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Landmarken-basierte Navigation von Fußgängern auf Geodaten beliebiger Repräsentation

Bearbeitung:Elias, Mondzech
Bild Landmarken-basierte Navigation von Fußgängern auf Geodaten beliebiger Repräsentation

Inhalt

Eine direkte Übertragung der Navigationslösungen für Fahrzeuge auf die Wegeführung von Fußgängern ist aus zweierlei Gründen unbefriedigend bzw. ganz unmöglich: zum einen basiert die Fahrzeugnavigation auf Datensätzen, die für den Autoverkehr erhoben wurden, d.h. sie enthalten nicht alle für Fußgänger zugänglichen Routen (etwa Fußwege, Fußgängerzonen, Rolltreppen, Wege innerhalb von Gebäuden) oder verweisen gar auf Routenelemente, die dem Fußgänger überhaupt nicht zugänglich sind (z.B. Autobahnen, Schnellstraßen). Zum Anderen sind die Navigationshinweise größtenteils für Fußgänger ungeeignet, da sie rein auf geometrischen Größen und Abbiegerichtungen beruhen. Der Mensch hingegen findet seine Wege auf Basis sogenannter Landmarken, d.h. markanten, auffallenden Objekten in der Umgebung, die ihm zur Orientierung dienen.

In dem Forschungsvorhaben geht es darum, diese beiden Defizite zu beheben: Einerseits zielt es auf die Entwicklung automatischer Verfahren ab, die beliebige raumbezogenen Daten in eine navigierbare Form überführen und somit für die Wegeführung nutzbar machen. Somit wird es durch die Verwendung zusätzlicher Datenquellen möglich, die für die Belange der Fußgängernavigation bestehenden Lücken in den Fahrzeugnavigationsdaten zu schließen. Andererseits geht es darum, automatisch Landmarken in raumbezogenen Datenbeständen zu identifizieren, die für jeweils individuelle Routen eindeutig sind, nutzer- und kontextadaptiert sind und somit für die Navigation herangezogen werden können. Beide Komponenten fließen in einem Gesamtprototypen zusammen.

 

Ziele des Projekts

Ausgangssituation

Durch Kopplung eines PDA's mit einem GPS-Sensor sind heutige Navigationssysteme prinzipiell auch für jeden mobilen Nutzer -- Fußgänger, Fahrradfahrer -- verfügbar. Der Nutzung für die Fußgängernavigation stehen jedoch noch eine Reihe von Hindernissen entgegen, speziell die fehlende Anpassung der Routenanweisungen an den Menschen und die fehlende Verfügbarkeit adäquater Datengrundlagen, die die Bewegungsmöglichkeiten eines Fußgängers beschreiben.

Die Fahrzeugnavigationssysteme basieren auf Kartendaten, welche in Europa von zwei Konsortien konkurrierend erfasst werden, den Firmen TeleAtlas und Navteq. Im sogenannten GDF (Geographic Data Files) Format werden primär Straßendaten inklusive navigationsrelevanter Details, wie Abbiegevorschriften, Einbahnstraßen, aber auch Hausnummern, etc. erfasst. Da der Fokus der Systeme bislang ausschließlich auf dem Routing von Fahrzeugen lag, werden auch nur Routen erfasst, welche von Fahrzeugen befahren werden können. Ein Fußgänger bzw. ein Fahrradfahrer haben jeweils andere Freiheitsgrade bei der Bewegung: ein Fußgänger kann insbesondere Fußgängerzonen, Plätze, Parks, Grünflächen, sowie Gebäude betreten und begehen. Solche Daten müssen daher in navigierbarer Form bereitstehen.

Aufgrund der vielfältigen Bewegungsmöglichkeiten und der Eigenschaft des Menschen, Distanzen nur ungenau schätzen zu können, sind insbesondere Fußgänger auf Weginstruktionen mit zusätzlichen Hilfen angewiesen, um die Wegefindung fehlerfrei durchführen zu können. Die Orientierung anhand sogenannter Landmarken, z.B. 'hinter der Kirche rechts abbiegen' - ist im Gegensatz zur Anweisung 'nach 172 m rechts abbiegen' für den Fußgänger wesentlich einfacher nachzuvollziehen. Eine Landmarke wird dabei als ein (topographisches) Objekt definiert, welches sich durch seine lokale Prägnanz und Einzigartigkeit auszeichnet und daher aus seiner Nachbarschaft hervorsticht. Einige Formen von Landmarken werden derzeit manuell bestimmt und erfasst, üblicherweise historisch und architektionisch bedeutsame Gebäude (für die Points of Interest-Datenbank). Dies löst allerdings nicht das Problem, dass Landmarken typischerweise auch kontextabhängig vorliegen -- etwa bei Dunkelheit ist ein rotes Bauwerk als solches nicht mehr auszumachen, daher auch nicht als Landmarke geeignet. Ferner muss die Qualität der Landmarke nicht nur lokal, sondern auch global für die gesamte Route beurteilt werden.

 

 

Fragestellungen

Zur Lösung dieses Problems sind besonders folgende Fragestellungen zu bearbeiten:

Analyse des 'begehbaren Raums' für Fußgänger: welche Informationen müssen für eine reale Fußgängernavigation zur Verfügung stehen? Wie lässt sich 'Begehbarkeit' bzw. Navigierbarkeit formalisieren ?

Überführung in routingfähige Datenstruktur:

Überführung beliebiger Ausgangsdaten in einen topologischen Datenbestand, Ermittlung von Distanzmaßen bzw. Gewichten für die Navigation -- wie können diese Transformationen für punkt-, linien-, flächen- und volumenhaft vorliegenden Geodaten bestimmt werden

  • Welche verschiedenen Kontextmodellierungen und Personalisierungen für Landmarken sind sinnvoll?
  • Abhängigkeit Route -- Landmarken: Können Objekte, die Ähnlichkeit mit der Landmarke haben und auf der Wegstrecke liegen, zu Verwechslungen führen? Ermittlung  von eindeutigen Landmarkenobjekten oder sogar Auswahl einer alternativen Route, die sich unverwechselbar beschreiben lässt.

 

Erwartete Ergebnisse

Die zu erwarteten wissenschaftlichen Ergebnisse liegen in einer Formalisierung des Begriffes der Navigierbarkeit und die Beschreibung und Transformation beliebiger Ausgangsdaten in diese Form. Weiterhin wird die Definition, sowie die automatische Bestimmung von Landmarken aus allgemein verfügbaren Datenquellen ermöglicht. Eine weitere große wissenschaftliche Herausforderung liegt in der kontext- und speziell routenabhängigen Bestimmung der Landmarken.

Konkrete Ergebnisse liegen in der Entwicklung der Methodik, sowie deren prototypischer Umsetzung. Die Verfahren werden anhand von allgemein verfügbaren Datensätzen untersucht, erprobt und validiert. Dies sind zum einen topographische Datensätze (ATKIS), GDF-Daten, aber auch die Liegenschaftskarte (ALK), Stadtkarten, sowie Gebäudepläne (etwa ein Plan eines Flughafens, Bahnhofs).

Publikationen

B. Elias (2002): Automatic Derivation of Location Maps, GeoSpatial Theory, Processing and Applications, ISPRS, vol. 34/4 | datei |

B. Elias (2002): Erweiterung von Wegbeschreibungen um Landmarks, Publikationen der Deutschen Gesellschaft für Photogrammetrie und Fernerkundung, vol. 11, pp. 125-132 | datei |

B. Elias and M. Sester (2003): Landmarks für Wegebeschreibungen - Identifikation, Extraktion und Visualisierung, Kartographische Nachrichten

C. Brenner and B. Elias (2003): Extracting Landmarks for Car Navigation Systems Using Existing GIS Databases and Laser Scanning, 'Proceedings of ''Photogrammetric Image Analysis'', International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. XXXIV, Part 3/W8' | datei |

B. Elias and M. Sester (2003): Landmarks für Wegbeschreibungen - Identifikation, Extraktion und Visualisierung, Kartographische Nachrichten, vol. 2003 (2), pp. 51-57

M. Hampe and B. Elias (2003): Integrating Topographic Information and Landmarks for Mobile Applications, Geowissenschaftliche Mitteilungen: Location Based Services & Telecartography, Proceedings of the Symposium 2004, vol. 66, pp. 147-155 | datei |

B. Elias (2003): Extracting Landmarks with Data Mining Methods, Lecture Notes in Computer Science: Spatial Information Theory: Foundations of Geographic Information Science. International Conference, COSIT 2003, vol. 2825, pp. 398-412 | datei |

B. Elias, M. Hampe and M. Sester (2004): Adaptive Visualisation of Landmarks Using an MRDB, Map-based Mobile Services - Theories, Methods and Implementations, pp. 75-88 | datei |

B. Elias (2004): Straßennetzgeneralisierung mit STROKES, Mitteilungen des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie: Arbeitsgruppe Automation in der Kartographie - Tagung 2003, vol. 31, pp. 47-54 | datei |

B. Elias, M. Hampe and M. Sester (2004): Adaptive Visualisation of Landmarks using an MRDB, L. Meng, A. Zipf, T. Reichenbacher(Eds.): Map-based Mobile Services Theories, Methods and Implementations, pp. 75-88

B. Elias and C. Brenner (2004): Automatic Generation and Application of Landmarks in Navigation Data Sets, Developments in Spatial Data Handling, pp. 469-480 | datei |

V. Paelke, B. Elias and M. Hampe (2005): The CityInfo Pedestrian Information System, Proceedings of 22nd International Cartographic Conference | datei |

B. Elias, V. Paelke and S. Kuhnt (2005): Concepts for the Cartographic Visualization of Landmarks, Geowissenschaftliche Mitteilungen: Location Based Services and TeleCartography, vol. 74, pp. 149-155 | datei |

B. Elias (2006): Extraktion von Landmarken für die Navigation, Reihe C, vol. 596 | datei |

B. Elias and M. Sester (2006): Incorporating Landmarks with Quality Measures in Routing Procedures, Lecture Notes in Computer Science: Geographic Information Science, 4th International Conference, GIScience 2006, Muenster, Germany, September 20-23, 2006, Proceedings, vol. 4197, pp. 65-80 | datei |

Beyer, Andreas and Friedrich, Stephan and Mondzech, Juliane and Rybinski, Paul and Schenke, Hans-Werner and Viêtor, Follrich and Udintsev, Gleb and Udintsev, Vladimir (2006): Large scale bathymetry of the central Scotia Sea, 'The Expeditions ANTARKTIS-XXII/4 and ANTARKTIS-XXII/5 of the Research Vessel ''Polarstern'' in 2005, Berichte zur Polar- und Meeresforschung - Reports on polar and marine research, vol. 537 (2006), pp. 21-34'

B. Elias, V. Paelke and S. Kuhnt (2006): Kartographische Visualisierung von Landmarken, Kartographische Schriften: Aktuelle Entwicklungen in Geoinformation und Visualisierung, GEOVIS 2006, vol. 10, pp. 73-82 | datei |

M. Sester and B. Elias (2006): Relevance of Generalisation to the Extraction and Communication of Wayfinding Information, The Generalisation of Geographic Information: Models and Applications

V. Paelke, B. Elias, C. Geiger and I. Gansen (2007): Support of Wayfinding and Navigation with Game Technologies, Proc. PerGames 2007

V. Paelke and B. Elias (2007): Stories as Route Descriptions, Spatial Information Theory, 8th International Conference, COSIT 2007, Lecture Notes in Computer Science, vol. 4736, pp. 255-267 | datei |

B. Elias (2007): Pedestrian Navigation - Creating a tailored geodatabase for routing, 4th Workshop on Positioning, Navigation and Communication (WPNC '07), pp. 41-47 | datei |

B. Elias and V. Paelke (2008): User-centered Design of Landmark Visualization, Map-based Mobile Services - Design, Interaction and Usability, pp. 33-56

J. Mondzech, F. Jurisch and S. Agirgöl (2008): High resolution bathymetry of the Prydz Bay and the Southern Ocean>, 'The expedition of the research vessel ''Polarstern'' to the Antarctic in 2007 (ANT-XXIII/9), Berichte zur Polar- und Meeresforschung - Reports on polar and marine research, vol. 583 (2008), pp. 75-79'

J. Mondzech, F. Jurisch, S. Agirgöl and S. Gäbler (2008): Phaeocystis antarctica in a water transect from South America to South Africa, 'The expedition of the research vessel ''Polarstern'' to the Antarctic in 2007 (ANT-XXIII/9), Berichte zur Polar- und Meeresforschung - Reports on polar and marine research, vol. 583 (2008), pp. 73-74'

S. Winter, M. Tomko, B. Elias and M. Sester (2008): Landmark Hierarchies in Context, Environment and Planning B, vol. 35 (3), pp. 381-398 | datei |

V. Paelke, T. Dahinden, D. Eggert and J. Mondzech (2009): Mobile Visualization of Harvested Data to Improve Context Awareness, HC 2009 | datei |

T. Dahinden, D. Eggert, J. Mondzech and M. Sester (2010): Tag-Cloud Based Location Description, Workshop on Spatial Behaviour and Linguistic Representation, Hanse-Wissenschaftskolleg Delmenhorst | datei |

V. Paelke, T. Dahinden, D. Eggert and J. Mondzech (2010): Location Based Context Awareness Through Tag-Cloud Visualizations, Proceedings of the Joint International Conference on Theory, Data Handling and Modelling in GeoSpatial Information Science, vol. 38 (2), pp. 290-295 | datei |

J. Mondzech and M. Sester (2011): Quality Analysis of OpenStreetMap Data Based on Application Needs, Cartographica, vol. 46 (2), pp. 115-125

V. Paelke, T. Dahinden, D. Eggert, and J. Mondzech (2012): Location based context awareness through tag-cloud visualizations, 'Advances in Geo-Spatial Information Science'

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