Modeling building height errors in 3D urban environments

Abstract

Coğrafi Bilgi Sistemlerinde (CBS) üç boyutlu modellere olan ilgi son yıllarda oldukça artmıştır, çünkü kentsel tasarımdan çevresel analize kadar pek çok çeşitli CBS uygulamalarında üç boyutlu modellere ihtiyaç duyulmaktadır. Özellikle de kentsel alanlarda bu ihtiyaç çok önemlidir. Fakat, CBS'deki uygulamaların pek çoğu 2 boyutlu veriyi gösterir. CBS dünyası 2 boyutlu yaklaşımları kullanan 3 boyutlu nesnelerin neden olduğu karmaşık problemlere çözüm bulmak için uğraş vermektedir. Bu çalışma, 3 boyutlu kent modellerinde kullanılan bina yükseklik verilerinin elde edilmesinde kullanılan metodların hangisinin ya da hangilerinin daha doğru olduğunu bulmaya yöneliktir. Uygulanan metodlardan ilki belediye veri tabanındaki kat yükseklik verilerinden bina yüksekliğinin tahmin edilmesidir. İkinci yöntem stereo uydu görüntülerinden elde edilmiş Sayısal Yükseklik Modeli'nden yükseklik verisinin bulunmasıdır. Üçüncüsü ise IKONOS stereo uydu görüntüleri ile sağlanan 3 boyutlu görüntüden bina yüksekliklerinin operatörler tarafından ölçülmesidir. Bu üç metodun karşılaştırılması, saha çalışmasında toplanan yükseklik verisi ile yapılmış ve hata miktarı tespit edilmiştir. Hata değerleri binaların kat sayılarına göre sınıflandırılarak bulunan hatalar benzer uygulamalarda kullanılanabilecek hale dönüştürülmüştür. Son olarak, uygulanan üçüncü metod, hata miktarının kullanıcıya bağlı olarak nasıl değiştiğini görmek için farklı deneyim seviyelerine sahip 10 operatörün yardımıyla tamamlanmıştır. Metodların değerlendirilmesine ait tartışmalarla birlikte muhtelif sonuçlar verilmiştir. Sonuç olarak, eğer güncel bir kat yüksekliği veritabanı varsa, bina yüksekliklerinin bu veritabanından bakılması en doğru sonucu vermektedir. İkinci en doğru sonuç, bina yüksekliklerinin stereo uydu görüntülerinin deneyimli operatörler ile görsellenmesinden elde edilmiştir.

A great interest in 3-D modeling in Geographic Information Technologies (GIS) has emerged in recent years, because many GIS related implementations, ranging from urban area design to environmental analysis require 3-D models. Especially the need for 3-D models is quite urgent in urban areas. However, numerous applications in GIS only represent two-dimensional information. The GIS community has been struggling with solving complex problems dealing with 3-D objects using a 2-D approach. This research focused on finding most accurate method which is used for getting height information that is used in 3D modeling of man made structures in urban areas. The first method is estimating height information from floor numbers of the buildings data from municipal database systems. The second method is deriving heights of buildings from Digital Elevation Model (DEM) that is generated from stereo satellite images. The third method is measuring height values of the buildings from 3D view of stereo IKONOS satellite images by operators. The comparisons between these three methods are done with respect to height data collected from field study, and according to these comparisons, the amount of the error is determined. The error is classified according to floor numbers of buildings, so that, the quantified errors can be applied for similar works in future. Lastly, the third method is utilized by the assistance of 10 people who have different experience level about 3D viewing, in order to see the error amount changes according to different operators. Several results are presented with a discussion of evaluation of the methods applied. It is found that, if there is an updated floor number database, obtaining building height is the most accurate way from this database. The second most accurate method is found to be getting height information by using 3D view of stereo IKONOS images through experienced users.