In der 4. Übung „GIS Grundlagen in der Raumplanung“ sollen Karten und Luftbilder gespeichert und anschließend georeferenziert werden.
Im 1.Schritt werden nun die zu bearbeitenden Karten (TK 40.000, TK 20.000) und Luftbilder (DOP 10.000, DOP 5.000, DOP 2.500, DOP 1.000) von der Seite der „Naturschutzverwaltung Rheinland Pfalz“ abgespeichert. Beim Abspeichern der jeweiligen Karte muss darauf geachtet werden, dass nur Änderungen bezüglich Maßstab und Layeranzeige vorgenommen werden.
Das Abspeichern der Karten und Luftbilder erfolgt als jpg unter „Mozilla Firefox“ -> „Seiteninformation“ -> „Medien“.
Für die Georeferenzierung ist es notwendig, den Rechts- und Hochwert des oberen linken Pixels jeder Karte und jedes Luftbildes zu wissen, welcher direkt auf der Seite der „Naturschutzverwaltung Rheinland-Pfalz“ durch die Funktion„Linkgenerator“ -> „Punkt bearbeiten“ abgelesen werden kann. Dabei muss beachtet werden, dass mit dem Kreuz in die obere linke Ecke der Karte geklickt werden muss, damit Rechts- und Hochwert des oberen linken Pixels angezeigt wird.
Anschließend muss noch die Länge der TK 40.000 ausgemessen werden. Dies erfolgt durch die Funktion „Strecken und Flächen messen“.
Im 2.Schritt wird nun die TK 40.000 in ArcMaps geladen und die Pixelgröße eines Pixels ausgerechnet -> Strecke in der TK 40.000 in m/Pixelanzahl. Da sich der Maßstab der übrigen Karten und Luftbilder immer halbiert, muss keine weitere Pixelgröße so errechnet werden, sondern kann von der vorhergehenden immer halbiert werden.
Im 3. Schritt wird nun die eigentliche Georeferenzierung der Karten vorgenommen. Dies erfolgt durch die Erstellung einer Wordfile, welche in diesem Fall die Endung jgw erhält.
In der Wordfile werden folgende Daten eingetragen:
1.Zeile: Pixelgröße
2.Zeile: Angaben zur Rotation (=0)
3.Zeile: Angaben zur Rotation (=0)
4.Zeile: negative Pixelgröße
5.Zeile: Rechtswert der linken oberen Ecke [=Rechtswert+(1/2 Breite eines Pixels)]
6.Zeile: Hochwert der linken oberen Ecke [=Hochwert-(1/2 Breite eines Pixels)]
Im 4. Schritt muss nun nur noch die Wordfile jeder Karte als„Textdocument – MS – DOS – Format“ und jwg mit dem Namen der jeweiligen jpg-Datei abgespeichert werden.
In einem letzten Schritt muss in ArcMap die „Germany Zone 3“ ausgewählt werden und die jwg Dateien reingeladen werden (beginnend mit der TK 40.000 bis zum DOP 1.000). Anschließend wird unter „Layers“ -> „New Group Layers“ ein TK-Layer (TK 40.000 und 20.000) und ein Luftbild-Layer (DOP 10.000, 5.000, 2.500, 1000) errichtet.
Die 3. Übung „Gis Grundlagen in der Raumordnung“ dient zur Einarbeitung in die in ArGis vorhandenen Abfrage- und Geoanalysemethoden zur Datenverarbeitung und -anpassung. Als Materialien dienen die bereits im Geodatenverzeichnis vorhandenen Dateien Landkreise in Rheinland-Pfalz und Naturschutzgebiete in Rheinland-Pfalz.
Auf Grundlage dieser Materialien sollen nun mittels geeigneter Abfragen und Analysemethoden Layer und Tabellen erzeugt werden. Dabei ist es wichtig, auf die richtige Funktionswahl zu achten.
1. Schritt Layer_1 -Erzeugung eines Layers mit den Grenzen des Landkreises und der Stadt Kaiserslautern mit Hilfe einer Attributbezogenen Abfrage Bei diesem Schritt wird die Funktion „Select by Attribut“ angewendet. Dabei werden aus dem Layer Lk-Grenzen mittels der Methode „ Create an new Selection“ und der Abfragefunktion „Name“ = „Kaiserslautern“ (unique values) alle Gebiete ausgewählt, welche den Namen „Kaiserslautern“ besitzen. Anschließend wird durch Rechtsklick auf den Layer LK-Grenzen und dem Befehl „Data“ -> „Export Data“ ein neuer Layer mit den zuvor ausgewählten Daten erstellt. Dieser Layer erhält den Namen Layer_1. Inhalt des Layer sind nun alle Objekte mit dem Namen Kaiserslautern. In diesem Fall sowohl die Stadt, als auch der Landkreis ( siehe Attributtabelle).
2. Schritt Layer_2 -Zusammenfassen der Objekte von Layer_1 zu einem einzigen Objekt mit Hilfe einer Geoanalyse Das Zusammenfassen von Objekten erfolgt über die Funktion „dissolve“, welche in der ArcToolbox unter „Data Management Tools“ -> „Generalization“ zu finden ist. Im Feld „Input Features“ wird nun der Layer_1 ausgewählt. Da das Zusammenfassen der Objekte über ein Feld, welches in beiden Objekten gleich bezeichnet sein muss, erfolgt, muss nun in diesem Fall unter dem Feld „ dissolve_field(s) das Feld „Name“ ausgewählt werden. Der nun entstandene Layer_2 enthält Informationen über Shape und Name des Objekts, welches die Größe des Landkreises aufzeigt.
3.Schritt Layer_3 -Auswahl aller Naturschutzgebiete, die sich mit Layer_1 überschneiden mit Hilfe einer Lagebezogenen Abfrage Um die Naturschutzgebiete zu erhalten, die sich mit dem Layer_1 überschneiden wird die Funktion „Select by Location“ angewendet. Im oberen Bereich wird nun der Layer Naturschutzgebiete ausgewählt, im unteren der Layer_1. Anhand der Funktion „intersect“, werden nun wieder alle Objekte, die sich mit dem Layer_1 überschneiden ausgewählt. Wie schon im 1. Schritt erläutert, kann nun durch Rechtsklick auf den Layer Naturschutzgebiete und dem Befehl „Export Data“ ein neuer Layer (Layer_3) mit den ausgewählten Objekten erstellt werden. Der erstellte Layer beinhaltet alle Naturschutzgebiete, welche sich im Landkreis oder in der Stadt befinden.
4.Schritt Layer_4 -Erzeugung von Pufferbereichen mit 300m, um die Naturschutzgebiete von Layer_3 mit Hilfe mit Hilfe einer Geoanalyse Um einen Pufferbereich um die Naturschutzgebiete zu erzeugen, wird das Tool „Buffer“, welches sich in der ArcToolbox unter Analysis Tool -> „Proximity“ befindet, ausgewählt. In das Feld „ Input Features“ wird nun der Layer, der benötigt wird, in diesem Fall Layer_3, eingestellt. Im Feld „ distance“ muss nun nur noch die Meterangabe eingegeben werden. Der erzeugte Layer_4 enthält zusätzlich zu den Informationen des Layers_3, Informationen über die Pufferbereiche um die Naturschutzgebiete.
5.Schritt Layer_5 -Erzeugung eines Layers mit den Grenzen der Stadt Kaiserslautern mit Hilfe einer Abfrage Die Erzeugung des Layers_5 erfolgt, wie schon im 1. Schritt beschrieben. Jedoch wird als Ausgangslayer der Layer_1 gewählt und bei der Abfragefunktion „Objektart1“= „Kreisfreie Stadt“ eingegeben. Der erzeugte Layer beinhaltet nun das Polygon Kaiserslautern, sowie die im LK-Grenzen Layer enthaltenen Informationen.
6.Schritt Layer_6a - Ausschneiden von Layer_4 mit Hilfe von Layer_5 mit einer Geoanalyse Das Ausschneiden von Layer_4 erfolgt durch die Funktion „Clip“, welche sich auch in der ArcToolbox unter „AnalysisTool“ -> „Extract“ befindet. Als „Input Features“ wird Layer_4 eingestellt, als „Clip Features“ Layer_5. Der entstandene Layer_6a stellt alle Naturschutzgebiete in der Stadt Kaiserslautern dar.
7.Schritt Layer_6b - Überschneidung von Layer_4 und Layer_5 mit Hilfe einer Geoanalyse Die Überschneidung der Layer_4 und Layer_5 erfolgt über das Tool „Intersect“, welches sich in der ArcToolbox unter „AnalysisTool“ -> „Overlay“ befindet. In das Feld „Input Features“ werden sowohl Layer_4, als auch Layer_5 ausgewählt. Der erzeugte Layer_6b beinhaltet alle Naturschutzgebiete der Stadt Kaiserslautern, sowie Informationen des Naturschutzgebiet-Layers und des LK-Grenzen Layers.
8.Schritt Layer_6c – Vereinigung von Layer_4 und Layer_5 mit Hilfe einer Geoanalyse Durch die Funktion „Union“, die sich wiederum in der ArcToolbox unter „AnalysisTool“-> „Overlay“ befindet, können Layer miteinander vereinigt werden. Im „Input Features“ müssen nur noch die Layer, in diesem Fall Layer_4 und Layer_5, ausgewählt werden. Der nun entstandene Layer_6c beinhaltet alle Naturschutzgebiete im Landkreis und die Grenzen der Stadt Kaiserslautern. Die Gebiete, die in der Stadt Kaiserslautern liegen beinhalten zudem Informationen vom Naturschutzgebiet-Layer, sowie vom Lk-Grenzen Layer.
9.Schritt – Berechnung der Fläche für den Layer_6c Die Berechnung der Fläche für den Layer_6c erfolgt über dessen Attributtabelle -> Spalte „Hektar“. Durch Rechtsklick auf die Spalte „Hektar“ kann nun die Funktion „Calculate Geometry“ ausgewählt werden. Nun muss nur noch im Feld „Units“ die richtige Einheit und im Feld „Property“ „Area“ ausgewählt werden. Die Fläche wird nun automatisch berechnet und in die Spalte „Hektar“ eingefügt.
10.Schritt - Erzeugen der Tabelle ‚Sum_Layer_6c.dbf’ auf Grundlage von Layer_6c Die Tabelle soll nur einen Datensatz (nur eine Zeile) je Naturschutzgebiet und folgende Attribute enthalten: Gebietsname, Gebietsnummer, Gebietsfläche Bei diesem Schritt muss zunächst die Attributtabelle des Layers_6c geöffnet werden. Durch Rechtsklick auf die Spalte „Gebietsnum“ kann die Funktion „Summarize“ ausgewählt werden. Im ersten Feld muss nun die Objekteigenschaft „Gebietsnum“ eingetragen werden. Im zweiten Feld müssen nun die beiden Objekteigenschaften „Gebietsnam“-> „First“ und „Hektar“ -> „Sum“ ausgewählt werden.
11.Schritt - Erläutern der Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Layer_6a und Layer_6b, sowie von Layer_6b und Layer_6c
1.Vergleich Layer_6a und Layer_6b
Gemeinsamkeiten: Beide Layer stellen alle Naturschutzgebiete, die in der Stadt Kaiserslautern liegen, dar. Unterschiede: Der Layer_6a beinhaltet ausschließlich Informationen des Naturschutzgebiets – Layers. Der Layer_6b beinhaltet zusätzlich zu den Informationen des Naturschutzgebiets – Layers auch Informationen des LK- Grenzen Layers.
2. Vergleich Layer_6b und Layer_6c
Gemeinsamkeiten: Beide Layer beinhalten alle Informationen des Naturschutzgebiets- Layers, als auch die Informationen des LK- Grenzen Layers.
Unterschiede: Der Layer_6b stellt alle Naturschutzgebiete, die im Gebiet der Stadt Kaiserslautern liegen dar. Der Layer_6c stellt dagegen alle Naturschutzgebiete, die im Gebiet des Landkreises Kaiserslautern liegen, sowie die Grenzen der Stadt Kaiserslautern dar.
Das Ziel der 2. Übung „GIS-Grundlagen in der Raumplanung“ ist es anhand des Plangebietes Eisenbahnausbesserungswerk Kaiserslautern eine Einarbeitung in das Programm ArcGis vorzunehmen.Als Materialien dienten eine Plangebietskarte (jpg-Format) und eine Karte, die die Plangebietsgrenzen vorgab (shp-Datei).
Im 1. Schritt wurden die benötigten Shapefiles, in diesem Fall Polygon- und Punktlayer, im ArcCatalog erstellt. Dabei musste besonderer Wert auf die Auswahl des richtigen Koordinatensystems (Germany Zone 3) gelegt werden, da sonst die korrekten Flächenberechnungen für das Plangebiet nicht durchgeführt werden können.
Dem Polygonlayer wurden die Attribute Nutzung, Geschosshöhe, sowie Fläche zugeordnet.Der Punktlayer erfasst die Attribute Objekttyp (Bäume) und Kronendurchmesser.
Im 2. Schritt wurden nun die erzeugten Polygon- und Punktlayer mit der Plangebietskarte und der Karte mit der Plangebietsgrenze durch die Funktion „Add-Data“ in ArcMap geladen. Anschließend wurde dem Attribute „Nutzung“ verschiedene Objekte (Polygonlayer: ÖG: Öffentliches Grün, HG: Halböffentliches Grün, PF: Private Freifläche, P: Parkplatz, Gebäudebestand, Gebäudeplanung (inkl. Geschoßhöhe) und Straßen; Punktlayer: Bäume) zugeteilt, die bei der späteren Bearbeitung der Objekte eine Unterscheidung oder Gruppierung ermöglichen.
Im 3. Schritt fängt nun die eigentliche Digitalisierung an. Alle Objekte der Plangrundlage werden nun im erstellten Polygonlayer erfasst und dem jeweiligen Objekt zugewiesen. Alle Flächen eines Objektes erhalten nun die gleiche Farbe.Durch die anschließende Clip-Funktion werden dieerzeugten Flächen von der Plangebietsgrenzkarte herausgeclipt und in den Polygonlayer übernommen. Wurden nun alle Objekte flächendeckend erfasst lassen sich in einem 4. Schritt alle Flächen automatisch berechnen. Dies geschieht über die Funktion Calculate Geometry. Da bei der Übung im 3. Schritt auch die Attribute Geschosshöhe manuell eingetragen wurden, lassen sich die Flächen automatisch beschriften.
In einem letzten Schritt der Digitalisierung werden nun die Bäume in dem Punktlayer erfasst.Dabei wird schon wie bei der Geschosshöhe, der Kronendurchmesser manuell in die Attributtabelle eingetragen.
Bei der Erstellung des Layouts wurde der Maßstab 1:2500 vorgeschrieben.Die Legende kann vom Programm automatisch hergestellt werden, über die Funktion Insert -> Legend. Einzig allein die Anordnung der einzelnen Elemente, welche auf den Plan kommen müssen noch manuell angeordnet werden.
Ein Ellipsoid ist eine dreidimensionale Form, welche durch die Rotation einer Ellipse um eine ihrer Hauptachsen entsteht. Ihre Oberfläche kann mathematisch beschrieben werden und damit Koordinaten für Positionen auf der Oberfläche angegeben werden. Alle Schnitte eines Ellipsoids sind Ellipsen oder Kreise.
2. Wie ist die Bezeichnung des Ellipsoids der beim GK-System verwendet?
Das GK-System in Deutschland baut auf zwei verschiedene Ellipsoide auf. Vorwiegend findet das Bessel-Ellipsoid Anwendung. In den neuen Ländern zum Teil noch das russische Krassowski-Ellipsoid verwendet wird.
3. Worin besteht der Unterschied zwischen geographischen und projizierten,
kartesischen Koordinaten?
Geografische Koordinatensysteme sehen die Erde als Kugel. Die Koordinaten eines Punktes auf dieser Kugel bestehen aus Längen- und Breitengraden, sowie aus der Höhe des Punktes zum Meereshorizont. Der Erdäquator als Ausgangsebene wird als Breite definiert. Die Länge, die Meridianebenen, werden je nach Land anders bestimmt. Der bekannteste Meridian ist der von Greenwich.
Bei projizierenden Koordinaten handelt es sich um Koordinaten, die von einer gekrümmten Fläche, z.B. der Erde auf eine Ebene, z.B. Karten projiziert werden.
Die bekanntesten Projektionsarten zur Schaffung solcher Koordinaten sind die Zylinderprojektion, Stereografische Azimutalprojektion, Kegelprojektion und Transversale Mercatorprojektion.
Im kartesischen Koordinatensystem ist es möglich, mittels dreier Koordinaten (x-Koordinate, y-Koordinate, z-Koordinate) jeden Punkte innerhalb dieses Koordinatensystems zu beschreiben.
4. Welche Projektionsart liegt dem Gauß-Krüger-System zu Grunde?
Dem Gauß-Krüger-System liegt die Transversale Mercartorprojektion zu Grunde, welche auf dem Georeferenzmodell des Bessel-Ellipsoids basiert. Dabeiwird ein Zylinder transversal über die Erde gezogen. Es handelt sich um einen Schnittzylinder, da. der Umfang des Zylinders kleiner ist, als der Erdumfanglängs des Längenkreises.
5. Welche Vorteile bietet ein kartesisches Koordinatensystem?
Das kartesische Koordinatensystem bietet die Möglichkeit geometrischeSachverhalte gut zu beschreiben und geometrische Probleme rechnerisch zu lösen. Des Weiteren weisen kartesische Koordinatensysteme rechtwinklige Achsen mit einheitlicher metrischer Teilung auf, was bedeutet, dass die Methoden der Metrik angewandt werden können.
6. Um welche Einheiten handelt es sich bei GK-Koordinaten?
Bei GK-Koordinaten handelt es sich um die Einheit Meter.
7. Was versteht man in diesem Zusammenhang unter dem Begriff 'Meridian'?
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. Alle Punkte mit gleicher geographischer Länge, also mit dem gleichem "Längengrad", liegen auf ein und demselben Meridian.
8. Warum werden im GK-System sog. Meridianstreifen verwendet?
Die Erde wird in 3° breite Meridianstreifen aufgeteilt (eine Einteilung in 6° wird auch angewendet). Das heißt, jeder Meridianstreifen geht vom Nord- bis zum Südpol und seine begrenzenden Meridiane liegen genau 3° auseinander. In der Mitte des Meridianstreifens verläuft der Mittelmeridian.
9. Wie erkennt man die Kennziffer des verwendeten GK-Streifens an einer Koordinate?
Die Koordinaten bestehen aus Hoch- und Rechtswerten.An erster Stelle der Rechtswerte steht die Kennziffer des Meridiansstreifens, z.B.: bei den Hochwert 5.902.863,21 und den Rechtswert 3.593.571,20, wäre die Kennziffer 3.
10. Mit welcher Formel lässt sich einfachsten der Zentralmeridian eines beliebigen GK-Streifens berechnen?
Jeder Meridianstreifen erhält eine Kennziffer. Diese leitet sich nach der klassischen Festlegung aus den ganzzahligen Vielfachen von 3° für den Mittelmeridian ab (0°, 3°, 6°,...)
11. Übersetzen Sie die Begriffe ‚Easting’ und ‚Northing’ im aktuellen Kontext.
Unter den Begriffen ‚Easting’ und ‚Northing’ werden die Koordinaten eines Punktes verstanden. ‚Easting’ bezeichnet die Rechtwertswerte welche die Distanz zum Median darstellen. ‚Northing’ bezeichnet die Hochwerte, die die Distanz zum Äquator angeben.
12. Was versteht man unter den Begriffen 'False Easting' und False Northing?
Beim ‚False Easting’ wird der Meridian mathematisch nach Westen um 500000m verschoben und somit negative Koordinaten zu vermeiden.
Dasselbe kann auch auf den Äquator durch das ‚False Northing’ angewendet werden.
13. Werden 'False Easting' und 'False Northing' beim GK-System eingesetzt? (Warum bzw. warum nicht?)
Da man vom Mittelmeridian ausgeht und somit negative Koordinaten entstehen können wird das ‚False Easting’ angewandt.
Auf ‚False Northing’ wird nur dann zurückgegriffen, wenn man sich auf der Südhalbkugel befindet, da dort negative Koordinaten auftreten.
14. Erläutern Sie kurz die Abkürzungen 'OGC', 'SRS' und 'EPSG Code’.
OGC: Open Geospatial Consortium ist eine Organisation, die das Ziel verfolgt, raumbezogene Informationsverarbeitungsysteme auf Basis allgemeingültiger Standards, welche zur Verbesserung der Zusammenarbeitdienen sollen, herzustellen.
SRS bedeutet „spatial reference system“ und ist ein Koordinatenreferenzsystem das durch Verknüpfung mit einem Datum auf die reale Welt bezogen ist.
EPSG code: European Petroleum Survey Group Geodesy ist eine 4 - 5 stellige Schlüsselnummer für Koordinatenreferenzsysteme,
15. Welche 'EPSG Codes' werden in Deutschland (beim Einsatz des GK-Systems) verwendet?
