Dipl.-Ing. (FH) Stefan Hahmann

Automatische Generalisierungsverfahren zur Vereinfachung von Kartenvektordaten unter Berücksichtigung der Topologie und Echtzeitfähigkeit

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Kurzfassung in Deutsch

Die mapChart GmbH bietet einen Softwaredienst an, der es ermöglicht, auf der Grundlage von teilweise kundenspezifischen Basisgeometrien vektorbasierte Karten zu erstellen. Primäres Ausgabemedium ist dabei die Bildschirmkarte des JAVA-Clients im Webbrowser. PDF-Export und Druck sind ebenso möglich. Bei der Kartenerstellung ist der Anwender nicht an vorgegebene Maßstäbe gebunden, sondern kann frei wählen, welches Gebiet in welcher Größe dargestellt werden soll. Hierdurch ergeben sich komplexe Aufgabenstellungen für die kartografische Generalisierung. Diese Probleme und deren bisherige Lösungen durch das Unternehmen werden im ersten Teil der Arbeit diskutiert, wobei verschiedene wissenschaftliche Arbeiten für spezielle Teilaufgaben der Generalisierung kurz vorgestellt werden.
Selektion und Formvereinfachung gelten als die wichtigsten Generalisierungsschritte. Während die Selektion mit den vorhandenen Methoden von Geodatenbanken relativ problemlos realisiert werden kann, stellt die Formvereinfachung ein umfangreiches Problem dar.
Das Hauptaugenmerk der Arbeit richtet sich deswegen auf die rechnergestützte Liniengeneralisierung verbunden mit dem Ziel, überflüssige Stützpunkte mit Hilfe von Algorithmen zur Linienvereinfachung einzusparen. Ergebnis sind schnellere Übertragungszeiten der Kartenvektordaten zum Anwender sowie eine Beschleunigung raumbezogener Analysen, wie z. B. Flächenverschneidungen. Des weiteren werden Verbesserungen in der Darstellung angestrebt.
Ein geeigneter Algorithmus zeichnet sich durch eine geringe Beanspruchung der Ressourcen Zeit und Speicherbedarf aus. Weiterhin spielt der erreichbare Grad der Verringerung der Stützpunktmenge bei akzeptabler Kartenqualität eine entscheidende Rolle. Nicht zuletzt sind topologische Aspekte und der Implementierungsaufwand zu beachten.
Die Arbeit gibt einen umfassenden Überblick über vorhandene Ansätze zur Liniengeneralisierung und leitet aus der Diskussion der Vor- und Nachteile zwei geeignete Algorithmen für die Implementierung mit der Programmiersprache JAVA ab. Die Ergebnisse der Verfahren nach Douglas-Peucker und Visvalingam werden hinsichtlich der Laufzeiten, des Grades der Verringerung der Stützpunktmenge sowie der Qualität der Kartendarstellung verglichen, wobei sich für die Visvalingam-Variante leichte Vorteile ergeben. Eine Parameterkonfiguration für den konkreten Einsatz der Vereinfachungsmethode in das GIS der mapChart GmbH wird vorgeschlagen.
Die Vereinfachung von Polygonnetzen stellt eine Erweiterung des Problems der Liniengeneralisierung dar. Hierbei müssen topologische Aspekte beachtet werden, was besonders schwierig ist, wenn die Ausgangsdaten nicht topologisch strukturiert vorliegen.
Für diese Aufgabe wurde ein neuer Algorithmus entwickelt und ebenfalls in JAVA implementiert. Die Implementierung dieses Algorithmus und damit erreichbaren Ergebnisse werden anhand von zwei Testdatensätzen vorgestellt, jedoch zeigt sich, dass die wichtige Bedingung der Echtzeitfähigkeit nicht erfüllt wird. Damit ergibt sich, dass der Algorithmus zur Netzvereinfachung nur offline benutzt werden sollte.

Kurzfassung in Englisch

MapChart GmbH offers a software service, which allows users to create customized, vector-based maps using vendor as well as customer geometric and attributive data. Target delivery media is the on-screen map of the JAVA client within the web browser. PDF export and print are also supported. Map production is not limited to specific scales. The user can choose which area at which scale is shown. This triggers complex tasks for cartographic generalization. Current solutions by the company are discussed and scientific work for selected tasks will be presented shortly.
Selection and Simplification are known as the most important steps of generalization. While selection can be managed sufficiently by geo databases, simplification poses considerably problems.
The main focus of the thesis is the computational line generalization aiming on reducing the amount of points by simplification. Results are an increased speed of server to client communication and better performance of spatial analysis, such as intersection. Furthermore enhancements for the portrayal of maps are highlighted.
An appropriate algorithm minimizes the demands for the resources time and memory. Furthermore the obtainable level of simplification by still producing acceptable map quality plays an important role. Last but not least efforts for the implementation of the algorithm and topology are important.
The thesis discusses a broad overview of existing approaches to line simplification. Two appropriate algorithms for the implementation using the programming language JAVA will be proposed. The results of the methods of Visvalingam and Douglas-Peucker will be discussed with regards to performance, level of point reduction and map quality. Recommended parameters for the implementation in the software of MapChart GmbH are derived.
The simplification of polygon meshes will be an extension of the line generalization. Topological constraints need to be considered. This task needs a sophisticated approach as the raw data is not stored in a topological structure.
For this task a new algorithm was developed. It was also implemented using JAVA. The results of the testing scenario show that the constraint of real-time performance cannot be fulfilled. Hence it is recommended to use the algorithm for the polygon mesh simplification offline only.

weitere Metadaten

übersetzter Titel
(Englisch)
Automatic generalisation methods for the simplification for map vector data with regards on topology and real-time performance
Schlagwörter
(Deutsch)
Kartographie, Generalisierung, Linienvereinfachung, JAVA, Web, GIS
Schlagwörter
(Englisch)
Cartography, Generalisation, Line Simplification, JAVA, GIS, Web
DDC Klassifikation550
RVK KlassifikationZI 9705
Institution(en) 
HochschuleHTW Dresden
FakultätVermessungswesen, Kartographie
BetreuerDipl.-Ing. Sven Reifegerste
GutachterProf. Dr.-Ing. Bernd Teichert
Dipl.-Ing. Sven Reifegerste
DokumententypDiplomarbeit
SpracheDeutsch
Tag d. Einreichung (bei der Fakultät)10.08.2006
Tag d. Verteidigung / Kolloquiums / Prüfung15.09.2006
AuflageKorrigierte Version
Veröffentlichungsdatum (online)21.09.2010
persistente URNurn:nbn:de:bsz:14-qucosa-39759
Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung
2 Kartografische Generalisierung
3 Algorithmen zur Liniengeneralisierung
4 Implementierung
5 Ergebnisse
6 Ausblick
7 Zusammenfassung

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