Geländeanalysen 2.0

Oberflächenanalysen sind für viele verschiedene Einsatzgebiete interessant. Je nach Verwendungszweck kann man den Wert einer Analyse deutlich verbessern, wenn man einige Punkten Beachtung schenkt.

Mit Geoinformationssysteme können bekanntlich Vektor- und Rasterdaten analysiert werden. Letzere verwenden wir oft für die Modellierung des Geländes mit digitalen Höhenmodellen (DHM). Mit den Methoden der sogenannten Geomorphometrie und einem DHM können wir Geländeformen quantitativ beschreiben.

Anwendungen für Geländeanalysen

Analysen von Geländeformen sind für unsere Kundinnen und Kunden für verschiedene Einsatzzwecke nützlich. Beispielsweise lassen sich damit Aussagen machen zur:

  • Lagegüte von Land, Grundstücken und Gebäuden: exponiert versus ‚versteckt‘, Südhang versus Nordhang, Seesicht, Bergsicht, in einer Mulde, in einem Geländeeinschnitt, relativ ‚hoch‘ oder ‚tief gelegen‘, …
  • Ausprägung von physikalischen Prozessen wie Naturgefahren (Sturzgefahren, Lawinen, etc.), Schneedecke bzw. Schneeschmelze, Erosion, Versickerung, …
  • Eignung für den Abbau oder die Ablagerung von Material: Kiesgruben, Sandgruben, Mulden, Deponien, …
  • idealen Planung von Infrastruktur, so dass diese möglichst nicht das Landschaftsbild stört. Beispiele sind Strassen, Stromleitungen oder Bauten.

Die Auflösung bestimmt, was wir finden

Das Problem fast aller Analysen von Geländeformen mit Geoinformationssystemen besteht darin, dass die Auflösung (also die Zellengrösse) des verwendeten DHM direkt die Auflösung der Analyse bestimmt und damit auch, was wir in unserer Untersuchung überhaupt finden können. Dies aus folgendem Grund: Bei der Berechnung von Grössen wie Hangneigung und Wölbungen (Kurvaturen) für einen bestimmten Ort untersuchen die meisten Geoinformationssysteme die 9 nächsten Rasterzellen im DHM (manchmal auch nur 4!). Anschliessend wird in diesem 3×3-Ausschnitt des DHMs (gelb-grün) eine mathematische Oberfläche (türkis) eingepasst:

Anpassen einer Oberfläche an DHM-Rasterzellen (Quelle: Esri)

Für die Berechnung von Kurvaturen wird eine gewölbte Oberfläche verwendet. Für die Berechnung der Hangneigung kann die Oberfläche je nach verwendetem Algorithmus auch plan sein.

Wenn wir Hangneigung und Kurvaturen auf diese klassische Art berechnen, erfassen wir nur jene Geländeformen, die ungefähr im Skalenbereich von 3×3 DHM-Rasterzellen liegen. Wenn wir für unsere Berechnungen swissALTI3D mit 2 Metern Auflösung verwenden, finden wir also Formen von ungefähr 6 Metern Grösse. Verwenden wir DHM25, beschreiben wir Geländeformen von ungefähr 75 Metern Auflösung.

Aber es gibt einen Ausweg

Dass wir uns von der DHM-Auflösung die Resultate der Analyse diktieren lassen, ist unhaltbar. Die Auflösung des DHM zu mindern, ist aber aus diversen Gründen auch keine Lösung. Stattdessen setzen wir bei EBP für knifflige Fragestellungen Spezialsoftware ein, die es uns erlaubt, Geländeformen auf mehreren Skalenebenen zu analysieren. Statt nur eine 3×3-Umgebung zu verwenden, können wir beliebig grosse Umgebungen (zum Beispiel 5×5, 11×11, 21×21) definieren, die dann für die Berechnung von zum Beispiel Hangneigung und Kurvaturen benutzt werden. Zudem erlaubt uns das Tool deutlich mehr und aussagekräftigere Parameter zu berechnen als Standard-Geoinformationssysteme.

Es folgen einige Beispiele zur Veranschaulichung. Wo nicht anders beschrieben, sind die folgenden Resultate gemittelte Werte von 3×3-, 5×5-, 7×7-, 9×9- und 11×11-Umgebungen. Damit lassen sich also Geländeformen von circa 75 bis circa 275 Metern Grösse identifizieren:

Maximalkurvatur, über 3×3 bis 11×11 Rasterzellen berechnet. Dieser Parameter betont Grate (Formen, die zumindest in eine Richtung stark konvex sind) in violett und Mulden oder Trichter (Formen, die in alle Richtungen betrachtet konkav sind) in grün.
Minimalkurvatur, über 3×3 bis 11×11 Rasterzellen berechnet. Dieser Parameter betont Geländeeinschnitte im Skalenbereich 75-225 Meter (Formen, die zumindest in eine Richtung stark konkav sind) in grün und Kuppen oder Gipfel (Formen, die in alle Richtungen betrachtet stark konvex sind) in braun.
Longitudinalkurvatur, über 3×3 bis 11×11 Rasterzellen berechnet. Dieser Parameter betont Hangfüsse und Täler im Skalenbereich 75-225 Meter (Formen, die in Richtung der Fall- bzw. Fliesslinie konkav sind) in blau und obere Hangenden oder Grate (Formen, die in Fliessrichtung betrachtet konvex sind) in rot.
Wiederum Darstellung der Longitudinalkurvatur, hier aber über 3×3 bis 21×21 Rasterzellen berechnet (statt „nur“ bis 11×11 Rasterzellen). Man sieht, wie diese Analyse im Vergleich zur vorherigen grössere Geländeformen betont.

Mit den richtigen Werkzeugen können aus DHM und anderen Oberflächendaten sehr viel mehr Erkenntnisse gezogen werden als mit den weitum bekannten Standard-Tools. Sollten Sie im Zusammenhang mit Oberflächen mal auf knifflige Fragen stossen, dürfen Sie sich natürlich gerne unverbindlich bei uns melden.

 

Jetzt neu: Durchlässige Grenzen bei der Schweizer Bergsicht

Aiguille Verte.
Monte Disgrazia.
Ortler.

Alles Namen von Bergen, die das Herz jedes Bergsteigers höher schlagen lassen. Und Namen von Bergen, welche von Schweizer Boden aus sichtbar sind. Dass diese in unserem Bergsicht-Datensatz bisher nicht berücksichtigt waren, konnten wir nicht länger hinnehmen. Zur Erinnerung: Mit dem Bergsichtkataster können wir für jeden Punkt der Schweiz voraussagen, wieviele und welche dominanten Berge zu sehen sind.

Die Berechnung des Bergsichtkataster wurde also mit 113 ausländischen Bergspitzen wiederholt, zusätzlich zu den 217 dominanten Bergen in der Schweiz. Damit war der Beitritt zu Schengen auch bei der Bergsicht vollzogen. Der Bergsichtkataster zeigt für jeden Ort in der Schweiz an, wie viele der ausgewählten Bergspitzen zu sehen sind. Das Spektrum reicht dabei von 0 bis 177 sichtbaren Gipfeln.

 

Natürlich wurde die effektive Bergsicht in der Nähe der Grenzen durch das Fehlen ausländischer Berggipfel zuvor unterschätzt. Besonders augenfällig ist der Unterschied an der Genfer Riviera, die einen grossen Teil der ‚Ressource Bergsicht‘ aus dem nahen französischen Ausland bezieht. Der Unterschied ist in dieser Karte, welche die Differenz vorher/nachher darstellt, schön zu sehen:

Wo ist denn nun der Ort, an dem man die meisten Gipfel sieht?

Diese Frage wird sich jeder unersättliche Bergbetrachter beim Anblick des Bergsichtkatasters stellen. Die Antwort ist für Leute, die sich in den Schweizer Bergen bewegen wenig überraschend: Auf dem Finsteraarhorn. Dieser Berner Viertausender drängt sich gar oft vorwitzig ins Gipfelpanorama. Egal ob man eine Skitour im Bündner Oberland, eine Wanderung in den Voralpen oder eine Gondelfahrt auf den Titlis macht, spätestens auf dem Gipfel kann man die dunkle Pyramide des Finsteraarhorns am Horizont ausmachen.

Für Fans von guter Aussicht, welche es aber lieber gemütlich statt steil und eisig mögen, schlage ich andere Anwendungen des Bergsichtkatasters vor: Man kann den Grillplatz, die Gartenbeiz oder das Thermalbad mit der besten Bergsicht der Schweiz eruieren. GIS macht’s möglich! Falls Sie an solchen oder auch etwas ernsthafteren Fragestellungen interessiert sind, könnte Ihnen unser Bergsichtkataster gute Dienste leisten. Nehmen Sie doch Kontakt mit uns auf.

Das Schweizer Bergsichtkataster – eine Betaversion

Seit einiger Zeit haben wir auf standortfaktoren.ch auch die Bergsichtabfrage der 217 dominantesten Berge der Schweiz integriert. Vom Pfannenstiel sieht man zum Beispiel 40 der 217 Berge . Hinter der Abfrage steckt eine Datenbank, die flächendeckend für die gesamte Schweiz die Anzahl der sichtbaren Berge gespeichert hat. Interessant wird es, wenn wir diese Daten auf einer Karte darstellen. Wir erhalten ein Bergsichtkataster der Schweiz:

(PDF-Dokument)

Wenn man sich einen Ausschnitt aus dem Raum Zürich anschaut, werden die „Hotspots“ am Zürichberg, Witikon, Forch und Pfannenstiel direkt sichtbar:

Ein paar Anmerkungen dazu:

  • Die Auswahl der Bergspitzen basiert auf den dominantesten Gipfeln der Schweiz und wurde um einige allgemein bekannte Gipfel wie Eiger, Üetliberg usw. ergänzt.
  • Zur Berechnung der Sichtbarkeit wurde eine Aussichtshöhe von 2 m über Grund und eine maximale Sichtweite von 120 km angenommen. Meteorologische Einschränkungen wurden nicht berücksichtigt.
  • Es sind momentan nur Schweizer Berge berücksichtigt. Daher ist die Aussage über die Sichtbarkeit an den Grenzen zu den anderen Alpenländern nur eingeschränkt gültig. (Update 5.05.2011: Wir haben die Daten aktualisiert und berücksichtigen angrenzende Bergspitzen).

Sind sie an diesen Daten interessiert? Nehmen Sie doch Kontakt mit uns auf.

Die Auswahl der Bergspitzen basiert auf den
dominantesten Gipfeln der Schweiz und wurde
um einige allgemein bekannte Gipfel wie Eiger,
Üetliberg usw. ergänzt. Zur Berechnung der
Sichtbarkeit wurde eine Aussichtshöhe von 2 m
über Grund und eine maximale Sichtweite von
120 km angenommen. Meteorologische
Einschränkungen wurden nicht
berücksichtigt.Es sind momentan nur Schweizer Berge
berücksichtigt, daher ist die
Aussage über Sichtbarkeit an
den Grenzen zu den anderen
Alpenländern nur
eingeschränkt.

iPhone Applikation SwissPeaks: 10’000 Installationen (Update 2: 70’000 Installationen)

Letztes Jahr haben wir zusammen mit der ETH Zürich die iPhone Applikation „SwissPeaks“ in den App-Store von Apple gebracht. Mittlerweile wurde die Applikation schon über 10’000 Mal installiert. Ein Grund für den Erfolg war sicherlich auch die positiven Berichte in der Tages- und Fachpresse: Der Zürcher Tagesanzeiger und der Blick haben SwissPeaks als eine der besten Apps für das Skifahren ausgewählt. Die deutsche iPhone Zeitschrift „iPhone&Co“ und ihre Website „Apps&Co“ hat der Applikation 5 Sterne gegeben.

Wir haben zusätzlich eine Seite mit Live-Statistiken für die Zugriffe unseres Datenservices zur Sichtbarkeit aufgeschaltet. Dort kann man tagesaktuell erforschen, wo unsere Applikation in der Schweiz genutzt wird (leider momentan nicht mit Microsoft’s Internet Explorer. Bitte benutzen Sie Firefox, Safari oder Chrome).

Update April 2010: Mittlerweile sind wir bei über 40’000 Installationen und bis zu 2’500 Serverzugriffe pro Tag.

Update 2 September 2010: Mittlerweile sind wir bei ca. 70’000 Installationen.

SwissPeaks: Benennung von Bergspitzen in der Handykamera

Zusammen mit dem Lehrstuhl für Information Management der  ETH haben wir eine iPhone Applikation entwickelt, die die Alltagstauglichkeit von Augmented Reality demonstriert: Falls Sie ein iPhone 3GS besitzen, können Sie die Applikation im iTunes Appstore herunterladen (Update 2017: Die App ist mittlerweile nicht mehr im App Store verfügbar).

Mehr Informationen gibt es auf der EBP-Seite.

Augmented Reality und GIS

Update September 2017: Leider sind einige Links unten veraltet. Das Thema ist jedoch aktueller denn je…

Das Stichwort Augmented Reality geistert in den letzten Monaten nicht nur durch die IT-Fachpresse: Die neue Generation von Smartphones erlaubt es, in das Bild der eingebauten Kamera zusätzliche Informationen darzustellen. Typische Beispiele sind Wegweiser zu der nächsten U-Bahn-Station, Hinweise zu freien Wohnungen, nächstgelegene Wiki-Artikel oder trendig-aktuell die Richtung aus der IT-Natives twittern.

(Quelle: Wikipedia)
Augmented Reality auf dem Handy (Quelle: Wikipedia)

Augmented Reality (kurz AR) funktioniert nur, wenn neben einem GPS und Neigungssensoren auch ein Kompass im Handy verbaut ist. Dies ist seit einiger Zeit schon für die Android-basierten Handy möglich. Seit dem 9.  September ermöglicht die Version 3.1 des iPhone OS ebenfalls die Verbreitung von AR-basierten Applikationen auf den neuesten iPhones. Im AppStore tauchen bereits die ersten Versionen auf.

Es gibt jedoch Hinweise, dass AR Applikationen zum jetzigen Zeitpunkt  nicht so gut funktionieren, wie man es sich wünschen würde. Ein Erfolgsfaktor für AR ist neben einer reibungslos funktionierenden Technik und einfachen Bedienung vor allen Dingen aber auch die Frage, was denn auf dem Bildschirm dargestellt werden soll. Und an dieser Stelle sollte jeder GIS-Experte aufspringen und die Hände hochstrecken.

Was ist unsere Meinung?

  • Geodaten sind die Datengrundlage jeder Augmented Reality Applikation.
  • Augmented Reality ist ein GIS-Browser des 21. Jahrhunderts.

Das Thema bleibt spannend und wir werden in den nächsten Tagen weiter über dieses Thema berichten.