Verarbeitungstechnologien - Georeferenzierung

Georeferenzierung und Mosaikerstellung historischer Kartenwerke

  • Voraussetzung für die Anwendung von GIS-Methoden ist die digitale Aufbereitung der analog vorliegenden Kartenwerke durch Scannen, Georeferenzieren und Zusammenfügen der einzelnen Blätter.
  • Zur Georeferenzierung von Kartenwerken werden üblicherweise nach Setzung von Passpunkten Transformationsverfahren mit einem Polynom x-ter Ordnung angewandt. Diese Vorgehensweise hat jedoch für eine nachfolgende Mosaikierung und Flächennutzungskartierung entscheidende Nachteile. Zum einen minimiert sie den Gesamtfehler über alle Passpunkte. Dadurch weist jeder Passpunkt auch nach der Referenzierung einen gewissen Lagefehler auf. Zum anderen führt diese Verfahrensweise dazu, dass die Ränder der einzelnen Kartenblätter unregelmäßig (konvexkonkav) verzerrt werden. Bei der anschließenden Erstellung eines Mosaiks können diese Randverzerrungen beispielsweise zu Sprüngen in Straßenverläufen führen. Im Extremfall wird durch die schlechte "Passung" eine Mosaikerstellung nahezu unmöglich.
  • Im Teilprojekt "Stadtnahe ländliche Regionen" ist die anschließende Flächennutzungskartierung und Auswertung des Landschaftswandels mit einem hohen Detailliertheitsgrad von besonderer Bedeutung für die nachfolgende Analyse der Landschaftsstruktur. Daher wurden Transformationsmethoden, die an den Passpunkten exakt sind, untersucht und mit der Polynomial-Transformation verglichen.

Grobreferenzierung und Mosaikerstellung

  • Für das gesamte Gebiet der Sächsischen Schweiz wurden zunächst für die Zeitschnitte um 1785 (Meilenblätter) und um 1880 (Äquidistantenkarte) flächendeckende Mosaike aus den einzelnen, digital vorliegenden Kartenblättern hergestellt. Um die beschriebenen Verzerrungen an den Kartenrändern zu vermeiden, erfolgte dies in zwei Schritten. Zunächst wurde ein Gitternetz der Blattschnitte konstruiert, in das die einzelnen Kartenblätter mittels weniger Passpunkte "einge-dreht" werden konnten (Abb. 2). Erst nach dem Zusammenfügen der Kartenblätter zu einem Mosaik wurde mit diesem die eigentliche Feinreferenzierung durchgeführt.
  • Als Entzerrungsmethode für Meilenblätter und Äquidistantenkarten wurde die Transformationsart "Lineares Rubber Sheeting" (maschenweise Affintransformation) der Software ERDAS-Imagine genutzt. Durch dieses Verfahren, das noch nicht die endgültige Georeferenzierung darstellt, wurden zum einen Verdrehungen, die während des Scanvorganges entstanden, ausgeglichen und zum anderen die Kartenränder entfernt. Die so entstandenen (grob-)referenzierten digitalen Kartenblätter konnten anschließend zu einem Mosaik der Äquidistantenkarten bzw. der Meilenblätter zusammengefügt werden. In einem Kartenausschnitt der Meilenblätter im Bereich der Stadt Pirna, die genau auf dem Blattschnitt von vier Kartenblättern liegt, ist die im Ergebnis sehr gute Passfähigkeit der nach Nordosten ausgerichteten Blattschnitte zu erkennen (Abb. 1).

Feinreferenzierung des Mosaiks

" Im Anschluss an die Erstellung der Mosaike erfolgte die Feinreferenzierung, ebenfalls mit der Transformationsart "Lineares Rubber Sheeting", bei der ein digitales Mosaik von topographischen Karten im Maßstab 1 : 25.000 (TK25) als Referenzkarte für die Passpunktesuche diente.


Abb. 1: Mosaik der Sächsischen Meilenblätter und der Äquidistantenkarte - Ausschnitt Pirna
(Quelle: Meilenblätter und Äquidistantenkarte: Sächs. Landes- und Universitätsbibliothek (SLUB) Kartensammlung)


Abb. 2: Referenzierung der Meilenblätter auf ein Gitternetz zur Mosaikerstellung
(Quelle: Meilenblätter: Sächs. Landes- und Universitätsbibliothek (SLUB) Kartensammlung)


Abb. 3: Vergleich der Entzerrungsmethoden an einem Ausschnitt der Sächsischen Meilenblätter
(Berliner Exemplar) - überlagert mit dem Grundriss der TK 25
(Quelle: Meilenblätter: Sächs. Landes- und Universitätsbibliothek (SLUB) Kartensammlung)

Als Resultat der Untersuchungen kann festgehalten werden, dass Transformationsmethoden, die die Passpunkte unverändert lassen, wie die der maschenweisen Affintransformation, als am besten geeignet zur Georeferenzierung von historischen Kartenwerken erscheinen. Allerdings erfordern diese Verfahren eine hohe Anzahl an Passpunkten und somit einen erheblichen Arbeitsaufwand. Bezüglich der visuellen Übereinstimmung mit topographischen Elementen wie dem Gewässernetz, Straßen oder Ortschaften wurden gute Ergebnisse erzielt (Abb. 3). Auch die rechnerischen Lagefehler von Kontrollpunkten sind deutlich besser als bei der Polynomial-Transformation. Treten lokale Kartenungenauigkeiten auf, wie dies gerade in historischen Karten häufig der Fall ist, so sind die Methoden der maschenweisen Transformation gut geeignet, um diese auszugleichen. Die Korrektur großer lokaler Inhomogenitäten kann allerdings zu Verzerrungen des Schriftbildes führen.