Projektgruppe Vertiefer Kartographie und Geoinformation WS 00/01

Präsentation zum Thema: "Projektgruppe Vertiefer Kartographie und Geoinformation WS 00/01"—  Präsentation transkript:

1 Projektgruppe Vertiefer Kartographie und Geoinformation WS 00/01
Referentin: Ariane Middel

2 Linse Filter, Einführung „Geographische Datenmodelle sind wie eine
oder ein Filter, wodurch wir die Komplexität der Realität wahrnehmen und interpretieren können“.

3 Geodaten-Modelle Shapefiles Coverages ArcView 2 räumliche Objekte
Desktop-GIS räumliche Objekte Coverages ArcInfo 7 räumliche Daten Attribute Geometrieattribute Sachattribute Binärdateien Identifier Tabellen Binärdateien Das Konzept von Shapefiles wurde in ArcView 2 eingeführt – ein Desktop-GIS von ESRI, das in etwa den Funktionsumfang von ArcMap besitzt. Shapefiles sind Dateien für räumliche Objekte, die Geometrie- und Sachattribute, aber keine Topologie besitzen. Die Sachattribute werden in Tabellen verwaltet und die Geometrieattribute werden in Binärdateien gespeichert. Coverages sind die Datenstrukturen der früheren Versionen von ArcInfo. Auch hier werden räumliche Daten mit Attributen kombiniert. Die räumlichen Daten sind in indizierten Binärdateien gespeichert und die Attributdaten werden in Tabellen gespeichert. Beide werden durch einen Identifier miteinander verbunden. Im Gegensatz zu den Shapefiles können bei den Coverages auch topologische Beziehungen gespeichert werden. Tabellen Topologie Topologie

4 Geodaten-Modelle - Coverages -
Nachteile Topologische Integrität Linie splittet Polygon Straße oder Fluss ?! „natürliche“ Verhaltensweisen Flüsse fließen abwärts Gebäude sind immer rechtwinklig Autobahnauffahrt Nachteilig ist jedoch, dass die einzelnen Objekte in ihren Verhaltensweisen an die Topologische Integrität gebunden sind: Wenn eine Linie durch ein Polygon läuft, wird dieses in zwei Polygone gesplittet. Oder: die Verhaltensweisen einer Linie, die eine Straße repräsentiert, sind identisch mit dem Verhalten einer Linie, die einen Fluss darstellen soll. Den Objekten mangelt es sozusagen an „natürlichen Verhaltensweisen“

5 Geodaten-Modelle - Geodatabase -
objektorientiertes Datenmodell von ArcInfo 8 Verwaltung von Geometrie Topologie Attributen Relationen in Tabellen Dem gegenüber steht nun die Geodatabase, ein objektorientiertes Datenmodell von ArcInfo, das sowohl die Geometrie als auch die Topologie, Attribute und Relationen von Objekten in Tabellen verwaltet. Die objekt-orientierte Datenmodellierung ermöglicht es, die features (das sind Objekte mit Raumbezug) „natürlicher“ zu charakterisieren, indem man eigene Objekttypen definiert durch topologische, räumliche und generelle Beziehungen.

6 Inwieweit ist ArcInfo objektorientiert ?
Polymorphismus Kapselung Vererbung unified data model einheitlicher Zugriff auf Geodaten von verschiedenen Datenquellen data access auf Objekte kann nur durch Methoden über Schnittstellen zugegriffen werden Polymorphismus besagt hier, dass auf unterschiedliche Datenquellen (Coverages, Shapefiles und die Geodatabase) einheitlich zugegriffen werden kann. Dies wird durch das „unified data model“ sichergestellt. Für den Benutzer bedeutet das zum Beispiel, dass grundlegende Operationen wie zeichnen, hinzufügen, löschen bei allen Features gleich sind, egal ob sie sich in der Geodatabase, dem Coverage oder dem Shapefile befinden. Aufgrund der Kapselung kann nur durch Software-Methoden auf Objekte zugegriffen werden, und zwar über Software-Schnittstellen. ArcCatalog ist das user interface zur Geodatabase. Die Aufmerksamkeit des Benutzers wird somit auf das Erstellen eines Geodatenmodells gelenkt und die meisten physikalischen Datenbasisstrukturen werden versteckt. Mittels Vererbung können die standard features erweitert werden zu custom features: es können Objektklassen definiert werden, die das Verhalten einer anderen Objektklasse übernehmen und zusätzlich noch andere Verhaltensweisen bekommen. extensible features Objektklassen erben Verhaltensweisen und Attribute einer anderen Objektklasse

7 ArcInfo - Zugang ArcCatalog ArcMap ArcToolbox Geodaten-Browser
Visualisierung von Geodaten Der Zugang zum System kann über mehrere Programme erfolgen. ArcCatalog ist die Anwendung von ArcInfo, mit der man auf die Geodaten zugreift, sie erkundet und verwaltet, also eine Art „Geodaten-Browser“. Seine Benutzeroberfläche ähnelt der des Windows-Explorers. ArcMap dient zur Visualisierung der Geodaten in Form von Karten, wie der Name Map schon sagt. Die Darstellung erfolgt mit Hilfe von Layern, auf die ich nachher noch genauer eingehen werde. Neben der Visualisierung kann man mit ArcMap auch noch Anfragen formulieren und die Geodaten interaktiv ändern. ArcToolbox dient zur Analyse und Konvertierung und stellt hierfür jede Menge Tools zur Verfügung. Näheres zu diesen Anwendungen sowie eine Kurzanleitung zu ArcInfo ist auch auf der Institutswebseite zu finden unter der Rubrik GIS-Labor. ArcToolbox Werkzeuge und Funktionen

8 Kartenelemente data frame(s) map surrounds map elements Layer
beschreiben den kartographischen Kontext Maßstab Legende Nordpfeil map elements gehören zum Seitenlayout Bilder Linien, Rechtecke, Polygone Eine Karte in ArcMap besitzt einen oder mehrere data frames, die den Rahmen bilden, in dem die Karte dargestellt wird. Ein data frame kann einen oder mehrere Layer besitzen, die übereinandergestapelt werden. Jeder data frame hat einen oder mehrere map surrounds, die den kartographischen Kontext beschreiben. Dazu gehören kartographische Elemente wie Nordpfeil (für die Orientierung der Karte), Maßstab und Legende. Die Map surrounds sind dynamisch mit dem data frame verbunden, d.h. der Nordpfeil wird automatisch gedreht, wenn sich die Ausrichtung der Karte ändert usw. Das Seitenlayout umfaßt noch weitere Kartenelemente wie Linien, Polygone, Rechtecke, Text, Bilder, die keine explizite Verbindung zum data frame besitzen.

9 Was ist ein Layer? Darstellungsvorschrift für Geodaten
Festlegung der Zeichenmethoden Visualisierung der Features und Attribute styles selection Festlegung des Koordinatensystems Festlegung des Maßstabs visible scale range Referenz zur Datenbank dynamisch Ein geographischer Datensatz für einen Fahrradroutenplaner könnte eine Anzahl von Feautures und Attributen haben wie Haupt-, Nebenstraßen, Autobahnen, Radwege, Straßenbelag usw., aber er liefert keine Instruktionen zur Darstellung. Die Zeichenmethoden werden erst mit der Erschaffung eines Layers spezifiziert. Ein Layer ist eine Darstellungsvorschrift für Geo-Daten. Er definiert, wie die einzelnen Features und Attribute auf der Karte visualisiert werden. Ein Layer wird als Teil eines Kartendokumentes gespeichert oder als separates File auf dem Computer mit der Endung *.lyr Es werden dabei alle Spezifikationen, die man auf der Karte macht, mitgespeichert, also Definitionen für styles, selestions etc. Ein Layer enthält die Daten nicht, sondern er ist lediglich eine Referenz zu einem Satz geographischer Daten. Ein Layer ist die Schnittstelle zwischen der Datenbank und der Karte. „Schnittstelle“ zwischen Geodaten und Karte

10 Verschiedene Arten von Layern
feature layer point layer line layer polygon layer annotation layer TIN layer Es gibt in ArcMap verschiedene Arten von Layern: feature layer - er dient zur Modellierung von diskreten Features mit präzisen Formen und Grenzen, seine feature class besteht aus einer homogenen Sammlung von Linien, Punkten und Polygonen. annotation layer TIN-layer - er repräsentiert eine kontinuierliche, dreidimensionale Oberfläche aus adjazenten Dreiecken mit Kanten und Knoten raster layer - Referenz zu einem Raster CAD-layer group layer – Zusammenfassung mehrerer Layer (z.B. kann man Straßen und Eisenbahn zusammenfassen zu transportation network) raster layer CAD layer group layer

11 Darstellungsmethoden für Raster-Layer
Thematische Daten Spektrale Daten Bilder Zum einen können thematische Daten dargestellt werden (chemische Konzentration eines Stoffes) spektrale Daten (Satellitenbilder) und Bilder wie Scans oder Fotos. Raster-Layer werden häufig als Hintergrund-Layer benutzt für Oberflächen- und Vektordaten. Das gibt der Karte eine gewisse Tiefe.

12 Darstellungsmethoden für TIN-Layer
TIN-Elemente hillshading graduated colors Höhe hillshading – hierbei wird der Winkel zwischen einer zuvor definierten Sonnenrichtung und der Dreiecksnormalen benutzt, um Schattierungen auf den Dreiecken zu erzeugen, die eine Lichtreflexion auf der Oberfläche simulieren. Das bewirkt eine realistische 3D-Ansicht auf einem 2D-Display. Ferner kann man TIN-Layer noch mittels graduated colors darstellen, und zwar indem man mit Hilfe der Farbskala die Höhe rendert, die Ausrichtung oder die Neigung. Neigung Ausrichtung

13 Darstellungsmethoden für Feature-Layer (1)
simple renderer einheitliches Symbol für alle Features unique value renderer einheitliches Symbol für Features mit gleichen Attributwerten simple renderer: alle features werden mit einem Symbol gezeichnet. Diese Methode ist gut für homogene geographische Features oder als Hintergrund für wichtigere features. Die sogenannte single symbol map gibt einen Überblick darüber, wie Features verteilt sind, ob sie geballt oder zerstreut liegen, und über räumliche Verteilungspatterns von Features. Mit dem unique value renderer werden Features basierend auf einem Attributwert oder einer Charakteristik, die sie identifiziert, dargestellt, indem jeder Attributwert in einer anderen Farbe visualisiert wird – z.B. jeder Straßentyp oder wie im Beispiel jeder Vegetationstyp. So kann man verschiedene Features in Beziehung zueinander sehen, relative Häufigkeit und Verteilungen erkennen, sehen, ob die Features gruppiert oder zerstreut liegen, wie viele Features einer Kategorie im Vergleich zu einer anderen vorhanden sind.

14 Darstellungsmethoden für Feature-Layer (2)
class breaks renderer quantitative Features werden mit graduated colors dargestellt graduated symbol renderer Größe des Basis-Symbols ändert sich nach Klassifizierung Der class breaks renderer ist eine Zeichenmethode für quantitative Features. Zur Darstellung klassifiziert man die Werte, also unterteilt sie in bestimmte Klassen, und wählt eine Skala mit Farbübergängen. Jede Klasse von Werten bekommt eine Farbe zugewiesen, und man erhält so eine graduated color map. Diese Zeichenmethode ist besonders sinnvoll für numerisch geordnete Daten, die zählbare oder kontinuierliche Werte repräsentieren wie Höhe oder – in diesem Beispiel die Bevölkerungsdichte. Der graduated symbol renderer ist eine Zeichenmethode, bei der die Basis-Symbolgröße des Features für jede Klasse von Werten variiert wird. Wichtig ist, dass das größte Symbol klein genug ist, damit es nicht komplett die benachbarten Symbole überdeckt, wobei die Größe der einzelnen Kategorien noch unterscheidbar sein muss. Der proportional symbol renderer ist ähnlich der vorigen Darstellungsmethode, allerdings verändert sich die Darstellungsgröße proportional zum Attributwert. proportional symbol renderer Größe des Basis-Symbols verändert sich proportional zum Attributwert

15 Symbole (1) Zeichen-Symbole (point features) character marker symbols
simple marker symbols arrow marker symbols character marker symbols: einzelne, einfarbige Buchstaben in True Type-Schriftart simple marker symbols: Quadrate oder Kreise (optimiert für schnellen Display) arrow marker symbols: ein True Type-Schrift für Pfeilspitzen picture marker symbols: bmp (Raster), enhanced metafile (emf=Vektorgrafik) multilayer marker symbols: Kombination aus allen anderen marker symbols, die Form und Text vereint picture marker symbols multilayer marker symbols H

16 Symbole (2) Linien-Symbole (linear features) cartographic line symbol
hash line symbol marker line symbol cartographic line symbol: einfache Linie mit Einstellmöglichkeiten für Breite, Farbe, Parallelem Abstand, Pfeilspitzen und Strichelung, hash line symbol: kurze Striche, die in einem best. Winkel zum Linienverlauf stehen marker line symbol: besteht aus Zeichen-Symbolen, die ein Muster bilden multilayer line symbol: zusammengesetztes Symbol aus den anderen Liniensymbolen (z.B. Eisenbahn) multilayer line symbol

17 Symbole (3) Füll-Symbole (areal features) simple fill symbol
line fill symbol marker fill symbol fill symbol: einfarbige Füllung, die in Farbe, Rahmenart und –breite variiert werden kann line fill symbol: die Linienfüllung kann in Winkel und Abstand genauer spezifizieren werden, marker fill symbol: wird als Grid gezeichnet gradient fill symbol: ist der Übergang von zwei Farben: entweder linear, radial oder rechteckig (vom Zentrum nach außen) gradient fill symbol

18 Symbole (4) Füll-Symbole (areal features) Text-Symbole
picture fill symbol multilayer fill symbol picture fill symbol: bmp oder emf multilayer fill symbol: Zusammensetzung aus anderen Füll-Symbolen. Text-Symbole labels annotations

19 Darstellung von Attributen (1)
type attributes coded value Symbole, Liniensignatur, Füllmuster measured attributes numerische Werte Symbolgröße Attribute, die einen Objekttyp bezeichnen, bestehen aus einem coded value, das heißt sie sind entweder ein numerischer Wert oder ein abgekürzter String. Die Typ-Attribute können wahlweise durch Symbole, eine Liniensignatur oder ein Füllmuster dargestellt werden. Measured Attributes sind reale numerische Werte, die gemessen werden können (z. B. Entfernung oder Fläche) und können mittels variierender Symbolgröße visualisiert werden.

20 Darstellung von Attributen (2)
classified attributes coded value, numerische Werte Farbe descriptive attributes String neben, entlang, innerhalb Classified attributes können coded values oder numerische Werte sein und mittels verschiedener Farben dargestellt werde. Eine Farbe repräsentiert dann alle features mit demselben Attributwert. Zuletzt gibt es noch die descriptive attributes, die dem Feature seinen Namen geben oder seine Kategorie oder seinen Zustand charakterisieren. Sie bestehen aus einem String und können neben, entlang oder innerhalb eines Features stehen.

21 Positionierung und Gestaltung von Schrift
Label mit Karten-Feature verbundener Text Annotation in Text-Grafik konvertiertes Label Map Tips „Hot Objects“ Hyperlink Webseite Beschriftung kann recht hilfreich sein für den Betrachter, die Karte zu interpretieren. Es gibt verschiedene Arten von Beschriftung: Text, der mit einem Karten-Feature verbunden ist, nennt man Label. Die Annotation ist ein in Text-Grafik konvertiertes Label, das unabhängig vom Feature bewegt werden kann. Map Tips sind wie die Hot Objects sie erscheinen, wenn der Mauszeiger längere Zeit über einem Feature verweilt. Bei einem Hyperlink startet ArcMap den Default-Browser und zeigt eine Webseite an.

22 Label manuelle Beschriftung dynamische Beschriftung
Schriftart, -größe und -farbe maßstabsabhängig Prioritäten Zunächst stellt man sich die Frage, was man beschriften will. Sind es nur ein paar Features, kann man die Beschriftung tippen und neben dem Feature platzieren oder die Beschriftung manuell vom Feature-Attribut ableiten. Doch das ist sehr mühsam. Will man alle Features in einem oder in mehreren Layern beschriften, man kann anstelle von manueller Platzierung auch die Label von ArcInfo dynamisch generieren und platzieren lassen, basierend auf einem Attribut des Features, z. B. Straßenname. Hierbei können auch wieder Größe, Art und Farbe der Schrift kontrolliert werden, um Labels für verschiedene features zu differenzieren. ArcMap versucht, so viele Label wie möglich auf der Karte darzustellen, ohne dass sie sich überschneiden und passt die Label automatisch dem verfügbaren Platz an. Beim Rauszoomen aus der Karte sieht man weniger Label, weil ArcMap weniger Platz hat, sie darzustellen. Die dynamische Beschriftung ist also maßstabsabhängig. Man kann für jeden Layer Labelprioritäten setzen und innerhalb eines Layers auch für bestimmte Feature-Gruppen.

23 Annotationen (1) Label Annotation annotation groups
Annotationen werden mit der Karte gespeichert annotation feature class Annotationen werden separat in einer Geodatabase gespeichert Für mehr Kontrolle kann man die dynamischen Label in Annotationen konvertieren: Die Label werden in Text konvertiert, so dass man mit jeder Annotation unabhängig arbeiten kann (verschieben, Größe etc. ändern). Sind unabhängig vom Feature!! Die Annotationen können zum einen in sogenannten „annotation groups“ gespeichert werden zusammen mit der Karte (wird die Karte gelöscht, werden auch die Annotationen gelöscht) Die Annotationen können auch separat in einer geodatabase gespeichert werden. Sie können dann zu jeder Karte hinzugefügt werden als annotation layer im table of contents. Das ist sinnvoll, wenn man die Annotationen in verschiedenen Karten verwenden will und bei mehr als 100 Label, da ArcMap Labels in annotation feature class schneller anzeigen und auf sie zugreifen kann.

24 Annotationen (2) simple annotation
Nußallee Meckenheimer Allee Endenicher Allee annotation feature class 1 2 3 Simple annotation ist nicht mit Feature verbunden und erlaubt die freie Plazierung des Textes in der Karte. Sie kann benutzt werden für große, unbestimmte Größen, die nicht von einem einzelnen Feature repräsentiert werden, z.B. Koordinaten usw. Annotation nicht mit Feature verbunden freie Textplatzierung

25 Annotationen (3) feature-linked annotation
Poppelsdorfer Schloß Kartographisches Institut Beethoven-Denkmal 1 2 3 annotation feature class 10 11 12 55 56 57 composite relationship class feature class feature-linked annotation Die Annotation kann auch an Features gebunden werden , indem man eine Beziehung zwischen der feature class und der annotation feature class in Form einer Komposition herstellt. Die annotation feature class besitzt Feld, von dem der Beschriftungstext für die Annotation abgeleitet wird. Das ist normalerweise der Name des Ortes oder der Straße, kann aber auch jedes Attribut eines Features sein. Die Annotation ist von der Existenz des Features abhängig, das Feature kontrolliert also die Lebensdauer der Annotation. Wird das Feature der Komposition gelöscht, dann auch die assoziierte Annotation. Die feature-linked annotation ist dynamisch mit dem Feature verbunden: wird das Feature bewegt, bewegt sich auch das Label mit. Annotation an Feature gebunden Komposition dynamische Beschriftung

26 Darstellung von Netzen (2)
Duale Repräsentation von Netzwerken: logical network geometric network Graph aus Kanten und Knoten Elemente „Basis“ Die Geodatabase hat eine duale Repräsentation des linearen Systems: das geometrische Netzwerk und das logische Netzwerk. Das logische Netzwerk ist ein reiner Graph aus Knoten- und Kantenelementen, die topologisch miteinander verbunden sind. Eine Kante hat zwei Knoten, und ein Knoten kann mehrere Kanten haben. Sein Zweck ist es nur, die Verbindungs-Informationen eines Netzwerkes zusammen mit bestimmten Attributen zu speichern. Da die Kanten und Knoten im logischen Netzwerk keine Geometrie besitzen, sind sie keine Features sondern Elemente. Das Logische Netzwerk erscheint nicht direkt in ArcInfo Anwendungen, aber es bildet die Basis für das geometric network, denn es definiert die Verhaltensregeln für die Klassen von Knoten und Kanten. Das geometric network im Gegensatz dazu hat Features, die Geometrie besitzen und kartiert werden können. Ein geometrisches Netzwerk ist IMMER assoziiert mit einem logical network. Features assoziiert mit logical network

27 Darstellung von Netzen (1)
geographic view network view

28 Darstellung von Netzen (3)
Features ID geometry ... Eisenbahn Fluß Autobahn Radweg Bahnhof Gastronomie Kanten Knoten Elemente Verbindungen Knoten- ID adjazente Kanten Wie das geometrische und das logische Netzwerk in Verbindung stehen, zeigen die folgenden Tabellen: Die Features des geometrischen Netzwerkes korrespondieren zu den Elementen des logischen Netzwerkes in der Kanten- und Knotentabelle. In einer weiteren Tabelle wird gespeichert, wie die Knoten und Kanten des logischen Netzwerkes miteinander verbunden sind.

29 Das geometrische Netzwerk
network feature class simple junction feature Feature Element PMH- 7 complex junction feature Zwischen den features in beiden Netzwerken git es eine „one-to-one und eine one-to-many“ Beziehung. Die network feature class ist eine homogene Sammlung aus folgenden network features, also den Features, die die Knoten und Kanten im geometrischen Netzwerk repräsentieren: simple junction feature, complex junction feature, simple edge feature, complex edge feature simple edge feature complex edge feature

30 Netzwerke utility networks transportation networks
Wasser, Elektrizität etc. wird geleitet Flußrichtung feststellen isolierte Teile des Netzwerkes finden Autos, Züge etc. können sich als autonome Objekte frei bewegen kürzerste Radroute zwischen zwei Punkten Route mit der geringsten Steigung Route mit den meisten Sehenswürdigkeiten

31 Tracing on networks weights Länge der Route Steigung der Route
Weights sind Gewichte, die man einführen kann, um die „Kosten fürs Passieren“ darzustellen. Kanten-weight = Länge einer Strecke, Steigung oder der Straßenbelag. Diese weights können in ArcMap allerdings nur zurkürzester-Weg-Suche eingesetzt werden. Das trace result kann als Zeichnung auf der Karte dargestellt werden oder eine Kartenselektion sein. Straßenbelag

32 Machbarkeitsstudie (1)
Kartenelemente Legende, Nordpfeil, Maßstab Darstellung von Objekten und Attributen Symbole und Signaturen Beschriftung Stadtteile, Straßennamen dynamisch

33 Machbarkeitsstudie (2)
Netzwerkanalysen transportation network Erzeugung von Objekten aus Objekten der Geodatenbank Umwandlung von ATKIS-Daten in Shapefiles Editieren von Objekten Attribute hinzufügen oder ändern

34 Alles klar?

35

36 Polymorphismus – unified data model -
ArcInfo applications Geodatabase data access objects data components ArcInfo stellt den einheitlichen Zugriff auf die Geodaten sicher von verschiedenen Datenquellen wie Coverages, Shapefiles und der Geodatabase. Der Entwickler interagiert mit den Datenobjekten durch ein Gerüst von objektorientierten Softwareklassen, den Geodatabase data access objects. Grundlegende Verhaltensweisen wie die Operationen zeichnen, hinzufügen, löschen sind bei features gleich, egal ob sie in der Geodatabase, dem Coverage oder dem Shapefile sind. geodatabase coverage shapefile data sources

37 Vererbung - extensible features -
Junction- Feature Simple- Junction- Feature Complex- standard feature types Aus den standard feature types können custom feature types erschaffen werden. Bsp.: Netzwerk z.B. Sehenswürdigkeiten anstatt von Punkten. Die haben dann die Standardabfrage-, Anzeige- und Bearbeitungsverhaltensweisen wie die Punkt- und Linien-Features, aber noch zusätzliche Verhaltensweisen. Burg Tausendschlösser-Route Wasserschloß custom feature types

38 Kapselung - data access -
Dataset Feature- Dataset Table ObjectClass Relationship- Class Die Features in der Geodatabase werden als relationale Tabellen implementiert. Einige Tabellen repräsentieren die Sammlung von features, andere die Beziehungen zwischen den features, „validation rules und attribut domains“. Die Anwender müssen die Details der internen Struktur der Geodatabase nicht wissen – ArcCatalog ist das user interface (= Schnittstelle) zur Geodatabase. Der object view der Daten lenkt Augenmerk auf das Erstellen eines Geodatenmodells und versteckt die meisten physikalischen Datenbasisstrukturen“. Feature- Class