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DIGITALKARTOGRAPHIE. WS 2002/03 EINFÜHRUNG ................................. 2 - 42 SYSTEME ......................................... 44 - 64 DATENERFASSUNG ....................... 66 - 78 MODELLBILDUNG ........................... 80 - 108
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DIGITALKARTOGRAPHIE • WS 2002/03 • EINFÜHRUNG ................................. 2 - 42 • SYSTEME ......................................... 44 - 64 • DATENERFASSUNG ....................... 66 - 78 • MODELLBILDUNG ........................... 80 - 108 • DARSTELLUNG ............................... 110 - 132 • GENERALISIERUNG ....................... 134 - 175 (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG DEFINITIONEN • Kartographie ist • die wissenschaftliche Kunst von der Darstellung des Antlitzes der Mutter Erde (Brennecke 1949) • eine Wissenschaft, die sich mit der graphischen Darstellung von Beobachtungs- und Forschungergebnissen befasst (Schmid-Falkenberg 1964) • das Organisieren und Vermitteln von raumbezogenen Informationen in graphischer oder digitaler Form; sie umfasst alle Phasen, ausgehend von der Datenbeschaffung bis zu deren Benutzung (IKV-Kommission 1989) (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG DEFINITIONEN • Eine Karte ist • die verkleinerte, vereinfachte und erläuterte Grundrissdarstellung von Erscheinungen und Sachverhalten der Erde (IKV-Kommission 1967) • die ganzheitliche Darstellung und intellektuelle Abstraktion der • geographischen Realität, die für einen bestimmten Zweck weitervermittelt • werden soll, wozu die relevanten Daten in ein Endprodukt umgewandelt • werden, das visuell, digital oder betastbar sein kann • (IKV-Kommission 1989) (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG GRUNDLAGEN • Karten und Pläne • keine anerkannte Trennlinie zwischen den beiden Begriffen • vermitteln ein Bild unserer Umwelt • erleichterte Orientierung durch dargestelltes Bezugssystem - topographische Merkmale - Gebäude - Verkehrswege usw. • darauf aufbauend Behandlung einer Reihe von Themen - Aufteilung in Verwaltungseinheiten - Netz von Versorgungsleitungen - Verteilung von Lagerstätten - infrastrukturelle Gegebenheiten - ökologische Thematik usw. • Raumbezug als gemeinsamer Nenner aller Themen - ermöglicht die Erkennung von Verflechtungen und Wechselwirkungen - ist Grundlage für weitere Entscheidungen (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG GRUNDLAGEN • Karte • Darstellung grossräumiger Gebiete > kleinmaßstäblich - Gemeinden - Regionen - Bezirke - Länder - Staaten - Kontinente • Behandlung unterschiedlicher Themen - Geographie - Geologie - Infrastruktur usw. (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG GRUNDLAGEN • Plan • umfasst ein beschränktes Gebiet > großmaßstäbig hohes Maß an Genauigkeit - Katastralmappe - Leitungsplan - Teilungsplan (Vermessungsurkunde) usw. • Map • map, mapping im englischen Sprachgebrauch kein Unterschied zwischen Karte und Plan (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG GRUNDLAGEN • Karten und Pläne • Datengrundlagen seit Anfängen der graphischen Datenverarbeitung (neben Ersatz manueller Zeichenmethoden durch Einsatz von CAD und Plottern) • Mischformen spätestens im darzustellenden Ergebnis • unterschiedliche Genauigkeiten müssen bereits bei Übernahme der Daten beachtet werden - digitale Karte - digitaler Plan - GIS (GeoInformationsSystem) - LIS (LandInformationsSystem) - DKM (digitale Katastralmappe) - Leitungskataster usw. • Ziel Karten-/Planinhalte werden langfristig als Daten eines Informationssystems abgelegt diverse Auswertungen, Vergleiche und Kombinationen sind (auch unter Einbeziehung anderer Daten) möglich (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG GRUNDLAGEN • langfristige Aspekte • Evidenzhaltung • Konsistenz alle Funktionen eines kartographischen Systems müssen beiden Aspekten Rechnung tragen nach innen muss die Konsistenz gewahrt bleiben nach aussen müssen sich die Funktionen nach jener Vorgangsweise richten, die man bei der manuellen Erstellung und Auswertung einer Karte beachtet aus der Vielzahl der Darstellungs- und Interpretationsmöglichkeiten wird jene ausgewählt, die der jeweils zugrundeliegenden Thematik am besten entspricht. (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG GRUNDLAGEN • unterschiedliche Assoziationen - Wanderkarte - Stadtplan - Wetterkarte(im Fernsehen) bei der Betrachtung werden jeweils unterschiedliche Assoziationen hervorgerufen die jeweilige Thematik wird unbewusst als Kriterium für die Art der Information, das Maß der Genauigkeit und für das weite Spektrum von Auswertungen herangezogen um von der Realität des thematischen Sachverhaltes bis zu seiner graphischen Ausdrucksform zu gelangen, ist ein hoher Anteil von Abstraktionsprozessen notwendig bei den erwähnten Beispielen ist dieser Anteil unterschiedlich hoch bei hochspezialisierten Plänen von Leitungsnetzen zB. ist er besonders hoch (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG GRUNDLAGEN • Beispiel > Wanderkarte geringes Abstraktionsniveau (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG GRUNDLAGEN • Beispiel > Stadtplan mittleres Abstraktionsniveau (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG GRUNDLAGEN • Beispiel > Wetterkarte hohes Abstraktionsniveau (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG GRUNDLAGEN • Aufbau eines raumbezogenen Informationssystem • notwendige Vorarbeiten - Informationsinhalte - Problemstellungen - Lösungsmethoden müssen eingehend analysiert werden d.h. der Abstraktionsprozess, welcher zu den heutigen Formen der Karteninterpretation geführt hat, muss hier nachvollzogen werden (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG ENTWICKLUNG • Abstraktionsvermögen des Menschen • Fähigkeit des Menschen - Wahrnehmungen - Empfindungen - Schlussfolgerungen zu abstrahieren und weiterzuvermitteln prägte entscheidend dessen Entwicklung • Formalisierung der Erfahrungen der Mensch kann zwischen verschiedenen Bereichen Beziehungen herstellen und Querverbindungen bewusst ausnützen dieses abstrakte Wissen wird weitervermittelt und kollektiv nutzbar gemacht • Sprungstellen der gesamte Abstraktionsprozess weist Sprungstellen auf, an denen sich das Selbstverständnis der Menschheit entscheidend geändert hat (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG ENTWICKLUNG • erste grössere Stufe • Entwicklung der Sprache der Mensch konnte dadurch u.a. Objekte benennen Angehörige seiner Gruppe konnten somit zB. von deren Existenz in Kenntnis gesetzt werden in weiterer Folge dehnte sich der Wortschatz auch auf abstrakte Begriffe aus (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG ENTWICKLUNG • weitere Stufe • Höhlenzeichnungen / Schriften der Mensch beginnt die Sicht der ihn umgebenden Umwelt in Form von (Höhlen-)Zeichnungen graphisch wiederzugeben durch weiteres Formalisieren der zeichnerischen Darstellung entstanden Schriften die Schriften haben sich im Verlauf der Entwicklung mehr oder weniger weit von der ursprünglich bildhaften Bedeutung entfernt (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG ENTWICKLUNG • weitere Stufe • Karten und Pläne stellen eine weitere Abstraktionsebene dar Ziel war die systematische Abbildung der (näheren) Umgebung Beschreibung von - natürlichen Objekten ... Berge, Flüsse, Täler - von Menschenhand geschaffene ... Bauwerke, Strassen ältestes bekanntes Beispiel - Plan der Stadt Nippur in Mesopotamien - auf eine Tontafel eingeritzt - ca. 1500 v.Chr. (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG ENTWICKLUNG • Plan von Nippur (1500 v.Chr.) (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG ENTWICKLUNG • weitere Stufe • abstrakte Themen ähnlich den Abstrahierungen im jeweiligen Wortschatz des Menschen, flossen in weiterer Folge abstrakte Themen in Karten ein - Eintragung von Hoheitsbereichen - Markierung wichtiger Gebäude - Darstellung in pseudo-räumlichen Ansichten - bildliche Erfassung von geschichtlichen Ereignissen und Orten - Darstellungen von Schiffahrtswegen und Häfen - Belebung derselben durch Schiffe, Menschen und Meerestiere (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG ENTWICKLUNG • Thematik • Überlagerung um bestimmte Sachverhalte besonders hervorheben zu können,wurde bei Bedarf und entsprechend dem jeweiligen Zeitgeist der rein geometrischen Darstellung ein Thema überlagert erst die Thematik bzw. ihre Umsetzung in eine graphische Ausdrucksform erlaubte - die Karteninformation zu interpretieren - einzelne Karteninhalte miteinander zu vergleichen die daraus gezogenen Schlussfolgerungen konnten als weitere Entscheidungshilfe benutzt werden (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG ENTWICKLUNG • Abstraktion • Farben und Signaturen die immer komplexer werdende Umwelt konnte vom Menschen nur durch verstärkte Abstraktion, Vereinfachung bzw. Pauschalierung bewältigt werden Abstraktion der Thematik und Ersatz durch Farben und Signaturen ähnlich der Abstraktion von Schriftzeichen (chinesisch bzw. japanisch) ein und dieselbe Thematik wurde – je nach Anforderung – durch verschiedene Signaturen dargestellt die Geometrie wurde zum Träger mehrerer thematischer Bedeutungen der Abstraktionsprozess ist bis zum heutigen Tage sehr weit fortgeschritten die Thematik ist nach wie vor sehr dominant die Interpretation einer Karte, ist ohne genügend Hintergrundinformation über das jeweilige Thema, nur erschwert und zuweilen gar nicht möglich (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG ENTWICKLUNG • Abstraktion > Tontafeln aus Uruk, Mesopotamien (ca. 3000 v.Chr.) auf der Tafel ist eine Anzahl von Behältern verzeichnet, die Milchprodukte enthielten daneben sind vermutlich die an der Transaktion beteiligten Personen genannt (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG ENTWICKLUNG • Abstraktion > (historische) nautische Karte (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG ENTWICKLUNG • Abstraktion > Einflugschneise eines Flughafens (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG ENTWICKLUNG • Abstraktion > innerstädtische Versorgungsleitungen (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG ENTWICKLUNG • vereinfachtes Schema der Sprungstellen im Abstraktionsprozess Sprache I graph. Darstellung (Höhlenzeichnung) I Schrift I Thematik in Form von Farben und Signaturen I Digitalisierung (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG ENTWICKLUNG • Weitergabe von abstrahierten Wissensinhalten für die Weitergabe von abstrahierten Wissensinhalten müssen einige Vereinbarungen auf der Kommunikationsebene eingehalten werden • Kommunikation ein Prozess, durch den Informationen von einem Sender an einen oder mehrere Empfänger übermittelt werden der Prozess hat zumeist die Absicht den Empfänger zu einem bestimmten Verhalten zu veranlassen eine wesentliche Voraussetzung ist, das der Sender und der/die Empfänger die gleiche Sprache sprechen mögliche Varianten: ein- oder zweiseitig bzw. ein- oder mehrstufig. Schema für eine Kommunikation Sender > Übertragungskanal > Empfänger > Repertoire von Verhaltensmöglichkeiten (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG ENTWICKLUNG • Weitergabe von abstrahierten Wissensinhalten / Fortsetzung • Informations-Transformation Kommunikation ist immer mit einer Transformation der Information verbunden - räumlich ... zB. vom Sender zum Empfänger - sachlich ... zB. Änderung der Form des Inhalts - zeitlich ... zB. beliebig oft abrufbar • Information kann auf mehreren Stufen betrachtet werden - syntaktische Stufe ... Ordnung - semantische Stufe ... Inhalt # - pragmatische Stufe ... Relevanz Schema für den Informationsfluss Signale > Daten > Nachrichten > Information (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG DIGITALE VERFAHREN • Definition • Digitale (rechnergestütze) Verfahren in der Kartographie • Produktionsverfahren, bei denen im Rahmen menschlicher Tätigkeit die EDV bestimmte Aufgaben übernimmt • - manuelle • - mechanische • - optische • - drucktechnische • der EDV-Anteil kann unterschiedlich hoch sein • diverse Anwendungsbereiche • - Datengewinnung • - Bearbeitung • - Gestaltung (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG DIGITALE VERFAHREN • Mischformen • Datengewinnung • die Ausgangsdaten können analog und/oder digital vorliegen • besonders beim Zusammenführen von unterschiedlichen Daten ergeben • sich bei Anwendung digitaler Verfahren einige Vorteile • Generalisierung • erfolgt auch heute noch sehr oft nach traditionellen analogen Verfahren • Bildschirm • interaktives graphisches Arbeiten am Bildschirm ist eine Mischform (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG DIGITALE VERFAHREN • Vorteile einer Computerumgebung • Editierung / Verwaltung • Folienprinzip / Layerprinzip • Änderungen des Maßstabs • verschiedene Schriftarten • Platzierung der Schrift • Freistellung von Schrift • usw. (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG DIGITALE VERFAHREN • Beispiel: topgraphische Karte • Generalisierung • von einer (analogen) Karte ausgehend wird manuell generalisiert • das Ergebnis wird • - gescannt • - vektorisiert • - editiert • - signaturiert (mit Signaturen versehen) • (nachfolgende) Aktualisierung • die zu aktualisierende Karte und der Änderungsentwurf werden am • Bildschirm überlagert und interaktiv angepasst • Schichtenlinien können aus digitalen Geländemodellen übernommen werden (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG DIGITALE VERFAHREN • Beispiel: topgraphische Karte (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG DIGITALE VERFAHREN • Beispiel: thematische Karte • Automatisierung • die Anforderungen an eine thematische Karte sind i.a. nicht sehr hoch • der Grad der Automatisierung kann hier gesteigert werden • CAD-Umgebung • die Grundlage bildet eine gescannte topographische Karte • Erstellung der thematischen Karte interaktiv innerhalb einer CAD-Umgebung • Vorteile • - leichte Editierbarkeit diverser Graphikparameter • - Ablage / Wiederverwendung beliebiger Signaturen (Bibliotheken) • - (Pseudo)-3D-Ansichten • - usw. (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG DIGITALE VERFAHREN • Beispiel: thematische Karte BEVÖLKERUNGSVERTEILUNG WIEN (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG DIGITALE VERFAHREN • Schema der digitalen Kartenherstellung aus Hake/Grünreich (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG DIGITALE VERFAHREN • Vorteile digitaler Verfahren gegenüber klassischer Arbeitsweise • flexiblere Aufteilung des Karteninhaltes in Objektgruppen • digitales Folienprinzip (Layerstruktur) in graphischer Datenverarbeitung • zB. Höhenlinien, Gewässerlinien, Verkehrswege usw. • Maßstabsänderung • der reproduktionstechnische Vorgang (Vergrössern/Verkleinern mit Kamera) • wird durch die unmittelbare Ausgabe im gewählten Maßstab ersetzt • Entzerrung mittels rechnerischer Transformation • einfachere Realisation von Blattschnitten • wirtschaftliche Realisation von Kartennetzübergängen • Schriftplatzierung mittels Rechenverfahren • reprotechnische Massnahmen bzgl. Rasterung können entfallen • digitale Verarbeitung von gescannten Vorlagen führt zu gerastertem Original (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG DIGITALE KARTOGRAPHIE • wesentliche Merkmale der digitalen Kartographie • digitaler Datenfluss • vollständiger Datenfluss von der Erfassung raumbezogener Daten • bis zur kartographischen Wiedergabe • Verknüpfung von Methoden • Methoden der kartographischen Gestaltungslehre werden mit Methoden • der Informatik und der GIS-Technologie verknüpft • differenzierte Gliederung im konzeptionellen Bereich • betroffen sind der gesamte Modellierungsprozess, alle Datenmodelle • und die Auswertung bzw. Präsentation der Geodaten • starke Integration der technischen Herstellungsverfahren • dies steht im Gegensatz zur klassischen Kartographie, wo die ganz- • heitliche Sicht des Kartographen dominiert, während der Kartenher- • stellungsprozess in mehrere technische Einzelteile gegliedert ist (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG DIGITALE KARTOGRAPHIE • Schema der digitalen Kartographie aus Hake/Grünreich (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG DIGITALE KARTOGRAPHIE • wiederspruchsfreie Modelle • alle Strukturen und Beziehungen der Geodaten werden in definierten, • in sich wiederspruchsfreien Modellen abgelegt • Unterscheidung nach Art der Ausgangsdaten • DBM ... digitales Bildmodell (zB. Orthophoto) • DOM ... digitales Objektmodell • - DLM ... dig. Landschaftsmodell • DGM ... dig. Geländemodell • DSM ... dig. Situationsmodell (zB. Gebäude, Strassen, Gewässer) • - DFM ... digitales Fachmodell (zB. Bodennutzung, Waldschäden) (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG DIGITALE KARTOGRAPHIE • Kartenherstellung • DKM ... digitales kartographisches Modell • das Ergebnis jedes Kartengestaltungsprozesses in der digitalen Kartographie • Geodaten aus DBM (dig. Bildmodell) • die bildorientierte Modellierung führt direkt zu einem DKM (zB. Orthobildkarte) • eine Verknüpfung mit Darstellungen aus dem ODKM ist möglich • (zB. Orthobildkarte mit Höhenlinien aus einem dig. Geländemodell verknüpft) • Geodaten aus DOM (dig. Objektmodell) • das dig. Objektmodell wird objektorientiert, kartographisch modelliert (ODKM) • und nach weiterer Bearbeitung zu einem bildorientierten DKM DBM DKM DBM + DGM DKM DOM ODKM DKM (C) W. KLOSTIUS
EINFÜHRUNG DIGITALE KARTOGRAPHIE • topographische Karten • Erschwernis bei durchgehender digitaler Bearbeitung • - DLM (dig. Landschaftsmodell) noch nicht flächendeckend vorhanden • - noch nicht alle Verarbeitungsschritte ausgereift, wie zB. Generalisierung • Generalisierung in der Praxis • - ausgehend von aktueller Grundkarte • - manueller Entwurf der Generalisierung • - Entwurf wird gescannt, interaktiv signaturiert und geplottet • Kombination aus • - Fähigkeit des Kartographen zur inhaltlichen Gestaltung • - Möglichkeiten der EDV (Scanning, Editierung, Plotting) (C) W. KLOSTIUS
SYSTEME (C) W. KLOSTIUS
SYSTEME GRAPHISCHE DATENVERARBEITUNG • Definitionen • GDV (graphische Datenverarbeitung) • jener Bereich der EDV, wo graphische Darstellungen • - die Datenquellen • - das Ergebnis • einer digitalen Datenverarbeitung darstellen • diese Definition gilt auch für • - Erfassung und Speicherung von Geodaten aus Karten • - rechnergestützter Kartenerstellung • graphische Information • - für den Menschen schnell, anschaulich und komplex zu verarbeiten • - linienhafte Strukturen (Zeichnungen, Schriften, Diagramme ... Strichkarte) • - flächenhafte Strukturen (gescannte Bilder, Karten) (C) W. KLOSTIUS
SYSTEME GRAPHISCHE DATENVERARBEITUNG • wichtige Bereiche der GDV • CAD (Computer Aided Design) • besonders geeignet für • - Konstruktionszeichnungen • - Erstellung diverser Pläne • - rechnergestützte Kartenerstellung • digitale Bildverarbeitung • - digitale Kartographie • - Datenerfassung aus Karten mittels Mustererkennung • - Auswertung digitaler Kartenmodelle • - Photogrammetrie und Fernerkundung • - Bildverbesserung • - Objektklassifizierung (Luftbilder, Satellitenbilder) • - Fernsehen • - Medizin (C) W. KLOSTIUS
SYSTEME GRAPHISCHE DATENVERARBEITUNG • (EDV-)übliche Unterscheidung • Hardware • materieller Anteil (Geräte, Verbindungen) am EDV-System • wird in der GDV als Graphik-Arbeitsstation bezeichnet • - Rechner • - Peripherie für Eingabe, Speicherung und Ausgabe der Daten • - spezielle Peripherie für A/D-Transformation (Analog/Digital-Wandlung) • Software • geistiger Anteil am EDV-System (C) W. KLOSTIUS
SYSTEME GRAPHISCHE DATENVERARBEITUNG • Schema einer Graphik-Arbeitsstation aus Hake/Grünreich (C) W. KLOSTIUS
SYSTEME GRAPHISCHE DATENVERARBEITUNG • wesentliche Verfahrensweisen • passive GDV • Durchlauf der Daten nach einem feststehenden Programmschema • - von der Datenerfassung • - bis zur Datenausgabe • hauptsächlich bei mathematisch beschreibbaren Aufgaben • - Berechnung von Kartennetzentwürfen • - Kartengestaltungsaufgaben • interaktive GDV • besteht aus Interaktionen (Dialog) zwischen Mensch und Rechner-Programm • - Verantwortungsbewusstsein des Operators bzgl. Umgang mit Datenmaterial • - Entscheidungen können zu erwünschten Daten-Manipulationen führen • - hauptsächlich bei Prozessen der Kartengestaltung (C) W. KLOSTIUS
SYSTEME GRAPHISCHE DATENVERARBEITUNG • Vergleich mit klassischen kartographischen Arbeitstechniken • Vorteile durch Einsatz der GDV • - Ersparnis an Zeit und Kosten • - geringere Fehlerrate • - grössere Homogenität der Ergebnisse • - grössere Flexibilität bei der Datenausgabe • - exaktere graphische Darstellung • - digitale Speicherung für spätere Verwendung • - Einsatz neuer Darstellungstechniken (C) W. KLOSTIUS
SYSTEME GRAPHIK-ARBEITSSTATION • Workstations • SGI, HP, IBM ... • nach wie vor sehr leistungsfähig • Ersatz durch leistungsfähige PC • - primär aus finanziellen Gründen • - hohe Kompatibilität der PC-tauglichen Peripherie-Komponenten • - hohe Verfügbarkeit an Software-Produkten • - grosser Markt = geringerer Preis (C) W. KLOSTIUS