FIND - Dolinen
Kartierung von Dolinen mittels automatischer Methoden. Begünstigte Verwaltung: swisstopo.
Kontext
Dolinen sind trichterförmige Vertiefungen, die für Karstgebiete charakteristisch sind. In der Schweiz werden sie vom Bundesamt für Landestopografie (swisstopo) auf den nationalen und geologischen Karten kartiert. Diese Karten basieren auf den Produkten swissTLM3D beziehungsweise GeoCover. Leider sind diese Inventare sehr heterogen.
Da es in der Schweiz keine Standarddefinition für die Charakterisierung von Dolinen gibt, unterliegt ihre Kartierung immer der Einschätzung der zuständigen Fachleute aus Geologie und Kartografie. Die Einführung einer automatischen Erkennungsmethode würde die Kartierung von Dolinen in der Schweiz beschleunigen und vereinheitlichen. Denn sie würde es ermöglichen, Dolinen auf der Grundlage klarer Kriterien zu definieren; die von den Fachpersonen verursachte Variabilität bei der Kontrolle der Ergebnisse würde begrenzt.
Bei diesem Projekt haben wir mit dem Bereich Landesgeologie von swisstopo zusammen gearbeitet.
Methodik
In diesem Projekt wurden vier Methoden zur automatischen Erkennung von Dolinen in verschiedenen Gesteinsarten (Lithologie) der Schweiz getestet. Es wurden elf Gebiete auf sechs verschiedenen lithologischen Böden definiert. Alle Methoden basieren auf dem digitalen Geländemodell swissALTI3D; ihre Parameter wurden für jede Gesteinsart auf der Grundlage des von der geologischen Fachperson ermittelten Ground Truth optimiert. Dieser wird als genau, aber nicht als vollständig angesehen.
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Ergebnisse
Die Ergebnisse wurden aus geologische Sicht wie folgt beurteilt:
- als zufriedenstellend, wenn auch unvollständig, für die Gebiete mit dem Sedimentgestein Evaporit, mit Vertiefungen auf Lockergestein, Mergel über Karst im Neuenburger Jura und mit Molasse;
- als unzureichend und unbrauchbar für die Gebiete mit nacktem Karst, mit Mergel über Karst in den Alpen und mit verschiedenen Sedimentgesteinen über Kalksteinmatrix
Selbst bei zufriedenstellenden Ergebnissen, betont der Geologe die Wichtigkeit von Kontroll- und Korrekturarbeiten.
Nach den Metriken waren die Ergebnisse mittelmässig bis schlecht, mit einem F2-Mass, das zwischen 0,27 und 0,81 für die beste Methode für jeden Gebietstyp schwankte. Dies aufgrund von zwei Einschränkungen:
- Die Qualität der Ground Truth: Sehr viele Dolinen, insbesondere die kleinsten, wurden bei der Erfassung der Ground Truth nicht digitalisiert. Darüber hinaus war die Verteilung der digitalisierten Dolinen in einigen Gebieten wenig repräsentativ für ihre tatsächliche Verteilung.
- Übertragbarkeit der Methoden: Die aus der wissenschaftlichen Literatur entnommenen Methoden wurden nicht für die in der Schweiz vorhandenen Topografien entwickelt. Sie wurden für die Karstplateaus im französischen Jura oder den Aggtelek-Karst in Ungarn getestet und optimiert. Ob diese Methoden durch eine Anpassung ihrer Parameter auch in der Schweiz so effizient angewendet werden können, ist fraglich.
Solange die Ground Truth nicht vollständig und kohärent ist, kann nicht zufriedenstellend automatisiert werden. In diesem Projekt wurde keine klare Definition von Dolinen festgelegt, die für die Digitalisierung aus Luftaufnahmen anwendbar wäre. Es konnte daher auch kein umfassender Ground Truth erstellt werden. Die erste Priorität zur Verbesserung der Ergebnisse wäre die Verbesserung der Ground Truth. Dann könnte die Abstimmung der Testmethoden erneut durchgeführt werden. Wir haben aber festgestellt, dass die hier getesteten Methoden möglicherweise nicht für die Schweizer Geologie geeignet sind. In diesem Fall sollte eine neue automatische Methode entwickelt oder sogar speziell Deep Learning eingesetzt werden. Da Deep Learning auf RGB-Bildern kaum, gut funktioniert, könnten drei Bänder auf der Grundlage der Digital elevation model (DEM)-Verarbeitung eine gute Wahl sein. So könnten beispielsweise der Sky-View-Faktor, die Offenheit oder die lokale Dominanz berücksichtigt werden.
Dokumentierte Ressourcen
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