Topografie

 

Informationen zum Thema Topografiedaten, Werzeuge, Algorithmen.
Das Projekt wurde im Oktober 2023 begonnen. Anlass war das „Jahrhundert-Hochwasser“ in Flensburg.

XYZ Dateien

Dateiformat zur Speicherung beliebig vieler Punkte als X, Y, Z Koordinaten.
Aufbau: CSV
Pro Zeile drei Werte, durch Leerzeichen getrennt.
Die Interpretation der Werte muss bekannt sein. Im folgenden Beispiel sind es Latitude, Longitude, Höhenwert in m.

Beispiel:
54.0982 9.8762 0.23
54.0934 9.8711 0.345

XYZ Dateien enthalten keine Meta-Informationen.
Lesende Programme müssen die Daten selbst auf Vollständigkeit und Qualität prüfen.
Schnelle Abfrage einzelner Koordinaten nicht möglich.

CVF2 Format

Topografische Daten im XYZ-Format sind in der Regel sehr speicherintensiv und bieten keine Struktur, um einzelne Werte direkt zu lesen.Der DGM1 Datensatz von Schleswig-Holstein nimmt z. B. ca. 520 GB in 18.667 Dateien ein.

Ein effizienteres Speicherformat ist CVF2 (Compact Value Field 2d).
Es speichert Daten in einer „Kachel“, ähnlich wie Bilddaten.

Die Entwicklung des CVF2-Dateiformates wurde von am 5.3.2024 begonnen.

Folgende grundlegende Eigenschaften sollten erfüllt werden:

1. Validierung
Stellt sicher, dass der gesamte Datensatz intakt ist, ohne fehlende Datenpunkte.

2. Erhaltung der Z-Werte
Garantiert, dass Z-Werte während der Kompression und Dekompression unverändert bleiben. Dadurch wird sichergestellt, dass beim Lesen eines Z-Werts aus der komprimierten Datei dieser genau mit dem Wert der Original-XYZ-Datei übereinstimmt (keine Rundungs- oder Konvertierungsfehler).

3. Kompressionsrate
Strebt eine optimale Kompressionsrate im Vergleich zur Originaldatei und alternativen Methoden an, wie beispielsweise das Speichern von Daten als Float-Array oder im PNG-Format. Als Float Array gespeichert wäre die Dateigröße für 1.000 x 1.000 Werte 4 MB = 1.000.000 Punkte je 32 Bit.

4. Genauigkeit
Behält eine hohe Genauigkeit über einen breiten Wertebereich bei. Für Topografiedaten liegt der maximale Wertebereich bei ca 20 km, vom tiefsten Punkt des meeres bis zur Spitze des höchsten Berges. Dies entspricht 20.000 m oder 2.000.000 cm.

5. Erkennung ungültiger Z-Werte
Identifiziert und markiert ungültige Z-Werte in der komprimierten Datei.

6. Effizientes Lesen einzelner Werte
Bietet einen einfachen und vergleichsweise schnellen Zugriff auf einzelne Werte aus der komprimierten Datei.

7. Schnelleres Lesen von Wertearrays
Ermöglicht ein schnelles Lesen von Arrays von Werten aus der komprimierten Datei.

Stichworte

DGM/DEM
Digitales Geländemodell (engl. Digital elevation model)
https://de.wikipedia.org/wiki/Digitales_H%C3%B6henmodell#Digitales_Gel%C3%A4ndemodell

PROJ
Library für Projektionen,
It is primarily written in C/C++, but it has bindings available for several programming languages, including:
Python, JavaScript, Java, .NET (C#), Ruby, Perl, PHP, R
https://proj.org

Online Transformation und Inspektion von Koordinaten:
https://epsg.io/transform

Shapefile
https://en.wikipedia.org/wiki/Shapefile

OpenStreetMap
OSM File Formats Manual
https://osmcode.org/file-formats-manual/

Tile Map Service
https://de.wikipedia.org/wiki/Tile_Map_Service

Weitere:
Mapnik
renderd