GIS (2)

17.07.2017 10:31 Uhr

Inhaltsverzeichnis

  1. Falsche Karten?
  2. Kartierung und Koordinatensysteme
  3. Einzelne Koordinatensysteme
  4. Infos zu GIS

Falsche Karten?

 

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Kartierung und Koordinatensysteme

Kartierung

Unter Kartierung versteht man die grafische Darstellung von Objekten und Sachverhalten der Erdoberfläche auf Landkarten. Die einzelnen Messpunkte stammen meist aus einer terrestrischen Vermessung, aus GPS-Messungen oder aus der Satelliten- bzw. Luftbild-Fotogrammetrie. Die Maßstäbe richten sich nach dem Verwendungszweck. Um die geodätisch bzw. fotogrammetrisch eingemessenen Punkte in die Karte oder einen Grundrissplan eintragen zu könenn, müssen zuvor ihre Koordinaten berechnet werden.

(aus: https://de.wikipedia.org/wiki/Kartierung_(Kartografie) 07.2013)

Quelle: http://www.gs-enduro.de/pics/pics_orientierung/pics_navigation/geoid.gif


Koordinatensysteme

Ein Koordinatensystem dient zur eindeutigen Bezeichnung der Position von Punkten und Objekten in einem geometrischen Raum. Eine Koordinate ist eine von mehreren Zahlen, mit denen man die Lage eines Punktes in einer Ebene oder in einem Raum angibt. Jede der zur Beschreibung erforderlichen Dimensionen wird durch eine Koordinate ausgedrückt. Wird ein Ort durch zwei Koordinaten beschrieben, beispielsweise auf der Landkarte, spricht man von einem „Koordinatenpaar“ beziehungsweise einem „Koordinatenkreuz“.

Mit den geographischen Koordinaten (geographische Breite und geographische Länge) lässt sich die Lage eines Punktes auf der Erde beschreiben. Die Erde wird dabei in 360 Längengrade und 180 Breitengrade aufgeteilt. Längengrade verlaufen durch Nord- und Südpol, Breitengrade parallel zum Äquator. Das Gradnetz der Erde ist also ein gedachtes Koordinatensystem auf der Erdoberfläche mit sich rechtwinklig schneidenden Längen- und Breitenkreisen. Es dient zur geographischen Ortsbestimmung, das heißt, zur Festlegung des eigenen Standorts. Die Breitengrade werden dabei vom Äquator aus gezählt, die Pole liegen bei 90° Nord bzw. Süd, die Längengrade werden von einem willkürlichen Nullmeridian nach Osten und Westen gezählt bis jeweils 180°. Die Festlegung der Winkel ist dem in der Mathematik üblichen Kugelkoordinatensystem entgegengesetzt. Bis Anfang des 20. Jahrhunderts waren in verschiedenen Ländern unterschiedliche Nullmeridiane gebräuchlich, heute wird weltweit der Meridian von Greenwich (Sternwarte in London) verwendet.

Bei der genauen Ortsbestimmung muss beachtet werden, dass die Erde keine Kugel, sondern annähernd ein Ellipsoid ist, was Ortsverschiebungen bis 20 km bewirken könnte. Mittels der Kartenabbildung bzw. des Kartennetzentwurfs wird die die gekrümmte Oberfläche der (dreidimensionalen) Erde auf die flache (zweidimensionale) Karte überträgt. In der modernen Entwicklung hin zur Geodateninfrastruktur (Technologie und Terminologie) bilden Kartennetzentwürfe eine spezielle Gattung von Koordinatenreferenzsystemen und stellen dabei eine Konversionsmethode von einem mathematischen Erdmodell in die Ebene dar. Es sind über 400 verschiedene Abbildungen bekannt. Bei der Nutzung von Kartennetzentwürfen sind grundsätzlich drei Schritte notwendig:

  1. Auswahl eines geeigneten Modells (normalerweise wählt man zwischen einer Kugel oder einem Ellipsoid) für die Form der Erde oder des abzubildenden Gegenstandes (beispielsweise anderer planetarischer Körper)
  2. Umwandlung der geographischen Koordinaten (Länge und Breite) in ein kartesisches Koordinatensystem (x und y oder Rechtswert und Hochwert)
  3. Skalierung der Karte (in der manuellen Kartografie kam dieser Schritt an zweiter Stelle, bei der digitalen Kartografie kann er zuletzt kommen)

(aus: https://de.wikipedia.org/wiki/Koordinatensystem 07.2013)

Kartennetzentwurf

Abb.1 – Kartennetzentwürfe

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Einzelne Koordinatensysteme

Kartesisches Koordinatensystem

Neben den der Ellipsoidgestalt der Erde angepassten geographischen Koordinaten Länge und Breite werden in der Geodäsie auch kartesische Koordinatensysteme benutzt, die sich auf eine Kartenprojektion beziehen. Bei diesen sind im Gegensatz zu den kartesischen Koordinatensystemen der Mathematik die x- und y-Achsen vertauscht, wodurch sich der Drehsinn des Koordinatensystems vom „mathematisch positiven“ bzw. linksläufigen zum „geodätisch positiven“ bzw. rechtsläufigen (Uhrzeigersinn) ändert.

Die nach Norden (bzw. in der zeichnerischen Darstellung nach „oben“) zeigende x-Achse wird dabei allerdings weiter als Abszisse bezeichnet, die nach Osten (bzw. in Zeichnungen nach „rechts“) zeigende y-Achse entsprechend weiterhin als Ordinate. Die dritte bzw. z-Achse schließlich, Applikate, in der Geographie auch Kote genannt, spielt in zweidimensionalen, d. h. ebenen kartesischen Koordinatensystemen zunächst einmal keine Rolle. In dem Maße jedoch, wie auch in der Geodäsie dreidimensionale Raumbezüge an Bedeutung gewinnen (zum Beispiel durch Satellitenpositionierung) entsteht hier ebenso die Notwendigkeit, die Applikate als dritte Koordinatenachse mit einzubeziehen.

(aus: http://de.academic.ru/dic.nsf/dewiki/752363 07.2013)


World Geodetic System 1984 (WGS 84)

Das World Geodetic System 1984 (WGS 84) ist ein geodätisches Referenzsystem als einheitliche Grundlage für Positionsangaben auf der Erde und im erdnahen Weltraum (findet Verwendung bei Google Maps und Google Earth).

Das System besteht aus:

  • einem Referenzellipsoid, das in seiner Einfachheit bestmöglich der Erdoberfläche angepasst ist, für Ortsangaben nach geographischer Länge und Breite;
  • einem detaillierten Modell für die von dieser idealisierten Form abweichende Erdfigur, das sogenannte Geoid; aktuell ist das EGM96 (Earth Gravitational Model 1996);
  • einem Satz dreidimensionaler Koordinaten der zwölf über die Erde verteilten Fundamentalstationen für die Verankerung obiger Modelle in der Erdkruste.

Das Koordinatensystem, in dem das Referenzellipsoid, das Geoid und die Lage der Fundamentalstationen definiert sind, ist ein kartesisches Rechtssystem (Z weist zum Nordpol, X in Richtung 0° Länge und Breite, Y nach 90° Ost).

(aus: http://de.wikipedia.org/wiki/World_Geodetic_System_1984 07.2013)


Gauß-Krüger-Koordinatensystem

Das Gauß-Krüger-Koordinatensystem ist ein kartesisches Koordinatensystem, das es ermöglicht, hinreichend kleine Gebiete der Erde mit metrischen Koordinaten (Rechtswert und Hochwert) konform zu verorten.

(aus: http://de.wikipedia.org/wiki/Gauß-Krüger-Koordinatensystem 07.2013)


UTM-Koordinatensystem

Das UTM-System (von englisch Universal Transverse Mercator) ist ein globales Koordinatensystem. Es teilt die Erdoberfläche (von 80° Süd bis 84° Nord) streifenförmig in 6° breite vertikale Zonen auf, die einzeln mit der jeweils günstigsten transversalen Mercator-Projektion verebnet und mit einem kartesischen Koordinatensystem überzogen werden.

Für die Abbildung der Polkappen wird die Universale Polare Stereografische Projektion (UPS) verwendet. Sowohl in Deutschland als auch in Österreich werden vermehrt UTM-Koordinaten unter Bezug auf das Referenzsystem ETRS89 mit dem GRS80-Ellipsoid verwendet. Auch in der Landesvermessung anderer Staaten findet vermehrt die Anwendung von diesen statt. Damit verliert das mit UTM verwandte Gauß-Krüger-Koordinatensystem langfristig an Bedeutung (Google Maps und Google Earth könenn auch das UTM Koordinatensystem verwenden).

(aus: http://de.wikipedia.org/wiki/UTM-Koordinatensystem 07.2013)


Für ein erstes Verständnis bitte hier Kartenkunde leichtgemacht …  bitte nachlesen!

Hier gibt es gute Videos:

 

Wichtig für die Erstellung eines GIS ist also, welche Systemetik den verwendeten Karten zu Grunde liegt! Entsprechende Angaben finden sich meistens an den Karten selber.

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Infos zu GIS

► Informationen gibt es in unfassbarer Menge im Netz, z.B. hier:

► Gute Quelle für Deutschland-Karten: Downloadportal des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie

► nicht alles muss von Hand eingetragen werden… Shapefiles Verwaltungsgrenzen von Deutschlands gibt es z.B. hier.

► Ermitteln von Koordinaten aus der Karte:

► Tipp für fiktive Karten:

► Weitere Literatur:

  • Kerstin Droß: Zum Einsatz von Geoinformationssystemen in Geschichte und Archäologie, in: Historical Social Research / Historische Sozialforschung (HSR) 31 (2006), Nr. 3
  • Bartelme, Norbert (1995): Geoinformatik – Modelle, Strukturen, Funktionen. Springer, Berlin, Heidelberg.
  • Franz-Josef Behr (1997): Geographische Informationssysteme. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt.
  • Franz-Josef Behr: GML-basierte Kodierung von Geodaten. Auf http://www.gis-news.de/papers/gml/ (06.2015) Hochschule für Technik, Stuttgart.
  • Bill, Ralf (2010): Grundlagen der Geo-Informationssysteme. 5., völlig neu bearbeitete Auflage. Wichmann-Verlag, Berlin.
  • Kappas, Martin (2011): Geographische Informationssysteme.  Bildungshaus Schulbuchverlage Westermann Schroedel Diesterweg Schöningh Winklers GmbH, Braunschweig.
  • Zimmermann, Albert (2012): Basismodelle der Geoinformatik: Strukturen, Algorithmen und Programmierbeispiele in Java. Carl Hanser Verlag, München.

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