Qualitätsanalyse der NTv2-Koordinatentransformationen mit Geosoftware von KilletSoft
Praxisbezogene Genauigkeitsüberprüfung der Software TRANSDAT und GeoDLL mit einer extrem strukturierten NTv2-Gitterdatei.
(IINews) - Das Koordinatentransformationsprogramm TRANSDAT und das Geodetic Development Kit GeoDLL unterstützen den NTv2-Standard für Koordinatentransformationen mit hoher Genauigkeit. TRANSDAT verwendet dabei die Dynamic Link Library GeoDLL als Grundlage für alle geodätischen Berechnungen. Bereits im Jahr 2010 wurde die Geosoftware von KilletSoft auf die Genauigkeit der Berechnungen mit der damals aktuellen NTv2-Gitterdatei BeTA2007 untersucht. Das Ergebnis dieser Untersuchung ist auf der Webseite http://www.killetsoft.de/t_1005_d.htm dokumentiert. Inzwischen sind die Anforderungen an Geosoftware in Bezug auf die Transformation von Geofachdaten der Liegenschaftskataster erheblich höher geworden. Fast alle Bundesländer stellen dafür hochgenaue engmaschige NTv2-Dateien zur Verfügung. Jüngstes Beispiel dafür sind die katastergenauen NTv2-Lösungen der Bundesländer Bayern und Baden-Württemberg. Lesen Sie dazu meine Veröffentlichung unter http://www.killetsoft.de/t_1704_d.htm.
Für eine aktuelle Qualitätsanalyse hat der größte deutsche Netzbetreiber Westnetz GmbH in Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro KilletSoft erneut Vergleichsberechnungen mit TRANSDAT / GeoDLL durchgeführt. Die für die Qualitätsanalyse verwendete NTv2-Datei ist von Westnetz für die Umstellung sämtlicher Bestandsdaten mit Raumbezug erstellt worden. Die NTv2-Datei ermöglicht die Koordinatentransformation mit Katastergenauigkeit auf Basis der amtlichen Lösungen im Gebiet der alten Bundesländer (ohne Berlin). Die NTv2-Datei enthält 64 Sub- und Sub-Sub-Gitter mit insgesamt über 7 Millionen Datenzeilen. Zum Testen ist eine Koordinatendatei mit 4.328.291 gerasterten Punkten für Transformationen von Gauß-Krüger/DHDN90 nach UTM/ETRS89 angelegt worden. Für Vergleichsberechnungen und Qualitätssicherungsmaßnahmen wurde FME (Feature Manipulation Engine der kanadischen Firma Save Software) als Referenzsoftware verwendet.
Durch Vergleichsberechnungen der 4.3 Millionen Koordinaten mit TRANSDAT / GeoDLL und der Referenzsoftware konnte die Qualität in Bezug auf folgende Kriterien getestet werden:
•Genauigkeit der Berechnungen über die gesamte Fläche
•Identität von Vorwärts- und Rückwärtsberechnungen
•Korrektheit in den Randbereichen der NTv2-Gitterdatei
•Transformationsgeschwindigkeit mit großer Datenmenge
Genauigkeit der Berechnungen
Mehr als 4,3 Millionen Punkte wurden mit TRANSDAT / GeoDLL und der Referenzsoftware von Gauß-Krüger/DHDN90 nach UTM/ETRS89 transformiert und anschließend verglichen. Dabei gab es keine Abweichungen größer als einen Millimeter. Solche geringen Abweichungen (0-1mm) sind auf mathematische Toleranzen und interne Rundungen der verwendeten Software zurückzuführen.
Identität von Vorwärts- und Rückwärtsberechnungen
Für diesen Test wurden die Koordinaten erst vom Quellsystem Gauß-Krüger/DHDN90 in das Zielsystem UTM/ETRS89 transformiert. Anschließend wurde das Ergebnis wieder nach Gauß-Krüger/DHDN90 zurück gerechnet und mit den Quellkoordinaten verglichen. In der NTv2-Dokumentation wird darauf hingewiesen, dass bei der Rücktransformation in den Randbereichen der Gitter nicht für jede Koordinate dieselbe Gittermasche aufgefunden werden kann. So kommt es erwartungsgemäß zu wenigen geringfügigen Abweichungen:
Kategorie Anzahl
---------------------
0-1mm 4327562
2-3mm 712
3-5mm 2
5-7mm 1
7-9mm 1
9-10mm 1
1-2cm 3
2-3cm 3
3-5cm 3
5-6cm 1
6-7cm 2
---------------------
Summe: 4328291
Führt man die Abweichungen unter drei Millimeter auf mathematische Toleranzen und interne Rundungen der verwendeten Software zurück, so verbleiben 17 Berechnungen mit einer Abweichung zwischen drei Millimeter und 6,4 Zentimeter. Das entspricht einer äußerst geringen Quote von nur 3,9 ppm oder 0,0039 Promille.
Korrektheit in den Randbereichen
Die getestete NTv2-Datei enthält 64 Sub- und Sub-Sub-Gitter. In den westlichen und südlichen Randbereichen der Sub-Gitter ist die Berechnung recht kompliziert. Das trifft insbesondere dann zu, wenn eine Koordinate genau auf einer Randlinie liegt. Viele der rund 4,3 Millionen berechneten Punkte sind mit Absicht in die Randbereiche gelegt worden. Im Vergleich mit der Referenzsoftware kamen hier keine nennenswerten Abweichungen vor.
In diesem Zusammenhang wird auf das Fehlerticket Nummer 209 der Open Source Library Proj.4 hingewiesen. Darin wird beschrieben, das in Proj.4 enthaltene NTv2-Modul transformiere aufgrund eines Bugs in einem minimalen Bereich um die Ränder der Koordinatengitter fehlerhaft, wenn in der NTv2-Datei mehrere Subgitter enthalten seien. Davon seien viele Programme betroffen, die Proj.4 für geodätische Berechnungen eingebunden haben. GeoDLL und TRANSDAT von KilletSoft verwenden jedoch eigene Algorithmen für NTv2-Berechnungen und sind deshalb von dem hier beschriebenen Fehler nicht betroffen!
Als einzige Software auf dem Markt können mit GeoDLL und TRANSDAT polygonale Gültigkeitsbereiche in NTv2-Gitterdateien berücksichtigt werden. Damit lassen sich außerhalb eines Polygons liegende Koordinaten von der Berechnung ausschließen. Das Polygon kann z.B. die Umgrenzung eines Untersuchungsgebiets oder eines administrativer Bereichs sein. Wie eine NTv2-Datei dafür vorbereitet wird, lesen Sie in der Veröffentlichung "Vorschlag zur Verwendung polygonaler Gültigkeitsbereiche in NTv2-Gitterdateien" unter http://www.killetsoft.de/t_1512_d.htm.
Transformationsgeschwindigkeit
Die Projektleitung von Westnetz hat eine umfangreiche Dokumentation im Zuge der Qualitätsanalyse vorgenommen. Dabei hob Westnetz u.a. die hervorragende Rechengeschwindigkeit von TRANSDAT / GeoDLL hervor. Die Software arbeitete bei einem Volumen von 4.3 Millionen Testdaten und der Verwendung der sehr großen NTv2-Datei von Westnetz performant und präzise. Die von TRANSDAT für die geodätischen Berechnungen verwendete Dynamic Link Library GeoDLL ist dank optimierter C-Programmierung enorm schnell.
Ergebnis der Qualitätsanalyse
Das gute Ergebnis in allen Bereichen der Qualitätsanalyse ist nicht verwunderlich, da für die geodätischen Berechnungen ausschließlich strenge Formeln verwendet werden. Die Koordinatentransformationen werden in Anlehnung an Veröffentlichungen von Maarten Hooijberg (1997 und 2008) durchgeführt. Der NTv2-Datumswechsel erfolgt in Anlehnung an der Veröffentlichung von D. R. Junkins und S. A. Farley (1995), "NTv2 - National Transformation Version 2 - User''s Guide".
Sie sind interessiert?
Ausführliche Informationen über das Koordinatentransformationsprogramm TRANSDAT und das Geodetic Development Kit GeoDLL und die Möglichkeit zum download kostenloser Testversionen erhalten Sie auf der Internetseite http://www.killetsoft.de. Dort finden Sie auch eine Zusammenstellung der weltweit frei verfügbaren NTv2-Dateien mit der Möglichkeit zum direkten download. Weltweit alle NTv2-Gitterdateien und tausende Koordinaten- und Bezugssysteme werden von TRANSDAT und GeoDLL unterstützt.
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Unternehmensinformation / Kurzprofil:
Killet Software Ing.-GbR - kurz: KilletSoft - ist ein Softwareunternehmen, das im Jahr 1991 gegründet worden ist und ausschließlich geodätische Ingenieurleistungen anbietet. Die Gesellschaft gliedert sich in die Bereiche "Geodätische Software", "Internationale Geodaten" und "Entwicklungswerkzeuge für die Geoinformatik". Die Schwerpunktbranchen der von uns betreuten Unternehmen sind Ingenieurbüros, GIS-Entwickler, Internet-Marketing, Versorgung, Logistik, Telekommunikation, Sicherheitskräfte und der öffentliche Dienst. Unser Wirkungskreis beschränkt sich nicht nur auf die Bundesrepublik Deutschland, denn wir sind auch in den Europäischen Ländern, den Vereinigten Staaten, Kanada, Australien und weltweit aktiv. Unsere Software ist immer in Englisch und Deutsch dokumentiert, meist zusätzlich in vielen anderen Sprachen.
Im Bereich "Geodätische Software" legt KilletSoft den Fokus auf die Entwicklung benutzerfreundlicher geodätischer Anwendungen. Durch unsere Präsenz im Internet profitieren diese Anwendungen sehr stark vom Benutzer-feedback. Unsere Ingenieure entwickeln Applikationen, in denen immer wieder Ideen und Wünsche der Benutzer einfließen und dadurch zu sinnvollen Updates der Software führen. Besonders stolz sind wir auf das Programm TRANSDAT, das weltweit Koordinatentransformationen und Datumswechsel zwischen den unglaublich vielen verschiedenen landesspezifischen Systemen durchführen kann und das inzwischen einen hohen Bekanntheitsgrad erreicht hat.
KilletSoft bietet Lösungen auf Basis "Internationaler Geodaten" mit Georeferenzen, die sich auf Objekte von Raumordnungen verschiedener Auflösung beziehen. Die Georeferenzen liegen als Koordinaten von Orten und Ortschaften, postalischen Bereichen, Telefonvorwahlbereichen, Naturräumen, Landschaften und Klimazonen vor. Sie sind jeweils mit den passenden hierarchischen politischen Einheiten und ergänzenden Daten verknüpft. Die Geodaten sind von nahezu allen Ländern der Welt erhältlich. Die Georeferenzen sind als geographische Koordinaten, UTM-Koordinaten und für die Bundesrepublik Deutschland zusätzlich als Gauß-Krüger-Koordinaten in den Datenbanken enthalten. Die Datenbanken bedürfen der intensiven Pflege, um ständige Aktualität zu gewährleisten. Sie werden mindestens einmal jährlich aktualisiert.
Die anwenderbezogene Programmierung und Pflege der "Werkzeuge für die Geoinformatik" in Form von Libraries, DLLs und Quelltexten unterstützt unsere Kunden bei der Entwicklung eigener Applikationen. Das Entwicklungstool GeoDLL bietet geodätische Funktionen wie z.B. die verschiedensten Koordinatentransformationen, Datumswechsel und Entfernungsberechnungen zum Einbau in eigene Applikationen an, die in beliebigen Programmiersprachen geschrieben sein können. Wir bieten mit den Programmen NTv2Tools und NTv2Poly die Möglichkeit, beliebige NTv2-Dateien auf verschiedenste Weise zu konvertieren, selektieren und andersweitig zu bearbeiten sowie Polygonale Gültigkeitsbereiche in NTv2-Dateien zu erzeugen. Unsere Entwicklungswerkzeuge werden durch Anregungen und Benutzerwünsche ständig ergänzt und verbessert.
Killet Software Ing.-GbR
Escheln 28a
47906 Kempen (Germany)
Tel: +49 (0)2152 961127
Mobil: +49 (0)1577 5395448
Email: killetkilletsoft.de
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Datum: 22.09.2018 - 08:36 Uhr
Sprache: Deutsch
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Fred Killet
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