Landeskarten der Schweiz - automatisierte Produktion unter Verwendung von axpand und FME

Schweizer Landeskarten sind qualitativ hochwertige Topografische Karten im Massstab 1:25 000 bis 1:1 000 000. Um die zunehmende Nachfrage nach vektoriellen GIS-Daten zu erfüllen, arbeitet das Bundesamt für Landestopografie swisstopo an Änderungen seines Produktionsprozesses, von der Zusammenstellung der topografischen Daten bis hin zur Kartenherstellung. Im Laufe der letzten 10 Jahre hat swisstopo eine Reihe von Projekten lanciert, um diesen Übergang zu ermöglichen. Eines dieser Projekte ist 'SysDab'. SysDab ist für die vollautomatische Generalisierung der Quelldaten, sowie für die vollautomatische und inkrementelle Aktualisierung der abgeleiteten Zieldaten zuständig. Die Technologie für SysDab wird von der Schweizer Firma Axes Systems AG entwickelt und basiert auf ihrem Kernprodukt „axpand“, ein datenbankbasiertes kartografisches GIS.

Die Generalisierung ist neben der Schriftplatzierung das «Kerngeschäft» der Kartografie und galt lange als nicht automatisierbar. Sie befasst sich mit der Aufgabe, die Kartenelemente trotz beschränkter Kartenfläche gut lesbar darzustellen. Dabei wird, falls nötig, Wichtiges betont und weniger Wichtiges vereinfacht oder weggelassen. Die Generalisierung ist ein äusserst komplexer Prozess, bei dem eine Vielzahl inhaltlicher, geometrischer und topologischer Regeln zu beachten sind.

Die Herausforderung für die automatische Generalisierung liegt darin, die kontextabhängigen und geometrischen Regeln so in einem Format zu definieren, dass ein EDV-System diese nutzen und dann in einen effektiven, logischen Prozess umsetzen kann. Die Kombinationen von komplexen Algorithmen, welche diese Regeln verwenden, müssen genau arbeiten und die benachbarten Kartenelemente in fast allen Fällen in Betracht ziehen. Das Resultat (und gleichzeitig Systemziel) der automatischen Generalisierung aus SysDab muss so gut sein, dass weniger als 25 % der Objekte manuell nachbearbeitet werden müssen. SysDab erreicht heute dieses Ziel. In den bisherigen Tests mit Mittellandblättern wurde festgestellt, dass durchschnittlich etwa 80 % der Objekte gemäss den Generalisierungsregeln korrekt generalisiert wurden. Das ist ein sehr gutes Resultat. Ein wichtiger Beitrag dazu ist eine exzellente Gebäudegeneralisierung, bei welcher komplexe Formen vereinfacht und Objekte oft leicht aneinander ausgerichtet werden müssen, sowie etliche weitere gut funktionierende Generalisierungsoperationen. Es besteht Potenzial, die automatische Generalisierung in SysDab noch weiter zu verbessern.

 
Kartografisches Quellmodell (links) und daraus in SysDab automatisch generalisiertes DKM25 (rechts). Quelle: swisstopo

Die Schnittstelle zwischen den Quelldaten, den Zieldaten und SysDab basiert auf der FME Technologie und baut sich auf ‚Interlis’, einem Standard Geodaten- Austauschformat in der Schweiz, auf. Bei swisstopo kommen die Quelldaten aus einer topografischen Datenbank (ArcGIS). FME bereitet die Daten für den Generalisierungsprozess auf. Dazu zählen die Transformation von 3D nach 2D, die Bündelung der Attribut-Tabellen und die Ausdünnung der irrelevanten Daten in Fällen, wo mehr Daten als benötigt zur Darstellung auf der Karte vorhanden sind.

Sobald Quelldaten über FME in ein ungeneralisiertes digitales kartografisches Modell in axpand übertragen sind, werden die Daten anhand der benutzerdefinierten Kriterien generalisiert. So werden mindestens 75 % korrekt generalisierte Zieldaten produziert. Zur kartografischen Generalisierung zählen, unter vielen anderen, Operationen wie Verdrängung, paralleles Ausrichten, Geometrietypwechsel, Zusammenfassung, Vereinfachung, Verschmelzen und Skalierung.

Zonenspezifische Generalisierungsregeln
axpand unterstützt die Definition von "Generalisierungszonen", in welchen Daten mit unterschiedlichen und zonenspezifischen Generalisierungsregeln bzw. Workflows generalisiert werden. Dies ermöglicht, dedizierte Generalisierungs-Workflows auf bestimmte Arten von Regionen, wie zum Beispiel Stadtzentren oder ländliche Gebiete, innerhalb des gleichen Generalisierungsprozesses auszuführen.

Inkrementelle Aktualisierung
Im Fall von SysDab wird die Lieferung von Quelldaten für die automatische inkrementelle Aktualisierung über eine Schnittstelle zwischen FME und axpand gesteuert. Drei separate Datensätze, bestehend aus Löschungen, Veränderungen und neuen Objekten, werden mit FME generiert. In Fällen, in denen sich Quelldaten verändert haben, bestimmt eine optionale Relevanzprüfung in axpand, ob die Veränderungen in den Quelldaten relevant genug sind, um importiert und weiter generalisiert zu werden. Die relevanten Veränderungen werden mittels erneuter Generalisierung prozessiert, um das abgeleitete Zielmodell umgehend automatisch zu aktualisieren.

axpand generiert und verwaltet stabile Objekt-IDs der abgeleiteten Daten während des gesamten Generalisierungsprozesses und über die Aktualisierungszyklen hinaus. Zusätzlich zu den Daten im abgeleiteten Modell erstellt und speichert axpand auch Beziehungen zwischen Quell- und abgeleiteten Features, so dass die Änderungen im Laufe der Zeit zurückverfolgt und für die Aktualisierung stets wiederverwendet werden können. Sobald das Zielmodell mittels Re-Generalisierung aktualisiert ist, werden die Daten wahlweise als Veränderungsinkremente an die Kartografie-Datenbank (ArcGIS) durch eine FME-basierte Schnittstelle weitergeleitet.
 
Ein Durchbruch in der automatischen Generalisierung und Aktualisierung
Dank der technischen Entwicklungen und innovativen Lösungen, einschließlich der Kombination von FME- Technologie und automatischer Generalisierung in axpand, ist es jetzt möglich, einen Großteil der Arbeit des Kartografen zu automatisieren. Auf diese Weise können sich Kartografen ausschliesslich auf komplexere Aufgaben fokussieren, welche von ihnen spezielles Know-how, Intuition und Erfahrung erfordern. Das swisstopo Projekt SysDab veranschaulicht in hervorragender Weise, wie sich axpand- und FME- Technologien innerhalb einer Geodateninfrastruktur bei der automatisierten Vorbereitung, Generalisierung, Aktualisierung und Bereitstellung von abgeleiteten Datenprodukten außergewöhnlich hoher Qualität ergänzen.