Bundesamt für Kartographie und Geodäsie

Der zeitliche Wandel von Geodaten

Universelle Zeitreihenanalyse zur Bestimmung von Veränderungen und zuverlässige Vorhersagen

Anhand von Zeitreihen lassen sich die Veränderungen der Landschaft ganzheitlich und umfassend untersuchen. Eine Untersuchung der zeitlichen Variationen kann unterschiedlichen Zwecken des Umweltschutzes und der nachhaltigen Nutzung unseres Lebensraums dienen. Für eine solche Zeitreihenanalyse müssen Geodaten unterschiedlicher Herkunft und unterschiedlichen Alters, d. h. sowohl historische Karten bzw. ältere Luft- und Satellitenbilddaten als auch hochaktuelle Luftbilder miteinander kombiniert gespeichert und ausgewertet werden. Geodaten unterschiedlicher Herkunft und unterschiedlichen Alters weisen in der Regel sehr heterogene Strukturen auf. Diese Daten aus unterschiedlichen Quellen gilt es, einer universellen Struktur zuzuführen um somit eine Analyse zu ermöglichen. Besondere Herausforderungen begründen sich hierbei nicht nur durch die diversen Aufnahme- und Kartierungsmethoden, welche über die Historie hinweg verwendet und weiterentwickelt wurden. Im Vergleich zu aktuellen Kartenwerken, welche oft in digitaler Form, blattschnittfrei und hochaufgelöst vorliegen, können historische Karten maßstäbliche Verzerrung, abweichende Generalisierungen oder Artefakte aufweisen. Auch die Verarbeitung von analoger zu digitaler Form, bspw. durch das Einscannen, kann einen Einfluss auf die „Datenqualität“ haben. Als Eingangsdaten sind beispielsweise die Preußische Uraufnahme, oder die Preußische Neuaufnahme ab 1877 zu nennen.

Ziele

Ziel des Forschungsauftrages ist die Entwicklung von Methoden zur automatisierten Klassifizierung, Speicherung und Analyse von Geodaten unterschiedlichen Alters und unterschiedlicher Qualität. Hierdurch soll die Zeitreihenanalyse von Geodaten ermöglicht werden.

Folgende Forschungsleitfragen sollen beantwortet werden:

  • Welche Rückschlüsse über zeitliche Veränderungen der Landbedeckung können gewonnen werden?
  • Können aus heterogenen Daten bestehende Zeitreihen gewinnbringend in einem KI-basierten Verfahren (Deep Learning) gemeinsam prozessiert werden, um die Veränderung der Landbedeckung mit ausreichender Genauigkeit zu bestimmen, und wie übertragbar ist ein solches Verfahren?
  • Welche (Geo-)Informationen lassen sich aus historischen Kartenwerken oder historischen Luftbildern verlässlich ableiten?

Welche Struktur und Schnittstellen muss eine Datenbank aufweisen um die verschiedenen Quellen zu berücksichtigen und letztendlich in Einklang zu bringen?

Der Fokus der Untersuchung liegt auf den Möglichkeiten einer harmonisierten Analyse von historischen und modernen Daten. Demnach sind sowohl historische, als auch aktuelle Geodaten und Erdbeobachtungsdaten zu berücksichtigen, letztere vornehmlich als Beweis, dass historische Daten mit modernen Daten harmonisiert werden können.

Projekthauptverantwortlicher: apl. Prof. Dr. Rottensteiner, Universität Hannover Institut für Photogrammetrie und GeoInformation

Ansprechpartner BKG: Dr. Thorsten Dahms