Die Datensätze von oe3d enstehen aus der Kombination von drei frei verfügbaren Ausgangshöhendatensätzen und Gewässerinformationen aus der OpenStreetMap. Die Qualität der oe3d Daten hängt somit wesentlich von den Eingabedaten ab. Der sorgfältige Entwurf der mathematischen Methoden zur Berechnung des oe3d Modells haben als oberstes Ziel eine bestmögliche Genauigkeit des Ergebnisses. Im folgenden zeigen wir die hohe Qualität der oe3d Methoden im Vergleich mit anderen frei verfügbaren Datensätzen:
Frei von SRTM- und ASTER-Artefakten
oe3d vs. EU-DEM
Die Wassermaske
Die BEV-Daten
Statistische Abweichung zur Ground Truth
oe3d vs. ASTER
Frei von SRTM- und ASTER-Artefakten
ASTER Daten bieten zu jedem Höhenwert einen Qualitätsindex. Diese sogenannten NUM-Werte werden von unseren Algorithmen entsprechend berücksichtigt (durch Gewichtung der ASTER-Daten und entsprechender Glättung). SRTM Dateien weisen an Stellen, an denen die Rohdaten zu schlechte Qualität haben, Lücken auf. Der oe3d Datensatz eliminiert diese Artefakte in den ASTER- und SRTM-Daten. Das folgende Beispiel im Zillertal zeigt die positiven Auswirkungen der ASTER Qualitätsindizes auf das Endergebnis.
oe3d vs. EU-DEM
Das Ende 2013 von der EU veröffentliche freie Geländemodell Europas EU-DEM liegt in einer Auflösung von einer Bogensekunde vor. Dem EU-DEM liegt dieselbe Idee zu Grunde wie oe3d: ASTER- und SRTM-Daten werden kombiniert. Während oe3d zusätzlich BEV-Daten einfließen lässt, setzt EU-DEM auf manuelle Ausbesserungen in Regionen, wo ASTER von schlechter Qualität und SRTM Lücken hat. Oben stehende Figur zeigt, dass die Algorithmen von oe3d (im Vergleich mit der Ground Truth) bessere Qualität bieten als der EU-DEM Ansatz. Als Ground Truth wurden die Salzburger Airborne-Laserscanning-Daten verwendet, welche das untersuchte Gebiet abdecken und eine viel höhere Auflösung und Genauigkeit erreichen, als die beiden verglichenen Datensätze.
Die Wassermaske
Die ASTER-Eingabedaten weisen große Probleme im Bereich von Wasseroberflächen auf. So ist die Donau im Eferdinger Becken ein 30-40m hoher Längsrücken inmitten einer flachen Landschaftt. Diese Fehler konnten wir durch Verwendung einer Wassermaske beheben. Die Wassermaske ist eine binäre Maske, die an Wasserstellen eins und an allen anderen Stellen null ist. An Wasserstellen wurde die ASTER-Gewichtung tief angesetzt und gleichzeit die Glättung erhöht, um eine gute Wiedergabe der Wasseroberflächen zu erreichen.
Die BEV-Daten
Ein Alleinstellungsmerkmal der oe3d Algorithmen gegenüber EU-DEM ist die Verwendung der BEV-Daten als dritte Höhendatenquelle. Diese haben mit 100m zwar eine deutlich schlechtere Auflösung, können aber an manchen Stellen die Qualität des Datensatzes wesentlich steigern. Dies betrifft insbesondere Regionen, in den die ASTER und SRTM ausfallen, was vermehrt im Gebirge der Fall ist. In solchen Gebieten bleiben die Abweichungen von der Ground Truth dank der BEV Daten in einem erträglichen Bereich. Als Beispiel sei wieder der Hochkönig in Salzburg angeführt.
Statistische Abweichung zur Ground Truth
Die große Stärke des oe3d Datensatzes liegt in der Eliminierung der Artefakte in den SRTM- und ASTER-Daten. Bei großflächigen Fehleranalysen werden diese lokalen Verbesserungen von den allgemeinen Ungenauigkeiten in den Ausgangsdaten überdeckt.
| Mittlere Abweichung (m) | Standardabweichung (m) | Maximale Abweichungen (m) | |
|---|---|---|---|
| oe3d | 3.31 | 13.33 | -246 / 245 |
| EU-DEM | 3.58 | 15.76 | -299 / 267 |
| ASTER | 3.45 | 15.33 | -261 / 253 |
| SRTM | 5.47 | 16.58 | -353 / 306 |
Oben stehende Tabelle fasst verschiedene statistische Parameter (Durchschnittswert, Standardabweichung, Minimum, Maximum) für ein großflächiges Testgebiet in Vorarlberg zusammen. Die jeweiligen Datensätze wurden durch Differenzbildung zur Ground Truth (Datensatz des Landes Vorarlberg) verglichen. Die durchschnittliche Abweichung ist bei allen Datensätzen positiv, weil die ASTER- und SRTM-Daten digitale Oberflächenmodelle, die Ground Truth jedoch ein gefiltertes Geländemodell ist. oe3d hat die beste Qualität der verglichenen Datensätze. Die starke Abhängigkeit von den Eingabedaten setzt der Qualität von oe3d Grenzen - trotzdem werden die Möglichkeiten der Eingabedaten optimal ausgenützt. Die maximalen Abweichungen treten entlang Steilabstürzen im Gebirge auf.
oe3d vs. ASTER
Anhand eines Testgebietes in Niederösterreich zeigen wir, dass oe3d keineswegs bloß ein ASTER-Modell mit geringfügigen Änderungen ist, auch wenn die Eingabedaten von den ASTER-Punkten dominiert werden. Unser Testgebiet zeigt, dass es in Regionen mit schlechter Qualität der ASTER-Daten signifikante Abweichungen zwischen oe3d und ASTER gibt. Die zusätzlichen SRTM- und BEV-Daten verbessern die Qualität von oe3d in diesen Regionen gegenüber dem originalen ASTER-Datensatz.
© 2024 Rechenraum GmbH Wenn nicht anders angegeben, sind die Inhalte dieser Homepage Creative Commons CC-BY-SA 3.0 lizensiert. Im ersten Projektjahr (November 2013 - Oktober 2014) wurde oe3d von der Internet Foundation Austria (IPA) im Rahmen der netidee 2013 gefördert.