DE102020008065A1 - Method and system for determining a feature of a geographic line - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung einer oder mehrerer Beschaffenheiten einer geografischen Linie, GL, oder ihrer Umgebung. Das Verfahren weist auf: Erfassen georeferenzierter Erdbeobachtungsdaten, die eine oder mehrere sich räumlich überlappende Bildebenen repräsentieren, die aus einer Luft- oder Weltraumperspektive eine bestimmte Region von Interesse, ROI, der Erdoberfläche abdecken, wobei die ROI die GL aufweist; geometrisches Transformieren der georeferenzierten Beobachtungsdaten, zumindest teilweise, in ein lokales internes Bezugssystem der GL innerhalb der ROI, um eine Abbildung der georeferenzierten Beobachtungsdaten auf entsprechende Koordinaten innerhalb des lokalen internen Bezugssystems der GL zu erhalten; und Auswerten der abgebildeten Erdbeobachtungsdaten, wie sie in dem lokalen internen Bezugssystem der GL repräsentiert sind, gemäß einem Klassifikationsschema, um daraus Auswertungsdaten zu erhalten, die eine Klassifizierung einer oder mehrerer Eigenschaften der GL oder ihrer Umgebung gemäß einer oder mehrerer Beschaffenheiten der GL repräsentieren. The invention relates to a method for determining one or more features of a geographic line, GL, or its surroundings. The method comprises: acquiring georeferenced earth observation data representing one or more spatially overlapping image planes covering a particular region of interest, ROI, of the earth's surface from an air or space perspective, the ROI comprising the GL; geometrically transforming the georeferenced observation data, at least in part, into a local internal frame of reference of the GL within the ROI to obtain a mapping of the georeferenced observation data to corresponding coordinates within the local internal frame of reference of the GL; and evaluating the mapped earth observation data as represented in the local internal reference system of the GL according to a classification scheme in order to obtain evaluation data therefrom which represent a classification of one or more properties of the GL or its surroundings according to one or more properties of the GL.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Bildverarbeitung und insbesondere auf das Gebiet der Extraktion und Klassifizierung von Merkmalen aus Bildern, um Bedingungen entlang geografischer Linien zu klassifizieren und zu überwachen. Konkret bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und ein System zur Bestimmung einer Beschaffenheit einer geografischen Linie, z.B. einer Transportlinie - wie einer Straße, insbesondere einer nicht asphaltierten Straße oder einer Eisenbahnlinie - oder einer Grenzlinie.The present invention relates to the field of image processing, and more particularly to the field of extracting and classifying features from images to classify and monitor conditions along geographic lines. More specifically, the invention relates to a method and a system for determining a nature of a geographical line, for example a transport line - such as a road, in particular a dirt road or a railway line - or a boundary line.
Typische Beispiele für landgestützte Transportlinien, die in praktisch jedem Land der Welt zu finden sind, sind Straßen. Konkret ist die Mehrheit der Straßen weltweit nicht asphaltiert. Während offizielle Zahlen nur für einige wenige Länder vorliegen, gehen die Schätzungen insgesamt bis zu 80 %. Obwohl dieser Prozentsatz negativ mit dem Entwicklungsstand eines bestimmten Landes korreliert, ist selbst in einigen der wohlhabendsten und am weitesten entwickelten Länder eine beträchtliche Anzahl von Straßen nicht asphaltiert.Roads are typical examples of land-based transport lines that can be found in practically every country in the world. Specifically, the majority of roads around the world are unpaved. While official figures are only available for a few countries, overall estimates go up to 80%. Although this percentage is negatively correlated with a given country's level of development, even in some of the wealthiest and most developed countries, a significant number of roads are unpaved.
Der aktuelle Zustand solch nicht asphaltierter Straßen hängt stark von der aktuellen Jahreszeit und dem Wetter, der Vegetation und der Häufigkeit der Nutzung ab. Schnee, Eis, Überschwemmungen, Erdrutsche und die ständige Belastung durch (Schwer-) Fahrzeuge können diese Straßen monatelang unpassierbar machen. Auch wenn es auf diesen Straßen viel weniger Verkehr gibt, ist das Unfallrisiko viel höher als in städtischen Gebieten. Diese Transportlinien sind jedoch gleichzeitig unerlässlich, da 50 % der Weltbevölkerung an solchen Straßen leben. Ihre Qualität ist ein Leistungsindikator für die wirtschaftliche Entwicklung und eine Voraussetzung für den Tourismus und die Zugänglichkeit zur Infrastruktur für abgelegene Gemeinden, z.B. zu Krankenhäusern, Schulen und Märkten.The current condition of such unpaved roads is highly dependent on the current season and weather, vegetation and frequency of use. Snow, ice, flooding, landslides and the constant impact of (heavy) vehicles can make these roads impassable for months. Even though there is much less traffic on these roads, the risk of accidents is much higher than in urban areas. At the same time, however, these transport lines are essential since 50% of the world's population lives along such roads. Their quality is a performance indicator for economic development and a prerequisite for tourism and accessibility to infrastructure for remote communities, e.g. to hospitals, schools and markets.
Während nicht asphaltierte Straßen am anfälligsten für die oben genannten Probleme sind, können auch andere Transportlinien, insbesondere asphaltierte Straßen, von Problemen wie Alterung des Asphalts, Schlaglöchern, geologische Phänomene und überwuchernde Vegetation betroffen sein, die schwer vorhersehbare Instandhaltungsarbeiten erfordern und kostspielige Verzögerungen oder Schäden verursachen und sogar Menschenleben kosten können, z.B. wenn unzureichend gewartete Brücken einstürzen. Zumindest einige dieser Probleme können auch für andere Transportlinien relevant sein, z.B. Eisenbahnlinien oder Wassertransportlinien entlang von Flüssen, Pipelines oder Stromleitungen.While unpaved roads are most prone to the above issues, other transportation lines, especially paved roads, can also be affected by problems such as asphalt aging, potholes, geological phenomena, and overgrown vegetation, which require difficult-to-predict maintenance work and cause costly delays or damage and even cost lives, for example when poorly maintained bridges collapse. At least some of these issues may also be relevant to other transportation lines, e.g. railway lines or water transportation lines along rivers, pipelines or power lines.
Um noch einmal auf Straßen als nicht einschränkende Beispiele für geografische Linien zu verweisen: Die Bewertung der Straßenoberflächenqualität und des sie umgebenden Raums in ländlichen Regionen ist im Vergleich zu Ballungsräumen mit mehreren zusätzlichen Schwierigkeitsgraden verbunden.Referring back to roads as non-limiting examples of geographic lines, assessing road surface quality and the space surrounding it in rural regions has several additional levels of difficulty compared to metropolitan areas.
Zunächst ist anzumerken, dass diese Straßen in der Regel weniger häufig benutzt werden als Straßen und Wege in Großstädten oder Hauptverkehrsstraßen. Darüber hinaus sind Überwachungssysteme, die sich auf eine Qualitätsbewertung vor Ort mit regelmäßigen Aktualisierungen stützen, aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen normalerweise nicht durchführbar. Die technische Ausrüstung, das Personal und die Finanzierung beschränken die Straßeninstandhaltungsmaßnahmen auf Maßnahmen, die nach bestimmten Katastrophen oder Unfällen ergriffen werden oder eine langfristige Infrastrukturplanung beinhalten. Daher werden in absehbarer Zukunft für die meisten ländlichen Transportlinien, insbesondere für nicht asphaltierte Straßen, aktuelle Informationen, die „vor Ort“ gesammelt werden, aufgrund der Art des dargestellten Problems wahrscheinlich nicht verfügbar sein.First of all, it should be noted that these roads are generally used less frequently than roads and paths in cities or major thoroughfares. In addition, monitoring systems based on on-site quality assessment with regular updates are usually not feasible for technical or economic reasons. The technical equipment, staff and funding limit road maintenance actions to actions taken after specific disasters or accidents or involve long-term infrastructure planning. Therefore, for most rural transport lines, especially unpaved roads, up-to-date information collected “on the ground” is unlikely to be available in the foreseeable future due to the nature of the problem presented.
Zweitens hängt die Qualität der Beurteilung der Straßenoberfläche stark von der Analyse der historischen Daten ab, d.h. für die Beurteilung des aktuellen Zustands ist es wichtig zu wissen, wie viel Niederschlag auf eine Region von Interesse in den letzten Stunden, Tagen oder Wochen niedergegangen ist. Neben der Niederschlagsmenge (Regen, Schnee, jede Kombination davon) können auch andere Wetterparameter wie Temperatur und Wind eine Verschlechterung der Straßenqualität oder langfristige Erosionsprobleme verursachen.Secondly, the quality of the road surface assessment strongly depends on the analysis of the historical data, i.e. for the assessment of the current condition it is important to know how much precipitation has fallen on a region of interest in the last hours, days or weeks. In addition to the amount of precipitation (rain, snow, any combination thereof), other weather parameters such as temperature and wind can also cause road quality degradation or long-term erosion problems.
Drittens wird die Qualität und der Zustand einer Straße nicht nur durch das beeinflusst, was direkt auf der befahrbaren Straßenoberfläche vorhanden ist, sondern auch durch Form, Zustand und Ereignisse in der Nähe der Straße, wie z.B. überwuchernde Vegetation, Erdrutsche, Lawinen, Steinschläge oder Sturzfluten. Einige dieser Probleme haben eine sehr lokale Reichweite im Bereich von Metern - wie die Form des Straßenrandes oder die Menge der Vegetation neben der Straße - während andere eine Reichweite von mehreren Kilometern haben können, wie zum Beispiel katastrophale Erdrutsche oder Überschwemmungen. Daher werden Systeme zur Ableitung des aktuellen Zustands und der Situation auf bestimmten Straßenabschnitten in der Regel Daten aus einem breiteren räumlichen Bereich enthalten, um verlässliche Informationen liefern zu können.Third, the quality and condition of a road is affected not only by what is directly on the trafficable road surface, but also by the shape, condition, and events in the vicinity of the road, such as overgrown vegetation, landslides, avalanches, rockfalls, or flash floods . Some of these problems have a very local reach, in the order of meters - such as the shape of the roadside or the amount of vegetation next to the road - while others can have a reach of several kilometers, such as catastrophic landslides or flooding. Therefore, systems for deriving the current status and situation on certain road sections will usually contain data from a wider spatial area in order to be able to provide reliable information.
Die Nutzung multispektraler Satellitenbilder reicht von unzähligen zivilen Anwendungen wie geografische Kartierung, Stadtplanung, Präzisionslandwirtschaft, Verkehrsmanagement bis hin zur Überwachung der Umweltverschmutzung und Analyse des Klimawandels. Gegenwärtig, d.h. im Jahr 2020, liefern Satellitensysteme mit mittlerer Auflösung typischerweise Bilddaten mit einer Auflösung von bis zu 10 m x 10 m pro Pixel und einer Wiederholungszeit zwischen 3 und 6 Tagen (z.B. Copernicus Sentinel 2, betrieben von der Europäischen Weltraumorganisation), während Systeme mit sehr hoher Auflösung typischerweise eine Auflösung von bis zu 30 cm x 30 cm pro Pixel liefern. Noch höhere Auflösungen lassen sich mit Luftbildern von Drohnen oder Flugzeugen erzielen. Bilder mit mittlerer Auflösung ermöglichen das Erfassen und Klassifizieren von Straßen und Vegetation, während hochauflösende Systeme sogar Fahrbahnmarkierungen und einzelne Bäume auflösen können.The use of multispectral satellite imagery ranges from countless civil applications such as geo graphical mapping, urban planning, precision farming, traffic management to pollution monitoring and climate change analysis. Currently, i.e. in 2020, medium-resolution satellite systems typically provide imagery with a resolution of up to 10 mx 10 m per pixel and a repetition time between 3 and 6 days (e.g. Copernicus Sentinel 2 operated by the European Space Agency), while systems with very high resolution typically provide a resolution of up to 30cm x 30cm per pixel. Even higher resolutions can be achieved with aerial photos from drones or airplanes. Medium-resolution images allow roads and vegetation to be captured and classified, while high-resolution systems can even resolve lane markings and individual trees.
Im Allgemeinen stellen Satellitenbetreiber die Daten als orthorektifizierte Bilder zur Verfügung. Daher transformieren sie die Rohbilddaten, um topografische Variationen der Erdoberfläche und die Neigung des Satelliten oder Luftbildsensors, der zur Aufnahme des Bildes verwendet wurde, zu berücksichtigen. Satellitenbilder liefern typischerweise Intensitätswerte für das visuelle Spektrum (rot, grün und blau), aber oft sind auch andere spektrale Komponenten enthalten, die für den Menschen nicht sichtbar sind, aber dennoch Informationen über die beobachtete Region liefern (z.B. Infrarot und Radar). Landbedeckungsklassen wie „städtisch“, „Vegetation“ oder „Wasser“ haben jeweils eine charakteristische Spektralantwort, und dementsprechend wurden Indizes wie der „Normalized Difference Vegetation Index“ (NDVI) entwickelt, um entsprechende Analysen zu standardisieren. Solche Indizes fassen spektrale Informationen aus verschiedenen Bändern zusammen, um die Beurteilung von Merkmalen am Boden zu vereinfachen.In general, satellite operators provide the data as orthorectified images. Therefore, they transform the raw image data to account for topographical variations of the Earth's surface and the tilt of the satellite or aerial imager used to capture the image. Satellite imagery typically provides intensity values for the visual spectrum (red, green, and blue), but other spectral components that are not visible to humans but still provide information about the observed region are often included (e.g., infrared and radar). Land cover classes such as urban, vegetation or water each have a characteristic spectral response and accordingly indices such as the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) have been developed to standardize corresponding analyses. Such indices combine spectral information from different bands to simplify the assessment of features on the ground.
Satellitenbilder wurden in übermäßigem Maße zur Klassifizierung der Landbedeckung und der Vegetation für die Präzisionslandwirtschaft oder zur Analyse des Klimawandels verwendet. Bekannte Verfahren zur Analyse solcher Satellitenbilder haben gemeinsam, dass sie auf klassischen Bildern mit rechtwinkligen Rastern basieren, die die Erde von oben als zusammenhängende Region beobachten. Vorverarbeitungstechniken können angewandt werden, um die Neigung des Satelliten, atmosphärische Verzerrungen oder die Höhe zu berücksichtigen, mit dem Ziel, Bildverzerrungen und andere Bildartefakte so gut wie möglich zu reduzieren. So stellt jedes Pixel im Bild Merkmale so dar, als ob sie von einer Kamera direkt von oben (Zenit) gesehen würden.Satellite imagery has been extensively used to classify land cover and vegetation for precision agriculture or to analyze climate change. Known methods for analyzing such satellite images have in common that they are based on classic images with rectangular grids that observe the earth from above as a continuous region. Preprocessing techniques can be applied to account for satellite inclination, atmospheric distortions or altitude with the aim of reducing image distortions and other image artifacts as much as possible. Thus, each pixel in the image represents features as if seen by a camera directly overhead (zenith).
Typischerweise sind diese Bilder georeferenziert, d.h. ihre Pixel sind auf ein geografisches Koordinatensystem ausgerichtet und werden in Bezug auf dieses ausgedrückt, z.B. in Koordinaten, die sich auf Längen- und Breitengrade beziehen, oder in Universelle Transversale Mercator (UTM)-Koordinaten. In anderen Szenarien kann die native Orientierung des Satelliten verwendet werden, um aufwendige Vorverarbeitungsschritte zu vermeiden. Allerdings sind Transportlinien, seien sie nun künstlich angelegt, wie Straßen oder Eisenbahnlinien oder Kanäle, oder natürlich, wie Flüsse, im Allgemeinen nicht auf gemeinsame geografische Koordinatensysteme ausgerichtet.Typically, these images are georeferenced, i.e. their pixels are aligned to and expressed in relation to a geographic coordinate system, e.g. in coordinates related to longitude and latitude, or in Universal Transverse Mercator (UTM) coordinates. In other scenarios, the satellite's native orientation can be used to avoid expensive pre-processing steps. However, lines of transportation, whether artificial, like roads or railroads or canals, or natural, like rivers, are not generally aligned to common geographic coordinate systems.
Darüber hinaus wurde eine Mehrzahl von Verfahren zur Klassifizierung von Straßenoberflächen vorgeschlagen, die auf fahrzeuggeführten Sensoren basieren, um die Traktion zu bewerten oder die Federung zu optimieren. Solche Systeme wurden vorgeschlagen, um Aquaplaning zu reduzieren, einen Fahrbahnzustand zu bestimmen, winterliche Straßenoberflächenbeschaffenheiten zu klassifizieren oder die Straßenoberflächenrauhigkeit mithilfe von Reifensensoren zu klassifizieren.In addition, a number of road surface classification methods based on vehicle-mounted sensors have been proposed to assess traction or to optimize suspension. Such systems have been proposed to reduce aquaplaning, determine a road condition, classify winter road surface conditions, or classify road surface roughness using tire sensors.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein verbesserter Ansatz zur Bestimmung einer Beschaffenheit einer geografischen Linie. Insbesondere ist es wünschenswert, die Effizienz, Effektivität, Genauigkeit und Fehlerrate der Überwachung einer oder mehrerer Beschaffenheiten einer geografischen Linie zu verbessern.The subject of the present invention is an improved approach for determining a nature of a geographic line. In particular, it is desirable to improve the efficiency, effectiveness, accuracy, and error rate of monitoring one or more features of a geographic line.
Eine Lösung für dieses Problem stellt die Lehre der unabhängigen Ansprüche dar. Verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden durch die Lehre der abhängigen Ansprüche bereitgestellt.A solution to this problem is provided by the teaching of the independent claims. Various preferred embodiments of the present invention are provided by the teaching of the dependent claims.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein, insbesondere computerimplementiertes, Verfahren zur Bestimmung einer oder mehrerer Beschaffenheiten einer geografischen Linie, GL, oder ihrer Umgebung. Das Verfahren weist auf: (i) Erfassen von georeferenzierten Erdbeobachtungsdaten, die eine oder mehrere räumlich überlappende Bildebenen repräsentieren, die aus einer Luft- oder Weltraumperspektive heraus eine bestimmte Region von Interesse, ROI, der Erdoberfläche abdecken, wobei die ROI die GL enthält; (ii) geometrisches Transformieren der georeferenzierten Beobachtungsdaten, zumindest teilweise, in ein lokales internes Bezugssystem der GL innerhalb der ROI, um eine Abbildung der georeferenzierten Beobachtungsdaten auf entsprechende Koordinaten innerhalb des lokalen internen Bezugssystems der GL zu erhalten; und (iii) Auswerten der abgebildeten Erdbeobachtungsdaten, wie sie im lokalen internen Bezugssystem der GL repräsentiert sind, gemäß einem Klassifikationsschema, um daraus Auswertungsdaten zu erhalten, die eine Klassifizierung einer oder mehrerer Eigenschaften der GL oder ihrer Umgebung gemäß einer oder mehrerer Beschaffenheiten - wie physikalische, chemische oder biologische Beschaffenheiten - der GL repräsentieren.A first aspect of the invention relates to a method, in particular a computer-implemented method, for determining one or more properties of a geographic line, GL, or its surroundings. The method comprises: (i) acquiring georeferenced earth observation data representing one or more spatially overlapping image planes covering a particular region of interest, ROI, of the earth's surface from an air or space perspective, the ROI containing the GL; (ii) geometrically transforming the georeferenced observation data, at least in part, into a local internal frame of reference of the GL within the ROI to obtain a mapping of the georeferenced observation data to corresponding coordinates within the local internal frame of reference of the GL; and (iii) evaluating the imaged earth observation data, as represented in the local internal reference system of the GL, according to a classification scheme in order to obtain evaluation data therefrom which classify one or more properties of the GL or its surroundings according to one or more Properties - such as physical, chemical or biological properties - represent GL.
Dementsprechend kann das Verfahren als ein hochentwickeltes Messverfahren zur Messung einer oder mehrerer, insbesondere physikalischer (z.B. meteorologischer, georäumlicher, geomorphologischer, geologischer, elektromagnetischer), chemischer oder biologischer Beschaffenheiten der GL angesehen werden, wobei ein oder mehrere Messergebnisse, die durch die Auswertungsdaten repräsentiert werden, auf der Grundlage eines Satzes gemessener georeferenzierter Erdbeobachtungsdaten, z.B. Daten, die von einem oder mehreren Bildsensoren (z.B. satelliten- oder flugzeuggestützt) erzeugt werden, und optional weiterer Sensordaten bestimmt werden. Zusätzlich zu den aktuellen Messwerten für diese Beschaffenheiten können auch deren zeitliche Entwicklung und damit zusammenhängende Maße, z.B. Jahresmittel (z.B. für die geeignete Abbildung von Permafrostböden), bestimmt werden.Accordingly, the method can be viewed as a sophisticated measurement method for measuring one or more, in particular physical (e.g. meteorological, geospatial, geomorphological, geological, electromagnetic), chemical or biological properties of the GL, with one or more measurement results being represented by the evaluation data , based on a set of measured georeferenced earth observation data, eg data generated by one or more image sensors (eg satellite or airborne), and optionally further sensor data. In addition to the current measured values for these properties, their development over time and the associated dimensions, e.g. annual averages (e.g. for the appropriate mapping of permafrost soils), can also be determined.
Der Begriff „geografische Linie“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich insbesondere auf eine Linie, d.h. eine längere gerade oder gekrümmte kontinuierliche, überwiegend eindimensionale geometrische Struktur auf der Erdoberfläche. Eine geografische Linie kann künstlich (z.B. eine Straße, ein Eisenbahngleis, eine Hochspannungsleitung, ein Damm, eine Brücke, ein Kanal, eine Pipeline oder eine Grenzlinie) oder natürlich, z.B. ein Fluss, sein. Konkret kann eine geografische Linie eine Transportlinie sein, d.h. eine Linie, die eine Verkehrsinfrastruktur bildet oder Teil einer Verkehrsinfrastruktur ist, z.B. für den Transport von Gütern, Personen oder Energie. Eine geografische Linie kann einem Abschnitt eines komplexeren Netzes entsprechen, das mehrere geografische Linien aufweist, wie z.B. ein Straßennetz mit mehreren miteinander verbundenen Straßen, ein Eisenbahnsystem mit mehreren miteinander verbundenen Eisenbahnlinien oder ein Pipelinesystem mit mehreren miteinander verbundenen Pipelinezweigen.The term "geographical line" as used herein specifically refers to a line, i.e., an elongate straight or curved continuous, predominantly one-dimensional, geometric structure on the surface of the earth. A geographic line can be man-made (e.g., a road, railroad track, power line, dam, bridge, canal, pipeline, or boundary line) or natural, e.g., a river. Concretely, a geographic line can be a transport line, i.e. a line that forms a transport infrastructure or is part of a transport infrastructure, e.g. for the transport of goods, people or energy. A geographic line may correspond to a portion of a more complex network that includes multiple geographic lines, such as a road network with multiple interconnected roads, a railroad system with multiple interconnected railroad lines, or a pipeline system with multiple interconnected pipeline branches.
Der Begriff „Umgebung“ einer geografischen Linie, wie er hier verwendet wird, bezieht sich insbesondere auf die unmittelbare Nachbarschaft der geografischen Linie, typischerweise im Bereich von weniger als einem Meter bis zu einigen hundert Metern, gemessen in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Linie an einem beliebigen Punkt auf dieser Linie.The term "vicinity" of a geographic line, as used herein, refers specifically to the immediate vicinity of the geographic line, typically ranging from less than a meter to a few hundred meters, measured in a direction perpendicular to the direction of the line any point on this line.
Der Begriff „Beschaffenheit einer geografischen Linie“ und ähnliche Ausdrücke, wie sie hier verwendet werden, beziehen sich insbesondere auf einen festgestellten oder feststellbaren Zustand, insbesondere einen aktuellen Zustand der geografischen Linie an einem oder mehreren Orten auf der Linie. Konkret kann jeder Zustand oder jede Beschaffenheit eine physikalische, chemische oder biologische Beschaffenheit der geografischen Linie oder eine Kombination von zwei oder mehreren derselben sein, wobei diese Beschaffenheit oder diese Kombination von Beschaffenheiten durch Bildanalyse oder durch einen oder mehrere geeignete Sensoren detektiert werden kann. Ohne Einschränkung sind die physikalischen oder chemischen oder biologischen Eigenschaften eines Straßenbelags, z.B. Asphalt, die Lage und die Ausdehnung von Schlaglöchern in einer Straße, geologische Phänomene und überwuchernde Vegetation, das Geschehen von Erdrutschen, Lawinen, Steinschlag oder Sturzfluten, wenn und soweit sie eine geografische Linie beeinträchtigen, Beispiele für eine Beschaffenheit oder eine Kombination von Beschaffenheiten einer geografischen Linie.The term "condition of a geographic line" and similar expressions, as used herein, refers specifically to a detected or observable condition, particularly a current condition of the geographic line at one or more locations on the line. Specifically, each condition or condition can be a physical, chemical or biological condition of the geographic line, or a combination of two or more thereof, which condition or combination of conditions can be detected by image analysis or by one or more suitable sensors. Without limitation, the physical or chemical or biological properties of a road surface, e.g. asphalt, the location and extent of potholes in a road, geological phenomena and overgrown vegetation, the occurrence of landslides, avalanches, rockfalls or flash floods, if and to the extent that they are geographical Affect Line Examples of a feature or combination of features of a geographic line.
Der Begriff „erfassen“ von Daten, z.B. georeferenzierter Erdbeobachtungsdaten, bezieht sich insbesondere auf (i) die Erzeugen dieser Daten durch die „erfassende“ Einheit selbst, z.B. mittels eines oder mehrerer Sensoren oder durch Ableitung aus Eingabedaten, oder (ii) den Erhalt dieser Daten von einer externen Datenquelle.The term "collecting" of data, e.g Data from an external data source.
Der Begriff „georeferenzierte Referenzgeometrie“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Geometrie, z.B. wie sie durch entsprechende Daten repräsentiert wird, die in Form eines geografischen Koordinatensystems definiert oder ausgedrückt ist, wie z.B. Längen- und Breitengrad oder UTM-Koordinaten. Insbesondere und ohne Einschränkung ist eine Geometrie einer bestimmten Straße, wie sie durch eine als Referenz dienende elektronische Karte repräsentiert wird, wie z.B. eine elektronische Karte, die auf Kartendaten für Autonavigationssysteme oder Karten- oder Navigationsanwendungen auf einem Computer oder handgehaltenem Gerät, z.B. Smartphone oder Tablet-Computer, basiert, eine georeferenzierte Referenzgeometrie. Gleiches gilt natürlich auch für entsprechende Referenzgeometrien anderer geografischer Linien, z.B. für Eisenbahnlinien, Grenzlinien, Flüsse usw., die insbesondere auch durch entsprechende Kartendaten oder andere georeferenzierte Geometriedaten repräsentiert werden können.The term "georeferenced reference geometry" as used herein refers to a geometry, e.g. as represented by corresponding data, defined or expressed in terms of a geographic coordinate system, such as longitude and latitude or UTM coordinates. In particular, and without limitation, a geometry of a particular road as represented by a reference electronic map, such as an electronic map based on map data for automotive navigation systems or mapping or navigation applications on a computer or handheld device, such as a smartphone or tablet -Computer based, a georeferenced reference geometry. The same naturally also applies to corresponding reference geometries of other geographical lines, e.g. for railway lines, border lines, rivers, etc., which in particular can also be represented by corresponding map data or other geo-referenced geometric data.
Der Begriff „Lokales internes Bezugssystem der Geografischen Linie (GL)“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich insbesondere auf ein Bezugssystem, wie z.B. ein Koordinatensystem, das sich in der Regel von einem georeferenzierten Bezugssystem unterscheidet. Die geografische Linie liegt im lokalen internen Bezugssystem und wird darin als Linie einer vorbestimmten ausgewählten Geometrie, die insbesondere eine Gerade sein kann, repräsentiert. Wenn es sich bei der geografischen Linie um eine Straße handelt, wird ein solches Bezugssystem oft als „Straßen-Raum“ bezeichnet. Dementsprechend kann eine GL, die eine Begrenzungslinie in einem geografischen Bezugssystem (geografisches Koordinatensystem) ist, in dem z.B. Längen- und Breitengrad als Koordinaten oder UTM-Koordinaten verwendet werden, als Gerade in ihrem lokalen internen Bezugssystem repräsentiert werden. Zum Beispiel können in dem lokalen internen Bezugssystem die Koordinaten eines gegebenen Ortes auf der GL aufweisen: (i) eine erste Koordinate, die eine Entfernung dieses Punktes von einem vordefinierten Bezugspunkt auf der Linie darstellt, wobei die Entfernung entlang des Weges der Linie gemessen wird (z.B. Straßenkilometer), und (ii) eine zweite Koordinate, die eine Entfernung des gegebenen Punktes von einer (physikalischen oder virtuellen) Mittellinie der GL ausdrückt, die entlang einer Geraden gemessen wird, die durch den gegebenen Punkt in einer Richtung senkrecht zur GL verläuft.The term "Local Internal Reference System of Geographic Line (GL)" as used herein refers specifically to a reference system, such as a coordinate system, which is typically distinct from a georeferenced reference system. The geographic line is in the local internal reference system and is represented therein as a line of a predetermined selected geometry, which can be a straight line in particular. When the geographic line is a street, such a reference frame is often referred to as "Str ßen space”. Correspondingly, a GL which is a boundary line in a geographical reference system (geographical coordinate system) using eg longitude and latitude as coordinates or UTM coordinates can be represented as a straight line in its local internal reference system. For example, in the local internal reference system, the coordinates of a given location on the GL may include: (i) a first coordinate representing a distance of that point from a predefined reference point on the line, the distance being measured along the path of the line ( eg road kilometers), and (ii) a second coordinate expressing a distance of the given point from a (physical or virtual) center line of the GL, measured along a straight line passing through the given point in a direction perpendicular to the GL.
Der Begriff „Klassifikationsschema“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich insbesondere auf ein Schema zur Klassifizierung einer oder mehrerer Beschaffenheiten einer geografischen Linie nach einer Menge von Klassen. Als Beispiel und ohne Einschränkung können sich solche Klassen auf unterschiedliche physikalische Beschaffenheiten beziehen, z.B. Vorhandensein oder Fehlen von Straßenbelag, Schlaglöchern, Eis oder Schnee, Steinen oder anderen Elementen einer Straßenoberfläche, auf unterschiedliche Grade des Überwuchses der Vegetation über eine bestimmte GL, auf aktuelle Wind- oder Niederschlagsbedingungen usw.The term "classification scheme" as used herein specifically refers to a scheme for classifying one or more features of a geographic line into a set of classes. By way of example and without limitation, such classes may relate to different physical conditions, e.g. presence or absence of road surface, potholes, ice or snow, rocks or other elements of a road surface, different degrees of vegetation overgrowth over a given GL, current winds - or precipitation conditions, etc.
Die Begriffe „erster“, „zweiter“, „dritter“ und dergleichen werden in der Beschreibung und in den Ansprüchen zur Unterscheidung zwischen ähnlichen Elementen und nicht unbedingt zur Beschreibung einer sequenziellen oder chronologischen Reihenfolge verwendet. Es ist davon auszugehen, dass die auf diese Weise verwendeten Begriffe unter geeigneten Umständen austauschbar sind und dass die hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung in anderen als den hier beschriebenen oder illustrierten Reihenfolgen funktionieren können.The terms "first," "second," "third," and the like are used in the specification and claims to distinguish between like elements and not necessarily to describe a sequential or chronological order. It is to be understood that the terms so used are interchangeable under appropriate circumstances, and that the embodiments of the invention described herein may operate in different orders than those described or illustrated herein.
Wenn in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen der Begriff „aufweisen“ oder „einschließen“ verwendet wird, schließt er andere Elemente oder Schritte nicht aus. Wird ein unbestimmter oder bestimmter Artikel verwendet, wenn auf ein einzelnes Substantiv Bezug genommen wird, z.B. „einer“, „eine“, „ein“ oder „"der“, „die“, „das“, so schließt dies den Plural dieses Substantivs ein, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.When used in the present specification and claims, the term "comprising" or "including" does not exclude other elements or steps. If an indefinite or definite article is used when referring to a single noun, eg "a", "an", "an" or ""the", "the", "the", this concludes the plural of that noun unless expressly stated otherwise.
Ferner bezieht sich „oder“, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, auf ein inklusives oder und nicht auf ein exklusives oder. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eine der folgenden Bedingungen erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).Further, unless expressly stated otherwise, "or" refers to an inclusive or and not to an exclusive or. For example, a condition A or B is satisfied by one of the following conditions: A is true (or present) and B is false (or absent), A is false (or absent) and B is true (or present), and both A and B are true (or present).
Dementsprechend weist das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt ein effektives, normalerweise nichtlineares, geometrisches Transformieren von georeferenzierten Erdbeobachtungsdaten aus einem globalen Raum auf, wobei sich die Beobachtungsdaten auf eine Region von Interesse beziehen, die eine GL von Interesse abdeckt, in ein lokales internes Bezugssystem dieser GL, um eine entsprechende Ansicht (z.B. Bild oder kombinierter Stapel verschiedener Bilder) der GL in diesem lokalen Bezugssystem zu erhalten. Insbesondere kann dieses lokale Bezugssystem und die Art und Weise der Darstellung der GL darin eine sehr geeignete und leicht zu verwendende Grundlage für eine normalisierte Darstellung (z.B. ein normalisierter Straßen-Raum) von GLs bilden, was besonders vorteilhaft für nachfolgende Klassifizierungsschritte oder Vergleiche mit anderen GL-bezogenen Daten sein kann, z. B. Vergleiche zwischen den jeweiligen Beschaffenheiten von zwei oder mehr verschiedenen GLs oder zwischen den jeweiligen Beschaffenheiten derselben GL, jedoch zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Darüber hinaus erlaubt das Verfahren aufgrund des Transformierens die Verwendung verschiedener unterschiedlicher Erdbeobachtungsdaten (insbesondere Bilddaten) als Input, insbesondere unabhängig von der jeweiligen Orientierung oder Auflösung, mit der diese Daten erfasst wurden. Die aus der Klassifikation resultierenden Auswertungsdaten können in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, wie im Weiteren näher erläutert wird.Accordingly, the method according to the second aspect comprises an effective, normally non-linear, geometric transformation of georeferenced earth observation data from a global space, the observation data relating to a region of interest covering a GL of interest, into a local internal frame of reference of that GL , to get a corresponding view (e.g. image or combined stack of different images) of the GL in this local frame of reference. In particular, this local frame of reference and the way the GL is represented in it can form a very suitable and easy-to-use basis for a normalized representation (e.g. a normalized street space) of GLs, which is particularly advantageous for subsequent classification steps or comparisons with other GLs -related data can be, e.g. B. Comparisons between the respective qualities of two or more different GLs or between the respective qualities of the same GL but at different times. In addition, due to the transformation, the method allows the use of various different earth observation data (in particular image data) as input, in particular independently of the respective orientation or resolution with which this data was recorded. The evaluation data resulting from the classification can be used in many different applications, as will be explained in more detail below.
Insbesondere kann die Verwendung von Erdbeobachtungsdaten, wie z.B. Satellitenbildern, den Mangel an Daten über die Straßenoberflächenqualität in ländlichen Gebieten ausgleichen, wo keine ausreichenden am Boden gewonnenen Daten zur Verfügung stehen. Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt bietet somit eine kanonische Möglichkeit, Satellitenbilder und optional auch ergänzende Daten zu verwenden, um eine normalisierte Ansicht auf Straßenabschnitte und andere geografische Linien zu erhalten.In particular, the use of earth observation data, such as satellite imagery, can compensate for the lack of data on road surface quality in rural areas where sufficient ground-based data is not available. The method according to the second aspect thus offers a canonical possibility of using satellite images and optionally also supplementary data in order to obtain a normalized view of road sections and other geographic lines.
Ein zusätzlicher Vorteil des Verfahrens kann dadurch erreicht werden, dass ansonsten unverbundene Bildregionen auf der Grundlage der Geometrie der Transportlinie in zusammenhängende Regionen transformiert werden können. Dies kann ansonsten nicht offensichtliche räumliche und zeitliche Muster aufzeigen. Darüber hinaus erfordern einige Verfahren wie das maschinelle Lernen Eingabedaten mit einer einheitlichen Struktur, die sich ebenfalls aus diesem Verfahren ergibt, wobei Daten mit unterschiedlicher Dimensionalität in den begradigten Straßen-Raum projiziert werden können.An additional advantage of the method can be achieved in that otherwise unconnected image regions can be transformed into connected regions based on the geometry of the transport line. This can reveal otherwise unobvious spatial and temporal patterns. In addition, some techniques, such as machine learning, require input data with a consistent structure, which is also made up of results from this method, whereby data with different dimensionality can be projected into the straightened road space.
Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens beschrieben, die beliebig miteinander oder mit anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung kombiniert werden können, es sei denn, eine solche Kombination ist ausdrücklich ausgeschlossen oder technisch unmöglich.Preferred embodiments of the method are described below, which can be combined with one another or with other aspects of the present invention as desired, unless such a combination is expressly excluded or is technically impossible.
In einigen Ausführungsformen weist das geometrische Transformieren der georeferenzierten Beobachtungsdaten, zumindest in Teilen, in das lokale interne Bezugssystem der GL auf: (i) Definieren einer Mehrzahl von Kontrollpunkten innerhalb der ROI an verschiedenen Positionen entlang der GL; (ii) Bestimmen eines jeweiligen lokalen Zellgitters für jeden Kontrollpunkt, das eine begrenzte lokale räumliche Nachbarschaft dieses Kontrollpunktes abdeckt, wobei der resultierende Satz von lokalen Zellgittern das lokale interne Bezugssystem der GL definiert; und (iii) geometrisches Transformieren der Beobachtungsdaten, zumindest in Teilen, in das lokale interne Bezugssystem der GL, um eine Abbildung der Beobachtungsdaten auf den Satz von lokalen Zellgittern der Kontrollpunkte zu erhalten. Dieser Ansatz ist insofern besonders flexibel, als das lokale interne Bezugssystem durch eine Kombination der lokalen Zellgitter definiert wird, von denen jedes unabhängig voneinander optimiert werden kann, insbesondere im Hinblick auf seine Orientierung relativ zu seinem entsprechenden Kontrollpunkt. Darüber hinaus ist der Ansatz auch sehr effizient, da der Satz lokaler Zellgitter insgesamt nicht die gesamte GL abdecken muss, sondern nur einen Teil davon abdecken kann, wie z.B. einen Satz ausgewählter Segmente der GL innerhalb der ROI und ihrer jeweiligen Nachbarschaften, so dass die Gesamtdatenmenge der transformierten Beobachtungsdaten effektiv begrenzt werden kann und insbesondere geringer sein kann als die der ursprünglichen georeferenzierten Beobachtungsdaten, die die ROI abdecken. Während eines oder mehrere der lokalen Zellgitter ein rechteckiges Muster aufweisen können, sind auch andere Formen möglich, z.B. hexagonale Zellen in einem entsprechenden hexagonalen Gitter. Tatsächlich weist der Begriff „lokale Zellgitter“, wie er hier verwendet wird, sogar die Möglichkeit auf, dass ein lokales Zellgitter eine oder mehrere Zellen aufweist oder aus einer oder mehreren Zellen besteht, die durch Zwischenräume voneinander getrennt sind, z.B. mehrere nicht miteinander verbundene kreisförmige Zellen, die in einem bestimmten Muster angeordnet sind.In some embodiments, geometrically transforming the georeferenced observation data, at least in part, into the GL's local internal frame of reference comprises: (i) defining a plurality of control points within the ROI at different positions along the GL; (ii) determining for each control point a respective local cell grid covering a limited local spatial neighborhood of that control point, the resulting set of local cell grids defining the local internal frame of reference of the GL; and (iii) geometrically transforming the observation data, at least in part, into the local internal frame of reference of GL to obtain a mapping of the observation data onto the set of local cell grids of the control points. This approach is particularly flexible in that the local internal frame of reference is defined by a combination of the local cell grids, each of which can be independently optimized, particularly in terms of its orientation relative to its corresponding control point. In addition, the approach is also very efficient since the set of local cell grids in total need not cover the whole GL, but can only cover a part of it, such as a set of selected segments of the GL within the ROI and their respective neighborhoods, so that the total dataset of the transformed observation data can be effectively limited and in particular can be less than that of the original georeferenced observation data covering the ROI. While one or more of the local cell lattices may have a rectangular pattern, other shapes are also possible, e.g., hexagonal cells in a corresponding hexagonal lattice. In fact, the term "local cell lattice" as used herein even includes the possibility that a local cell lattice has or consists of one or more cells separated by spaces, e.g. several unconnected circular ones Cells arranged in a specific pattern.
In einigen verwandten Ausführungsformen weist das Verfahren ferner die Verkettung der einzelnen Zellgitter der Kontrollpunkte auf, um eine Datenrepräsentation eines begradigten, insbesondere regelmäßigen Gesamtzellgitters zu bilden, das das lokale interne Bezugssystem der GL definiert, in dem die einzelnen Zellgitter der Kontrollpunkte in einer begradigten, gleichgerichteten Weise in einer Reihenfolge angeordnet sind, die der Reihenfolge der Kontrollpunkte entlang der GL entspricht. Dies hat den Vorteil, ein besonders einfaches, kompaktes und leicht handhabbares Bezugssystem zu schaffen. Insbesondere ermöglicht es eine besonders einfache normalisierte Darstellung der transformierten Beobachtungsdaten oder der resultierenden Auswertungsdaten, insbesondere für die oben genannten Zwecke des Vergleichs solcher Daten mit anderen jeweils repräsentierten Daten.In some related embodiments, the method further comprises concatenating the individual control point cell grids to form a data representation of a straightened, particularly regular, overall cell grid that defines the local internal frame of reference of the GL, in which the individual control point cell grids are arranged in a straightened, rectified way are arranged in an order that corresponds to the order of the control points along the GL. This has the advantage of creating a particularly simple, compact and easy-to-handle reference system. In particular, it enables a particularly simple normalized representation of the transformed observation data or the resulting evaluation data, in particular for the above-mentioned purposes of comparing such data with other data represented in each case.
In einigen dieser Ausführungsformen erfolgt die Auswertung der jeweiligen Erdbeobachtungsdaten auf der Grundlage der Darstellung der Erdbeobachtungsdaten, wie sie auf dem begradigten Gesamtzellgitter abgebildet sind. Dies bedeutet, dass nicht nur das Endergebnis auf der Basis des begradigten Gesamtzellgitters repräsentiert wird, sondern dass auch die eigentliche vorhergehende Auswertung der transformierten Beobachtungsdaten (und optional zusätzlicher Sensordaten) bereits auf der Basis des begradigten Gesamtzellgitters durchgeführt wird. Dadurch werden die Einfachheit und Effizienz des Auswerteprozesses weiter verbessert, da typischerweise begradigte Bezugssysteme mit weniger Aufwand gehandhabt werden können als die meisten anderen Arten von Bezugssystemen, z.B. gebundene Bezugssysteme. Insbesondere lassen sich begradigte Bezugssysteme sehr leicht durch einfache und speichereffiziente Datenstrukturen wie Tabellen oder Matrizen repräsentieren.In some of these embodiments, the evaluation of the respective earth observation data takes place on the basis of the representation of the earth observation data as they are displayed on the straightened total cell grid. This means that not only is the end result represented on the basis of the straightened overall cell grid, but that the actual previous evaluation of the transformed observation data (and optionally additional sensor data) is already carried out on the basis of the straightened overall cell grid. This further improves the simplicity and efficiency of the evaluation process, since typically straightened datums can be handled with less effort than most other types of datums, e.g., bound datums. In particular, straightened reference systems can be represented very easily by simple and memory-efficient data structures such as tables or matrices.
In einigen Ausführungsformen ist mindestens eines der lokalen Zellgitter so definiert, dass es eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweist: (i) Anisotrope Anordnung von mindestens einer Untermenge der Zellen innerhalb des lokalen Zellgitters; (ii) die Breiten oder Höhen oder Abstände der Zellen variieren zwischen mindestens einer Untermenge der Zellen innerhalb des lokalen Zellgitters; (iii) eine Orientierung von mindestens einer Untermenge der Zellen innerhalb des lokalen Zellgitters ist auf die lokale Orientierung der GL gemäß ihrer georeferenzierten Referenzgeometrie an dem Kontrollpunkt ausgerichtet, der dem lokalen Zellgitter entspricht. Allen diesen spezifischen Varianten (i) bis (iii) ist gemeinsam, dass sie eine optimale Anpassung der zugehörigen lokalen ein oder mehreren Zellgitter an die spezifische individuelle Geometrie der GL und die gewünschte Art der Bewertung, die in den Auswertungsdaten widergespiegelt werden sollen, ermöglichen. Wenn z.B. die GL in der Nähe eines bestimmten ersten Kontrollpunktes stark gekrümmt ist, könnte das Zellgitter für diesen ersten Kontrollpunkt so definiert werden, dass es eine ganz andere Orientierung, Variation der Zellabmessungen und anisotrope Anordnung der Zellen innerhalb dieses lokalen Zellgitters aufweist als das Zellgitter für einen zweiten Kontrollpunkt, der sich an einer anderen Stelle der GL befindet, wo die GL eher gerade ist. In some embodiments, at least one of the local cell lattices is defined as having one or more of the following properties: (i) anisotropic arrangement of at least a subset of the cells within the local cell lattice; (ii) the widths or heights or spacings of the cells vary between at least a subset of the cells within the local cell lattice; (iii) an orientation of at least a subset of the cells within the local cell grid is aligned with the local orientation of the GL according to its georeferenced reference geometry at the control point corresponding to the local cell grid. What all of these specific variants (i) to (iii) have in common is that they enable an optimal adaptation of the associated local one or more cell grids to the specific individual geometry of the GL and the desired type of evaluation to be reflected in the evaluation data. For example, if the GL is strongly curved near a certain first control point, the cell lattice for that first control point could be defined to have an entirely different orientation, variation in cell dimensions and anisotropic arrangement of the cells within this local cell grid than the cell grid for a second control point located at a different location on the GL where the GL is more straight.
In einigen Ausführungsformen stellen die georeferenzierten Erdbeobachtungsdaten einen oder mehrere Bildpunktwerte pro Bildpunkt eines Original-Bildpunktgitters dar, das die mindestens eine Bildebene abdeckt. Darüber hinaus weist das geometrische Transformieren der georeferenzierten Beobachtungsdaten die Bestimmung von mindestens einem Zellwert für jede Zelle des lokalen Zellgitters auf der Grundlage einer Aggregation einer Untermenge der Bildpunktwerte, die mit einem Bereich der ROI korrespondieren, der von der jeweiligen Zelle des lokalen Zellgitters abgedeckt wird, auf. Dies ist ein besonders effektives Mittel, das eine hohe Flexibilität und die Möglichkeit bietet, das Transformieren optimal an die gewünschte Art der Auswertung anzupassen. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung einer Mehrzahl von Bildpunktwerten pro Bildpunkt noch genauere oder komplexere Auswertungen, einschließlich Auswertungen, die sich auf die Kombination von mehr als zwei Bildpunktwerten pro Bildpunkt stützen, um zugehörige Auswertungsdaten für diesen Bildpunkt oder eine umgebende Region um ihn herum zu bestimmen.In some embodiments, the georeferenced earth observation data represents one or more pixel values per pixel of an original pixel grid covering the at least one image plane. In addition, the geometric transformation of the georeferenced observation data comprises the determination of at least one cell value for each cell of the local cell grid based on an aggregation of a subset of the pixel values corresponding to an area of the ROI covered by the respective cell of the local cell grid. on. This is a particularly effective tool that offers a high level of flexibility and the option of optimally adapting the transformation to the desired type of evaluation. In addition, using a plurality of pixel values per pixel allows for even more accurate or complex evaluations, including evaluations that rely on the combination of more than two pixel values per pixel to determine associated evaluation data for that pixel or a surrounding region around it.
Insbesondere weist in einigen dieser Ausführungsformen das Aggregieren der Untermenge der Bildpunktwerte eine oder eine Kombination von mindestens zwei der folgenden Operationen auf: (i) Mitteln der Bildpunktwerte aller Bildpunkte, die sich vollständig innerhalb der entsprechenden Zelle des lokalen Zellgitters befinden; (ii) Mitteln der Bildpunktwerte aller Bildpunkte, die mit dem Bereich der ROI überlappen, der von der entsprechenden Zelle des lokalen Zellgitters abgedeckt wird, wobei jeder Bildpunktwert entsprechend der Größe seiner Überlappung mit dieser Zelle des lokalen Zellgitters gewichtet wird; (iii) gewichtetes Mitteln der Bildpunktwerte, wobei Bildpunkte, die näher an der Mitte der Zelle des lokalen Zellgitters liegen, höhere Gewichte erhalten als Bildpunkte, die weiter entfernt von der Mitte der Zelle liegen; (iv) Bestimmen des Medians, des Minimums und/oder des Maximums der Bildpunktwerte unter den Bildpunktwerten, die von der entsprechenden Zelle des lokalen Zellgitters abgedeckt werden; (v) Bestimmen der Bildpunktwerte, die ein spezifisches Perzentil der Verteilung der Bildpunktwerte innerhalb der entsprechenden Zelle des lokalen Zellgitters repräsentieren; (vi) Bestimmen eines oder mehrerer eines Bereichs, einer Standardabweichung, einer Varianz oder jeder anderen Funktion höherer Ordnung, die Merkmale der Verteilung der Bildpunktwerte innerhalb der Zelle des lokalen Zellgitters erfasst; (vii) Bestimmen eines Histogramms, das die Verteilung der Bildpunktwerte innerhalb der Zelle des lokalen Zellgitters darstellt. Das Ergebnis der Aggregation kann ein Einzelwert oder eine Datenstruktur sein, je nach Art der Operation, die angewendet wird. Beispielsweise wird das Histogramm gemäß Variante (vii) typischerweise durch eine Datenstruktur repräsentiert, die mehrere Werte aufweist, während ein Mittel von Punktwerten gemäß einer der Varianten (i) bis (iii) typischerweise durch einen einzigen Wert repräsentiert wird.In particular, in some of these embodiments, aggregating the subset of pixel values comprises one or a combination of at least two of the following operations: (i) averaging the pixel values of all pixels that are entirely within the corresponding cell of the local cell grid; (ii) averaging the pixel values of all pixels overlapping the region of the ROI covered by the corresponding cell of the local cell grid, each pixel value being weighted according to the extent of its overlap with that cell of the local cell grid; (iii) weighted averaging of the pixel values, where pixels closer to the cell center of the local cell grid are given higher weights than pixels further from the cell center; (iv) determining the median, minimum and/or maximum of the pixel values among the pixel values covered by the corresponding cell of the local cell grid; (v) determining pixel values representing a specific percentile of the distribution of pixel values within the corresponding cell of the local cell grid; (vi) determining one or more of a range, standard deviation, variance, or any other higher-order function that captures features of the distribution of pixel values within the cell of the local cell grid; (vii) determining a histogram representing the distribution of pixel values within the cell of the local cell grid. The result of the aggregation can be a single value or a data structure, depending on the type of operation being applied. For example, the histogram according to variant (vii) is typically represented by a data structure having multiple values, while an average of point values according to any of variants (i) to (iii) is typically represented by a single value.
In einigen Ausführungsformen wird mindestens eines der lokalen Zellgitter durch einen Satz von Gitterparametern definiert, und das Verfahren weist ferner die Bestimmung mindestens eines der Gitterparameter auf der Grundlage eines Prozesses auf, der maschinelles Lernen in Verbindung mit der Kreuzvalidierung von Zwischenergebnissen der während des maschinellen Lernprozesses erhaltenen Auswertungsdaten mit Referenzparameterdaten beinhaltet, die bekannte korrekte Klassifikationen der betreffenden einen oder mehreren Eigenschaften der GL oder ihrer Umgebung gemäß der einen oder mehreren Beschaffenheiten repräsentieren. Diese Ausführungsformen ermöglichen insbesondere eine automatische Definition, ja sogar eine dynamische Anpassung oder Variation der lokalen Zellgitter mit Hilfe des maschinellen Lernprozesses. Dabei dienen die Daten der Referenzparameter als Trainingsdaten im Sinne eines überwachten Lernens für den maschinellen Lernprozess.In some embodiments, at least one of the local cell lattices is defined by a set of lattice parameters, and the method further comprises determining at least one of the lattice parameters based on a process that uses machine learning in conjunction with cross-validation of intermediate results obtained during the machine learning process includes evaluation data with reference parameter data representing known correct classifications of the relevant one or more properties of the GL or its environment according to the one or more constitutions. In particular, these embodiments enable an automatic definition, even a dynamic adaptation or variation of the local cell lattice with the aid of the machine learning process. The data of the reference parameters serve as training data in the sense of a supervised learning for the machine learning process.
In einigen Ausführungsformen weist das Erfassen der georeferenzierten Erdbeobachtungsdaten einen oder mehrere der folgenden Schritte auf: (i) Erfassen von georeferenzierten Erdbeobachtungsdaten, die eine oder mehrere der Bildebenen repräsentieren, wobei jede dieser Bildebenen Bilder repräsentiert, die die ROI in einem jeweils unterschiedlichen Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums abdecken; (ii) Erfassen von georeferenzierten Erdbeobachtungsdaten, die eine oder mehrere Datenebenen als weitere Bildebenen repräsentieren, wobei jede dieser Datenebenen jeweils sensorische Messungen oder Vorhersagen, beispielsweise Simulationsergebnisse von einer oder mehreren lokalen Beschaffenheiten der GL oder ihrer Umgebung innerhalb der ROI, repräsentiert; (iii) Erfassen von georeferenzierten Erdbeobachtungsdaten, die eine oder mehrere vorverarbeitete Bildebenen repräsentieren, die aus einer Kombination von zwei oder mehreren der genannten Bildebenen der Variante (i) oder Datenebenen der Variante (ii) resultieren. Sowohl die Verwendung von zwei oder mehreren der Bildebenen pro Variante (i) oder die Ergänzung dieser Bildebene(n) mit einer oder mehreren der Datenebenen gemäß den Varianten (ii) oder (iii) ermöglicht insbesondere die Erweiterung des Bereichs möglicher Arten von Auswertungen oder ihrer jeweils erreichbaren Qualität und Genauigkeit.In some embodiments, capturing the georeferenced earth observation data comprises one or more of the following steps: (i) capturing georeferenced earth observation data representing one or more of the image planes, each of these image planes representing images representing the ROI in a different spectral range of the electromagnetic cover spectrum; (ii) acquisition of georeferenced earth observation data representing one or more data planes as further image planes, each of these data planes representing respective sensory measurements or predictions, e.g. simulation results of one or more local conditions of the GL or its surroundings within the ROI; (iii) acquisition of georeferenced earth observation data representing one or more pre-processed image planes resulting from a combination of two or more of said variant (i) image planes or variant (ii) data planes. Both the use of two or more of the image planes per variant (i) or the supplement of this image plane (s) with one or more of the data planes according to variants (ii) or (iii) allows in particular to expand the range of possible types of evaluations or their achievable quality and accuracy.
Konkret repräsentieren in einigen dieser Ausführungsformen die Datenebenen, die die jeweiligen sensorischen Messungen oder Vorhersagen einer oder mehrerer lokaler Beschaffenheiten der GL oder ihrer Umgebung innerhalb der ROI repräsentieren, eine oder mehrere der folgenden: (a) Niederschlag, (b) Intensität oder Wellenlänge der lokalen Strahlung, (c) Temperatur, (d) Luftdruck, (e) Windstärke oder -richtung, (f) wenn zumindest in einem Abschnitt der ROI die GL eine wasserbasierte geografische Linie ist: Geschwindigkeit und Richtung der Wasserströmung; (g) wenn zumindest in einem Abschnitt der ROI die GL eine geografische Linie auf dem Land ist, die für ein Landfahrzeug zugänglich ist: Vibration, Orientierung, Geschwindigkeit, Beschleunigung oder irgendein anderer Fahrzeugparameter, der von einem oder mehreren fahrzeuggestützten Sensoren gemessen wird und Einblick in bestimmte Beschaffenheiten der Transportlinie geben kann; (h) wenn die GL eine Transportlinie ist: die Verwendungshäufigkeit der Transportlinie, der Wartungszustand der Transportlinie oder die Zeit seit dem letzten Wartungsintervall, ein Alter oder eine Beschaffenheit der Oberfläche der Transportlinie; (i) Klimazone, (j) Klimaprofile, (k) erwartete Temperaturen oder Niederschläge, (I) Anfälligkeit für unerwartete Ereignisse wie Unfälle, Naturkatastrophen, Überschwemmungen, Erdrutsche, Lawinen, Sturmschäden, Tornados, Hurrikane, Taifune, (m) elektromagnetische Felder, z.B. Signalstärke von Mobilfunknetzen, die die GL abdecken. Dies ermöglicht eine sehr große Bandbreite unterschiedlicher Auswertungen, je nachdem, welche Arten von Messungen oder Vorhersagen aus den oben genannten ausgewählt werden, und dementsprechend entsprechend positive Auswirkungen auf die erreichbare Qualität und Genauigkeit der resultierenden Auswertungsdaten.Specifically, in some of these embodiments, the data planes representing the respective sensory measurements or predictions of one or more local features of the GL or its environment within the ROI represent one or more of the following: (a) precipitation, (b) intensity or wavelength of the local radiation, (c) temperature, (d) barometric pressure, (e) wind strength or direction, (f) if at least in a portion of the ROI the GL is a water-based geographic line: speed and direction of water flow; (g) if in at least one portion of the ROI the GL is a geographic line on land accessible to a land vehicle: vibration, orientation, speed, acceleration or any other vehicle parameter measured by one or more vehicle-based sensors and insight in certain characteristics of the transport line; (h) if the GL is a haulage line: the frequency of use of the haulage line, the maintenance condition of the haulage line or the time since the last maintenance interval, an age or a condition of the surface of the haulage line; (i) climate zone, (j) climate profiles, (k) expected temperatures or precipitation, (i) vulnerability to unexpected events such as accidents, natural disasters, floods, landslides, avalanches, storm damage, tornadoes, hurricanes, typhoons, (m) electromagnetic fields, e.g. signal strength of mobile phone networks covering the GL. This enables a very wide range of different evaluations, depending on which types of measurements or predictions are selected from those mentioned above, and correspondingly positive effects on the achievable quality and accuracy of the resulting evaluation data.
In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren das Ausrichten der jeweiligen Geometrie der GL in der einen oder mehreren durch die Erdbeobachtungsdaten repräsentierten Bildebenen mit einer georeferenzierten Referenzgeometrie der GL auf, um einen kombinierten Bildstapel zu bilden, wobei mindestens zwei der Bildebenen in den Stapel integriert sind, wobei jede dieser Bildebenen ein jeweiliges digitales Bild in einer gegebenen jeweiligen räumlichen Auflösung darstellt, wobei sich die räumlichen Auflösungen von mindestens zwei dieser Bildebenen voneinander unterscheiden, zumindest in einem überlappenden Bereich, wodurch sich ein kombinierter Bildstapel mit mehreren Auflösungen ergibt. Die Verwendung einer solchen Orientierung der jeweiligen Geometrien der GL ermöglicht eine besonders einfache, effiziente und zuverlässige Art und Weise der Durchführung des geometrischen Transformierens, da die jeweiligen Bilddaten der Ebenen des Stapels durch Projektion direkt in das lokale interne Bezugssystem der GL transformiert werden können. Darüber hinaus ermöglichen die mehreren unterschiedlichen Auflösungen eine hohe Effizienz des Verfahrens, insbesondere im Hinblick auf die Begrenzung der zu verarbeitenden Datenmenge und damit die Steigerung der Leistungsfähigkeit des Verfahrens bei gleichzeitiger Beibehaltung der gewünschten Genauigkeit. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass selektiv entweder eine höhere oder eine niedrigere der verfügbaren Auflösungen für verschiedene Ebenen verwendet wird, insbesondere in Abhängigkeit von der Auswirkung einer bestimmten Auswahl auf die Fähigkeit, eine jeweils erforderliche Genauigkeit einer gewünschten Art der Auswertung zu erreichen.In some embodiments, the method comprises aligning the respective geometry of the GL in the one or more image planes represented by the earth observation data with a georeferenced reference geometry of the GL to form a combined image stack, with at least two of the image planes integrated into the stack, where each of said image planes representing a respective digital image in a given respective spatial resolution, wherein the spatial resolutions of at least two of said image planes differ from each other, at least in an overlapping region, resulting in a combined multi-resolution image stack. Using such an orientation of the respective geometries of the GL enables a particularly simple, efficient and reliable way of performing the geometric transformation, since the respective image data of the planes of the stack can be transformed directly into the local internal reference system of the GL by projection. In addition, the several different resolutions enable the method to be highly efficient, in particular with regard to limiting the amount of data to be processed and thus increasing the performance of the method while at the same time maintaining the desired accuracy. In particular, this can be achieved by selectively using either a higher or a lower of the available resolutions for different planes, depending in particular on the impact of a particular choice on the ability to achieve a required accuracy of a desired type of analysis.
In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner die Anwendung eines Datenkompressionsprozesses auf, um die räumliche Auflösung einer gegebenen Bildebene zu reduzieren, wobei der Datenkompressionsprozess die Erzeugen von zwei oder mehr Unterebenen der Bildebene durch Neuabtasten mindestens eines Bereichs der Bildebene mit einer jeweils niedrigeren räumlichen Auflösung als ihrer ursprünglichen räumlichen Auflösung aufweist, unter Beibehaltung oder Neuabtasten der räumlichen Auflösung mindestens eines anderen Bereichs der Bildebene, so dass, wenn die Unterebenen überlappt werden, um gemeinsam eine kombinierte Mehrfachauflösungsdarstellung der Bildebene zu definieren, die durchschnittliche Auflösung der kombinierten Mehrfachauflösungsdarstellung niedriger ist als die ursprüngliche Auflösung der Bildebene. Anstatt oder zusätzlich zu einer unterschiedlichen Auflösung über verschiedene Bildebenen hinweg wird daher gemäß diesen Ausführungsformen eine Datenkompression innerhalb einer selben Bildebene angewendet. Dies kann vorteilhaft genutzt werden, um die Effizienz des Verfahrens weiter zu steigern, z.B. im Hinblick auf die Geschwindigkeit der Datenverarbeitung und die Speichereffizienz des Verfahrens.In some embodiments, the method further comprises applying a data compression process to reduce the spatial resolution of a given image plane, the data compression process including creating two or more sub-planes of the image plane by resampling at least a portion of the image plane with a spatial resolution lower than theirs original spatial resolution, while maintaining or resampling the spatial resolution of at least one other region of the image plane such that when the sub-planes are overlapped to collectively define a combined multi-resolution representation of the image plane, the average resolution of the combined multi-resolution representation is lower than the original resolution the image plane. Instead of or in addition to a different resolution across different image planes, data compression is therefore applied within the same image plane according to these embodiments. This can be used to advantage to further increase the efficiency of the method, e.g. with regard to the speed of data processing and the memory efficiency of the method.
Insbesondere ist in einigen dieser Ausführungsformen die geringere räumliche Auflösung, mit der mindestens ein Bereich der Bildebene neu abgetastet wird, eine Funktion des Abstands des Bereichs von der GL. Insbesondere kann die räumliche Auflösung bei größeren Abständen niedriger und bei kleineren Abständen höher sein. Auf diese Weise kann die erreichbare Genauigkeit für Auswertungen, die sich auf die GL selbst oder ihre unmittelbare Nachbarschaft beziehen, höher gewählt werden als für weiter entfernte Bereiche in der Umgebung der GL. Beispielsweise könnte es wichtig sein, Vegetation, die die GL überwächst, mit einer hohen Genauigkeit zu erfassen, während das Erfassen von Einzelheiten einer Vegetation, die weiter entfernt von der GL liegt, weniger relevant sein könnte, so dass die Vorteile der Kompression gegenüber der Notwendigkeit einer hohen Auflösung an diesen entfernten Orten dominieren könnten.In particular, in some of these embodiments, the lower spatial resolution at which at least a region of the image plane is resampled is a function of the region's distance from the GL. In particular, the spatial resolution can be lower for larger distances and higher for smaller distances. In this way, the achievable accuracy for evaluations that relate to the GL itself or its immediate vicinity can be chosen to be higher than for more distant areas in the vicinity of the GL. For example, it might be important to capture vegetation overgrowing the GL with a high level of accuracy, while capturing detail of vegetation further from the GL might be less relevant, so the benefits of compression over necessity high resolution might dominate in these remote locations.
In einigen der Ausführungsformen, in denen Unterebenen verwendet werden, weist das Überlappen der Unterebenen das Aggregieren der Werte von räumlich überlappenden Bildpunkten verschiedener Unterebenen nach einem vorgegebenen Aggregationsverfahren auf, um einen Bildpunktwert eines Bildpunktes zu erhalten, der in der resultierenden kombinierten Mehrfachauflösungsdarstellung einen räumlichen Bereich darstellt, der den überlappenden Bildpunkten der verschiedenen Unterebenen entspricht. Insbesondere können eine oder mehrere der verschiedenen oben genannten Aggregationsverfahren in Verbindung mit Ausführungsformen, die ein Aggregieren von Untermengen von Bildpunktwerten aufweisen, auch hier angewandt werden.In some of the embodiments in which sub-levels are used, the overlapping of the sub-levels comprises aggregating the values of spatially overlapping pixels of different sub-levels according to a predetermined aggregation method to obtain a pixel value of a pixel that represents a spatial region in the resulting combined multi-resolution representation , which corresponds to the overlapping pixels of the different sublayers. In particular, one or more of the various aggregation methods mentioned above in connection with embodiments comprising aggregating subsets of pixel values may also be applied here.
Darüber hinaus werden in einigen der Ausführungsformen, in denen Unterebenen verwendet werden, die Bildpunkte einer ersten der Unterebenen lokal auf die jeweilige lokale Orientierung der GL an oder in der Nähe des jeweiligen Bildpunktes ausgerichtet, während die Bildpunkte einer zweiten der Unterebenen vor der Kompression zu einer regelmäßigen Orientierung der Bildpunkte in der gegebenen Bildebene korrespondieren. Dies hat den Vorteil, dass trotz des durch die Kompression verursachten Verlusts an Bildinformation die relevantesten Bildinformationen, z.B. Bildinformationen, die sich auf die GL oder ihre unmittelbare Umgebung beziehen, in ausreichend hoher Auflösung und in einer optimierten Orientierung, die dem Verlauf der GL entspricht, verfügbar bleiben. Die resultierende bearbeitete Bildebene kann entweder selbst als die gewünschte komprimierte Version der ursprünglichen Bildebene verwendet werden oder stattdessen nur als Zwischenbild verwendet werden, das dann weiter bearbeitet, insbesondere begradigt wird, wie unten diskutiert, um eine endgültige komprimierte Version der ursprünglichen Bildebene zu erhalten.Furthermore, in some of the embodiments in which sub-planes are used, the pixels of a first of the sub-planes are locally aligned to the respective local orientation of the GL at or near the respective pixel, while the pixels of a second of the sub-planes are aligned prior to compression into one correspond to the regular orientation of the pixels in the given image plane. This has the advantage that, despite the loss of image information caused by the compression, the most relevant image information, e.g. image information relating to the GL or its immediate surroundings, is available with a sufficiently high resolution and in an optimized orientation that corresponds to the course of the GL. remain available. The resulting processed image plane can either be used itself as the desired compressed version of the original image plane, or instead used only as an intermediate image, which is then further processed, specifically straightened, as discussed below, to yield a final compressed version of the original image plane.
Dementsprechend weist das Überlappen und Aggregieren der Werte der sich räumlich überlappenden Bildpunkte verschiedener Unterebenen in einigen Ausführungsformen die Erzeugen der kombinierten Mehrfachauflösungsdarstellung der Bildebene auf, so dass die Orientierung der resultierenden Bildpunkte dieser Darstellung bei allen diesen Bildpunkten gleich ist (d.h. aus dieser Operation resultiert eine begradigte, komprimierte Mehrfachauflösungsbildebene).Accordingly, in some embodiments, overlapping and aggregating the values of the spatially overlapping pixels of different sub-planes comprises generating the combined multi-resolution representation of the image plane such that the orientation of the resulting pixels of that representation is the same for all such pixels (i.e., this operation results in a straightened , compressed multi-resolution image plane).
In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner die Durchführung einer oder mehrerer der folgenden Operationen auf der Grundlage der Auswertungsdaten auf: (i) Festlegen einer Navigations- oder Informationsausgabe eines Fahrzeugnavigationssystems; (ii) Steuern eines dynamischen Verkehrszeichens; (iii) Einstellen eines oder mehrerer konfigurierbarer technischer Parameter eines Fahrzeugs oder eines anderen Transportsystems; (iv) Auslösen eines Wartungs- oder Inspektionsprozesses in Bezug auf die GL; (v) Vorhersagen eines zukünftigen Zustands der geografischen Linie oder ihrer Umgebung.In some embodiments, the method further comprises performing one or more of the following operations based on the evaluation data: (i) determining a navigation or informational output of a vehicle navigation system; (ii) controlling a dynamic traffic sign; (iii) setting one or more configurable technical parameters of a vehicle or other transportation system; (iv) initiating a maintenance or inspection process in relation to GL; (v) predicting a future state of the geographic line or its surroundings.
Insbesondere im Falle der Variante (i) kann sich die Ausgabe des Fahrzeugnavigationssystems darauf beziehen, dass eine bestimmte Route als bevorzugte Route oder als ausgewählte Route für Navigationszwecke aus einer Mehrzahl möglicher Routen, die zu einem bestimmten Ziel führen, ausgewählt wird. Im Falle der Variante (ii) könnte das dynamische Verkehrszeichen speziell ein Zeichen sein, das anzeigt, ob ein bestimmter Straßenabschnitt befahren werden darf oder nicht, oder ein Warnzeichen, das je nach seiner aktuellen Konfiguration zwei oder mehr verschiedene Warnstufen oder - kategorien signalisieren kann, die auf der Grundlage der Auswertungsdaten gesteuert, d.h. ausgewählt werden können. Im Falle der Variante (iii) können sich der eine oder die mehreren konfigurierbaren technischen Parameter spezifisch auf eine jeweils bestimmte Aufhängungskonfiguration des Fahrzeugs oder Transportsystems beziehen. Im Falle der Variante (iv) könnte der Wartungs- oder Inspektionsprozess spezifisch durch eine entsprechende Signalisierung ausgelöst werden, z.B. um das Wartungspersonal entsprechend zu informieren, oder diese Prozesse könnten sogar voll- oder teilautomatisierte Prozesse sein, die durch ein entsprechendes Auslösesignal automatisch ausgelöst werden.Particularly in the case of variant (i), the output of the vehicle navigation system can relate to the fact that a specific route is selected as the preferred route or as the selected route for navigation purposes from a plurality of possible routes leading to a specific destination. In the case of variant (ii), the dynamic traffic sign could specifically be a sign indicating whether or not a certain section of road is allowed to be driven on, or a warning sign which, depending on its current configuration, can signal two or more different warning levels or categories, which can be controlled, ie selected, on the basis of the evaluation data. In the case of variant (iii), the one or more configurable technical parameters may be specific to a particular suspension configuration of the vehicle or transportation system. In the case of variant (iv), the maintenance or inspection process could be specifically triggered by a corresponding signaling, e.g. to inform the maintenance staff accordingly, or these processes could even be fully or partially automated processes that are automatically triggered by a corresponding trigger signal.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Datenverarbeitungssystem, das so konfiguriert ist, das Verfahren des ersten Aspekts auszuführen. Das Datenverarbeitungssystem kann speziell mithilfe eines oder mehrerer Computerprogramme so konfiguriert werden, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen. Zusätzlich oder alternativ kann die Konfiguration ganz oder teilweise durch entsprechende Hardware implementiert sein.A second aspect of the present invention relates to a data processing system configured to carry out the method of the first aspect. The data processing system can be specifically configured using one or more computer programs to carry out the method according to the first aspect. Additionally or alternatively, the configuration can be implemented entirely or partially by appropriate hardware.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogramm oder ein Computerprogrammprodukt, das Befehle enthält, die, wenn sie auf einem Datenverarbeitungssystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgeführt werden, das System veranlassen, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen.A third aspect of the present invention relates to a computer program or a computer program product containing instructions which, when executed on a data processing system according to the second aspect of the invention, cause the system to carry out the method according to the first aspect of the invention.
Das Computerprogramm (Produkt) kann insbesondere in Form eines Datenträgers ausgeführt werden, auf dem ein oder mehrere Programme zur Durchführung des Verfahrens gespeichert sind. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen Datenträger, wie z.B. eine CD, eine DVD oder ein anderes optisches Medium oder ein Flash-Speichermodul. Dies kann vorteilhaft sein, wenn das Computerprogrammprodukt als Einzelprodukt unabhängig von der Prozessorplattform, auf der das eine oder die mehreren Programme ausgeführt werden sollen, gehandelt werden soll. In einer anderen Implementierung wird das Computerprogrammprodukt als Datei auf einer Datenverarbeitungseinheit, insbesondere auf einem Server, bereitgestellt und kann über eine Datenverbindung, z.B. das Internet oder eine dedizierte Datenverbindung, wie z.B. ein proprietäres oder lokales Netzwerk, heruntergeladen werden.The computer program (product) can be executed in particular in the form of a data carrier on which one or more programs for carrying out the method are stored. This is preferably a data carrier device, such as a CD, DVD, or other optical media or flash memory module. This can be advantageous if the computer program product is to be traded as a single product independent of the processor platform on which the one or more programs are to be executed. In another implementation, the computer program product is provided as a file on a data processing unit, in particular on a server, and can be downloaded via a data connection, eg the Internet or a dedicated data connection, such as a proprietary or local network.
Das System des zweiten Aspekts kann dementsprechend über einen Programmspeicher verfügen, in dem das Computerprogramm gespeichert ist. Alternativ kann das System auch so eingerichtet sein, dass es über eine Kommunikationsverbindung auf ein extern, z.B. auf einem oder mehreren Servern oder anderen Datenverarbeitungseinheiten, verfügbares Computerprogramm zugreift, insbesondere um mit ihm Daten auszutauschen, die während des Ablaufs der Ausführung des Computerprogramms verwendet werden oder Ausgaben des Computerprogramms repräsentieren.Accordingly, the system of the second aspect can have a program memory in which the computer program is stored. Alternatively, the system can also be set up in such a way that it accesses a computer program that is available externally, e.g represent outputs of the computer program.
Die oben im Zusammenhang mit dem Verfahren des ersten Aspekts beschriebenen Erläuterungen, Ausführungsformen und Vorteile gelten entsprechend auch für die anderen Aspekte der Erfindung.The explanations, embodiments and advantages described above in connection with the method of the first aspect also apply correspondingly to the other aspects of the invention.
Figurenlistecharacter list
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungen der vorliegenden Erfindung sind in der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Figuren beschrieben, wobei
-
1 schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; -
2 einen beispielhaften kombinierten Bildstapel mit begradigten Ebenen veranschaulicht; -
3 einen Satz einer beispielhaften Ausgabe möglicher Auswertungsergebnisse des Verfahrens aus1 oder5 veranschaulicht; -
4 schematisch ein Datenkompressionsverfahren für eine Bildebene, das bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung entspricht, veranschaulicht; -
5 ein detailliertes Flussdiagramm zeigt, das eine Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wobei das Verfahren insbesondere (i) eine Modellerstellungsphase zur Optimierung eines parametrisierten Modells des Verfahrens und (ii) eine Modellanwendungsphase zur Anwendung des optimierten Modells als Instanziierung des Verfahrens aufweist, um tatsächlich eine Bestimmung von Auswertungsdaten durchzuführen, die eine Klassifizierung einer oder mehrerer Eigenschaften der GL oder ihrer Umgebung gemäß einer oder mehrerer Beschaffenheiten der GL repräsentieren; und -
6 verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Untergitter 111 veranschaulicht.
-
1 schematically illustrates an exemplary embodiment of a method according to the present invention; -
2 Figure 12 illustrates an example combined image stack with planes straightened; -
3 a set of an exemplary output of possible evaluation results of themethod 1 or5 illustrated; -
4 schematically illustrates a data compression method for an image plane, corresponding to certain embodiments of the method of the present invention; -
5 shows a detailed flow chart illustrating an embodiment of a method according to the present invention, the method in particular having (i) a model creation phase for optimizing a parameterized model of the method and (ii) a model application phase for applying the optimized model as an instantiation of the method to actually perform a determination of evaluation data representing a classification of one or more properties of the GL or its environment according to one or more characteristics of the GL; and -
6 various exemplary embodiments ofsublattices 111 are illustrated.
In Bezug auf
In einem weiteren Schritt S2 wird eine bestimmte Region von Interesse (ROI) 105 ausgewählt, z.B. ein bestimmter Ort, eine rechteckige Region, ein bestimmtes Land, ein Bundesland, eine Stadt oder eine beliebig geformte Region oder eine beliebige Kombination/Vereinigung solcher Regionen, die auch nicht zusammenhängend sein können. Die weitere Verarbeitung der gewonnenen Beobachtungsdaten wird sich auf diese ROI konzentrieren. Auf diese Weise wird ein Stapel von 106 mehrfachen Bildebenen (jede Bildebene bildet ein Bild) erhalten, wobei insbesondere jede Bildebene einem jeweils zugehörigen Spektralband entsprechen kann, so dass der Stapel insgesamt mehrere Spektralbänder in verschiedenen Bildebenen aufweist. Beispielsweise würde eine typische RGB-Bildebene drei Kanäle enthalten. Satellitenbilder können zusätzliche Infrarotbänder enthalten, z.B. bieten die Sentinel-2-Satellitenbilder 12 Bänder. Aktive Sensoren - Radar oder Lidar - mit einer aktiven Signalemissionskomponente können eine oder mehrere zusätzliche Bildebenen unabhängig von den natürlichen Lichtquellen bereitstellen. Zusätzlich können diese Bildebenen vorverarbeitete Bilder enthalten, die durch die Kombination von Bilddaten aus verschiedenen Kanälen oder durch Vorverarbeitungsverfahren zur Gewinnung digitaler Höhenmodelle erzeugt wurden. Der Bildstapel kann Bilder aus derselben Quelle enthalten, z.B. aus einem bestimmten Satellitensystem, die aber zu unterschiedlichen Zeitpunkten (Zeitreihen) aufgenommen wurden, oder sogar aus unterschiedlichen Quellsystemen, z.B. aus unterschiedlichen Satellitensystemen oder flugzeug- oder drohnengestützten Erdbeobachtungssystemen. Weitere Bildebenen des Stapels 106 können Datenebenen sein, die Sensordaten repräsentieren, die von anderen Sensoren als Bildsensoren erfasst wurden, z.B. landgestützten Sensoren oder sogar fahrzeuggestützten Sensoren, wie z.B. Vibrationssensoren.In a further step S2, a specific region of interest (ROI) 105 is selected, eg a specific location, a rectangular region, a specific country, a state, a city or an arbitrarily shaped region or any combination/association of such regions that cannot be contiguous either. Further processing of the obtained observation data will focus on this ROI. In this way, a stack of 106 multiple image planes (each image plane forms an image) is obtained, where in particular each image plane can correspond to a respectively associated spectral band, so that the stack has a total of several spectral bands in different image planes. For example, a typical RGB picture plane would contain three channels. Satellite imagery may contain additional infrared bands, e.g. the Sentinel-2 satellite imagery offers 12 bands. Active sensors - radar or lidar - with an active signal emission component can provide one or more additional image planes independent of the natural light sources. In addition, these image planes may contain pre-processed images generated by combining image data from different channels or by pre-processing methods to obtain digital elevation models. The image stack may contain images from the same source, e.g. from a specific satellite system, but acquired at different points in time (time series), or even from different source systems, e.g. from different satellite systems or airborne or drone-based earth observation systems. Other image planes of the
In einem weiteren Schritt S3 werden eine oder mehrere georeferenzierte geografische Linien GL oder Netze 107 von GLs, wie z.B. Straßennetze (oder andere Transportliniennetze oder geografische Begrenzungen), mit dem georeferenzierten Bildstapel 106 ausgerichtet, um einen kombinierten Bildstapel 108 zu erhalten. Das Transportliniennetz kann (a) manuell erhalten werden, z.B. durch einen Operator, der die Geokoordinaten der zu bewertenden Transportlinie definiert, (b) aus bestehenden Datenbanken wie „OpenStreetMaps“, (c) über jedes Bildverarbeitungsverfahren, das Vektordaten aus Bildern ableitet, oder (d) über automatisch aufgezeichnete Fahrzeug-GPS-Spuren (oder Galileo oder Glonass etc.). Das Transportliniennetz kann durch einen Graphen definiert werden, der aus einer Reihe von Knoten (definiert durch ihre Breiten- und Längenkoordinaten auf dem Globus) und ihren Verbindungen besteht. Obwohl dies der häufigste Fall ist, schließt dies andere Arten der Liniendefinition wie Bezierkurven, Splines oder andere parametrische Kurven nicht aus.In a further step S3, one or more georeferenced geographical lines GL or
Unter erneuter Bezugnahme auf
In einem Schritt S5 wird ein jeweiliges Untergitter 111 an jedem Kontrollpunkt 109 platziert, wobei die Orientierung des jeweiligen Untergitters von der lokalen Orientierung der GL an diesem Kontrollpunkt 109 bestimmt wird. Insbesondere können die Untergitter 111 als regelmäßige lineare Gitter definiert werden, die in einer Richtung senkrecht zur Bahn der GL entsprechend des georeferenzierten Bezugssystems der Bilddaten angeordnet sind. Die erfasste spektrale Variabilität und visuelle Komplexität der Umgebung der zu überwachenden GL wird durch die Gitterparameter (Anzahl der Zellen, Breite und Höhe jeder Zelle) der Untergitter 111 und die Anzahl der Kontrollpunkte 109 gesteuert.In a step S5, a
In einer beispielhaften Ausführungsform werden diese Parameter über eine Benutzerschnittstelle empfangen. Sie können also aufgrund von Expertenwissen in einem bestimmten Bereich manuell ausgewählt werden. In einer anderen Beispielimplementierung können diese Parameter durch maschinelles Lernen und Kreuzvalidierungsverfahren optimiert werden, d.h. ein Verfahren wird mit verschiedenen Parametersätzen trainiert und die Ergebnisse mit bekannten Referenzdaten verglichen (überwachtes Lernen). Der Parametersatz, der die beste Genauigkeit erzielt, kann dann als endgültiges Modell gewählt werden. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform werden mehrere Parametersätze kombiniert und gleichzeitig für ein bestimmtes Vorhersageverfahren verwendet. Auf diese Weise erhält man an jedem Kontrollpunkt 109 einen Bildstapel mit mehreren Auflösungen. Ein typisches Beispiel könnte die Überwachung von Straßen sein, bei der ein hochauflösendes Gitter in der Lage ist, bestimmte Straßenmarkierungsmuster zu erkennen, während Gitter mit geringerer Auflösung Vegetationsmerkmale neben der Straße erfassen.In an exemplary embodiment, these parameters are received via a user interface. They can therefore be selected manually based on expert knowledge in a specific area. In another example implementation, these parameters can be optimized through machine learning and cross-validation methods, i.e. a method is trained with different sets of parameters and the results are compared with known reference data (supervised Learn). The parameter set that yields the best accuracy can then be chosen as the final model. In a further exemplary embodiment, multiple sets of parameters are combined and used simultaneously for a specific prediction method. In this way, at each
In einem Prozess, der die weiteren Schritte S6 und S7 aufweist, wird der Bildstapel nun geometrisch in ein lokales internes Bezugssystem der GL transformiert. Zu diesem Zweck werden in Schritt S6 in jedem Untergitter 111 Bildmerkmale aus den Quellbildern 112 mithilfe einer geeigneten Aggregationsfunktion 114 über den Bildbereich, in dem sich die Quellbilder 112 mit dem jeweiligen Untergitter 111 überlappen, aggregiert, um entweder einen Einzelwert oder eine Datenstruktur für jede Gitterzelle 113 des jeweiligen Untergitters 111 zu erhalten.In a process that has the further steps S6 and S7, the image stack is now transformed geometrically into a local internal reference system of the GL. For this purpose, in step S6, in each sub-grid 111, image features from the
Typische geeignete Aggregationsfunktionen 114 sind (a) das Mitteln der Pixelintensitäten aller Pixel des jeweiligen Quellbildes 112, die sich vollständig innerhalb einer Zelle 113 des Untergitters 111 befinden, (b) das Mitteln der Pixelintensitäten aller Pixel des jeweiligen Quellbildes 112, die sich mit der Zelle 113 überlappen, modifiziert durch den prozentualen Raumanteil, den sie zur Zelle beitragen, (c) gewichtete Mittelung der Pixel-Intensitäten, wobei Pixel in der Mitte der Zelle 113 höhere Gewichte erhalten als Pixel, die sich am Rand befinden, (d) mittlere, minimale und maximale Intensitäten, (e) Intensitäten, die ein bestimmtes Perzentil der Intensitätsverteilung innerhalb der Zelle 113 repräsentieren, z.B. zur Berücksichtigung von Ausreißern, (f) Bereich, Standardabweichung, Varianz oder jede andere Funktion höherer Ordnung, die Merkmale der Intensitätsverteilung innerhalb der Zelle 113 erfasst, (g) Histogramme der Intensitäten, (h) Histogramme der Orientierungen oder andere Bildmerkmale. Die beiden letzteren sind Sonderfälle, da sie die Dimensionalität des Ausgaberaums (z.B. Straßen-Raum) erhöhen, aber eine detailliertere Charakterisierung ermöglichen. Während dies eine nicht erschöpfende Liste möglicher Verfahren zur Merkmalsextraktion ist, könnten andere für spezielle Anwendungsfälle vorteilhaft sein.Typical suitable aggregation functions 114 are (a) averaging the pixel intensities of all pixels of the
Die Untergitter 111 können anisotrop sein, d.h. Breite und Höhe der Gitterzellen sind möglicherweise nicht gleich, um abzubilden, dass bestimmte Merkmale von Transportlinien bei seitlichem Abstand von der Mitte der Transportlinie stark variieren, aber entlang der Transportlinie größtenteils gleich bleiben. Darüber hinaus können die Untergitter 111 nicht äquidistant sein, d.h. Breite und Höhe der Gitterzellen können variieren, um z.B. eine stärkere Glättung abzubilden, wenn sie weiter von einer Transportlinie entfernt sind. Auch andere Variationen zwischen den Zellen sind möglich.The
Nochmals auf
Verfahren 100 weist ferner einen Auswerteschritt S8 auf, bei dem der Stapel transformierter, begradigter Bilder der GL und ihrer Umgebung mittels Anwendung eines Klassifikationsschemas ausgewertet wird, um Auswertungsdaten zu erhalten, die eine Klassifizierung einer oder mehrerer Eigenschaften der GL oder ihrer Umgebung gemäß einer oder mehrerer Beschaffenheiten - z.B. physikalischer, chemischer oder biologischer Beschaffenheiten - der GL repräsentieren.
Daher ist das Verfahren von
In diesem Szenario werden Luft- oder Satellitenbilder, die eine ROI abdecken, in einem auf Irrelevanz-Reduktion basierenden Ansatz verarbeitet, bei dem der Schwerpunkt auf denjenigen Bildpunkten (Pixeln) der Originalbildebene 410 liegt, die die ROI repräsentieren, die zu einer GL von Interesse gehört. Im vorliegenden Beispiel wurde die GL von Interesse als eine bestimmte Transportlinie innerhalb eines Transportliniennetzes 411, z.B. Straßennetz, ausgewählt, das in Bild 410 repräsentiert ist. Der Verdichtungsprozess von
Im vorliegenden Beispiel wird jede GL (Transportlinie) aus dem Originalbild 410 mit dem oben erwähnten Verfahren zur Transportlinien-Begradigung mit mehreren Auflösungsstufen dicht abgetastet, z.B. kann die GL selbst mit der nativen Auflösung 430 gespeichert werden, die unmittelbare Umgebung mit der Hälfte der nativen Auflösung 440, usw. Somit wird jedes Satellitenbild durch ein niedrig aufgelöstes Basisbild und eine Reihe von höher aufgelösten GL-bezogenen Bildern repräsentiert. Konkret werden in diesem Beispiel die Pixel, die das Transportliniennetz 411 selbst repräsentieren, mit der oben erwähnten Technik (vgl.
Auf diese Weise können mehrere verschiedene Lösungen angewandt werden, um gemeinsam eine neu abgetastete Version des Originalbildes 410 darzustellen. Die Orientierung des Pixelrasters des Basisbildes 420 kann insbesondere der des Originalbildes 410 entsprechen (und eher nicht dem Pfad der GL entsprechen). Die Fenster für die native Auflösung und die Unterabtastung jeder Unterabtastungsebene 420, 430, 440 und die Gesamtzahl der Unterabtastungsebenen 420, 430, 440 stellen die Parameter dar, die den Grad der Irrelevanzreduktion durch dieses Kompressionsverfahren 400 steuern.In this way, several different approaches can be applied to collectively represent a resampled version of the original image 410 . In particular, the orientation of the pixel grid of the base image 420 may correspond to that of the original image 410 (rather than the path of the correspond to GL). The native resolution and subsampling windows of each
Die entstehende Datenstruktur komprimiert die Originaldaten 410 auf effektive Weise, die typischerweise große Mengen irrelevanter Informationen enthalten, in Bezug auf den Anwendungsschwerpunkt, der sich nur auf die Bereiche der Originaldaten 410 ausrichtet, die GLs enthalten, indem die Informationsdichte sukzessive reduziert wird, je weiter die Datenpunkte von diesen GL-zentrierten Bereichen von Interesse entfernt sind.The resulting data structure effectively compresses the original data 410, which typically contains large amounts of irrelevant information, in terms of the application focus, which focuses only on the areas of the original data 410 that contain GLs, by successively reducing the information density the further the Data points are distant from these GL-centered areas of interest.
Um aus den verschiedenen Einzelebenen 420, 430 und 440 ein einzelnes komprimiertes, begradigtes Mehrfachauflösungsbild 460 zu rekonstruieren, wird das niedrigaufgelöste Basisbild 420 mit allen GL-fokussierten Unterabtastungsebenen 430 und 440, die zunehmende native Auflösungen aufweisen, überlagert, um ein Zwischenbild 450 zu rekonstruieren, das nur in den Bereichen der GLs und ihrer unmittelbaren Umgebung eine hohe Detailgenauigkeit aufweist, während in den Bereichen mit geringer GL-Dichte nur eine grobe Detailgenauigkeit erhalten bleibt.In order to reconstruct a single compressed, straightened, multi-resolution image 460 from the various
Dann wird das gewünschte komprimierte, begradigte Mehrfachauflösungsbild 460 wiederhergestellt, indem jede der überlagerten 420, 430, 440 Ebenen des Zwischenbildes 450 kombiniert werden, um für jedes Pixel des Bildes 460 jeweils einen einzigen Pixelwert zu bestimmen und auf das Pixelraster abzubilden, wodurch ebenfalls eine Begradigung erreicht wird. Insbesondere kann die Orientierung des Pixelgitters von Bild 460 die gleiche sein wie die des Basisbildes 420. Einige Bereiche des Zwischenbildes 450 können durch Pixel aus verschiedenen Ebenen 420, 430 oder 440 abgedeckt sein. In diesem Fall ist eine anwendungsspezifische Kombinationsfunktion anzuwenden, z.B. der Median, das Mittel oder das gewichtete Mittel der beitragenden Pixel der Unterabtastungsebenen 420, 430 und 440, um einen einzelnen Pixelwert für jedes Pixel von Bild 460 zu bestimmen.Then the desired compressed, straightened, multi-resolution image 460 is reconstructed by combining each of the superimposed 420, 430, 440 planes of the intermediate image 450 to determine a single pixel value for each pixel of the image 460 and map it onto the pixel grid, also resulting in a straightening is reached. In particular, the orientation of the pixel grid of image 460 may be the same as that of base image 420. Some areas of intermediate image 450 may be covered by pixels from
Dieses Szenario ermöglicht sehr hohe Kompressionsraten, so dass die Speicherung ursprünglich großer Datenmengen auf speicherbeschränkten Systemen möglich wird, die Übertragung solcher Daten über Kanäle mit begrenzter Bandbreite wie z.B. zellulare Netzwerke ermöglicht wird und der Speicherbedarf von Algorithmen, die auf maschinelles Lernen ausgerichtet sind, reduziert wird, wodurch die Anwendung auf speicherbeschränkten Systemen möglich wird. Insbesondere in geografischen Regionen, z.B. ländlichen Regionen, mit einer geringen Dichte von GLs, z.B. von Transportliniennetzen, ermöglicht dies sehr hohe Kompressionsraten, so dass die Speicherung solcher Bilder auf einem Gerät oder ihre Übertragung über zellulare Netze möglich wird, ohne dass die wesentlichen Informationen über das Transportliniennetz verloren gehen.This scenario enables very high compression ratios, allowing the storage of initially large amounts of data on memory-constrained systems, enabling the transmission of such data over channels with limited bandwidth such as cellular networks, and reducing the memory footprint of machine learning-oriented algorithms , which makes it possible to use it on memory-constrained systems. Especially in geographical regions, eg rural regions, with a low density of GLs, eg of transport line networks, this enables very high compression rates, so that the storage of such images on a device or their transmission via cellular networks becomes possible without the essential information about the transport line network will be lost.
Die oben beschriebenen Verfahren und Prozesse können insbesondere im Zusammenhang mit maschinellem Lernen oder Mustererkennungsframeworks eingesetzt werden. Ein Beispiel hierfür ist in
Nun wird auf die Modellerstellungsphase des Verfahrens 500 Bezug genommen, bei der in einem ersten Schritt 505 Bilder erfasst und in einer Datenbank oder einem Dateisystem („Bilddatenbank“) gespeichert werden. Die Bilder können z. B. ähnlich wie der Bildstapel 200 aus
In einem weiteren Schritt 510 werden GL-Geometrien aus offenen oder proprietären Datenquellen, z.B. elektronischen Kartendaten einer ROI von Interesse, in der sich die GL befindet, erfasst und in einer Datenbank oder einem vergleichbaren System („GL-Datenbank“) gespeichert. Dieser Schritt 510 kann optional die Erweiterung der erworbenen GL-Merkmale durch andere sensorische Eingaben oder Vorhersagen, z.B. Simulationsergebnisse, in Bezug auf bestimmte GL-Segmente beinhalten. Wenn es sich bei der GL beispielsweise um eine Straße handelt, können sich solche anderen sensorischen Eingaben oder Vorhersagen, ohne darauf beschränkt zu sein, auf Sensordaten beziehen, die (a) Vibration, Orientierung, Geschwindigkeit, Beschleunigung oder jeden anderen Fahrzeugparameter repräsentieren, die von einem oder mehreren fahrzeuggestützten Sensoren gemessen werden und Einblick in bestimmte Transportlinienbeschaffenheiten geben können, (b) Messungen von straßennahen Wettersensoren zur Temperatur-, Niederschlag- und Luftdruckmessung, (c) Häufigkeit der Nutzung der Transportlinie (d) Wartungszustand der Transportlinie oder Zeit seit dem letzten Wartungsintervall (e) Alter und Beschaffenheit der Oberfläche (f) Klimazone, Klimaprofile, erwartete Temperaturen und Niederschläge (g) Anfälligkeit für unerwartete Ereignisse wie Unfälle, Naturkatastrophen, Überschwemmungen, Erdrutsche, Lawinen, Sturmschäden, Tornados, Hurrikane, Taifune; h) elektromagnetische Felder, z.B. zelluläre Netzabdeckung (solche Daten können z. B. durch sensorische Beurteilung der Netzabdeckung, z. B. mit Testgeräten im Feld, oder durch Simulation erzeugt werden).In a
Der Begriff „Merkmal“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf einen bestimmten messbaren Zustand einer GL oder eines GL-Segments. Eine nicht einschränkende Reihe von Beispielen für verschiedene Merkmale, wie z.B. die Art des Straßenbelags, eine Neigung der GL (z.B. Straße oder Eisenbahnlinie) usw., sind in
In einem weiteren Schritt 515 werden die Begradigungsparameter für einen nachfolgenden Bildbegradigungs-/Normalisierungsschritt 520 entweder (i) durch Empfang entsprechender Parameterdaten über eine Schnittstelle, z.B. eine Benutzerschnittstelle, oder (ii) durch systematische Auswertung definiert. Im letzteren Fall (ii) wird eine Anzahl von Parametersätzen verwendet, um ein bestimmtes Zielmerkmal (d.h. eine bestimmte Art von Zustand der GL) vorherzusagen, und auf der Grundlage eines Vergleichs mit bekannten Referenzbilddaten, die eine unabhängig gesammelte und/oder verifizierte korrekte Information für dieses Merkmal beschreiben, wird schließlich der geeignetste Parametersatz ausgewählt. Ein solcher Parametersatz kann insbesondere Parameter aufweisen, die sich auf die Anzahl der Pixel, ihre Größe, Anordnung und Orientierung beziehen. Der Begradigungsschritt 520 erzeugt einen Satz von Bildpatches, die in einem Dateisystem oder einer Datenbank („Patch-Datenbank“) gespeichert sind, und kann insbesondere die Anwendung des Kompressionsverfahrens 400 von Fig. 400 auf mindestens eine der Bildebenen der in Schritt 505 erfassten Bilder aufweisen.In a
Der Begriff „Bildpatch“ oder kurz „Patch“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich insbesondere auf ein begradigtes Bild eines durchgängigen Abschnitts einer verwandten GL. Konkret ist das Ergebnis 115 des Schrittes S7 von
Abhängig vom gewünschten Anwendungsfall wird in einem Schritt 525 ein abzubildendes oder vorherzusagendes Zielmerkmal ausgewählt. In einem weiteren Schritt 530 wird dann ein Mustererkennungsverfahren verwendet, um ein Modell abzuleiten. Sie wählt eine Untermenge der zuvor in der Patch-Datenbank gespeicherten Patches zum Training aus und validiert die Ergebnisse bezüglich einer vorgehaltenen Untermenge. Die Modellparameter beschreiben eine Funktion, die ein beliebiges Bildpatch auf das Zielmerkmal abbildet. Die Modellparameter können beispielsweise Parameter, z.B. Gewichte, eines künstlichen neuronalen Netzes oder Regressionswerte in einem Regressionsanalyseprozess bilden, die als mathematischer Rahmen oder als Grundlage des Modells dienen. Nachdem die Modellparameter in Schritt 530 bestimmt worden sind, ist das dadurch repräsentierte etablierte Modell anwendungsbereit.Depending on the desired application, in a step 525 a target feature to be mapped or to be predicted is selected. In a
Nun wird auf die Modellanwendungsphase des Verfahrens 500 Bezug genommen, bei der diese Phase damit beginnen kann, zunächst in einem Schritt 540 eine geografische Region von Interesse (ROI) zu definieren, in einem weiteren Schritt 545 die entsprechenden Bilder zu erfassen und in der GL-Datenbank die Daten zu einer bestimmten gewünschten GL oder einem GL-Segment innerhalb der ROI, z.B. einem bestimmten Transportlinien-Segment, zu finden. Damit stehen alle Informationen zur Verfügung, um in einem weiteren Schritt 555 die Bildbegradigung mit dem gleichen Parametersatz („Begradigungsparameter“) wie in Schritt 520 der Modellerstellungsphase durchzuführen. Das Zielmerkmal wird dann in einem weiteren Schritt 560 unter Verwendung der relevanten erhaltenen ein oder mehreren Bildpatches und der gespeicherten Modellparameter vorhergesagt. Das Ergebnis in Form entsprechender Auswertungsdaten kann dann in einem Schritt 565 ausgegeben werden, z.B. zur Visualisierung oder als Input für optionale weitere Verarbeitungsschritte, z.B. zur Ableitung von Steuersignalen für die Steuerung einer darauf basierenden Vorrichtung, wie z.B. eines dynamischen Verkehrszeichens oder einer Schranke.Reference is now made to the model application phase of the
Die Erfindung kann für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Anwendungen genutzt werden. Beispielsweise und ohne Einschränkung kann sie im Zusammenhang mit den folgenden Anwendungen und damit zusammenhängenden Implementierungen der Erfindung verwendet werden (vgl.
- In einer Implementierung wird für jede GL oder jedes GL-Segment über einen bestimmten Zeitraum ein Wetterprofil bestimmt. Sie könnte (a) eine Bildebene einer Live-Wettervorhersage verwenden, um abzubilden, wie viel Regen, Schnee oder Wind in den nächsten Minuten, Stunden oder Tagen erwartet wird, (b) eine Schätzung auf der Grundlage historischer Daten abgeben, wie das Wetter in einer bestimmten Zeit des Jahres sein wird, d.h. sie könnte saisonale Wetterphänomene entlang einer GL, z.B. einer Straße, abbilden. Auf diese Weise würden zur Routenplanung und Navigation straßensegmentspezifische Wetterrisikoinformationen zur Verfügung gestellt werden, um Gefahrensituationen zu vermeiden.
- In one implementation, a weather profile is determined for each GL or GL segment over a specified time period. It could be (a) an image layer of a live weather forecast use to show how much rain, snow or wind is expected over the next few minutes, hours or days, (b) give an estimate, based on historical data, of what the weather will be like at a particular time of year, ie it might be map seasonal weather phenomena along a GL, e.g. a road. In this way, road segment-specific weather risk information would be made available for route planning and navigation in order to avoid hazardous situations.
Eine andere Implementierung würde es ermöglichen, den Instandhaltungsbedarf für bestimmte Transportstreckenabschnitte zu bewerten. Es hat sich gezeigt, dass die spektralen Informationen von Straßenoberflächen wie Asphalt oder Beton je nach Alter und Degradationszustand erheblich variieren, d.h. Instandhaltungsmaßnahmen könnten bei Überschreiten eines bestimmten Schwellenwertes ausgelöst werden.Another implementation would make it possible to assess the maintenance needs for certain transport route sections. It has been shown that the spectral information of road surfaces such as asphalt or concrete varies significantly depending on age and state of degradation, i.e. maintenance measures could be triggered if a certain threshold value is exceeded.
Eine weitere Implementierung würde die Lage und Schwere von Katastrophen berücksichtigen. In einigen Ländern sind sehr detaillierte Informationen über die Orte von Fahrzeugunfällen verfügbar. Dies ermöglicht es, jedem Straßensegment oder Bildpatch ein Unfallrisikoniveau zuzuordnen, und würde es ermöglichen, vorherzusagen, ob andere Regionen für die gleichen Risiken anfällig sind, z.B. kann eine Allee in der Nähe der Straße ein höheres Risiko tödlicher Unfälle repräsentieren als baumfreie Straßen. Das gleiche Verfahren ist auf Fälle von Naturkatastrophen anwendbar. Fast jede Katastrophe, die Menschenleben fordert, wird von den lokalen Behörden erfasst. Die Nutzung von Wetterinformationen, Höhendaten und Katastrophenorten im Bildstapel würde es ermöglichen, auf andere Transportlinien hinzuweisen, die für die gleiche Art von Katastrophen anfällig sein könnten. So könnte die vorliegende Erfindung sogar die Planung neuer Transportlinien unterstützen, indem sie das Risiko von Katastrophen entlang der geplanten Route abschätzt.Another implementation would take into account the location and severity of disasters. Very detailed information on the locations of vehicle accidents is available in some countries. This allows an accident risk level to be assigned to each road segment or image patch, and would allow predicting whether other regions are prone to the same risks, e.g. an avenue near the road may represent a higher risk of fatal accidents than treeless roads. The same procedure is applicable to cases of natural disasters. Almost every disaster that claims lives is recorded by the local authorities. Utilizing weather information, elevation data, and disaster locations in the image stack would make it possible to point out other transport lines that might be vulnerable to the same type of disaster. Thus, the present invention could even support the planning of new transportation routes by estimating the risk of disasters along the planned route.
In einer weiteren Implementierung könnte das Verfahren zur Bewertung des zu erwartenden Bewegungsumfangs entlang oder über eine Transportlinie hinweg eingesetzt werden. Bewegung würde als ein oder mehrere Vektoren für jeden Patch definiert und könnte Bewegungsinformationen wie Wind, Verkehr oder Wasserfluss beschreiben.In another implementation, the method could be used to assess the expected range of motion along or across a transport line. Motion would be defined as one or more vectors for each patch and could describe motion information such as wind, traffic, or water flow.
Während oben mindestens eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist anzumerken, dass es dazu eine große Anzahl von Varianten gibt. While at least one exemplary embodiment of the present invention has been described above, it should be appreciated that a large number of variations exist thereto.
Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nicht einschränkende Beispiele dafür veranschaulichen, wie die vorliegende Erfindung umgesetzt werden kann, und dass es nicht beabsichtigt ist, den Umfang, die Anwendung oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren einzuschränken. Vielmehr liefert die vorstehende Beschreibung dem Fachmann Konstruktionen zur Umsetzung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wobei zu verstehen ist, dass verschiedene Änderungen der Funktionalität und der Anordnung der Elemente der beispielhaften Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von dem durch die beigefügten Ansprüche und ihre rechtlichen Äquivalente definierten Gegenstand abzuweichen.Furthermore, it is understood that the exemplary embodiments described are merely illustrative of non-limiting examples of how the present invention may be practiced and that the devices and methods described herein are not intended to limit the scope, application, or configuration. Rather, the foregoing description provides those skilled in the art with constructions for implementing at least one exemplary embodiment of the invention, it being understood that various changes in the functionality and arrangement of elements of the exemplary embodiment may be made without departing from the scope of the appended claims and their legal equivalents to deviate from the defined object.
Bezugszeichenlistereference list
- GLGL
- geografische Linie, z.B. eine Transportlinie, wie eine Straße geographic line, e.g. a transport line, like a road
- 100100
- beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zur Bestimmung einer oder mehrerer Beschaffenheiten einer geografischen Linie, GL, oder ihrer Umgebungexemplary embodiment of a method for determining one or more characteristics of a geographic line, GL, or its vicinity
- 101101
- Dronedrone
- 102102
- Flugzeugplane
- 103103
- Satellitsatellite
- 104104
- Erde, insbesondere ErdoberflächeEarth, especially the surface of the earth
- 105105
- Region von Interesse, ROIRegion of Interest, ROI
- 106106
- Bildstapelimage stack
- 107107
- georeferenzierte Referenzgeometrie der GL, z.B. Straßennetz aus elektronischer KarteGeoreferenced reference geometry of GL, e.g. road network from electronic map
- 108108
- kombinierter Bildstapel ausgerichtet an der Referenzgeometrie der GLcombined image stack aligned to the reference geometry of the GL
- 109109
- Kontrollpunktcheckpoint
- 110110
- durchgängiges GL-Segment, identisch mit der GL im vorliegenden Beispielcontinuous GL segment, identical to the GL in the present example
- 111111
- Untergittersub-grid
- 112112
- Bildmerkmale (z.B. Pixelwerte) von georeferenzierten Quellbildern aus dem BildstapelImage characteristics (e.g. pixel values) of georeferenced source images from the image stack
- 113113
- Gitterzellegrid cell
- 114114
- Aggregationsfunktionaggregation function
- 115115
- begradigtes Bild mit regelmäßigem Gitterstraightened image with regular grid
- 116116
- Auswertungsdatenevaluation data
- 200200
- kombinierter Bildstapel ausgerichtet an der Referenzgeometrie der GLcombined image stack aligned to the reference geometry of the GL
- 210210
- RGB-BildebeneRGB image plane
- 220220
- Höhe-/Topologie-BildebeneElevation/topology image plane
- 230230
- Vegetationsbildebenevegetation image layer
- 240240
- Bildebene zur Darstellung des OberflächentypsImage plane to represent the surface type
- 250250
- Verdunstungsbildebeneevaporation image plane
- 260260
- Niederschlagsvorhersage-BildebenePrecipitation forecast image layer
- 300300
-
exemplarische Ausgabe möglicher Auswertungsergebnisse des Verfahrens aus
1 oder5 exemplary output of possible evaluation results of theprocedure 1 or5 - 400400
- Kompressionsverfahrencompression method
- 410410
- Originalbild, d.h. OriginalbildebeneOriginal image, i.e. original image plane
- 411411
- GL-Netz, z.B. TransportliniennetzGL network, e.g. transport line network
- 412412
- Schneefreier BodenSnow free ground
- 413413
- WaldForest
- 414414
- schneebedeckter Bodensnowy ground
- 420420
- Basisbild mit niedriger AuflösungLow resolution base image
- 421421
- Bildpunkt (Pixel) eines Basisbildes mit niedriger AuflösungPicture element (pixel) of a base image with low resolution
- 430430
- natives, hochauflösendes Bild der GLnative, high-resolution image of GL
- 421421
- Bildpunkt (Pixel) eines Basisbildes mit hoher AuflösungPicture element (pixel) of a base image with high resolution
- 440440
- reduzierte Auflösung, z.B. halbe Auflösung, Bild der unmittelbaren GL-UmgebungReduced resolution, e.g. half resolution, image of the immediate GL environment
- 441441
- Bildpunkt (Pixel) eines Bildes mit reduzierter AuflösungPicture element (pixel) of an image with reduced resolution
- 450450
-
Zwischenbild mit Mehrfachauflösung, das sich aus der Überlagerung der Bilder 420, 430 und 440 ergibtMulti-resolution intermediate image resulting from the overlay of
images 420, 430 and 440 - 460460
- komprimiertes begradigtes Mehrfachauflösungsbildcompressed straightened multi-resolution image
- 500500
- Verfahren zum Erstellen und Anwenden eines parametrisierten Modells eines Verfahrens zur Bestimmung einer oder mehrerer Beschaffenheiten einer geografischen Linie, GL, oder ihrer UmgebungMethod for creating and applying a parameterized model of a method for determining one or more characteristics of a geographic line, GL, or its surroundings
- 505-565505-565
-
Verfahrensschritte des Verfahrens 500Process steps of the
process 500 - 600600
- verschiedene beispielhafte Ausführungsformen von Untergitternvarious exemplary embodiments of sublattices
- 610610
- regelmäßiges, eindimensionales Untergitterregular, one-dimensional sublattice
- 615615
-
Zellen des Untergitters 610Cells of
sublattice 610 - 620620
- regelmäßiges, zweidimensionales Untergitterregular, two-dimensional sublattice
- 625625
-
Zellen des Untergitters 620Cells of
sublattice 620 - 630630
- anisotropes eindimensionales Untergitteranisotropic one-dimensional sublattice
- 635635
-
Zellen des Untergitters 630Cells of
sublattice 630 - 640640
- nicht lückenloses, äquidistant beabstandetes eindimensionales Untergitternon-gapless, equidistantly spaced one-dimensional sublattice
- 645645
-
Zellen des Untergitters 640Cells of
sublattice 640 - 650650
- nicht lückenloses, nicht äquidistant beabstandetes eindimensionales Untergitternon-gap, non-equidistantly spaced one-dimensional sublattice
- 655655
-
Zellen des Untergitters 650Cells of
sublattice 650
Claims (19)
Priority Applications (1)
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DE102020008065.0A DE102020008065A1 (en) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | Method and system for determining a feature of a geographic line |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE102020008065.0A DE102020008065A1 (en) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | Method and system for determining a feature of a geographic line |
Publications (1)
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---|---|
DE102020008065A1 true DE102020008065A1 (en) | 2022-02-24 |
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---|---|
DE (1) | DE102020008065A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220163347A1 (en) * | 2020-11-20 | 2022-05-26 | Here Global B.V | Method, apparatus, and system for identifying special areas and cleaning-up map data |
-
2020
- 2020-08-24 DE DE102020008065.0A patent/DE102020008065A1/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220163347A1 (en) * | 2020-11-20 | 2022-05-26 | Here Global B.V | Method, apparatus, and system for identifying special areas and cleaning-up map data |
US11946769B2 (en) * | 2020-11-20 | 2024-04-02 | Here Global B.V. | Method, apparatus, and system for identifying special areas and cleaning-up map data |
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