The MAP COMPARISON KIT: methods, software and applications

Abstract

Comparing maps is an important issue in environmental research. Reasons for comparing maps may be: (i) the different socio-economic scenarios on which they are based, (ii) detection of temporal changes, (iii) calibration/validation of land-use models, (iv) hot-spot detection, (v) their use in uncertainty analysis, and (vi) their origin in different methodologies/models. This report addresses the problem of quantifying subsequent map similarities and dissimilarities.Our main focus is on maps denoted as 'categorical' or 'nominal'. A number of the five map- comparison techniques are described. These techniques differ in mathematical approach (no math, 'cell by cell', two types of 'fuzzy' and 'single-map statistics') and apply to different types of maps (nominal, ordinal, ratio and interval scale). Special attention is given to the comparison of maps through fuzzy-set calculation rules. The rationale is that fuzzy-set map comparison is very close to human judgement, as shown in an Internet experiment.The MAP COMPARISON KIT (MCK) software plays a major role in the report. MCK, a software package for 'state-of-the-art' map comparison, contains all the examples used in this report. The software, developed by order of the Netherlands Environmental Assessment Agency, was fully designed by the Research Institute for Knowledge Systems. The software will be made publicly available on the RIVM website early 2004 (www.rivm.nl).

Kaarten, en in het bijzonder landgebruikskaarten, worden gepresenteerd in een reeks van uitgaves van het Milieu- en Natuurplanbureau (MNP/RIVM). Voorbeelden zijn de Milieu- en Natuurverkenning die eens per vier jaar uitkomen, als ook de Milieubalans en Natuurbalans die jaarlijks worden gepubliceerd. Kaarten en kaartbeeldvergelijkingen spelen een belangrijke rol bij het tot stand komen van deze producten. Hierbij kunnen kaarten voor allerlei doeleinden vergeleken worden: (i) kaarten kunnen gebaseerd zijn op verschillende economische/demografische scenario's, (ii) detectie van veranderingen in landgebruik in de tijd, (iii) calibratie en validatie van landgebruiksmodellen, (iv) detectie van hot-spots in kaarten, (v) onzekerheidsanalyse en (vi) analyse van kaarten die afkomstig zijn van verschillende onderzoeksgroepen of modellen. Dit rapport is gericht op het kwantificeren van verschillen en overeenkomsten in kaarten. Hierbij ligt de nadruk op nominale en ordinale kaarten. Voor dit type kaarten is het uitvoeren van vergelijkingen het lastigst. Immers, hoe zou je verschillen tusen de nominale landgebruikscategorieen 'grasland', 'bebouwing' of 'recreatie' numeriek moeten uitdrukken? We beschrijven een vijftal methodes om kaartbeelden te vergelijken. Deze methodes verschillen in wiskundige benadering (geen wiskunde, 'cel bij cel', twee soorten 'fuzzy' en kengetallen voor enkelvoudige kaarten) als ook in het type kaarten waarvoor ze bedoeld zijn (nominale schaal, ordinale schaal, ratio-schaal en interval-schaal ). Speciale aandacht wordt besteed aan kaartbeeldvergelijking gebaseerd op rekenregels uit de fuzzy-set theorie. De kaartbeeldvergelijkingsmethodes worden geillustreerd aan de hand van een aantal case-studies. De voorbeelden varieren van de analyse van historisch agrarisch grondgebruik over de periode 1700 tot 1990, tot het analyseren voor landgebruikstoekomstbeelden voor het jaar 2020. Speciale toepassingen zijn het calibreren en valideren van landgebruiksmodellen, en het zoeken naar inconsistenties in landgebruikskaarten van het CBS. Alle analyses uit het rapport zijn uitgevoerd met de MAPCOMPARISONKIT-software. Dit software pakket is in opdracht van het RIVM ontwikkeld door het Research Instituut voor KennisSystemen (RIKS). De software is uniek in het integreren van vier kaartbeeld-vergelijkingsmethodes. De software zal begin 2004 algemeen beschikbaar worden gesteld via de RIVM-website (www.rivm.nl). We concluderen dat de nieuw ontwikkelde MAPCOMPARISONKIT-software een krachtig 'state of the art' hulpmiddel is bij het analyseren van kaartbeelden.