DE9422110U1 - Datenträger von Geo-Informationen - Google Patents

Description

Datenträger von Geo-Informationen

Die Erfindung betrifft einen Datenträger von Geo-Informationen, welche für vielfältige raumordnende Maßnahmen von Planungs- und Entscheidungsinstitutionen des Staates, öffentlich-rechtlichen Planungsgesellschaften, privaten Planern, Architekten und Ingenieuren aufbereitet sind. Damit sind u.a. angesprochen die Städteplanung, die Flurneuordnung, das Katasterwesen vorwiegend im ländlichen Raum, die Planung von Infrastrukturmaßnahmen des Verkehrswesens (Straße, Schiene, Wasserwege, das Kataster, die Regionalplanung, Agrarplanung, Forstwirtschaft und der Umweltschutz).

Die derzeitige Technologie bei der Bewältigung vermessungstechnischer Aufgaben stützt sich auf die weitreichende Entwicklung im Bereich der Rasterbildverarbeitung, der CAD und der Rastergraphik-Integration auch mit zugehörigen alphanumerischen Informationen (Attributen) in sogenannten Geo-Informations-Systemen. Analoge Bilder lassen sich hochaufgelöst digitalisieren. Zur Verarbeitung der dabei entstehenden großen Datenmenge steht eine entsprechende Rechentechnik zur Verfugung. Nach der Patenschrift DE 32 19 032 ist eine Lösung bekannt, nach der die Gewinnung der Orientierungsdaten einer ein Gelände überfliegenden Kamera sowie eines digitalen Gelände-Höhen-Modells beabsichtigt ist. Es werden drei quer oder schräg zur Flugrichtung angeordnete Sensorzeilen und eine zugeordnete Optik verwendet. Durch fortlaufende zeilenweise Abtastung werden drei, jeweils aus unterschiedlicher Perspektive aufgenommene Bildstreifen des Geländes erzeugt. Hierzu wird vorgeschlagen, vorzugsweise im mittleren Bildstreifen maschenförmig verteilte Bildpunkte vorzugeben, durch Flächenkorrelation in den beiden anderen Bildstreifen die entsprechenden Bildpunkte sowie die zugeordneten Zeilen-Nummern zu bestimmen, aufgrund der annähernd bekannten Flugbewegungen für jeden Punkt, die genäherten Orientierungsparameter der Kamera sowie durch, räumlichen Vorwärtsschnitt die Geländekoordinaten des Punktes näherungweise zu bestimmen, Strahlenschnittbedingungen für die drei zu einem Punkt gehörenden Strahlen aufzustellen und über Fehlergleichungen und einen Ausgleichsprozeß die wahrscheinlichsten und endgültigen Werte der Orientierungsparameter und die Punkt-Geländekoordinaten zu ermitteln.

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Weiterhin ist eine Lösung nach der Patentschrift EP O 237 601 bekannt, wonach die photogrammetiische Erfassung eines Objektes mit Hilfe eines opto-elektronischen Festkörper-Flächensensors über einem großen Bildformat in Teilbildern erfolgt, wenn die Position des Sensors in der Bildebene mittels eines Reseaus bestimmt wird. Das kann durch Abbildung mindestens einer Reseaumasche im Sensorbild geschehen. Nach Messung des Reseaupunkte im Koordinatensystem des Teilbildes und Transformation auf die Sollwerte im System des Reseaus erhält man die Position des Flächensensors und Transformationsparameter für alle Bildpunkte innerhalb der Reseaumasche. Dazu muß die Näherungsposition des Sensors hinreichend genau bekannt sein, um die Nummer der Reseaumasche als eindeutige Identifizierung der Reseaupunkte bestimmen zu können.

Nach der Patentschrift DE 3802541 ist bekannt, daß bei ersten Bildflügen in einer Flughöhe zwischen etwa 150 m bis 500 m über dem Boden mit Erkundungskammern (2) in Kombination mit Telekammern (3) zur Erstellung von Detailaufhahmen aus dem durch die Erkundungskammern (2) abgedeckten Bereichsausschnitt aufgenommenen Reihenmeßluftbildern erfaßt wird. Die Reihenmeßluftbilder werden mittels Orientierungshilfen hinsichtlich ihrer Lage im Naturraum festgelegt und unter Anwendung photogrammetrischer Methoden ausgewertet. Die ermittelten Naturraumdaten einer Struktur werden den Koordinaten der Struktur im Naturraum selektiv abrufbar zugeordnet.

Nach der Patentschrift DE 3830577 erfolgt die Bildung der Objektpixelsignale durch eine digitale Steuerung der Abtastperiode Aty der ä priori analogen, parallelen Detektorsignale und deren Speicherung in (M) Speichern, aus denen durch serielles Auslesen ein analoges Zeilensignal s(t) gebildet wird, das in (n) konstanten Perioden Atx abgetastet und daraus die endgültigen, den Objektpixeln (B) entsprechenden Signale gebildet werden, wobei die Abtastperioden Aty und &Dgr;&iacgr;&khgr; jeweils Funktionen der Abtastentfernung (E) bzw. der Flughöhe (h) und des Abtastwinkels (w) darstellen.

Die Patentschrift DD 237211 betrifft eine Schaltungsanordung zum automatischen Betrieb einer photogrammetrischen Aufhahmeeinrichtung. Sie kann zur Herstellung von

Luftbildreihenaufhahmen Anwendung finden und soll helfen, Mängel, die bei der manuellen Bedienung der Aufhahmeeinrichtung entstehen können, auszuschließen sowie die Belastung des Bedienpersonals auf ein Minimum zu reduzieren. Die zur Steuerung der photogrammetrischen Aufhahmeeinrichtungen notwendigen Größen wie Geschwindigkeits-Höhe-Verhältnis, Abdrift sowie Belichtungszeit werden durch geeignete Korrelationsbestimmungen ermittelt. Zwei senkrecht zur Flugrichtung angeordnete diskrete Fotoempfangerzeilen, die in einem bestimmten Zeitraster abgefragt werden, liefern entsprechend dem überflogenen Gelände relevante Informationen für die Bildung der Steuergrößen.

Ein Verfahren zur Schwerkraftvermessung aus der Luft nach der Patentschrift DE 3612674 beruht auf der Verwendung eines hinsichtlich Geschwindigkeit, Kurs und Höhe stabilisierten Luftfahrzeuges, das einen Schwerkraftmesser entsprechender Empfindlichkeit enthält. Dessen Signale sowie weitere Signale werden mit einer hohen Abtastrate auf Magnetband aufgezeichnet, so daß der Ort (die Position) des Luftfahrzeuges errechenbar ist usw., entweder auf der Basis eines Satellitenortungssystems oder eines erdgestützten, auf geodätisch genau bekannte Punkte bezogenen Navigationssystems, das mehrere Navigationsparameter wie Peilrichtungen oder Entfernungen liefert.

Nachteil ist, daß die vorgenannten bekannten Lösungen nicht als Summe in ihrer technischen und technologischen Koordination zur Erfassung, Auswertung, Ausmessung und Speicherung von Geo-Informationen bisher genutzt wurden, sondern von Fall zu Fall in der Art von Insellösungen vorliegen und somit bisher ein geschlossenes, allumfassendes System zur Erfassung, Auswertung, Ausmessung und Speicherung von Geo-Informationen nicht gegeben ist.

Um die oben genannten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, ist es Aufgabe der Erfindung, einen Datenträger von Geo-Informationen zu entwickeln, der durch Vorverarbeitung erfaßter und ausgewerteter Luftbilder das praxisorientierte Datenhandling und die vereinfachte Verfügbarkeit in großen, mittleren und kleinen Nutzerzentren garantiert und eine Optimierung bestehenden Komponenten in digitalen Stereoarbeitssta-

tionen mit interaktiver Überlagerung, Einpassung und Fortführung digital erfaßter Landschafts-, Planungs-, Liegenschaftsdaten oder Katasterkarten sowie mit ergänzenden alphanumerischen Informationen zuläßt.

Dem Ingenieur, Sachbearbeiter oder Operateur soll die Möglichkeit gegeben werden, den Planungsraum zweidimensional oder entsprechend der Gerätekonfiguration auch dreidimensional, d.h. räumlich, am Bildschirm zu betrachten. Er soll jedoch auch die digitalen Bildinformationen als Orthophotoprojektion aufrufen und mit digitalen Planungs- oder Kartendaten überlagern als auch auf lokale Gegebenheiten abstimmen können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Schutzanspruch 1 angegebene Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Uriteransprüchen.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß eine extreme Kosten- und Zeitersparnis für die Erfassung, Auswertung, Ausmessung und Speicherung von Geo-Informationen gegeben ist und sind dadurch charakterisiert, daß die Geländearbeit überwiegend im Büro durchgeführt wird.

Durch die Einbeziehung der satellitengestützten Geodäsie zur Paßpunktmessung (GPS, DGPS), durch den Einsatz einer flugzeuggestützten Datenaufhahme des Messungsgebietes mit Reihenmeßkammern hoher Präzision und durch die gerätetechnische Abstützung über Triangulationsverfahren der Aerophotogrammetrie (Anwendung satellitengestützter Aeronavigations-Verfahren) zeigen die erstellten Aumahmen bezüglich der Lage des Projektionszentrums eine hohe Genauigkeit.

Weiterhin werden mit dieser Lösung gemeinsam digitale Bilddaten, graphische Daten und alphanumerische Daten verwaltet. Es sind Schnittstellen zu vielfaltigen Datenbanken und -formaten vorhanden. Gleichzeitig besitzt die Lösung eine Schnittstelle zu den heute handelsüblichen GPS-Empfangern, die für Absteckungs- oder Messungszwecke benutzt werden können. Darüber hinaus kann bei Bedarf die Übertragung der Koordi-

naten zwischen GPS und Arbeitsstation per Telemetrie erfolgen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß digital entzerrte Bilddaten neuesten Datums auf CD oder anderen Datenträgern geliefert werden können und dadurch flugzeuggestützte Datenaufhahmen, Aerotriangulation und Entzerrung seitens des Bearbeiters der CD überflüssig werden und eine Laufenthaltung seines bereits existierenden Datenbestandes möglich wird.

Das Scannen und Digitalisieren von vorhandenen Katasterkarten, die CAD-Konstruktion von Katasterlinien und die hybride Raster-, Vektorbearbeitung auf der Basis eines einheitlichen geodätischen Bezugssystems ist gegeben.
Je nach Arbeitsumfang kann die Gerätekonfiguration sukzessiv angepaßt werden bis hin zu großen leistungsfähigen Workstations. Das Verfahren sieht Schnittstellen zu den am Markt gängigen Plottern und Scannern vor.

Die Erfindung wird anhand der

* Figur 1, welche die Vorverarbeitung aufzeigt, der

* Figur 2, welche die instrumenteile Konfiguration ausweist und der
* Figur 3, welche die Erfindung schematisch erläutert,

dargestellt.

Das Ausführungsbeispiel beinhaltet ein topographisches Gebiet, das auf dem Datenträger gespeichert wird, nachdem es wie nachfolgend beschrieben erfaßt und ausgewertet wurde.

Nach Figur 1 und Figur 2 speichert der Datenträger Geo-Informationen, deren Erfassung und Auswertung die Stufen Objektbegrenzung, Datenbeschaffung, Datenaufbereitung, Datenauswertung, Datenkonvertierung beinhaltet, wobei die Basis Luftbilder sowie Satellitenaufzeichnungen, geodätische Informationen und andere Planungsdaten, kurz, raumbezogenen Informationen sind, die in modernster Rechner- und Datenverarbei-

tungsgerätekonfiguration miteinander im Objektraum verknüpft und bearbeitet werden. Für die hier in erster Linie angesprochenen Planungen und Nutzung eines Geographischen Informations-Systems sind folgende Stufen der Vorverarbeitung erforderlich:

1. Geographische Begrenzung des aufzunehmenden und zu bearbeitenden Projektgebietes unter Benutzung vorhandener Karten, analoger, digitaler Informationen oder von Ortsbeschreibungen.

2. Beschaffen von geographischen oder kartesischen Koordinaten, soweit in nationalen oder übernationalen Netzen festgelegt. Für den Fall, daß derartige Informationen nicht vorliegen, sind entsprechende Netze unter Benutzung der Satellitengeodäsie mit Global Positioning Systems zu erstellen und ggf. durch Aerotriangulation zu verdichten.

3. Das Projektgebiet wird mit Hochleistungs-Präzisions-Reihenmeßkammern vom Flugzeug aus aufgenommen, wobei das erstellte Bildmaterial das Gebiet vollständig decken und die stereoskopische Betrachtungsmöglichkeit gesichert sein muß. Für eine geodätische Einbindung ggf. im Projektgebiet ausgewählter Paßpunkte ist zu sorgen.

4. Für den Fall, daß qualitativ brauchbare Satellitenbildaufzeichungen vorliegen und der spätere Arbeitsmaßstab die Nutzung der Satellitenbilder ermöglicht, ist über Paßpunkte (x, y, z) die Geokodierung der Satellitenaufzeichungen sicherzustellen.

5. Die Erfindung sieht die Nutzungsmöglichkeiten einer inertialgestützten DGPS-Posititonierung
der Kamera während es Bildfluges vor, womit der Aufwand der unter 2. beschriebenen Leistungen reduziert werden kann.

6. Das Analogbildmaterial wird nach der Entwicklung hochauflösend gescannt und somit in digitale Informationen transformiert, und zwar mit einer Präzision im Submikrometerbereich mit einer der Aufgabenstellung angepaßten Auflösung.

7. Die Geokodierung der Satellitenaufzeichnungen bzw. die Aerotriangulation in Lage und Höhe (&khgr;, y, &zgr;) ermöglicht das Ausmessen jedes einzelnen Luftbildmodelles bzw. der Satellitenbilder. Dieser Vorgang ist eine wichtige Maßnahme zur Einbindung des Bildmaterials in die geodätischen bzw. geographischen Netze und damit Basis für die weitere qualitative Ausmessung und Interpretation.

8. Auf der Grundlage der nach Stufe 7 geschaffenen Daten wird ein digitales Höhenmodell gemessen oder automatisch berechnet, welches wiederum die Voraussetzung für die differentielle Entzerrung der Luftbilder ist. Mit der Differentialentzerrung der digital vorliegenden Luftbildinformationen liegt jedes Pixel als Parallelprojektion vor und wird somit mit den anschließenden digitalen Bildwerten zu einem digitalen Orthophotoplan verknüpft.

9. Über die Stufen von 1-8 wird dem Datennutzer das Projektgebiet als vorverarbeitetes digitales Modell im Meßlabor (Workstation) zur Verfugung gestellt. Er hat je nach Verwendung bestimmter Hard- und Software die Möglichkeit, das Gelände parallelprojektiv oder räumlich (plastisch) zu betrachten, darin zu messen und zu planen. Die digitalen Geländeinformationen werden auf einem geeigneten Datenträger gespeichert, und zwar in einem dem Projektgebiet oder dem Planungsvorhaben gebotenen Umfang. Als Datenträger kommen geeignete Datenträger, wie CD's, in Betracht. Diese Daten werden potentiellen Nutzern, wenn es sich nicht unrein spezielles Projektgebiet handelt, in üblieber geographischer Zuordnung auf z.B. Landes-, Provinz-, Kreis- oder Gemeindeebene angeboten. Damit ist jedem Anwender dieser digitalen Daten, je nach Erfahrung, Einweisung oder auftragsbezogen, die Möglichkeit gegeben, interaktive Planungen vorzunehmen oder Dritte damit zu beauftragen. So ist eine konsequente Konstruktion von Flächen über Linien, Punkte, Messungszahlen und mathematische Werte möglich (z.B.

Absteckungen). Darüber hinaus können zugleich durch Interpretation Nutzungsarten, Bauformen, ökologische Gegebenheiten, Anomalien u.a.m. erkannt und in den erstellten interaktiven Datenbestand eingearbeitet werden. Die Lösung sieht in der weiteren Entwicklung auch die dreidimensionale Einbindung von Konstruktionen z.B. des Straßen- und Brückenbaues oder des Hochbaues vor.

Die interaktive Konstruktion oder Planung im Geländemodell am CAD- Arbeitsplatz schließt die Verwendung weiterer externer graphischer und nichtgraphischer Informationen mit ein. Dazu ist es erforderlich, die zuvor genannten planungsrelevanten Informationen im gleichen geodätischen oder geographischen Netz verfügbar zu haben, wie es für das Geländemodell verbindlich ist.

Auch die Informationen nach 10 können als Bestandteil der Erfindung selbst angesehen werden, weil sie passend zu den Vorverarbeitungsstufen erstellt werden müssen oder zu beschaffen sind. Darüber hinaus kann im Geländemodell mit vorhandenen Messungsergebnissen von Feldaufhahmen, mathematisch berechneten Werten an der interaktiven Station gearbeitet werden. Voraussetzung für die Verknüpfung von Raster- und Vektorinformationen ist ein einheitliches geodätischen Bezugssystem.

Der gerätetechnische Teil der Datenbereitstellung sieht leistungsfähige Bildflugzeuge, ausgestattet mit hochauflösenden Reihenmeßkammern, GPS-Navigation, ggf. INS-DGPS-Navigation, vor und ermöglicht überdies zur Beschaffung geographischer Informationen auch und gerade den Rückgriff auf Satellitendaten oder flugzeuggestützter Sensorik. Für die Weiterverarbeitung sind Fotolaborarbeiten im üblichen Umfang und mit hoher Qualität zu berücksichtigen, wenn nicht die flugzeugestützte Datenaufhahme des Projektgebietes zu einem späteren Zeitpunkt bereits digital erfolgt. Für die hochauflösende Digitalisierung der panchromatischen Bildinformationen werden geeignete Scanner benutzt. Die Aerotriangulation oder sonstige geodätisch einwandfreie Paßpunktverdichtung und das Erstellen digitaler Höhenmodelle erfolgt unter Nutzung hochleistungsfähiger Bildverarbeitungsanlagen. Das Speichern des entzerrten digitalen Geländemodells erfolgt im unter Ziff. 9 erwähnten Raumbezug.

Gleichzeitig wird mit der Erfindung unter Berücksichtigung industriell üblicher Austauschformate sichergestellt, daß die digitalen Bilddaten, Vektordaten und alphanumerische Informationen mit vielfältigen Datenbanken und Datenformaten kompatibel gehalten werden. Darüber hinaus ist vorgesehen, bei Bedarf die Übertragung der Daten

oder Teilen davon auch über Telemetrie, E-mail, ISDN u.a. gegen adäquate Gebühren zu realisieren.

Die Erfindung ist fur eine auf einen potentiell vorhandenen Markt ausgerichtete wirtschaftliche Produktionsstrategie ausgerichtet, und kann ständig modifiziert und der fortschreitenden Technik angepaßt werden. Eine Basissoftware zur .Visualisierung der Informationen ist beigestellt.

In Figur 3 wird die Erfindung schematisch in der Weise dargestellt, daß eine topographische Fläche (Gebiet)-1 durch Luftbildaufnahmen mittels Flugzeug 2, dessen Lage im Raum durch Satelliten 3 mit Hilfe deren Signale positioniert ist (DGPS), aufgenommen wird; anschließend das -digitale Höhenmodell-4 nach der 4. Stufe der Datenauswertung abgeleitet oder gerechnet vorliegt, aus der -topographischen Fläche (Gebiet)-1 und aus dem -digitalen Höhenmodell-4 einschließlich der bekannten Lage der Projektionszentren im Raum zum Zeitpunkt der Aufnahme durch das Flugzeug 2 und mittels mathematischer Transfomation vom analogen Luftbild oder von einer digitalen Luftbildszene das -digitale Orthophoto-5 erstellt wird, das dem potentiellen Nutzer mittels Datenträger zur Verfügung gestellt wird, womit der potentielle Nutzer entsprechend seiner Aufgabenstellung und erforderlichen Entscheidungsfindung, die er als Auftraggeber formuliert hat, in die Lage versetzt wird, dem -digitalen Orthophoto-5 eine -Vektor-, Strichgraphik- 6 hinzuzufügen und entsprechend nutzend auszuwerten.

10 Verwendete Bezugszeichen

1 -topographische Fläche (Gebiet)-

2 Flugzeug

3 Satelliten

4 -digitales Höhenmodell-

5 -digitales Orthophoto

6 -Vektor-, Strichgraphik

Claims (6)

11 Schutzansprüche

1. Datenträger von Geo-Informationen, für raumordnende Maßnahmen eines Nutzers auf der Basis von Orthophotos in ausreichend hoher Auflösung, welcher einem Rechner, der Rasterdaten mit Vektordaten und alphanumerischen Daten korreliert, in digitaler Form zur Verfugung steht, wobei das hochpräzise digitale Orthophoto aus gescannten analogen Luftbildaufnahmen oder digitalen Luftbildszenen hochauflösender Reihenmeßkammeras eines Bildflugzeuges, dessen Lage mittels GPS-Navigations bestimmt ist, über Aerotriangulation und die Erstellung digitaler Höhenmodelle in hochleistungsfähigen Bildverarbeitungsanlagen errechnet wird,
dadurch gekennzeichnet,

• daß der Datenträger als CD ausgeführt ist und das in üblichen Austauschformaten vorverarbeitet, gespeichert und vervielfältigt hochpräzise digitale Orthophoto einer Region beinhaltet,

• daß dem hochpräzisen digitalen Orthophoto auf dem Datenträger eine Basissoftware zugeordnet ist, welche raumordnende Maßnahmen durch den Nutzer interaktiv am Rechner im digitalen Modell ermöglicht

• und daß der gewonnene interaktive Datenbestand einem Kataster zuordenbar ist. .

2. Datenträger von Geo-Informationen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenträger Updates für bereits existierende hochpräzise digitale Orthophotos enthält.

3. Datenträger von Geo-Informationen nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenträger das hochpräzise digitale Orthophoto in üblichen oder gewünschten geographischen Zuordnungen beinhaltet.

4. Datenträger von Geo-Informationen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Datenträger dem hochpräzisen digitalen Orthophoto zusätzlich das digitale Höhenprofil zugeordnet ist.

5. Datenträger von Geo-Informationen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Datenträger zugeordnete Basissoftware Methoden beinhaltet, welche aus dem hochpräzisen digitalen Orthophoto und dem zugeordneten digitalen Höhenprofil ein räumliches digitales Geländemodell berechnen und darstellen.

6. Datenträger von Geo-Informationen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Datenträger zugeordnete Basissoftware Schnittstellen beinhaltet, welche die Übertragung der Koordinaten zwischen GPS-Empfängern und dem Rechner per Telemetrie unterstützen.

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