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1© D. Schulz
Algorithmen der Objekterkennung
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Überblick
1. Einleitung2. Geländemodell: TINs3. Geomorphologische Grundbegriffe4. Erkennungsalgorithmus von
Wassereinzugsgebieten5. Visualisierung6. Erweiterungsmöglichkeit7. Praktisches Beispiel
3© D. Schulz
1. Einleitung
Digitale GeländemodelleWelche Informationen lassen sich extrahieren?
Interessant fürkostengünstige Netzplanungen, wie
Telekommunikationsnetze, Strassennetze
Durch geeignete Algorithmen können geomorphologische Geländeformen erkannt werden
4© D. Schulz
1. Einleitung
Planung mit knappen Wasserressourcen
In hydrologischer Hinsicht interessant für
Hochwasserprognosen, Ausweisung von Überflutungsflächen
Simulation von Schneeschmelze Visualisierung von Geländeprofilen,
Längsschnittbilanzen von Flussläufen Modellierung eines Niederschlag-Abfluss-Prozesses
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Graph bestehend aus Knoten und Kanten (implizit Dreiecke)
Höhe für jeden Punkt auf Geländeoberfläche berechenbar
Höhenwerte in Dreiecksknoten gespeichert
2. Geländemodell: TINs
TINs (Triangulated Irregular Neworks)
Als bevorzugtes Geländemodell für die Erkennung geomorphologischer Geländestrukturen
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Liegt Geländepunkt auf
Dreiecksfläche
2. Geländemodell: TINs
Höhenwert gegeben
Interpolation zwischen 3 Punkten
Dreiecksknoten
lineare InterpolationDreieckskante
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2. Geländemodell: TINs
Weiterer Vorteil eines TINs:Anpassungsfähigkeit an vorgegebene GeländesituationWeiterer Vorteil eines TINs:Anpassungsfähigkeit an vorgegebene Geländesituation
Integration von Landkarten
Weiterer Vorteil eines TINs:Anpassungsfähigkeit an vorgegebene Geländesituation
Integration von Landkarten
Kanten eines digitalen Flusslaufes können zu Kanten der Constraint Triangulation werden
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Grundstrukturen komplexere Zusammenhänge ableitbar
3. Geomorphologische Grundformen
Vorraussetzung einer automatischen Erkennung geomorphologischer Geländestrukturen:
genaue Formalisierung und Definitionen
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3. Geomorphologische Grundformen
3.1 Punkförmige Grundformen
Gipfel Mulde Pass
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3. Geomorphologische Grundformen
3.2 Linienförmige Grundformen
Diffluente Kante
Transfluente Kante
Konfluente Kante
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3. Geomorphologische Grundformen
3.3 AblaufpfadRhein MainMose
l
Saar
Maas Lahn
Nordsee
WeserEms
Koblenz
Der Ablaufpfad eines Punktes p beginnt in p und folgt solange der Richtung des grössten Gefälles, bis er einen Muldenpunkt erreicht hat.
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Lösung: p auf diffluenten Kante
Lösung: p auf Knoten mit Gefälle in
mehreren Richtungen
3. Geomorphologische Grundformen
3.3 AblaufpfadProblem: Richtung des grössten Gefälles nicht immer eindeutig!
2 Ablaufpfade
absolute Maximum der Gefälle auswählen
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3. Geomorphologische Grundformen
3.4 WassereinzugsgebietDas Wassereinzugsgebiet eines Punktes p umfasst alle Punkte, deren Ablaufpfad durch p geht.Wassereinzugsgebiet einer Mulde BeckenGrenze eines Beckens Wasserscheide
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Muldenpunkte auswählenUntersuchung der TIN-Knoten auf lokale Minima
Suchen der Ablaufpfade, die in einem Muldenpunkt enden1. Tiefensuche: Alle konfluente Kanten bergauf
zurückverfolgen besuchte Kanten und Knoten
markieren inzidente Dreiecksflächen markieren2. Tiefensuche: das gleiche für transfluente Kanten
die so markierten Dreiecke werden zu einem Wassereinzugsgebiet
zusammengefasst Durch Entfernen der Inneren Kanten entsteht die Wasserscheide
4. Erkennungsalgorithmus von Wassereinzugsgebieten
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Muldenpunkte auswählenUntersuchung der TIN-Knoten auf lokale Minima
Suchen der Ablaufpfade, die in einem Muldenpunkt enden konfluente Kanten bergauf zurückverfolgen
Alle besuchten Kanten und Knoten werden markiert + inzidente Dreiecksflächen
2. Tiefensuche für transfluente Kanten die so markierten Dreiecke werden zu einem Wassereinzugsgebiet
zusammengefasst
Durch Entfernen der Inneren Kanten entsteht die Wasserscheide
4. Erkennungsalgorithmus von Wassereinzugsgebieten
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4. Erkennungsalgorithmus von Wassereinzugsgebieten Dreiecke mit 1 Eingangskante und 2
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 BerechnungAufwand der Berechnung Für jedes dieser n Dreiecke könnte es 1 Pseudokante
geben. 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 Für jedes dieser n Dreiecke könnte es 1 Pseudokante
geben.
Aufwand der Berechnung Für jedes dieser n Dreiecke könnte es 1 Pseudokante
geben. Jede dieser n Pseudokanten könnte jedes der n
Dreiecke einmal oder sogar mehrmals passieren.
Aufwand der Berechnung Für jedes dieser n Dreiecke könnte es 1 Pseudokante
geben. Jede dieser n Pseudokanten könnte jedes der n
Dreiecke einmal oder sogar mehrmals passieren.
Es könnten bis zu n³ Pseudokanten eingefügt werden müssen. Methode bleibt aber praktikabel, da Aufwand in der Praxis deutlich geringer ausfällt.
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konfluentdiffluenttransfluent
konfluentdiffluenttransfluentPseudoZusatz
Muldenpunkt1. Ordnung2. OrdnungStart
50 m HöhenlinienPassMuldepunktGipfel
5. Visualisierung
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5. Visualisierung
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6. ErweiterungsmöglichkeitAlgorithmus erkennt auch Becken mit einer Tiefe im Zentimeterbereich
Generalisierung in Form von Filterung der Eingangsdaten
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7. Praktisches AnwendungsbeispielHochwassersimulation für
Bonn
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