Automatische Auswertung von Orthophotos zur Bestimmung des Befestigungsgrades von Einzugsgebieten

Hintergrund

Für viele Fragestellungen in der Siedlungshydrologie (GEP-Bearbeitung, Niederschlag-Abfluss-Modellierung etc.) werden mehr oder weniger detaillierte Informationen über die Oberflächenbedeckung (z.B. Anteil an Strassen, Dächern und Grünflächen oder nur die gesamte befestigte Fläche) des Untersuchungsgebietes benötigt. Diese Daten werden bis jetzt von Hand aus Plänen, Luftbildern und vor Ort aufgenommen. Diese manuelle Aufnahme beansprucht insbesondere für grössere Einzugsgebiete mit hohem Befestigungsgrad sehr viel Zeit und ist dementsprechend kostspielig.

Die vorliegende Methode wurde an der Abteilung Ingenieurwissenschaften der EAWAG entwickelt. Dabei hat die automatische Auswertung von Farbluftbildern gute Resultate im Vergleich zur manuellen Digitalisierung gezeigt. Auch Versuche mit neusten, hochaufgelösten Satellitenbildern lieferten gute Resultate.

Dienstleistung

Wir können für Sie eine solche Auswertung durchführen. Sie liefern uns das Orthophoto und die Teileinzugsgebiete (z.B. in einem Vektorformat). Wir bestimmen für das Orthophoto welche Pixel besfestigt und welche unbefestigt sind, verschneiden dieses Resultat mit den Teileinzugsgebieten und liefern Ihnen eine Liste der Teileinzugsgebiete mit zugehörigem Befestigungsgrad. Die Methode dieser halb-automatischen Auswertung ist für grosse Einzugsgebiete sehr kostengünstig im Vergleich zu einer Handdigitalisierung, natürlich weniger genau, aber sicher genauer als das übliche Verfahren der Zuordnung eines Befestigungsgrades bzw. Abflussbeiwertes pro Bauzone, das in der Praxis häufig angewandt wird.

Methode

Die im folgenden vorgestellte, automatische Erfassung der Oberflächenarten aus Farbluftbildern erlaubt nur die Unterscheidung zwischen undurchlässigen (oder befestigten) und durchlässigen Flächen.

Multispektrale Klassifizierung

Als Grundlage wird ein digitales Farbluftbild oder Orthophoto (entzerrtes Farbluftbild mit den geometrischen Eigenschaften einer Karte) verwendet. Dieses besteht aus einzelnen quadratischen Bildpunkten (Pixel) einer bestimmten Auflösung (0.2-1.5 m). Das digitale Bild entsteht durch Scannen eines analogen Luftbildes (23x23 cm), das mit einer Kamera in einem bestimmten Massstab aufgenommen wurde. Scannerauflösung und Massstab bestimmen die Auflösung des digitalen Bildes. Jedes Pixel beinhaltet eine Farbinformation in Form von drei Zahlen, die den jeweiligen Helligkeitswert in den drei Grundfarben rot, grün und blau (R, G, B) angeben. Bei Satelliten- oder Infrarotbildern sind zusätzlich Helligkeitswerte von anderen Spektralbereichen (sog. Kanäle) der elektromagnetischen Strahlung vorhanden (nahes und fernes Infrarot, Wärmestrahlung).

Mit einer multispektralen Klassifizierung wird nun versucht, jedes Pixel aufgrund seiner Farb- bzw. Spektralinformation einer bestimmten Oberflächenart (Klasse) zuzuordnen. Anhand von Gebieten (sog. Trainingsgebieten) mit bekannter Oberflächenart, die von Hand ausgewählt werden, wird für jede Oberflächenart eine Helligkeitsverteilung in jeder Grundfarbe bestimmt. Aufgrund dieser Helligkeitsverteilungen wird mittels der Methode der maximalen Mutmasslichkeit (Maximum Likelihood) jeder Bildpunkt des Luftbildes einer Oberflächenklasse zugeordnet. Anschliessend werden die detaillierten Oberflächenklassen in die beiden Klassen «durchlässig» und «undurchlässig» zusammengefasst. Abb.1 und 2 zeigen das ursprüngliche Luftbild und das Klassifikationsergebnis.

 



Abb.1: Ursprüngliches Farbluftbild
Abb.2: Auswertung 
grün: durchlässig, rot: undurchlässig, schwarz: Schatten

Resultate

Die Methode wurde an verschiedenen Einzugsgebieten getestet. Der Vergleich mit der Handdigitalisierung der befestigten Flächen zeigt Abweichungen kleiner als 10%.

©Fankhauser GEP Data Consulting, last update 19.03.2009, back to top