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Einführung in die Geoinformatik Was ist Geoinformatik?

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Einführung in die Geoinformatik
Prof. Dr. Sabine Timpf
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Was ist Geoinformatik?
•
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Sie alle haben schon mit Produkten aus
der Geoinformatik gearbeitet!
2
2
GoogleMaps etc.
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3
3
Behindertenstadtplan Augsburg
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4
4
Location Based Services
You are near Augsburg, DE
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5
5
Tourismusinformationssysteme
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6
6
Geocaching
•
•
www.geocaching.de
www.geocaching.com
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7
7
WebGIS
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8
8
“Experten”-Anwendungen
•
•
•
•
•
•
•
•
Habitatkartierung, Biotop/Geotop
Wohnungsmarktanalyse, Wohnumfeldanalyse
Standortsuche, Geomarketing
Katastrophenmanagement
Logistik - Flottenmanagement
Leitungsmanagement
Speziesmonitoring
....
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9
9
Biotop- und Geotopkarten
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10
Wohnlageanalyse
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11
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Geomarketing
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Flottenmanagement
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Zusammenfassend: die 5 M’s
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•
Mapping - Kartieren
•
Measuring - Messen und Berechnen
•
Managing - Verwalten
•
Monitoring - Überwachen
•
Modeling - Modellieren
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14
Was ist Geoinformatik? ! ! ! ! ! !
Definition
•
Die Geoinformatik ist die Lehre des Wesens und der Funktion der Geographischen
Informationen, ihrer Bereitstellung in Form von Geodaten sowie der Modellierung, Analyse
und Visualisierung dieser Geodaten.
•
Geoinformatik ist ein Fach, in dem wir komplexe geowissenschaftliche Fragen mit
Informationstechnologien und analytischen Methoden untersuchen.
•
•
•
Sie bildet die wissenschaftliche Grundlage für Geographische Informationssysteme (GIS).
Sie verknüpft die Geowissenschaften mit der Informatik.
Auf Englisch: Geographic Information Science
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Hauptthemen der Geoinformatik
•
•
•
•
•
•
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Erfassen geografischer Daten
Entwicklung und Management von Datenbanken mit Geodaten
Modellierung der Geodaten
Analyse der Geodaten
Visualisierung der Geodaten
Entwicklung und Integration der Werkzeuge und Software für diese Aufgaben,
insbesondere Weiterentwicklung von
Geografischen Informationssystemen
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Geographische Informationssysteme
GIS
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Standardsoftware
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•
Geographische Informationssysteme bilden derzeit (noch) die Standardsoftware zur
Verarbeitung von geographischen Daten und Informationen
•
Klassische GIS dienen zur Erfassung von Geodaten, deren Management (Verarbeitung),
Analyse und Visualisierung: EVAP
•
Die derzeitigen Trends gehen in Richtung verteilter Servicearchitektur, wobei sowohl
die Geodaten durch verteilte Sensoren erfasst werden, als auch die unterschiedlichen
Verarbeitungsschritte in Form von Services verteilt sein können.
•
Das weltweit von Geographen hauptsächlich genutzte GIS ist derzeit ArcGIS von der
Firma ESRI, dicht gefolgt von GeoMedia der Firma Intergraph
•
•
Weitere Software ist MapInfo, TatukGIS, Grass/QuantumGIS, PCMap bzw. w3GIS
Auch GoogleEarth wird mitunter als GIS bezeichnet wobei dort die Funktionalität
gegenüber einem Voll-GIS stark eingeschränkt ist.
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Geoinformatik
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Neuere Entwicklungen: Geosensoren
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Geoinformatik in Augsburg
Hinweise zu weiterführender Literatur
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Hauptthemen der Geoinformatik in A
in Augsburg:
•
Entwicklung und Management von
Datenbanken mit geografischen
Informationen
•
Analyse und Modellierung der Geodaten
•
Visualisierung der Geodaten und
Geoinformationen
•
Entwicklung und Integration der Werkzeuge
und Software für diese Aufgaben,
insbesondere Weiterentwicklung von GIS
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•
Datenbanken, Informatik I,
Geoinformatik VL
•
Geoinformatik VL (Modellierung)
Arbeitsmethoden, Projektseminare
(Anwendung von GIS, Analyse)
•
Kartographie
•
Spezialveranstaltungen (Simulation,
mobile GIS...)
22
22
Lehrbücher
DeMers, Michael N. (2009). GIS For Dummies
DeMers, Michael N. (2008). Fundamentals of Geographic Information Systems.
Heywood, I., Cornelius, S., and Carver, S. (2006) An Introduction to Geographical Information
Systems.
Longley, P. A., Goodchild, M. F., Maguire, D. J., & Rhind, D. W. (2005). Geographic Information
Systems and Science.
Bartelme, Norbert (2005). Geoinformatik.
De Lange, Norbert (2005). Geoinformatik in Theorie und Praxis
Worboys, Michael, and Matt Duckham. (2004) GIS: a computing perspective
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Fach-Zeitschriften
•
•
•
•
•
•
•
•
•
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IJGIS: International Journal of Geographic Information Science
Geoinformatica
TOG: Transactions in GIS
Journal of Geographical Systems
Computers and Geoscience
CEUS: Computers, Environment and Urban Systems
GEM: Geographical & Environmental Modelling
GA: Geographical Analysis
SCC: Journal of Spatial Cognition and Computation
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FERGI
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GITTA
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26
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Geoinformation.net
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Ausgewählte Themen der Geoinformatik
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•
•
•
Erfassen geografischer Daten
•
•
•
Analyse der Geodaten
Modellierung der Geodaten
Entwicklung und Management von Datenbanken mit geografischen Daten
(Geodatenmanagement)
Visualisierung der Geodaten
Entwicklung und Integration der Werkzeuge und Software für diese Aufgaben,
insbesondere Weiterentwicklung von Geografischen Informationssystemen
28
28
A. Modellierung der Geodaten
1. GeoObjekte
1.1. Geometrie (u.a. Koordinatentransformationen)
1.2. Topologie
1.3. Thematik
1.4. Dynamik
2. Vektormodell
3. Rastermodell
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29
1. GeoObjekte
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30
1. !Geo-Objekte
•
In der Geoinformatik werden Informationen über Geoobjekte auf der Basis von
Geodaten verarbeitet
•
Ein Geoobjekt (feature/object) ist die abstrakte Repräsentation eines realen
geografischen Phänomens, das hinsichtlich seiner
•
•
•
•
räumlichen Lage (Position),
seiner Lagebeziehungen zu anderen Geoobjekten (Topologie),
seiner fachlich relevanten Eigenschaften (Thematik) und
seiner zeitlichen Veränderungen (Dynamik)
gegenüber anderen Geoobjekten unterschieden werden kann.
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Diskrete Objekte und kontinuierliche Felder
•
Zwei Hauptbegrifflichkeiten um geografische Phänomene zu beschreiben
•
•
Diskrete Objekte
•
•
•
fundamentalster Unterschied geografischer Repräsentationen
Die Welt als Oberfläche auf der sich
Objekte mit gut definierten Grenzen befinden und eventuell bewegen
Kontinuierliche Felder
•
Die Welt durch die Brille einer Eigenschaft gesehen, die an jedem Ort der Erde gemessen
werden kann
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Diskrete Objekte
•
•
•
•
Punkte, Linien und Flächen
Zählbar
bestehen über Zeit, eventuell beweglich
Biologische Organismen
•
•
Tiere, Bäume
von Menschenhand geschaffene Objekte
•
Fahrzeuge, Gebäude, Hydranten, Lichtmasten
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Phänomene als diskrete Objekte
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Kontinuierliche Felder
•
Eigenschaften, die mit dem Raum variieren
•
•
•
der Wert ist eine Funktion des Ortes
die Eigenschaft kann jeden Typs sein (z.B. Richtung)
Höheninformation als Archetyp
•
•
ein einzelner Wert an jedem Punkt der Erdoberfläche
die Quelle von Metaphern und Sprache
•
•
jedes Feld kann eine Neigung, einen Hang, Gipfel und Gruben haben
weitere Beispiele:
•
•
•
•
Temperatur, Druck
Bodeneigenschaften, pH Wert, Feuchtigkeit
Bevölkerungsdichte
Eigentümer, Namen
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Phänomene als Felder konzeptionalisiert: Höheninformationen der Shuttle Radar
Topography Mission drapiert mit einem Bild des Landsat Satelliten, Blick entlang der
San Andreas Spalte in Südkalifornien, simulierter Himmel
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1.1 ! Geometrie
•
Die Geometrie umfasst alle Angaben zur absoluten räumlichen Lage (Position) und
Ausdehung des GeoObjekts auf der Basis eines räumlichen Bezugssystems
(Koordinatensystems).
•
Beispiele:
•
•
Im Gauß-Krüger-Koordinatensystem ist der Punkt P eindeutig durch die Angabe seines
Rechtswertes R und seines Hochwertes H bestimmt: P(R,H)
•
Ein Waldstück ist durch einen geschlossenen Linienzug mit den Punkten P1, P2, P3, P4 und
P5 definiert; die Fläche dieses Geoobjektes beträgt 1,5 Hektar
•
Das Bildelement B3,27 der Satellitenszene befindet sich in der 3. Zeile und 27. Spalte des
Rasterbildes. Seine Grösse beträgt 30 x 30 m"
Als räumliche Bezugssysteme können zwei- oder drei-dimensionale
Koordinatensysteme mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet werden. In
diesem räumlichen Bezugssystem muss eine Metrik definiert sein, die den Abstand
(Entfernung) zwischen zwei Geoobjekten misst (z.B. Abstand Punkt - Fläche)
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Räumliche Bezugssysteme
•
•
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Der Raumbezug ist die definierende Eigenschaft von GeoObjekten. Geometrische und
topologische Merkmale haben daher gegenüber den thematischen Attributen meist
eine besondere Bedeutung. Bei raumbezogenen Suchoperationen (Abfragen) in
GeoInformationssystemen wird dies besonders deutlich:
•
Suche alle Biotope im Kreis Friedberg, die von mindestens einem Fließgewässer
durchflossen und von der nächstgelegenen Bundesstraße mindestens 100 Meter entfernt
sind (Hohe Bedeutung des Raumbezuges)
•
Suche alle Biotope im Kreis Friedberg, die den Schutzstatus "hoch" besitzen (Geringe
Bedeutung des Raumbezuges).
Um einen Raumbezug für GeoObjekte herstellen, also ihre Geometrie (und darauf
aufbauend auch die Topologie) eindeutig beschreiben zu können, benötigt man ein
räumliches Bezugssystem (RBS).
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38
Räumliche Bezugssysteme
•
•
Drei wesentliche Bedingungen muss ein RBS erfüllen:
1.
Der Raumbezug muß eindeutig herstellbar sein, d.h. GeoObjekte mit gleichem Raumbezug
müssen identisch sein. Unterschiedliche Lageangaben definieren also auch unterschiedliche
GeoObjekte.
2.
Der Raumbezug muss quantifizierbar sein, also in Form metrisch skalierter Merkmale
möglich sein.
3.
Es muß eine Metrik definiert sein, die eine Distanz d(A, B) zwischen zwei GeoObjekten A
und B mit folgenden Eigenschaften angibt:
1.
d(A, B) = 0 genau dann, wenn: A = B (positive Definiertheit)
2.
d(A, B) = d(B, A) (Symmetrie)
3.
d(A, B) ≤ d(A, C) + d(C, B) (Dreiecksungleichung)
Eine Menge M mit einer solchen Metrik d heisst ein metrischer Raum (M,d).
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39
Von der Erde zur Koordinate
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40
Was ist ein Koordinatensystem?
•
•
System von Parametern, um den Ort von Punkten zu beschreiben
Beispiele:
•
•
•
•
•
x- und y-Achsen eines Graphen
•
Projektions-Koordinaten, z.B. Gauß-Krüger oder UTM
R = 3 603 820,13 m , H = 5 793 801,08 m
•
Höhenkoten
x- und y-Achsen beim Digitalisieren von Karten
Bildkoordinaten
Geozentrische Koordinaten (X,Y, Z), z.B. WGS84
Geographische Koordinaten
λ = 10°31'15.8414" , φ = 52°16'09.4416"
41
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Arten von Koordinatensystemen
•
nach Art des Raumbezugs gegliedert
•
•
•
lokal: ohne Bezug zur Erde als Ganzes
nach Dimensionen gegliedert
•
•
•
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geodätisch: auf die Erde bezogen
1-dimensional: Höhen, Kilometrierung
2-dimensional: ellipsoidisch, geographisch, eben
3-dimensional: geozentrisch, ellipsoidisch
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2-Dimensionale Koordinaten
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43
43
3-dimensionale Koordinaten
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Eigenschaften von Koordinaten
•
Ursprung
•
•
Maßeinheiten
•
•
•
Nullpunkt und Nulllinien (z.B. Nullmeridian, Äquator)
Winkelmasse (Altgrad, Neugrad, Radiant)
Längenmasse (metrisch, nicht-metrisch, temporal)
Eignung für Thema:
•
•
•
winkeltreu: z.B. Navigation
längentreu: Längenmessung
flächentreu: z.B.Verbreitungskarten
45
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45
Wie kommt man zu Koordinaten?
•
•
Durch die Wahl
eines Referenzsystems (Raumbezug), bestehend aus:
•
•
Bezugsfläche: in der Praxis getrennt für Lage (z.B. Kugel) und Höhe (Geoid)
Datum: Grösse und Positionierung der Bezugsfläche relativ zur Erde
•
•
•
z.B. Bessel-Ellipsoid (Potsdam)
einer Projektion
•
•
•
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z.B. WGS84: World Geodetic System 1984
Art der Abbildungsfläche
Lage der Abbildungsfläche
zusammengefasst in Abbildungsgleichungen
46
46
Projektionen
•
nach Projektionsfläche
•
•
•
•
Azimutalprojektion
Kegelprojektion
nach Lage der Projektionsfläche
am Bezugskörper
•
•
•
•
Zylinderprojektion
Normal
Transvers
Oblique
nach Lage des Projektionszentrums
•
•
•
gnomonisch
orthograpisch
stereographisch
47
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Transformationen
•
Abbildungen von einem Ausgangs- in ein Zielsystem
•
•
•
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Form und Größe der Bezugsfläche
Lage der Bezugsfläche relativ zur Erde
Änderung des Projektionssystems: Koordinatentransformation
•
•
•
andere Projektion
Änderung des Bezugssystems: Datumstransformation
•
•
•
anderes Bezugssystem oder
Form der Abbildungsfläche
Lage der Abbildungsfläche relativ zur Bezugsfläche
Datumstransformation führt auch zu Koordinatentransformation (aber nicht
umgekehrt)
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48
Transformationen
49
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Transformationsparameter
•
Datumstransformation: 7 Parameter
•
in der klassischen Geodäsie durch
•
•
•
•
•
einen Fundamentalpunkt (φ , λ) als Lagefixierung
ein Azimut zu einem zweiten Punkt (α) als Orientierung
zwei Lotabweichungskomponenten
Koordinatentransformation in der Ebene
•
•
min. 4 Parameter (Ähnlichkeitstransformation)
max. 6 Parameter (Affintransformation)
•
•
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die zwei Halbachsen des Ellipsoids
Lage, getrennter Maßstab und getrennte Rotation in x und y
Abbildungsgleichungen: x* = ax + by + c, y* = dx + ey + f
50
50
Geometrie - Vektor
•
Zur Beschreibung der Geometrie gibt es zwei
Modelle: das Vektor- und das Rastermodell
•
Geometrisches Grundelement des Vektor-Modelles ist der Punkt, der durch die
Angabe seiner Koordinaten im gewählten räumlichen Bezugssystem eindeutig definiert
ist.
•
Im Vektor-Modell kann die Geometrie einzelner Geoobjekte sehr genau beschrieben
werden.
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51
Vektordatenformat
•
•
•
Vektoren repräsentieren Punkte, Linien und Flächen
dazu werden Koordinaten verwendet, ein Koordinatenpaar pro Punkt
Flächen werden als Polygone repräsentiert
•
•
gerade Linien zwischen Punkten, eine Verbindung vom Startpunkt zum Endpunkt
Linien werden als Polylinien repräsentiert
•
gerade Linien zwischen Punkten, die die abzubildende Linie approximiert
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Geometrie - Raster
•
Die Rasterzelle ist das Grundelement des Raster-Modelles, das eine spezielle Form
von Mosaik-Modellen (tesselation) ist
•
•
Rastermodelle sind flächen-orientiert
Die Genauigkeit der geometrischen Beschreibung eines Geoobjektes im RasterModell hängt von der Basisgröße der Rasterzelle ab
j
i
•
Hinweis:
Der Begriff Geometrie bedeutet im Griechischen 'Erdmessung'. In der Mathematik wird der Begriff
wesentlich weiter gefasst. Die Analytische Geometrie (Analyse geometrischer Figuren in
Koordinatensystemen mit Hilfe der linearen Algebra) kommt dem Geometrie-Begriff in der
Geoinformatik am nächsten.
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©s.timpf
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Rasterdatenformat
•
teilt die Welt in (quadratische) Zellen, deren Ecken (oder Mittelpunkt) auf der Erde
verankert werden
•
•
•
repräsentiert diskrete Objekte als Sammlung einer oder mehrerer Zellen
repräsentiert Felder, indem es Zellen Attributwerte zuweist
Beispiel: Landnutzungsklassen (nominale Attribute)
Legend
Mixed conifer
Douglas fir
Oak savannah
Grassland
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1.2 ! Topologie
•
Die Topologie charakterisiert die räumlichen Beziehungen von Geoobjekten
zueinander. Sie wird auch als Geometrie der relativen Lage bezeichnet.
•
Die Topologie ist stets ein gemeinsames Charakteristikum von zwei oder mehreren
Geoobjekten. Topologische Grundbegriffe sind zum Beispiel:
•
•
•
•
•
A liegt in der Umgebung von B
A ist in B enthalten
A ist ein Nachbar von B
Die räumliche Ausdehnung von A überschneidet sich mit der von B
Beispiele:
•
•
Die Wetterstation liegt auf dem Flurstück 123
•
Die geplante Trassenführung schneidet das Feuchtbiotop
Die Städte Dülmen und Haltern sind benachbart (im Sinne einer gemeinsamen
Gemeindegrenze)
55
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Topologie
•
In einem gewissen Sinne sind Geometrie und Topologie von Geoobjekten unabhängig
voneinander. Dies wird bei dem folgenden Experiment besonders deutlich:
•
•
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Zeichnet man auf einen aufgeblasenen Luftballon mit Filzstift eine
geometrische Figur, dann besitzt sie für diesen Zustand des Luftballons
eine bestimmte Geometrie (Lage und Form der Figur) und eine
Topologie (z.b. schneiden sich bestimmte Linien, andere dagegen nicht).
Beim Ablassen der Luft verändert sich zwar die Geometrie je nach
Verzerrung des Luftballons, die Topologie ändert sich jedoch nicht.
Es gibt also Transformationen des Raumes, die topologisch invariant sind; dazu zählen
Drehungen und Streckungen geometrischer Objekte.
56
56
Topologie
•
•
Die Definition topologischer Beziehungen erfolgt in einem Vektor-Modell anders als in
einem Raster-Modell, z.B.
•
Zwei Rasterzellen können im topologischen Sinne als benachbart gelten, wenn sie eine
gemeinsame Kante haben.
•
Zwei Punkte können im Vektor-Modell als benachbart gelten, wenn sie durch ein
Linienstück miteinander verbunden sind.
Beispiel: Streckenpläne von Bus-Linien
•
Neben der Lage der Haltepunkte (geometrischerAspekt) sind die Verbindungen zwischen
zwei Haltepunkten (Nachbarschaft im topologischen Sinne) wichtig, nicht aber die exakte
Streckenführung. Bei einem Stau kann sich z.B. die Streckenführung kurzfristig ändern, die
Nachbarschaft der Haltepunkte bleibt aber bestehen.
57
©s.timpf
57
1.3 ! Thematik
•
Die Thematik umfasst alle fachlichen Charakteristika einer Klasse von Geoobjekten.
Sie wird durch eine Menge von Attributen mit Attributwerten beschrieben:
•
•
•
•
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Höhe eines Strommasts: 15m
Fläche eines Waldstücks: 23,45 qm
Bodenarten in einer Geologischen Karte: sandiger Lehm
Breite einer Strasse: 3,45m
•
Beim Aufbau von Datenbanken und Informationssystemen wird man versuchen,
möglichst alle verfügbaren oder in naher Zukunft messbaren Attribute für eine
Objektklasse im Datenmodell zu berücksichtigen, um diese Sachdaten für ganz
unterschiedliche Fragestellungen vorrätig zu halten.
•
In der Mehrfach-Nutzbarkeit der Sachdaten (sowie Geometrie-/Topologie-Daten) liegt
ein wesentlicher Vorteil digitaler Informationssysteme. Dabei wird meist in Kauf
genommen, dass für einzelne Objekte gewisse Attributwerte noch nicht vorhanden
sind (missing values).
58
58
Thematik - Messskalen
•
•
Die Attribute können in unterschiedlichen Messskalen gemessen werden:
•
Nominalskala: !Die Attributwerte werden nur durch Namen (Bezeichner) unterschieden;
eine Ordnungsrelation ist nicht definiert.
•
Ordinalskala: ! Die Attributwerte werden durch Ziffern oder Zeichen mit einer
definierten Ordnungsrelation beschrieben.
•
Metrische Skala: Die Attributwerte werden durch reelle Zahlen beschrieben; je nach
Existenz eines absoluten Nullpunktes unterscheidet man Intervallskalen und
Rationalskalen.
Ein Attribut besonderer Art ist der Objektschlüssel (Primärschlüssel): Er wird zur
eindeutigen Kennzeichnung von Objekten benötigt und häufig als künstliches Attribut
zusätzlich eingeführt (z.B. Flurstücknummer) -> s. Datenbanken.
59
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Thematik - Beispiel Attribute
•
Für die Objektklasse Abflusspegel können z.B. folgende Attribute in einem
Fließgewässerinformationssystem erfasst werden:
•
•
•
•
•
•
•
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Eindeutige Messstellen-Identifikationsnummer als Objektschlüssel
Pegel-Nullpunkt
Art der Abflussmessung
Breite der Gewässersohle bei Pegel-Null
Einrichtungsdatum der Messstelle
zuständige Aufsichtsbehörde etc.
Bei diesen Attributen handelt es sich um sog. Stammdaten (im Unterschied zu
zeitvarianten Bewegungsdaten).
60
60
Thematik - Layer Modell
•
Zur Beschreibung der Thematik gibt es zwei konzeptionelle Basismodelle, das LayerModell und das Objekt-Modell
•
Das Layer-Modell (Schichten, Folien, coverages) ist ein klassisches Konzept, das in der
Kartographie bei der Herstellung topographischer und thematischer Karten
entwickelt wurde:
Jedes einzelne Attribut wird in einer separaten Informationsschicht erfasst.
•
Ausgewählte Schichten werden dann
für eine konkrete Fragestellung deckungsgleich übereinander gelegt. Dazu müssen
sie das gleiche Koordinatensystem, den
gleichen Maßstab und den gleichen Raumausschnitt besitzen.
61
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Thematik - Layer Modell (2)
•
Häufig organisiert man die Schichten so, dass in jeder Schicht nur Geoobjekte gleicher
geometrischer Dimension und gleicher Klassenzugehörigkeit enthalten sind:
•
Beispiel:
•
•
•
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Punkt-coverage: Messstellen, Probenahmeorte
Linien-coverage: Fließgewässersystem, Straßennetz
Flächen-coverage: Flächennutzung, Bodeneinheiten
62
62
Thematik - Layer-Modell
63
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Thematik - Layer Modell (3)
•
Bei der Kombination (Verschneidung,Vergleich) von zwei oder mehreren Schichten
entstehen Ergebnislayer, die neu gebildete Geoobjekte mit algebraisch und/oder
logisch kombinierten Attributen enthalten können. !
•
Beispiel
•
•
©s.timpf
•
•
Messstellen, die auf einer Wiese stehen (Kombination von Punkt- und Flächenlayer)
•
Schutzwürdige Biotope, die von einer Straße geschnitten werden (Verschneidung von
Linien- und Flächenlayer)
•
Flächenstücke mit den kombinierten Attributen Landnutzung & Bodenart
Kreuzungspunkte von Straßen und Überlandleitungen (Verschneiden von Linien- mit
Linienlayer => Punktlayer)
Für Geoinformationssysteme (GIS) ist diese Möglichkeit zur Neubildung von
Geoobjekten mit kombinierten Attributen eine entscheidend wichtige Funktionalität
und ein wesentlicher Unterschied zu konventionellen Informationssystemen.
Hinweis:
Obwohl hier von Punkten und Flächen gesprochen wird, folgt daraus NICHT, dass es sich zwingend um
Vektordaten handeln muss
64
64
Thematik - Layer Modell (4)
•
Vorteile des Layer-Modelles:
•
•
thematische Übersichtlichkeit durch "top down"-Konzept vom Allgemeinen zum Speziellen
•
Suche nach einer Teil-Thematik (Attribut) ist sehr einfach und schnell,
aber: Objektbezogene Abfragen nach mehreren Attributen sind umständlich und langsam
Datenerfassung, Aktualisierung und Zugriffsrechte können Schichten-spezifisch geregelt
werden
65
©s.timpf
65
Thematik - Objekt Modell
•
©s.timpf
Das Objekt-Modell ist ein Konzept, das sich am Prinzip objekt-orientierter
Datenmodelle orientiert. Wesentliche Merkmale dieses Konzeptes zur Modellierung
der Thematik von Geoobjekten sind:
•
Jedes Geoobjekt besitzt seine eigene Geometrie, Topologie, Thematik und Dynamik sowie
seine eigenen Verarbeitungs- und Analysemethoden
•
Die Objekte sind gegenüber anderen Objekten abgegrenzt (gekapselt) und können sich
gegenseitig Nachrichten zusenden
•
Objektklassen stellen generalisierte Konzepte (Baupläne) für Objekte dar; ein konkretes
Objekt besitzt als Instanz seiner Klasse alle Attribute und Methoden dieser Klasse, jedoch
z.B. spezifische Attributwerte
•
Möglichkeit der Berücksichtigung hierarchischer Beziehungen (z.B. Teilobjekt - Objekt Komplexobjekt bzw. Subklasse - Klasse - Superklasse)
•
Vererbung von Eigenschaften und Methoden durch Ableiten einer spezialisierten Subklasse
von einer allgemeineren (generalisierten) Klasse
66
66
Thematik - Objekt Modell (2)
Beispiel:
•
Klasse = Fließgewässer
•
•
mit Attributen Flussname, Durchflusspegel, Einzugsgebiet, Wasserstand etc. und zugehörigen
Methoden (z.B. 'Berechne den Durchfluss'')
Objekt = Mühlbach
•
als eine Instanz dieser Klasse mit entsprechenden Attributwerten (z.B. Flussname =
Mühlbach, Einzugsgebiet = 250 km" etc.) und der Anwendungsmöglichkeit bestimmter
Methoden (z.B. Berechne den Durchfluss aus dem Wasserstand und der Durchflusskurve).
67
©s.timpf
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Thematik - Objekt Modell (3)
•
©s.timpf
Vorteile des Objekt-Modelles bei der thematischen Modellierung:
•
Das "bottom up" Konzept betont sehr stark die Individualität der Objekte; die
Klassenbildung ist flexibel möglich
•
Die Kapselung der Objekte vereinfacht ihre Verwendung, da man sich nicht mehr um die
internen Details (z.B. bei der Ausführung von Methoden) kümmern muss
•
Ein bestimmtes Objekt kann sehr schnell gesucht und auf alle seine Attributwerte
abgefragt werden, aber: Eine bestimmte thematische Suche über alle Objekte ist aufwendig
(z.B. suche alle Waldbestände, die älter als 30 Jahre sind)
68
68
1.4 Dynamik
•
Mit dem Begriff der Dynamik werden die zeitlichen Veränderungen der Geoobjekte
charakterisiert. Diese können sowohl die Geometrie, die Topologie wie auch die
Thematik der Geoobjekte betreffen.
•
Dynamische räumliche Prozesse spielen in allen Geowissenschaften eine sehr wichtige
Rolle - allerdings in sehr unterschiedlicher zeitlicher Auflösung, d.h. mit
unterschiedlichen kleinsten betrachteten Zeitspannen:
•
Bei geologischen Fragestellungen überwiegen langfristige zeitliche Veränderungen im
Bereich von Jahrtausenden und größer; allerdings werden z.B. in der Erdbeben- und
Vulkanforschung auch sehr kurzfristig ablaufende dynamische Prozesse betrachtet
•
Bei geographischen und landschaftsökologischen Fragestellungen liegt die zeitliche
Auflösung in der Regel zwischen Tages- und Jahreswerten, kann aber z.B. bei der Analyse
langfristiger Trends auch Jahrhunderte betreffen
•
Meteorologische und zum Teil auch hydrologische Fragestellungen betreffen häufig sehr
viel kürzere Zeit'räume'; z.B. berechnen mesoskalige meteorologische
Grenzschichtmodelle die Temperatur- und Feuchteänderungen der Atmosphäre in
Sekunden-Intervallen
69
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Dynamik (2)
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•
Die bei einer Problemstellung betrachtete kleinste Zeiteinheit wird auch als Chronon
bezeichnet; im üblichen Sprachgebrauch würde man ein Chronon als 'Zeitpunkt'
bezeichnen.
•
Eine Menge zeitlich angeordneter und zusammenhängender Chronons bildet ein
Intervall; umgangssprachlich bezeichnet man dieses auch als eine Zeitspanne. Häufig
benutzt man fest definierte Intervalle wie z.B. Tage, Monate, Jahre.
•
Eine Menge aufeinanderfolgender Intervalle, mit deren Ablauf der Prozess sich in
ähnlicher Weise wiederholt, wird als Periode bezeichnet (z.B. 12-monatige Periode der
Lufttemperatur in Mitteleuropa).
•
Üblicherweise wird die Zeit als eine eindimensionale, gerichtete Größe aufgefasst. Im
Unterschied zum Raum besitzt sie in unserer Vorstellung eine
natürliche ,Ordnungsrelation, die mit Begriffen wie 'vorher' und 'nachher' benutzt
wird.
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Dynamik (3)
•
Für die Modellierung der Zeit-Domäne in Datenbanksystemen und
Geoinformationssystemen reicht diese eindimensionale Betrachtungsweise in der
Regel nicht aus. Hierbei unterscheidet man (mindestens) zwischen:
•
•
Die Realzeit (valid time) ist die Zeit, in der ein Ereignis in der Realität stattgefunden hat.
•
Die Anwenderzeit (user time) ist die Zeit, in der ein Ereignis vom Anwender als Datum in
der Datenbank benutzt wird.
Die Datenbankzeit (transaction time) ist die Zeit, in der ein Ereignis in Form eines Datums
in einer Datenbank gespeichert, verändert oder gelöscht wird.
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Dynamik (4)
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•
Diese unterschiedlichen Aspekte der Zeit (auch als Zeit-Dimensionen bezeichnet)
sind unabhängig voneinander:
•
Wenn ein Ereignis real stattgefunden hat, kann es als Datum zu einer beliebigen Zeit
(später) gespeichert oder geändert werden. Wenn ein Ereignis als Datum gespeichert
worden ist, kann es zu einer beliebigen Zeit vom Anwender benutzt werden.
•
In Datenmodellen werden diese Zeit-Aspekte mit Hilfe von Zeit-Stempeln (time
stamps) abgebildet, die den Geoobjekten aufgeprägt werden.
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From GeoObjects to GeoTempObjects
es
v
i
t
ak
h
c
s
r
Fo
d
l
e
f
u n gs
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2. Vektormodell
Annahme: 2- oder 3-dimensionales kartesisches Koordinatensystem mit
euklidischer Metrik (Bsp.: Gauß-Krüger-System)
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Punkt
•
Geometrisches Grundelement des Vektor-Modells ist der Punkt, der durch die
Angabe seiner Koordinaten-Vektoren im 2D- oder 3D-Raum eindeutig definiert ist.
•
Im topologischen Sinn wird ein solches 0-dimensionales Geoobjekt analog zur
Graphentheorie als Knoten (0-Zelle) bezeichnet.
•
Dem Punkt/Knoten können Attribute als thematische Informationen angehängt
werden.
•
Beispiel:
Die Pegelpunkte eines Fliessgewässersystems haben
neben ihrer Meßstellen-Identifikationsnummer
(Schlüssel-Attribut) die weiteren Attribute Pegel-Null,
Art der Pegelanlage, Betreiber etc.
75
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Linien
•
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Eine geradlinige oder geschwungene 2D- oder 3D-Kurve zwischen zwei Punkten
definiert im geometrischen Sinne eine Linie (Linienstück, Strecke). Zur exakten
geometrischen Beschreibung einer Linie muss eine mathematische Funktion
verwendet werden (z.B.Y = 2 - X2).
76
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Kante
•
Als topologische Verbindung zweier adjazenter Knoten ist die Kante definiert.
Entsprechend der Graphentheorie heissen diese Knoten dann inzident zur Kante.
•
Aus topologischer Sicht kommt es also nicht auf die genaue (geometrische) Lage an
sondern nur auf die Frage der Nachbarschaft der die Kante definierenden Knoten.
•
Geometrisch unterschiedliche Linien (Linie 1 und Linie 2) können topologisch also
durch die gleiche Kante repräsentiert werden.
77
©s.timpf
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Beispiel 1
•
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Ein Buslinien-Plan zeigt nur die Verbindung (Kante) zwischen den Haltestellen
(Knoten) A und B, nicht aber den ggf. nach Verkehrssituation sich ändernden realen
Fahrtweg.
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Beispiel 2
•
Ein Flußabschnitt, der sich in zwei Fließwege aufspaltet, die flussabwärts wieder
zusammenfließen, sollte auch aus topologischer Sicht in zwei unterschiedlichen Kanten
modelliert werden.
Wie müsste man den Fluss
topologisch richtig
modellieren, wenn die
Flussarme wichtig sind?
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Gerichtete Linien/Polylinien/Kanten
•
Linien bzw. Kanten können gerichtet sein;
z.B. fließt ein Fluss vom Punkt Q (Knoten A) zum Punkt Z (Knoten B).
Im topologischen Sinne kann man dann für die gerichtete Kante a (A!B) eine rechte
und eine linke Halbebene unterscheiden.
B
A
•
Den Linien/Polylinien/Kanten können natürlich Attribute als thematische
Informationen angehängt werden.
•
Beispiel:
•
©s.timpf
Die Gewässerabschnitte eines Fließgewässersystems haben neben ihrer AbschnittNummer z.B. das mittlere Gefälle, die maximale Breite und die Lauflänge als Attribute.
80
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Komplexere Strukturen
•
Auf diesen beiden Grundelementen
•
•
•
Punkt (topol.: Knoten) und
Linie (topol.: Kante)
lassen sich beliebig komplexe Strukturen zur Modellierung von Geoobjekten aufbauen.
Gekrümmte Linien werden dabei durch eine Abfolge von Geradensegmenten
approximiert.
Es hängt von der jeweiligen Fragestellung ab, ob man dabei die Zwischenpunkte nur als
Stützstellen für die Geometrie oder als eigenständige Knoten im topologischen Sinne
betrachtet.
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Polylinien
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•
Die genaue Definition eines Linienverlaufs bedarf eigentlich einer mathematischen
Funktion. Da eine solche mathematische Beschreibung realer Geoobjekte (z.B.
Flusslauf) sehr aufwendig und in der Regel nur näherungsweise möglich ist, begnügt
man sich mit einer vergröberten geometrischen Beschreibung der Linienform durch
Zwischenpunkte und verbindende Geradenstücke.
•
Je nach Komplexität der Linienform werden dabei mehr oder weniger solcher
Stützstellen verwendet (z.B. beim Digitalisieren von Linien).
82
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Polygonzug, Netzstruktur
•
Im topologischen Sinne wird eine Polyline als Polygonzug bezeichnet. Um
Zweideutigkeiten zu vermeiden und Berechnungen zu vereinfachen, fordert man in der
Regel, dass sich zwei Polygonzüge nicht überkreuzen sollen (Planarität). Falls dies aus
fachlichen Gründen jedoch notwendig ist, definiert man die Schnittpunkte als weitere
Punkte bzw. Knoten.
•
Einer komplexeren Netzstruktur kann man ebenfalls Attribute zur Beschreibung der
Thematik anfügen. Die einzelnen Bestandteile eines Netzes können im Sinne der
objektorientierten Modellierung als Objekte von Objektklassen mit gleichartigen
Attributen aufgefasst werden. Auch dem gesamten Netz kann man Attribute geben.
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Netzstruktur, Netzwerke
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•
Ein Fließgewässernetz ist eine zur Mündung hin gerichtete, im Sinne der
Graphentheorie zusammenhängende lineale Struktur.
•
Mögliche Objektklassen mit ggf. unterschiedlichen Attributen sind z.B. Quellen,
Gewässerstrecken und Mündungspunkte. Aus den Grundelementen können Teilnetze
(Flussgebiet) aufgebaut und diese zu einem Gesamtnetz (Stromgebiet)
zusammengefügt werden.
•
Solche zusammenhängenden (nicht notwendigerweise
schleifenfreien) Netzstrukturen werden allgemein
auch als Netzwerke bezeichnet; Netzwerke können
im Sinne der Graphentheorie ungerichtet oder
gerichtet sein (z.B. Straßen - Einbahnstraßen). Sowohl
den Knoten wie den Kanten können dabei fachbezogene Attribute zugeordnet werden.
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Polygon
•
Ein geschlossener Linienzug wird im geometrischen Sinne als Fläche und im
topologischen Sinne als Polygon (Umrisspolygon) bezeichnet. Mit dieser
Komplexstruktur lassen sich im Vektor-Modell also flächenhafte Geoobjekte
modellieren.
•
Ein Polygon kann Inseln (Aussparungen) besitzen. Jedem Polygon können natürlich
wieder Attribute zugeordnet werden, z.B. seine Flächengröße.!
•
Beispiel:
•
Der Stadtwald wird als Polygon mit den Attributen Flächengröße und Umfang modelliert;
er enthält einen See, der als separates Geoobjekt mit den Attributen Seefläche und
Wasservolumen betrachtet wird.
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Tesselationen
•
Durch Zusammenfügen mehrerer Polygone entstehen
areale Netzstrukturen (unregelmäßige Mosaiken,
Tesselationen)
•
Ist eine areale Netzstruktur flächendeckend (ohne
Lücken), so bezeichnet man sie als Gebietsaufteilung
(Partition).
•
Beim Aufbau solcher Strukturen ist zu beachten, dass
Knoten und Kanten nicht doppelt erfasst werden bzw.
notwendige Knoten und Kanten nicht fehlen.
•
Außerdem muss für jede orientierte Kante ein linkes
und ein rechtes Polygon ausgewiesen sein, wobei der
Aussenbereich mit einzuschließen ist.
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Polyeder
•
Die geometrisch-topologische Modellierung von Körpern, also drei-dimensionalen
Geoobjekten kann auf unterschiedliche Arten erfolgen:
•
Aus einer reinen Knoten-Kanten-Struktur lässt sich ein Drahtmodell (wire frame)
aufbauen, das eine "durchsichtige" Struktur besitzt (rechtes Objekt in der Abbildung).
•
Durch 3D-Zusammenfügen von Polygonen entsteht ein Oberflächenmodell (PolyederStruktur).
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Geometrie, Topologie, Thematik
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•
Die obigen Ausführungen zur vektoriellen Modellierung haben gezeigt, dass es sehr
enge Beziehungen zwischen den geometrischen und topologische Eigenschaften
vektorieller Geoobjekte gibt.
•
In vielen Fällen können aus der Geometrie der Objekte einige topologische
Eigenschaften sogar algorithmisch hergeleitet werden, z.B. Schnittpunkt zweier Linien,
Punkt ist in einer Fläche enthalten.
•
Die Rekonstruktion der Geometrie aus der Topologie ist wegen der fehlenden
absoluten Lagedaten in der Regel aber nicht möglich.
•
In anderen Fällen ist eine topologische Beziehung nicht eindeutig aus der Geometrie
herleitbar oder muss aus fachlichen Gründen gesondert definiert werden:
•
Zwei Städte (Polygone) können trotz fehlender gemeinsamer Grenze (Kante) auch dann
als benachbart definiert werden, wenn sie über eine Straße erreichbar sind.
•
Nachbarschaft 2. Ordnung
88
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Geometrie, Topologie, Thematik
•
Auch zwischen der Thematik und der Geometrie bzw. Topologie von Geoobjekten
gibt es in der Regel sehr enge Beziehungen. Aufgrund der fachlichen Fragestellung
muss entschieden werden, ob zum
•
Beispiel
•
der aquatische Bereich eines Gewässerabschnitt für gewässerökologische Untersuchungen
als Wasserfläche bzw. Wasserkörper modelliert oder für hydrologische Analysen lediglich
als linienhafter Gewässerlauf angesehen wird
•
Städte als flächenhafte Polygone mit einem linienhaften Verkehrsnetz innerhalb und
zwischen den Städten untersucht werden oder ob die Städte lediglich als Knoten in einem
Verkehrsverbund betrachtet werden
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Vor- und Nachteile des Vektormodells
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•
Es ist sehr gut zur Modellierung von Einzelobjekten geeignet, jedoch weniger gut für
flächenhafte Verteilungen, bzw. Felder
•
Die Geoobjekte sind vektoriell mit praktisch beliebig hoher geometrischer
Genauigkeit der Lage und Form darstellbar, allerdings ist dann der Aufwand zur
Erfassung der Geometrie-Daten sehr hoch
•
Die Datenmengen zur vektoriellen Modellierung von Geoobjekten sind -im Vergleich
zum Raster-Konzept - wesentlich geringer
•
Logische und algebraische Operationen mit vektoriellen Geoobjekten (z.B.
Flächeninhalt,Verschneiden, Nachbarschaft) sind in der Regel wesentlich aufwendiger
als beim Raster-Modell
•
Koordinatentransformationen sind dagegen beim Vektor-Modell sehr einfach zu
berechnen
90
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3. Rastermodell
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Rastermodell
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•
An sich ist das Raster-Modell nur ein Spezialfall eines wesentlich allgemeineren RaumModells:
•
Das Mosaik-Modell (Tesselation) besteht in der allgemeinsten Form aus einer
Ansammlung zwei- bzw. drei-dimensionaler Objekte unterschiedlicher Form und
Größe, die das Untersuchungsgebiet ohne gegenseitige Überlappung ausfüllen.
92
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Rastermodell
•
•
Der wesentliche Unterschied zum polygonalen Vektor-Modell besteht darin, dass
•
die einzelnen Maschen des Mosaik-Modells jeweils als eine flächenhafte Einheit mit
homogenen Eigenschaften aufgefasst werden, während
•
beim Vektor-Modell das Polygon eine Substruktur aus Knoten und Kanten besitzt, wobei
den Knoten und Kanten andere Attribute zugeordnet werden können als dem Polygon
selbst.
Obwohl das unregelmäßige Mosaik-Modell der realen Welt besser entspricht,
verwendet man bei der Mosaik-Modellierung von Geoobjekten überwiegend
regelmäßige Maschen, weil diese bei Datenmodellen und Berechnungen leichter zu
handhaben sind.
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Rastermodell
•
Neben Dreieck- und Sechseck-Maschen spielen in der praktischen Anwendung die
quadratischen Maschen die wichtigste Rolle. Sie werden als Rasterzelle oder Pixel (picture
element) bezeichnet und bilden das Grundelement des zwei-dimensionalen Raster-Modells.
•
•
Sogenannte Voxel sind die Grundelemente drei-dimensionaler Raster-Modelle.
•
Auch bei Raster-Modellen werden die Begriffe nicht immer einheitlich und begrifflich sauber
benutzt. So sagt man statt Rasterzelle häufig nur Raster, obwohl mit Raster eigentlich nur die
sich in Gitterpunkten kreuzenden Gitterlinien gemeint sind.Von einem Gitter spricht man,
wenn das System der Gitterpunkte gemeint ist.
•
In der englischsprachigen Welt wird das Rastermodell (anstelle von "raster") häufig mit grid
oder lattice bezeichnet.
Die Bezeichnung Pixel stammt aus der digitalen Bildverarbeitung und wurde in die
Geoinformatik übernommen.
•
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94
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Rastermodell
•
In einem (reinen) Rastermodell gibt es keine (durch Koordinatentupel definierten)
Punkte. Die übliche euklidische Distanz ist nicht definiert.
•
Zur Definition der Geometrie von Rasterzellen müssen
•
•
•
•
w ein Ursprung des Rasters
w die Orientierung des Rasters und
w die Rasterweite (Maschengröße)
definiert werden.
95
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Rasterzelle
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•
Da die Rasterzelle als unteilbares, flächenhaftes Basiselement angesehen wird, liegt
dem Raster-Modell kein kontinuierlicher Vektor-Raum sondern ein diskreter "RasterRaum" zugrunde.
•
Zur geometrischen Lagebeschreibung kann man daher auch keine Koordinaten-Tupel
sondern nur Index-Tupel (i,j) verwenden: Sie beschreiben die Lage einer Rasterzelle in
Bezug auf den Ursprung (1,1) des Rasters.
96
96
Rasterzelle
•
Diese gegenüber dem Vektor-Modell wesentlich einfachere Geometrie hat den Vorteil,
dass man mit den ganzzahligen Indexwerten wesentlich besser rechnen kann als mit
den reell-wertigen Koordinaten.
•
Form und Größe der Rasterzellen sind mit der Definition des Rasters einheitlich
vorgegeben. Daher sind zum Beispiel Flächenberechnungen für zusammengehörige
Pixel-Mengen sehr einfach möglich.
•
Rasterzellenwerte können einfach
addiert, multipliziert etc. werden.
97
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Puntkte, Linien im Raster
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•
Wegen der flächenhaft-diskreten Charakteristik der Rasterzellen lassen sich
punkthafte Geoobjekte im Raster-Modell hinsichtlich ihrer Geometrie nur
näherungsweise darstellen. Dies gilt in ähnlicher Weise auch für höherdimensionale
Geoobjekte.
•
Linienhafte Objekte werden als eine zusammenhängende Folge von Rasterzellen
dargestellt, flächenhafte Geoobjekte als Zell-Haufen mit geschlossenem Umriss, die
aber auch Inseln enthalten können. Die Thematik solcher Zell-Cluster muss dabei
natürlich für ein Objekt jeweils homogen sein.
98
98
Genauigkeit
•
Infolge dieser vergröberten Geometrie ist aus der Form der Geoobjekte nicht allein
zu entscheiden, ob es sich in der Realität zum Beispiel um eine Linienstruktur oder
eine gestreckte Flächenstruktur handelt.
•
Je feiner die Raster-Struktur gewählt wird,
•
•
•
desto genauer ist die Geometrie der realen Geoobjekte im Raster-Modell abbildbar,
aber desto höher ist auch der Speicherbedarf und Rechenaufwand für solche Rasterdaten.
Es gibt eine Reihe von Komprimierungsverfahren, um den Speicherbedarf von
Rasterdaten zu verringern (z.B. Lauflängen- Codierung, Skelettierung).
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Metrik
•
•
•
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Für die Definition einer Metrik im Rastermodell gibt es zwei einfache Möglichkeiten:
Kanten-Metrik (Häuserblock-Metrik):
•
Die Distanz zweier Rasterzellen ist gleich der Mindestanzahl der überschrittenen ZellKanten, d.h.
•
d(Z1(i,j), Z2(i±m,j±n)) = m + n
Ecken-Kanten-Metrik (Schachbrett-Metrik):
•
Die Distanz zweier Rasterzellen ist gleich der Mindestanzahl der überschrittenen ZellKanten oder Zell-Ecken, d.h.
•
d(Z1(i,j), Z2(i±m,j±n)) = m + n - min(m, n).
100
100
Metrik
•
In praktischen Anwendungen verwendet man meistens jedoch die euklidische Metrik,
wobei allerdings zuvor ein gedanklicher Kunstgriff notwendig ist:
•
Man unterlegt das Rastermodell mit einem vektoriellen Gittermodell so, dass die
durch jeweils vier Gitterlinien definierte polygonale Gitterfläche gerade der
zugehörigen Rasterzelle entspricht. Jeder Gitterfläche kann man dann ihren vektoriell
definierten Mittelpunkt (Schwerpunkt) zuordnen. Die euklidische Distanz solcher
Gitterflächen-Mittelpunkte fasst man dann als Distanz der entsprechenden
Rasterzellen auf.
101
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Topologie
•
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Die Topologie von Rasterzellen ist im Unterschied zum Vektor-Modell implizit in der
Raster-Geometrie enthalten, wobei unter Beachtung der Metrik zwei Varianten
sinnvoll sind:
•
Kanten-Topologie: Zwei Rasterzellen gelten als benachbart, wenn sie eine gemeinsame
Zell-Kante besitzen.
•
Ecken-Kanten-Topologie: Zwei Rasterzellen gelten als benachbart, wenn sie eine
gemeinsame Zell-Ecke oder Zell-Kante besitzen.
•
•
In beiden Fällen kann man Nachbarn höherer Ordnung k definieren:
•
Im Beispiel ist also B ein Nachbar 4. Ordnung zu A
bezüglich der Kanten-Topologie.
Zwei Raster-Zellen A und B heißen Nachbarn k-ter Ordnung (k = 1, 2, . . ), wenn B
einen Nachbarn 1-ter Ordnung C hat, der zugleich Nachbar (k-1)-ter Ordnung von A
ist.
102
102
Rastermodell - Thematik
•
Die Thematik in Form von Attributen kann beim Raster-Modell
•
•
sowohl layer-basiert (linke Abbildung)
wie objekt-bezogen (rechte Abbildung)
•
•
erfolgen.
•
Die Attributwerte werden beim Raster-Modell allgemein als Grauwerte bezeichnet
(ebenfalls ein Begriff aus der Bildverarbeitung).
Entsprechend den starken Wurzeln des Raster-Modells in der Bildverarbeitung wird
das Layer-Modell häufiger verwendet. In jeder Schicht ist ein Attribut mit seinen
Attributwerten abgelegt.
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Rastermodell - Vor- und Nachteile
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•
Das Raster-Modell ist für die flächendeckende Erfassung der Variation eines
räumlichen Prozesses sehr gut geeignet (z.B. Digitales Geländemodell) => FeldKonzept
•
Einzelobjekte können bezüglich Geometrie und Topologie nur approximativ (weder
lagegenau noch formgetreu) dargestellt werden; dafür ist der Erfassungsaufwand mit
Hilfe von Scannern vergleichsweise gering
•
Die anfallenden Datenmengen sind beim Raster-Modell im Vergleich zum VektorModell sehr groß
•
Logische und algebraische Operationen sind auf der Basis von Raster-Modellen sehr
einfach durchzuführen
•
Koordinatentransformationen sind dagegen aufwändiger als beim Vektor-Modell, da
keine reellwertigen Koordinaten sondern nur ganzzahlige Indexwerte definiert sind.
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104
Vor- und Nachteile Vektor-Raster
Genauigkeit in der Graphik
traditionelle Kartographie
Datenvolumen
Topologie
Berechnung
Updates
kontinuierlicher Raum
Integration
unstetiger Raum
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Raster
"
"
"
"
✓
✓
✓
✓
"
Vektor
✓
✓
✓
✓
"
"
"
"
✓
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