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Proseminar Geoinformation II. Referenzsysteme und Projektionen. Maria Lichtenstein. Einführung: die Lage eines Punktes auf der Erde kann durch Koordinaten festgelegt und beschrieben werden Koordinatensystem diese Koordinaten werden auf ein bestimmtes Schema
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Proseminar Geoinformation II Referenzsysteme und Projektionen Maria Lichtenstein
Einführung: • die Lage eines Punktes auf der Erde kann durch Koordinaten • festgelegt und beschrieben werden Koordinatensystem • diese Koordinaten werden auf ein bestimmtes Schema • (Ursprung, Maßstab, Ausrichtung des Systems, Bezugsfläche) • eindeutig bezogen Referenzsysteme • (jedes Koordinatensystem hat ein bestimmtes Referenzsystem) • um die Lage eines Punktes in der Karte zu verwirklichen, muss • der Punkt von der sphärischen Erdoberfläche in die Kartenebene • projiziert werden Projektion
Die wichtigsten Koordinatensysteme: • ebene kartesische Koordinaten • ebene polare Koordinaten • geographische Koordinaten • geodätische Parallelkoordinaten • geodätische Polarkoordinaten • Gauß-Krüger-Koordinaten • UTM • Cassini-Soldner-Koordinaten ebene Koordinaten sphärische Koordinaten projizierte Koordinaten
Ebene kartesische Koordinaten: • Bezug auf Ebene • rechtwinkliges Koordinatensystem mit zwei Achsen (x,y)
Ebene polare Koordinaten: • Bezug auf Ebene • durch Winkel und Strecke definiert
Geographische Koordinaten: • Bezug auf Kugel oder Ellipsoid • durch geographische Länge und Breite definiert
Gauß-Krüger-Koordinaten: • Bezug auf Erdellipsoid von Bessel (1841) • Zylinderprojektion in transversaler Lage längentreue • Abbildung des Hauptmeridians • konforme (winkeltreue ) Abbildung des Erdellipsoides in die • Ebene Projektionsverzerrung • 3° breite Meridianstreifen
UTM (Universales-Transversales-Merkator-System): • Bezug auf internationales Erdellipsoid von Hayford (1924) • konforme (winkeltreue) Abbildung des Erdellipsoides in • die Ebene • Zylinderprojektion in transversaler Lage längentreue • Abbildung zweier Schnittkurven • Projektionsverzerrungen • 6° breite Meridianstreifen
Referenzsystem & Referenzrahmen: • alle Koordinatensysteme besitzen eine bestimmte • Bezugsflächeund ein Datum, d.h.sie sind als verschiedene • Referenzrahmen bzw. Referenzsysteme definiert • dabei ist ein Referenzrahmen die konkrete Realisierung des • Koordinatensystems • dagegen ist ein Referenzsystem die theoretisch ideale • Definition des Koordinatensystems
Bezugsfläche: • ist die definierte Ersatzfläche der Erdoberfläche • für Lagekoordinaten: • im Allgemeinen: Ellipsoid • für kleinere Länder: Kugel • für Messgebiete: Ebene • für Höhenkoordinaten: Geoid • hierbei kann man verschiedene Ellipsoide unterscheiden: • Bessel (1841) Deutschland, China, Korea, Japan • Clarke (1886) Nord-Amerika, Zentral-Amerika • Hayford (1924) Europa • Krassowsky (1940) Rußland • World Geodetic System (1972) NASA • Geodetic Reference System (1980) Nord-Amerika
Datum: • definiert • Ursprung • Richtung • Maßstab • eines Koordinatensystems • horizontal:Mittelpunkt der Erde als Ursprung • bestmögliche Anpassung an gesamte Erde • lokal:Ursprung auf Erdoberfläche • partielle Annäherung • in Arc Map: Referenzsystem = geographische Koordinaten
Koordinatenprojektion: • einige Koordinaten- • systeme sind zur • besseren Abbildung • in die Ebene projiziert • worden • Beachte: • Projektion gilt nicht • für alle Koordinaten- • systeme • z.B.: ebene kartesische • Koordinaten • nur in Bezug auf • Kugel und Ellipsoid
Übersicht: Koordinaten Gauß-Krüger werden festgelegt durch Koordinatensystem Potsdam Datum wird festgelegt durch Datum Bezugsfläche (Ursprung, Maßstab, Richtung) (Ersatzoberfläche) Bessel- Ellipsoid Rauenberg Ebene Kugel Ellipsoid Projektion Referenzsystem Fünf Grundlinien Zylinder- Projektion Dreiecksseite Rauenberg-Berlin, Marienkirche Deutsches Hauptdreiecksnetz
Arc Info: Präsentation
füge die Layer „continent“, „rivers“ und „lakes“ aus der Datei • C:\ Programme\ arc gis\ arc exe 82\ bin\ Template Data\ • World in Arc Map ein • ändere das eingestellte Koordinatensystem in das projizierte • Weltkoordinatensystem „Sinusoidal“ mit dem Referenzsystem • „WGS 84“ um • wechsle die Layoutansicht Aufgabe 1:
Projektion: • eine Projektion ist eine Übertragung von dreidimensionalen • räumlichen Koordinaten auf zweidimensionale ebene • Koordinaten • drei grundsätzliche Projektionen: • Ebene • Zylinder (z.B.:Gauß-Krüger, UTM) • Kegel
Ebene, Zylinder und Kegel: • Schnitt der Erde • in einem Punkt(Ebene) • in einem längentreuen Kreis (Zylinder, Kegel) • als Sekante (Ebene, Zylinder, Kegel) • Abbildungsverzerrungen • normal(bei Ebene = polar) • transversal • schiefsymmetrisch • Vorteil: • Polarregionen Ebene • ganze Welt Zylinder • lange West-Ost-/Nord-Süd-Ausdehnung Kegel
Abbildungsverzerrungen: • Problem: bei Projektionen können nicht alle Eigenschaften • bewahrt werden • Abbildungsverzerrungen (Fläche, Form, • Winkel, Strecke und Richtung) • unterschiedliche Projektionen: • equal area projection (Fläche bleibt erhalten) • conformal projection (Winkelbleiben erhalten) • equidistant projection (Längenbleiben erhalten) • azimuthal projection (Richtungen von einem Punkt zu • allen anderen bleiben erhalten) • Projektionen, die die Wahrung aller Eigenschaften • anstreben, keine aber vollständig erfüllen
Beispiele: equal area projection conformal projection Gauß-Krüger-Koordinaten, UTM bewahrt keine der beiden Eigenschaften
Richtige Entscheidung: • es gibt eine Fülle von Referenzsystemen und nochmal soviele • Projektionen • wichtig und nicht immer einfach: Entscheidung für das • richtige System muß der Benutzer selbst treffen • Arc Map kontrolliert eingefügtes System nicht • nur Fehlermeldungen in Arc Map, wenn zwei • Koordinatensysteme nicht zusammenpassen
Wahl eines Koordinatensystems: • Welches Referenzsystem ist für die abzubildende Region am • besten geeignet? • Datum: Ursprung muß sinnvoll liegen • Bezugssystem: • Bsp.: Europa Hayford, Welt WGS84, Nord Amerika Clarke • Welche Projektion ist zu wählen? • Welche Eigenschaften will man besonders bewahren • (Fläche,Winkel, Strecke, Richtungen) ? • Welche Region wird abgebildet (Polar-, Äquatorregion) ? • Welche Form hat diese Region? Zieht sie sich in West-Ost- • oder Nord-Süd-Richtung? (Kegelprojektion) • Wie groß ist diese Region? (klein- oder großmaßstäblich)
Beispiele für geeignete Systeme: • „Polar Stereographic“ für Polarregionen • (Ebenenprojektion, an Pol anliegend, azimuthal projection, • conformal projection) • „New Zealand National Grid“ für Neuseeland • (Zylinderprojektion, schiefsymmetrisch, Ellipsoid von Hayford, conformal • projection) • „Equirectangular“ für Straßen- und Stadtpläne • (einfache Zylinderprojektion, bis zu bestimmter Größe conformal, equal area, • equidistant und azimuthal) • „Lambert conformal conic“ für Regionen mittleren Breitengrades • (Kegelprojektion, normal, conformal)
Arc Info: Präsentation
Aufgabe 2: • kopiere die Datei • D:\ GIS-Data\ ESRI\ Arc Tutor\ Getting_Started\ • Greenvalley\ Data\ Greenvalley DB • in Dein eigenes Verzeichnis (U:) • füge die Layer „hydrology“, „parks“ und „transportation“ aus der • kopierten Datei in Arc Map ein • wechsle die Layoutansicht • überprüfe die Koordinatensystemeinstellung und definiere ein • Gitternetz • ändere die Koordinatensystemeinstellung für „parks“ (neues • projiziertes Koordinatensystem) in Arc Catalog, füge diesen • Layer zuerst vor „hydrology“ und „transportation“ in Arc Map ein • (drag and drop) • betrachte das Ergebnis und verändere ggf. ein zweites Mal das • Koordinatensystem des veränderten Layers
lade die gewünschten Layer => rechte Maustaste
aktiviere durch Doppelklick Symbol Selector wähle gewünschte Farbe
aktiviere Eigenschaften => rechte Maustaste
wähle Koordinaten- system
bestimme Projektion, Einheit und Referenzsystem
aktiviere Eigenschaften => rechte Maustaste
wähle (neues) Gitternetz
wähle Art der Gitternetzlinien bestätige
wähle Erscheinungsform des Gitternetzes bestimme Intervalle bestätige
wähle Gestalt der Achsen bestätige
stelle Gitternetz fertig
Überprüfe Koordinatensystem einzelner Layer
Wähle Eigenschaften eines Layers
bestimme neues Koordinatensystem
definiere Koordinaten- system
bestimme Projektion, Einheit und Referenzsystem
markiere geänderten Layer und ziehe ihn als erstes in Arc Map hinüber (drag and drop)
Koordinatensystem eines unveränderten Layers passt nicht mit neuem Kartenkoordinatensystem überein
Bestätigung der Veränderung des Koordinatensystems
Straßenlayer aufgrund anderer Projektion nicht mehr wie vorher sichtbar