DE:Luftbilder verwenden

Versatz des Bing-Luftbildes in Pskov (Russland)

Setzt man Luftbilder zum Mappen ein, insbesondere beim reinen Abzeichen von Luftbildern – eine Art des „Sesselmapping“ –, dann muss man darauf achten, dass die Bilder

• veraltet,
• verzerrt oder
• ungenau platziert

sein können. Überprüfte Daten sind deshalb immer zu bevorzugen. Am wertvollsten sind in OSM immer aktuell vor Ort erhobene Daten. Ältere Vor-Ort-Daten können bereits veraltet sein.

Die realen Verläufe von Straßen und Wegen lassen sich am besten über aufgezeichnete GPS-Spuren ermitteln. Luftbilder zeigen zwar viele Details, aber es ist in der Regel keine gute Idee, bereits vorhandene Objekte gemäß dem gerade verwendeten Luftbild zu verschieben. Denn jedes Luftbild kann selbst verzerrt oder verschoben sein.

Luftbilder und OSM

OSM-Editoren erlauben es, Luftbilder wie Bing oder Esri als Hintergrund zu nutzen, um Kartenobjekte zu erfassen oder zu verändern. Man sollte es sich aber zum Grundsatz machen, das Luftbild immer erst auf Versatz oder Verzerrungen zu prüfen.

Luftbilderkacheln sind zunächst einzelne Fotos, die von einem Satelliten oder Flugzeug aus gemacht wurden. Der Bildmittelpunkt direkt unter dem Flugzeug wird genau per GPS vermessen. Die Geopositionen weiterer Bildpunkte bis in die Ecken können über die Aufnahmehöhe und die Abbildungseigenschaften des optischen Systems berechnet werden. So kann spezielle Software die Bilder für unsere Nutzung im Editor transformieren. Wie man sich jedoch denken kann, ist diese Transformation niemals perfekt und führt immer zu gewissen Verzerrungen und falschen Positionen.

Selbst wenn die Erde flach wäre, würde die Perspektive im Foto eine Rolle spielen. Denn dann erscheinen Objekte um so schiefer, je höher sie sind und je weiter außen sie auf dem Bild stehen – z.B. Hochhäuser, Berge, selbst Bergstraßen. Das kommt daher, dass die Kamera nur auf einen (mittigen) Bildpunkt wirklich senkrecht hinunterschaut. Diesen Effekt minimiert man, indem man die Aufnahmen überlappen lässt.

GPS-Spuren

Als beste Referenz in OSM gelten vor Ort aufgezeichnete GPS-Spuren. Deshalb werden GPS-Spuren auf dem Server gesammelt und so allen Mappern zur Verfügung gestellt.

Einzelne GPS-Spuren sind jedoch meist noch keine exakte Messung. Je nach aktueller Satellitenposition kann das Ergebnis an einem Tag gut und am nächsten wieder schlechter sein. Außerdem werden die GPS-Signale beeinflusst von Wetterbedingungen, atmosphärischen Störungen, schlechtem Empfang (Dämpfungen), Reflexionen (z.B. an Häuserwänden) oder fehlendem Sichtkontakt (z.B. in Fahrzeugen, wenn das Gerät in der Hosentasche ist). Die gezielte Signalverschlechterung aus militärischen Gründen (SA, selective availability) wurde im Mai 2000 abgeschaltet und spielt heute keine Rolle mehr.

Eine einzelne GPS-Spur zeigt fast immer einen gewissen Versatz gegenüber der Wirklichkeit, wobei die GPS-Daten besser oder schlechter als das Luftbild sein können. Dabei haben alle GPS-Geräte ähnliche Probleme, die meisten können diese Fehler aber erkennen und korrigieren (DOP: dilution of position), oder nach lateralem und vertikalem Fehler unterscheiden (HDOP/VDOP). Viele GPS-Anwendungen zeigen die (geschätzte) Genauigkeit an; das bekannte OsmAnd zeichnet beispielsweise einen transparenten blauen Kreis um einen Marker, innerhalb dessen sich die tatsächliche Position mit hoher Wahrscheinlichkeit befindet.

GPS-Spuren sind also nicht grundsätzlich besser als Luftbilder, gelegentlich sind sie aber die einzigen sinnvollen Datenquellen, wenn z.B. die Luftbilder nur Baumwipfel zeigen, aber nicht die Waldwege darunter.

Durch mehrfaches Begehen und Aufzeichnen einer Route an verschiedenen Tagen lassen sich Mittelwerte von GPS-Spuren ermitteln und Abweichungen erkennen. Die GPS-Satelliten umrunden die Erde in etwa 12 Stunden, daher kann sich die Empfangslage innerhalb einer Stunde schon deutlich ändern. Eine zu hohe Anzahl von Spuren erschwert allerdings wiederum das Abzeichnen.

Referenzobjekte

Um den Versatz eines Luftbildes zu korrigieren, werden verifizierte Referenzobjekte benötigt, deren tatsächliche Geoposition hinreichend bekannt ist. Dafür eignen sich:

• GPS-Spuren. Wie oben erklärt, können auch GPS-Spuren ungenau sein, besonders in städtischen Regionen. Gelegentlich sind Spuren auch in einem anderen, mit OSM nicht kompatiblen Koordinatensystem aufgezeichnet. Deshalb sollte ein Luftbild nie nach einer einzelnen Spur ausgerichtet werden, sondern immer nach dem Mittelwert mehrerer Spuren.

• Bekannter Versatz. Möglicherweise wurde der Versatz des Luftbildes durch erfahrene Mapper bereits erfasst. Dabei ist jedoch zu beachten, dass dieser Versatz für jedes einzelne Foto unterschiedlich ausfallen und sich deshalb auch innerhalb weniger Meter deutlich ändern kann, vor allem in bergigem Gelände.

• Objekte auf der Karte. Sind auf dem Luftbild Objekte mit exakt bekannter Geoposition (etwa Triangulationspunkte) sichtbar, kann das Luftbild auch danach ausgerichtet werden, um Straßen, Gebäude und andere Objekte abzuzeichnen.

Achtung: Bei hohen Objekten kann es durch Schrägsicht wieder zu neuem Versatz kommen.

Auf keinen Fall sollte man vorschnell Objekte verschieben, die von anderen Mappern erfasst wurden! Besser ist es, den Versatz des verwendeten Luftbildes nochmals zu überprüfen oder mit dem Ersteller der Objekte Kontakt aufzunehmen. Möglicherweise hat er GPS-Spuren aufgenommen oder andere exaktere Quellen als das Luftbild verwendet.

Luftbilder in unterschiedlichen Editoren abgleichen

In fast allen Editoren gibt es ähnliche Einstellungen für Hintergrundebenen. Man lädt erst Kartendaten und GPS-Daten herunter und richtet dann das Luftbild anhand der GPS-Daten aus. Hier ist die genaue Vorgehensweise für verschiedene Editoren beschrieben:

iD

• Man drückt B im Bearbeitungsmodus des Editors (oder klickt auf das Ebenen-Icon)
• Dann klickt man „Bildmaterial-Versatz anpassen“
• Mit den Pfeilen oder der Maus kann man nun den Hintergrund anpassen.

Der Versatz wird nicht gespeichert, dieser Abgleich muss also bei jedem Start von iD neu vorgenommen werden.

Vespucci

Verwendet die Imagery Offset Database.

Potlatch

In Potlatch 1 drückt man G, um alle GPS-Daten der Gegend herunterzuladen, in Potlatch 2 den Button „GPS-Daten“. Die erste Version kann nicht mit Bing als Hintergrund arbeiten. Man kann jedoch die Hintergrundebene im Menü „Background“ ändern. Durch Halten der Leertaste kann man die Luftbilder ausrichten.

JOSM

Mit Imagery Offset Database Plugin

Hauptartikel: Imagery_Offset_Database#JOSM_Plugin

Ohne Plugins

Man klickt „GPS-Rohdaten“ im „Download“ Fenster. Danach erscheint eine Ebene „Heruntergeladene GPS-Daten“. Im Menü „Hintergrundbild“ kann man eine neue Luftbildebene auswählen. Während des Erfassens kann man die Ebene „Heruntergeladene GPS-Daten“ ausblenden, falls sie stört.

Zum Ausrichten macht man einen Rechtsklick auf der Luftbildebene oder öffnet im Menu „Hintergrundbild“ den Punkt „Neuer Versatz“, oder klickt den Button in der Toolbar:

Kennt man die Werte des Versatzes, kann man sie manuell eingeben. Wenn nicht, wird das Bild per Maus oder Tastatur verschoben. Im Verschieben-Dialogfenster kann man weitere Punkte in der Gegend auf ähnlichen Versatz prüfen. Danach kann man den Versatz unter einem Namen für zukünftige Nutzung speichern.

Weitere Beispiele: [JOSM_offset_images].

Merkaartor

Keiner der Autoren verwendet diesen Editor, aber es sollte ähnlich wie in Potlatch durch halten der «Leertaste» funktionieren.

Beispiel

Alles sieht in Ordnung aus, auch die Straßen, erst das nächste Bild zeigt, dass das nicht so ist.

Hier sieht man deutlich, dass OSM-Daten und Luftbild um etwa 20 Meter gegenüber den GPS-Spuren versetzt sind. Um das zu korrigieren, richtet man zunächst das Hintergrundbild nach den Mittelwert der GPS-Spuren aus und verschiebt dann die OSM-Daten (Straßen und Gebäude) entsprechend.

Viel besser! Man sieht aber, dass die nach rechts unten führende Straße immer noch nicht dem Luftbild entspricht. Das liegt daran, dass sie bergauf führt und der Versatz zwischen Berg und Tal unterschiedlich ausfällt. Das Luftbild müsste dafür neu ausgerichtet werden. Genaueste Referenz sind für uns immer die GPS-Spuren!

Server-seitige Versatzdatenbanken

Aktiv

• Imagery Offset Database — freie Datenbank, API oft verwendetes JOSM Plugin

Inaktiv

Es gab viele Ansätze, die es erfahrenen Mappern erlaubten Versatzdaten auf Servern zu speichern und später automatisch anzuwenden in Editoren.

Der russische IRS Layer wurde im Forum diskutiert : http://forum.openstreetmap.org/viewtopic.php?id=6817

Der True Offset Process war ein Projekt / eine Diskussion für die hauptsächlich Anwendung für Bing.