Forschungspro­jekte

Insbesondere durch Verbreitung von sozialen Netzwerken, Web-2.0-Plattformen und kostengünstigen Sensortechnologien hat sich in den letzten Jahren die Verfügbarkeit von raumbezogenen Daten rasant entwickelt. Kennzeichen dieser Entwicklung ist die Beteiligung der Nutzer, die unter Verwendung von Smartphones und sonstigen mobilen Geräten „nutzergenerierte geografische Informationen“ (Volunteered Geographic Information, kurz VGI) erzeugen. Diese Daten bieten vielfältige Anwendungsmöglichkeiten sowohl für die Lösung gesellschaftlicher Herausforderungen z.B. in den Bereichen Umwelt, Gesundheit oder Verkehr aber auch für die Entwicklung kommerzieller Produkte und Dienstleistungen.
Wesentlicher Kern des beantragten Schwerpunktprogramms ist die Fragestellung, wie Visualisierungsmethoden zur Erschließung von VGI beitragen und die Interaktion zwischen Handlungsakteuren unterstützen können. Forschungsfragen betreffen hier sowohl den Bereich der Gewinnung raumbezogener Informationen, der visuellen Analyse und kartografischen Kommunikation als auch die Berücksichtigung des sozialen Kontexts bei der Erhebung und Nutzung von VGI.

An der Antragstellung zum DFG-Schwerpunktprogramm waren neben Prof. Burghardt vom Institut für Kartographie der TU Dresden auch Prof. Wolfgang Nejdl (Leibniz Universität Hannover, Forschungszentrum L3S), Prof.  Jochen Schiewe (HafenCity Universität Hamburg, g2lab Geoinformatik und Geovisualisierung) und Prof. Monika Sester (Leibniz Universität Hannover, Institut für Kartographie und Geoinformatik) beteiligt.

Als Koordinator und Sprecher wird Prof. Burghardt tätig sein.

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Volunteered Geographic Informationen (VGI) in Form von aktiv und passiv generierten räumlichen Inhalten bieten ein umfangreiches Potenzial für eine Vielzahl von Anwendungen. Die Realisierung dieses Potenzials erfordert jedoch Methoden, die die spezifischen Eigenschaften solcher Daten berücksichtigen, zum Beispiel ihre Heterogenität, Qualität, Subjektivität, räumliche Auflösung und zeitliche Relevanz. Die Erstellung und Produktion solcher Inhalte durch Social-Media-Plattformen ist Ausdruck menschlichen Verhaltens und als solches stark von Ereignissen und externen Kontexten beeinflusst. In diesem Projekt werden wir geovisuelle Analysemethoden entwickeln, die zeigen, wie die Akteure in LBSM interagieren und wie ihre Interaktionen ihre physische und soziale Umgebung und ihre Beziehungen beeinflussen und von ihnen beeinflusst werden.

In der ersten Phase des Projekts haben wir ein konzeptuelles Modell entwickelt und demonstriert, das die Extraktion, Analyse und Visualisierung von Ereignissen und Reaktionen auf Ereignisse in ortsbezogenen sozialen Medien (LBSM) ermöglicht. Ein zentrales Element dieses Modells und seiner Umsetzung ist die Integration von räumlichen, zeitlichen, thematischen und sozialen Dimensionen in Verbindung mit einer expliziten Verknüpfung von Ereignissen und Reaktionen. Das Folgeprojekt wird sich auf die Entwicklung von Methoden konzentrieren, die es ermöglichen, eine Verbindung zwischen Reaktionen, menschlichen Aktivitäten und Emotionen herzustellen. Darüber hinaus werden der soziale und physische Kontext von Ereignissen und die daraus resultierenden Einflüsse auf und aus dem Verhalten ein zentrales Forschungselement bilden. Das Projekt wird die Repräsentativität von LBSM und seine Grenzen in Bezug auf eine Reihe von Forschungsfragen und Anwendungsbereichen untersuchen. Ein wichtiger Schwerpunkt wird auf der Identifizierung von Beziehungen zwischen verschiedenen Akteuren und Ereignissen liegen, unterstützt durch den Einsatz und die Weiterentwicklung einer breiten Palette von Methoden und Arbeitsabläufen aus dem Bereich der visuellen Analytik.

Neben der Entwicklung von generischen Ansätzen, die eine vergleichende Analyse mit geostatistischen und visuellen Methoden ermöglichen, werden wir Methoden für spezifische Anwendungsbereiche verfeinern, kombinieren und parametrisieren. Der Schwerpunkt liegt dabei auf drei Themenbereichen, zu denen das Projektkonsortium Erfahrungen und Kontakte zu Partnern aus der Praxis einbringen kann: 1) Landschafts- und Stadtplanung zur Analyse und Bewertung von Grünflächen, 2) Verkehrsplanung zur Erforschung von Gruppen- und individuellen Mobilitätsmustern und 3) Politikwissenschaft durch die Anwendung vergleichender visueller Methoden.

Projektleitung

TU Dresden:
Prof. Dirk Burghardt
Dr. Alexander Dunkel
Dr. Eva Hauthal

Universität Bonn & Fraunhofer IAIS:
Prof. Stefan Wrobel
Prof. Gennady Andrienko
Prof. Natalia Andrienko

Universität Zurich:
Prof. Ross Purves

Ziel des beantragten Projektes ist es automatische Generalisierungsverfahren weiter zu entwickeln, insbesondere Ansätze für die Bearbeitung von gruppierten kartographischen Objekten. Notwendig hierfür ist eine Berücksichtigung struktureller Beziehungen, welche von Bertin (1974) als Generalisierungsproblem mit der größten Komplexität bezeichnet wurde.
Vertiefend wird angestrebt weitere Generalisierungsoperatoren, für isolierte Polygongruppen als Webprozessierungsdienst (WPS) zur Verfügung zu stellen. Forschungsfragestellungen werden sich mit dem Zusammenwirken der Generalisierungsoperatoren beschäftigen, welche für Einzel- und Gruppenobjekte entwickelt wurden. Die immer noch vorherrschende isolierte Generalisierung von Einzelobjekten könnte so überwunden werden.

Projektleiter: Dirk Burghardt
Mitarbeiter: Thomas Gründemann

[FIS] Projektdetails

Die Startphase des Projektes zielte auf eine digitale topographische Datenbasis, auf Erfassung von pleistozänen geodynamischen Phänomenen, auf Methodik und praktischen Aufbau eines Digitalen Geländemodells sowie auf eine Analyse des Tourismus. Für Interpretation und Klassifikation wurden Bilddaten verschiedenster Satellitensensoren akquiriert und ausgewertet. Nach Komplettierung der Geobasisdaten wurden seit 2000 vor allem ökologisch relevante Geodaten erhoben und bearbeitet: Der saisonalen Variation der Schneedecke war das Teilprojekt "Seasonal Snow Cover of the Central Altai" gewidmet. Im Jahr 2010 wurde in Kooperation mit Archäologen der Universität Ghent die eigene umfangreiche GIS-Basis um archäologische Inhalte erweitert. Ein praktisches Ergebnis daraus ist die zukünftig offizielle Übersichtskarte des Archäologie-Parkes "Uch Enmek", die aus der Datenfusion abgeleitet werden konnte.

Projektleiter: Nikolas Prechtel

[FIS] Projektdetails
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Diese Änderungen haben Auswirkungen auf alle Forschungsbereiche, welche Geodaten verwenden und sich insbesondere damit beschäftigen wie Menschen interagieren und durch Änderungen ihrer Umwelt beeinflusst werden. Forschung im vorgeschlagenen Projekt wird über reine Ereigniserkennung hinaus insbesondere untersuchen wie Ereignisse durch vier Hauptfaktoren beeinflusst werden: Raum, Zeit, Thematik und sozialer Kontext. Diese Charakterisierung ermöglicht die Gewinnung von Informationen wie Nutzergruppen einerseits beeinflusst werden und andererseits auf die Ereignisse und deren Entwicklung reagieren. Hierzu ist es erforderlich eine Vielzahl von heterogenen Datenquellen miteinander in Beziehung zu setzen, die hohe Aktualisierungsraten und unterschiedliche Detailierungsgrade aufweisen.

Unser Ansatz zur Charakterisierung von Ereignissen basiert auf den folgenden zentralen Säulen: Datenextraktion und Ereignisidentifizierung, Analyse von Dateninhalten und Semantik, sowie zugehöriger interaktiver, dynamischer Visualisierung. Analysealgorithmen genieren typischerweise zusätzliche Datenmengen und erfordern daher effektive visuell-analytische Methoden, die es dem Nutzer ermöglichen aus großen Datenmengen anwendungsbezogene Informationen abzuleiten. Wesentliches Ziel ist es daher ein System integrierter visueller und rechentechnischer Methoden zu entwickeln, welches durch Analyse von implizit oder explizit raumbezogenen Daten ermöglicht die Reaktionen von Personen auf signifikante Ereignisse zu untersuchen. Dazu werden wir zunächst eine Taxonomie für Ereignissen entwickeln, welche sich auf die genannten Dimensionen bezieht und auch berücksichtigt wie auf Ereignisse reagiert wird. Die Extraktion der Ereignisse aus VGI basiert auf einer Kombination von räumlichen, zeitlichen und textuellen Analysemethoden mit dem Ziel Ereignisse, Gruppen und ihre Eigenschaften in Verbindung mit räumlichem, zeitlichem und sozialem Kontext zu setzen. Unsere Analyse wird sich auf die Reaktion zu Ereignissen konzentrieren, insbesondere unter Berücksichtigung von sozio-demographischen Faktoren der involvierten Gruppen. Bei der Analyse sozialer Aspekt insbesondere der Reaktion von Gruppen auf Ereignisse wird ein zentraler Punkt sein Methoden zu nutzen, welche die Privatsphäre Einzelner schützen.

Wir werden unsere Konzepte durch Implementierung von Anwendungsbeispielen veranschaulichen, beispielsweise (aber nicht beschränkt auf) Katastrophenmanagement, Demokratisierung und Partizipation, Migration, Klima und Umwelt, Sozialgeographie sowie Medizin und Gesundheit. Zur Erreichung dieser Ziele wurde eine Projektgruppe zusammengestellt mit Erfahrungen in der Auswertung von VGI, zum Beispiel durch Untersuchung von räumlich-zeitlichen Verhaltensmustern, Beschreibung der Semantik von spezifischen und allgemeinen Aspekten von Orten und der Analyse affektiver Daten mit räumlichem Bezug.

Projektleitung

TU Dresden:
Prof. Dirk Burghardt
Dr. Eva Hauthal

University Bonn & Fraunhofer IAIS:
Prof. Stefan Wrobel
Prof. Gennady Andrienko
Prof. Natalia Andrienko

University of Zurich:
Prof. Ross Purves

Ein großer Teil des Einzugsgebiets liegt im von Schnee und Eis geprägten Tien Shan in Kyrgyzstan. Das Vorhaben umfasst zweirnwesentliche Ziele: Die Erfassung der wichtigsten Elemente der Kryosphäre und deren rezenten Veränderungen sowierndie Entwicklung und Umsetzung einer Monitoringstrategie hierfür. Darüberhinaus sollen wichtige Charakteristika vonrnSchnee und Eis, insbesondere der Gletscher (z.B. Fläche, Exposition, Schuttbedeckung, Fließgeschwindigkeit) sowierndie das gespeicherte Wasser erfasst werden. Diese Daten sind wichtige Eingangsparameter für die hydrologische Modellierung.

Projektleiter: Manfred F. Buchroithner, Tobias Bolch
Mitarbeiter: Tino Pieczonka, Juliane Peters

[FIS] Projektdetails
SuMaRiO Website

Die zunehmende Zahl von Dürren und Überschwemmungen weisen auf ein sich veränderndes Klima hin, woraus sich negative Auswirkungen auf den Wasserhaushalt und daraus folgend auf die Nahrungsmittelsicherheit weiter Teile der Bevölkerung Südostasiens ergeben. Das Verbundvorhaben WET hat sich deshalb zum Ziel gesetzt, das Wissen über das Geoökosystem des Hochplateaus von Tibet mit den Zusammenhängen von Klima, Wasserkreislauf und menschlichem Einfluss weiter zu verstehen. Das Projekt begann im Mai 2011 und ist Teil des BMBF F&E (Bundesministerium für Bildung und Forschung, Forschung & Entwicklung) Verbundvorhabens "Tibet und Zentralasien: Monsun-Dynamik und Geoökosysteme" (CAME). Projektpartner mit eigenen Arbeitspaketen sind neben der Technischen Universität Dresden auch die Technische Universität Berlin, die Universitäten Jena, Marburg und Tübingen, sowie die RWTH Aachen. Ziel der Forschungsarbeiten ist die Entwicklung eines integrativen Modell- und Monitoring-Systems (iMoMoS-WET), welches die Kopplung von Klima und Wasserkreislauf in Benchmark-Einzugsgebieten des Tibet-Plateaus und der angrenzenden Hochgebirgsräume abbilden soll. Das System umfasst neben numerischen Modellen auch Monitoring-Technologien zur satellitenbasierten Fernerkundung der raum-zeitlichen Verteilungen aller relevanten atmosphärischen, hydrologischen und glaziologischen Größen. Der Fokus der Dresdner WET-Projektgruppe "Gletscherfernerkundung" liegt auf der Untersuchung ausgewählter repräsentativer Gletscher auf dem Hochplateau von Tibet unter der Nutzung multi-temporaler Fernerkundungsdaten. Die zwei wesentlichen Ziele beinhalten die detaillierte Gletschererfassung und deren rezente Veränderungen sowie die Bereitstellung relevanter glaziologischer Eingangsparameter für die Entwicklung des integrativen Modell- und Monitoring-Systems (iMoMoS-WET). Darüber hinaus werden wichtige Gletschercharakteristika (z. B. Fläche, Schuttbedeckungsgrad, Fließgeschwindigkeit) sowie das darin gespeicherte Eisvolumen (Gletschervolumen und Gletschermassenbilanz) erfasst. Die Hauptaufgaben dieses Teilprojekts bestehen hierbei in der vollständigen Analyse der Fernerkundungsdaten, insbesondere des Prozessierens der Daten, der Erstellung von Digitalen Geländemodellen, der Bestimmung von Gletschercharakteristika und der Berechnung der relevanten Gletscherparameter.

Projektleiter: Manfred F. Buchroithner, Tobias Bolch
Mitarbeiter: Nicolai Holzer

[FIS] Projektdetails
WET Website

Dies zeigt sich sowohl in der Erfassung von raumbezogenen Daten, als auch in der Präsentation von Karten auf verschiedensten Medien. Kartographische Anwendungen auf mobilen Endgeräten besitzen großes Forschungs- und Entwicklungspotential, da sie in Erweiterung zu Papierkarten die Verknüpfung von Interaktivität und Mobilität zulassen und somit eine angepasste, personalisierte Informationsvermittlung ermöglichen. Hauptziel des Projektes ist die Entwicklung von servicebasierten Softwarekomponenten zur Erzeugung interaktiver, mobiler Karten. Als Anwendungsbeispiel sollen raumbezogene Informationsdienste für touristische Aktivitäten in der Pilotregion Sächsische Schweiz entstehen.

Essentiell ist hierbei der Zugriff auf verteilte, heterogene Datenquellen die im Web2.0 zunehmend auch durch Nutzer selbst zur Verfügung gestellt werden. Schwerpunkt im Projekt liegt auf der Nutzung semantischer Technologien, insbesondere dem Resource Description Framework (RDF) zur Modellierung und Speicherung raumbezogener Daten. Für die automatische Ableitung maßstabsübergreifender, adaptiver Kartendarstellungen sind hierarchische Datenstrukturen anzuwenden und Methoden für Echtzeitgeneralisierung zu entwickeln, die sowohl einen quasi kontinuierlichen Zoomvorgang ermöglichen als auch lokale Darstellungskonflikte beseitigen. Außerdem sollen Interaktionsmöglichkeiten konzipiert und implementiert werden, die dem Nutzer erlauben sowohl die Menge der dargestellten Information, als auch die Art der kartographischen Präsentation zu beeinflussen. Im Ergebnis leistet das Projekt einen Beitrag zur Grundlagenforschung im Bereich angepasster, mobiler Kartendarstellung, welche den Nutzer ins Zentrum kartographischer Kommunikationsprozesse stellt.

Projektleiter: Dirk Burghardt
Mitarbeiter: Stefan Hahmann, Karsten Pippig

[FIS] Projektdetails

Bisher ist noch nicht untersucht worden, welche Potenziale sich für die weit verbreiteten themakartographischen Darstellungen (Thematische Karten) ergeben. Die plastisch differenzierte Wiedergabe räumlicher Sachverhalte ermöglicht einen mehrschichtigen Aussageaufbau und präsentiert mehrere Parameter (bzw. Dimensionen) eines kartographischen Inhalts. Damit können bislang unlösbare Problemstellungen in der Kartographie aufgegriffen und die kartographische Modellbildung vorangetrieben werden.

Mit Hilfe von Vergleichstests soll die Untersuchung erstmals die Informations-Transferleistung, die die Lentikulartechnik in der Kartographie zu leisten vermag, empirisch überprüft und quantifiziert werden. Die zunächst vorzunehmende Analyse lentikularer Printversionen dient als Grundlage für die im zweiten Teil des Projekts erfolgende Untersuchung der an Bedeutung immer wichtiger werdenden bildschirmgestützten Visualisierungen (elektronische autostereoskopische Displays).

Stand: Bisher wurden empirische Untersuchungen hinsichtlich der Mindestdarstellungsdimension kartographischer Gestaltungselemente (Schrift, Linien, Signaturen etc.) an verschiedenen autostereoskopischen Monitoren durchgeführt. In einer weiteren Phase wurden Diagrammkonstruktionen getestet. Ziel war es herauszufinden, ob und wie die Diagramme bei der autostereoskopischen Darstellung am Monitor vom Kartennutzer interpretiert werden können. Dabei wurde zwischen zweidimensionalen und dreidimensionalen Diagrammen unterschieden. Diese Ergebnisse wurden genutzt, um bestmöglich an die getesteten 3D-Monitore angepasste themakartographische Darstellungen zu erstellen, die für eine weitere empirische Untersuchung verwendet werden. In dieser letzten empirischen Phase wird die Wahrnehmungsleistung themakartographischer Visualisierungen an 3D-Monitoren untersucht.

Projektleiter: Manfred F. Buchroithner
Mitarbeiter: Claudia Knust, Katharina Bruhm

[FIS] Projektdetails