1,721,025 research outputs found
Calculating and Visualising Terrain Slopes based on Digital Elevation Models derived from High-Resolution Stereo Images
No full textCartographic Representation of Spatial Data Quality Parameters in Volunteered Geographic Information
No full textVolunteered geographic information (VGI) are constantly being added, edited or removed by the users, so their quality is not static. As VGI users do not necessarily have high spatial knowledge, system administra-tors control the quality of information in order to provide the users with the appropriate datasets. However, quality of spatial data has several parame-ters, so the appropriate data may differ from one application to another. Unlike the geographic communities, presenting the standard metadata statements is not so efficient, as they may not be familiar for VGI users. In this paper, we propose providing VGI users with the spatial data quality parameters through simple cartographic representations and let them de-cide on appropriateness of the datasets for the application at hand. The us-ers select the desired quality parameters as well as the visualization element (e.g. color, line thickness, intensity, style, etc.) to classify the datasets. The datasets are represented by the selected element based on their metadata information, which help the users to visually evaluate the quality of da-tasets.Volunteered geographic information (VGI) are constantly being added, edited or removed by the users, so their quality is not static. As VGI users do not necessarily have high spatial knowledge, system administra-tors control the quality of information in order to provide the users with the appropriate datasets. However, quality of spatial data has several parame-ters, so the appropriate data may differ from one application to another. Unlike the geographic communities, presenting the standard metadata statements is not so efficient, as they may not be familiar for VGI users. In this paper, we propose providing VGI users with the spatial data quality parameters through simple cartographic representations and let them de-cide on appropriateness of the datasets for the application at hand. The us-ers select the desired quality parameters as well as the visualization element (e.g. color, line thickness, intensity, style, etc.) to classify the datasets. The datasets are represented by the selected element based on their metadata information, which help the users to visually evaluate the quality of da-tasets
The Airborne High Resolution Stereo Camera (HRSC-A) as a Tool for High Mountain Cartography
No full textThe airborne High Resolution Stereo Camera (HRSC-A) is a multiple line scanner which simultaneously acquires stereo and colour information with absolute spatial accuracy in the decimetre range. The multiple stereo principle applied ist particularly well suited for otaining precise topographic and imaging data of rugged terrain as found in mountainous regions: a permanently nadir-looking stereo channel provides favourable visibility conditions and minimises the occurrence of shadow zones which affect the performance of side-looking sensor systems such as SAR. A sophisticated and fully automated photogrammetric processing system allows to dertermine topography even in areas which are problematic for image correlation techniques neede to extract height information from stereo imagery, e.g. in areas with low texture information like snow. In order to supplement existing monitoring techniques for snow and ice-covered regions, HRSC-A was used in a pilot study to map an area of the Hohe Tauern mountain range in Austria enclosing some of the most intensively analysed glaciers in the Alps. The results are of outstanding quality and suggest the future application of HRSC-A for the remote sensing of snow and ice, particularly in the context of climate-related studies
Modellierung von Getreidebestandsspektren zur Korrektur BRDF-bedingter Einflüsse auf Vegetationsindizes im Rahmen der EnMAP-Mission
Get PDFDas Monitoring von Landwirtschaftsflächen ist eines der Kernthemen der zukünftigen EnMAP Mission, einem deutschen, hyperspektralen Fernerkundungssensor, dessen Start für 2015 geplant ist. In Vorbereitung dieser Mission gehören die Erweiterung und Entwicklung objektiver, robuster sowie zuverlässiger Methoden zur Ableitung biophysikalischer Parameter zu den Hauptaufgaben. Die für das Monitoring von Vegetation notwendige hohe zeitliche Auflösung wird durch ein stufenloses Schwenken von bis zu +/-30° quer zur Flugrichtung erreicht. Daraus resultiert, dass die Daten durch variierende Ein- und Ausstrahlungsgeometrien stark beeinflusst werden. Daher ist eine detaillierte Kenntnis der bidirektionalen Reflexionsfunktion (engl. bidirectional reflectance distribution function, BRDF) der beobachteten Oberflächen notwendig, um diese Einflüsse auf das Reflexionssignal zu identifizieren und anschließend zu korrigieren. Zu diesem Zweck wurde in dieser Arbeit eine Methodik entwickelt, die es ermöglicht, auf der Basis von simulierten Spektren realistische BRDF Szenarien zu modellieren und oberflächenspezifische Korrekturfunktionen abzuleiten. Die Methodik besteht aus drei aufeinander aufbauenden Komponenten. Im ersten Schritt erfolgt die Modellierung der BRDF von landwirtschaftlichen Vegetationsbeständen. Im zweiten Schritt wird der Einfluss der Bestandsarchitektur auf die BRDF analysiert. Darüber hinaus wird untersucht, inwiefern sich Variationen in der BRDF auf die quantitative Ausprägung von Vegetationsindizes auswirken. Solche Indizes sind eine häufig genutzte Möglichkeit zur Quantifizierung biophysikalische Parameter im Rahmen empirischer Verfahren. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen wurden im dritten Schritt Korrekturfunktionen für ausgewählte Vegetationsindizes entwickelt, um Schrägblickbeobachtungen in Nadirbeobachtungen zu transformieren. Abschließend wurde die entwickelte Methodik auf simulierte, sensorspezifische Spektren übertragen.Monitoring of arable crops is one of the core applications of the upcoming spaceborne EnMAP mission, a German hyperspectral imaging spectrometer scheduled for launch in 2015. During the present preparatory phase one of the primary tasks is the development of accurate, robust and reliable retrieval methods for biophysical canopy parameters. Monitoring of crop canopies requires a frequent temporal coverage. In case of EnMAP, this will be realised by an off-nadir pointing of the sensor up to +/-30° across to the flight direction. The off-nadir pointing leads to data strongly influenced by varying acquisition geometry. Therefore, detailed knowledge of bidirectional reflectance distribution functions (BRDF) of the observed surfaces is necessary to identify and to correct BRDF influenced reflectance signals. For this purpose, a methodology was developed that allows modelling of realistic BRDF scenarios and of surface-specific correction functions. This methodology consists of three consecutive parts. In the first part, modelling of the BRDF of crop canopies was performed. In the second part, the influence of canopy architecture on the BRDF was analysed. Additionally, the BRDF related dependencies of vegetation indices were investigated. Such indices are widely used to quantify biophysical canopy parameters based on empirical methods. In the third part, correction functions were developed for selected vegetation indices to enable a transformation from off-nadir into nadir observations. These correction functions incorporate results obtained in the second part of the methodology. Finally, the developed methodology was applied on sensor-specific simulated spectra
Glacier lake outburst floods (GLOFs) – mapping the hazard of a threat to High Asia and beyond
No full textLakes are scenic assets for any high-mountain landscape. They can, however, also be dangerous. This applies particularly to lakes in the immediate neighbourhood of or even on glaciers. These lakes are known to be prone to outbursts due to various reasons, and these high-energy events can be signifi cant threats to life, property and infrastructure and rather disastrous along the stretches further down the valleys (Ives 1986, Richardson and Reynolds 2000, Ives et al. 2010, Han et al. 2013). Globally, the glaciers are in a general state of retreat, most probably because of climatic warming (WGMS 2008). They often leave behind voids fi lled by melt water called glacial lakes which tend to burst because of internal instabilities in the natural moraine dams retaining the lakes (e.g., as a result of hydrostatic pressure, erosion from overtopping, or internal structural failure) or as a result of an external trigger such as a rock or ice avalanche, or even earthquake.</p
Veränderung von Landnutzung und Vegetationsbedeckung in der östlichen Sahelzone von 1972 bis 2003: Veränderung von Landnutzung und Vegetationsbedeckung in der östlichen Sahelzone von 1972 bis 2003
Get PDFSeit den siebziger Jahren des
vergangenen Jahrhunderts hat
sich im Gebiet südlich der Stadt
Gadarif im Ostsudan, am
Ostende der Sahelzone gelegen,
nicht nur infolge des
Klimawandels, sondern auch
aufgrund extremer agrarischer
Nutzung eine signifikante
Veränderung der Vegetationsbedeckung
ergeben. Stark reduzierte
Bodenerträge führten in
den neunziger Jahren zu
Stilllegungen von Ackerland.
Mittels multitemporaler
Satellitenbilddaten konnte die
neuerliche Entwicklung der
natürlichen Vegetationsverjüngung
auf den Brachen nachgewiesen
werden. Weiterer
Schutz dieser Gebiete kann
künftig die vollständige
Regeneration der früheren
Maximalvegetation eines
Savannenwaldes zwischen den
Äckern ermöglichen. Die festgestellten
Landnutzungsbefunde
werden mit den klimatischen
Veränderungen in der östlichen
Sahelzone in Verbindung
gebracht.The period since the 1970s has
seen significant changes to the
vegetation cover in the region
south of the city of Gadarif in
East Sudan, at the eastern end
of the Sahel, due to both the
current climate change and
extreme agricultural use.
Seriously degraded harvests led
to the abandoning of agricultural
land in the 1990s. By means of
multi-temporal satellite imagery,
it has been possible to demonstrate
the development of vegetation
renewal on such land.
Further protection of the areas
could permit complete future
regeneration of the previous
maximum natural vegetation of
a savannah between the agricultural
fields. The ascertained land
use changes are linked to the
climatic changes in the Eastern Sahel
A User-Oriented Map Design in the SDI Environment: Using the Example of a European Reference Map at Medium Scale
Get PDFThe ever increasing demand of our information society for reliable Geographic Information (GI) is the moving power for the development and maintenance of Spatial Data Infrastructures (SDI). Consequently, an SDI works to full benefit of its users if the SDI data collection is accessible and can be efficiently used by all users in spatial problem solving and decision-making. Current development and use of SDI focuses on handling geospatial data entirely by means of information technology. Thereby, low awareness seems to be paid to a user-friendly and understandable presentation of geospatial data.
Based on the understanding that GI is the result of human geospatial information processing, it is argued that cartography is essential in the SDI context in order to achieve the objectives of SDI. Specifically, the thesis aimed at exploring the concept of user-oriented map design in relation to SDI and elaborating a methodology for creating effective cartographic representations for SDI relevant user types.
First of all, the SDI concept, its objectives and principles are explored using the example of the current European SDI initiatives as to the human aspect of an SDI. Secondly, in order to determine the role and task of cartography in the SDI context, the conceptual framework of contemporary cartography is reviewed to provide the theoretical and technological framework for a user-oriented map design. Given this, the SDI environment is assessed in relation to cartography with respect to the services providing access to the SDI data collection. Further, an SDI map production framework is elaborated utilising Spiess’ concept of the graphic filter as a model for the transformation of SDI data into useful cartographic representations. Besides, the map design strategy by Grünreich provides the starting point for developing the process of map production. The main tasks are detailed and justified taking into consideration the semiotic-cognitive and action-related concepts underpinning contemporary cartography. The applied research encompasses a case study which is performed to implement and, thus, evaluate the proposed methodology. It starts from a use case scenario where an international spatial planning team requires getting familiar with the overall geographic characteristics of a European cross-border area. Following the process steps of user-oriented map design in the SDI environment, a map design specification is elaborated and implemented under real world conditions.
The elaborated methodology for creating user-friendly and understandable cartographic representations of geospatial data in the SDI environment is based on theoretical and technological foundation of contemporary cartography. Map design in the SDI context, first of all, means to establish a graphic filter that determines the parameters and rules of the cartographic transformation process to be applied. As both an applied art and engineering the design of the graphic filter is a creative process developing a map design solution which enables SDI users to easily produce their map. It requires on the one hand an understanding of map use, map user and map use situation, and on the other hand insight into the data used as the source. The case study proves that the elaborated methodology is practicable and functional. Cartographic reverse engineering provides a systematic and pragmatic approach to the cartographic design task. This way, map design solutions can be built upon existing cartographic experience and common traditions as suggested by the INSPIRE recommendation for portrayal. The resulting design solution constitutes a prototype of a European Reference Map at medium scale built upon existing cartographic experience and common traditions. A user-friendly, understandable and comparable presentation of geospatial data in Europe would support the human and institutional potential for cross-border cooperation and collaboration. Besides that, the test implementation shows that tools are available which make it technically feasible and viable to produce a map from geospatial data in the SDI data collection.
The research project raises awareness to the human aspect of SDI inherit in its objective to support end users to derive GI and knowledge from the geospatial data gathered in the SDI data collection. The role and task of cartography in the SDI context is to contribute to the initiation, creation, and maintenance of portrayal services to facilitate a comprehensive access to the underlying geospatial data by means of a user-friendly and understandable graphic interface. For cartography to take effect in the SDI development and use, cartographic design knowledge has to be made explicit and operational. It is the responsibility of cartographic professionals to prepare the map design. The wide range of map use contexts requires a great flexibility of design variants depending on the dimension of human-map interaction. Therefore, the design of the maps needs to be user-driven to enable an efficient map use in the user’s task. Besides their function as a graphic interface, maps facilitate a common understanding of the depicted geographic features and phenomena when sharing GI between SDI users. In other words, map design can be regarded a measure to establish interoperability of geospatial data beyond the technical level. The research work is in the scope of communication cartography, a research domain seeking to deepen the understanding of the role of cartographic expressions when understanding and communication of GI is involved.Der wachsende Bedarf unserer Wissensgesellschaft an zuverlässigen Informationen über räumliche Strukturen und Sachverhalte ist die treibende Kraft bei Aufbau und Einsatz von Geodateninfrastrukturen (GDI). Eine Geodateninfrastruktur wirkt zum vollen Nutzen der Gesellschaft, wenn die Daten in der GDI zugänglich sind und effektiv für Erkenntnis- und Entscheidungsprozesse genutzt werden können. Die gegenwärtige Entwicklung von GDI setzt auf moderne Informationstechnologien bei der Geodatenverarbeitung. Dabei, wird einer bedarfsgerechten und nutzerfreundlichen Präsentation von Geodaten in ansprechender visueller Form wenig Aufmerksamkeit zuteil.
Da Geoinformation erst durch die Interaktion des Nutzers mit den Geodaten entsteht, ist es Aufgabe der Kartographie, bedarfsgerechte Kartendarstellungen zu gestalten und an der Schnittstelle zwischen einer Geodateninfrastruktur und ihren Nutzern bereitzustellen. Ziel der vorliegenden Dissertation ist es, eine Methodik für den Kartenherstellungsprozess in einer GDI-Umgebung zu entwickeln und beispielhaft zu erproben.
Zunächst, werden Konzept, Ziele und Prinzipien von Geodateninfrastruktur beispielhaft anhand der Europäischen GDI-Initiativen dargestellt und hinsichtlich des Bedarfs an kartographischen Darstellungen untersucht. Danach wird, ausgehend von der Forderung nach verständlichen und gut interpretierbaren Geoinformationen, die Rolle der Kartographie im GDI-Kontext bestimmt. Dabei werden zunächst Funktion und Aufgaben der Kartographie sowie die tragenden Konzepte und Grundlagen einer nutzerorientierten Kartengestaltung dargelegt. Der Vergleich der bestehenden Geodatenzugangsdienste zur Funktion der Kartographie ergibt eine Lücke, die es zu schließen gilt, um den Nutzeranforderungen gerecht zu werden. Dazu wird der Gesamtprozess für die Herstellung von Karten im GDI-Kontext beschrieben. In diesem Prozess kommt dem Graphikfilter von Spiess (2003) besondere Bedeutung als Modell eines wissensbasierten Systems zur Aufstellung und Umsetzung von kartographischen Gestaltungsregeln zu. Den Ausgangspunkt für die Ausarbeitung der Teilprozesse bieten die von Grünreich (2008) vorgeschlagenen Teilaufgaben der Kartographie im Rahmen der GDI. Mittels eines Anwendungsfalls im Europäischen Kontext wird der vorgeschlagene Gesamtprozess erprobt. Dieses Beispiel geht davon aus, dass eine internationale Planungsgruppe im Zuge der Konzeption einer grenzüberschreitenden Verkehrsverbindung eine anschauliche Beschreibung der Landschaft in Form einer einheitlich gestalteten und flächendeckenden Karte benötigt. Durch Anwendung des kartographischen Reverse Engineering anerkannt gut gestalteter Karten werden die Vorgaben für die Kartengestaltung ermittelt. Einschließlich der Anwendung auf konkrete GDI-Daten wird der zuvor entwickelte Herstellungsprozess ausgeführt und diskutiert.
Die entwickelte Methodik für den Kartenherstellungsprozess in der GDI-Umgebung basiert auf den semiotisch-kognitiven und handlungstheoretischen Konzepten der modernen Kartographie. Kartengestaltung im Kontext von Geodateninfrastrukturen bedeutet die Entwicklung eines Graphikfilters, der eine optimale bedarfsgerechte Visualisierung der Geodaten mittels nutzerspezifischer Parameter und Gestaltungsregeln ermöglicht. Wie das Fallbeispiel zeigt, ist es die durch die entwickelte Methodik möglich, brauchbare und nützliche Kartendarstellungen zu gestalten. Die Anwendung des kartographischen Reverse Engineering erlaubt es, Kartendarstellungen zu entwickeln, die - wie von INSPIRE empfohlen - bewährten kartographischen Erfahrungen und allgemeinen Traditionen entsprechen. Das Ergebnis des Anwendungsfalls ist ein Prototyp einer Europäischen Referenzkarte im Maßstab 1: 250,000. Die einheitliche und somit vergleichbare Darstellung über Grenzen hinweg unterstützt das Planungsteam in seiner Arbeit. Die praktische Umsetzung der Karte zeigt zudem, dass funktionsfähige Werkzeuge und Technologien für die regelbasierte Kartenherstellung aus GDI-Daten vorhanden sind.
Die Dissertation trägt dazu bei, das Bewusstsein für den menschlichen Aspekt der Nutzung einer Geodateninfrastruktur zu schärfen. Der Beitrag der Kartographie zur Nutzung der Geodaten einer GDI besteht in der Initiierung, Gestaltung und Pflege von Darstellungsdiensten, da die Nutzbarkeit der Geodaten am besten gewährleistet ist, wenn die Gestaltungsmethoden der Kartographie angewendet werden. Dabei liegt es in der Verantwortung der Kartographen, die nutzerseitigen Aspekte dieser graphischen Schnittstelle unter Berücksichtigung der modernen kartographischen Konzepte zu betreuen. Gemäß INSPIRE-Richtlinie werden auf Karten gestützte Informationen bei zahlreichen Tätigkeiten verwendet. Für eine effektive visuelle Informationsverarbeitung durch den Nutzer ist daher eine nutzerorientierte Kartengestaltung in Abhängigkeit von der geplanten Interaktion (z.B. Kommunikation oder Analyse) unerlässlich. Neben der Funktion als Schnittstelle machen kartographische Darstellungen räumliche Strukturen verständlich. Daher ist die Kartenherstellung im GDI-Kontext eine Maßnahme, um Interoperabilität von Geodaten über die technische Ebene hinaus auf menschlicher Ebene zu ermöglichen. Die Relevanz dieser Forschungsarbeit liegt im Bereich der Kommunikationskartographie, die die Effektivität und Verbindlichkeit der Kommunikation über räumliche Strukturen und Sachverhalte zu vertiefen sucht
Object-based remote sensing for modelling scenarios of rural livelihoods in the highly structured farmland surrounding Kakamega Forest, western Kenya: Object-based remote sensing for modelling scenarios of rural livelihoods in the highly structured farmland surrounding Kakamega Forest, western Kenya
Get PDFThis thesis analyses the highly structured and densely populated farmland surrounding Kakamega Forest (western Kenya) in a spatially-explicit manner. The interdisciplinary approach combines methodologies and technologies from different scientific disciplines: remote sensing with OBIA, GIS and spatially explicit modelling (geomatics and geographic science) with socio-economic as well as agro-economic considerations (human and social sciences) as well as cartographic science. Furthermore, the research is related to conservation biology (biological sciences).
Based on an in-situ ground truthing and visual image interpretation, very high spatial resolution QuickBird satellite imagery covering 466 km² of farmland was analysed using the concept of object-based image analysis (OBIA). In an integrative workflow, statistical analysis and expert knowledge were combined to develop a sophisticated rule set. The classification result distinguishing 15 LULC classes was used alongside with temporally extrapolated and spatially re-distributed population data as well as socio-/agro-economic factors in order to create a spatially-explicit typology of the farmland and to model scenarios of rural livelihoods.
The farmland typology distinguishes ten types of farmland: 3 sugarcane types (covering 48% of the area), 3 tea types (30%), 2 transitional types (15%), 1 steep terrain type (2%), and 1 central type (5%). The scenarios consider different developments of possible future yields and prices for the main agricultural products sugarcane, tea, and maize. Out of all farmland types, the ‘marginal sugarcane type’ is best prepared to cope with future problems. Besides a comparably low population density, a high share of land under cultivation of food crops coupled with a moderate cultivation of cash crops is characteristic for this type.
As part of the research conducted, several novel methodologies were introduced. These include a new conceptual framework for categorizing parameter optimization studies, the area fitness rate (AFR) as a novel discrepancy measure, the technique of ‘classification-based nearest neighbour classification’ for classes which are difficult to separate from others, and a novel approach for accessing the accuracy of OBIA classifications. Finally, this thesis makes a number of recommendations and elaborates promising starting points for further scientific research.:1. Introduction
2. Geodata and reference data
3. Object-based image analysis (OBIA)
4. Optimization of segmentation parameters
5. Feature selection and threshold determination
6. OBIA classification: rule set development and realisation
7. Classification results
8. Spatial farmland typology
9. Spatially explicit planning scenarios of rural livelihoods
10. DiscussionDie vorliegende Arbeit untersucht räumlich-expliziten das stark strukturierte und dicht besiedelte Agrarland um den Kakamega Wald (Westkenia). Dabei kombiniert der interdisziplinäre Ansatz Methoden und Technologien verschiedener Wissenschaftsbereiche: die Fernerkundung mit der objekt-basierten Bildanalyse (OBIA), GIS und die räumlich-explizite Modellierung (Geoinformatik und Geographie) mit sozio- und agro-ökonomische Aspekten (Human- und Sozialwissenschaft) sowie der Kartographie. Zudem steht die Arbeit in Bezug zum Schutz der biologischen Vielfalt (Biologie).
Ausgehend von einer Referenzdatenerfassung vor Ort und einer visuellen Bildinterpretation wurden räumlich sehr hochauflösende QuickBird-Satellitenbilddaten, die 466 km² des Agrarlandes abdecken, mit Hilfe von OBIA ausgewertet. In einem integrativen Ansatz wurden dabei statistische Verfahren und Expertenwissen kombiniert, um einen ausgefeilten Regelsatz zur Klassifizierung zu erzeugen. Das Klassifizierungsergebnis unterscheidet 15 Klassen der Landnutzung bzw. -bedeckung; zusammen mit zeitlich extrapolierten und räumlich neu verteilten Bevölkerungsdaten sowie sozio- und agro-ökonomischen Faktoren ermöglichte es, eine räumlich-explizite Typologie des Agrarlandes zu erstellen und Szenarien zum ländlichen Auskommen zu modellieren.
Die Agrarlandtypologie unterscheidet zehn Landtypen: 3 Zuckerrohr-dominierte Typen (48% des Gebietes), 3 Tee-dominierte Typen (30%), 2 Übergangstypen (15%), 1 Typ steilen Geländes (2%) und 1 zentralen Typ (5%). Die Szenarien betrachten mögliche zukünftige Entwicklungen der Erträge und Preise der Hauptanbauarten Zuckerrohr, Tee und Mais. Von allen Agrarlandtypen ist der „marginal Zuckerrohr-dominierte Typ“ am besten gerüstet, um zukünftigen Problemen zu begegnen. Bezeichnend für diesen Typ sind – neben einer vergleichsweise geringen Bevölkerungsdichte – ein hoher Anteil an Nahrungsmittelanbau zusammen mit einem gemäßigten Anbau von exportorientierten Agrarprodukten.
Als Teil der Forschungsarbeit werden verschiedene neuartige Methoden vorgestellt, u.a. ein neuer konzeptioneller Rahmen für das Kategorisieren von Studien zur Parameteroptimierung, die „area fitness rate“ (AFR) als neue Messgröße für Flächendiskrepanzen, die klassifikations-basierte Nächster-Nachbar Klassifizierung sowie ein Ansatz zum Bestimmen der Güte von OBIA-Klassifizierungen. Schließlich gibt die Arbeit eine Reihe von Empfehlungen und bietet vielversprechende Ausgangspunkte für weiterführende wissenschaftliche Forschungen.:1. Introduction
2. Geodata and reference data
3. Object-based image analysis (OBIA)
4. Optimization of segmentation parameters
5. Feature selection and threshold determination
6. OBIA classification: rule set development and realisation
7. Classification results
8. Spatial farmland typology
9. Spatially explicit planning scenarios of rural livelihoods
10. Discussio
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