Systra for GIS

Einführung

Spannungen

Transformation

Homogenisierung durch Anwendung der Ausgleichungsrechnung

Forführungsrisse

Berücksichtigung geometrischer Bedingungen

Einbindung in ArcGIS

Einführung

Mit Systra for GIS passen Ihre Daten geometrisch zusammen

Die Nutzung verschiedener, qualitativ unterschiedlicher Datenquellen mit Katastergeometrien führt in der Regel zu Spannungen im Kartenwerk. Hinzu kommt die ständige Grundrissverbesserung durch Neuvermessung und Stereoskopische Auswertung. Im Bereich der Energieversorgung verschärfen lokal ausgenommene Objekte mit Bemaßung im Bezug auf das Gebäudekataster die Situation.

Um Spannungen und Restklaffungen aus dem Kartenwerk zu beseitigen bleibt im Prinzip nur der Griff zum Homogenisierungswerkzeug. Bekannte Lösungen stossen bei großen Ausgleichflächen und entsprechender Objekt- und Punktanzahl an ihre Grenzen. Systra löst dieses Problem durch modernste Rechenmethoden und Ansätze die in den Bereich der BIG-DATA Verarbeitung vorstoßen. Dabei beherrscht Systra nicht nur den Umgang mit einer Karten-Ebene sondern sprengt bekannte Grenzen und homogenisiert in der verketteten Transformation über Ebenen hinweg. Diese Strategie sollte insbesondere für Mehrsparten-Versorgungsunternehmen von großem Interesse sein.

Spannungen

Quelle der Spannungen

In einem Geo-Informationssystem liefert die Geometrie den Ordnungsrahmen für alle anderen Daten. Doch die Vektorgrafik eines GIS fällt nicht vom Himmel, sie ist vielmehr das Ergebnis eines komplexen Integrationsprozesses.

Datenquellen

Die Ausgangsdaten sind oft sehr heterogen. Im Allgemeinen sind sie redundant und widersprüchlich. Ausgleichungsrechnung und mathematische Statistik sind geeignete Verfahren zur Verarbeitung eben solcher Daten. Unsere Firma verfügt über das Know-How und langjährige Erfahrung auf diesem Spezialgebiet der Geoinformatik. Wir unterstützen Sie gern bei der Lösung Ihrer Integrationsaufgaben.
Ursachen von geometrischen Abweichungen

Die geometrische Grundlage für Geo-Informationssysteme sind häufig analoge Kartenwerke, welche digitalisiert wurden. Die Lagegenauigkeit von Punkten in einem GIS reflektiert in diesem Fall die zugrunde liegende Kartiergenauigkeit. Die Kartiergenauigkeit wiederum hängt im Wesentlichen vom Kartenmaßstab ab.
Das Maß für die Lagegenauigkeit eines Punktes ist dessen Lage-Standardabweichung σL. Als Faustregel kann man folgende Formel anwenden:

Formel

Hierin ist M die Maßstabszahl der zugrundeliegenden Karte. Eine Kartengrundlage im Maßstab 1:5000 liefert also z.B. eine Lage-Standardabweichung von ca. 2,5m. Diese Tatsache erklärt, weshalb bei der Einführung von GPS-Koordinaten in ein GIS oder bei der Kombination verschiedener GIS-Datenquellen erheblichen geometrische Differenzen auftreten können.

Transformation

Einfache Transformation
Die Aufgabe der Transformation lässt sich folgendermaßen formulieren:

gegeben:
Koordinaten der Kontrollpunkte im Ausgangssystem xkAi, ykAi
Koordinaten der Neupunkte im Ausgangssystem xnAi, ynAi
Koordinaten der Kontrollpunkte im Zielsystem xkZi, ykZi
gesucht:
Transformationsparameter für eine Transformation vom Ausgangs- in das Zielkoordinatensystem
Koordinaten der Neupunkte im Zielkoordinatensystem xnZi, ynZi

Die meisten GIS bieten zwei Transformationsansätze an:

  • 4-Parameter-Helmert-Transformation
  • 6-Parameter-Affin-Transformation

Die Formeln für die Transformationsansätze sehen folgendermaßen aus:

Formel
(4-Parameter-Helmert-Transformation)

Formel
(6-Parameter-Affin-Transformation)
Die 4-Parameter-Transformation vermittelt:
zwei Verschiebungen (eine in x- und eine in y-Richtung)
eine Drehung
einen Maßstab

Es werden die Parameter tx, ty, a und o bestimmt. Für eine grade eindeutige Bestimmung der Transformationsparameter sind genau zwei Kontrollpunkte erforderlich.

Bei der 6-Parameter-Transformation werden neben den beiden Verschiebungen in x- und y‑Richtung die Koordinatenachsen separat gedreht und gestreckt bzw. gestaucht. Das heißt, es werden

zwei Verschiebungen
zwei Drehwinkel
zwei Maßstabsfaktoren

berechnet. Für eine eindeutige Lösung werden genau drei Kontrollpunkte benötigt.

Meistens steht aber eine größere Zahl an Kontrollpunkten als die für eine eindeutige Lösung erforderliche zu Verfügung. In diesen Fällen ist der resultierende Transformationsansatz nicht in der Lage, die Kontrollpunktkoordinaten des Ausgangssystems widerspruchsfrei auf die Kontrollpunktkoordinaten des Zielsystems abzubilden.

Ausgangssystem, Zielsystem, Restklaffen

Die Entstehenden Widersprüche bezeichnet man als Verbesserungen oder Restklaffungen. Restklaffungen haben im Wesentlichen zwei Ursachen:

  • Zufällige Unsicherheiten in den Koordinaten
  • Systematische Verzerrungen der lokalen Geometrie

Würde die Ursache ausschließlich in zufälligen Unsicherheiten bestehen, so würde es genügen, die Koordinaten der Kontrollpunkte einfach auszutauschen. Da aber ein wesentlicher Anteil der Restklaffungen auf Verzerrungen der lokalen Geometrie zurückzuführen ist, müssen diese auch entsprechend modelliert werden. Diese Modellierung geschieht im Zuge einer geometrischen Homogenisierung. Das Programmsystem Systra for GIS stellt hierbei ein hochentwickeltes Homogenisierungswerkzeug dar.

Das Problem: Streckenabhängige Korrelationen
Um das Problem der lokalen geometrischen Verzerrungen zu verdeutlichen stellen wir uns folgenden Fall vor:
Wir haben in unserem GIS Flurstücksgrenzen. Ein Mitarbeiter bestimmt mit einem GPS SAPOS-Empfänger die Koordinaten von 4 Grenzpunkten. Die Lage-Standardabweichung der SAPOS-Messung beträgt etwa 2cm und ist somit wesentlich genauer als die Koordinaten in unserem GIS. Tragen wir die GPS-Koordinaten nun in unser GIS ein könnte sich folgendes Bild ergeben.

Austausch der Koordinaten

Die einfachste Möglichkeit, die genaueren GPS-Koordinaten zu nutzen wäre die, die vorhandenen Koordinaten einfach gegen die genaueren auszutauschen. Bei einem solchen Vorgehen ergäbe sich dann dieses Bild:

Verzerrung des Nachbarflurstücks

Wie man leicht erkennen kann, kommt es hierbei zu einer starken Verzerrung des Nachbarflurstücks. Die lokale Nachbarschaftsgeometrie bleibt nicht erhalten. Wünschenswert wäre ein Ergebnis bei dem die geometrischen Nachbarschaftsverhältnisse berücksichtigt werden.

Punkte des Nachbargrundstücks nachziehen

Worin liegt nun aber die Ursache für die Verletzung der lokalen Geometrie und wie kann eine solche Verletzung vermieden werden?
Die Nachbarschaftsgenauigkeit zweier Punkte, die einer digitalisierten Karte entstammen, ist höher als deren absolute Lagegenauigkeit. Die Formel für die Berechnung der Standardabweichung eines Koordinatenunterschiedes lautet allgemein:

Formel

In unserem Fall ist die Kovarianz cov(xA,xE) der beiden Koordinatenwerte ungleich null. Sie ist eine Funktion der Lagestandardabweichungen und der Korrelation ρxA,xE zwischen beiden Koordinaten. Die Korrelation wiederum ist eine Funktion des Punktabstandes. Je kleiner der Punktabstand desto größer die Korrelation.

Formel

Formel

Die Streckenabhängigen Korrelationen der Koordinaten haben im Wesentlichen zwei Ursachen:

  • Die Ursprungsmessungen wurden nach dem Prinzip der Nachbarschaft ausgeführt.
  • Die manuelle Kartierung erfolgte nach dem Prinzip der Nachbarschaft.

Will man nun GPS-Koordinaten in ein vorhandenes GIS einführen oder heterogene GIS-Datenbestände integrieren, ist es erforderlich diese streckenabhängigen Korrelationen zu berücksichtigen.

Ist rubber sheeting die Lösung?

Um dem Vorhandensein streckenabhängiger Korrelationen Rechnung zu tragen, bieten einige GIS das Werkzeug des sogenannten rubber sheeting. Hierbei werden Kontrollpunkte (z.B. durch GPS-Messung
bestimmte) in das GIS eingeführt. Über die identischen Punkte im GIS-Bestand wird eine Dreiecksvermaschung durchgeführt. Für jedes Dreieck werden über dessen Eckpunkte die Parameter einer Affin-Transformation bestimmt. Anschließend werden alle Punkte innerhalb der Dreiecke mit dem jeweiligen Parametersatz in eine neue Position transformiert.

rubber sheeting

Diese Methode reicht in einigen Fällen aus, sie ist aber auch mit entscheidenden Nachteilen behaftet.
Es ist nicht möglich, Identitätsfehler, welche häufig auftreten, aufzudecken. In der Folge wird die Umgebung dieser Fehler geometrisch stark verzerrt.
Geometrische Bedingungen, wie die Rechtwinkligkeit von Gebäuden, werden nicht eingehalten.
Die Ergebnisse sind im Allgemeinen irreversibel.

rubber sheeting

Verzerrung eines Gebäudes durch rubber sheeting

Homogenisierung durch Anwendung der Ausgleichungsrechnung

Das Programmsystem Systra for GIS ist ein Homogenisierungswerkzeug, welches die streckenabhängigen Korrelationen direkt modelliert und für die Berechnung der Koordinaten sehr komplexe Ausgleichungsalgorithmen nutzt.
In einem ersten Schritt werden topologische Nachbarschaftsinformationen ermittelt. Dies geschieht durch eine Delaunay-Triangulation über alle Punkte (Kontrollpunkte und Neupunkte) des Ausgangssystems. Die entstehenden Dreiecksseiten dienen im weiteren Verlauf als Träger der Nachbarschaftsinformation.

Delaunay-Triangulation
Delaunay-Triangulation mit Systra for GIS

Entlang der Dreiecksseiten werden Koordinatenunterschiedsbeobachtungen generiert, welche im Anschluss in eine Ausgleichungsberechnung nach der Methode der kleinsten Quadrate eingeführt werden. Die Beobachtungswerte ergeben sich aus den Koordinaten im Ausgangssystem. Die Gewichtung dieser Beobachtungen ist abgeleitet aus der Digitalisiergenauigkeit und wirkt in einer Weise, dass sich das Dreiecksnetz analog einer homogenen Membran deformiert. Die Restklaffungen der Kontrollpunkte werden auf diese Weise auf die Neupunkte propagiert.

Nachbarschaftsbeziehungen bei einfacher Transformation
Einfache Transformation: Nachbarschaftsbeziehungen werden verletzt

Nachbarschaftsbeziehungen bei Homogenisierung
Homogenisierung: Nachbarschaftsbeziehungen werden richtig abgebildet

Verkettete Homogenisierung

Eine Homogenisierung kann dabei nicht nur für einen sondern vielmehr gleichzeitig für mehrere übereinanderliegende GIS-Datensätze durchgeführt werden. Hierbei werden sowohl bekannte Kontrollpunkte als auch identische Punkte in verschiedenen GIS-Datensäten berücksichtigt.

Verkettete Homogenisierung
Verkettete Homogenisierung mit über- und nebeneinander liegenden GIS-Datensätzen

Verkettete Homogenisierung
Verkettete Homogenisierung mit separater Triangulation für jeden GIS-Datensatz
Als mechanische Analogie kann man sich vorstellen, dass jeder GIS-Datensatz auf eine elastische Membran gedruckt wurde und die verschiedenen Membranen nun übereinandergelegt werden. Die Kontrollpunkte sind auf einer festen Unterlage angebracht.

An diesen werden die einzelnen Membranen fixiert und dabei etwas verzerrt. Zusätzlich werden die Membranen auch untereinander verknüpft, und zwar an den Stellen, an welchen sich identische Punkte befinden.
Voraussetzung für diesen mathematischen Ansatz sind Informationen über identische Objekte. Diese Informationen können mit dem Matchingmodul SysMatch des Programmsystems Systra for GIS automatisch generiert werden.

Vor Homogenisierung
Vor der Homogenisierung: Punkt- und Linienobjekte aus drei verschiedenen GIS-Datensätzen

Vor Homogenisierung
Vor der Homogenisierung: Automatisch generierte Punktidentitätsbeobachtungen

Nach Homogenisierung
Nach der Homogenisierung: Die drei GIS-Datensätze liegen exakt übereinander
Weiterhin ist es oft erforderlich, dass geometrische Bedingungen, wie Rechtwinkligkeiten oder Geradlinigkeiten, im Zuge der Homogenisierung erhalten bleiben bzw. erzeugt werden. Auch dieses Problem wird durch das Programmsystem Systra for GIS gelöst.

Homogenisierung
Links: Homogenisierung ohne Bedingungen und Messwerte; Rechts: Homogenisierung mit Bedingungen und Messwerten

Vor Homogenisierung
Vor der Homogenisierung

Nach Homogenisierung
Nach der Homogenisierung mit Bedingungen und Messwerten

Homogenisierung Resultat
Resultierende Verschiebungsvektoren der GIS-Punkte

Fortführungsrisse

Ihre Probleme sind unsere Motivation

Vermessungsrisse bilden die Grundlage vieler analoger Karten und somit auch vieler Geo-Informationssysteme. In der Terminologie der Datenbanktheorie könnte man sagen, Karten seien nur eine Sicht auf die ursprünglichen Daten in den Vermessungsrissen.
Eine entscheidende Rolle spielen Vermessungsrisse für das Liegenschaftskataster. Die hier so genannten Fortführungsrisse bilden die rechtliche Grundlage für die geometrische Festlegung von Flurstücksgrenzen. Administrative Grenzen wiederum bilden die Referenz für viele GIS-Anwendungen.
Aber auch Leitungsbetreiber verfügen häufig über umfangreiche Sammlungen von Vermessungsrissen, welche die Lage ihrer, oft unterirdischen, Betriebsmittel dokumentieren.

Inhalt von GIS und Vermessungsrissen

Geo-Informationssysteme bilden die Topologie von Objekten ab (Grenzen, Gebäude, Verkehrswege, Leitungen usw.). Vermessungsrisse dokumentieren darüber hinaus auch die Topologie von Beobachtungen (z.B. Strecke von Punkt A nach Punkt B).
Geo-Informationssysteme bilden die absolute Geometrie von Objekten in Form von Punktkoordinaten, bezogen auf ein übergeordnetes Referenzsystem, maßstabstreu ab. Vermessungsrisse hingegen beinhalten die relative Geometrie von Objekten in Form von Messwerten respektive Beobachtungen, welche die gegenseitige Lage benachbarter Objekte beschreiben.

Fortführungsriss
Fortführungsriss

Flurkarte
Flurkarte
Die Abbildung zeigt einen Fortführungsriss und den dazugehörigen Ausschnitt der Flurkarte. Der Riss ist gegenüber der Karte stark verzerrt, enthält aber die Messwerte, auf denen die Kartierung letztlich beruht.

Die häufigsten Beobachtungstypen in Vermessungsrissen sind:

  • Lokale Orthogonalkoordinaten (Messungslinie mit Abszissen und Ordinaten)
  • Lokale Polarkoordinaten (Richtungen und Strecken einer Totalstation)
  • Spannmaße
  • Durchfluchtungen
  • Abstand Punkt-Linie
  • Parallelen mit Abstandsmaß

Das Problem: Redundanz
Punktkoordinaten in einem Geo-Informationssystem, das auf der Digitalisierung analoger Karten beruht, haben oft nur eine Lagestandardabweichung von einigen Metern, bestenfalls einigen Dezimetern. Diese Genauigkeit ist für viele Anwendungen ausreichend.

Es gibt aber auch Anwendungen, bei denen eine höhere Genauigkeit erforderlich ist, z.B. dann wenn die Frage beantwortet werden soll, ob eine geplante Versorgungsleitung ein bestimmtes Flurstück schneidet oder nicht.

Die Beobachtungen in den Vermessungsrissen weisen Standardabweichungen im Bereich von 1cm bis 10cm auf und sind damit um etwa zwei Zehnerpotenzen genauer als die Koordinaten im besagten GIS. Es liegt also nahe, die genauen Messwerte aus den Vermessungsrissen für eine Verbesserung der geometrischen Qualität des GIS zu nutzen. Bei diesem Vorhaben taucht aber ein Problem auf: Die Beobachtungen in den Vermessungsrissen sind redundant und, auf Grund von Messunsicherheiten, widersprüchlich. Das bedeutet, es existieren mehr Beobachtungen als für eine eindeutige Berechnung der Koordinaten eigentlich erforderlich sind. Das wiederum hat zur Folge, dass bei sequentieller Berechnung die ermittelten Koordinaten abhängig vom gewählten Rechenweg sind. Hinzu kommt eine mitunter recht ungünstige Fehlerfortpflanzung, welche die gewünschte Genauigkeitssteigerung verhindern kann.

Die Lösung: Ausgleichungsrechnung nach der Methode der kleinsten Quadrate

Bei diesem Berechnungsverfahren wird genau jene Lösung für die berechneten Koordinaten ermittelt, bei der die Quadratsumme der verbleibenden Widersprüche minimal wird. Ein solcher Ansatz bietet entscheidende Vorteile:
Die Lösung ist eindeutig.

  • Es wird genau die Lösung mit der höchsten Genauigkeit ermittelt.
  • Es muss kein Rechenweg vorgegeben werden, die Berechnung erfolgt automatisch in einem Rechenschritt.
  • Grobe Fehler, d.h. Widersprüche die nicht mit der Messunsicherheit erklärt werden können, werden aufgedeckt und können eliminiert werden.
  • Für jede berechnete Koordinate wird eine empirische Standardabweichung ausgewiesen.

Das Programmsystem Systra for GIS ist ein hochentwickeltes Ausgleichungswerkzeug und bietet die Möglichkeit der Verarbeitung aller genannter und noch weiterer Beobachtungstypen.


Vermessungsrisse in ein GIS integrieren

Im einfachsten Fall sollen alle Punkte des GIS durch Beobachtungen aus Vermessungsrissen bestimmt werden. Hierbei genügt es, die Beobachtungen aus den Rissen zu erfassen und die Ausgleichung durchzuführen. Die Ausgleichung selbst gliedert sich in die Schritte Analyseausgleichung und Zwangsausgleichung.

GIS mit Messwerten

GIS mit Messwerten

Im Allgemeinen wird es aber so sein, dass nur ein Teil der im GIS befindlichen Punkte von Beobachtungen aus Vermessungsrissen bestimmt wird. Die Punktkoordinaten in ihrer Gesamtheit unterliegen aber häufig streckenabhängigen Korrelationen, die berücksichtigt werden müssen. Um diesem Umstand gerecht zu werden und die durch die Messwerte aus den Rissen hervorgerufenen Punktverschiebungen auf die Punkte der Umgebung zu propagieren, werden künstliche Nachbarschaftsbeobachtungen eingeführt.

Diese sorgen dafür, dass es durch die Einführung der Messwerte nicht zu Verletzungen der lokalen Nachbarschaft kommt. Diesen Ausgleichungsansatz bezeichnet man auch als Homogenisierung.

GIS mit Messwerten und Homogenisierung
GIS mit Messwerten und Homogenisierung

Neben Messwerten, wie Strecken oder Messungslinien, lassen sich auch geometrische Bedingungen, wie Rechtwinkligkeiten und Geradlinigkeiten, als Beobachtungen formulieren und in die Ausgleichung einführen.

GIS mit Messwerten, Homogenisierung und Bedingungen

GIS mit Messwerten, Homogenisierung und Bedingungen

Berücksichtigung geometrischer Bedingungen

Bedingungen können mit dem Modul SysMatch des Programmsystems Systra for GIS automatisch gefunden und in die Ausgleichung eingeführt werden.

Kein X für ein U, gerade bleibt gerade, rechtwinklig bleibt rechtwinklig
In vielen Fällen ist es nicht nur erforderlich, die Koordinaten verschiedener Geo-Datensätze zu vereinigen, darüber hinaus sollen geometrische Bedingungen, wie die Rechtwinkligkeit von Gebäuden, die Geradlinigkeit von Grenzen oder die Parallelität von Wegrändern, eingehalten werden. Auf dieser Seite wird beschrieben, wie Geometrische Bedingungen mit dem Modul SysMatch gefunden (erschnüffelt) werden. Außerdem wird gezeigt wie die funktionale und stochastische Modellierung im Ausgleichungsmodul Systra for GIS realisiert ist.

Ausgleichungsergebnis mit geometrischen Bedingungen

Ausgleichungsergebnis mit geometrischen Bedingungen

Wie werden geometrische Bedingungen funktional modelliert?
Wie werden geometrische Bedingungen stochastisch modelliert?
Wie werden geometrische Bedingungen gefunden?
Wie werden geometrische Bedingungen funktional modelliert?

Wenn von geometrischen Bedingungen die Rede ist, dann sind meistens die Rechtwinkligkeit von Gebäuden, die Geradlinigkeit von Grenzen oder die Parallelität von Wegrändern gemeint. Alle genannten Bedingungen lassen sich entweder durch ein Skalarprodukt oder ein Kreuzprodukt zweier Vektoren beschreiben.

Formel
Bedingungen als Vektoren
Die Vektorkomponenten sind in diesem Falle die Koordinatendifferenzen der beteiligten Punkte.

Formel

Im Falle einer Rechtwinkligkeit muss dann das Skalarprodukt der beiden Vektoren zu null werden.

Formel

Im Falle einer Geradlinigkeit wird das Kreuzprodukt zu null.

Formel

Auch bei Parallelität ist der wert des Kreuzproduktes null.

Formel

In die Ausgleichung werden diese Bedingungen als Beobachtungen eingeführt. Dieses Vorgehen bietet den Vorteil, dass jede Bedingung durch einen statistischen Test daraufhin überprüft werden kann, ob sie zu den anderen Beobachtungen passt oder aber irrtümlich eingeführt wurde.
Bei einigen Homogenisierungstools wird die Propagierung der Restklaffungen auf die Neupunkte und die Realisierung geometrischer Bedingungen in separaten aufeinanderfolgenden Berechnungsschritten durchgeführt. Ein solches Verfahren kann jedoch zu eklatanten Verletzungen der lokalen Nachbarschaft führen.

In Systra for GIS wird die Propagierung der Restklaffungen und die Realisierung geometrischer Bedingungen in ein und demselben Ausgleichungsschritt erreicht. Dadurch bleiben auch bei starker Verzerrung der Kartengrundlage alle geometrischen Nachbarschaftsverhältnisse erhalten.

Wie werden geometrische Bedingungen stochastisch modelliert?
Die Varianzen der Beobachtungen vom Typ Skalarprodukt bzw. Kreuzprodukt werden durch Varianzfortpflanzung ermittelt. Hierfür ist die Kenntnis der Kovarianzmatrix der beteiligten Koordinaten erforderlich. Die Varianzen der Koordinatenwerte sind im Allgemeinen bekannt. Die Kovarianzen werden unter Verwendung einer streckenabhängigen Korrelationsfunktion berechnet.

Formel
Berechnung der Kovarianzen

Wie werden geometrische Bedingungen gefunden?
Bevor geometrische Bedingungen in die Ausgleichung eingeführt werden können muss bekannt sein wo sie eigentlich auftauchen. Auf unter Matching wird beschrieben, wie geometrisch parametrisierte Teilgraphen verwendet werden, um identische Objekte in verschiedenen Geo-Datensätzen zu finden. In ähnlicher Weise werden diese Teilgraphen benutzt, um geometrische Bedingungen aufzufinden. Wie das vor sich geht soll hier am Beispiel einer Rechtwinkligkeitsbedingung erläutert werden.
Das Skalarprodukt sp ist eine Funktion der beteiligten Koordinaten.

Formel

sp ist eine normalverteilte Zufallsgröße deren Varianz durch Varianzfortpflanzung berechnet werden kann.

Formel

Mit den Größen sp und σsp kann nun ein statistischer Test auf Normalverteilung durchgeführt werden:

Hypothese: sp = 0
Alternativhypothese: sp ≠ 0
Prüfgröße: u = sp / σsp
Schrankenwert: us = +- Φ(α/2)
Testentscheidung: u < us → Test annehmen
u > us → Test ablehnen

Im Modul SysMatch werden alle gefundenen Ecken auf Rechtwinkligkeit und Geradlinigkeit getestet und die so gefundenen Bedingungen in Form von Beobachtungsgleichungen in die Ausgleichung eingeführt.

Einbindung in ArcGIS

Im Rahmen eines Kooperationsprojektes mit dem Berliner Unternehmen Technet GmbH integrieren wir ein vollständiges Homogenisierungssystem in ArcGIS. Im Rahmen dessen arbeiten wir auch an der Entwicklung zur Parallelisierung der ALKIS Konvertierung und Fortführungsprozesse.

Homogenisierung ist nicht grundsätzlich neu (in ArcGIS schon) aber der hohe Grad der Integration und das Ziel BIG-DATA, also die Daten eines ganzen Verbandes oder überregionalen Mehrspartenversorgers in einem Rutsch oder parzelliert verarbeiten zu können, sind Ansprüche, an dessen Erfüllung sich bislang niemand gewagt hat. Das liegt zum einen daran, dass bisher bekannte Systeme zur Homogenisierung nicht auf so modernen Prinzipen basieren und andererseits schon lange keine Anforderung an die Verarbeitung großer Gebiete gestellt wurde.

Beim EVU stellt sich die Situation oft wie folgt dar. ALKIS ist ein eigentlich nicht erwünschtes Kind. Es macht wenig Freude und eigentlich nur Probleme. Die Probleme sind der Lagebezugswechsel und mit der Umstellung auf ALKIS einhergehende „Grundrissverbesserungen“. Das bedeutet, dass die Katasterbehörde längst fällige Homogenisierungen am Kataster im Zuge der Umstellung nun durchgeführt hat.

Im Klartext bedeutet dies, daß Bemassungen und Hausanschlüsse nicht mehr unbedingt an den Hausecken und Kanten enden, wo sie in der ALK konstruiert wurden. Oft handelt es sich nur um Abweichungen in Bereich von Zentimetern. Vielfach treten aber auch Probleme auf, bei denen 10, 20 und mehr Zentimeter echte Mängeln in der Grafik und Topologie verursachen. Es ist in umfangreichen Analysen notwendig den Grad der Probleme und deren Menge zu kategorisieren, um einen Maßnahmenplan zu erstellen.

Sich dem Ziel strategisch nähern

In den letzten Jahren haben wir in mehreren EVU solche Analysemaßnahmen durchgeführt und Werkzeuge, Routinen und Praktiken entwickelt. Die Analyse ist aber nur die erste Stufe der Problembehebung. Die tatsächliche Bearbeitung des Versorgungsnetzes im Bezug auf die neue Katasterlage kann sehr umfangreich sein. In einem, von uns analysierten Fall, würde dies 2 Mannjahre händische Nacharbeit am Leitungsnetz und der Bemaßung bedeuten.

Stellt sich die Frage: „Gibt es evtl. Automatismen?“ Ja, die gibt es – in gewissen Grenzen mit genau der Homogenisierungslösung Systra, die wir nun mit ESRI Technologie in den Markt bringen. Systra for GIS basiert auf modernsten Rechenkernen, die parallelisert und über alle Ebenen (Kataster, Gas, Wasser, Strom und Bemassungen) in einem Durchgang große oder parzellierte Gebiete homogenisieren kann. Durch die hohe Integration in ESRI GIS gelingt es auch einem Nicht-Vermessungs-Ingenieur ohne Katasteramtshintergrund Netze zu homogenisieren. Natürlich bieten wir dies auch als Dienstleistung an und können damit zur Verfügung stehen. Quasi alles aus einen Guss bis zum Aufsetzen des Netz- und Betriebsmittelinformationssystems.

Systra for GIS besteht zum einen aus der Homogenisierungssoftware Systra und zum anderen aus einem ArcGIS-Addin, welches eine komfortable graphische Integration von Systra in ArcGIS ermöglicht.

ArcGIS-Addin Systra for GIS
ArcGIS-Addin Systra for GIS

So können die für die Homogenisierung nötigen Layer komfortabel per Drag&Drop in die Maske eingefügt werden.

Des Weiteren ist es möglich über das Addin einzelne Homogenisierungs-Projekte und -Gebiete zu verwalten.

Nach dem Start des Homogenisierungsvorgangs werden die Geometrien für die Homogenisierung aufbereitet, in der Datenbank abgespeichert und danach von Systra weiterverarbeit.

Die Ergebnisse der Homogenisierung werden in einem neu erstellten Layer angezeigt, wobei die Verbesserungen der Koordinaten visualisiert und so leicht bewertet werden können.