6.1 Bewertung der untersuchten Datensätze
6.1.1 Bewertung der Referenzdaten
6 Bewertung der Ergebnisse
Ausgehend von der Tatsache, daß die Differenz zwischen wirklicher und reflektierter Oberfläche je nach ihrer Beschaffenheit sehr deutlich ausfallen kann, sollte in der vorliegenden Untersuchung betrachtet werden, wie stark sich dieser Einfluß auf die Genauigkeit der Geländemodelle auswirkt. Ferner sollte analysiert werden, ob sich durch das Addieren des quantifizierten Fehlers auf die Höheninformationen in Form eines „Safety Buffers“ der Datensatz so modifizieren läßt, daß die von der RTCA [RTC05a] und ICAO [ICA04]) geforderten Genauigkeiten eingehalten werden können.
Im Folgenden sollen sowohl die zur Verifikation und Modifikation der Daten durchgeführten Verfahren wie auch die Geländemodelle selbst hinsichtlich eines sinnvollen und sicheren Einsatzes in der Luftfahrt diskutiert werden.
Oberfläche der Vegetation konnte in diesem Fall der zu erwartende Fehler der Kontrollpunkte vernachlässigt werden. Für die alpine Region bei Pfronten standen als Kontrollpunkte lediglich die vor Ort vermessenen Bodenpunkte zur Verfügung. Zwar sollten auch in diesem Untersuchungsgebiet die Geländemodelle hinsichtlich eines Oberflächenmodells verifiziert werden, doch wies das betrachtete Gebiet keine signifikante und dichte Bedeckung auf. Da im betrachteten Untersuchungsgebiet primär der Einfluß der Geländeneigung quantifiziert werden sollte, standen die Berghänge im Zentrum des Interesses, die, wenn überhaupt, nur sehr niedrige Vegetation aufwiesen.
Werden Informationen hinsichtlich eines Oberflächenmodells benötigt, ist das Vorhandensein von Kontrollpunkten, welche die Oberflächenbedeckung widerspiegeln, unumgänglich.
Gestaltet sich die Gewinnung dieser Daten auch als arbeitsaufwendig und kostspielig, so läßt sich eine seriöse Quantifizierung des Fehlers und eine Bewertung hinsichtlich eines sicheren Einsatzes in der Luftfahrt nur auf diesem Wege durchführen. In Einzelfällen kann unter besonderen Bedingungen (z.B. überwiegend vegetationsarme Flächen) eine entsprechende Verifikation auch mit Bodenpunkten vollzogen werden.
6.1.1.2 Referenzgeländemodelle
Haben Kontrollpunkte stets einen stichprobenartigen Charakter, bietet die Verifikation unter der Anwendung von Geländemodellen die Möglichkeit, einen lückenlosen Vergleich von kompletten Datensätzen vorzunehmen. Sollen auch hier die zu untersuchenden Höhenmodelle hinsichtlich ihrer Abbildung der Erdoberfläche samt ihrer Bedeckung untersucht werden, bedarf es eines echten Oberflächenmodells (DOM). Da insbesondere für das Untersuchungs-gebiet bei Michelstadt mit seiner heterogenen Oberflächenbedeckung eine lückenlose Analyse des Einflusses der Oberflächenbedeckung durchgeführt werden sollte, wurde zwingend ein echtes Oberflächenmodell als Referenz benötigt. Um diesen Ansprüchen gerecht zu werden, wurde im Rahmen der Untersuchungen ein auf der Basis von stereo-photogrammetrischen Methoden erstelltes Oberflächenmodell erzeugt. Dieses Höhenmodell weist einen Stützstellenabstand von 2,00 m auf, was Analysen mit einer sehr hohen räumlichen Auflösung erlaubt. Der Datensatz konnte mit Hilfe der durch die in der stereo-photogrammetrischen Umgebung extrahierten Kontrollpunkte verifiziert werden. Die dabei ermittelten Qualitäts-parameter weisen mit einer Genauigkeit von 1,15 m bei einem Konfidenzintervall von 90%, einer mittleren Abweichung von 0,22 m und einer Standardabweichung bei einem Sigma von 1,21 m sehr gute Werte auf. Folglich könnte dieses Höhenmodell nicht nur im durch die RTCA [RTC05a] und ICAO [ICA04] beschriebenen Flughafennahbereich Anwendung finden, sondern bietet zugleich das Potential, als Oberflächenreferenz bei der Verifikation der Radar- und Laserdaten zu dienen (siehe Abschnitt 5.1.2.1).
Da die Generierung eines echten Oberflächenmodells sehr arbeitsaufwendig und somit kostenintensiv ist, wurde für das Untersuchungsgebiet bei Pfronten/Ostallgäu sowie für die zusätzlichen Untersuchungsgebiete bei Michelstadt auf Produkte des HVBG (Hessische Verwaltung für Bodenmanagement und Geoinformation) und der BVV (Bayerische Vermessungsverwaltung) zurückgegriffen. Diese Höhenmodelle des Typs DGM5 weisen einen Stützstellenabstand von 10,00 m auf und repräsentieren ein Geländemodell (DGM). Die abgebildeten Höheninformationen geben also den „nackten Boden“ ohne Bedeckung wieder.
Wie bereits bei der Bewertung der Kontrollpunkte beschrieben, stellt diese Tatsache für das alpine Untersuchungsgebiet ein geringeres Problem dar, da hier die Bodenbedeckung im Gegensatz zur Geländesteigung weitgehend zu vernachlässigen ist. Schwieriger ist die Nutzung der DGM5 Daten für den Bereich um Michelstadt. Hier stellt die Oberflächenbedeckung den dominierenden Einflußfaktor dar, den es zu quantifizieren gilt.
Soll das DGM5 trotzdem als Referenz dienen, so können verläßliche Angaben über die Qualität nur für Abschnitte ohne signifikante Bedeckung bereitgestellt werden.
6.1. 28BBewertung der untersuchten Datensätze Obwohl von Beginn an bekannt war, daß die DGM5 Datensätze nur mit Einschränkungen genutzt werden können, wurden durch einen Vergleich mit den Kontrollpunkten die notwendigen Qualitätsparameter bestimmt (siehe Abschnitt 5.1.2.2).
Für das DGM5 im Bereich Michelstadt konnten sehr gute Werte für die Genauigkeit bei einem Konfidenzintervall 90% (0,80 m), die Standardabweichung (2,35 m) sowie der mittleren Abweichung (0,21 m) ermittelt werden. Die Verifikation fand hier jedoch ausschließlich über Gebieten statt, die keine Bedeckung aufweisen. Somit geben diese Werte nur beschränkt Auskunft über die Genauigkeit der Höheninformationen, die auf Abschnitten mit einer signifikanten Bedeckung liegen.
Für das Untersuchungsgebiet bei Pfronten konnten bei einem Vergleich des DGM5 mit den vor Ort eingemessenen Kontrollpunkten ein weniger gutes Ergebnis ermittelt werden. Hier beträgt die Genauigkeit (90%) 5,40 m, die mittlere Abweichung 1,35 m und die Standardabweichung 2,85 m. Allerdings sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die Kontrollpunkte selektiv eingemessen wurden. So wurde die Mehrzahl der Kontrollpunkte in Abschnitten aufgenommen, die durch starke Geländeneigungen geprägt sind (siehe Abschnitt 5.1.2.2). In diesen Bereichen sind schlechtere Genauigkeiten zu erwarten als in Regionen ohne ausgeprägte Steigungswechsel. Diese Tatsache läßt sich auch erkennen, wenn die Qualitätsparameter einzelner Abschnitte im Untersuchungsgebiet Pfronten betrachtet werden.
Während in den flachen Abschnitten bei Pfronten Meilingen eine Genauigkeit (90%) von 1,55 m ermittelt werden konnte, beträgt diese an den Hängen des Aggenstein beispielsweise nur 7,85 m (vgl. Abschnitt 5.1.2.2).
Genau betrachtet bietet das DGM5 der Region Pfronten nicht die angestrebte Genauigkeit.
Weder kann die von der RTCA [RTC05a] und ICAO [ICA04] geforderte Genauigkeit (90%) von 3,00 m gehalten werden, noch bietet es nach dem Kontrollpunktvergleich das Potential eines Referenzdatensatzes, insbesondere wenn man berücksichtigt, daß das DGM5 den Boden wiedergibt und nicht die wirkliche Oberfläche. Dennoch bietet das DGM5 eine deutlich höhere Genauigkeit als jene, die von den SRTM Radarhöhendaten zu erwarten ist. Aus diesem Grund fand das DGM5 als Referenzdatensatz dennoch Anwendung.
6.1.1.3 Fazit
Die Verifikation von Geländedaten kann sowohl mit Hilfe von Kontrollpunkten wie auch ganzen Datensätzen durchgeführt werden. Dabei gilt es berücksichtigen, unter welchen Rand-bedingungen die endgültigen Ergebnisse zustande kommen.
Besonders durch den stichprobenartigen Charakter von Kontrollpunkten gilt es zu beachten, ob die Art und Verteilung der Punkte die Charakteristik des betrachteten Geländeabschnittes wiedergeben. Verifiziert man beispielsweise ein dicht bewaldetes Gebiet hinsichtlich eines Oberflächenmodells und verwendet bei der Untersuchung überwiegend Bodenpunkte, wird das Ergebnis nicht die tatsächliche Genauigkeit des Datensatzes wiedergeben. Diese würde voraussichtlich wesentlich besser ausfallen als sie eigentlich zu erwarten wäre. Allerdings existiert auch der umgekehrte Fall. Werden beispielsweise die Kontrollpunkte überwiegend an steilen Hanglagen aufgenommen, kann die bestimmte Genauigkeit deutlich unter dem erwarteten Ergebnis liegen. Somit läßt sich feststellen, daß besonders bei der stichproben-artigen Verifikation mit Kontrollpunkten Art und Anzahl der Punkte das Ergebnis maßgeblich beeinflussen.
Vollzieht man einen Vergleich ganzer Datensätze entfällt zwar der stichprobenartige Charakter, doch muß auch hier berücksichtigt werden, unter welchen Randbedingungen die Bewertung der Höheninformationen durchgeführt wurde. Fragen nach der Vergleichbarkeit der Höhenmodelle (DGM oder DOM) wie auch zu den angegebenen Genauigkeiten der Daten (wie wurde die Qualität der Referenzdaten bestimmt?) müssen gestellt werden. Nur wenn hier die verschiedensten Einflußfaktoren berücksichtigt werden, kann eine zuverlässige Bewertung von Höhendaten für sicherheitskritische Luftfahrtanwendungen erfolgen.