Übung 4: Georeferenzieren von Topographischen Karten und Luftbildern

Bei dieser Übung bestand die Aufgabe darin, sechs Kartengrundlagen aus Topographischen Karten und Luftbilder zu georeferenzieren. Folgende Karten wurden dazu benötigt:

Die Karten wurden dem Landschaftsinformationssystem der Naturschutzverwaltung RLP entnommen.

Die Kartengrundlage wurde mit dem entsprechenden Maßstab unter drucken zu einer PDF umgewandelt.

Um das Kartenmaterial in Arc Gis einspeisen zu können musste das Bildmaterial mittels kopieren in ein Bildbearbeitungsprogramm in eine JPG umgewandelt werden.

Um nun dieses Kartenmaterial georeferenzieren zu können, musste ein so genannter Wordfile zu jeder Karte bzw. jedem Foto erstellt werden. Dieser enthält die Pixelgröße sowie die Koordinaten des Bildes.

Der Wordfile wurde im Format JGW abgespeichert.

Zeile 1 und 4 beschreiben die Pixelgröße des Bildes, die dadurch berechnet werden konnte, indem man die Bildbreite durch die Pixelanzahl dividierte. Die Bildbreit ,-höhe wurde durch die Subtraktion des kleineren Wertes vom Größeren errechnet.

Nun benötigte man noch den Rechts- und Hochwert des linken oberen Bildpunktes. Dies wurde dadurch bewerkstelligt, dass man dem entsprechenden Rechtswert den halben Pixelwert (aus Zeile 1) addierte und dem entsprechenden Hochwert den halben Pixelwert (aus Zeile 4) subtrahierte.

Nun konnte man alle Kartenwerke in Arp Mac durch Layer hinzufügen einfügen. Um diese zu ordnen erstellte man Gruppenlayer mit den Namen TK und DOP. Innerhalb der Gruppenlayer ordnete man die einzelnen Layer ihrer Maßstabsgröße entsprechend. "vom Größten zum Kleinsten"

Die Ergebnisse der Übung können sie hier downloaden.

Übung 3: Abfrage von Geoanalsemethoden

Aufgabenstellung

Auf Grundlage der vorhandenen Materialien sollen mittels geeigneter Abfragen und Analysemethoden
folgende Layer und Tabellen erzeugt werden. Achten Sie besonders auf die richtige Funktionswahl
und benennen Sie Ihre Ergebnisse entsprechend der Aufgabenstellung.

Materialien
Landkreise in RLP: Geodaten I Verwaltungsgrenzen I LK-Grenzen
Naturschutzgebiete in RLP: Geodaten I Schutzgebiete I Naturschutzgebiete I nsg_rlp_070201

Schritt 1: Layer_1
Erzeugung eines Layers mit den Grenzen des Landkreises und der Stadt Kaiserslautern (Abfrage)
Durch "Selection by Attributes" werden aus dem Layer "LK-Grenzen" durch "Create a new selection" und anhand des Attributes "Name" alle Gebiete selektiert welche die Bezeichnung "Kaiserslautern" haben.

Es sind nun sowohl der Landkreis als auch die Stadt Kaiserslautern selektiert. Durch Rechtsklick auf den Layer "LK-Grenzen" und den Befehl "Data" > "Export Data" kann nun eine neue Shapedatei mit den zuvor selektierten Daten erstellt werden.
Dieser erstelle Layer ist nun der Layer_1 mit den Grenzen des LK und der Stadt Kaiserslautern.

Schritt 2: Layer_2
Zuammenfassen der Objekte von Layer_1 zu einem einzigen Objekt (Geoanalyse)

Das Zusammen fassen erfolgt mit der Funktion "dissolve", diese findet man Arc Toolbox ==> Data Management Tools

Unter "Input Features" wählt man den Layer 1 aus.
In der Auswahl "Output feature Class" muss dem entstehenden Feature "......Layer_2.shp" zugewiesen werden.

Schritt 3: Layer_3
Auswahl aller Naturschutzgebiete die sich mit Layer_1 überschneiden (Abfrage, `that:intersect`)

Um nun alle Naturschutzgebiete zu erhalten welche sich mit dem Layer_1 überschneiden, verwendet man die Funktion "Selection by Location". Nun muss hier ´Select features from´ und der Layer der Naturschutzgebiete angewählt werden. Unter "that" muss intersect und unter 'the feature in this layer' der Layer 1 ausgewählt werden.

Schritt 4: Layer_4
Erzeugen von Pufferbereichen mit 300m um die Naturschutzgebiete von Layer_3 (Geoanalyse)

Die Buffer-Funktion ist in der ArcToolBox unter Analyse Tools ==> Proximitry zu finden.

In "Input Features" muss der Layer_3 ausgewählt werden . Im Feld "Ouput Features Class" ist der Speicherort- und -name einstellbar. Die gewünschte Distanz für den Bufferbereich kann im Feld "Distance" > "Linear unit" nun eingetragen werden.

Schritt 5: Layer_5
Erzeugung eines Layers mit den Grenzen der Stadt Kaiserslautern (Abfrage)
Um nun einen Layer zu erhalten der nur die Grenzen der Stadt Kaiserslautern enthält nimmt man einfach den in Schritt 1 erstellten Layer_1 und geht vor wie oben beschrieben. Jedoch wählt man nun als "Attribute" nicht "Name" aus sondern "Objektart1". Es ergibt sich also folgender Abfragebefehl: "OBJEKTART1" = 'Kreisfreie Stadt'. Durch diesen Befehl ist nun nur die Stadt Kaiserslautern selektiert. Diese Auswahl exportiert man nun wieder als neuen Shapelayer.

Schritt 6: Layer_6a
Ausschneiden von Layer_4 mit Hilfe von Layer_5 (Geoanalyse)

Hier wird in der ArcTollbox unter "Analysis Tools" > "Extract" die Funktion "Clip" genutzt.

Als "Input Features" wird "Layer_4" und als "Clip Features" den "Layer_5" ausgewählt. Unter "Output Feature Class" wird der Speichername und -ort ausgewählt. Der "Layer_6a" wird nun erzeugt.

Schritt 7: Layer_6b

Verschneidung von Layer_4 und Layer_5 (Geoanalyse)

In der ArcTollbox unter "Analysis Tools" > "Overlay" findet man die Funktion "Intersect" mit welcher man die Verschneidung der Layer druchführen kann. Man wählt nun als "Input Features" die beiden Layer aus und stellt wieder den Speichername und -ort ein.

Schritt 8: Layer_6c

Vereinigung von Layer_4 und Layer_5 (Geoanalyse)

Unter dem Unterpunkt "Overlay" ist die Funktion "Union" zu finden. Hier geht man genauso wie in Schritt 7 und 6 vor und erhält dann den gewünschten Layer.

Schritt 9: Berechnung der Flächen für den Layer 6c
Feld "Hektar" verwenden und Einheiten entsprechend wählen

Um nun die Flächen der verschiedene Gebiete aus Layer 6c zu erhalten, wählt man über die Attributetabelle die Spalte "Hektar" aus und wählt mit einem Rechtsklick die Funktion "Calculate Geometry".

Hier muss unter "Units" Hectares eingestellt werden.

Schritt 10: Erzeugen der Tabelle "Sum_Layer_6c.dbf" aud Grundlage von Layer_6c
Um sich nun eine Tabelle im Format .dbf, mit gewünschten Komponenten zu erhalten, muss die Attributetabelle gestartet werden. Durch Rechtsklick auf eine beliebige Spalte kann die Funktion "Summarize" gestartet werden. Mit dieser Funktion ist es möglich gewünschte Felder aus zuwählen und anschließend im .dbf-Format ab zu speichern.

In diesem Fall wählt man im oberen Feld z.B. "Gebietsnum" aus und in dem mittleren Feld die fehlenden gewünschten Felder ("Gebietsnam" und "Hektar"). Im untersten Feld ist es nun mögliche den gewünschten Speicherort an zu geben.

Vergleich Layer 6a und Layer 6c:
Unterschiede:

• Layer 6a beinhaltet nur Informationen des Naturschutgebietelayers
• Layer6b beinhaltet die Informationen aus dem Naturschutzgebietelayer und die des Landkreiselayers

Gemeinsamkeiten:

Beide Layer stellen jedoch alle Naturschutzgebiete der Stadt Kaiserslautern dar

Vergleich Layer 6b und Layer 6c:

Unterschiede:

• Layer 6b stellt alle Naturschutzgebiete, die im Gebiet der Stadt Kaiserslautern liegen, dar
• Layer 6c stellt alle Naturschutzgebiete im Gebiet des Landkreises Kaiserslautern dar und die Grenzen der Stadt Kaiserslautern

Gemeinsamkeiten:

Beide Layer beinhalten sowohl die Informationen des Naturschutzgebiete- als auch des Landkreiselayers

Die Ergebnisse der Übung sind hier und hier download bar.

Dokumentation der 2. Übung

Aufgabenstellung

• Erzeugen Sie einen Polygonlayer und einen Punktlayer mit den unten genannten Eigenschaften.
• Digitalisieren Sie die unten aufgeführten Objekte mit Hilfe der Grundlagen 'u2_plangebiet.jpg' und ‚u2_plangebietsgrenze.shp’ in die neuen Layer. Erfassen Sie zu den Objekten die entsprechenden Attribute in die Attributtabellen und berechnen Sie die Flächengrößen für die Objekte des Polygonlayers.
• Beschriften Sie die Objekte des Polygonlayers mit dem Attribut 'Geschhoehe'.
  
• Speichern Sie das fertige Projekt als Projektdatei 'u2_projekt.mxd'
  
• Erzeugen Sie ein Layout im Maßstab 1:2.500 mit allen plantypischen Inhalten (Legende, Maßstab, etc.)

Die beiden Layer u2_polygone.shp und u2_punkt.shp werden im Arc Catalog erzeugt.

Dies geschieht mit dem Anlegen eines neuen Shapefiles: Rechtklick --> New --> Shapefile. 

Nun wird der entsprechende Meridianstreifen festgelegt, dieser ist in diesem Fall der 3. Gauß Krüger Meridian.

Jetzt folgt das zuweisen der Attribute. Dazu wählt man den neuen "entsprechen" Layer mit der rechten  Maustaste an, ein Auswahlfenster öffnet sich und man wählt Properties aus, nun kann man die Attribute unter dem Reiter "Fields" eintragen.

Diese sind bei dem layer u2_polygone die Attribute:

• Nutzung (Text, Länge:50)
  
• Geschhoehe (Text; Länge: 2)
  
• Flaeche (Float)
  

Bei dem Layer u2_punkt

• Objekttyp (Text, Länge:50)
  
• Kronendurchmesser (Float)
  

Jetzt kann in Arc Map gewechselt werden. Zunächst werden mit Hilfe von "Add layer" die benötigten Layer geladen.

Den neue erzeugten Layern werden nun Adttitbute also "Values" hinzugefügt.

Dies bewerkstelligt man in dem man unter Properties --> Symbology --> Categories --> Unique Values in dem value Field "Nutzung" neue Values anlegt (Add Values).

Diese sind beim Layer u2_polygone:

• ÖG: Öffentliches Grün
  
• HG: Halböffentliches Grün
  
• PF: Private Freifläche
  
• P: Parkplatz
  
• GB: Gebäudebestand
  
• GP: Gebäudeplanung (inkl. Geschoßhöhe)
  
• ST: Straßen
  

Bei dem Layer u2_punkt

• B: Baum

Den jeweiligen "Values" werden hier auch gleich passende Farben zu geordnet.

Nun werden die Flächen nachgezeichnet bzw. gesetzt und gleich editiert werden.

Dies geschieht in der Attributtabelle.

Die editierten Flächen nehmen die vorher festgelegte Farbe des jeweiligen "Values" an.

Wenn eine Flächen in einer anderen Fläche drin liegt muss man diese mittels "Clip"--> "Discard the area that intersects" ausschneiden.

Die Berechnung der Fläche erfolgt druch Rechtsklick auf das Flächenfeld. Nun erscheint eine Auswahlfenster in dem man "Calculate Geometry" anwählt. Durch die Multiplikation der Attribute Fläche und Geschosszahl wird nun die Gesamtflächenzahl errechnet.

Nun wechselt man in den Layoutmodus. Dort muss in erster Linie auf den richtigen Maßstab geachtet werden (1: 2500), danach kann man mittels des Button " Insert" Titel, Legende, Maßstab etc. einfügen. 

Als letzter Arbeitsschrit wird nun mittels File --> Export Map die Ausgabe in eine PDF erzeugt. 

Den Download des erarbeiteten Shapefiles im ZIP-Format finden sie hier:

GIS Grundlagen in der Raumplanung I Übung 1

Aufgabenstellung

Diese erste Übung des Wahlpflichtfachs "GIS- Grundlagen in der Raumplanung" besteht aus zwei Aufgabenteilen.

Teil 1:

Erstellung eines Blogs. In diesem sollen nun die Ergebnisse der Übungen beschrieben und veröffentlich werden.

Teil 2:

Man soll sich dem Thema “GIS und Koordinatensysteme am Beispiel des Gauß-Krüger-Systems (GK-Systems)” widmen, indem man die vorgegebenen Fragen beantwortet.

Fragen:

1. Was ist ein Ellipsoid?

Ein Ellipsoid ist eine dreidimensionale Form, deren Oberfläche als gestrecktes oder gestauchtes Bild einer Sphäre d. h. Kugeloberfläche mathematisch beschrieben werden kann. So können  Koordinaten für Positionen auf der Oberfläche angegeben werden.

Quelle: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/ba/Gnuplot_ellipsoid.svg/600px-Gnuplot_ellipsoid.svg.png&imgrefurl=http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gnuplot_ellipsoid.svg&usg=__F8-_lCitvofI7pzqcspnykaq2bk=&h=480&w=600&sz=105&hl=de&start=2&sig2=M681JswibBbXqo7ndbaVvA&tbnid=D-f5ajHjcVS3OM:&tbnh=108&tbnw=135&prev=/images%3Fq%3Dellipsoid%26gbv%3D2%26hl%3Dde%26sa%3DG&ei=vp35SYH8JMKOsAan6bTJBA

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

Im Gauß Krüger System wird der Bessel Ellipsoid verwendet.

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

Geographische Koordinaten

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. Das Gradnetz der Erde ist ein gedachtes Koordinatensystem auf der Erdoberfläche mit sich rechtwinklig schneidenden Längen- und Breitenkreisen. Es dient zur geographischen Ortsbestimmung. 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°.

Projizierte, kartesische Koordinaten

Mit einem kartesischen, projizierten Koordinatensystem werden Punkte auf einer Fläche oder im Raum beschrieben. Sie sind in Bezug zu zwei bzw. drei zueinander orthogonal angeordneten Achsen gestellt. Diese Achsen werden im Normalfall mit x-, y- und z-Achse bezeichnet.

Quelle: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Kartesisches_system.PNG&filetimestamp=200406141744534

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

Bei Gauß-Krüger-Systemen handelt es sich um die Projektionsart der Transversalen Mercatorprojektion. Diese Mercatorprojektion ist eine winkeltreue, zylindrische Projektion und hat keine Verzerrung am Äquator.

5. Welche Vorteile bietet ein kartesisches Koordinatensystem?

Im zwei- und dreidimensionalen Raum handelt es sich um das am häufigsten verwendete Koordinatensystem, da sich viele geometrische Sachverhalte in diesem am besten beschreiben lassen.

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

Bei den Einheiten der Gauß Krüger – Koordinaten handelt es sich um Rechts- sowie Hochwerte. Beide Größen werden in Meter [m] angegeben.

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

Die Wortherkunft stammt vom lateinischen circulus meridianus gleich „Mittagskreis“ ab. Der Meridian bezeichnet in der Geographie einen halben Längenkreis auf der Erdoberfläche, der von einem geographischen  Pol zum anderen verläuft. Er ist die Verbindungslinie aller geographischen Orte, an denen die Sonne zur gleichen Zeit den höchsten Punkt ihrer Tageslaufbahn (Tagesbogen) am Himmel einnimmt, an denen also Mittag ist.

Quelle: http://www.olanis.de/knowhow/mapprj/mapprj5.shtml

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

Durch die Meridianstreifen kann man eine konforme (winkeltreue) Zylinder-Abbildung erzeugen, welche zur Projektion des Kugelkörpers der Erde auf 2D Darstellungen benötigt wird.

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

Dies erkennt man an der ersten Ziffer des Rechtswerts einer Koordinate.

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

Beispiel: Rechtswert 3 512 000 m

Die Kennziffer 3 des Rechtswertes gibt den Hauptmeridian an.

Es gilt:

Für die Streifen 1-59: Streifenkennziffer * 3° = X° Ost

Für die Streifen 60-120: (120-Streifenkennziffer) * 3° = X° West

Somit liegt nach den obigen Beispielen der Rechtswert 3 512 000 im 9° Streifen des GK Systems.

Den Abstand (Ordinate) des Punktes vom Hauptmeridian erhält man nach Abzug von 500 000 m vom Rechtswert

512 000 - 500 000 = 12 000 m

Somit ist der Abstand vom Hauptmeridian 12 000 m (12 km).

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"?

Unter dieser Verfälschung von “Easting” und “Northing” versteht man den Einsatz einer Additionskonstanten. Dies macht man um negative Hoch- und Rechtswerten (Northing/Easting) zu vermeiden. Dabei werden dem Restwert der westlich des Zentralmeridians liegenden Punkte immer  500.000 m hinzugerechnet. Somit kommt es zu einer Verschiebung des Systems. 

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

"False Easting" muss beim GK-System immer angewandt werden. (Oben in Antwort zu Frage 9 schon angesprochen) Hierbei wird dem Rechtswert eine Konstante von 500 000 m addiert, um somit negative Zahlenwerte zu vermeiden.

“False Norting” findet bei uns keine Verwendung, da dieser Wert den Abstand zum Äquator wiedergibt und es hierbei nicht notwendig ist, diesen zur verfälschen. Deutschland liegt nördlich des Äquators und somit herrschen positive Werte vor. In der südlichen Hemisphäre aber muss man, um negative Werte zu vermeiden, den natürlichen Ursprung des Koordinatensystems entsprechend verschieben.

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

OGC

Das Open Geospatial Consortium ist eine  1994 gegründete gemeinnützige Organisation, die sich zum Ziel gesetzt hat, die Entwicklung von raumbezogener Informationsverarbeitung (insbesondere Geodaten) auf Basis allgemeingültiger Standards zum Zweck der Interoperabilität festzulegen. Dabei baut sich das OGC aus Mitgliedern von Regierungsorganisationen, privater Industrie und Universitäten auf, deren Mitgliedschaft im OGC aber kostenpflichtig ist

SRS:

Ein Spatial Reference System ist eine Parametermenge bestehend aus:

• Koordinaten, die die maximalen Koordinaten angeben
  
• Name des genutzten Koordinatensystems

EPSG Code:

EPSG = European Petroleum Survey Group              

Der EPSG-Code ist ein Schlüssel für das Bezugssystem, in dem die Geometriefelder (WKT) einer Spatial-Datenbank koordiniert sind. Für die Gauß-Krüger-Koordinaten der vorkommenden Meridianstreifen stehen 4 verschiedene Nummernbereiche zur Verfügung. Durch Wahl des Nummernbereiches und Eingabe des Meridianstreifens wird der Parameter SRID gebildet und angezeigt.  SRID = Spatial Reference Identifier

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

• EPSG: 31491 - DHDN / Germany zone 1
  
• EPSG: 31492 - DHDN / Germany zone 2
  
• EPSG: 31493 - DHDN / Germany zone 3
  
• EPSG: 31494 - DHDN / Germany zone 4
  
• EPSG: 31495 - DHDN / Germany zone 5