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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Erstellen von Karten mit Küstenlinien.
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Es ist bekannt, Seekarten mit Küstenlinien auf Papier oder als elektronische Karten zu erstellen. In Deutschland ist das Bundesamt für Schifffahrt und Hydrografie für die Festlegung der „amtlichen” Küstenlinie verantwortlich. Erforderliche Berichtigungen werden in den „Nachrichten für Seefahrer” (NfS) veröffentlicht. Unter einer Küstenlinie wird die Grenzlinie von Land und Wasser verstanden.
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Daten über Küstenlinien liegen in unterschiedlicher Form vor. Z. B. existieren aus Papierkarten digitalisierte Vektordaten, die die Küstenlinie definieren. Die Vektordaten werden in einer Datenbank gespeichert. In der höchsten Auflösung liegen die Karten im Maßstab 1:6250 vor. Es gibt jedoch auch nautisch weniger relevante Gebiete, von denen die Küstenlinie nur weniger hoch aufgelöst vorhanden ist. Im wissenschaftlichen Bereich werden häufig die GSHHS (Global Self-consistent Hierarchical High-resolution Shorelines) von Wessel und Smith verwendet, die auf WVS (World Vector Shorelines) und anderen Daten basieren. Die höchste Auflösung der GSHHS beträgt 100 m. Sie haben eine globale Abdeckung.
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Insbesondere für nautische Zwecke werden zuverlässige Angaben über den tatsächlichen und aktuellen Verlauf der Küsten benötigt. Die vorhandenen Karten erfüllen diese Anforderung aus zwei Gründen nicht oder nur in Teilgebieten. Zum einen wurden die Karten nicht mit der erforderlichen Genauigkeit erstellt. Zum anderen verändern sich Küstenlinien im Laufe der Zeit.
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JP 2005148906 A offenbart eine Küstenlinien-Extraktionsvorrichtung, die Punktdaten auf einer Küstenlinie aus einem Luftbild und einem Satellitenbild extrahiert.
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US 8 154 438 B1 beschreibt eine Vorrichtung zur Registrierung einer geografischen Breite/Länge. Pixel-Bilddarstellungen einer weltweiten Karte werden bereitgestellt, einschließlich nautischer Merkmale, gemeinsam mit entsprechenden Breiten-/Längen-Koordinaten. Die Pixeldarstellungen und zurückgelieferte Bilder von lokalen Merkmalen werden miteinander registriert.
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US 4 687 230 A betrifft eine nautische Karte, die eine Darstellung einer Küstenlinie an zumindest einer Seite eines einzelnen Blattes aus flexiblem Material enthält.
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JP H02-230382 A beschreibt ein Verfahren zum Darstellen einer Küstenlinie durch angenäherte gerade Linien.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Erstellen von Karten mit Küstenlinien anzugeben, durch das Küstenlinien präzise dokumentiert werden können und Veränderungen der Küstenlinien auf einfache Weise berücksichtigt werden können.
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Gemäß einem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung können vorhandene Karten mit Küsten auf einfache Weise und wiederholt dadurch aktualisiert und präzisiert werden, dass Fernerkundungsdaten (insbesondere optische oder Radardaten von Flugkörpern, wie Satelliten, Flugzeugen und/oder Ballonen, die von Gebieten mit Land und Wasser aufgenommen werden) ausgewertet werden. Dadurch können einerseits Veränderungen der Küstenlinie berücksichtigt werden und andererseits abhängig von der örtlichen Auflösung der Fernerkundungsdaten im Vergleich zu vorhandenen Karten von Küsten in der Regel hochaufgelöste Küstenlinien ermittelt werden.
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Die Erfindung geht ferner von dem Problem aus, dass der Aufwand für die Ermittlung vollständiger nautischer Karten allein aus aktuellen Fernerkundungsdaten hoch ist. Auch enthalten nautische Karten in der Regel Informationen über Wassertiefen, die jedenfalls mit einfachen bildgebenden Fernerkundungssensoren nicht ermittelbar sind. Auch ist es bei Fernerkundungsdaten teils schwierig, alle tatsächlich vorhandenen Küstenlinien sicher als solche zu identifizieren.
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Zur Lösung dieses Problems geht die Erfindung davon aus, dass vorhandene Karten jedenfalls einen guten ersten Anhaltspunkt über den Verlauf von Küsten bieten. Ausgehend von diesem ungefähren Verlauf werden nun die Fernerkundungsdaten dazu verwendet, den Verlauf der Küstenlinien präzise zu bestimmen.
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Insbesondere wird vorgeschlagen: Ein Verfahren zum Erstellen von Karten mit Küstenlinien, wobei
- a) vorhandene Daten mit Information über eine vorhandene Küstenlinie, die bei Bedarf zu ändern ist, erfasst werden,
- b) durch Fernerkundung gewonnene zusätzliche Daten erfasst werden,
- c) ein erstes Koordinatensystem der vorhandenen Daten und ein zweites Koordinatensystem der durch Fernerkundung gewonnenen zusätzlichen Daten miteinander in Beziehung gesetzt werden, so dass für einen beliebigen Punkt in einem der Koordinatensysteme ein entsprechender Punkt in dem anderen der Koordinatensysteme ermittelbar ist,
- d) aus den vorhandenen Daten vorhandene Positionen der vorhandenen Küstenlinie ermittelt werden,
- e) Auswertungslinien festgelegt werden, die die vorhandene Küstenlinie an den vorhandenen Positionen senkrecht kreuzen,
- f) durch Auswertung der zusätzlichen Daten entlang den Auswertungslinien ermittelt wird, an welcher Übergangsposition ein Übergang zwischen Wasser und Land vorhanden ist,
- g) die vorhandene Küstenlinie jeweils durch Verschiebung der vorhandenen Positionen entlang der Auswertungslinie, die die vorhandene Position und eine entlang der Auswertungslinie ermittelte Übergangsposition enthält, auf die Übergangsposition verschoben wird, so dass eine geänderte Küstenlinie erhalten wird.
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Ferner wird vorgeschlagen: Eine Anordnung zum Erstellen von Karten mit Küstenlinien, mit einem Datenprozessor, insbesondere zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Datenprozessor ausgestaltet ist,
- – vorhandene Daten mit Information über eine vorhandene Küstenlinie, die bei Bedarf zu ändern ist, zu erfassen,
- – durch Fernerkundung gewonnene zusätzliche Daten zu erfassen,
- – ein erstes Koordinatensystem der vorhandenen Daten und ein zweites Koordinatensystem der durch Fernerkundung gewonnenen zusätzlichen Daten miteinander in Beziehung zu setzen, so dass für einen beliebigen Punkt in einem der Koordinatensysteme ein entsprechender Punkt in dem anderen der Koordinatensysteme ermittelbar ist,
- – aus den vorhandenen Daten vorhandene Positionen der vorhandenen Küstenlinie zu ermitteln,
- – Auswertungslinien festzulegen, die die vorhandene Küstenlinie an den vorhandenen Positionen senkrecht kreuzen,
- – durch Auswertung der zusätzlichen Daten entlang den Auswertungslinien zu ermitteln, an welcher Übergangsposition ein Übergang zwischen Wasser und Land vorhanden ist,
- – die vorhandene Küstenlinie jeweils durch Verschiebung der vorhandenen Positionen entlang der Auswertungslinie, die die vorhandene Position und eine entlang der Auswertungslinie ermittelte Übergangsposition enthält, auf die Übergangsposition zu verschieben, so dass eine geänderte Küstenlinie erhalten wird.
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Das erste Koordinatensystem der vorhandenen Daten und das zweite Koordinatensystem der durch Fernerkundung gewonnenen zusätzlichen Daten können z. B. dadurch miteinander in Beziehung gesetzt werden, dass charakteristische Objekte oder Strukturen, die sowohl aus den vorhandenen Daten als auch aus den zusätzlichen Daten ermittelbar sind, ermittelt werden und miteinander in Beziehung gesetzt werden. Solche Strukturen werden in der digitalen Bildverarbeitung auch als Landmarken oder Passpunkte bezeichnet. Diese Strukturen befinden sich an ein und demselben geografischen Ort, sodass wechselseitig die Koordinaten der Struktur in der einen Darstellungsart (Projektion) in die gültigen Koordinaten der jeweils anderen Darstellungsart umgerechnet werden können. Die Darstellungsart selbst ist ein Modell (Vorschrift) für die bildliche Anordnung der dreidimensionalen Objekte bzw. Strukturen in einer zweidimensionalen Ebene (Karte oder Fernerkundungsbild).
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Die vorhandenen Positionen der vorhandenen Küstenlinie können in unterschiedlicher Weise aus den vorhandenen Daten ermittelt werden. Z. B. ist in den vorhandenen Daten bereits ein Polygonzug der Küstenlinie vorhanden, der z. B. durch Vektoren beschrieben wird. Jeder Vektor definiert ein näherungsweise als geradlinig angenommenes Küstenliniensegment. Eine andere Möglichkeit besteht darin, aus vorhandenen Bilddaten, deren Bildelemente (Pixel) als entweder Wasserelement oder Landelement markiert sind, die Küstenlinie zu ermitteln, beispielsweise wiederum als Polygonzug, z. B. mittels einer Vektorkette. In jedem Fall ergeben sich die vorhandenen Positionen der vorhandenen Küstenlinie aus den Punkten, die auf der Küstenlinie liegen. Z. B. wird festgelegt, in welchem Abstand zueinander auf dem Polygonzug die vorhandenen Positionen der vorhandenen Küstenlinie liegen sollen, die durch Auswertung der Fernerkundungsdaten verschoben werden, um die geänderte, verbesserte Küstenlinie zu erhalten.
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Im Fall von Polygonzügen ist es sehr einfach, die Auswertungslinien festzulegen. Die Auswertungslinien werden in diesem Fall durch den Normalenvektor, d. h. den senkrecht zu dem Vektor der Küstenlinie verlaufenden Vektor, definiert. Gemäß den Regeln der Geometrie ist das Skalarprodukt dieser beiden Vektoren gleich null.
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Auf die Auswertung der zusätzlichen Daten entlang den Auswertungslinien zur Ermittlung der Übergangsposition zwischen Land und Wasser wird noch näher eingegangen. Z. B. können die zusätzlichen Daten als Bilddaten mit Grauwerten oder Farbwerten vorliegen. Dabei lassen sich Farbwerte mit an sich bekannten Verfahren der digitalen Bildverarbeitung in entsprechende Grauwerte umwandeln. Grauwerte wiederum können auch als Intensitätswerte aufgefasst werden, wenn man bedenkt, dass jedes Pixel eines zweidimensionalen digitalen Bildes der Strahlungsintensität an der entsprechenden Position im Bild bzw. der Position in der Sensormatrix einer Kamera entspricht. Für die Übergangsposition zwischen Wasser und Land kann auf unterschiedliche Weise ein Kriterium festgelegt werden, das sich auf den Intensitätsverlauf bzw. Grauwerteverlauf entlang der Auswertelinie bezieht. So ist z. B. jeder Bildpunkt entlang der Auswertungslinie, dessen Bildwert unterhalb eines Schwellwertes liegt, ein Wasserpunkt und jeder Bildpunkt, dessen Bildwert oberhalb des Schwellwertes liegt, ein Landpunkt. Es kann jedoch alternativ, vorzugsweise nach Glättung des Intensitätsverlaufs entlang der Auswertungslinie durch Filterung, auch die erste oder zweite örtliche Ableitung der Intensität entlang der Auswertungslinie betrachtet werden. Z. B. liegt die Übergangsposition dort, wo die erste Ableitung maximal ist.
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Durch die Verschiebung der vorhandenen Küstenlinie von den vorhandenen und bekannten Positionen auf die ermittelten Übergangspositionen wird eine verbesserte, geänderte Küstenlinie erhalten, die der in den Fernerkundungsdaten enthaltenen Information entspricht.
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Die Aktualisierung vorhandener Daten durch Fernerkundungsdaten hat den Vorteil, dass dies wiederholt werden kann, wenn aktuellere Fernerkundungsdaten als zuvor vorliegen. Z. B. liefern verschiedene Satellitensensoren im Verlauf eines Kalenderjahres wiederholt Fernerkundungs-Bilddaten von Küstengebieten und so können durch wiederholte Ausführung des Verfahrens auch bei kurzfristigen Veränderungen der Küstenlinie immer aktuelle elektronische Karten bereitgestellt werden.
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Wie zuvor bereits erwähnt, kann aus den vorhandenen Daten ein Polygonzug ermittelt werden, der die vorhandene Küstenlinie hinreichend genau definiert, wobei die vorhandenen Positionen auf dem Polygonzug liegen. Dies vereinfacht die Ermittlung der Auswertungslinien und entspricht häufig, bei entsprechender Wahl der Länge der einzelnen Segmente des Polygonzugs, der vorhandenen verhältnismäßig niedrigen örtlichen Auflösung vorhandener Karten. Bei kurzer Segmentlänge können jedoch auch hochaufgelöste, beispielsweise bereits einmal oder mehrmals durch Fernerkundungsdaten aktualisierte Karten Polygonzüge als Küstenlinie enthalten.
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Wie zuvor erwähnt, kann bei der Auswertung der zusätzlichen Daten entlang den Auswertungslinien jeweils ein Verlauf von Farbwerten und/oder Intensitätswerten der zusätzlichen Daten ausgewertet werden und die Übergangsposition dort festgelegt werden, wo der Verlauf von Farbwerten und/oder Intensitätswerten ein vordefiniertes Kriterium erfüllt. Bei dem Kriterium handelt es sich z. B. um das genannte Schwellwertkriterium, das genannte Kriterium für die erste örtliche Ableitung oder ein anderes Kriterium.
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Vorzugsweise werden die Bilddaten entlang der Auswertungslinien in ihrem Verlauf von Wasser zu Land ausgewertet. Dies hat den Vorteil, dass Farbwerte und Intensitätswerte von Wasserpixeln in der Regel nicht so stark variieren wie bei Landpixeln. Dies hat jedoch auch den Vorteil, dass bei mehreren möglichen Übergangspositionen entlang der Auswertungslinie wahrscheinlich die letzte gefundene Übergangsposition diejenige ist, jenseits von der sich nur noch Land befindet. Insbesondere kann daher entlang einer ersten der Auswertungslinien eine Mehrzahl der Übergangspositionen ermittelt werden und die im Verlauf der Auswertungslinie von Wasser zu Land letzte Übergangsposition als die Übergangsposition festgelegt werden, auf die die vorhandene Küstenlinie zu verschieben ist.
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Alternativ kann entlang einer ersten der Auswertungslinien eine Mehrzahl der Übergangspositionen ermittelt werden, wobei ausgehend von der ermittelten Übergangsposition auf der Auswertungslinie, die der ersten Auswertungslinie am nächsten benachbart ist, festgestellt wird, welche der Mehrzahl der Übergangspositionen auf der ersten Auswertungslinie der ermittelten Übergangsposition auf der nächst benachbarten Auswertungslinie am nächsten liegt und diese Übergangsposition als die Übergangsposition festgelegt werden, auf die die vorhandene Küstenlinie entlang der ersten Auswertungslinie zu verschieben ist. Insbesondere kann die Feststellung, welche der Mehrzahl der Übergangspositionen auf der ersten Auswertungslinie der ermittelten Übergangsposition auf der nächstbenachbarten Auswertungslinie am nächsten liegt, lediglich in einem Winkelbereich vordefinierter Winkelgröße um die ermittelte Übergangsposition auf der nächstbenachbarten Auswertungslinie durchgeführt werden. Die vordefinierte Größe des Winkels stellt einen Parameter des Verfahrens dar, der verändert werden kann. Insbesondere können die verschiedenen Ergebnisse des Verfahrens bei unterschiedlicher Wahl des Parameters miteinander verglichen werden und ermittelt werden, bei welchem Parameterwert die besten Ergebnisse bezüglich der Verbesserung der Küstenlinie erzielt werden. Es ist auch möglich, dass der Parameterwert für unterschiedliche Abschnitte der Küstenlinie auf verschiedene Werte festgelegt wird.
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Insbesondere wenn entlang einer der Auswertungslinien eine Mehrzahl der Übergangspositionen ermittelt wird, kann nach der Auswertung der zusätzlichen Daten entlang den Auswertungslinien zur Ermittlung der Übergangsposition festgestellt werden, ob eine Übergangsposition einem tatsächlichen Übergang zwischen Wasser und Land entspricht. Dies kann als Validierung bezeichnet werden.
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Ferner kann die Auswertung der zusätzlichen Daten entlang den Auswertungslinien zur Ermittlung der Übergangsposition nach der Feststellung, ob eine Übergangsposition einem tatsächlichen Übergang zwischen Wasser und Land entspricht, wiederholt werden. Durch ein solches iteratives Vorgehen mit optional zumindest einer weiteren Iterationsschleife kann die Genauigkeit und/oder örtliche Auflösung bei der Veränderung der Küstenlinie erhöht werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine bereits gemäß dem Verfahren verbesserte Küstenlinie erneut gemäß dem Verfahren verbessert und/oder aktualisiert werden, zum Beispiel wenn noch aktuellere Fernerkundungsdaten zur Verfügung stehen. Auch in diesem Sinne kann das Verfahren iterativ ausgeführt werden.
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Generell hat ein iteratives Vorgehen, d. h. die wiederholte Verschiebung von Küstenlinienpunkten entlang von Auswertungslinien durch Auswertung von Fernerkundungsdaten, den Vorteil, dass die Genauigkeit des Auffindens tatsächlicher Küstenlinienpunkte aus den Fernerkundungsdaten bereits auf Basis derselben Fernerkundungsdaten gesteigert werden kann. Wenn ein Küstenlinienpunkt bereits entlang der zugehörigen Auswertungslinie verschoben wurde, entspricht er aller Wahrscheinlichkeit nach besser der tatsächlichen Küstenlinie als zuvor. Dies wiederum ermöglicht es, die Auswertungslinie kürzer zu wählen. Es werden somit weniger Übergangspositionen pro Auswertungslinie gefunden. Alternativ oder zusätzlich kann in einem späteren Iterationsschritt die Empfindlichkeit bei der Auswertung der Fernerkundungsdaten zur Bestimmung der Übergangspositionen erhöht werden. Insbesondere wenn die Auswertungslinie kürzer ist als in einem früheren Iterationsschritt, steigert dies die Zuverlässigkeit der Ermittlung der Übergangsposition an der tatsächlichen Küstenlinie.
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Auswertungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch eine Anordnung zum Erstellen von Karten mit Küstenlinien,
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2 eine Karte eines Gebietes mit Wasser (oben im Bild) und Land (unten im Bild), wobei die Küstenlinie durch einen Polygonzug und durch eine tatsächliche Grenzlinie zwischen Wasser und Land dargestellt ist,
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3a ein Diagramm, in dem der Verlauf von Intensitätswerten entlang einer Auswertungslinie dargestellt ist und wobei der Verlauf eine einzige mögliche Übergangsposition von Wasser zu Land enthält,
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3b einen Intensitätsverlauf ähnlich wie in 3a, der jedoch drei mögliche Übergangspositionen enthält,
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4a eine Küstenregion, deren Küstenlinie durch ein einziges Polygonzugsegment und durch einen verbesserten Polygonzug mit einer Vielzahl von Polygonzugsegmenten dargestellt ist,
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4b einen vergrößerten Ausschnitt der Küstenregion aus 4a zur Darstellung eines Bereichs, in dem teilweise mehrere Übergangspositionen entlang von Auswertungslinien gefunden werden,
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5 schematisch einen Prozess der iterativen Verbesserung einer vorhandenen Küstenlinie,
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6a eine durch einen gestrichelten Polygonzug und eine verbesserte Küstenlinie dargestellte Küstenregion, wobei sehr kurze Auswertungslinien an dem Polygonzug festgelegt sind, und
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6b die Küstenregion aus 6a, wobei jedoch sehr lange Auswertungslinien festgelegt sind, die die durch den Polygonzug dargestellte vorhandene Küstenlinie senkrecht kreuzen.
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1 zeigt eine Bildbibliothek BB, die beispielsweise durch eine Datenbank realisiert ist. Wie durch mehrere Punkte innerhalb der Bildbibliothek BB angedeutet ist, sind optional mehrere Datensätze in der Bildbibliothek BB vorhanden, wobei jeder Datensatz einem Bild einer Küstenregion entspricht, das durch Fernerkundung aufgenommen wurde. Ferner zeigt die Figur rechts oben eine Produktbibliothek PB, die zumindest einen Datensatz mit Information über eine vorhandene Küstenlinie in der Küstenregion enthält. Optional enthält die Produktbibliothek PB, die ebenfalls als Datenbank ausgeführt sein kann, mehrere solche Datensätze, wobei jeder Datensatz einer Aktualisierungsstufe bei der Aktualisierung der Küstenlinie unter Verwendung von Datensätzen aus der Bildbibliothek BB entspricht. Insbesondere sind die Datensätze in der Bildbibliothek BB und/oder der Produktbibliothek PB mit einem Zeitstempel versehen, der den Zeitpunkt der Aufnahme der Fernerkundungsdaten enthält. Die Information über die Küstenlinien kann in den Datensätzen in Form von Rasterdaten (sog. Land-Wasser-Maske) oder als Vektordaten (Polygonzug) vorliegen. Insbesondere können die Datensätze jeweils eine oder mehrere computerlesbare Dateien aufweisen. Vorzugsweise sind alle in den Bibliotheken BB und PB vorhandenen Datensätze in demselben, einheitlichen Format gespeichert.
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Durch die Verbesserung eines in der Produktbibliothek PB vorhandenen Datensatzes mit zumindest einem Datensatz in der Bildbibliothek BB entsteht ein aktualisierter Datensatz mit einer aktualisierten Küstenlinie. Wenn noch kein Datensatz in der Produktbibliothek PB vorhanden ist, kann ein solcher Datensatz mit Information über eine vorhandene Küstenlinie der Anordnung als Anfangslösung zugeführt werden.
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Der mittlere und untere Teil in 1 stellt die Prozessschritte PS bei der Erzeugung eines Datensatzes für die Produktbibliothek PB dar. Dabei entsteht in dem später noch erläuterten Prozessschritt PS4 und optional auch bereits während der vorangegangenen Prozessschritte eine Logdatei LD, die die bei der Verarbeitung der Datensätze aufgetretenen Fehler und auch die Verarbeitung der Datensätze protokolliert. Ferner kann die Logdatei LD die Werte von Prozessparametern enthalten, die z. B. geändert werden können und/oder in der Bildanalyse gemäß Prozessschritt PS1 gewonnen werden können.
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In dem bereits erwähnten Prozessschritt PS1 werden die Bilddaten analysiert, die in dem Prozess verarbeitet werden. Damit wird besser zwischen den im folgenden Prozessschritt PS2 zu verarbeitenden Landpixeln (d. h. Bildelementen, die einer Landoberfläche entsprechen) und Wasserpixeln (d. h. Bildelementen, die einer Wasseroberfläche entsprechen) unterschieden. Insbesondere können dabei Standardverfahren der digitalen Bildverarbeitung zur Anwendung kommen, die eine Histogramm- und/oder Texturanalyse enthalten. Alternativ oder zusätzlich kann eine statistische Analyse aller bis zu einem Zeitpunkt berechneten Eigenschaftswerte stattfinden, um z. B. besser geeignete Parameter für eine Binarisierung der Bilddaten zu vermitteln. Insbesondere kann die Analyse der Bilddaten über das ganze Bild oder auch nur entlang der/aller Auswertelinie(n) erfolgen. Bei einer solchen Binarisierung wird z. B. anhand eines Schwellwertes ermittelt, welche Pixel Bildwerte unterhalb des Schwellwertes haben und daher Wasserpixel sind und welche Pixel Bildwerte oberhalb des Schwellwertes haben und daher Landpixel sind. Optional ist eine zusätzliche Datenbank mit binarisierten Bildern (sog. Land-Wasser-Masken) vorhanden, die aus den Datensätzen der Bildbibliothek BB erzeugt wurden. In einer Konfigurationsdatei KD, auf die im Prozessschritt PS1 zugegriffen werden kann (insbesondere zum Schreiben der Konfigurationsdaten in die Datei KD), können Ergebnisse des Prozessschrittes PS1 aktuellen Bedingungen angepasst werden.
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Im folgenden Prozessschritt PS2 wird ein Bild aus einem vorhandenen Datensatz, z. B. einer GSHHS-Datei, einem Bild mit Fernerkundungsdaten überlagert oder umgekehrt. Bei dem Fernerkundungsbild handelt es sich in der Regel um das neueste oder zuletzt in die Bildbibliothek BB eingebrachte Fernerkundungsbild. Es reicht aus, wenn die aus den Fernerkundungsdaten extrahierte Küstenlinie überlagert wird. Insbesondere können in dem Prozessschritt PS2 Bildadressen der Küstenlinie ermittelt werden. Bei den Bildadressen handelt es sich insbesondere um Information, die der Position der Küstenlinienpunkte in dem Koordinatensystem des Bildes entspricht. Da es sich um eine automatisierte Bilddatenverarbeitung handelt, ist eine Visualisierung des Bildes zur Betrachtung durch einen Benutzer nicht erforderlich. Z. B. liegen die Küstenliniendaten in dem vorhandenen Bilddatensatz, der z. B. aus der Produktbibliothek PB ausgelesen wurde und dadurch erfasst wurde, als Polygonzug vor. Wie bereits erwähnt kann alternativ mit Rasterdaten (Land-Wasser-Masken) gearbeitet werden. Nachdem die Bildadressen der Küstenlinienpunkte in den vorhandenen Daten bekannt sind, werden nun die zugehörigen Küstenlinienpunkte aus dem Fernerkundungsdatensatz ermittelt, der für die Aktualisierung der Küstenlinie zur Verfügung steht. Nach Registrierung bzw. Referenzierung der Koordinatensysteme der einander zu überlagernden Bilder können die entsprechenden Küstenlinienpunkte aus den Fernerkundungsbilddaten ermittelt werden und hat dies die Verschiebung des jeweils zugeordneten Bildpunktes der bereits vorhandenen Küstenlinie zur Folge. Zunächst wird jedoch vorzugsweise lediglich für jeden bereits vorhandenen Küstenlinienpunkt die Positionsdifferenz festgestellt und insbesondere zwischengespeichert, die sich aus dem Unterschied der Position des entsprechenden Punktes aus den Fernerkundungsbilddaten ergibt. Alternativ können statt den Positionsdifferenzen die verschiedenen möglichen Übergangspositionen gespeichert werden. In beiden Fällen steht die gespeicherte Information für eine spätere Validierung (siehe unten) zur Verfügung.
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Zur Ermittlung der Position des jeweiligen Küstenlinienpunktes in den Fernerkundungsbilddaten können verschiedene Methoden zur Anwendung kommen. Da das Ergebnis in Echtzeit, d. h. nahezu verzögerungsfrei erhalten werden soll, wird vorzugsweise auf eine Klassifikation von Fernerkundungsdaten mehrerer sog. multispektraler Sensoren, die gleichzeitig Bilder in verschiedenen Spektralbereichen aufnehmen, verzichtet. Eine Klassifikation ist meist zeitaufwändiger und beinhaltet für das vorliegende Problem nur einen geringen Erkenntnisgewinn. Einkanalige Bilder sind in den meisten Fällen auch geometrisch höher aufgelöst. Ferner wird vorzugsweise auf eine Prozessierung der Daten im Rasterbildformat verzichtet. Stattdessen wird vorzugsweise vorgegangen, wie im Folgenden noch anhand von 2 näher erläutert wird.
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Im folgenden Prozessschritt PS3 wird der durch die Verbesserung der Küstenlinie unter Verwendung der Fernerkundungsbilddaten gewonnene Bilddatensatz validiert, wobei insbesondere eine Validierung der neuen Küstenlinienpunkte vorgenommen wird.
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Im folgenden Prozessschritt PS4 wird der so verbesserte Bilddatensatz formatiert und liegt dann als neuer Bilddatensatz LWM/KL vor, der insbesondere in der Produktbibliothek PB gespeichert werden kann. Außerdem kann in dem Prozessschritt PS4 die bereits erwähnte Logdatei LD geschrieben werden.
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Durch eine gestrichelte Linie, die mit IT bezeichnet ist und von dem Prozessschritt PS3 ausgeht und an dem Prozessschritt PS2 endet, wird angedeutet, dass die Prozessschritte PS2 und PS3 iterativ ausgeführt werden können. Es kann daher insbesondere ein Ergebnis der Validierung in Schritt PS3 sein, dass der Prozessschritt PS2 wiederholt wird, wiederum vorzugsweise gefolgt von einem Prozessschritt PS3.
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Das in 2 dargestellte Bild weist einen Polygonzug an dem Übergang zwischen Wasser W und Land L auf, der aus fünf Polygonzugsegmenten besteht. Das zweite Polygonzugsegment von links beginnt an dem Küstenlinienpunkt P1 und endet an dem Küstenlinienpunkt P2, wobei es sich um Küstenlinienpunkte vorhandener Daten handelt, die durch Fernerkundungsdaten verbessert werden sollen.
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Am Beispiel eines ausgewählten Punktes Pa auf dem Polygonzugsegment P1P2 wird nun erläutert, wie aus den Fernerkundungsbilddaten ein zugehöriger (zugeordneter) und besserer (z. B. aktuellerer oder genauerer) Küstenlinienpunkt Pn ermittelt werden kann. Hierzu wird eine Auswertungslinie S1S2 ermittelt, die senkrecht zu dem Polygonzug P1, P2 verläuft und diesen an dem Punkt Pa kreuzt. Auf diese Weise wird insbesondere für eine Vielzahl von Küstenlinienpunkten auf dem Polygonzug der vorhandenen Daten vorgegangen, z. B. für alle Punkte auf dem Polygonzug, die in einem vorgegebenen gleichförmigen Abstand zu jeweils zwei benachbarten Punkten auf dem Polygonzug liegen.
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Die Länge der Auswertungslinie S1S2, bei der es sich um einen von Wasser W zu Land L verlaufenden Vektor handelt, ist ein frei wählbarer Parameter, der insbesondere in Abhängigkeit der räumlichen Auflösung des vorhandenen Bildes und/oder des Fernerkundungsdatenbildes gewählt oder festgelegt werden kann. Insbesondere kann der Abstand der Punkte S1 und S2 von dem Küstenlinienpunkt Pa auf dem Polygonzug gleich groß sein. Vorzugsweise weist der Vektor S1S2 immer von Wasser W zu Land L.
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Nun wird aus den Fernerkundungsbilddaten der Intensitätsverlauf der Bildwerte dieser Daten entlang der Auswertungslinie in Richtung des Vektors S1S2 ermittelt. Wenn mehrere Fernerkundungsbilder von demselben Küstengebiet vorliegen, können sich die Intensitätsverläufe unterscheiden. Es können optional die verschiedenen Intensitätsverläufe aus verschiedenen Fernerkundungsbilddatensätzen verwendet werden, um den Küstenlinienpunkt Pn zu ermitteln. Bei der Auswertung eines Intensitätsverlaufs kann durch eine Verarbeitung der Daten erreicht werden, dass die Bildpunkte entlang der Auswertungslinie entweder als „Wasser” oder als „Land” identifiziert werden, z. B. durch das bereits erwähnte Schwellwertverfahren, und entsprechend markiert werden können.
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Alternativ kann z. B. zunächst eine Filterung der Daten des Intensitätsverlaufes durchgeführt werden, um den Intensitätsverlauf zu glätten. Dies ist insbesondere bei Verwendung von mittels Radar gewonnener Fernerkundungsbilddatensätze vorteilhaft. Die Art und Parameter der Filter können unterschiedlich sein. Ferner alternativ oder zusätzlich kann aus einem Histogramm der Bildwerte des Intensitätsverlaufes ein lokal (für das Intensitätsprofil) gültiger Schwellwert ermittelt werden, um Wasserpunkte von Landpunkten zu trennen. Alternativ kann ein fester, vorgegebener Schwellwert verwendet werden, der z. B. aus der Konfigurationsdatei KD in 1 ausgelesen werden kann. Dies erlaubt es mit sehr großer Wahrscheinlichkeit korrekt zwischen Land- und Wasserpunkten zu unterscheiden.
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Der Verlauf des Polygonzuges in 2 und der Verlauf der mit breiterer Strichstärke gezeichneten tatsächlichen Küstenlinie in 2 zeigen, dass sich zwar viele, aber nicht alle Küstenlinienpunkte des Polygonzuges auf die tatsächliche Küstenlinie verschoben haben. Einige vorhandene Küstenlinienpunkte lagen – wie zu erwarten – bereits auf der verbesserten Küstenlinie.
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Da die Suche der Küstenlinienpunkte (z. B. des Punktes Pn in 2) in den Fernerkundungsbilddaten immer wasserseitig (z. B. am Punkt S1) beginnt und sich entlang der Auswertungslinie S1S2 fortsetzt, liegt bei mehreren gefundenen möglichen Übergangspositionen des Überganges zwischen Wasser und Land zumindest der letzte gefundene Übergangspunkt mit hoher Wahrscheinlichkeit auf Land. In der Validierung der Ergebnisse, nämlich der (insbesondere im Prozessschritt PS2 in 1) gefundenen Übergangspositionen wird nun (z. B. in dem Validierungs-Prozessschritt PS3 in 1) festgelegt, welche Übergangsposition für die verbesserte Küstenlinie verwendet wird.
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Anhand von 3a und 3b werden verschiedene Situationen erläutert. Beide Diagramme zeigen ein Diagramm, entlang dessen horizontal verlaufender Achse (Abzisse) die Position entlang der Auswertungslinie aufgetragen ist und entlang dessen vertikaler Achse (Ordinate) die Intensität (z. B. Grauwert), insbesondere nach Anwendung eines Filters auf den Intensitätsverlauf, aufgetragen ist. In der Mitte der Abzisse ist eine parallel zur Ordinate verlaufende gestrichelte Linie eingezeichnet, die die Position des Punktes Pa andeutet.
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Im Fall der 3a enthält der Intensitätsverlauf lediglich einen Anstieg. An das Ende dieses Anstiegs wird die Übergangsposition gelegt, an dem sich somit der Punkt Pn der verbesserten Küstenlinie befindet. Dagegen enthält der Intensitätsverlauf im Fall der 3b drei Anstiege der Intensität, wobei zwei dieser Anstiege gefolgt werden von einem Abfall der Intensität. Außerdem ist die Länge des Bereichs mit erhöhter Intensität an den beiden weiter links in 3b dargestellten Anstiegen klein. Daraus kann geschlossen werden, dass erst am dritten, weiter rechts gelegenen Anstieg in 3b der tatsächliche Übergang zwischen Wasser und Land stattfindet. Folglich wird in dem Schritt der Validierung der verbesserte Küstenlinienpunkt Pn an diese Übergangsposition gelegt. Die beiden weiter links in 3b gelegenen Anstiege gehören möglicherweise zu einem Pixel oder einer Pixelgruppe, das/die eine Insel im Wasser abbildet. Dabei kann es sich um eine tatsächlich vorhandene Insel oder um eine nicht tatsächlich vorhandene scheinbare Insel handeln, die ausschließlich das Ergebnis der Bildaufnahme und/oder Bildverarbeitung ist.
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Ein möglicher Grund für Anstiege der Intensität entlang der Auswertungslinie sind auch Wolken oder Nebel über der Küstenregion. Es handelt sich somit um Übergangspositionen, die fälschlicherweise nicht als Wasserpositionen erkannt werden. In anderen Fällen können solche Intensitätsanstiege und damit tatsächliche Übergangspositionen durch Bauwerke wie Bootsstege oder Hindernisse in Gewässern wie vorgelagerte Sandbänke entstehen. Insbesondere in diesen Fällen handelt es sich bei der letzten Übergangsposition, die entlang der von Wasser zu Land verlaufenden Auswertungslinie gefunden wurde, um die tatsächliche Position der Küstenlinie. Phänomene, die zu der Feststellung zusätzlicher Übergangspositionen der Auswertungslinie führen, können auch im Mündungsbereich von fließenden Gewässern, an Kanälen oder Gräben und in Binnengewässern entstehen. Es ist aber auch möglich, dass entlang einer Auswertungslinie mehrere tatsächliche Küstenlinienpunkte gefunden werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Auswertungslinie lang ist und daher mehrere Küstenlinienabschnitte schneidet. Dies wird nun kurz anhand von 6a und 6b erläutert.
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Im Fall der 6a sind einige Auswertungslinien durch kurze Pfeile dargestellt. Die meisten dieser Auswertungslinien erreichen nicht die tatsächliche Küstenlinie, die sich aus den Fernerkundungsdaten ergibt. Die Länge der Auswertungslinien ist zu kurz gewählt. Eine dieser zu kurzen Auswertungslinien ist mit K bezeichnet. Im Fall der 6b dagegen ist die Länge der Auswertungslinien zumindest an manchen Küstenstellen größer als erforderlich gewählt. Z. B. die beiden mit R bezeichneten Auswertungslinien schneiden die verbesserte Küstenlinie an zwei Stellen. Da jedoch festgelegt ist, dass die Auswertelinien von Wasser auf das Land verlaufen, d. h. insbesondere die Intensität an einer Übergangsposition von einem Minimum auf ein Maximum steigt, wird auch in diesem Fall die richtige Übergangsposition gefunden. Eine Betrachtung der in benachbarten Auswertelinien gefundenen Übergangspositionen kann dies bestätigen.
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Im Zusammenhang mit 1 wurde bereits erwähnt, dass verschiedene Fernerkundungsbilddatensätze innerhalb desselben Prozesses zur Verbesserung vorhandener Daten ausgewertet werden können. In diesem Fall existiert vorzugsweise eine Vorschrift, wie unterschiedliche Resultate bei der Ermittlung von Küstenlinienpunkten aus den verschiedenen Bilddatensätzen behandelt werden und ein entsprechender neuer Küstenlinienpunkt festgelegt wird. Diese Vorschrift wird z. B. im Schritt PS3 des in 1 dargestellten Prozesses angewendet. Dabei können insbesondere auch Datensätze ausgewertet werden, die zusätzlich zu Fernerkundungsdaten zur Verfügung stehen, z. B. auf andere Weise gewonnene Referenzbilder oder digitale Höhenmodelle. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein bereits früher erzeugter verbesserter Bilddatensatz zur Validierung verwendet werden. Ein solcher Bilddatensatz ist z. B. wie oben erwähnt in der Produktbibliothek PB archiviert. Wenn solche Datensätze bereits vorhanden sind, kann bei der Validierung eines weiteren Datensatzes davon ausgegangen werden, dass ein einzelner, entlang einer Auswertungslinie gefundener Küstenlinienpunkt auch ein gültiger, tatsächlicher Küstenlinienpunkt ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Länge der Auswertungslinien im Vergleich zu den bereits früher erzeugten verbesserten Bilddatensätzen nicht oder nicht wesentlich verändert wurde und diese früheren Bilddatensätze bereits erfolgreich validiert wurden.
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4a zeigt ein Küstengebiet mit einer sich von links nach rechts erstreckenden Küstenlinie. Beispielsweise handelt es sich um den Küstenlinienabschnitt entlang dem Polygonzugsegment P1P2 aus 2. Um die verbesserten Küstenlinienpunkte zu ermitteln, wird ein zweidimensionales kartesisches Koordinatensystem x', y' festgelegt. Die x'-Achse erstreckt sich auf dem Polygonzugsegment P1P2 von links nach rechts. Die y'-Achse erstreckt sich von oben nach unten senkrecht zu dem Polygonzugsegment P1, P2. Der Ursprung befindet sich an dem Punkt P1. Entsprechend dem Raster, das sich aus der Auflösung der digitalen Fernerkundungsdaten ergibt, die zur Verbesserung der Küstenlinie verwendet werden, werden nun die vorhandenen Küstenlinienpunkte entlang dem Polygonzugsegment P1P2 ermittelt. Es handelt sich um eine Anzahl N von vorhandenen Küstenlinienpunkten, wobei N eine natürliche Zahl ist. Die einzelnen Küstenlinienpunkte können durch den Laufindex n bezeichnet werden. Dabei werden in Übereinstimmung mit der Bezeichnung in 2 die Ausgangspunkte auf dem Polygonzugsegment P1P2 mit Pa bezeichnet. Für jeden dieser N Ausgangspunkte Pa wird eine parallel zur y'-Achse verlaufende Auswertungslinie festgelegt, die das Polygonzugsegment P1P2 an dem Ausgangspunkt Pa schneidet. Entlang dieser Auswertungslinien wird nun ermittelt, wo sich mögliche Übergangspositionen befinden. Diese ermittelten Übergangspositionen sind teilweise oberhalb und teilweise unterhalb des Polygonzugsegments P1P2 in 4a dargestellt, wobei mehrere in x'-Richtung nebeneinander liegende Übergangspositionen horizontal in der Figur verlaufende Strichsegmente ergeben. Während an den meisten Stellen entlang der x'-Achse lediglich eine Übergangsposition gefunden wird, gibt es auch Stellen, an denen mehrere Übergangspositionen gefunden werden. In der vergrößerten Darstellung der 4b ist dies für den mittleren Bereich des Polygonzugsegments P1P2 besser erkennbar. Es sind zwei Auswertungslinien als strichpunktierte Linien eingezeichnet, die einem ersten Ausgangspunkt Pa mit dem Laufindex n und dem nächstbenachbarten Ausgangspunkt Pa mit dem Laufindex n + 1 entsprechen. Während für die Stelle n lediglich eine Übergangsposition gefunden wurde, wurden für die Stelle n + 1 mehrere Übergangspositionen gefunden. Durch die Validierung ist nun festzulegen, welche dieser Übergangspositionen als Position des zugehörigen verbesserten Küstenlinienpunktes übernommen wird.
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An der Stelle n + 1 scheint die zuerst gefundene, d. h. am weitesten oben liegende Übergangsposition die Position der tatsächlichen Küstenlinie zu sein. Der Grund dafür liegt darin, dass die an der Stelle n gefundene Übergangsposition am nächsten liegt. Zur Validierung an der Stelle n + 1 kann daher das Kriterium herangezogen werden, dass diejenige Übergangsposition, die der bereits gefundenen (und gegebenenfalls bereits validierten) Übergangsposition an der vorangegangenen Stelle am nächsten ist, die tatsächliche Übergangsposition der Küstenlinie ist. In besonderer Ausgestaltung wird am Ort der Übergangsposition der vorausgegangenen Stelle n ein Suchwinkelbereich SW festgelegt, der sich vorzugsweise symmetrisch um die in x'-Richtung verlaufende Linie erstreckt, welche durch die Übergangsposition an der Stelle n verläuft. Die Winkelgröße des Suchwinkelbereichs SW ist ein Parameter des Verfahrens, der vorher festgelegt werden kann und bei Bedarf, wenn sich nicht plausible oder nicht eindeutige Ergebnisse der Validierung zeigen, geändert werden kann. In 4a beträgt die Winkelgröße etwa 90°. Als nächstliegender Punkt an der Stelle n + 1 wird in dem Beispiel der Punkt gefunden, der sich an der zuerst ermittelten, am weitesten oben liegenden Übergangsposition an der Stelle n + 1 befindet. Dieser Punkt wird als neuer, verbesserter Küstenlinienpunkt bei der Validierung übernommen.
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Alternativ kann ab der Stelle n + 1 keine weitere Verbesserung der vorhandene Küstenlinie durch Auswertung der Fernerkundungsdaten stattfinden und stattdessen die Küstenlinie ab der Stelle n durch ein einziges Polygonzugsegment von der an der Stelle n gefundenen Übergangsposition bis zu dem Punkt P2 dargestellt werden.
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Eine weitere Möglichkeit bei Fehlen von validierten Übergangspositionen in einigen Auswertelinien eine verbesserte Küstenlinie zu erhalten, ist die Berechnung eines neuen Polygonzuges P1'P2' nach der „Methode der kleinsten Fehlerquadratsumme” aus den validierten Übergangspositionen im „Intervall” P1P2. Damit wird jeder Auswertelinie eine Übergangsposition zugeordnet. Die neuen Endpunkte P1' und P2' liegen auf einer Senkrechten zu dem Polygonzug P1P2, kreuzen den Punkt P1 bzw. P2 und ersetzen deren Koordinaten z. B. in der GSHHS-Datei. Dieser neue Polygonzug ist der tatsächlichen Küstenlinie besser angepasst, auch wenn seine Definition nicht unbedingt eine bessere geometrische Auflösung des Küstenlinienpolygons bedeutet. Eine bessere geometrische Auflösung kann iterativ erzielt werden, wenn statt des ursprünglichen Polygonzuges P1P2 nach Ermittlung der Übergangspositionen zwei neue Polygonzüge mit drei neuen Punkten berechnet werden. Ein Iterationsprozess IT, wie in 1 dargestellt, kann auch eine wechselseitige Anwendung einer Verbesserung der Positionierung des neuen Polygonzuges und der Verbesserung der geometrischen Auflösung durch Definition von Teilpolygonzügen beinhalten. Im Prozessschritt PS3 wird festgelegt, wann der Iterationsprozess endet.
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Es gibt somit zumindest zwei Möglichkeiten, insbesondere bei mehreren Übergangspositionen auf derselben Auswertungslinie den Polygonzug P1P2 zu korrigieren bzw. zu verbessern. Die erste ist die bereits zuvor beschriebene, in der benachbarte Übergangspositionen innerhalb eines Suchwinkels gesucht werden. Die zweite ist die Berechnung des Polygonzuges P1'P2'. Beide Möglichkeiten können für den iterativen Prozess IT mit den Prozessschritten PS2 und PS3 genutzt werden.
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Alternativ können wie zuvor bereits erwähnt mehrere Datensätze von Fernerkundungsdaten ausgewertet werden, die dieselbe Küstenregion betreffen. Ferner alternativ oder zusätzlich kann z. B. wie bereits unter Bezugnahme auf 1 erläutert wurde ein interaktiver Prozess IT durchgeführt werden, wobei z. B. in verschiedenen Iterationen des Prozessschrittes PS2 zumindest für einen Parameter des Prozesses unterschiedliche Werte verwendet werden. Ein solcher Parameter sind z. B. die Länge und/oder die Anfangs- oder Endposition der Auswertungslinie. Ein anderer möglicher Parameter ist die Größe des Suchwinkelbereichs. Insbesondere kann in dem Prozessschritt PS2 eine verbesserte Land-Wasser-Maske erzeugt werden. Diese kann z. B. verbessert werden, wenn z. B. einzelne isolierte, d. h. inselartige Pixel oder Pixelgruppen in dem Wassergebiet oder in dem Landgebiet entfernt werden. 4a lässt einige isolierte Pixel im Wassergebiet erkennen, aber auch Pixelgruppen im Landgebiet, jeweils bezogen auf die verbesserte Küstenlinie.
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Ferner alternativ oder zusätzlich kann mit Hilfe statistischer Verfahren entschieden werden, welche Übergangsposition am wahrscheinlichsten auf der tatsächlichen Küstenlinie liegt. Wie bereits oben erwähnt, kann dabei z. B. auf bereits verbesserte Küstenliniendaten zurückgegriffen werden.
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Wie oben bereits erwähnt, muss nicht für jeden Punkt auf der vorhandenen Küstenlinie ein verbesserter Küstenlinienpunkt festgelegt werden. Die Zuverlässigkeit bei der Ermittlung verbesserter Küstenlinienpunkte sollte auf jeden Fall das vorrangige Ziel gegenüber einer Aktualisierung der Küstenlinie sein.
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Bei der Archivierung des Datensatzes im Prozessschritt PS4 werden die Daten mit den Informationen über die geänderte Küstenlinie insbesondere in das für die Speicherung und/oder für den Datenexport vorgesehene Format transformiert. Vorzugsweise ist dieses Format ein Vektorformat, d. h. die Küstenlinie wird durch Vektoren in einem Koordinatensystem definiert. Möglich ist aber auch die Speicherung im Rasterformat, z. B. als Land-Wasser-Maske. Vorteilhafterweise ist für die spätere Aktualisierung der Küstenlinie (wenn aktuellere Fernerkundungsdaten der Küstenregion vorliegen) vorgesehen, für den Prozess der Aktualisierung Eingangsdatensätze und Ausgangsdatensätze in demselben Format zu verwenden. In jedem Fall muss das gewählte Format es zulassen, neu gefundene Punkte einer vorhandenen Küstenlinie hinzuzufügen. Außerdem soll das Format für den Prozessschritt PS1 lesbar bleiben.
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Anhand von 5 wird nun ein Prozess der automatisierten Aktualisierung und Verbesserung von Küstenlinien durch iterative Auswertung von Fernerkundungsdaten dargestellt. Ausgangspunkt ist in dem Beispiel eine bereits vorhandene Land-Wasser-Maske bzw. allgemeiner formuliert eine Küstenliniendatei LWM/KL_0. Die Daten dieses Datensatzes können örtlich grob aufgelöst sein. Z. B. bei einer Auflösung von 100 m wird der Abstand der Endpunkte der Polygonzugsegmente, mit denen die Küstenlinie beschrieben wird, nicht größer als die Auflösung sein, d. h. in dem Beispiel nicht größer als 100 m. Aus 2 und 4a ist ersichtlich, dass der Abstand zwischen zwei Polygonzugendpunkten bei der Verbesserung der Küstenlinie in mehrere Abschnitte unterteilt wird. Die Größe dieser Abschnitte ist insbesondere die Größe (Länge) eines Pixels. Wenn z. B. eine örtliche Auflösung der Fernerkundungsdaten 5 m beträgt, dann entstehen im Fall eines Polygonzugsegments von 100 m Länge zwischen den Punkten P1 und P2 bis zu 19 neue Küstenlinienpunkte. Allerdings müssen nicht alle dieser neuen Küstenlinienpunkte bereits bei der ersten Ausführung des Prozessschrittes PS2 entstehen. Es ist aber wahrscheinlich, dass bereits nach wenigen, iterativ nacheinander ausgeführten Prozessschritten PS2 eine verbesserte Küstenlinie mit einer durchschnittlichen örtlichen Auflösung von 5 m entsteht. Bis dahin ist nicht zu unterscheiden, ob Veränderungen gegenüber der Ausgangsküstenlinie, auf der vorhandenen Küstenlinie, auf eine Verbesserung der örtlichen Auflösung oder auf eine tatsächlich stattgefundene Veränderung der Positionen der Küstenlinie zurückzuführen sind. Mit fortschreitender Wiederholung des Prozessschrittes PS2 werden aber zunehmend nur noch tatsächliche Veränderungen der Küstenlinie erfasst. Werden – wie bevorzugt – die Ergebnisse aller Auswertungen von Fernerkundungsdaten zur Verbesserung der Küstenlinie in einer Produktbibliothek zusammengefasst und wichtige Prozessparameter und Zwischenergebnisse jeweils in Log-Dateien, die z. B. in einer Log-Datenbank gespeichert werden, dann bietet dies die Möglichkeit mittels statistischer Verfahren den Prozess der Aktualisierung der Küstenlinie und auch seine Ergebnisse zu verbessern.
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Aus 5 ist entnehmbar, dass in der Produktbibliothek PB eine Mehrzahl von Datensätzen mit jeweils Informationen über Küstenlinien derselben Küstenregion vorliegen. Die einzelnen Datensätze sind mit LWM/KL gefolgt von einem Unterstrich und einem Laufindex bezeichnet. Je höher der Laufindex, desto später der Zeitpunkt der Aufnahme der Fernerkundungsdaten, die zur Verbesserung der Küstenlinie in dem Datensatz geführt hat.
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Ein von dem Datensatz LWM/KL_n – 1 ausgehender, zu dem Küstenlinienprozessor KLP weisender Pfeil deutet an, dass dieser Datensatz von dem Prozessor KLP insbesondere wie bereits beschrieben verarbeitet werden kann. Als Ergebnis entsteht ein nochmals aktualisierter Satz LWM/KL_n der wieder in der Produktbibliothek PB abgelegt wird.
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Grundsätzlich ist es möglich, dass das Verfahren der Verbesserung von Küstenlinien voll automatisch ausgeführt wird. Optional können jedoch zumindest einzelne mögliche Übergangspositionen, die als Positionen einer verbesserten Küstenlinie in Frage kommen, interaktiv in dem Prozessschritt PS3 validiert werden.
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Vorteile des vorgestellten Prozesses zur Verbesserung von Küstenlinien sind:
- – Es ist eine automatisierte oder zumindest weitgehend automatisierte Verbesserung von Küstenlinien auf Basis von aktuellen Fernerkundungsdaten möglich.
- – Es reichen einkanalige Daten (d. h. Daten eines einzigen Sensor-Messkanals) aus. Es sind keine Multispektraldaten notwendig.
- – Die Verarbeitung kann in Echtzeit erfolgen, da sich die Auswertung der Daten auf Küstenbereiche in den Bildern beschränkt und lediglich eindimensionale Intensitätskurven untersucht werden.
- – Der Verlauf der Küstenlinie kann mit geringem Aufwand auch in nautisch nicht relevanten Gebieten aktualisiert werden.
- – Es können verschiedenartige Eingangsbilder sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander zur Verbesserung einer Küstenlinie ausgewertet werden.
- – Wenn die zu verwendenden Fernerkundungsdaten für andere Zwecke ohnehin bereits ausgewertet werden, kann mit geringem zusätzlichen Aufwand auch eine Küstenlinie verbessert werden.
- – Die Speicherung der bei der Verbesserung der Küstenlinie erzeugten Datensätze in einer Produktdatenbank ermöglicht statistische Analysen, aus denen u. a. die Küstenlinien an Gezeitenküsten abgeschätzt werden könnten.
- – Durch den iterativen Prozess bei der Ableitung der Küstenlinie ist eine Verbesserung in der geometrischen Genauigkeit des Küstenlinien-Polygons möglich.
- – Die Küstenlinie wird fast vollständig frei von subjektiven Faktoren festgelegt.
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In dem Prozess erzeugte Datensätze können insbesondere wie folgt eingesetzt werden:
- – für einen Dienst zur Verbreitung aktueller, nautischer Informationen z. B. über eine App an Smartphone-Besitzer,
- – als Teil von Geoinformationssystemen,
- – zur Verbesserung von Gewässerinformationen in Internet-Angeboten (z. B. GoogleEarth und ähnliche Angebote),
- – für das Monitoring von Gewässerflächen,
- – als Kriseninformation z. B. bei Hochwasser,
- – zur Validierung z. B. von digitalen Höhenmodellen.
