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AUTOMOTIVE INFOCOM TRANSPORT &
ENVIRONMENT
AERONAUTICS SPACE DEFENCE &
SECURITY
Kartierung und Veränderungsanalyse invasiver Pflanzen – objektorientierte
Bildanalyse unter Verwendung von WorldView2 Daten
Classification & Change Detection of Invasive Plants – Object-based Image Analysis using
WorldView2
Elke Krätzschmar(1), Johann Sehner(1) , Horst Klemm(1)
Dr. Albert Böhm(2), John R. Phillips(3)
InterGEO 2012 Hannover, 11.10.2012
(1) IABG, Test and Analysis, Hermann-Reichelt-Str. 3, 01109 Dresden, Germany(2) US ARMY, USAG Hohenfels, DPW-Environmental Division, Bldg. 34, Camp Nainhof, 92366 Hohenfels, Germany(3) PARSONS, 1100 Boulders Parkway, Suite 700, Richmond, VA 23225, USA
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IABG Geodatenservice der GeoDaten Factory
3D-Stereoauswertung
• 3D-Stadtmodelle
• Gesplittete Abwassergebühr
• Solarpotentialanalyse
• Straßen- und Grünflächenkataster
Photogrammetrie
• Geländemodelle – DGM/DTM
• Oberflächenmodelle – DOM/DSM
• Aerotriangulation und Orthofotoerstellung
• Orthofotomosaikierung
Interpretation / Digitalisierung
• Vektordatenerfassung
• Automatisierte Bildanalyse
• Klassifizierung und Attributierung
• Auswertung von Luft- und Satellitenbildern
• Topographische Karten / Planwerke
Datenbeschaffung
• Befliegungskampagnen
• Luft- und Satellitenbilder aller Sensortypen
• Digitale Gelände- und Oberflächenmodelle
• Laserscanning-Daten (LIDAR)
• Vektordaten, Sachdaten, Kartenrecherche
Geoinformatik
• GIS-Entwicklung
• Add-Ins, Fachschalen, Web
• (Geo-) Datenbankmodellierung
• Datenbankanbindung zu GIS / CAD System
• Schnittstellenprogrammierung
GIS-Consulting
• Projektmanagement
• Beratung zu GIS-Systemen
• GIS-Einführung und Migration
• Qualitätssicherung
• Kooperation
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Inhalt
Testgebiet
Hintergrund der Untersuchung
Datenlage
Klassifizierungsansatz „auf drei Säulen“
Zusammenfassung & Ausblick
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Testgebiet
Hohenfels, Oberpfalz
militärisch genutztes Übungsgebiet (ca. 160km²)
Merkmale:
Karst/ kalkhaltige Böden
gekennzeichnet durch natürliche und naturnahe Magerrasen & -weiden
(artenreich mit Einzelgehölzen; hoher landschaftsökologischer Schutzstatus)
in Kulturlandschaft(Monokulturen) in dieser Ausdehnung nur noch selten,
Ausbreitung invasiver Pflanzen – u.a. Schlehen (Prunus Spinosa)
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Situation im Testgebiet
5
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Ziele
Erhalt & Pflege naturnaher Rasengesellschaften als wertvollen Lebensraum
Eindämmung der Schlehen-Ausbreitung
Fläche unter Beobachtung ca. 58km²
Eindämmung der Kosten (Pflegemaßnahmen) – erkennen junger Stadien wichtig
NIEDRIGE BESTÄNDE (NEU)
Hütehaltung oder Mahd
ca. 200€/ha*
MITTLERE BESTÄNDE
Mahd, Mulchen, Ansaat/
Renaturierung
400 – 5000 €/ha*
* Kosten der Erst- und Dauerpflege, verändert nach FRIELINGHAUS 1998, TAMPE UND HAMPICKE 1995, KELLERMANN UND REINÖHL 1997, LUICK 1995 und DLZ 1994
HÖHERE BESTÄNDE
Mulchen, ggf. manueller Eingriff,
Renaturierung
3000 – 8000€/ha*
60k €3km²
810k € 1,65Mio €
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Aerial Imagery 2007
LIDAR Optech ALTM 3100
DSM/DTM 2007
WorldView2 2012 (2x)
LIDAR Trimble Harrier 56
DSM/DTM 2012
Datenlage
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LIDAR
Höhendifferenzen
Klassifikation – Merkmalsraum
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LIDAR Daten & Klassifikation
situation
DTM
DSM 2012
Trimble Harrier 56 (0.5m)
DSM 2007
Optech ALTM 3100 (1m)
2x (DSM-DTM)
trees
shrub
grassland
2007/03/15 (Optech ALTM 3100 (1m)
928.03.2019
4 m
0,1m
2012/03/23 Trimble Harrier 56 (0.5m)
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Generalisierung nach Höhengruppen
2007
2012
2007
2012
Regeldatensatz:
datensatzabhängige,
bedingte Aggregation über
Nachbarschaften,
relative Bezüge & Änderungen
2007/12
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LIDAR
Höhendifferenzen
Spektrale Signaturen
Luftbild/ WorldView2
Varianz,
Nachbarschaftsbez.
Klassifikation – Merkmalsraum
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Klassifikation – Spektralsignaturen WV2 (Auszug)
12
Prunus Spinosa
(young)
Prunus Spinosa
Grassland
Forest
2012/05/25 2012/06/19
20
07
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LIDAR
Höhendifferenzen
Spektrale Signatur
Luftbild/ WorldView2Textur
WorldView2 pan Ausschlusskriterium
Varianz,
Nachbarschaftsbez.
Kombination
Klassifikation – Merkmalsraum
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Texturanalyse (panchromatisch)
homogeneous
texture, no elevation (shadow)
texture, no elevation (vegetation)
texture, elevation (forest-shrub)
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LIDAR
Höhendifferenzen
Spektrale Signatur
Luftbild/ WorldView2Textur
WorldView2 pan Ausschlusskriterium
Varianz,
Nachbarschaftsbez.
definierte Klasse
Kombination
Klassifikation – Merkmalsraum
objektbasierten Analyse (eCognition)
logische Erweiterungen über Regelwerk
• Referenzwissen
• Nachbarschaften
• Plausibilitäten & Bewertung
der Änderungen 2007/2012
• Mindestgrößen/Ähnlichkeiten
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Klassifikation – Ergebnis
LIDAR
Höhendifferenzen
Spektrale Signatur
Luftbild/ WorldView2
Textur
aggregierte
Klassifikation
Maske
(Veränderlichkeit)
sichere Klassen:
Zuweisungsmatrix
Generalisierung1:
Ähnlichkeit,
Nachbarschaft,
Größe/ Lage
Generalisierung2:
Klasse!,
rel. Änderung,
Lage/ Plausibilität
+ eCognition
(Regelbasis)
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Zusammenfassung
Status
Kontrolle visuell (Referenzfotos & Gebiete)
Vor-Ort-Vergleich erfasster Neuvorkommen steht aus (QS)
Teilergebnisse hätten unabhängig voneinander kein flächendeckend
zufriedenstellendes Ergebnis erzielt:
LIDAR: Änderungen überzeichnet durch jahreszeitliche, hardware-/ prozessbedingte Effekte
Spektral Worldview2/ Luftbild: Unsicherheiten bedingt durch Mischwuchs, variable
phänologische Entwicklung, Standorteigenschaften
Textur Heterogenität
Teilergebnisse ermöglichen modularen Aufbau
indiv. Anpassung an Eingangsdaten
Objektbasierter Klassifikationsansatz:
Kombination von Bildanalyse
Post-processing (daten- & klassenspezifisch logische Beziehungen)
Erweiterung des nutzbaren Merkmalsraumes i.R.d. Generalisierung
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Zusammenfassung – Projektziele
Erhalt & Pflege naturnaher Rasenformen … flächenhafte Erfassung
Bisher: manuell, auf selektiven Arealen
flächendeckende robusten Klassifikationsergebnissen – Überblick geschaffen
kann zur Planung beitragen
Kosten (Pflegemaßnahmen)
Statusbericht kann zur Planung von Erhaltungsmaßnahmen beitragen
Kostenreduktion kann durch frühes, gezieltes Eingreifen
Kostenkontrolle externer Firmen/ vereinfachte Abrechnung (?)
Ausblick (Statusbericht)
Vor-Ort-Vergleich erfasster Neuvorkommen
konkrete Kosten-Nutzen-Rechnung
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Geodaten Factory – Ihr Geodatenservice
3D-Stereoauswertung
• 3D-Stadtmodelle
• Gesplittete Abwassergebühr
• Solarpotentialanalyse
• Straßen- und Grünflächenkataster
Photogrammetrie
• Geländemodelle – DGM/DTM
• Oberflächenmodelle – DOM/DSM
• Aerotriangulation und Orthofotoerstellung
• Orthofotomosaikierung
Interpretation / Digitalisierung
• Vektordatenerfassung
• Automatisierte Bildanalyse
• Klassifizierung und Attributierung
• Auswertung von Luft- und Satellitenbildern
• Topographische Karten / Planwerke
Geoinformatik
• GIS-Entwicklung
• Add-Ins, Fachschalen, Web
• (Geo-) Datenbankmodellierung
• Datenbankanbindung zu GIS / CAD System
• Schnittstellenprogrammierung
GIS-Consulting
• Projektmanagement
• Beratung zu GIS-Systemen
• GIS-Einführung und Migration
• Qualitätssicherung
• Kooperation
IABG mbH Geodaten Factory
Elke Krätzschmar
Herrmann-Reichelt-Str. 3
01109 Dresden
+49 351 8923-124
www.iabg.de
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IABG mbH
Geodaten Factory
Elke Krätzschmar
Herrmann-Reichelt-Str. 3
01109 Dresden
Germany
Telefon +49 351 8923-124
www.iabg.de
Kontakt
Partner
Albert Böhm
US ARMY, USAG Hohenfels,
DPW-Environmental Division, Bldg. 34, Camp Nainhof
92366 Hohenfels
John R. Phillips
PARSONS
1100 Boulders Parkway, Suite 700
Richmond, VA 23225 (USA)