Analyzing building stock using topographic maps and GIS

Abstract

Building stock is an extremely cost-intensive and long-lived component of the settlement structure. Considering its importance, the information available on building stock and its development is often inadequate. Data such as the age and structure of buildings, the number of dwelling units and floors are not comprehensively available nor sufficiently processed. In order to fill this gap, this paper presents a method for the calculation of settlement structure parameters by means of a spatial disaggregation through a combination of building data obtained from topographic maps 1∶25 000, block boundaries taken from authoritative digital maps, and statistical data at municipality level. The inexpensive analogue maps are available nationwide and also for earlier time slices due to defined update intervals. The maps are scanned at high resolution and geo-referenced. The building stock, which is shown interspersed with traffic, vegetation and lettering, is filtered out by means of digital image processing. Buildings are then surveyed, relations to neighbouring buildings interpreted, and the general physical structure and block boundaries classified. Density can then be calculated either for the block boundaries or a reference geometry of one's choice (e.g. regular raster cells). By combining building type with typical reference density values for floor number and building area-related dwelling and resident densities, further settlement structure parameters can be calculated. Comparing the building stock on maps representing different time slices enables the development of the built environment to be analysed. The method has been implemented as a toolbox in Geographical Information System (GIS) software ESRI ArcGIS and is intended for use as a nationwide monitoring system of settlement and open space development. Le parc bâti est un élément de la structure du peuplement extrêmement coûteux et à la durée de vie extrêmement longue. Compte tenu de son importance, les informations disponibles sur le parc bâti et son développement sont souvent insuffisantes. Les données telles que l’âge et la structure des immeubles, le nombre de logements et d’étages ne sont pas disponibles dans leur ensemble, ni suffisamment traitées. Afin de combler cette lacune, cet article présente une méthode permettant de calculer les paramètres de la structure du peuplement en recourant à une ventilation spatiale obtenue grâce à une combinaison de données sur le bâti provenant des cartes topographiques au 1/25000ème, des limites de pâtés de maisons tirées de cartes numériques faisant autorité, et des données statistiques au niveau municipal. Des cartes analogiques bon marché sont disponibles pour tout le pays, ainsi que pour les tranches de temps antérieures du fait des intervalles de mise à jour définis. Les cartes sont numérisées en haute définition et géoréférencées. Le parc bâti, qui apparaît entrecoupé par la circulation, la végétation et les écritures cartographiques, est filtré en utilisant le traitement d'image numérique. Il est ensuite procédé à un relevé des immeubles, les relations avec les immeubles voisins sont interprétées, et la structure physique générale ainsi que les limites des pâtés de maisons sont classées. La densité peut alors être calculée pour les limites des pâtés de maisons ou bien pour une géométrie de référence de son choix (par ex., des cellules de quadrillage régulières). En combinant le type d'immeubles avec les valeurs types de la densité de référence pour le nombre d’étages et les densités de peuplement et résidentielles relatives au secteur bâti, il est possible de calculer d'autres paramètres de la structure de peuplement. En comparant le parc bâti sur des cartes représentant des tranches de temps différentes, il est possible d'analyser le développement de l'environnement bâti. Cette méthode a été mise en œuvre sous forme d'une palette d'outils dans le logiciel du Système d'Information Géographique (SIG) ESRI ArcGIS® et est destinée à être utilisée comme un système de suivi, à l’échelle nationale, du peuplement et du développement des espaces ouverts. Mots clés: parc bâti, Système Géographique d'Information (SIG), analyse du peuplement, structure du peuplement, cartes matricielles topographiques, Allemagne