FME

Die Software FME (Feature Manipulation Engine) der Firma Safe Software Inc. ist laut Eigenwerbung das welt-weit meistgenutzte sogenannte Spatial ETL-Werkzeug (extract, transform, load) zur Integration, Bearbeitung und Qualitätssicherung beliebiger räumlicher Informationen. Es ist eine äußerst leistungsfähige und flexible Softwarelösung, mit der auf sehr einfache Weise komplexe Verarbeitungsprozesse von räumlichen und nicht-räumlichen Daten modelliert und automatisiert ausgeführt werden können. Die Stärken des Programms lie-gen einerseits in der Vielzahl der verarbeitbaren Formate sowie in der einfachen intuitiven Bedienbarkeit über eine grafisch-interaktive Benutzerschnittstelle, mit deren Hilfe vollständig auf klassischen Program-miercode verzichtet werden kann. Programmierkenntnisse sind zwar einerseits zur Handhabung des Systems nicht zwingend erforderlich, andererseits verfügt FME über Schnittstellen zur Implementierung von externem Python-Programmcode oder programmatischer Erweiterungen in Java oder C++ anhand einer SDK.

Das zentrale Programm-Modul zur Entwicklung eines Prozessablaufs ist die sogenannte FME-Workbench, sie stellt die Plattform für die verfügbaren Formate und Funktionen bereit. Geometrische Objekte werden als Feature Type mittels eines Readers eingelesen (extraxt), anhand sogenannter Transformer verändert (trans-form) und über einen zu definierenden Writer wieder in ein Ausgabeformat nach Wahl zurückgeschrieben (load). Die Transformer liefern in einem FME-Workflow dabei die benötigten Werkzeuge zur Manipulation der eingelesenen Objekte (Features), wobei es sich nicht zwangsläufig um Geometrieobjekte handeln muss.

3.4.1 Zusammenstellung wichtiger FME-Transformer mit Generalisierungsfunktionalität

FME verfügt eine Reihe verschiedener Transformer, die explizit für die Generalisierungsautomatisation geeig-net sind. Dabei kann unterschieden werden zwischen Werkzeugen, die von vorneherein als Generalisierungs-funktion angelegt sind und Werkzeugen, die im Zusammenhang mit dem Gesamtprozess der Generalisie-rungsautomatisation Anwendung finden. Erstere werden in nachfolgender Auflistung vorgestellt und kurz in ihrer Wirkungsweise beschrieben (SAFE Software 2018).

Generalizer

Dieser Transformer ist vielmehr eine Werkzeugsammlung und beinhaltet gleich mehrere unterschiedliche Al-gorithmen aus verschiedenen Bereichen der (Linien)Generalisierung wie Simplifizierung, Glättung, Anpassung und Messung. Für die Liniensimplifizierung stehen wahlweise eine Reihe bekannter und weniger bekannter Algorithmen⁷ zur Verfügung: u.a. Douglas-Peucker, Deveau und Wang. Bei den Glättungsalgorithmen sind die Methoden von McMaster, die McMaster Weighted Distance sowie NURBFit hinterlegt. Als Mess-Algorithmus wird die Inflection-Point-Methode zur Bestimmung der Sinuosität einer Linie bereit gestellt. Als Anpassungsal-gorithmus schließlich findet die orthogonale lineare Regression Anwendung, sie ermöglicht die Minimierung der orthogonalen Distanz einer generalisierten Linie zu ihrem Original.

Sherbend Generalizer

Eigenständiger Transformer, der die Generalizer-Werkzeugsammlung zur Liniensimplifizierung um den Sher-bend-Algorithmus ergänzt und hier eine Reduktion unnötiger Details (Linienbiegungen) gegebenenfalls auch unter Wahrung des räumlichen Bezugs zu Punktdaten gewährleistet. Der Algorithmus eignet sich dadurch be-sonders bei natürlichen Linienverläufen.

Area Amalgamator

7 Leider fehlt in der FME-Dokumentation (SAFE Software 2018) zu den Transformern der Bezug auf die wissenschaftlichen Grundlagen bei den angewendeten Algorithmen, so dass deren genaue Funktionsweise nur schwer nachvollziehbar ist.

Der AreaAmalgamator ermöglicht eine Vereinfachung von Polygonen auf Basis einer Zusammenfassung bzw.

Verschmelzung nahegelegener geometrischer Details. Diese geometrischen Details können sowohl im glei-chen Objekt (Selbstbezug), zwisglei-chen verschiedenen Objekten (binär) sowie in beiden Fällen vorkommen und gehandhabt werden. Der interne Ablauf vollzieht sich in folgenden Schritten: Input-Polygone werden verdich-tet (Parameter "Maximale Dreiecksbreite") und danach überlagert mit der konvexen Hülle, der Unterschied zwischen der konvexen Hülle und den Polygonen wird trianguliert. Die Dreiecke, die eine bestimmte Größe (Parameter "Maximale Dreieckslänge") nicht überschreiten, werden aufgelöst und bilden Verbinder, die dann mit den ursprünglichen Polygonen in Amalgame aufgelöst werden.

Displacer

Der Displacer kommt zum Einsatz bei der Lösung von Nachbarschaftskonflikten zwischen zwei Objekten, wo-bei als Parameter eine Mindestdistanz zwischen einer unveränderlichen Basisgeometrie und einem Kandida-ten Anwendung findet. Anhand eines weiteren Parameters (Stiffness) wird der Grad der zugelassenen Verän-derung der Kandidatengeometrie gesteuert.

Center Line Replacer, CenterPointReplacer

Sorgt für die Reduktion von Eingangspolygonen auf ihre mediale Achse oder Skelettlinie bzw. den Schwer-punkt. Dies ist im Fall des CenterLineReplacer insbesondere im Zusammenhang mit dem Auffüllen von Lö-chern oder zu entfernenden länglichen Flächengebilden interessant. Wichtig bei der Typisierung (Kollaps) von Polygonen zu Linien- oder Punktgeometrien.

DonutHoleExtractor

Löst den inneren Ring aus einem Eingangspolygon und ermöglicht somit im Zusammenspiel mit weiteren Transformern (s. Testfilter) das Löschen von Flächen, die eine Mindestgröße unterschreiten.

AreaOnAreaOverlayer

Dieser Transformer führt eine Flächenüberlagerung durch, so dass alle Eingabebereiche gegeneinander ver-schnitten und die daraus resultierenden Flächenmerkmale erzeugt und ausgegeben werden können. Bei der unabhängigen Generalisierung einzelner Kategorien ist hierdurch im Nachgang ein „Verebnen“ der sich topo-logisch inkorrekt überlagernden Geometrien möglich.

Chopper

Ermöglicht das Aufteilen von Geometrien in Punkte, Linien oder Bereiche. Kann verwendet werden, um kom-plexe Objekte grob zu vereinfachen.

FME bietet mit einer Vielzahl verschiedener „Calculator“-Transformatoren die Voraussetzung, um die in ei-nem Generalisierungsablauf notwendigen Messungen auszuführen. Basierend auf diesen Messungen kann der weitere Ablauf bestimmt werden z.B. durch Auswahl der geeigneten Transformationsoperatoren. Es stehen zur Verfügung (Auswahl):

• Area Calculator, Length Calculator

Berechnet die Fläche bzw. Länge einer Objektgeometrie und speichert den Wert in einem Attribut.

• Angularity Calculator, Circularity Calculator

Berechnet die "Winkligkeit" bzw. „Zirkularität“ einer Objektgeometrie. Die Angularität gibt den Grad der Krümmung eines Objekts an. Je höher der Wert, desto gekrümmter die Geometrie. Die

3 Verfügbare Verfahren und Methoden

tät ermöglicht Aussagen über die Länglichkeit eines Objekts (perfekter Kreis = Wert 1 , Linie = Wert 0)

• Density Calculator

bestimmt das Dichtemaß einer Gruppe von Objektgeometrien und wird als numerischer Kandidaten-wert pro Flächeneinheit berechnet; je größer der Wert, desto größer die Objektdichte nach Anzahl der Kandidaten/Untersuchungsfläche.

• LeftRightSpatialCalculator

Berechnet die relative Position der Eingabe-Objektkandidaten zu den Basis-Kandidaten.

• Statistics Calculator

Berechnet Statistiken basierend auf einem bestimmten Attribut oder einer Reihe von Attributen von Ausgangsgeometrien.

Das FME-Hub⁸ bietet als zusätzliches Repository über die Standard-Transformer hinaus spezielle „custom transformer“, die in der Regel mehrere bestehende Transformer zu einem neuen Transformer-Paket bündeln und für die Nutzung in der eigenen Workbench bereitstellen:

MultiAreaLayerGeneralizer

Funktioniert wie der Generalizer, berücksichtigt aber mehr als einen Layer. Dieser Transformator hält topolo-gisch saubere Beziehungen zwischen den Merkmalen aufrecht. Voraussetzung ist eine saubere Topologie der verschiedenen Ebenen zueinander.

Vertex Limiter (Custom Transformer)

Ermöglicht die iterative Reduktion der Anzahl von Stützpunkten unter einen vorgegebenen Grenzwert.

8 https://hub.safe.com

3.4.2 Handhabung einzelner Ablaufschritte innerhalb einer Workbench

Die mitunter komplexe Funktionalität der Transformer in der Workbench wird dadurch transparenter, dass der Status einzelner Objekte an jeder beliebigen Stelle des Workflows im sogenannten „Data Inspector“ beo-bachtet und validiert werden kann. Dadurch lassen sich gezielt einzelne Teilschritte in direkter vorher/nach-her-Betrachtung überprüfen.

Die testweise Anpassung oder Änderung von Parametern oder Optionen in einem Transformer mit wiederhol-ter Durchführung ist ein häufiger Arbeitsschritt bei der Modellierung in der Workbench – hier ermöglicht das zur Laufzeit ausgeführte Feature-Caching die Ablage der Daten jedes einzelnen Prozessschrittes im Arbeits-speicher und die wiederholte Ausführung des Prozessablaufs ab oder bis zu einem dieser Punkte mit geänder-ten Einstellungen (siehe Abb. 9). Gerade bei Tests mit größeren Dageänder-tenmengen oder in längeren Prozessketgeänder-ten ist die Zeitersparnis durch diese Option sehr hilfreich.

Abb. 9: Beispiel einer FME-Workbench bei der erneuten Ausführung mit aktiviertem FeatureCaching

3 Verfügbare Verfahren und Methoden

3.5 Zusammenfassende Beurteilung hinsichtlich vorhandener Generalisierungsfunktionalität