ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

1. ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten Priv.-Doz. Dr.-Ing. Frank Gielsdorf technet GmbH

2. INSPIRE – Rechtliche Grundlagen Infrastructure for Spatial Information in the European Community RICHTLINIE 2007/2/EG DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES vom 14. März 2007 zur Schaffung einer Geodateninfrastruktur in der Europäischen Gemeinschaft (INSPIRE) Entwurf Gesetz über das Geoinformationswesen im Freistaat Sachsen vom 7. Mai 2009 F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

3. INSPIRE – Die Intention • Die Umweltpolitik in der EU soll integriert werden • Probleme bestehen bei der Verfügbarkeit, Qualität, Organisation, Zugänglichkeit und gemeinsamen Nutzung von Geodaten • Verwendung von interoperablen Geodaten über die verschiedenen Verwaltungsebenen hinweg • In der Gemeinschaft soll eine Geodateninfrastruktur geschaffen werden • Unterstützung der Entscheidungsfindung in der Umweltpolitik • Kompatible Geodateninfrastrukturen, die gemeinschaftsweit und grenzüberschreitend genutzt werden können F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

4. Interoperabilität Interoperabilität ist die Fähigkeit zur Kombination und Interaktion verschiedener Systeme, Techniken oder Daten unter Einhaltung gemeinsamer Standards. [Gesetzentwurf] F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

5. Interoperabilität Technische Interoperabilität …ist die Fähigkeit von „funktionalen Einheiten“ (typischerweise Softwarekomponenten), Informationen und Funktionen ohne Zwischenverarbeitungsschritte auszutauschen. ASCII GML NAS … Komponente A Komponente B Semantische Interoperabilität …führt dazu, dass eine Information von verschiedenen funktionalen Einheiten gleich interpretiert wird. Person: „Fritz Meier“ Flurstück: „08/15“ … Komponente A Komponente B [GDI-DE Architektur 1.0] F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

6. Es war einmal… GDI …der Leiter eines Landesumweltamtes… F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

7. ALK und Schutzgebiet 14m F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

8. ALK und Schutzgebiet 3.4m 4.1m F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

9. Geometrische Harmonisierung • GDI-DE Arbeitskreis „Schutzgebietsinformationen“ • Modellprojekt „Bereitstellung von Schutzgebietsinformationen“ • Abschlussbericht zur Realisierungsstufe 2 – • 11. Juni 2008 „Die ursprünglich im Arbeitsauftrag enthaltenen Themen „geometrische Harmonisierung an den Ländergrenzen“ und „rechtsverbindliche digitale Bereitstellung von Schutzgebietsinformationen“ konnten im Zeitraum der Realisierungsstufe 2 unter Berücksichtigung der vorhandenen personellen Ressourcen nicht bearbeitet werden.“ F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

10. Das Problem • Gesucht ist die Identität von topologischen Objekten. • Gegeben sind geometrische Attribute (Koordinaten). • Koordinaten sind Zufallsgrößen. F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

11. Aufgabe Leite aus geometrischen Attributen topologische Gegebenheiten ab. z.B. „Grenze ist identisch“ oder „Versorgungsleitung endet am Haus“  Geometrische Interoperabilität • Zwei Möglichkeiten: • Verbesserung der Genauigkeit σP = ± 20cm • (Luftbild σP≈ ± 0.3m, Digitalisierung σP= ± 0.5m…5m) • 2. Matching und Homogenisierung F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

12. Teilgraphen Knoten Kante Ecke F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

13. Extraktion von Teilgraphen Knoten Knoten Knoten 0010100 0010100 0010100 Kanten Kanten Kanten Beispiel: Ecke Inzidenzmatrix I Knoten-Kanten-Matrix I Knoten-Knoten-Matrix Adjazenzmatrix A = ITI A IT A Adjazenztensor Dyadisches Produkt i A k I, j, k sind die Indizes der Eckpunkte j F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

14. Geometrische Parametrisierung Punkt X, Y Knoten Gerade nx, ny, d Kante Punkt-Richtung X, Y, rx, ry Punkt-Punkt XA, YA, XE, YE Punkt-Richtungen X, Y, rA, rA, rE, rE Ecke 3 Punkte XA, YA, XM, YM, XE, YE F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

15. Stochastisches Modell Beispiel: Gerade gegeben: Punkt-Punkt gesucht: Punkt-Richtung Übergang zur Punkt-Richtungs-Darstellung mit Varianzfortpflanzung F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

16. Wie finde ich Matching-Kandidaten Mehrdimensionale Suchbäume Jede Ecke besitzt 6 geometrische Parameter (x, y, rxA, ryA, rxE, ryE)… …und kann daher als Punkt in einem 6D-Raum betrachtet werden. Aufbau eines 64-Tree (26 = 64 „Quadranten“) Suchen im 6D-Fenster n*logdm Vergleichsoperationen 2 * 100.000 Ecken ≈ 500.000 Vergleiche Ergebnis: 0…n Matching-Kandidaten F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

17. Test auf Identität geg.: zwei Zufallsvektoren und die dazugehörigen Kovarianzmatrizen (singulär mit Rangdefekt 2) F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

18. Test auf Identität Hypothese: x1 = x2 x1 – x2 = d = 0 FFG auf d: Cdd = Cxx1 + Cxx2 Prüfgröße: dTCddd~ χ2(f=4) für f = 4 und α = 5%  χ2s≈ 9,5 Schrankenwert: χ2s = χ2s(f,α) Testentscheidung: χ2 < χ2s Ecken sind identisch χ2 > χ2s Ecken sind nicht identisch F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

19. Matching Ergebnis • Matching: Auffinden von identischen Objekten in verschiedenen Datensätzen • - Ecken • - Strecken • - Geraden • - Punkte • - … Searching: Auffinden von geometrischen Bedingungen innerhalb eines Datensatzes - Rechtwinkligkeiten - Geradlinigkeiten - Parallelitäten - Parallelitäten mit Abstand - … F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

20. Flurstücksteilung F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

21. Streckenabhängige Korrelationen cov(xA,xE) ≠ 0 ! • Ursachen: • Messung nach dem Prinzip der Nachbarschaft • Kartierung nach dem Prinzip der Nachbarschaft F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

22. Homogenisierung als Ausgleichungsproblem - 14.36 - - 20.08 - 12.14 10.95 4.76 7.88 35.22 28.37 21.46 17.12 Identitätsbeobachtungen Membrandreiecke Geradlinigkeiten Rechtwinkligkeiten Parallelitäten Kreiskontinuitäten Lokale Koordinaten Strecken F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

23. Gesetzentwurf der Staatsregierung Gesetz über das Geoinformationswesen im Freistaat Sachsen zu § 2 Die Interoperabilität von Geodaten und Geodatendiensten ist eine Kernforderung der INSPIRE-RL und somit auch des Sächsischen Geodateninfrastrukturgesetzes. Nur wenn Geodaten und Geodatendienste interoperabel sind, wird deren Integration und Verwendung in einzelnen, in sich geschlossenen Arbeitsprozessen und Geschäftsabläufen sichergestellt. Hauptziel und die Hauptfunktion einer GDI ist die interoperable Verfügbarmachung von Geodaten über Geodatendienste in einem Netzwerk. zu § 4 Die notwendige Interoperabilität von Geodaten und Geodatendienste im Sinne des § 3 Abs. 4kann nur erreicht werden, wenn die Geofachdaten grundsätzlich auf einem einheitlichen und widerspruchsfreien Satz von Geobasisdaten erfasst werden. F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

24. ALKIS und INSPIRE • Technische Interoperabilität • Semantische Interoperabilität • Geometrische Interoperabilität F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

25. Beispiel Niedersachsen RdErl. d. MI v. 10.11.2008 - 34-23422/14 Genauigkeitsverbesserung der Liegenschaftskarte • 2. Genauigkeitsanforderungen • Die Liegenschaftskarte ist grundsätzlich in einer Genauigkeit von • 2.1<= 0,20 m in Ortslagen und Ortsrandlagen, • 2.2<= 0,50 m in Feldlagen vorzuhalten. • 3. Arbeiten zur flächenhaften Genauigkeitsverbesserung der Liegenschaftskarte • 3.1 Die Genauigkeit soll in einem Verfahrensschritt verbessert werden, mehrfache Lageverschiebungen sollen vermieden werden. • 3.2 Die örtlichen Vermessungsarbeiten sind auf den unbedingt erforderlichen Umfang zu begrenzen. • 3.3 Die Liegenschaftskarte ist vorrangig bedarfsorientiert zu verbessern. F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

26. Beispiel Brandenburg Prioritätenerlass II des MI vom 22.12.2006 Vordringliche Arbeiten für das amtliche Vermessungswesen Rahmenkonzept zur „Qualitätsverbesserung im Liegenschaftskataster“ 5.1 Gebiete mit Zahlennachweis In diesen Gebieten sind für jeden Grenzpunkt und für jedes eingemessene Gebäude Vermessungskoordinaten zu bestimmen, vorrangig durch Auswertung des vorhandenen Zahlennachweises in Verbindung mit Passpunktbestimmungen. Ziel ist es, die Konsistenz zwischen Zahlennachweis (Vermessungsriss) und Karte (ALK-Vermessungskoordinaten) herzustellen. Die Genauigkeit der ALK ergibt sich aus der Qualität des vorliegenden Zahlennachweises. F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten

27. Transformationsdienste Damit besteht der wesentliche Zweck eines Transformationsdienstes in der Sicherstellung der Interoperabilität innerhalb einer GDI. Insbesondere gehören zu den Funktionalitäten von Transformationsdiensten • die Koordinatentransformation zur Überführung von Geodaten in ein anderes Koordinatenreferenzsystem • sowie • die Schematransformation zur Überführung von Geodaten in eine andere Datenstruktur. Geometrische Integration? F. Gielsdorf: ALKIS und INSPIRE - europäische Vorgaben zur Harmonisierung von Geodaten