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AUTOMOTIVE INFOCOM TRANSPORT &

ENVIRONMENT

AERONAUTICS SPACE DEFENCE &

SECURITY

Kartierung und Veränderungsanalyse invasiver Pflanzen – objektorientierte

Bildanalyse unter Verwendung von WorldView2 Daten

Classification & Change Detection of Invasive Plants – Object-based Image Analysis using

WorldView2

Elke Krätzschmar(1), Johann Sehner(1) , Horst Klemm(1)

Dr. Albert Böhm(2), John R. Phillips(3)

InterGEO 2012 Hannover, 11.10.2012

(1) IABG, Test and Analysis, Hermann-Reichelt-Str. 3, 01109 Dresden, Germany(2) US ARMY, USAG Hohenfels, DPW-Environmental Division, Bldg. 34, Camp Nainhof, 92366 Hohenfels, Germany(3) PARSONS, 1100 Boulders Parkway, Suite 700, Richmond, VA 23225, USA

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IABG Geodatenservice der GeoDaten Factory

3D-Stereoauswertung

• 3D-Stadtmodelle

• Gesplittete Abwassergebühr

• Solarpotentialanalyse

• Straßen- und Grünflächenkataster

Photogrammetrie

• Geländemodelle – DGM/DTM

• Oberflächenmodelle – DOM/DSM

• Aerotriangulation und Orthofotoerstellung

• Orthofotomosaikierung

Interpretation / Digitalisierung

• Vektordatenerfassung

• Automatisierte Bildanalyse

• Klassifizierung und Attributierung

• Auswertung von Luft- und Satellitenbildern

• Topographische Karten / Planwerke

Datenbeschaffung

• Befliegungskampagnen

• Luft- und Satellitenbilder aller Sensortypen

• Digitale Gelände- und Oberflächenmodelle

• Laserscanning-Daten (LIDAR)

• Vektordaten, Sachdaten, Kartenrecherche

Geoinformatik

• GIS-Entwicklung

• Add-Ins, Fachschalen, Web

• (Geo-) Datenbankmodellierung

• Datenbankanbindung zu GIS / CAD System

• Schnittstellenprogrammierung

GIS-Consulting

• Projektmanagement

• Beratung zu GIS-Systemen

• GIS-Einführung und Migration

• Qualitätssicherung

• Kooperation

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Inhalt

Testgebiet

Hintergrund der Untersuchung

Datenlage

Klassifizierungsansatz „auf drei Säulen“

Zusammenfassung & Ausblick

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Testgebiet

Hohenfels, Oberpfalz

militärisch genutztes Übungsgebiet (ca. 160km²)

Merkmale:

Karst/ kalkhaltige Böden

gekennzeichnet durch natürliche und naturnahe Magerrasen & -weiden

(artenreich mit Einzelgehölzen; hoher landschaftsökologischer Schutzstatus)

in Kulturlandschaft(Monokulturen) in dieser Ausdehnung nur noch selten,

Ausbreitung invasiver Pflanzen – u.a. Schlehen (Prunus Spinosa)

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Situation im Testgebiet

5

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Ziele

Erhalt & Pflege naturnaher Rasengesellschaften als wertvollen Lebensraum

Eindämmung der Schlehen-Ausbreitung

Fläche unter Beobachtung ca. 58km²

Eindämmung der Kosten (Pflegemaßnahmen) – erkennen junger Stadien wichtig

NIEDRIGE BESTÄNDE (NEU)

Hütehaltung oder Mahd

ca. 200€/ha*

MITTLERE BESTÄNDE

Mahd, Mulchen, Ansaat/

Renaturierung

400 – 5000 €/ha*

* Kosten der Erst- und Dauerpflege, verändert nach FRIELINGHAUS 1998, TAMPE UND HAMPICKE 1995, KELLERMANN UND REINÖHL 1997, LUICK 1995 und DLZ 1994

HÖHERE BESTÄNDE

Mulchen, ggf. manueller Eingriff,

Renaturierung

3000 – 8000€/ha*

60k €3km²

810k € 1,65Mio €

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Aerial Imagery 2007

LIDAR Optech ALTM 3100

DSM/DTM 2007

WorldView2 2012 (2x)

LIDAR Trimble Harrier 56

DSM/DTM 2012

Datenlage

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LIDAR

Höhendifferenzen

Klassifikation – Merkmalsraum

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LIDAR Daten & Klassifikation

situation

DTM

DSM 2012

Trimble Harrier 56 (0.5m)

DSM 2007

Optech ALTM 3100 (1m)

2x (DSM-DTM)

trees

shrub

grassland

2007/03/15 (Optech ALTM 3100 (1m)

928.03.2019

4 m

0,1m

2012/03/23 Trimble Harrier 56 (0.5m)

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Generalisierung nach Höhengruppen

2007

2012

2007

2012

Regeldatensatz:

datensatzabhängige,

bedingte Aggregation über

Nachbarschaften,

relative Bezüge & Änderungen

2007/12

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LIDAR

Höhendifferenzen

Spektrale Signaturen

Luftbild/ WorldView2

Varianz,

Nachbarschaftsbez.

Klassifikation – Merkmalsraum

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Klassifikation – Spektralsignaturen WV2 (Auszug)

12

Prunus Spinosa

(young)

Prunus Spinosa

Grassland

Forest

2012/05/25 2012/06/19

20

07

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LIDAR

Höhendifferenzen

Spektrale Signatur

Luftbild/ WorldView2Textur

WorldView2 pan Ausschlusskriterium

Varianz,

Nachbarschaftsbez.

Kombination

Klassifikation – Merkmalsraum

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Texturanalyse (panchromatisch)

homogeneous

texture, no elevation (shadow)

texture, no elevation (vegetation)

texture, elevation (forest-shrub)

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LIDAR

Höhendifferenzen

Spektrale Signatur

Luftbild/ WorldView2Textur

WorldView2 pan Ausschlusskriterium

Varianz,

Nachbarschaftsbez.

definierte Klasse

Kombination

Klassifikation – Merkmalsraum

objektbasierten Analyse (eCognition)

logische Erweiterungen über Regelwerk

• Referenzwissen

• Nachbarschaften

• Plausibilitäten & Bewertung

der Änderungen 2007/2012

• Mindestgrößen/Ähnlichkeiten

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Klassifikation – Ergebnis

LIDAR

Höhendifferenzen

Spektrale Signatur

Luftbild/ WorldView2

Textur

aggregierte

Klassifikation

Maske

(Veränderlichkeit)

sichere Klassen:

Zuweisungsmatrix

Generalisierung1:

Ähnlichkeit,

Nachbarschaft,

Größe/ Lage

Generalisierung2:

Klasse!,

rel. Änderung,

Lage/ Plausibilität

+ eCognition

(Regelbasis)

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Zusammenfassung

Status

Kontrolle visuell (Referenzfotos & Gebiete)

Vor-Ort-Vergleich erfasster Neuvorkommen steht aus (QS)

Teilergebnisse hätten unabhängig voneinander kein flächendeckend

zufriedenstellendes Ergebnis erzielt:

LIDAR: Änderungen überzeichnet durch jahreszeitliche, hardware-/ prozessbedingte Effekte

Spektral Worldview2/ Luftbild: Unsicherheiten bedingt durch Mischwuchs, variable

phänologische Entwicklung, Standorteigenschaften

Textur Heterogenität

Teilergebnisse ermöglichen modularen Aufbau

indiv. Anpassung an Eingangsdaten

Objektbasierter Klassifikationsansatz:

Kombination von Bildanalyse

Post-processing (daten- & klassenspezifisch logische Beziehungen)

Erweiterung des nutzbaren Merkmalsraumes i.R.d. Generalisierung

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Zusammenfassung – Projektziele

Erhalt & Pflege naturnaher Rasenformen … flächenhafte Erfassung

Bisher: manuell, auf selektiven Arealen

flächendeckende robusten Klassifikationsergebnissen – Überblick geschaffen

kann zur Planung beitragen

Kosten (Pflegemaßnahmen)

Statusbericht kann zur Planung von Erhaltungsmaßnahmen beitragen

Kostenreduktion kann durch frühes, gezieltes Eingreifen

Kostenkontrolle externer Firmen/ vereinfachte Abrechnung (?)

Ausblick (Statusbericht)

Vor-Ort-Vergleich erfasster Neuvorkommen

konkrete Kosten-Nutzen-Rechnung

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Geodaten Factory – Ihr Geodatenservice

3D-Stereoauswertung

• 3D-Stadtmodelle

• Gesplittete Abwassergebühr

• Solarpotentialanalyse

• Straßen- und Grünflächenkataster

Photogrammetrie

• Geländemodelle – DGM/DTM

• Oberflächenmodelle – DOM/DSM

• Aerotriangulation und Orthofotoerstellung

• Orthofotomosaikierung

Interpretation / Digitalisierung

• Vektordatenerfassung

• Automatisierte Bildanalyse

• Klassifizierung und Attributierung

• Auswertung von Luft- und Satellitenbildern

• Topographische Karten / Planwerke

Geoinformatik

• GIS-Entwicklung

• Add-Ins, Fachschalen, Web

• (Geo-) Datenbankmodellierung

• Datenbankanbindung zu GIS / CAD System

• Schnittstellenprogrammierung

GIS-Consulting

• Projektmanagement

• Beratung zu GIS-Systemen

• GIS-Einführung und Migration

• Qualitätssicherung

• Kooperation

IABG mbH Geodaten Factory

Elke Krätzschmar

Herrmann-Reichelt-Str. 3

01109 Dresden

+49 351 8923-124

kraetzschmar@iabg.de

www.iabg.de

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IABG mbH

Geodaten Factory

Elke Krätzschmar

Herrmann-Reichelt-Str. 3

01109 Dresden

Germany

Telefon +49 351 8923-124

kraetzschmar@iabg.de

www.iabg.de

Kontakt

Partner

Albert Böhm

US ARMY, USAG Hohenfels,

DPW-Environmental Division, Bldg. 34, Camp Nainhof

92366 Hohenfels

John R. Phillips

PARSONS

1100 Boulders Parkway, Suite 700

Richmond, VA 23225 (USA)