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Institut für Kartographie und Geoinformation Prof. Dr. Lutz Plümer Geoinformation III Vorlesung 10 Normen und Standards in GIS.

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Präsentation zum Thema: "Institut für Kartographie und Geoinformation Prof. Dr. Lutz Plümer Geoinformation III Vorlesung 10 Normen und Standards in GIS."—  Präsentation transkript:

1 Institut für Kartographie und Geoinformation Prof. Dr. Lutz Plümer Geoinformation III Vorlesung 10 Normen und Standards in GIS

2 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 102 Überblick Welche Standards/Normen gibt es im GIS-Bereich? Beispiel Spatial Schema (ISO) Beispiel Simple Features (OGC) –UML-Diagramm –Topologische Relationen

3 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 103 Die wichtigsten Normen/Standards ISO (International Organization for Standardization) –siehe übernächste Folie CEN/DIN (Europäisches/Dt. Komitee für Normung) –Normen sind oder werden abgelöst durch ISO-Normen OGC (Open GIS Consortium) (www.opengis.org)www.opengis.org –Simple Features für SQL (Relationale Datenbanken), CORBA, OLE/COM für GML/XML (GISIII / Kolbe) –Web Map Server (Karten im WWW) –Kataloge (Wo finde ich welche Daten?) –Koordinatentransformation

4 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 104 Weitere GIS-Standards herstellerspezifische Standards, z.B. –Shapefiles (ESRI) –SQD (SICAD),... anwendungsspezifische Standards, z.B. –ATKIS (topographische Daten) –ALK (Kataster - geometrisch) –ALB (Kataster - nichtgeometrisch) –EDBS (Datenaustausch für ATKIS/ALK) –DIGEST (Datenaustausch im militärischen Bereich) –...

5 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 105 ISO: die wichtigsten GIS-Standards Spatial schema (Geometrie und Topologie) Rules for application schema (Anwendungsobjekte und Verknüpfung mit Geometrie und Topologie) Temporal schema (Zeit) Feature cataloguing methodology Spatial referencing by coordinates Spatial referencing by geographic identifiers Quality principles Metadata Portrayal (Visualisierung) Encoding (Datentransfer) …… (insgesamt 25 Standards)

6 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 106 Wozu Standards? Ermöglichung/Erleichterung des reibungslosen Datenaustauschs zwischen verschiedenen GIS-(Teil-)Systemen Interoperabilität

7 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 107 GIS-Standards der ISO in der Phase der Verabschiedung als ISO-Norm: DIS (Draft International Standard) lösen die zur Zeit gültigen europäischen/deutschen Normen (CEN/DIN) ab Verwendung z.B. bei Vorhaben ALKIS –Neumodellierung des Katasters (ALK und ALB), Vereinheitlichung mit ATKIS (Topographische Daten) Modellierung in UML (Klassendiagramme)

8 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 108 Was leistet ISO/DIS Spatial Schema? Modellierung des Raumbezugs von GIS-Objekten Geometrie –0 - 3-dimensional –1-D: Splines, Klothoiden, –2,5-D: TINs (Dreiecksvermaschungen) –3-D: Volumina, Spline-Oberflächen –Aggregationen Topologie –0 - 3-dimensional –eigene Klassen für Topologie, die Assoziationen mit entsprechenden Geometrie-Klassen haben

9 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 109 Spatial Schema: 1-dimensionale Primitive GM_Primitive GM_Object GM_OrientablePrimitive GM_OrientableCurve GM_Curve GM_CurveSegment GM_GenericCurve GM_Clothoid GM_SplineCurve GM_LineString GM_LineSegment Referenzsystem GM_PolinomialSplineGM_BSplineCurve

10 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1010 OGC: Simple Features Standard des Open GIS Consortium (OGC) –OGC: privater, nichtkommerzieller Verein –Mitglieder: GIS-Hersteller, Behörden, Universitäten Modellierung der Geometrie raumbezogener Objekte "Simple": –nur dimensional (weder 2,5-D noch 3-D) –nur gerade Linien –keine Topologie –keine Aggregation "... reicht in 80% aller Fälle aus... (?)" Implementierung standardisiert für –SQL (Relationale Datenbanken), CORBA, OLE/COM –GML/XML (GIS III / Kolbe)

11 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1011 Simple Features: UML-Diagramm GeometrySpatialReferenceSystem PointCurveSurfaceGeometryCollection LineStringPolygonMultiSurfaceMultiCurveMultiPoint LineLinearRing MultiPolygon MultiLineString Abstrakte Klasse (grün bzw. kursiv)

12 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1012 UML-Diagramm: 1-D-Objekte GeometrySpatialReferenceSystem PointCurveSurfaceGeometryCollection LineStringPolygonMultiSurfaceMultiCurveMultiPoint LineLinearRing MultiPolygon MultiLineString

13 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung D-Objekte: LineString, Line, Linear Ring LineString: Folge von Punkten, mit geraden Liniensegmenten verbunden einfacher LineString: keinen Punkt wird mehrfach durchlaufen geschlossener LineString: Anfangspunkt = Endpunkt Line: LineString mit genau 2 Punkten LinearRing: einfacher, geschlossener LineString nicht einfach einfach geschlossen nicht einfach Line LinearRing

14 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1014 UML-Diagramm 1-D-Objekte GeometrySpatialReferenceSystem PointCurveSurfaceGeometryCollection LineStringPolygonMultiSurfaceMultiCurveMultiPoint LineLinearRing MultiPolygon MultiLineString

15 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung D-Objekte: MultiLineString MultiLineString: Menge (Aggregation) von LineStrings LineString1 LineString2 LineString1 LineString2 LineString1 LineString2

16 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1016 Simple Features und Topologie drei LineStrings mit einem gemeinsamen Punkt p Punkt p existiert dreimal (einmal für LineString1, einmal für LineString2 und einmal für LineString3) drei Punkte mit identischen Koordinaten es gibt keine Knoten im Sinn von Landkarten/Graphen LineString1 LineString3 Punkt p LineString2

17 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1017 UML-Diagramm: 2-D-Objekte GeometrySpatialReferenceSystem PointCurveSurfaceGeometryCollection LineStringPolygonMultiSurfaceMultiCurveMultiPoint LineLinearRing MultiPolygon MultiLineString

18 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1018 Polygon: Definition begrenzt durch genau einen äußeren Ring und beliebig viele innere Ringe (= einfache Zyklen) Inneres topologisch zusammenhängend Polygon kein Polygon nicht topologisch zusammenhängend

19 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1019 Polygon: Definition begrenzt durch genau einen äußeren Ring und beliebig viele innere Ringe (= einfache Zyklen) Inneres topologisch zusammenhängend Polygonkein Polygon Polygon Polygon

20 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1020 Polygon: Definition begrenzt durch genau einen äußeren Ring und beliebig viele innere Ringe (= einfache Zyklen) Inneres topologisch zusammenhängend Polygonkein Polygon nicht topologisch zusammenhängend

21 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1021 UML-Diagramm: 2-D-Objekte GeometrySpatialReferenceSystem PointCurveSurfaceGeometryCollection LineStringPolygonMultiSurfaceMultiCurveMultiPoint LineLinearRing MultiPolygon MultiLineString

22 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1022 MultiPolygon: Definition Aggregation von Polygonen Die Inneren der Polygone sind disjunkt Berührung der Ränder zweier Polygone nur in Punkten ein MultiPolygon Polygon 2 Polygon 1 ein MultiPolygon Polygon 1 Polygon 2 kein MultiPolygon Polygon 1 Polygon 2

23 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1023 Polygon und MultiPolygon Zweck der Unterscheidung: Eindeutigkeit der Modellierung Eindeutigkeit: für jedes Realweltobjekt ("Punktmenge") darf es nur eine Möglichkeit der Modellierung geben See ein Polygon mit Loch Park zwei Polygone zwei verschiedene Möglichkeiten Erfasser 1 Erfasser 2

24 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1024 Simple Features: Methoden (Auszug) 2+ Geometry +ReferenceSystem() +Dimension() +Boundary() Point +X() +Y() Curve +Length() +StartPoint() +EndPoint() +IsClosed() +IsRing() LineString +NumberofPoints() +PointN() Surface +Area() +Centroid() +PointOnSurface() Polygon +ExteriorRing() +NumInteroirRing() +InteriorRingN()

25 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1025 Methoden für topologische Relationen boolesche Methoden Zweck: raumbezogene Anfragen (Fließt der Rhein durch Hessen? Grenzt Siegburg an Bonn?) Ähnlich zu 4-Schnitt-Modell von Egenhofer (Vorlesung GIS I) Erweiterung des 4-Schnitt-Modells (Flächen) auf punkt- und linienhafte Objekte Dimensionserweitertes 9-Schnitt-Modell (DE-9IM)

26 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1026 Punktmengentopologie (Wh. aus GIS I) Beziehungen zwischen Punktmengen

27 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1027  X disjunkt Y Topologische Relationen (Wh. aus GIS I)  X   YX°  Y°  X  Y°X°   Y Operation not   X trifft Y not   X gleicht Y  not   X innerhalb Y not   Y überdeckt X  not   Y innerhalb X not   X überdeckt Y not  X überlappt Y XYXY

28 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1028  X disjunkt Y Topologische Relationen (Wh. aus GIS I)  X   YX°  Y°  X  Y°X°   Y Operation not   X trifft Y not   X gleicht Y  not   X innerhalb Y not   Y überdeckt X  not   Y innerhalb X not   X überdeckt Y not  X überlappt Y XYXY

29 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1029  X disjunkt Y Topologische Relationen (Wh. aus GIS I)  X   YX°  Y°  X  Y°X°   Y Operation not   X trifft Y not   X gleicht Y  not   X innerhalb Y not   Y überdeckt X  not   Y innerhalb X not   X überdeckt Y not  X überlappt Y XYXY

30 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1030  X disjunkt Y Topologische Relationen (Wh. aus GIS I)  X   YX°  Y°  X  Y°X°   Y Operation not   X trifft Y not   X gleicht Y  not   X innerhalb Y not   Y überdeckt X  not   Y innerhalb X not   X überdeckt Y not  X überlappt Y XYXY

31 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1031  X disjunkt Y Topologische Relationen (Wh. aus GIS I)  X   YX°  Y°  X  Y°X°   Y Operation not   X trifft Y not   X gleicht Y  not   X innerhalb Y not   Y überdeckt X  not   Y innerhalb X not   X überdeckt Y not  X überlappt Y XYXY

32 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1032  X disjunkt Y Topologische Relationen (Wh. aus GIS I)  X   YX°  Y°  X  Y°X°   Y Operation not   X trifft Y not   X gleicht Y  not   X innerhalb Y not   Y überdeckt X  not   Y innerhalb X not   X überdeckt Y not  X überlappt Y XYXY

33 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1033  X disjunkt Y Topologische Relationen (Wh. aus GIS I)  X   YX°  Y°  X  Y°X°   Y Operation not   X trifft Y not   X gleicht Y  not   X innerhalb Y not   Y überdeckt X  not   Y innerhalb X not   X überdeckt Y not  X überlappt Y XYXY

34 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1034  X disjunkt Y Topologische Relationen (Wh. aus GIS I)  X   YX°  Y°  X  Y°X°   Y Operation not   X trifft Y not   X gleicht Y  not   X innerhalb Y not   Y überdeckt X  not   Y innerhalb X not   X überdeckt Y not  X überlappt Y XYXY

35 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1035  X disjunkt Y Topologische Relationen (Wh. aus GIS I)  X   YX°  Y°  X  Y°X°   Y Operation not   X trifft Y not   X gleicht Y  not   X innerhalb Y not   Y überdeckt X  not   Y innerhalb X not   X überdeckt Y not  X überlappt Y XYXY

36 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1036 Vom 4 Schnitt- zum 9-Schnitt-Modell: Rand, Inneres und Äußeres Inneres ( °) rot Rand (  ) grün Äußeres ( ¯ ) blau

37 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1037 Vom 4 Schnitt- zum 9-Schnitt-Modell Inneres YRand Y Inneres X X°  Y°X°   Y Rand X  X  Y°  X   Y 4-Schnitt-Modell

38 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1038 Vom 4 Schnitt- zum 9-Schnitt-Modell Inneres YRand YÄußeres Y Inneres X X°  Y°X°   YX°  Y ¯ Rand X  X  Y°  X   Y  X  Y ¯ Äußeres X X ¯  Y°X ¯   YX ¯  Y ¯ 9-Schnitt-Modell (blau und grün)

39 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1039 Was bringt das 9-Schnitt-Modell? 4-Schnitt-Modell Schnitte der Inneren leer Schnitte Rand mit Innerem leer Schnitte der Ränder nicht leer F L F L 4-Schnitt-Modell Schnitte der Inneren leer Schnitte Rand/Innere leer Schnitte der Ränder nicht leer 9-Schnitt-Modell Schnitt des Äußeren von F mit Rand von L nicht leer 9-Schnitt-Modell Schnitt des Äußeren von F mit Rand von L leer im 4-Schnitt-Modell nicht unterscheidbar!

40 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1040 Erweiterung um Dimension Inneres YRand YÄußeres Y Inneres X dim(X°  Y°)dim(X°   Y)dim(X°  Y ¯) Rand X dim(  X  Y°)dim(  X   Y) dim(  X  Y ¯) Äußeres X dim(X ¯  Y°)dim(X ¯   Y)dim(X ¯  Y ¯) 9- und 4-Schnitt-Modell: Schnitt leer/nicht leer Erweiterung: Dimension des Schnitts

41 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1041 Erweiterung um Dimension Inneres YRand YÄußeres Y Inneres X dim(X°  Y°)dim(X°   Y)dim(X°  Y ¯) Rand X dim(  X  Y°)dim(  X   Y) dim(  X  Y ¯) Äußeres X dim(X ¯  Y°)dim(X ¯   Y)dim(X ¯  Y ¯) 9- und 4-Schnitt-Modell: Schnitt leer/nicht leer Erweiterung: Dimension des Schnitts

42 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1042 Definition von dim( ) dim(A  B) = -1, falls A  B =  0, falls A  B nulldimensional ist 1, falls A  B eindimensional ist 2, falls A  B zweidimensional ist

43 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1043 Was bringt die Dimension? 4-Schnitt-Modell Schnitte der Inneren leer Schnitte Rand mit Innerem leer Schnitte der Ränder nicht leer F1 4-Schnitt-Modell Schnitte der Inneren leer Schnitte Rand/Innere leer Schnitte der Ränder nicht leer Dimension Dimension des Schnitts der Ränder von F1 und F2: 1 im 4-Schnitt-Modell nicht unterscheidbar! F2 F1 F2 Dimension Dimension des Schnitts der Ränder von F1 und F2: 0

44 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1044 Verwendung des DE-9IM bei Simple Features Methode relate, 9-Schnitt-Matrix als Parameter –z.B. objekt1.relate(objekt2, -1 * * * 1 * * * *) ergibt true, falls objekt1 mit objekt2 in Relation touches steht benannte räumliche Beziehungen: –Methoden touches, crosses, within, contains, overlaps, disjoint, intersects, equals * ist Joker (Wert ist egal)

45 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1045 DE-9IM: benannte räumliche Beziehungen I/II grün.Within(rot) rot.Contains(grün) grün.Overlaps(rot) grün.Crosses(rot) grün.Touches(rot)

46 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 1046 DE-9IM: benannte räumliche Beziehungen II/II grün.Equals(rot) grün.Intersects(rot)  not grün.Disjoint(rot) grün.Disjoint(rot)

47 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit. Fragen?


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