Cop4Stat 2015plus - d-copernicus.de · Copernicus Symposium, BMVI, Berlin, 16. März 2017...
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Copernicus Symposium, BMVI, Berlin, 16. März 2017 Copernicus Symposium, BMVI, Berlin, 16. März 2017
Cop4Stat_2015plus
Verwendung von Copernicus-Daten für Zwecke der Flächenstatistik
Stephan Arnold Flächenstatistik und landwirtschaftliche Bodennutzung
Statistisches Bundesamt
Sylvia Seissiger Entwicklung und Fernerkundung
Bundesamt für Kartographie und Geodäsie
Copernicus Symposium, BMVI, Berlin, 16. März 2017
Harmonisierte Statistik zu Landbedeckung und Landnutzung
Einheitliche Erfassungskriterien
Mindesterfassungsflächengröße
Erfassungszeitpunkt, Bezugszeitraum
Inhaltliche Definitionen
Folie 3
Anforderung von Eurostat
Copernicus Symposium, BMVI, Berlin, 16. März 2017
LUCAS Felderhebung (land use / cover are frame survey)
Koordination durch Eurostat, gemäß Bedarf der EU-Kommission
Europaweit durchgeführte Erfassung der Landbedeckung und Landnutzung (LB/LN)
Drei-jähriger Erfassungszyklus: 2006 / 2009 / 2012 / 2015 / 2018
Punktstichproben-basierte Geländeerhebung orientiert an regelmäßigem Gitternetz (2x2 km)
Folie 4
Copernicus Symposium, BMVI, Berlin, 16. März 2017
Was bisher geschah… LUCAS Bottom-up Pilot-Studie
Folie 5
Copernicus Symposium, BMVI, Berlin, 16. März 2017
LUCAS Land Cover Classes Code Class A ARTIFICIAL LAND A10 Roofed built-up areas A20 Artificial non-built up areas A30 Other built-up areas B CROPLAND C WOODED LAND C - F FAO - Forest C - F - 10 FAO - Broadleaved C - F - 20 FAO - Coniferous C - F - 30 FAO - Mixed C - OWT FAO - Other land with tree cover C - OW FAO - Other wooded land D SHRUBLAND E GRASSLAND F BARE LAND, lichens, glaciers and permanent snow
G WATER SURFACE G10 Inland water bodies G20 Inland running water H WETLANDS L Land area (NUTS definition)
T Total area = Land (L) + Inland waters (NUTS definition) Folie 6
Copernicus Symposium, BMVI, Berlin, 16. März 2017
LUCAS Bottom-up Pilot-Studie 2013-2014
Folie 8
Ableitung von Informationen zu Landbedeckung und Landnutzung aus nationalen Datenquellen über Semantische Transformationstabellen (STT)
Verschiedene Quellen und Methoden Unterschiedliche Ergebnisse
Europäische Ebene:
ALB BO ALKIS Nationale Ebene: ATKIS LBM-DE
LUCAS
STT (a) STT (b) STT (c) STT (d) STT (e)
Copernicus Symposium, BMVI, Berlin, 16. März 2017
ALB 2009
ALB_MVP 2009
BO 2010
LBM-DE 2009
LUCAS 2009
ARTIFICIAL LAND 41.004 24.512 2.877 30.036 24.375 CROPLAND 106.164 0 !! 117.788 127.688 118.128 WOODLAND 107.521 107.534 13.809 107.452 120.897 SHRUBLAND 620 620 0 963 2.087 GRASSLAND 71 0 !! 49.071 69.181 81.368 BARE LAND AND LICHENS 1.814 1.656 0 366 2.367 WATER 5.452 5.452 0 5.422 6.248 WETLAND 1.099 1.099 0 1.889 1.664 CROPLAND / GRASSLAND 53.064 0 0 0 0 CROPLAND & GRASSLAND 159299 0 166859 197349 199496 CROPLAND & nat VEGETATION 0 0 0 94 0 SHRUBLAND/GRASSLAND 0 0 0 7.172 0 Non-forest VEGETATION 26.470 185.741 327 0 0 Any VEGETATION 953 356 0 1.201 0 UNKNOWN 12.894 30.156 173.266 5.815 0 Total Area 357.125 357.125 357.138 357.665 357.134 Eindeutig ableitbarer Flächenanteil 73,85% 39,45% 51,39% 96,04% 100,00%
ARTIFICIAL LAND CROPLAND WOODLAND SHRUBLAND GRASSLAND BARE LAND AND LICHENS WATER WETLAND CROPLAND / GRASSLAND CROPLAND & GRASSLAND CROPLAND & nat VEGETATION SHRUBLAND/GRASSLAND Non-forest VEGETATION Any VEGETATION UNKNOWN Total Area Eindeutig ableitbarer Flächenanteil
Flächensummen 2009 Landbedeckung für LUCAS-LC-Klassen je nach Quelldatensatz
Delta A
Delta B 59 %
110 % 111 % 99,9% 112 %
114 %
124 % 125 %
90 %
Folie 9
Copernicus Symposium, BMVI, Berlin, 16. März 2017
Fazit LUCAS Pilotstudie
Folie 11
Keine nationale Datenquelle kann alleinstehend für direkte Ableitung der geforderte LUCAS-Klassen herangezogen werden.
Unterscheidung Ackerland – Grünland nur aus LBM-DE möglich, allerdings auch dort große Abweichung
Artificial Land zwischen ALB und LUCAS ist ähnlich groß, eher zufällig da Definitionen abweichend.
Cropland zwischen BO und LUCAS stimmen halbwegs überein.
Waldflächen zwischen ALB und DLM-DE ähnlich groß, allerdings in LUCAS überschätzt.
Copernicus Symposium, BMVI, Berlin, 16. März 2017
Cop4Stat_2015plus
Folie 12
Copernicus Symposium, BMVI, Berlin, 16. März 2017
Folie 13
COP4STAT_2015plus Projektziel:
Einsatzmöglichkeiten von Copernicus-Produkten für Informationsbedarf der Statistik zur LB und LN
Erfüllung der Anforderungen auf europäischer Ebene (Eurostat: LUCAS)
Aufgreifen der LUCAS-Pilotstudie 2014
Input-Datenmaterial:
Sentinel-2, (Sentinel-1 RADAR Daten optional)
High Resolution Layer
Landbedeckungsmodell LBM-DE (ehem. DLM-DE) als Zusatzdaten
ATKIS Basis-DLM
Copernicus Symposium, BMVI, Berlin, 16. März 2017
Folie 14
Datenfluss von nationaler zur europäischen Ebene
CLC/ EEA
ATKIS ALB/ ALKIS
HRL
FEtN Stat
LUCAS/ Eurostat
Europäische Ebene
Länder- Ebene
Amtliche Flächenstatistik beruht auf Katasterdaten (ALB/ALKIS)
Testen einer alternativen Datenquelle: Fernerkundung
LBM- DE
FEtN Stat
Bundes- Ebene
Agrar Stat
Sen- tinel
LB/LN „Stat“ BWI
„Cop4Stat_2015plus“ Verwendung von Copernicus Daten für Zwecke der Flächenstatistik ׀ 23.03.2017 ׀ Seite 15
3 Methode
Stark vereinfachter Arbeitsablauf:
Vektor-daten ATKIS,
LBM-DE
Rasterdaten, Fernerkundung
Pixel und objektorientierte
überwachte Klassifikation
Trainingsgebiete
Validierung der Ergebnisse
Kleine Testgebiete für Level2 LUCAS
Prüfung der Flächenanteile und Lagegenauigkeit in
1x1km Grid
Copernicus HRL durchgeführt
zur Zeit in Bearbeitung
ist in Planung
Pixel und objektorientierte
überwachte Klassifikation
Validierung der Ergebnisse
Integration weiterer
Datensätze (DOM)
Transformation zur LUCAS
Nomenklatur
Transformation zur LUCAS
Nomenklatur
„Cop4Stat_2015plus“ Verwendung von Copernicus Daten für Zwecke der Flächenstatistik ׀ 23.03.2017 ׀ Seite 16
3 Methode
a) Level1 LUCAS Landbedeckungsklassen aus ATKIS Zuweisung
b) alle Attribute und Geometrien aus ATKIS sind auch in der Zuweisung zu LUCAS berücksichtigt
Inpu
t: AT
KIS
LUC
AS
b)
Transformation der ATKIS - Daten in die LUCAS Nomenklatur
„Cop4Stat_2015plus“ Verwendung von Copernicus Daten für Zwecke der Flächenstatistik ׀ 23.03.2017 ׀ Seite 17
Transformation der Daten in die LUCAS Nomenklatur (semantisch nach Definitionen der verschiedenen Klassifikationshierarchien und physisch (Verwendung der Geometrien) aus der Sicht der Fernerkundung Überlagerungsfrei)
Ausgangsdaten (Vektor):
LBM-DE
3 Methode LBM-DE
Transformation des LBM-DE in die LUCAS Nomenklatur
„Cop4Stat_2015plus“ Verwendung von Copernicus Daten für Zwecke der Flächenstatistik ׀ 23.03.2017 ׀ Seite 18
4 Erste Ergebnisse
braun: mehr Wald LBM-DE2012, gelb: Flächen sind gleichverteilt, blau: mehr Wald ATKIS-LUCAS2015
Vergleich zwischen LBM-DE2012 und ATKIS-LUCAS2015 am Beispiel von Wald.
LUCAS - LBM-DE
User Accuracy in %
Producer Accuracy in %
Artificial land 66,3 70,9 Cropland 64,4 78,6 Woodland 85,5 86,7 Shrubland 15,4 5,6 Grassland 48,5 39,3 Bareland 2,1 14,9 Water Areas 44,9 42,2 Wetland 27,3 14,6 Overall Accuracy: 70,4 %
„Cop4Stat_2015plus“ Verwendung von Copernicus Daten für Zwecke der Flächenstatistik ׀ 23.03.2017 ׀ Seite 19
4 Erste Ergebnisse
Pixelbasierte überwachte Klassifikation
LUCAS – Klassifikation- Landsat 8 von April und Oktober 2015)
User Accuracy
in % Producer Accuracy
in % Artificial land 59,3 66,5 Cropland 75,0 61,9 Woodland 89,4 71,3 Shrubland 3,7 28,4 Grassland 38,7 37,1 Water Areas
58,1 33,1
Overall Accuracy: 62 %
„Cop4Stat_2015plus“ Verwendung von Copernicus Daten für Zwecke der Flächenstatistik ׀ 23.03.2017 ׀ Seite 20
4 Erste Ergebnisse
Objektorientierte überwachte Klassifikation – LUCAS Level 1 und 2 (teilweise)
Algorithmus
„Cop4Stat_2015plus“ Verwendung von Copernicus Daten für Zwecke der Flächenstatistik ׀ 23.03.2017 ׀ Seite 21
4 erste Ergebnisse
Segmentbasierte Klassifizierung: RapidEye 2015 + LoD1 - Daten
RapidEye Szene ID: 3262113 LoD1: 27,57 km² RapidEye Segmentierung: 34,28km²
Überschätzung der Fläche mit Gebäuden durch Segmentierung: 24,3 Prozent
Ziel: Unterscheidung von versiegelter Fläche mit Gebäuden (A10) und versiegelter Fläche ohne Gebäude (A20)
„Cop4Stat_2015plus“ Verwendung von Copernicus Daten für Zwecke der Flächenstatistik ׀ 23.03.2017 ׀ Seite 22
5 Ausblick
• Klassifizierung mittels Random Forest und Support Vector Machine, evtl. objektbasiert
• Erweiterter Dateninput: Sentinel 1, DOM 5 (verbesserte Abgrenzung Siedlung, Wald, Landwirtschaft) • Trainings- und Validierungsdaten: LUCAS
2015 (für einige Klassen nur sehr wenige Punkte verfügbar)
• Vergleich der klassifizierten
Flächengrößen mit amtlicher Flächenstatistik
LUCAS- Klasse
Anzahl der Punkte 2015
Artificial land 59
Cropland 139
Woodland 222
Shrubland 4
Grassland 92
Bare land 3
Water Areas 3
Copernicus Symposium, BMVI, Berlin, 16. März 2017 Copernicus Symposium, BMVI, Berlin, 16. März 2017
Stephan Arnold Flächenstatistik
Telefon: +49 (0) 611 / 75 2849 [email protected]
www.destatis.de
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Sylvia Seissiger Bundesamt für Kartographie und Geodäsie, Referat GI7 Richard-Strauss-Allee 11 60598 Frankfurt [email protected] www.bkg.bund.de Tel. +49 (0) 69 / 6333 481
„Cop4Stat_2015plus“ Verwendung von Copernicus Daten für Zwecke der Flächenstatistik ׀ 23.03.2017 ׀ Seite 25
Semantische Transformation ATKIS zu LUCAS
Vektordaten
Artificial Land Cropland
Woodland Shrubland Grassland Bare Land
Water Surface Wetlands UNKOWN
Land Cover Info aus Sat.-Bildern
Copernicus Symposium, BMVI, Berlin, 16. März 2017
Standardisierter Vergleich von Datenquellen (anhand 1x1 km Grid) Thema: Wald/Bäume
LBM-DE 2012 (1 ha MMU Polygone) HRL Forest 2012 (100x100m Rasterzellen)
Vergleichsgitter (LBM-DE vs HRL)
Wald Nicht-Wald
Relativ weniger
Relativ mehr
Gleichartig
„Cop4Stat_2015plus“ Verwendung von Copernicus Daten für Zwecke der Flächenstatistik ׀ 23.03.2017 ׀ Seite 27
4 Erste Ergebnisse
braun: mehr Wald LBM-DE2012, gelb: Flächen sind gleichverteilt, blau: mehr Wald ATKIS-LUCAS2015
Vergleich zwischen LBM-DE2012 und ATKIS-LUCAS2015 am Beispiel von Wald.
LUCAS - LBM-DE
User Accuracy
in %
Producer Accuracy
in % Artificial land 66,3 70,9 Cropland 64,4 78,6 Woodland 85,5 86,7 Shrubland 15,4 5,6 Grassland 48,5 39,3 Bareland 2,1 14,9 Water Areas 44,9 42,2 Wetland 27,3 14,6 Overall Accuracy: 70,4 %
„Cop4Stat_2015plus“ Verwendung von Copernicus Daten für Zwecke der Flächenstatistik ׀ 23.03.2017 ׀ Seite 28
4 Erste Ergebnisse
Pixelbasierte überwachte Klassifikation
LUCAS – Klassifikation- Landsat 8 von April & Okt 2015)
User Acc.
in % Producer Acc.
in % Artificial land 59,3 66,5 Cropland 75,0 61,9 Woodland 89,4 71,3 Shrubland 3,7 28,4 Grassland 38,7 37,1 Water Areas
58,1 33,1
Overall Accuracy: 62 %