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Algorithmen der Objekterkennung
Die automatische Erkennung geomorphologischer Geländestrukturen
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Überblick Einleitung Geländemodell: TINs
Geomorphologische Grundbegriffe Erkennungsalgorithmus von Wassereinzugsgebieten Visualisierung Erweiterungsmöglichkeit Praktisches Beispiel
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1. Einleitung Digitale Geländemodelle
Welche Informationen lassen sich extrahieren? Durch geeignete Algorithmen können geomorphologische Geländeformen erkannt werden Interessant für kostengünstige Netzplanungen, wie Telekommunikationsnetze, Strassennetze J
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In hydrologischer Hinsicht interessant für
1. Einleitung In hydrologischer Hinsicht interessant für J Visualisierung von Geländeprofilen, Längsschnittbilanzen von Flussläufen J Simulation von Schneeschmelze J Hochwasserprognosen, Ausweisung von Überflutungsflächen J Planung mit knappen Wasserressourcen J Modellierung eines Niederschlag-Abfluss-Prozesses
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2. Geländemodell: TINs Höhenwerte in Dreiecksknoten gespeichert Höhe für jeden Punkt auf Geländeoberfläche berechenbar F TINs (Triangulated Irregular Neworks) Graph bestehend aus Knoten und Kanten (implizit Dreiecke) Als bevorzugtes Geländemodell für die Erkennung geomorphologischer Geländestrukturen
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lineare Interpolation
2. Geländemodell: TINs Liegt Geländepunkt auf Dreiecksknoten Höhenwert gegeben Dreieckskante lineare Interpolation Dreiecksfläche Interpolation zwischen 3 Punkten
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2. Geländemodell: TINs Weiterer Vorteil eines TINs:
Anpassungsfähigkeit an vorgegebene Geländesituation Integration von Landkarten Kanten eines digitalen Flusslaufes können zu Kanten der Constraint Triangulation werden Weiterer Vorteil eines TINs: Anpassungsfähigkeit an vorgegebene Geländesituation Weiterer Vorteil eines TINs: Anpassungsfähigkeit an vorgegebene Geländesituation Integration von Landkarten
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3. Geomorphologische Grundformen
Vorraussetzung einer automatischen Erkennung geomorphologischer Geländestrukturen: genaue Formalisierung und Definitionen Grundstrukturen komplexere Zusammenhänge ableitbar
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3. Geomorphologische Grundformen
3.1 Punkförmige Grundformen Gipfel Mulde Pass
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3. Geomorphologische Grundformen
Diffluente Kante Transfluente Kante Konfluente Kante 3.2 Linienförmige Grundformen
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3. Geomorphologische Grundformen
3.3 Ablaufpfad Der Ablaufpfad eines Punktes p beginnt in p und folgt solange der Richtung des grössten Gefälles, bis er einen Muldenpunkt erreicht hat. Rhein Main Mosel Saar Maas Lahn Nordsee Weser Ems Koblenz
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3. Geomorphologische Grundformen
3.3 Ablaufpfad L Problem: Richtung des grössten Gefälles nicht immer eindeutig! J Lösung: p auf diffluenten Kante 2 Ablaufpfade J Lösung: p auf Knoten mit Gefälle in mehreren Richtungen absolute Maximum der Gefälle auswählen
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3. Geomorphologische Grundformen
3.4 Wassereinzugsgebiet Das Wassereinzugsgebiet eines Punktes p umfasst alle Punkte, deren Ablaufpfad durch p geht. Wassereinzugsgebiet einer Mulde Becken Grenze eines Beckens Wasserscheide
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4. Erkennungsalgorithmus von Wassereinzugsgebieten
´ Muldenpunkte auswählen4Untersuchung der TIN-Knoten auf lokale Minima ´ Suchen der Ablaufpfade, die in einem Muldenpunkt enden ´ 1. Tiefensuche: Alle konfluente Kanten bergauf zurückverfolgen besuchte Kanten und Knoten markieren inzidente Dreiecksflächen markieren ´ 2. Tiefensuche: das gleiche für transfluente Kanten ´ die so markierten Dreiecke werden zu einem Wassereinzugsgebiet zusammengefasst ´ Durch Entfernen der Inneren Kanten entsteht die Wasserscheide
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4. Erkennungsalgorithmus von Wassereinzugsgebieten
´ Suchen der Ablaufpfade, die in einem Muldenpunkt enden 4konfluente Kanten bergauf zurückverfolgen ´ Durch Entfernen der Inneren Kanten entsteht die Wasserscheide ´ die so markierten Dreiecke werden zu einem Wassereinzugsgebiet zusammengefasst ´ 2. Tiefensuche für transfluente Kanten ´ Alle besuchten Kanten und Knoten werden markiert + inzidente Dreiecksflächen ´ Muldenpunkte auswählen4Untersuchung der TIN-Knoten auf lokale Minima
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4. Erkennungsalgorithmus von Wassereinzugsgebieten
Dreiecke mit 1 Eingangskante und Ausgangskanten können nicht immer genau einem Wassereinzugsgebiet zugeordnet werden!
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4. Erkennungsalgorithmus von Wassereinzugsgebieten
Lösung: Generierung von Pseudokanten
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4. Erkennungsalgorithmus von Wassereinzugsgebieten
Aufwand der Berechnung ä Für jedes dieser n Dreiecke könnte es 1 Pseudokante geben. ä Jede dieser n Pseudokanten könnte jedes der n Dreiecke einmal oder sogar mehrmals passieren. Es könnten bis zu n³ Pseudokanten eingefügt werden müssen. J Methode bleibt aber praktikabel, da Aufwand in der Praxis deutlich geringer ausfällt. Aufwand der Berechnung ä Für jedes dieser n Dreiecke könnte es 1 Pseudokante geben. ä Jede dieser n Pseudokanten könnte jedes der n Dreiecke einmal oder sogar mehrmals passieren. Aufwand der Berechnung ä Für jedes dieser n Dreiecke könnte es 1 Pseudokante geben. ä Jede dieser n Pseudokanten könnte jedes der n Dreiecke einmal oder sogar mehrmals passieren. Es könnten bis zu n³ Pseudokanten eingefügt werden müssen. Aufwand der Berechnung Aufwand der Berechnung ä Für jedes dieser n Dreiecke könnte es 1 Pseudokante geben.
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5. Visualisierung 50 m Höhenlinien Pass Muldepunkt Gipfel Muldenpunkt
1. Ordnung 2. Ordnung Start konfluent diffluent transfluent konfluent diffluent transfluent Pseudo Zusatz
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5. Visualisierung
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6. Erweiterungsmöglichkeit
Algorithmus erkennt auch Becken mit einer Tiefe im Zentimeterbereich Generalisierung in Form von Filterung der Eingangsdaten
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7. Praktisches Anwendungsbeispiel
Hochwassersimulation für Bonn
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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Fragen?
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