TY  - THES
A1  - Wolff, Markus
T1  - Geovisual methods and techniques for the development of three-dimensional tactical intelligence assessments
T1  - Methoden und Techniken zur Entwicklung dreidimensionaler Lagebilder für Belange der zivilen Sicherheit
N2  - This thesis presents methods, techniques and tools for developing three-dimensional representations of tactical intelligence assessments. Techniques from GIScience are combined with crime mapping methods. The range of methods applied in this study provides spatio-temporal GIS analysis as well as 3D geovisualisation and GIS programming. The work presents methods to enhance digital three-dimensional city models with application specific thematic information. This information facilitates further geovisual analysis, for instance, estimations of urban risks exposure. Specific methods and workflows are developed to facilitate the integration of spatio-temporal crime scene analysis results into 3D tactical intelligence assessments. Analysis comprises hotspot identification with kernel-density-estimation techniques (KDE), LISA-based verification of KDE hotspots as well as geospatial hotspot area characterisation and repeat victimisation analysis. To visualise the findings of such extensive geospatial analysis, three-dimensional geovirtual environments are created. Workflows are developed to integrate analysis results into these environments and to combine them with additional geospatial data. The resulting 3D visualisations allow for an efficient communication of complex findings of geospatial crime scene analysis.
N2  - Diese Arbeit präsentiert Methoden, Techniken und Werkzeuge für die Entwicklung dreidi-mensionaler Lagebilder. Zu diesem Zweck werden Verfahren der Geoinformatik mit solchen der raumbezogenen Straftatenanalyse kombiniert. Das Spektrum der angewandten Methoden und Techniken umfasst raumzeitliche GIS-Analysen ebenso wie 3D Geovisualisierungen und GIS-Anwendungsprogrammierung. Um komplexe geovisuelle Analysen auf Basis virtueller 3D-Stadtmodelle zu ermöglichen, werden Datenbanken digitaler Stadtmodelle um anwendungsspezifische Fachinformationen ergänzt. Dies ermöglicht weiterführende Analysen, zum Beispiel zur räumlichen Verteilung urbaner Risiken. Weiterhin präsentiert die Arbeit Methoden und Verfahren zur Integration der Ergebnisse komplexer raumzeitlicher Straftatenanalysen in dreidimensionale Lagebilder. Die durchgeführten Analysen umfassen die Identifikation von Brennpunkten spezifischer Delikte mittels Techniken der Kerndichteschätzung, die Verifikation dieser Hotspots durch LISA-Statistiken, GIS-basierte räumliche Charakterisierungen von Brennpunkten sowie Analysen zur wiederholten Viktimisierung. Zur Visualisierung der Ergebnisse komplexer raumzeitlicher Analysen werden dreidimensionale geovirtuelle Umgebungen erzeugt. Um weitere raumbezogene Daten ergänzt, werden sämtliche Analyseergebnisse in diese Umgebungen integriert. Die resultierenden 3D-Visualisierungen erlauben eine effiziente Kommunikation der Ergebnisse komplexer raumbezogener Straftatenanalysen.
KW  - raumbezogene Straftatenanalyse
KW  - GIS
KW  - geovirtuelle Umgebungen
KW  - 3D-Geovisualisierung
KW  - 3D-Stadtmodelle
KW  - Crime mapping
KW  - GIS
KW  - geovirtual environments
KW  - 3D geovisualisation
KW  - 3D city models
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-50446
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jamil, Abdlhamed
T1  - Fernerkundung und GIS zur Erfassung, Modellierung und Visualisierung orientalischer Stadtstrukturen : das Beispiel Sanaa (Jemen)
T1  - Acquisition, modelling and visualisation of oriental city structures with remote sensing and GIS : the case of Sanaa (Yemen)
N2  - Gegenstand dieser Arbeit ist die Konzeption, Entwicklung und exemplarische Implementierung eines generischen Verfahrens zur Erfassung, Verarbeitung, Auswertung und kartographischen Visualisierung urbaner Strukturen im altweltlichen Trockengürtel mittels hochauflösender operationeller Fernerkundungsdaten. Das Verfahren wird am Beispiel der jemenitischen Hauptstadt Sanaa einer Vertreterin des Typus der Orientalischen Stadt angewandt und evaluiert. Das zu entwickelnde Verfahren soll auf Standardverfahren und Systemen der raumbezogenen Informationsverarbeitung basieren und in seinen wesentlichen Prozessschritten automatisiert werden können. Daten von hochauflösenden operationellen Fernerkundungssystemen (wie z.B. QuickBird, Ikonos u. a.) erlauben die Erkennung und Kartierung urbaner Objekte, wie Gebäude, Straßen und sogar Autos. Die mit ihnen erstellten Karten und den daraus gewonnenen Informationen können zur Erfassung von Urbanisierungsprozessen (Stadt- und Bevölkerungswachstum) herangezogen werden. Sie werden auch zur Generierung von 3D-Stadtmodellen genutzt. Diese dienen z.B. der Visualisierung für touristische Anwendungen, für die Stadtplanung, für Lärmanalysen oder für die Standortplanung von Mobilfunkantennen. Bei dem in dieser Arbeit erzeugten 3D-Visualisierung wurden jedoch keine Gebäudedetails erfasst. Entscheidend war vielmehr die Wiedergabe der Siedlungsstruktur, die im Vorhandensein und in der Anordnung der Gebäude liegt. In dieser Arbeit wurden Daten des Satellitensensors Quickbird von 2005 verwendet. Sie zeigen einen Ausschnitt der Stadt Sanaa in Jemen. Die Fernerkundungsdaten wurden durch andere Daten, u.a. auch Geländedaten, ergänzt und verifiziert. Das ausgearbeitete Verfahren besteht aus der Klassifikation der Satellitenbild-aufnahme, die u.a. pixelbezogen und für jede Klasse einzeln (pixelbezogene Klassifikation auf Klassenebene) durchgeführt wurde. Zusätzlich fand eine visuelle Interpretation der Satellitenbildaufnahme statt, bei der einzelne Flächen und die Straßen digitalisiert und die Objekte mit Symbolen gekennzeichnet wurden. Die aus beiden Verfahren erstellten Stadtkarten wurden zu einer fusioniert. Durch die Kombination der Ergebnisse werden die Vorteile beider Karten in einer vereint und ihre jeweiligen Schwächen beseitigt bzw. minimiert. Die digitale Erfassung der Konturlinien auf der Orthophotomap von Sanaa erlaubte die Erstellung eines Digitalen Geländemodells, das der dreidimensionalen Darstellung des Altstadtbereichs von Sanaa diente. Die 3D-Visualisierung wurde sowohl von den pixelbezogenen Klassifikationsergebnissen auf Klassenebene als auch von der digitalen Erfassung der Objekte erstellt. Die Ergebnisse beider Visualisierungen wurden im Anschluss in einer Stadtkarte vereint. Bei allen Klassifikationsverfahren wurden die asphaltierten Straßen, die Vegetation und einzeln stehende Gebäude sehr gut erfasst. Die Klassifikation der Altstadt gestaltete sich aufgrund der dort für die Klassifikation herrschenden ungünstigen Bedingungen am problematischsten. Die insgesamt besten Ergebnisse mit den höchsten Genauigkeitswerten wurden bei der pixelbezogenen Klassifikation auf Klassenebene erzielt. Dadurch, dass jede Klasse einzeln klassifiziert wurde, konnte die zu einer Klasse gehörende Fläche besser erfasst und nachbearbeitet werden. Die Datenmenge wurde reduziert, die Bearbeitungszeit somit kürzer und die Speicherkapazität geringer. Die Auswertung bzw. visuelle Validierung der pixel-bezogenen Klassifikationsergebnisse auf Klassenebene mit dem Originalsatelliten-bild gestaltete sich einfacher und erfolgte genauer als bei den anderen durch-geführten Klassifikationsverfahren. Außerdem war es durch die alleinige Erfassung der Klasse Gebäude möglich, eine 3D-Visualisierung zu erzeugen. Bei einem Vergleich der erstellten Stadtkarten ergibt sich, dass die durch die visuelle Interpretation erstellte Karte mehr Informationen enthält. Die von den pixelbezogenen Klassifikationsergebnissen auf Klassenebene erstellte Karte ist aber weniger arbeits- und zeitaufwendig zu erzeugen. Zudem arbeitet sie die Struktur einer orientalischen Stadt mit den wesentlichen Merkmalen besser heraus. Durch die auf Basis der 2D-Stadtkarten erstellte 3D-Visualisierung wird ein anderer räumlicher Eindruck vermittelt und bestimmte Elemente einer orientalischen Stadt deutlich gemacht. Dazu zählen die sich in der Altstadt befindenden Sackgassen und die ehemalige Stadtmauer. Auch die für Sanaa typischen Hochhäuser werden in der 3D-Visualisierung erkannt. Insgesamt wurde in der Arbeit ein generisches Verfahren entwickelt, dass mit geringen Modifikationen auch auf andere städtische Räume des Typus orientalische Stadt angewendet werden kann.
N2  - This study aims at the development and implementation of a generic procedure for the acquisition, processing, analysis and cartographic visualisation of urban space in arid zone cities based on operational remote sensing imagery. As a proof of concept the Yemeni capital Sanaa has been selected as a use case. The workflow developed is based on standard procedures and systems of spatial information processing and allows for subsequent automation oft its essential processes. Today, high-resolution remote sensing data from operational satellite systems (such as QuickBird, Ikonos etc) facilitate the recognition and mapping of urban objects such as buildings, streets and even cars which, in the past could only be acquired by non-operational aerial photography. The satellite imagery can be used to generate maps and even 3D-representation of the urban space. Both maps and 3D-visualisations can be used for up-to-date land use mapping, zoning and urban planning purposes etc. The 3D-visualisation provides a deeper understanding of urban structures by integrating building height into the analysis. For this study remote sensing data of the Quickbird satellite data of 2005 were used. They show a section of the city of Sanaa in Yemen. The remote sensing data were supplemented and verified by other data, including terrain data. The image data are then subjected to thorough digital image. This procedure consists of a pixel-oriented classification of the satellite image acquisition at class level. In addition, a visual interpretation of the satellite image has been undertaken to identify and label individual objects (areas, surfaces, streets) etc. which were subsequently digitised. The town maps created in both procedures were merged to one. Through this combination of the results, the advantages of both maps are brought together and their respective weaknesses are eliminated or minimized. The digital collection of the contour lines on the orthophoto map of Sanaa allowed for the creation of a digital terrain model, which was used for the three-dimensional representation of Sanaa's historic district. The 3D-visualisation was created from the classification results as well as from the digital collection of the objects and the results of both visualisations were combined in a city map. In all classification procedures, paved roads, vegetation and single buildings were detected very well. The best overall results with the highest accuracy values achieved in the pixel-oriented classification at class level. Because each class has been classified separately, size belonging to that class can be better understood and optimised. The amount of data could be reduced, thus requiring less memory and resulting in a shorter processing time. The evaluation and validation of the pixel-oriented visual classification results at class level with the original satellite imagery was designed more simply and more accurately than other classification methods implemented. It was also possible by the separate recording of the class building to create a 3D-visualisation. A comparison of the maps created found that the map created from visual interpretation contains more information. The map based on pixel-oriented classification results at class level proved to be less labor- and time-consuming, and the structure of an oriental city with the main features will be worked out better. The 2D-maps and the 3D-visualisation provide a different spatial impression, and certain elements of an oriental city clearly detectable. These include the characteristic dead ends in the old town and the former city wall. The typical high-rise houses of Sanaa are detected in the 3D-visualisation. This work developed a generic procedure to detect, analyse and visualise urban structures in arid zone environments. The city of Sanaa served as a proof of concept. The results show that the workflow developed is instrumental in detecting typical structures of oriental cities. The results achieved in the case study Sanaa prove that the process can be adapted to the investigation of other arid zone cities in the Middle East with minor modifications.
KW  - Fernerkundung
KW  - 3D-Visualisierung
KW  - Klassifikation
KW  - 2D-Stadtmodell
KW  - orientalische Stadt
KW  - remote sensing
KW  - 3D visualization
KW  - classification
KW  - 2D city model
KW  - oriental city
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-50200
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schulze, Thomas
T1  - Ermittlung historischer Parameter eines kleinen Einzugsgebietes am Beispiel des Pfefferfließes
T1  - Detection of historical paramters of a small catchment area for the example Pfefferfließ
N2  - Am Beispiel eines Fließgewässers (Pfefferfließ) wurde unter Verwendung verschiedener Methoden die hydrologische Situation eines naturnahen Zustandes des 18. Jh. dargestellt bzw. ermittelt. Die Grundlage zur Ermittlung eines naturnahen Zustandes des 18. Jh. waren historische Daten wie z.B. Karten, Handschriften, Meliorationspläne. Die Detektierung bzw. Aufnahme historischer Querschnitte sowie die Modellierung des Abflusses im 18 Jh. tragen ebenfalls zu einer Generierung des Gesamtbildes im 18.Jh. bei. Die aus diesen Daten gewonnenen Erkenntnisse wurden auf die weitere Anwendung als Leitbild für Renaturierungsmaßnahmen überprüft.
KW  - Pfefferfließ
KW  - historisches Kartenmaterial
KW  - historischer Querschnitt
KW  - Leitbild
KW  - LAWA
KW  - pepper yield
KW  - historical maps
KW  - historical cross-section
KW  - model
KW  - LAWA
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-48436
ER  - 
TY  - THES
A1  - Werth, Susanna
T1  - Calibration of the global hydrological model WGHM with water mass variations from GRACE gravity data
T1  - Kalibrierung des globalen hydrologischen Modelles WGHM mit Wassermassenvariationen aus GRACE-Schwerefelddaten
N2  - Since the start-up of the GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) mission in 2002 time dependent global maps of the Earth's gravity field are available to study geophysical and climatologically-driven mass redistributions on the Earth's surface. In particular, GRACE observations of total water storage changes (TWSV) provide a comprehensive data set for analysing the water cycle on large scales. Therefore they are invaluable for validation and calibration of large-scale hydrological models as the WaterGAP Global Hydrology Model (WGHM) which simulates the continental water cycle including its most important components, such as soil, snow, canopy, surface- and groundwater. Hitherto, WGHM exhibits significant differences to GRACE, especially for the seasonal amplitude of TWSV. The need for a validation of hydrological models is further highlighted by large differences between several global models, e.g. WGHM, the Global Land Data Assimilation System (GLDAS) and the Land Dynamics model (LaD). For this purpose, GRACE links geodetic and hydrological research aspects. This link demands the development of adequate data integration methods on both sides, forming the main objectives of this work. They include the derivation of accurate GRACE-based water storage changes, the development of strategies to integrate GRACE data into a global hydrological model as well as a calibration method, followed by the re-calibration of WGHM in order to analyse process and model responses. To achieve these aims, GRACE filter tools for the derivation of regionally averaged TWSV were evaluated for specific river basins. Here, a decorrelation filter using GRACE orbits for its design is most efficient among the tested methods. Consistency in data and equal spatial resolution between observed and simulated TWSV were realised by the inclusion of all most important hydrological processes and an equal filtering of both data sets. Appropriate calibration parameters were derived by a WGHM sensitivity analysis against TWSV. Finally, a multi-objective calibration framework was developed to constrain model predictions by both river discharge and GRACE TWSV, realised with a respective evolutionary method, the ε-Non-dominated-Sorting-Genetic-Algorithm-II (ε-NSGAII). Model calibration was done for the 28 largest river basins worldwide and for most of them improved simulation results were achieved with regard to both objectives. From the multi-objective approach more reliable and consistent simulations of TWSV within the continental water cycle were gained and possible model structure errors or mis-modelled processes for specific river basins detected. For tropical regions as such, the seasonal amplitude of water mass variations has increased. The findings lead to an improved understanding of hydrological processes and their representation in the global model. Finally, the robustness of the results is analysed with respect to GRACE and runoff measurement errors. As a main conclusion obtained from the results, not only soil water and snow storage but also groundwater and surface water storage have to be included in the comparison of the modelled and GRACE-derived total water budged data. Regarding model calibration, the regional varying distribution of parameter sensitivity suggests to tune only parameter of important processes within each region. Furthermore, observations of single storage components beside runoff are necessary to improve signal amplitudes and timing of simulated TWSV as well as to evaluate them with higher accuracy. The results of this work highlight the valuable nature of GRACE data when merged into large-scale hydrological modelling and depict methods to improve large-scale hydrological models.
N2  - Das Schwerefeld der Erde spiegelt die Verteilung von Massen auf und unter der Erdoberfläche wieder. Umverteilungen von Erd-, Luft- oder Wassermassen auf unserem Planeten sind damit über eine kontinuierliche Vermessung des Erdschwerefeldes beobachtbar. Besonders Satellitenmissionen sind hierfür geeignet, da deren Umlaufbahn durch zeitliche und räumliche Veränderung der Schwerkraft beeinflusst wird. Seit dem Start der Satellitenmission GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) im Jahr 2002 stellt die Geodäsie daher globale Daten von zeitlichen Veränderungen des Erdschwerefeldes mit hoher Genauigkeit zur Verfügung. Mit diesen Daten lassen sich geophysikalische und klimatologische Massenumverteilungen auf der Erdoberfläche studieren. GRACE liefert damit erstmals Beobachtungen von Variationen des gesamten kontinentalen Wasserspeichers, welche außerordentlich wertvoll für die Analyse des Wasserkreislaufes über große Regionen sind. Die Daten ermöglichen die Überprüfung von großräumigen mathematischen Modellen der Hydrologie, welche den natürlichen Kreislauf des Wassers auf den Kontinenten, vom Zeitpunkt des Niederschlags bis zum Abfluss in die Ozeane, nachvollziehbar machen. Das verbesserte Verständnis über Transport- und Speicherprozesse von Süßwasser ist für genauere Vorhersagen über zukünftige Wasserverfügbarkeit oder potentielle Naturkatastrophen, wie z.B. Überschwemmungen, von enormer Bedeutung. Ein globales Modell, welches die wichtigsten Komponenten des Wasserkreislaufes (Boden, Schnee, Interzeption, Oberflächen- und Grundwasser) berechnet, ist das "WaterGAP Global Hydrology Model" (WGHM). Vergleiche von berechneten und beobachteten Wassermassenvariationen weisen bisher insbesondere in der jährlichen Amplitude deutliche Differenzen auf. Sehr große Unterschiede zwischen verschiedenen hydrologischen Modellen betonen die Notwendigkeit, deren Berechnungen zu verbessern. Zu diesem Zweck verbindet GRACE die Wissenschaftsbereiche der Geodäsie und der Hydrologie. Diese Verknüpfung verlangt von beiden Seiten die Entwicklung geeigneter Methoden zur Datenintegration, welche die Hauptaufgaben dieser Arbeit darstellten. Dabei handelt es sich insbesondere um die Auswertung der GRACE-Daten mit möglichst hoher Genauigkeit sowie um die Entwicklung einer Strategie zur Integration von GRACE Daten in das hydrologische Modell. Mit Hilfe von GRACE wurde das Modell neu kalbriert, d.h. Parameter im Modell so verändert, dass die hydrologischen Berechnungen besser mit den GRACE Beobachtungen übereinstimmen. Dabei kam ein multikriterieller Kalibrieralgorithmus zur Anwendung mit dem neben GRACE-Daten auch Abflussmessungen einbezogen werden konnten. Die Modellkalibierung wurde weltweit für die 28 größten Flusseinzugsgebiete durchgeführt. In den meisten Fällen konnte eine verbesserte Berechnung von Wassermassenvariationen und Abflüssen erreicht werden. Hieraus ergeben sich, z.B. für tropische Regionen, größere saisonale Variationen. Die Ergebnisse führen zu einem verbesserten Verständnis hydrologischer Prozesse. Zum Schluss konnte die Robustheit der Ergebnisse gegenüber Fehlern in GRACE- und Abflussmessungen erfolgreich getestet werden. Nach den wichtigsten Schlussfolgerungen, die aus den Ergebnissen abgeleitet werden konnten, sind nicht nur Bodenfeuchte- und Schneespeicher, sondern auch Grundwasser- und Oberflächenwasserspeicher in Vergleiche von berechneten und GRACE-beobachteten Wassermassenvariationen einzubeziehen. Weiterhin sind neben Abflussmessungen zusätzlich Beobachtungen von weiteren hydrologischen Prozessen notwendig, um die Ergebnisse mit größerer Genauigkeit überprüfen zu können. Die Ergebnisse dieser Arbeit heben hervor, wie wertvoll GRACE-Daten für die großräumige Hydrologie sind und eröffnen eine Methode zur Verbesserung unseres Verständnisses des globalen Wasserkreislaufes.
KW  - Schwerefeld
KW  - Hydrolgische Modellierung
KW  - Globaler Wasserkreislauf
KW  - Wassermassenvariationen
KW  - gravity
KW  - gydrological modelling
KW  - global water cycle
KW  - water mass variations
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41738
ER  -