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

Überblick Welche Standards/Normen gibt es im GIS-Bereich? Beispiel Spatial Schema (ISO) Beispiel Simple Features (OGC) UML-Diagramm Topologische Relationen Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

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) 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 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

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) ... Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

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) Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Wozu Standards? Ermöglichung/Erleichterung des reibungslosen Datenaustauschs zwischen verschiedenen GIS-(Teil-)Systemen Interoperabilität Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

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) Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Was leistet ISO/DIS 19107 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 eigene Klassen für Topologie, die Assoziationen mit entsprechenden Geometrie-Klassen haben Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Spatial Schema: 1-dimensionale Primitive GM_GenericCurve GM_Object Referenzsystem GM_Primitive GM_OrientablePrimitive GM_CurveSegment GM_OrientableCurve ..... ...... GM_Curve GM_Clothoid GM_LineString GM_SplineCurve GM_PolinomialSpline GM_BSplineCurve GM_LineSegment Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

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 0 - 2-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) Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Simple Features: UML-Diagramm Abstrakte Klasse (grün bzw. kursiv) Geometry SpatialReferenceSystem Point Curve Surface GeometryCollection 1+ 2+ 1+ LineString Polygon MultiSurface MultiCurve MultiPoint 1+ MultiPolygon MultiLineString Line LinearRing 1+ Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

UML-Diagramm: 1-D-Objekte Geometry SpatialReferenceSystem Point Curve Surface GeometryCollection 1+ 2+ 1+ LineString Polygon MultiSurface MultiCurve MultiPoint 1+ MultiPolygon MultiLineString Line LinearRing 1+ Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

1-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 geschlossennicht einfach Line LinearRing Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

UML-Diagramm 1-D-Objekte Geometry SpatialReferenceSystem Point Curve Surface GeometryCollection 1+ 2+ 1+ LineString Polygon MultiSurface MultiCurve MultiPoint 1+ MultiPolygon MultiLineString Line LinearRing 1+ Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

1-D-Objekte: MultiLineString MultiLineString: Menge (Aggregation) von LineStrings LineString2 LineString1 LineString1 LineString2 LineString1 LineString2 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Simple Features und Topologie LineString3 LineString2 Punkt p LineString1 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 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

UML-Diagramm: 2-D-Objekte Geometry SpatialReferenceSystem Point Curve Surface GeometryCollection 1+ 2+ 1+ LineString Polygon MultiSurface MultiCurve MultiPoint 1+ MultiPolygon MultiLineString Line LinearRing 1+ Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

nicht topologisch zusammenhängend Polygon: Definition begrenzt durch genau einen äußeren Ring und beliebig viele innere Ringe (= einfache Zyklen) Inneres topologisch zusammenhängend Polygon kein Polygon nicht topologisch zusammenhängend Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Polygon: Definition begrenzt durch genau einen äußeren Ring und beliebig viele innere Ringe (= einfache Zyklen) Inneres topologisch zusammenhängend Polygon Polygon Polygon kein Polygon Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

nicht topologisch zusammenhängend Polygon: Definition begrenzt durch genau einen äußeren Ring und beliebig viele innere Ringe (= einfache Zyklen) Inneres topologisch zusammenhängend Polygon nicht topologisch zusammenhängend kein Polygon kein Polygon Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

UML-Diagramm: 2-D-Objekte Geometry SpatialReferenceSystem Point Curve Surface GeometryCollection 1+ 2+ 1+ LineString Polygon MultiSurface MultiCurve MultiPoint 1+ MultiPolygon MultiLineString Line LinearRing 1+ Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

MultiPolygon: Definition Aggregation von Polygonen Die Inneren der Polygone sind disjunkt Berührung der Ränder zweier Polygone nur in Punkten kein MultiPolygon Polygon 1 Polygon 2 ein MultiPolygon Polygon 2 Polygon 1 ein MultiPolygon Polygon 1 Polygon 2 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Polygon und MultiPolygon Zweck der Unterscheidung: Eindeutigkeit der Modellierung Eindeutigkeit: für jedes Realweltobjekt ("Punktmenge") darf es nur eine Möglichkeit der Modellierung geben See Park ein Polygon mit Loch zwei Polygone zwei verschiedene Möglichkeiten Erfasser 1 Erfasser 2 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Simple Features: Methoden (Auszug) Geometry +ReferenceSystem() +Dimension() +Boundary() Point +X() +Y() Curve +Length() +StartPoint() +EndPoint() +IsClosed() +IsRing() Surface +Area() +Centroid() +PointOnSurface() 2+ Polygon +ExteriorRing() +NumInteroirRing() +InteriorRingN() LineString +NumberofPoints() +PointN() Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

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) Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Punktmengentopologie (Wh. aus GIS I) Beziehungen zwischen Punktmengen Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Topologische Relationen (Wh. aus GIS I) X  Y X°  Y° X  Y° X°  Y Operation     X disjunkt Y not     X trifft Y not  not    X gleicht Y  not  not   X innerhalb Y  not   not  Y innerhalb X not  not   not  X überdeckt Y not  not  not   Y überdeckt X not  not  not  not  X überlappt Y X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Topologische Relationen (Wh. aus GIS I) X  Y X°  Y° X  Y° X°  Y Operation     X disjunkt Y not     X trifft Y not  not    X gleicht Y  not  not   X innerhalb Y  not   not  Y innerhalb X not  not   not  X überdeckt Y not  not  not   Y überdeckt X not  not  not  not  X überlappt Y X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Topologische Relationen (Wh. aus GIS I) X  Y X°  Y° X  Y° X°  Y Operation     X disjunkt Y not     X trifft Y not  not    X gleicht Y  not  not   X innerhalb Y  not   not  Y innerhalb X not  not   not  X überdeckt Y not  not  not   Y überdeckt X not  not  not  not  X überlappt Y X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Topologische Relationen (Wh. aus GIS I) X  Y X°  Y° X  Y° X°  Y Operation     X disjunkt Y not     X trifft Y not  not    X gleicht Y  not  not   X innerhalb Y  not   not  Y innerhalb X not  not   not  X überdeckt Y not  not  not   Y überdeckt X not  not  not  not  X überlappt Y X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Topologische Relationen (Wh. aus GIS I) X  Y X°  Y° X  Y° X°  Y Operation     X disjunkt Y not     X trifft Y not  not    X gleicht Y  not  not   X innerhalb Y  not   not  Y innerhalb X not  not   not  X überdeckt Y not  not  not   Y überdeckt X not  not  not  not  X überlappt Y X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Topologische Relationen (Wh. aus GIS I) X  Y X°  Y° X  Y° X°  Y Operation     X disjunkt Y not     X trifft Y not  not    X gleicht Y  not  not   X innerhalb Y  not   not  Y innerhalb X not  not   not  X überdeckt Y not  not  not   Y überdeckt X not  not  not  not  X überlappt Y X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Topologische Relationen (Wh. aus GIS I) X  Y X°  Y° X  Y° X°  Y Operation     X disjunkt Y not     X trifft Y not  not    X gleicht Y  not  not   X innerhalb Y  not   not  Y innerhalb X not  not   not  X überdeckt Y not  not  not   Y überdeckt X not  not  not  not  X überlappt Y X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Topologische Relationen (Wh. aus GIS I) X  Y X°  Y° X  Y° X°  Y Operation     X disjunkt Y not     X trifft Y not  not    X gleicht Y  not  not   X innerhalb Y  not   not  Y innerhalb X not  not   not  X überdeckt Y not  not  not   Y überdeckt X not  not  not  not  X überlappt Y X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Topologische Relationen (Wh. aus GIS I) X  Y X°  Y° X  Y° X°  Y Operation     X disjunkt Y not     X trifft Y not  not    X gleicht Y  not  not   X innerhalb Y  not   not  Y innerhalb X not  not   not  X überdeckt Y not  not  not   Y überdeckt X not  not  not  not  X überlappt Y X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Vom 4 Schnitt- zum 9-Schnitt-Modell: Rand, Inneres und Äußeres Inneres (°) rot Rand () grün Äußeres ( ¯ ) blau Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Vom 4 Schnitt- zum 9-Schnitt-Modell Inneres Y Rand Y Inneres X X°  Y° X°  Y Rand X X  Y° X  Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Vom 4 Schnitt- zum 9-Schnitt-Modell 9-Schnitt-Modell (blau und grün) Inneres Y Rand Y Äußeres Y Inneres X X°  Y° X°  Y X°  Y ¯ Rand X X  Y° X  Y X  Y ¯ Äußeres X X ¯  Y° X ¯  Y X ¯  Y ¯ Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Was bringt das 9-Schnitt-Modell? F L F L 4-Schnitt-Modell Schnitte der Inneren leer Schnitte Rand mit Innerem leer Schnitte der Ränder nicht leer 4-Schnitt-Modell Schnitte der Inneren leer Schnitte Rand/Innere leer Schnitte der Ränder nicht leer im 4-Schnitt-Modell nicht unterscheidbar! 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 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Erweiterung um Dimension 9- und 4-Schnitt-Modell: Schnitt leer/nicht leer Erweiterung: Dimension des Schnitts Inneres Y Rand Y Äußeres 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 ¯) Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Erweiterung um Dimension 9- und 4-Schnitt-Modell: Schnitt leer/nicht leer Erweiterung: Dimension des Schnitts Inneres Y Rand Y Äußeres 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 ¯) Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

0, falls A  B nulldimensional ist 1, falls A  B eindimensional ist Definition von dim( ) -1, falls A  B =  0, falls A  B nulldimensional ist 1, falls A  B eindimensional ist 2, falls A  B zweidimensional ist dim(A  B) = Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Was bringt die Dimension? F1 F1 F2 F2 4-Schnitt-Modell Schnitte der Inneren leer Schnitte Rand mit Innerem leer Schnitte der Ränder nicht leer 4-Schnitt-Modell Schnitte der Inneren leer Schnitte Rand/Innere leer Schnitte der Ränder nicht leer im 4-Schnitt-Modell nicht unterscheidbar! Dimension Dimension des Schnitts der Ränder von F1 und F2: 1 Dimension Dimension des Schnitts der Ränder von F1 und F2: 0 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

Verwendung des DE-9IM bei Simple Features * ist Joker (Wert ist egal) 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 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

DE-9IM: benannte räumliche Beziehungen I/II grün.Touches(rot) grün.Crosses(rot) grün.Within(rot) rot.Contains(grün) grün.Overlaps(rot) Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

DE-9IM: benannte räumliche Beziehungen II/II grün.Disjoint(rot) grün.Intersects(rot)  not grün.Disjoint(rot) grün.Equals(rot) Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10

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