GIS (3)

24.07.2017 10:31 Uhr

Inhaltsangabe

  1. Definition GIS
  2. Raster vs. Vektor
  3. Geoobjekte und Geoobjektmodell

Definition GIS

GIS

  • Sach- und Geometriedaten können mit ihren komplexen, logisch-inhaltlichen und räumlichen Zusammenhängen erfasst und verwaltet werden
  • durch räumliche Analysemöglichkeiten könenn neue Informationen generiert werden. Aus Rohdaten sollen nützliche Informationen generiert werden.
  • In einem Bezugssystem (z.B. Koordinatensystem) können geographische Objekte verankert werden (Koordinaten), die Abbilder real existierender Objekte auf der Erdoberfläche, innerhalb der Erdkruste oder in der Erdatmosphäre sind. Diese Objekte können mit einem GIS verarbeitet werden.

Anforderungen nach K. Brassel 1987

  1. Die Fähigkeit, große heterogene Mengen räumlich indizierter Daten zu verwalten.
  2. Die Möglichkeit, solche Datenbanken hinsichtlich Existenz, Position und Eigenschaften eines großen Spektrums von raumbezogenen Objekten abzufragen.
  3. Die Fähigkeit der Interaktion solcher Abfragen.
  4. Die Flexibilität, ein System den vielfältigen Anforderungen verschiedenster Nutzer maßgeschneidert anzupassen.

Definition nach Franz-Josef Behr 1997:

Geo-Informationssysteme (GIS, GI-Systeme) sind ein Werkzeug zur Erfassung, Verwaltung, Bearbeitung, Analyse, Modellierung und Visualisierung raumbezogender Daten und ihrer Beziehungen. Sie stellen somit eine spezielle Anwendung der Informationstechnologie dar, mit zunehmender Verbreitung in Anwendungsgebieten wie Verwaltung, Planung, Umwelt- und Ressourcenschutz, Landschaftsplanung, Vertrieb, Landwirtschaft, Geologie, Geographie, kurz: in jedem Fachgebiet, das Daten mit Raumbezug nutzt.

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GIS- Anwendungsgebiete

 


aus: http://www.gis-tutor.de/ 30 .07.04

noch kein GIS

  • bunte Computer-Landkarten
  • dreidimensionale Geländeanimationen
  • Video-Animationen im Gelände

Sachdaten (thematisches Attribut)

Sachdaten sind nichtgeometrische Elemente, wie z.B. Nummern, Meßwerte, Namen, Eigenschaften, usw., die in speziellen Datenbanken gemeinsam mit den Geodaten gespeichert werden.

  • durch dieses Attribut unterscheiden sich GIS von herkömmlichen Kartier- /CAD-Systemen.

Graphische Repräsentation (visuelles Attribut)

  • Farbe, Füllung, Linienstil, oder Symbolik des Objektes
  • Klassifikation und Auswahl von Objekten –> Generalisierung der Realität
  • Reduktion der geometrischen Information, z.B. beim Zoomen: Polygon – Kreis
  • quantitative Aussage – Unterscheidung nach Größen, Mengen oder Werten
  • qualitative Aussage – Unterscheidung nach Merkmalen

Geoanalysen

  • Geokodierung
  • Netzwerkanalysen
  • GeoEnrichment
  • geometrische Analysen
  • Hotspot-Analysen
  • Standortanalysen

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Beispiele für Historische GIS:

HGIS und GIS for History


Raster vs. Vektor

raster_vektor
http://www.gis-tutor.de/ 30 .07.04

Rasterdarstellung

Rasterdaten sind in Form einer Matrix vorliegende digitale Geometriedaten, die durch das Zeilen-Spalten-Prinzip implizit eine räumliche Positionsangabe aufweisen. Diese werden in der Regel in quadratische Zellen gleicher Größe aufgeteilt. Der Rasterfläche wird nun beliebige Information zugeordnet.

  • Geoobjektdarstellung durch Zellhaufen mit gleichen Attributwerten
  • die Topologie wird durch die Geometrie der Zellanordnung definiert
  • größerer Speicheraufwand als bei Vektordarstellung

Vektordarstellung

Die Geometrie eines Geoobjektes wird durch Koordinaten (Einzelpunkte oder Anfangs- und Endpunkt einer Strecke) in einem Bezugssystem angegeben. Diese Koordinaten sind Vektoren.

  • Für jedes Geoobjekt werden nur Punkte erfasst → geometrische Information basiert auf Vektoren
  • Linien und Flächenstrukturen müssen berechnet werden
  • Vektordaten müssen konsistent sein
  • Topologische Informationen müssen zusätzlich abgelegt werden
    Diese könnte z.B. folgendermaßen aussehen:
– Welche Knoten stehen in direkter Verbindung zueinander?
– Welche Polygone grenzen aneinander?
– Welches ist der kürzeste Weg zwischen zwei Knoten?

Geoobjekte und Geoobjektmodell

Geodaten

Geodaten sind ganz allgemein digitale Informationen, die eine bestimmte räumliche Lage
beinhalten. Beziehen sich diese Daten auf einen konkreten Ort, der in der Realität ein-
deutig identifizierbar ist, bezeichnet man diese Zuordnung als Geokodierung oder Geore-
ferenzierung.
Geoobjekte sind raumbezogene digitale Objekte, die ein Abbild eines Ausschnittes der
Natur darstellen, der eine beliebige individuelle Identität aufweist (siehe Abb. 8.3). Sie
beinhalten viele verschiedene Attribute, die beispielsweise folgende Komponenten auf-
nehmen:
• den Inhalt (Sachdaten),
• die Visualisierung (Symbol, Farbe, Schraffur),
• die Geometrie und
• die Topologie.
Geoobjekte werden einer Objektklasse zugeordnet und jedes Objekt lässt sich durch einen
Primärschlüssel innerhalb einer Datenbank eindeutig identifizieren. Geometrisch werden
sie durch die relative Lage von Punkten meist als Eintrag in Koordinatensystemen be-
schrieben. Die Verbindungen zwischen den Punkten ergeben Linien und Flächen und er-
zeugen somit geometrische Zusatzinformationen. Abbildung 8.4 zeigt Punkte, Linien und
Polygone als Grundelemente der Wiedergabe geographischer Objekte. Topologisch sind
sie durch die Beziehungen zwischen ihren Knoten und Linien zu erfassen. Die Topologie
ermöglicht es Nachbarschaften zwischen den Geoobjekte zu beschreiben und so räum-
liche Beziehungen zwischen den Objekten zu berechnen. Für viele Arten der Analyse ist
diese Information wesentlich, wie zum Beispiel für das bekannte Traveling Salesman Pro-
blem.


Datenmodell

Welche Daten können in dem Informationssystem gespeichert werden?

Thematisches Attribut (Sachdaten)

Geoobjekte besitzen immer thematische Attribute, die sogenannten Sachdaten (siehe auch Defintion GIS). Es handelt
sich um nichtgeometrische Elemente wie Nummern, Messwerte, Namen oder Eigenschaf-
ten. Durch dieses Attribut unterscheiden sich GIS wesentlich von traditionellen Kartier-/
CAD-Systemen.

Visuelles Attribut
Ebenfalls enthalten sind visuelle Attribute, also eine graphische Repräsentation des Ob-
jektes wie Farbe, Füllung, Linienstil oder die Symbolik des Objektes. Die graphische
Objektrepräsentation ist kein einheitliches Symbol, da es immer unmittelbar mit dem ge-
wählten Maßstab verknüpft ist.

Generalisierungsgrad
Der Generalisierungsgrad eines Objekts definiert sich einerseits durch die Klassifikation
und Auswahl von Objekten, also der Generalisierung der Realität, und andererseits durch
die Reduktion der geometrischen Information, was beim Zoomen besonders deutlich wird.
Ein Polygon vereinfacht sich beim Herauszoomen beispielsweise zu einem Kreis.

Klassenmodell

Geoobjekte können innerhalb ihres Klassenmodells atomar oder komplex, also aus ato-
maren Objekten zusammengesetzt sein. Atomare Objekte verfügen über eine einfache
Geometrie, auf die sich alle inhaltlichen Komponenten beziehen. Komplexe Elemente
beschreiben mehrere atomare Objekte des gleichen Typs, die jedoch aus unterschiedlichen
Geoobjekttypen bestehen.

Beispiel:
1. Ein komplexes Gewerbegebiet besteht aus mehreren kleinen Gewerbegebieten.
2. Ein Siedlungsraum besteht aus Wohngebäuden, Straßen, Parkanlagen usw.

In der Geoobjektkategorisierung kann eine Klassifikation stattfinden, die die Gesamtheit
aufgrund einer definierten Eigenschaft zerlegt. So lassen sich Elemente mit denselben
Eigenschaft in einer Klasse zusammenfassen. Dies bedeutet, dass ein Objekt, das diese
Eigenschaft nicht besitzt, auch nicht Teil der Klasse ist. Kein Objekt kann gleichzeitig
Element zweier verschiedener Klassen sein.

Die Hierarchisierung der Klassen kann durch eine Generalisierung oder eine Differen-
zierung erfolgen. In der Generalisierung werden verschiedene Klassen zu Oberklassen
zusammengefasst: Straßen, Wasserwege oder Bahnverbindungen werden zur Oberklasse
Verkehrsnetz zusammengefasst. In der Differenzierung werden hingegen aus Oberklassen
Unterklassen spezialisiert: Europäische Großstädte werden in englische Großstädte, fran-
zösische Großstädte und deutsche Großstädte differenziert.

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Dimension

In Bezug zur geometrischen und topologischen Differenzierung lassen sich GI-Systeme auch hinsichtlich ihrer Dimen-
sionen einteilen und so ergibt sich das nachfolgende Datenmodell für GIS:

  • 2D (x, y-Koordinaten)
  • 2,5D (x, y-Koordinaten und Höhe als Attribut)
  • 3D (x, y, z-Koordinaten)
  • 4D (Zeit als weitere Dimension)

Geoobjekt

  • Geometrie: Zur Beschreibung der Geometrie sind zwei Modelle weit verbreitet (siehe auch Raster und Vektordarstellungen): 
  1. Rastermodell
  2. Vektormodell
  • Topologie:Die Topologie befasst sich mit jenen Eigenschaften des Raumbezugs, die von der Metrik unabhängig sind. Sie charakterisiert die räumlichen Beziehungen von Geoobjekten zueinander und wird daher auch als „Geometrie der relativen Lage“ bezeichnet: Umgebung, Enthaltensein, Nachbarschaft oder Überschneidung sind Merkmale topologischer Beziehungen.topologische Dimension:
    − 0-Zellen (nur Punkte und Knoten),
    − 1-Zellen (Linien/Kanten → Linienmodell),
    − 2-Zellen (geschlossene Linienpolygone → Flächenmodell),
    − 3-Zellen (0-, 1- und 2-Zellen werden zu komplexen 3D-Modellen zusammengesetzt
    → Volumenmodell)
  • Semantik:Die Semantik bildet eine Ergänzung zur Geometrie. Während die Geometrie nach dem „wo“ fragt, bezieht sich die Frage der Semantik nach dem „was“.Die Semantik beschreibt – im Gegensatz zum nach außen gerichteten Raumbezug – alle nach innen, auf das Wesen des Objekts bezogenen Angaben.[8] Semantik ist die Bedeutung eines Geoobjekts im fachspezifischen Kontext. Diese Bedeutung ergibt sich in raumbezogenen Objektmodellen durch die Zugehörigkeit zu einer bestimmten Objektklasse. Verfeinert wird sie durch das Zusammenspiel klassenzugehöriger nicht raumbezogener Attribute. Diese können qualitativer oder quantitativer Natur sein. Qualität bezeichnet Angaben zur Art oder Beschaffenheit eines Objekts. Quantität hingegen richtet den Fokus auf Menge, Wert, Intensität oder Größe.
  • Dynamik:Mit dem Begriff der Dynamik werden alle zeitlichen Veränderungen von Geoobjekten charakterisiert. Die Intensität dynamischer Modellierung hängt davon ab, ob das Ziel des Systems eine „Momentaufnahme“ dient (statisch) oder ein dynamisches Verhalten im Vordergrund steht.

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