Projekti / Programi
Lidarsko podprte prostovoljske geografske informacije za ugotavljanje topografskih sprememb
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.17.00 |
Tehnika |
Geodezija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P515 |
Naravoslovno-matematične vede |
Geodezija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.07 |
Tehniške in tehnološke vede |
Okoljsko inženirstvo |
prostovoljske geografske informacije, topografska karta, vzdrževanje, lidar, amaterska fotografija, enoslikovno izvrednotenje
Raziskovalci (9)
Organizacije (2)
Povzetek
Lidarsko podprte prostovoljske geografske informacije za ugotavljanje topografskih sprememb
Pridobivanje prostovoljskih geografskih informacij (VGI, volunteered geographic information) ali geografskih virov množice (crowdsourcing) je v zadnjem desetletju v središču pozornosti akademskih krogov, zlasti za odkrivanje topografskih sprememb, sodelovalno kartiranje in spremljanje naravnih nesreč. Z VGI lahko zbiramo podatke o položaju in georeferencirana besedila, sporočila, fotografije ali druge podatke z označevanjem obstoječih informacij z geografsko lokacijo.
Pri zbiranju VGI lahko za motiviranje javnosti uporabimo različne pristope, medtem ko je glavna motivacija navadno želja po sodelovanju pri koristnem dejanju. Boljšo kakovost podatkov dosežemo, če pri zbiranju VGI poleg laikov sodelujejo tudi strokovnjaki.
Topografske karte in podatki pokrivajo celotne države. V sistemu A4C4 za ocenjevanje parametrov kakovosti podatkov (Authority, Accuracy, Availability, Actuality; Completeness, Coverage, Consistency, Correctness) VGI prevladajo v primerjavi z uradnimi topografskimi podatki samo v Ažurnosti in pogojno v Pravilnosti, vendar je to zelo pomembno za Geodetske uprave (GU). Evropske GU obnavljajo topografske podatke periodično, npr. enkrat na 3 leta. Da bi dosegale visoko in geografsko homogeno ažurnost VGI neprekinjeno, morajo GU pritegniti prostovoljce na celotnem ozemlju države. Zato sta glavna namena te raziskave: (1) omogočiti prostovoljcem enostavno in hitro zbiranje podatkov, ter (2) omogočiti geodetskim strokovnjakom obdelavo teh amaterskih podatkov s fotogrametrično kakovostjo. V ta namen je bil uveden izraz podprte prostovoljske geografske informacije (facilitated VGI), ki pomeni, da je zbiranje VGI mogoče pospešiti, če uporabniška institucija, kot je GU, podpira državljane npr. z enostavnimi in uporabniku prijaznimi aplikacijami, kot so digitalni kartografski vmesniki ali brskalniki po topografskih podatkih.
Kadar se VGI, zlasti pa prostovoljske fotografije, združijo z georeferenciranimi velepodatki (big data), kot so npr. lidarski oblaki točk, fotogrametrični digitalni modeli površja celotnih držav (lidarju podobni podatki) ali satelitski podatki, se odprejo nove smeri raziskav. Glede na potenciale, ki jih ponuja zbiranje VGI, se bomo v projektu ukvarjali s tremi presežnimi raziskovalnimi problemi:
OSREDNJI PROBLEM - Kako optimizirati metodologijo ažuriranja topografskih kart, pri kateri bi uporabljali poljubne VGI, prostovoljske ne-metrične fotografije in lidarske ali lidarju podobne podatke ter satelitske posnetke?
KONTEKSTUALNI PROBLEM - Kako prostovoljcem olajšati podprto zbiranje VGI in amaterskih ne-metričnih fotografij za ažuriranje kart s fotogrametrično natančnostjo: (1) za različne topografske spremembe, npr. cestnega omrežja, zgradb, rabe zemljišč in pokrovnosti tal, in (2) v različnih merilih državnih topografskih kart, npr. 1:5000 v primerjavi z 1:50.000?
TEHNOLOŠKI PROBLEM - Natančneje: (1) kako fotogrametrično orientirati in georeferencirati ne-metrično prostovoljsko fotografijo, ki je bila posneta z amaterskim fotoaparatom ali mobilnim telefonom, in (2) kako s tako amatersko fotografijo prepoznati in kartirati topografske spremembe tridimenzionalno, samo z dodatno uporabo lidarskih ali lidarju podobnih podatkov?
Ažuriranje topografskih kart običajno poteka s fotogrametričnim snemanjem, kjer so posnetki, ki se uporabljajo za zaznavanje sprememb profesionalni, tj. metrični, orientirani, stereografski (parni) in vertikalni (posneti z letala). Glavni cilj predlagane raziskave je razvoj optimalne metodologije za ažuriranje topografskih kart, ki bo temeljila na mešanici VGI, prostovoljskih amaterskih fotografij in profesionalnih lidarskih ali lidarju-podobnih podatkov. To lahko povzamemo z naslednjo hipotezo:
Topografska kombinacija poljubnih VGI, prostovoljskih fotografij in profesionalnih lidarskih ali lidarju podobnih podatkov in/ali satelitskih posnetkov je lahko podatkovni vir, s katerim v
Pomen za razvoj znanosti
Razvoj znanosti
Znanstveni vpliv projekta bo dosežen z razvojem nove metodologije za ažuriranje topografskih kart, ki bo temeljila na uporabi mešanice različnih VGI podatkov in na uvedbi kontekstualno podprtih prototipov aplikacij, ki bodo (1) olajšale zbiranje VGI in (2) omogočile fotogrametrični monoslikovni zajem s pomočjo lidarja ali lidarju podobnih podatkov.
Izvirnost in napredek čez trenutno stanje znanosti bosta demonstrirana z razvojem nove metodologije, kjer bomo komplementarno združili kontekstualne vloge prostovoljcev (ne-strokovnjakov) in strokovnjakov pri ažuriranju topografskih kart. V ta namen moramo preučiti in oceniti optimalne kognitivne strategije prostorskega sklepanja ne-strokovnjakov in strokovnjakov, ko se lotijo reševanja iste naloge. Pomemben znanstven prispevek projekta bo tudi izdelava novih cenilk in kazalnikov kakovosti, ki jih bomo lahko uporabili za oceno uporabnosti podatkov VGI pri ažuriranju topografskih kart, saj podatki VGI ne zadostijo vsem kazalnikov kakovosti podatkov, zaradi česar še niso splošno razširjeni v standardiziranih postopkih ažuriranja topografskih kart.
Druga prototipna aplikacija tega predloga, t.j. vključitev lidarskih ali lidarju-podobnih podatkov v monoslikovno orientacijo fotografij, bo občutno izboljšala natančnost tako izmerjenih 3D podatkov. Pri razvoju te aplikacije si bomo pomagali z različnimi modeli podatkovnih fuzij. Uporabili bomo napredne strategije zajema, klasifikacije in označevanja podatkov: razvoj strukturiranih vzorcev prostorskih entitet (npr. različne značilnosti terena) v obliki geometrijskih vzorcev, prostorskih grafov, itd. Izsledki te raziskave bodo podali znanstvenikom nova izhodišča in možnosti za razvoj in optimizacijo algoritmov za kombiniranje velepodatkov, VGI podatkov in velikih količin nestrukturianih nemerskih fotografij.
Razvoj stroke
Ker državni lidarski podatki postajajo odprti podatki javnega sektorja po vsej Evropi, bodo rezultati raziskave uporabni v evropskih geodetskih upravah (GU) (evropska relevantnost, organizacijski vpliv). Večina evropskih GU ima namreč podoben (fotogrametrični) pristop k izdelavi in ažuriranju topografskih kart in omejene, vendar zelo pozitivne izkušnje z VGI. Pokazalo se je, da lahko VGI prihrani do 20 % finančnih sredstev za ažuriranje [10, 11] (finančni vpliv). Poleg tega je za GU vključevanje prostovoljcev potencialno pomembno tudi pri posodabljanju podatkov nepremičnin in zemljiškega katastra (pravna relevantnost, socialni vpliv), zbiranju zemljepisnih imen (izobraževalna relevantnost) in prostorskem izobraževanju (izobraževalna relevantnost) [11]. Popolnoma novo obzorje za aplikacije z VGI se odpira tudi na področju razpoznave rabe tal/pokrovnosti tal (LU/LC, land use/land cover), npr. v povezavi s kmetijskimi subvencijami v EU (evropska relevantnost, gospodarski vpliv). Z nekaterimi prilagoditvami bi se metodologija, razvita v tem predlogu, lahko uporabila tudi za druge tematske namene, kot je profesionalno spremljanje okolja s pomočjo VGI (okoljska relevantnost).
Pomen za razvoj Slovenije
Neposredni pomen za gospodarstvo
Sodelovalna udeležba strokovnjakov in laikov (državljanov) pri zbiranju prostorskih podatkov ima velik pomen za razvoj novih visokotehnoloških delovnih mest in zagonskih podjetij. Trg lokacijskih storitev (LBS, Location Based Services) je izjemno hitro rastoča panoga po celem svetu, ki brez kakovostnih in stalno ažurnih prostorskih podatkov ne more uspevati, saj se ti masovno uporabljajo na mobilnih napravah in v spletnih aplikacijah (npr. pri navigaciji). Trenutna vrednost trga lokacijskih storitev je po raziskavi Allied Market Research danes okrog 12 milijard USD, do leta 2022 pa bo narasla za več kot petkrat, tj. na 62 milijard USD. Za stalno ažurnost in večjo kakovost nacionalnih topografskih in nepremičninskih podatkov so prostovoljski podatki VGI, pridobljeni preko različnih socialnih medijev, ključnega pomena. Uporabljajo se lahko v skoraj vseh panogah gospodarstva, npr. pri nepremičninskem trgovanju, upravljanju infrastrukture, gradbeništvu, multimodalnem transportu, zdravstvu, pametnem kmetijstvu, prehranski industriji, upravljanju z gozdom, varovanju okolja in v turizmu. Ker so prostorski podatki javnega sektorja odprti podatki (open data), je pomen projekta zato še večji.
Na področju javne uprave so ažurni in podrobni sodelovalni podatki VGI pomembni za projekte povezane z e-prostorom, e-graditvijo in e-planiranjem, saj le-ti skrajšujejo in poenostavljajo upravne postopke. Participativnost (tudi: kolaborativnost) je nova paradigma, ki v procese prostorskega planiranja vključuje prebivalce. Ti lahko prispevajo tako mnenja in kritiko, kot tudi nove podatke. Trenutno potekajoči EU in nacionalni projekti s področja pametne specializacije, ki vključuje tudi razvoj pametnih mest, v vseh procesih potrebujejo še podrobnejše prostorske podatke, kot so danes standardno na razpolago na nacionalnih geodetskih upravah.
Neposredni pomen za družbo
Neposredna korist za družbo je najbolj očitna pri opravljanju funkcij državne varnosti, policije, vojske, varovanja državne meje, civilne zaščite, varstva pred naravnimi nesrečami, zaščite okolja in zagotavljanja pravne varnosti nepremičnin. Pri teh aktivnostih so še posebej pomembni ažurni podatki topografije, ki pa se ob nekaterih dogodkih lahko dnevno spreminjajo, kot npr. ob poplavah, potresih, suši, plazovih in drugih okoljskih katastrofah. Pri teh je sodelovanje prebivalstva s prostovoljskimi opazovalnimi podatki VGI v realnem času in na lokaciji dogodka še posebej pomembna, saj omogoča lažje reševanje, oceno trenutne situacije in dejanske škode. Državne geodetske službe zaradi različnih objektivnih razlogov ob takih dogodkih namreč ne morejo snemati, opazovati in meriti takih topografskih sprememb, ki so lahko trajne ali začasne, pri čemer pa imajo neposredni negativni učinek na gospodarstvo in kakovost življenja prebivalcev.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
