Georeferenzierung von Topographischen Karten und Luftbildern

Aufgabe der folgenden Übung war es bestimmte topographische Karten und Luftbildern mit unterschiedlichen Methoden zu georeferenzieren.
In einem ersten Schritt mussten die entsprechenden Karten aus dem Landschaftsinformationssystem der Naturschutzverwaltung Rheinland-Pfalz extrahiert und als JPEG-Datei gespeichert werden.
Mit dem zweiten Schritt mussten die Koordinaten (Rechtswert und Hochwert) des oberen linken Pixels erfasst werden, um diese später in die Worldfile zur Georeferenzierung einfügen zu können.
Neben dem Rechtswert und dem Hochwert muss zusätzlich noch Pixelgröße bezogen auf den entsprechenden Maßstab berechnet werden. Dazu wird die Breite des JPEG-Bildes in Metern durch die Anzahl der Pixel geteilt und mit dem jeweiligen Maßstab multipliziert. Ergebnis ist die Pixelgröße auf Bodenebene.



Eine genaue Georeferenzierung erfordert einen Abzug der halben Pixelgröße vom Hoch- bzw. Rechtswert des linken oberen Pixels des Bildes. Entscheidend ist, dass der Name der Worldfile genau dem Namen zu georeferenzierenden JPEG ist. Nun kann das JPEG als Layer eingefügt werden und ist somit vollständig georeferenziert.

Eine weitere Methode is das Georeferenzieren innerhalb von ArcGIS. Dabei sucht man mit dem Befehl "Add Control Points" feste Punkte auf einer bereits georeferenzierten Karte die sich auf der noch zu georeferenzierenden Karte wiedererkennenlassen. Mit dem Befehl "Rectify..." lässt sich nun die eben georeferenzierte Karte als neuer Layer abspeichern.




Die durchgeführte Projektarbeit steht hier zum Download bereit

Abfragen und Geoanalysemethoden

In der folgenden Übung sollten unterschiedliche Abfrage- und Geoanalysemethoden angewandt werden. Besondere Beachtung erfuhren hierbei die Arctools "Clip", "Intersect", "Dissolve" und "Union".

Schritt 1: Erzeugen eines Layers mit den Grenzen von Stadt und Landkreis Kaiserslautern

Zunächst musste der Layer für die Grenzen der Landkreise in das Display von ArcMap geladen werden, um in einen anschließenden Schritt über den Befehl "Select By Attributes..." die gewünschten Objekte herauszufiltern. Als Layer wird "LK-Grenzen" eingestellt um danach mit dem Befehl >"NAME" = 'Kaiserslautern'<>

Mit dem nächsten Teilschritt sollen die eben ausgwählten Objekte in einem neuen Layer abgespeichert werden. Dazu wird über "Export Data..." in dem Feld "Output shapefile or feature class" der Speichername "Layer_1" gewählt und ein Bestimmungsort ausgewählt. Der neue Layer beinhaltet somit alle Objekte die sich mit dem Namen "Kaiserslautern" auf dem Ursprungslayer befanden.




Schritt 2: Zusammenfassen der Objekte von Layer_1 zu einem einzigen Objekt ('dissolve')

Das Zusammenfassen der Objekte wird mit dem Arctool 'dissolve' durchgeführt. Das Input-Feature ist in diesem Fall der Layer_1 und im Feld "Output Feature Class" wird wieder Speichname und Speicherort angegeben. Wichtig ist, dass als Dissolve_Field "Name" ausgewählt wird, da man schon in Schritt 1 seine Auswahl nach dem Attribut Name getroffen hat.



Layer_2 besteht nun aus einem Polygon bzw. einem Objekt mit dem Attribut "Name". Alle anderen Attribute wurden gelöscht.


Schritt 3: Auswahl aller Naturschutzgebiete die sich mit Layer_1 überschneiden

Zunächst muss der Layer auf dem sich die Naturschutzgebiete befinden in das ArcMap Display geladen werden. Ähnlich wie in Schritt 1 werden an dieser Stelle über Befehl "Select By Location..."alle Objekte die im Naturschutzlayer enthalten sind und sich mit dem Layer_1 überschneiden ausgewählt. Ebenso wie in Schritt 1 erfolgt das abspeichern der ausgewählten Objekte in einem neuen Layer, dem Layer_3.




Schritt 4: Erzeugen von Pufferbereichen mit 300m um die Naturschutzgebiete von Layer_3

Das Erzeugen des Pufferbereichs erfolgt mit dem Arctool 'buffer'. Input-Feature ist in diesem Fall Layer_3 und im Feld "Output Feature Class" wird der Speichername und -ort angeben für Layer_4. Im Feld "Distance" muss der Bereich "Linear unit" ausgewählt werden und als Einheit Meter eingestellt werden. Nun kann eine beliebige Puffergröße angegeben werden (hier 300). Der neue Layer_4 beinhaltet die alten Informationen aus Layer_3 und zusätzlich die Information, dass ein Pufferbereich von 300m besteht.




Schritt 5: Erzeugung eines Layers mit den Grenzen der Stadt Kaiserslautern

Bei diesem Schritt gibt es zwei Möglichkeiten. Bei beiden Optionen wird wieder eine Abfrage nach "Select By Attributes...". Entweder man nimmt den in Schritt 1 erstellten Layer_1 und macht eine Abfrage nach "OBJEKTART1 = 'kreisfreie Stadt'" oder man zieht sich den Layer für die Grenzen der Ortsgemeinden heran und führt wie in Schritt 1 eine Abfrage nach dem Attribut "Name" durch. Für dieses Beispiel würde dann Befehl "NAME = 'Kaiserslautern'" gelten. Wie in Schritt 1 und Schritt 3 erfolgt die Speicherung der ausgewählten Objekte über "Export Data..." in einem neuen Layer, dem Layer_5.




Schritt 6: Ausschneiden von Layer_4 mit Hilfe von Layer_5 ('clip')

Ziel ist es mit Hilfe des Arctools 'clip' alle Objekte des Layer_4 herauszuschneiden, die sich mit Layer_5 überschneiden. Es gilt also herauszufinden, welche Naturschutzbereiche sich innerhalb der Grenzen der Stadt Kaiserslautern befinden. Als Input-Feature wird Layer_4 benutzt und als Clip-Feature Layer_5. In dem Feld "Output Feature Class" wird wieder Speichername und ort des neuen Layers angegeben. Der neue Layer beinhaltet dabei nur die Informationen von Layer_4, da Layer_5 nur als "Schablone" zum herausschneiden benutzt wird.




Schritt 7: Verschneidung von Layer_4 und Layer_5 ('intersect')

Im Gegensatz zu Schritt 6 wird beim Verschneiden von zwei Layern die Schnittmenge gesucht. Kartographisch ist das Ergebnis das gleich, jedoch werden hier alle Informationen aus den beiden Ausgangslayern "mitgenommen". Angewandt wird diese Funktion in dem man alles Layer, die man verschneiden möchte als "Input Feature" festlegt und das "Output Feature" in einem neuen Layer abspeichert.




Schritt 8: Vereinigung von Layer_4 und Layer_5 ('union')

Mit der Vereinigung von zwei Layern werden beide Layer quasi miteinander verschmolzen. Um in diesem Beispiel wieder herauszufinden, welche Naturschutzgebiete in der Stadt Kaiserslautern existieren müsste wieder eine Abfrage über "Select By Attributes..." durchgeführt werden.




Schritt 9: Berechnung der Flächen für den Layer_6c

Für die Berechnung der Fläche müssen für alle Objekte das Attribut "Hektar" ausgewählt werden. Im nächsten Schritt kann dann durch den Befehl "Calculate Geometry..." die Größe der einzelnen Objekte berechnet werden. Wichtig ist hierbei, dass als Einheit "Hectares" ausgewählt wird.




Schritt 10: Erzeugen der Tabelle 'Sum_Layer_6c.dbf' auf Grundlage von Layer_6c

Im letzen Schritt wird nun eine Tabelle mit den Attributen Gebietsnummer, Gebietsname und Gebietsgröße ausgegeben. Dies erfolgt mit der Option "Summerize" im Kontextmenü eines Attributes in der Attributtabelle. Als Feld nachdem aufsummiert werden soll wir die Gebietsnummer ausgewählt. Damit fasst ArcGIS alle Gebietstypen zusammen, die die gleiche Gebiets nummer haben. zusätzlich sind noch die Attribute Gebietsname und Hektar auszuwählen, damit diese mit angefügt werden an die Tabelle.



Die Arbeitsdateien können hier runtergeladen werden.

Strukturkonzept - Eisenbahnausbesserungswerk Kaiserslautern

Aufgabe war es mit Hilfe eines Punktlayers und eines Polygonlayers eine Grundlagenkarte mit mehreren Informationen zu digitalisieren. Dabei sollten alle Flächen mit den entsprechenden Attributen erfasst werden und diesen dann in einem weiteren Schritt entsprechende Objekte zuweisen. In einem abschließenden Schritt sollten die erfassten Flächen berechnet und im Maßstab 1:2500 dargestellt werden.

Den ersten Schritt der Arbeit bildete das Erstellen eines Polygonlayers und eines Punktlayers im ArcCatalog. Um eine spätere Zuweisung von Flächen zu bestimmten Attributen zu ermöglichen, müssen die benötigten Attribute im ArcCatalog hinzugefügt werden.



Hinzugefügt werden dabei die Attribute Nutzung, Geschosshoehe und Fläche. Die gleiche Prozedur wird bei der Erstellung des Punktlayers durchgeführt, wobei an dieser Stelle die Attribute Objekttyp und Kronendurchmesser hinzugefügt werden. Danach kann der ArcCatalog wieder geschlossen werden.

Die nächsten Arbeitsschritte erfolgen ausschließlich mit ArcMap. Auf die grundsätzlichen Zeichenfunktionen und die Bedienung dieser werde ich in der folgenden Erläuterung nicht eingehen, sondern beziehe mich ausschließlich auf die Erfassung der Attribute und die Zuweisung der Objekte. Vorab müssen für die entsprechenden Objekte bestimmte Values definiert und hinzugefügt werden. Dies geschieht über die Auswahl der Properties des jeweiligen Layers. In dem darauf erscheinenden Menü muss das Register Symbology gewählt werden. Hier können nun unter Categories die Values GB (Gebäudebestand), GP (Gebäudeplanung), HG (Halböffentliches Grün), OEG (Öffentliches Grün), PF (Private Freifläche), P (Parkplatz) und S (Straße) bestimmt werden. Durch diesen Schritt lassen später die einzelnen Flächen farblich im Plan unterscheiden. Darüberhinaus kann diese Unterteilung in die Legende übernommen werden.

Danach erfolgt das Digitalisieren der Flächen. Dabei wird zunächst mit einem Polygon das Plangebiet als Gesamtfläche erfasst um danach die Teilflächen mit der Editor-Funktion Clip von der Gesamtfläche herauszutrennen. Damit wird gewährleistet, dass die Digitalisierung flächendeckend erfolgt. Nach dem Digitalisieren der Teilfläche ist es erforderlich diese einem der zuvor festgelegten Values zuzuordnen (siehe Bild).





Die Berechnung erfolgt direkt in der Attributtabelle über den Field Calculator indem alle zu berechnenden Flächen markiert werden.

Nach Abschluss der Digitalisierung muss noch das Layout angefertig werden. Wichtige Bestandteile sind die Geschosshöhe, die Legende, der Nordpfeil und die Beschriftung. Die Geschosshöhe kann über Layout Properties und dem Register Labels automatisch aus der Attributtabelle übernommen werden (siehe Bild)



Die Legende wird über die Menüfolge Insert... --> Legend... dem Layout hinzugefügt. Abschließend kann noch über gleichen Weg der Nordpfeil und die Beschriftung hinzugefügt werden. Die Ausgabe der fertigen Datei erfolgt als PDF-Druck

Die Projektdatei kann unter folgenden Links heruntergeladen werden:
- Part 1
- Part 2
- Part 3

Gauß-Krüger Koordinatensystem

1. Was ist ein Ellipsoid?

Eine Oberfläche, deren ebene Schnitte alle Ellipsen oder Kreise sind. Ein Ellipsoid wird innerhalb des GK-Systems verwendet um die Form der Erde annäherungsweise zu beschreiben.

2. Wie ist die Bezeichnung des Ellipsoids der beim GK-System verwendet wird?

Bessel-Ellipsoid, Krassovskij-Ellipsoid

3. Worin besteht der Unterschied zwischen geographischen und projizierten, kartesischen Koordinaten?

Mit einem kartesischen, projizierten Koordinatensystem können Punkte auf einer Fläche oder im Raum beschrieben werden. Dabei werden sie in Bezug zu zwei bzw. drei zueinander orthogonal angeordneten Achsen gestellt, der x-, y- und z-Achse.

Mit einem geographischen Koordinatensystem lassen sich Punkte auf der Erdoberfläche über die geographische Breite, Länge approximiert beschreiben. Bezugsgröße für die Beschreibung sind die Meridianstreifen.

4. Welche Projektionsart liegt dem Gauß-Krüger-System zu Grunde?

Die Gauß-Krüger-Projektion ist eine transversale Mercatorprojektion, die auf dem Georeferenzmodell des Bessel-Ellipsoids basiert.

5. Welche Vorteile bietet ein kartesisches Koordinatensystem?

Vorteil hiervon ist ein rechtwinkliges Achsensystem, bei dem eine einheitliche metrische Teilung als Bezugsgröße dient. Somit können geographische Sachverhalte exakt beschrieben werden

6. Um welche Einheiten handelt es sich bei GK-Koordinaten?

GK-Koordinaten werden in der Einheit "Meter" angegeben, wobei jedoch beim Rechtswert die Nummerierung des Mittelmeridians angegeben werden muss.

7. Was versteht man in diesem Zusammenhang unter dem Begriff "Meridian"?

Unter Meridian werden Linien gleicher Longitude im geografischen Koordinatensystem verstanden. Unterschieden wird dabei zwischen einem vorderen und einem hinteren Meridian. Der vordere (Haupt- oder Zentralmeidian) beschreibt die Nord-Süd Ausdehnung, den Hochwert. Der hintere Meridian beschreibt die Ost-West Ausdehnung, den Rechtswert.

8. Warum werden im GK-System sog. Meridianstreifen verwendet?

Mit zunehmenden Abstand zum Mittelmeridian nimmt die Verzerrung hinsichtlich Längen-, Winkel-, und Flächentreue zu. Um diesem Umstand entgegenzuwirken wird das Meridianstreifensystem mit einer seitlichen Ausdehnung von drei Längengraden angewandt.

9. wie erkennt man die Kennziffer des verwendeten GK-Streifens an einer Koordinate?

Die Kennziffer des GK-Streifens erkennt man an der ersten Ziffer der Koordinate.
Beispiel: 2500000 --> die 2 an erster Stelle steht für den 2. GK-Streifen. Die 500000 sind der Zuschlag für den Rechtswert.

10. Mit welcher Formel lässt sich am einfachsten der Zentralmeridian eines beliebigen GK-Streifens berechnen?

Für die Streifen 1-59: Streifenkennziffer * 3° = X° Ost
Beispiel: GK-Streifen 4 --> 4 * 3° = 12° Ost

Für die Streifen 60-120: (120-Streifenkennziffer) * 3° = X° West
Beispiel: GK-Streifen 110 --> (120 - 110) * 3° = 30° West

11. Übersetzen sie die Begriffe "Easting" und "Northing" im aktuellen Kontext.

Easting = Rechtswert

Northing = Hochwert

12. Was versteht man unter den Begriffen "False Easting" und "False Northing"?

Der natürliche Ursprung eines Koordinatensystems befindet sich im Schnittpunkt des Zentralmeridians mit dem Äquator. Die Hoch- und Rechtswerten (Northing/Easting) werden dabei mittels X-, oder Y-Offsets verschoben, um negative Hoch- bzw. Rechtwerte zu vermeiden.

13. Werden "False Easting" und "False Northing" beim GK-System eingesetzt? (Warum bzw. warum nicht?)

"False Easting" muss beim GK-System immer angewandt werden. "False Northing" hingegen nur auf der südlichen Hemisphäre um den natürlichen Ursprung des Koordinatensystems so zu verschieben damit keine negativen Werte entstehen.

14. Erläutern Sie kurz die Abkürzungen "OGC", "SRS" und "EPSG Code"

OGC:
Das Open Geospatial Consortium ist eine gemeinnützige Organisation, deren Ziel es ist, allgemeine Standards für die raumbezogene Informationsverarbeitung festzulegen.

SRS:
Spatial Reference System (Räumliches Bezugssystem). Dieses bildet dabei die Summe von Definitionen (Koordinatensystem, Passpunkte, Blattschnitte), die die Systematik des Lagebzugs räumlicher Objekte in einem GIS ordnen.

EPSG Code:
Hinter dem numerischen EPSG-Codes verbergen sich räumliche Bezugssysteme. EPSG steht für European Petroleum Survey Group, welche heute in der OGP (International Association of Oil & Gas producers) aufgegangen ist und die EPSG-Codes auf der Internetseite http://www.epsg.org veröffentlicht.

15. Welche "EPSG Codes" werden in Deutschland (beim Einsatz des GK-Systems) verwendet?

GK 2: EPSG Code 31466
GK 3: EPSG Code 31467
GK 4: EPSG Code 31468
GK 5: EPSG Code 31469

Statistische Auswertung und Google Earth

Ausgabe: Donnerstag, 14.06.07

Abgabe: Mittwoch, 11.07.07

Ziel der Übung war es eine bestimmte Gemeinde in RLP hinsichtlich ihrer Bodenrichtwerte statistisch auszuwerten und mit Google Earth darzustellen.

Untersuchungsgebiet waren die Ortsgemeinde Maikammer und Kirrweiler.

Urliste: 25/25/50/60/66/70/82/82/105/105/105/105/110/117/125/125/130/140/140/155/170/170/170/175/175/190/195/195/205/210/220/225/245/245/260/260/260/290/320

Stängel-Blatt-Diagramm

Statistische Auswertung

Minimum: 25

Maximum: 320

Spannweite: 295

Modus: 105

Median: 140

Mittelwert: 151

Ausreißer: keine

Begriffe

- Lageparameter:
Ein Lageparameter beschreibt die Lokalisierung des Datenmaterials auf der Merkmalsachse
Bsp.:Median, Arithmetisches Mittel, Modus
- Steuerungsparameter
Ein Steuerrungsparameter ist eine statistische Kennziffer, die Aussagen zu Abweichungen von Messwerten wiedergibt

Diskussion der Bodenpreise in Maikammer/Kirrweiler

Die Verbandsgemeinde Maikammer zu der die Ortsgemeinden Maikammer, Kirrweiler und St. Martin gehören, liegt in der Region Vorderpfalz im Landkreis SÜW

Die Preisspanne innerhalb der Ortsgemeinde Maikammer geht von 60 €/m² bis 320 €/m². An der Google Earth Darstellung lässt sich für Maikammer ein deutliches Preisgefälle von Ortsrandlage zu Ortskern feststellen. In Kirrweiler lässt sich feststellen, dass die Bodenpreise entlang der Hauptstraße niedriger sind als in den Randlagen. Die Preisspanne geht hier von 25 €/m² bis 210 €/m².

Zusammengefasst wird deutlich, dass die Spannweite bei beiden Ortsgemeinden nahezu identisch ist, jedoch die Bodenpreise in Maikammer deutlich höher angesiedelt sind als in Kirrweiler. Gründe hierfür könnten die direkte Lage an der Weinstraße und die geringere Distanz zum Haardtrand.

Download: KMZ-File.

Mini-GIS

Aufgabe war es die Kartengrundlage für ein RasterGIS und ein VektorGIS zu schaffen, um dies dann hinsichtlich verschiedener Speichermodelle zu analysieren. Darüberhinaus war es Teil der Übung das RasterGIS statistisch auszuwerten und die grafischen Analysefunktionen UNION, INTERSECT und SYMMETRICAL DIFFERENCE darzustellen.

Ausgabe: 03.05.07

Abgabe: 06.06.07 10 Uhr Lehrgebiet

Ausgangskarte

Die Ausgangskarte stellt die Höhe der Wahlbeteiligung in den einzelnen Bundesländern der BRD bei der Europawahl 2004 dar.

RasterGIS

- Erstellen eines Gitters mit 10x10 Rasterzellen

- Darstellung der Höhe der Wahlbeteiligung durch Einfärben der Rasterzellen in Corel Draw

- Sehr ungenaue Darstellung, (pixelig)

VektorGIS

- Vektorisierung der Ausgangskarte

- Einfärben der Polygone mit Corel Draw

- Sehr genaue Darstellung möglich

Statistische Auswertung des RasterGIS

Datenspeicherungsmodell für RasterGIS

Datenspeichermodell für VektorGIS

1. Hirarchisches System

2. Relationales System

Analysefunktionen

Bloggen für Dummies?!

Positive Erfahrungen:

• Schnelle und einfache Anmeldung
• Viel Speicherplatz für das Posten von Bildern
• Veröffentlichen und das Bearbeiten von Veröffentlichungen sehr einfach und schnell
• Nette Extras (siehe "Traumtore")
• Gute Auswahl an Layout-Vorgaben für den Blog

Negative Erfahrungen:

• Vorschaumodus stellt die Ergebnisse nicht realistisch dar
• Formatierungsmöglichkeiten des Textprogramm stark eingeschränkt
• Upload von Bildern einfach, jedoch ist die Verarbeitung der Bilder im Text kompliziert
• Dies führt dazu, dass man oft zwischen Blog und Post-menü wechseln muss, bis man das erwünschte Ergebnis hat