Forschungsprojekte

Volunteered Geographic Information: Interpretation, Visualisierung und Social Computing (SPP 1894)

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Am 20. März 2015 wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) die Einrichtung des Schwerpunktprogrammes (SPP 1894) „Volunteered Geographic Information: Interpretation, Visualisierung und Social Computing“ beschlossen.

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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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Extraktion und visuelle Analyse von Geographie und Dynamik der Reaktion von Personen auf Ereignisse (EVA-VGI)

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© E. Hauthal

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Die Verfügbarkeit von Volunteered Geographic Information (VGI) in Form von raumbezogenen nutzergenerierten Inhalten hat fundamentale Änderungen mit sich gebracht, sowohl was die Natur der geographischen Daten betriff, aber auch hinsichtlich ihrer Entstehung und Nutzung. 

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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

Entwicklung von Web-Prozessierungsdiensten für die automatische Generalisierung von isolierten Polygongruppen (WPS-PolyGen)

Generalisierung von Seengruppen Generalisierung von Seengruppen

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Generalisierung von Seengruppen

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Die Herstellung topographischer und thematischer Karten für Papier- und Webausgaben wird zunehmend durch automatische Verfahren realisiert. Abhängig von Anwendung und Qualitätsanforderungen werden diese durch manuelle, interaktive Vor- und Nachbearbeitung unterstützt.

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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

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Geodatenerhebung, GIS-Aufbau und Kartenerstellung für das Russische Altai-Gebirge (Sibirien)

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© N. Prechtel

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Das deutsch-russische Gemeinschaftsprojekt wurde 1995 mit einer Vorexkursion gestartet. 1997, 1998, 1999, 2001 und 2004 wurden Forschungsexpeditionen von jeweils vier bis acht Wochen Länge in den Zentral-Altai durchgeführt. Im August 2009 wurden mit Kollegen der Uni Novokusnezk Felduntersuchungen zur rezenten Morpho- und Klimadynamik im Nordost-Altai angestellt.

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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

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Abgeschlossene Projekte

Nachhaltige Bewirtschaftung von Flussoasen entlang des Tarim-Flusses in China (SuMaRiO) - Teilvorhaben "Monitoring der Kryosphäre im Einzugsgebiet des Tarim"

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Die Kryosphäre (Schnee, Gletscher, Permafrost) im Einzugsgebiet des Tarim Flusses ist der Ursprung der Wasserressourcen und von entscheidender Bedeutung im hochariden Tarim Becken. 

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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

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Variabilität und Trends der Wasserhaushaltskomponenten in Benchmark-Einzugsgebieten des Tibet-Plateaus (WET) - BMBF Verbundvorhaben CAME "Zentralasien: Monsundynamik und Geoökosysteme"

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Das Hochplateau von Tibet mit einer Ausdehnung von 2,5 Millionen km² und einer durchschnittlichen Höhe von über 4700m hat einen signifikanten Einfluss auf den asiatischen Monsun und reguliert mit seinen Schnee- und Eisreserven den Wasserhaushalt an den Oberläufen von zahlreichen südostasiatischen Flüssen.

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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

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Kartographische Kommunikation von nutzergenerierten Inhalten mittels mobiler Karten - MApps

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© K. Pippig

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Die derzeit stattfindende technologische Entwicklung auf dem Gebiet der Geoinformationsverarbeitung hat großen Einfluss auf den Umgang mit kartographischen Informationen. 

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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

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Lentikulare Generierung themakartographischer Mehrbildmodelle

Lentikulare Visualisierungsmethoden bieten die Möglichkeit, Wechselbild- und Autostereoskopie-Wiedergabe mit kartographischen Inhalten zu verknüpfen. Auf der Basis von Echt-3D haben sie bereits Eingang in Geovisualisierungen von Reliefverhältnissen, sowohl für analoge (Hartkopien) als auch für digitale Präsentationsformen (Bildschirm), gefunden.

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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

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Webredaktion Kartographie
Letzte Änderung: 16.08.2016