
eine qualitative Verschlechterung gegenüber jeder der Ausgangskarten.
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Eine
weitere Möglichkeit
Objekte gezielt in die Kombinations-Karte zu übernehmen ist das Zerlegen
zugeordneter Kanten (wird unten erläutert), wobei Kanten durch
Einfügen
von ,fiktiven Knoten' geteilt
werden und dann ein Teil der jeweiligen Kante aus der ersten Karte
(A) und der zweite Teil aus der anderen Karte (B) in die Kombinations-Karte
(K) übernommen
wird.
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14 zeigt
ein Beispiel für
identische Objekte, die in den jeweiligen Karten unterschiedlich wiedergegeben
werden. Es handelt sich um eine Autobahnauffahrt innerhalb Stuttgarts,
die in der Anwendungs-Karte A (starke Linien) und einer zweite Karte
B (dünne
Linien) unterschiedlich wiedergegeben ist. Dem Betrachter ist sofort
klar, welche Kanten einander zugeordnet werden müssen. Es scheint sich um einen
sehr trivialen Fall zu handeln. Bei einer automatisierten Zuordnung
ist das jedoch nicht so einfach, sobald weitere Kanten in unmittelbarer
Umgebung vorhanden sind. So stimmen bei der dargestellten Autobahnauffahrt
in den beiden Karten die Anfangs- und Endpunkte der Rampen nicht überein. Erschwert
werden kann die Entscheidung zusätzlich noch
durch eine Änderung
der Straßenklassen,
d.h. die Rampen aus der Anwendungs-Karte haben u.U. eine andere
Straßenklasse
als die Rampen aus der zweiten Karte.
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Um
Zuordnungen von Objekten aus verschiedenen Karten automatisiert
durchzuführen,
ist die Verwendung mehrerer Parameter erforderlich. So muss z.B.
festgelegt werden, wie weit zwei Knoten in den beiden Ausgangskarten
(A, B) voneinander entfernt sein dürfen, damit sie als identisch
angesehen werden können.
Bei Kanten gibt es verschiedenen Möglichkeiten einen ,Abstand' zu definieren. Die
bevorzugten Verfahren werden im Folgenden erläutert.
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Der
kürzeste
Abstand eines Punktes (z.B. Knoten) zu einer Strecke (Kante) kann
festgelegt werden, indem der Abstand des Punktes zu jeder Teilstrecke
(Teilstück
zwischen zwei benachbarten Stützpunkten
der Strecke) berechnet wird und anschließend der kürzeste Abstand ausgewählt wird. Dies
ist in 15 schematisch wiedergegeben.
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Zur
Bestimmung des kürzesten
Abstands zwischen zwei Strecken wird von jedem Stützpunkt einer
Strecke der jeweils kürzeste
Abstand zur anderen Strecke berechnet. Das Minimum all dieser Abstände ist
der gesuchte kürzeste
Abstand der Strecken zueinander. Diese Vorgehensweise ist in 16 schematisch
wiedergegeben: Die gitterartig verlaufenden Linien sind die kürzesten
Abstände
von allen oberen Stützpunkten
(obere Strecke) zu der unteren Strecke. Als Minimum in diesem Beispiel
ergibt sich der als breiter Pfeil dargestellte Abstand.
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Kreuzen
sich zwei Strecken, so ist der kürzeste
Abstand zwischen diesen beiden Strecken genau dann Null, wenn ein
Stützpunkt
auf dem Kreuzungspunkt liegt. Liegt kein Stützpunkt auf dem Kreuzungspunkt,
ist der kürzeste
Abstand zwischen zwei Strecken größer als Null. Dies zeigt 17.
Nach Berechnung der kürzesten
Abstände
aller Stützpunkte
einer Strecke zur jeweilig anderen Strecke verbleiben zwei Minimalabstände (dick
gezeichnete Pfeile in 17). Der kürzere dieser beiden ist der
gesuchte Minimal-Abstand beider Strecken zueinander. An diesem Beispiel
ist auch sehr gut erkennbar, dass es nicht genügt, nur die kürzesten
Abstände
der Stützpunkte
einer Strecke (statt beider) zu betrachten.
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Zur
Berechnung des durchschnittlichen Abstandes zweier Strecken wird
von jedem Stützpunkt der
minimale Abstand zur anderen Strecke ermittelt. Diese Abstände werden
aufsummiert und durch die Anzahl der Stützpunkte geteilt.
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Zur
Ermittlung des maximalen Abstands zweier Strecken wird ebenfalls
von jedem Stützpunkt der
minimale Abstand zur anderen Strecke ermittelt (vergl. 18).
Das Maximum dieser Abstände
wird als maximaler Abstand zweier Strecken bezeichnet (dick gezeichneter
Pfeil in 18).
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Zur
Bestimmung eines angepassten maximalen Abstands zweier Strecken
wird zunächst
wieder von jedem Stützpunkt
der minimale Abstand zur anderen Strecke ermittelt. Das Maximum
dieser Abstände
zunächst
der maximale Abstand der Strecken. In einem zusätzlichen Schritt werden die
Enden der Strecken ,angepasst',
d.h. sie werden so weit abgeschnitten, dass nur der übereinstimmende
Teil übrig
bleibt. Wie in 19 dargestellt werden dazu sukzessive
die Teilstrecken abgeschnitten, bei denen der minimale Abstand zur
anderen Strecke gerade der Abstand vom vorletzten Stützpunkt
der Strecke zum Endpunkt der anderen Strecke ist (gestrichelte Pfeile
in 19). Der breite Pfeil ist der angepasste maximale
Abstand der beiden Strecken.
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Bei
einer Bestimmung des Flächenabstands zweier
Strecken wird die Berechnung der eingeschlossenen Fläche angenähert. Hierbei
spielt die Länge
der Strecke(n) eine große
Rolle. Zunächst wird
die Strecke mit der größeren Anzahl
von Stützpunkten
gewählt.
Dann wird für
jeden Stützpunkt
dieser Strecke der minimale Abstand zur anderen Strecke ermittelt
und mit dem Abstand zum nächsten (fortlaufend
nachfolgenden) Stützpunkt
der eigenen Strecke multipliziert. Die Produkte werden anschließend aufsummiert.
Dieser Ablauf ist in 20 schematisch wiedergegeben.
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Für einen
optimierten Flächenabstand
von zwei Strecken erfolgt die Berechnung wie beim einfachen Flächenabstand,
nur mit dem Unterschied, dass er für beide Strecken berechnet
wird, statt nur für
die Strecke mit der größeren Anzahl
von Stützpunkten.
Die Ergebnisse der beiden einfachen Flächenabstände werden addiert und durch
zwei geteilt.
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Beim
angepassten Flächenabstand
zweier Strecken werden (wie oben zum angepassten Abstand dargestellt)
die Enden der Strecken ,angepasst', d.h. sie werden wieder so weit abgeschnitten, dass
nur der übereinstimmende
Teil übrig
bleibt. Anschließend
wird der einfache Flächenabstand
der zwei Strecken ermittelt.
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Durch
die vorbenannten Arten von Abständen
lässt sich
ein Ähnlichkeits-Vergleich
der Geometrie verschiedener Kanten (auch: identische Geometrie)
ableiten.
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Folgender
Ablauf ist ein Beispiel für
einen möglichen
automatischen Zuordnungsdurchlauf:
- – Zuordnung
aller Knoten mit gleicher ID und identischen Koordinaten
- – Zuordnung
von Kanten mit gleicher ID und identischer Geometrie, deren Endknoten
ebenfalls identische ID und identische Koordinaten haben
- – Zuordnung
von Kanten mit gleicher ID und fast identischer Geometrie, deren
Endknoten identische ID und identische Koordinaten haben
- – Zuordnung
aller Knoten mit gleicher ID und fast identischer Geometrie
- – Zuordnung
aller Knoten mit gleicher ID und kleinem Abstand
- – Zuordnung
von Kanten mit gleicher ID und kleinem Abstand, deren Endpunkte
bereits zugeordnet wurden
- – Zuordnung
von Kanten mit fast identischer Geometrie, deren Endknoten identische
ID und identische Koordinaten haben
- – Zuordnung
aller Knoten mit sehr kleinem Abstand und keinem weiteren Knoten
in der näheren Umgebung
- – Zuordnung
von Knoten, die in beiden Karten isoliert sind und deren Abstand
akzeptabel klein ist
- – Zuordnung
von Knoten, wenn einer der beiden Knoten in seinem Netz isoliert
ist, es in der näheren
Umgebung des zweiten Knoten keinen weiteren Knoten gibt und der
Abstand der Knoten relativ klein ist
- – Zuordnung
von Knoten, die in beiden Karten isoliert sind und deren Abstand
akzeptabel klein ist
- – Zuordnung
von Kanten mit fast identischer Geometrie, deren Endknoten bereits
zugeordnet wurden
- – Zuordnung
von Knoten, deren Abstand untereinander relativ klein ist und die
gleichzeitig Anfangsknoten eines Verbindungsstücks sind, welches in beiden
Karten existiert (bereits zugeordnet wurde) und deren zweiter Endknoten
bereits zugeordnet wurde
- – Zuordnung
aller Kanten mit sehr kleinem Abstand, deren Endknoten bereits zugeordnet
wurden
- – Zuordnung
aller Kanten mit sehr kleinem Abstand und keiner weiteren Kante
in der näheren Umgebung
- – Zuordnung
aller Knoten mit sehr kleinem Abstand und keinem weiteren Knoten
in der näheren Umgebung
- – Zuordnung
von Knoten, von denen die gleiche Anzahl von Strecken abgeht, diese
Anzahl größer als
zwei ist und von denen aus die gleichen bereits zugeordneten Knoten
erreichbar sind, wenn man zum Erreichen zugeordneter Knoten zwei noch
nicht zugeordnete Knoten als Zwischenknoten zulässt
- – Zuordnung
von Kanten, wenn Anfangs- und Endknoten bereits identifiziert wurden
und die jeweilige Kante in keiner Karte als Teilstrecke besteht
und auch keine zu ihr parallelen Strecken existieren
- – Zuordnung
von Strecken (bestehend aus mehreren Kanten mit unterschiedlicher
ID), die in einer Karte nicht aus Teilstrecken bestehen, in der
anderen Karte keine parallelen Strecken besitzen und der Abstand
der Zwischenpunkte zur Strecke aus der anderen Karte relativ klein
ist
- – Zuordnung
von Strecken, die in beiden Netzen aus höchstens drei Teilstrecken bestehen,
die Zwischenpunkte jeweils dicht genug am Streckenzug der anderen
Karte liegen und es keine parallelen Streckenzüge mit maximal drei Teilstrecken gibt
-
Der
Zuordnungsdurchlauf kann in dieser oder ähnlicher Reihenfolge durchgeführt werden. Auch
eine Wiederholung eines oder mehrerer Zuordnungsschritte, aber mit
veränderter
Definition bzw. veränderten
Wertebreichen von ,fast identischer Geometrie', ,sehr kleiner Abstand' und ,kein anderes Objekt
in näherer
Umgebung' und dafür Hinzunahme des
Attributes ,Straßenname' ist vorteilhaft.
Was den optimalen Zuordnungserfolg bringt, hängt von den konkreten Karten
ab und muss u.U. im Einzelfall getestet werden.
-
Im
Anschluss kann ein Suchdurchlauf nach allen Knoten mit Knotengrad
1 erfolgen und der Versuch, über
Geometrie und Name sowohl den Knoten, als auch die abgehende Kante
zuzuordnen und danach dann alle Knoten mit Knotengrad 2 suchen,
die noch nicht zugeordnet wurden.
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Zur
Verfeinerung kann ein weiterer Zuordnungsdurchlauf mit erneuter Änderung
der Definition von ,fast identischer Geometrie', ,sehr kleiner Abstand' und ,kein anderes
Objekt in näherer
Umgebung' durchgeführt werden.
Ziel dieses Durchlaufes ist es, Teile von Kanten zuzuordnen. Dafür ist hier eine
geeignete Teilung von Kanten erlaubt (Konfliktlösung durch Aufbrechen von Kanten).
Dazu werden ,fiktive Knoten' eingefügt und die
Zuordnung (sowohl 1:1, als auch n:m) erfolgt auf den neu erzeugten
Teilkanten. Die Stelle, an der die Kante mittels ,fiktivem Knoten' aufgeteilt wird,
hängt von
zuvor definierten Abständen
ab.
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Bei
der Teilung von Kanten sind verschiedene Aspekte zu berücksichtigen.
Die folgenden Beispiele erläutern
die jeweilige Problemstellung. Ausgangssituation ist dabei jeweils
der Kartenausschnitt wie in 14 dargestellt.
Beide Ausgangskarten (A, B) erhalten dieselbe Gebietseinteilung
(in diesem Fall Kacheln).
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In
den folgenden Beispielen ist die in den Figuren dargestellte schwarze
Linie eine Gebietsgrenze.
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21 ist
ein erstes Beispiel. In die Kombinations-Karte soll die Kachel 1
(links oben) aus der Karte A genommen werden und die Kachel 2 (rechts unten)
aus der Karte B. Direkt auf der Gebietsgrenze liegen Kante0 und
Kante3. Es scheint keinen Konflikt zu geben, da diese beiden Kanten
als identisch angenommen werden können. Kante0 und Kante3 haben jedoch
nicht die gleichen Endpunkte. Man könnte die Auflösung des
Konflikts weiter in Kachel 2 hinein schieben, indem man nicht nur
Kante3 sondern auch Kante4 und Kante5 in die Kombinations-Karte übernimmt
(statt Kante1 und Kante2), aber das wäre ungeschickt, da aus dem
einen Konflikt dann zwei neue Konflikte werden. Denn sowohl Kante1
hat keinerlei Endpunkt mit Kante5 gemeinsam, als auch Kante2 keinen
mit Kante4. Das bedeutet auch, dass diese Kanten einander (automatisiert)
nicht zugeordnet werden können,
obwohl es sich aus funktioneller Sicht um identische Objekte handelt.
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22 zeigt
ein anderes Beispiel. Die beste Lösung für das Problem wäre hier,
Kante0 und Kante3 auf der Gebietsgrenze zu teilen, einen neuen ,fiktiven
Knoten' einfügen und
aus Kachel 1 die eine Hälfte
von Kante3 zu übernehmen,
aus Kachel 2 den anderen Teil von Kante0.
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In
der Darstellung nach 23 liegen Kante1, Kante2 und
Kante3 direkt auf der Gebietsgrenze. Hier ist keine eindeutige Zuordnung
der Kanten möglich.
Die Kante2 liegt zwar wesentlich dichter an der Kante3, aber das
Attribut Fahrtrichtung, sowie der Name der Kante3 passt ebenso wenig
zu denen der Kante2 wie zu denen der Kante1. Die Auswertung der
Attribute ,Anzahl Fahrspuren' kann
hier eher verwirren. Eine automatisierte Konfliktlösung scheint hier
sehr schwer oder nicht möglich.
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Im
Beispiel nach 24 liegen Kante1, Kante2 und
Kante3 ebenfalls direkt auf der Gebietsgrenze. Im Gegensatz zum
Beispiel nach 23 ist (direkt auf der Gebietsgrenze)
die Geometrie von Kante2 und Kante3 hier fast identisch, wohingegen Kante1
viel weiter entfernt liegt. Da es kein anderes Attribut gibt, bei
welchem Kante1 besser mit Kante3 übereinstimmt als Kante2, würde eine
automatisierte Zuordnung von Kante2 zu Kante3 erfolgen. Damit würde Kante1
als nicht in der anderen Karte vorhanden eingestuft werden und somit
zusätzlich
in die Kombinations-Karte eingefügt
werden.
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Auch
hier gibt es das Problem, dass Kante2 und Kante3 keine übereinstimmenden
Endpunkte haben. Die beste Lösung
für dieses
Problem wäre wie
in Beispiel1, Kante2 und Kante3 auf der Gebietsgrenze zu teilen,
einen neuen ,fiktiven Knoten' einzufügen und
aus Kachel 1 die eine Hälfte
von Kante3 zu übernehmen,
aus Kachel 2 den anderen Teil von Kante2.
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25 stellt
eine andere Situation dar.
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Da
Kante1 hier als nicht in der anderen Karte vorhanden eingestuft
wird, muss sie zusätzlich
in die Kombinations-Karte
eingefügt
werden. Hier gibt es das Problem, dass der Anfangspunkt von Kante1 nicht
in der blauen Karte von Kachel 1 vorhanden ist und somit auch ,noch' nicht in der neuen
Karte existiert. Die beste Lösung
für dieses
Problem wäre
das Aufbrechen der Kante3 an der Stelle, an der der Anfangspunkt
von Kante1 liegt. Der neu eingefügte
,fiktive Knoten' hat
dann Knotengrad 3.
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Im
Beispiel nach 26 liegen Kante2, Kante1, sowie
Kante4 und Kante5 direkt auf der Gebietsgrenze. Es scheint keinen
Konflikt zu geben, da Kante2 und Kante4, sowie Kante1 und Kante5
einander zugeordnet werden. Aber sowohl Kante2 und Kante4, als auch
Kante1 und Kante5 haben nicht die gleichen Endpunkte. Man könnte die
Auflösung
des Konflikts weiter in Kachel 2 hinein schieben, indem nicht nur
Kante3, sondern auch Kante4 und Kante5 in die Kombinations-Karte übernommen
wird (statt Kante1 und Kante2). Dann müssten in Kachel 2 mindestens
zwei neue ,fiktive Knoten' eingefügt werden.
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Man
könnte
aber auch Kante1 und Kante2 in Kachel 1 übernehmen und analog zum vorangehenden
Beispiel in Kachel 1 einen ,fiktiven Knoten' mit Knotengrad 3 einfügen, indem
Kante3 an der Stelle aufgebrochen wird, an der der Anfangspunkt
von Kante1 und Kante2 liegt.
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Eine
weitere Möglichkeit
den Konflikt zu lösen,
wäre es,
alle 4 Kanten auf der Gebietsgrenze aufzubrechen und einen Geometrieversatz
auf der Gebietsgrenze in Kauf zu nehmen (vergl. 27). Das
heißt,
in Kachel 1 wird die Geometrie von Kante4 und Kante5 übernommen,
in Kachel 2 die Geometrie von Kante1 und Kante2. Eine ,Geometrieangleichung' in der Nähe der Gebietsgrenze
kann dann (automatisiert oder manuell) im Nachgang erfolgen. Als
Koordinaten der neuen ,fiktiven Knoten' wird jeweils die Mitte der zugeordneten
Kanten auf der Gebietsgrenze gewählt.
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Im
Beispiel nach 28 geht Kante2 aus Kachel1 hinaus
und wieder hinein. Im oberen Bereich der Gebietsgrenze würde Kante2
der Kante3 zugeordnet werden (analog 24) und
im unteren Bereich der Gebietsgrenze würde Kante2 der Kante4 zugeordnet
werden. Generell ist eine n:m Zuordnung von Kanten möglich. Hier
kann man sich auch das Aufbrechen von Kante3 sparen und Kante2 nicht
in die Kombinations-Karte übernehmen,
sondern die vollständige
Kante3, sowie Kante4. Ein automatisiertes Erkennen solcher Fälle stellt
kein Problem dar.
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Kante1
wird als nicht in der anderen Karte vorhanden eingestuft und wird
vollständig
in die Kombinations-Karte übernommen.
Dazu muss Kante3 aufgebrochen werden. D.h. an der Stelle, an der
der Anfangspunkt von Kante1 liegt wird ein ,fiktiver Knoten' mit Knotengrad 3
eingefügt.
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Im
Beispiel nach 29 entsteht die Situation, dass
Autobahnauffahrt und Autobahnabfahrt in der Kombinations-Karte nicht am gleichen
Knoten beginnen bzw. enden. Man hat also statt einem Knoten mit
Knotengrad 4, zwei Knoten mit Knotengrad 3. Für ein Navigationssystem auf
Basis dieser Karte könnte
das bedeuten, dass falsche Abbiegehinweise erstellt werden, da die
Anzahl adjazenter Kanten nicht mit der Realität übereinstimmt.
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Wie
die Beispiele zeigen, ist eine automatisierte Zuordnung nicht einmal
in den Fällen
möglich, in
denen eine inhaltliche Zuordnung aus Betrachtersicht einleuchtend
und eindeutig zu sein scheint. Außerdem entstehen trotz erfolgter
Zuordnung Konflikte, da die Endpunkte einander zugeordneter Links nicht übereinstimmen.
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Das
Nicht-Wiederfinden von Endpunkten kann gelöst werden, indem Kanten aufgebrochen und
,Fiktive Knoten' eingefügt werden.
Das sollte zumindest bei erfolgreicher Zuordnung von Links möglich sein,
auch wenn ein möglicher
geographischer Versatz auf der Gebietsgrenze hingenommen werden
muss. Schwieriger dagegen gestaltet sich das Nicht-Wiederfinden
von Endpunkten ,nicht zugeordneter' Kanten. In diesen Fällen müssten sowohl die ,nicht zugeordnete' Kante, als auch
deren Endpunkte in die Kombinations-Karte eingefügt werden. Das hat zur Folge,
dass in der neuen Karte viele Sackgassen existieren, die eigentlich
keine Sackgassen sind.
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Um
das zu verhindern, könnte
ein Abbilden auf die nächstliegende
Kante erfolgen, was allerdings die Gefahr birgt, dass neue Wege
erstellt werden, die es in der Realität nicht gibt. Oder man lässt diese
Kanten weg, wodurch aber an deren Anschlusskanten Sackgassen entstehen,
die es weder in der Realität
noch in einer der Ausgangskarten gibt.