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Geo-Visualisierung

Englische Version

Zur Situation der Gletschererfassung in OpenStreetMap

Nach meinen Analysen der OpenStreetMap Küstenlinien-Daten und der Situation der Gewässer sind die Gletscher (also das dauerhaft gefrorene Wasser auf dem Planeten) die letzten hydrografischen Elemente, deren Situation in Openstreetmap ich noch nicht untersucht habe.

Gletscher sind für eine Landkarte wichtige Elemente, da sie einen enormen Einfluss auf ihre Umgebung haben. Darüber hinaus sind sie allein auch aufgrund ihrer Ausdehnung wichtig - Gletschereis bedeckt einen größeren Teil der Erdoberfläche als alle Seen und Flüsse zusammen und enthält ebenfalls mehr Wasser als diese. Gleichzeitig unterliegen Gletscher jedoch auch recht schnellen Veränderungen, insbesondere durch den derzeit in großen Teilen der Welt beobachteten Gletscherrückgang. Aber auch darüber hinaus reagieren Gletscher schnell auf lokale und globale Änderungen der Umgebung.

Die Regeln für die Erfassung von Gletschern in Openstreetmap sind eigentlich sehr einfach, sie werden als Polygone erfasst und mit natural=glacier getaggt. Man kann dieses Tag auch für Punkte verwenden und damit die Position eines Gletschers erfassen ohne dessen Umrisse zu spezifizieren, was jedoch recht selten gemacht wird. Einen Sonderfall bildet die Antarktis. Da hier fast der gesamte Kontinent mit Eis bedeckt ist, wird dieses nicht explizit erfasst, sondern lediglich die eisfreien Gebiete. Neben dieser grundlegenden Erfassung gibt es noch einen Vorschlag für die differenziertere Erfassung von Gletschern.

Laut taginfo gibt es derzeit etwa 21000 Elemente mit dem Tag natural=glacier. Zusätzlich existieren etwa 90000 eisfreie Gebiete in der Antarktis. Dies hört sich nach wesentlich mehr an, man bedenke jedoch, dass von den 21000 Gletscher-Elementen einige extrem groß und komplex sind, so zum Beispiel das grönländische Inlandeis. Die Anzahl der Punkte in den jeweiligen Geometrien ist deshalb ein deutlich zuverlässigerers Maß für die Datenmengen und es gibt etwa 3.1 Millionen Punkte in den Gletscher-Polygonen sowie etwa 3.5 Millionen Punkte in den eisfreien Gebieten der Antarktis.

Wirft man einen genaueren Blick auf diese Daten ist vor allem bemerkenswert, wo die Daten herkommen. Openstreetmap basiert als Gemeinschaftsprojekt auf den Beiträgen vieler verschiedener Leute aus allen Teilen der Welt, so dass man erwarten würde, dass auch zu den Gletscherdaten eine große Anzahl verschiedener Leute beigetragen haben. Schaut man sich wiederum die Punkte an, um alle Veränderungen der eigentlichen Gletschergeometrien zu erfassen, gibt es jedoch nur etwa 570 unterschiedliche Benutzer, welche mindestens einen dieser Punkte zuletzt bearbeitet haben. Unter diesen haben nur 18 mehr als 10000 Punkte bearbeitet und diese 18 sind zusammen für über 90 Prozent der Daten verantwortlich. Von diesen 18 Benutzerkonten sind 10 Import-Konten (oder wurden zum Import von Gletscher-Daten verwendet, hauptsächlich CANVEC-Daten).

Dieses Verhältnis (weniger als 5 Prozent der aktiven Nutzer produzieren mehr als 90 Prozent der Daten und das meiste davon sind Importe) ist an sich noch nicht ungewöhnlich, es entspricht weitgehend der Gesamtstatistik. Die Gesamtzahl von nur 570 Benutzern, die aktiv an der Gletschererfassung beteiligt sind, ist es jedoch schon, wenn man die oben erläuterte Bedeutung der Gletscher bedenkt. Jeder der acht Benutzer, welche große Datenmengen beigetragen haben (und natürlich auch jedes der zehn großen Import-Konten) hat einen bestimmten regionalen Schwerpunkt und diese Regionen sind in der folgenden Analyse der Datenverteilung und -qualität dann auch deutlich sichtbar.

Die Verteilung der Daten

Wie bei den Küstenlinien und den Gewässern lässt sich die Vollständigkeit der Daten ohne Referenz nur schwer beurteilen. Glücklicherweise gibt es eine Reihe von anderen frei verfügbaren Datensätzen für Gletscher, welche man zum Vergleich heranziehen kann. Insbesondere GLIMS versucht, Gletscherdaten weltweit zu sammeln. Daneben gibt es umfangreiche Daten der Behörden in Kanada und den USA für Nordamerika (CANVEC und NHD). Unter Verwendung dieser Daten habe ich das folgende Bild erstellt, welches zeigt, wo in OSM Daten existieren und wo klar Lücken sind. Die NHD-Daten sind dabei nur für Alaska berücksichtigt, da für den Rest der USA in GLIMS bereits vollständige USGS-Daten enthalten sind.

OSM Gletscher-Daten Abdeckung

Gebiete mit Gletscher-Daten in OSM sind in weiß dargestellt, Gebiete ohne OSM-Daten aber mit Daten von mindestens einer der übrigen Quellen in rot. Was die Karte natürlich nicht zeigt ist, wo die Datensätze Gletscher beinhalten, die garnicht existieren. Dies tritt insbesondere in Openstreetmap auf, wenn Leute bei der Erfassung auf Grundlage von Luftbildern fälschlicherweise Gletscher erkennen oder das Tag absichtlich für andere Elemente verwenden - mehr dazu später.

Auf den ersten Blick sieht dies garnicht so schlecht aus für Openstreetmap - da ist viel Weiß in der Karte, insbesondere durch Grönland und die Antarktis. Schaut man jedoch genauer hin wird schnell klar, dass die Openstreetmap-Daten erhebliche Lücken aufweisen. Alle größeren roten Stellen sind Gebiete, wo die OSM-Daten unvollständig sind. Regionen wo Openstreetmap vergleichsweise gut dasteht sind Neuseeland (die Daten dort sind importiert), Grönland, Südamerika, die Alpen sowie das restliche Südeuropa, der Kaukasus und in gewissem Maß Russland (letzteres allerdings eher nach dem Motto 'unter den Blinden ist der Einäugige König'). Interessanterweise sind dies auch im Wesentlichen die Schwerpunkte der oben erwähnten acht aktivsten Gletscher-Mapper. Insbesondere Grönland und Südamerika sind fast vollständig die Arbeit von nur zwei Leuten.

Was in allen Datensätzen vollständing fehlt und deshalb nicht sichtbar ist, sind die meisten der subantarktischen Inseln und viele der russischen Gletscher.

Datenqualität

Die Frage der Qualität der Daten lässt sich auf drei Fragen aufteilen: Wie detailliert sind die Daten, wie aktuell und wie zuverlässig? Keine dieser Fragen kann man für irgendeinen der Datensätze insgesamt beantworten. Bei GLIMS zum Beispiel sind die meisten Daten der Himalaya/Tibet-Region und der kontinentalen Vereinigten Staaten sehr alt (aus den 1960er/1970er Jahren) während andere Bereiche wesentlich aktueller sind. Unterhalb ist eine Karte gezeigt, welche das Jahr der letzten Änderung der Punkte in den OSM-Gletscher-Daten darstellt. Dies sagt noch nicht viel über das tatsächliche Alter der Daten. Die meisten Gletscher werden in Openstreetmap auf Basis von Luft- und Satellitenbildern erfasst, welche zum Zeitpunkt der Erfassung schon älter sein können.

OSM-Gletscherdaten - Alter der Punkte

Was man jedoch sehen kann ist, dass die meisten der Gletscher-Daten in OSM in den letzten zwei Jahren produziert oder geändert wurde. Die OSM-Daten, welche nicht aus Importen stammen, sind von der Datengrundlage gewöhnlich nicht älter als 1999 - was dem Alter der ältesten Satellitenbilder in den verbreitet für die Erfassung verwendeten Landsat-Mosaiken darstellt. Die Basis der Erfassung in Grönland zum Beispiel sind größtenteils Landsat-Bilder von 1999-2003. Die Daten in den Alpen sind zu großem Teil auf Basis relativ neuer Luftbilder erfasst, in Teilen stammen sie jedoch auch aus älteren importierten Daten. Südamerika ist auch relativ aktuell..

Um zu untersuchen, wie detailliert die Daten sind, habe ich den durchschnittlichen Abstand der Punkte in den Polygonen ermittelt, wie ich es auch schon bei den Küstenlinien gemacht habe. Eine Analyse der Winkel würde hier wenig Sinn machen, da in den Umrissen von Gletschern scharfe Ecken auch natürlicherweise auf jeder Größenskala auftreten können und sich die Winkel folglich nicht als Qualitätsmaßstab für die Daten eignen. Die Analyse der Punktabstände sieht man in der folgenden Karte. Bei der Interpretation ist wie bei den Küstenlinien zu bedenken, dass dies kein zuverlässiger Maßstab für die Qualität, sondern nur ein Anhaltspunkt ist.

OSM-Gletscherdaten durchschnittlicher Punktabstand

In gewisser Hinsicht bestätigt dieses Bild was ich zuvor geschrieben habe, einige Gebiete wie die Alpen und der größte Teil von Südamerika sind detailliert erfasst. Das selbe gilt für die Import-basierten Daten in Neuseeland und Kanada (wobei letztere sehr unvollständig sind). Die ebenfalls importierten Daten der Antarktis variieren, sind jedoch größtenteils auch recht ordentlich, insbesondere die antarktische Halbinsel. Man erkennt auch meine detaillierte Erfassung von Franz-Josef-Land.

Auf der anderen Seite gibt es auch viele Regionen mit eher begrenzten Details wie Nordeuropa, die gesamte Himalaya-Tibet-Region (wo die Daten auch sehr lückenhaft sind), Alaska und Patagonien. In Grönland sind die Daten im Süden trotz relativ großer Punktabstände recht detailreich.

Darüber hinaus sind die OSM-Daten wie bereits angedeutet nicht immer zuverlässig. Fehler gibt es dabei in fünf verschiedenen Formen:

  1. Vollständiges fehlen von Gletchern, da diese noch nicht erfasst wurden. Dies betrifft wie oben gezeigt meist größere Gebiete als Ganzes, manchmal fehlen jedoch auch einzelne Gletscher (was wesentlich schwieriger zu erkennen ist).
  2. Schuttbedeckte oder aus anderen Gründen schlecht sichtbare Gletscher (zum Beispiel durch Wolken oder Maskierung in Satelliten- und Luftbildern), welche nur teilweise erfasst sind und deshalb kleiner erscheinen als in der Realität. Dies sieht man in den OSM-Daten recht oft, es tritt jedoch auch in anderen nicht vor Ort erfassten Datensätzen auf wie bei GLIMS.
  3. Gletscherdaten dort, wo es in der Realität keine Gletscher gibt, weil das Gletscher-Tag zu einem anderen Zweck mißbraucht wurde (also absichtliche Fehler, meist um ein bestimmtes Erscheinungsbild in der Karte zu erzeugen).
  4. Gletscherdaten dort, wo es in der Realität keine Gletscher gibt, weil Gebiete in Luft- oder Satellitenbildern (meist Schnee) inkorrekterweise als Gletscher identifiziert wurden (also Fehler durch Fehlinterpretation von Daten).

Alle diese Formen von Fehlern sind recht häufig, (1) natürlich insbesondere in entlegenen Gebieten. Das Auftreten von (2) und (4) hängt vor allem auch von den lokalen geographischen Gegebenheiten ab. Ein paar Beispiele:

Zusammenfassung

Insgesamt gibt es also eine Reihe von Gebieten, wo die Gletscherdaten in Openstreetmap von guter Qualität sind, besser als andere frei verfügbare Datenquellen. Im Großen sind die Daten jedoch sehr unvollständig und deshalb in den meisten Fällen unzureichend als Basis für Karten, welche Gletscher anzeigen sollen.

Eine Frage die sich hieraus offensichtlich ergibt ist, ob es nützlich wäre, Gletscherdaten aus den anderen frei verfügbaren Datenquellen zu importieren. Ich würde das nur zum Teil mit ja beantworten. Da sich Gletscher wie eingangs erläutert recht schnell verändern können, ist ein erheblicher Teil der verfügbaren Daten veraltet. Man kann natürlich argumentieren, dass veraltete Daten besser sind als gar keine Daten aber bei Openstreetmap ist die Frage vor allem, ob sich ein solcher Import positiv auf die Mapping-Aktivitäten der Gemeinschaft auswirkt. Hier ist deshalb vor allem die Frage, ob die Existenz von veralteten Daten in der Datenbank mehr Anreiz für die Mapper bietet als wenn gar keine Daten vorhanden sind. Daneben ist bei den GLIMS-Daten zum Teil erhebliche Vorbearbeitung notwendig, bevor ein Import in OSM möglich wäre.

Christoph Hormann, November 2013

Kommentare:

von Männedorf aus Switzerland am Wed Aug 5 2015 11:44:57
Ich erlaube mir eine kleine Ergänzung: In Afrika sind die schwindenden Gletscher wohl ziemlich vollständig auf OSM. Meines Wissens gibt es Gletscher auf dem Mt. Kenia, auf dem Kilimandscharo und im Ruenzorigebirge (Stanleyberge; Mondgebirge).

Letztere habe ich vor gut drei Jahren erfasst; die Namen gemäss verfügbaren Unterlagen der Erstbesteiger und Namensgeber, die Umrisse gemäss gemeinfreien Luftaufnahmen der Amerikaner aus dem Jahre 1978. Das deckt sich mit Ihren Angaben über veraltete Daten. Punktuell waren die Satellitenaufnahmen doch so klar, dass einzelne Teile entsprechend kleiner eingezeichnet werden konnten.

Wenn die vom 'Spiegel' befragten Spezialisten recht haben, können wir in 12-15 Jahren das wieder löschen :-(
von chris aus Germany am Wed Aug 5 2015 12:00:02
Die Rwenzori-Gletscher wurden zum Teil kürzlich aktualisiert, ein erheblicher Teil von dem auf Basis der alten Luftbilder erfasstem ist aber noch unverändert und vermutlich schon weitgehend obsolet - verbliebene Gletscher dürften sich dort auf den allerhöchsten Bereich begrenzen.

Generell sind tropische Gletscher meist nur sehr schwer auf die Ferne erfassbar.
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