Grundlagen der Geo-Informationssysteme:
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|---|---|
| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Berlin
Wichmann
[2016]
|
| Edition: | 6., völlig neu bearbeitete und erweiterte Auflage |
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | xvi, 855 Seiten Illustrationen, Diagramme, Karten |
| ISBN: | 9783879076079 |
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| adam_text | Inhalt s Verzeichnis
1 Einführung in GIS 1
1.1 Definitionen................................................. 1
1.1.1 Daten, Information und Wissen......................... 1
1.1.2 System, Informations- und Datenbanksystem............. 4
1.1.3 Geo-Informationssystem................................ 8
1.2 Entwicklungsphasen zu GIS und Geoinformatik................. 14
1.2.1 Historische Entwicklungen............................ 14
1.2.2 Geoinformatik als Wissenschaftsdisziplin............. 16
1.3 Modellierung und Objektbildung in der GIS-Welt.............. 17
1.3.1 Abbildung der realen Welt............................ 17
1.3.2 Das Geoobjekt........................................ 18
1.3.3 Diskrete versus kontinuierliche Objekte ..............21
1.3.4 Objektbasierte versus raumbasierte Datenmodelle ......22
1.4 Dimensionen in GIS...........................................23
1.4.1 Geometrische Dimension............................... 23
1.4.2 Topologische Dimension............................... 25
1.4.3 Thematische Dimension................................ 26
1.4.4 Temporale Dimension.................................. 27
1.5 Datentypen in GIS........................................... 28
1.5.1 Geometrie- und Topologiedaten.........................28
1.5.2 Vektor- und Rasterdaten ..............................29
1.5.3 Graphikdaten......................................... 31
1.5.4 Sachdaten.............................................34
1.5.5 Hybrides GIS..........................................34
1.6 Das Vierkomponenten-Modell eines GIS........................ 36
1.6.1 Erfassung.............................................38
1.6.2 Verwaltung und Modellierung...........................38
1.6.3 Analyse.............................................. 39
1.6.4 Präsentation..........................................39
1.7 GIS-Ausprägungen.............................................40
1.7.1 Kartier- und interaktiv graphisches System..........40
1.7.2 CAD-System............................................41
X
INHALTSVERZEICHNIS
1.7.3 GIS-Spezialisierungen im Anwendungsbereich..............42
1.8 Entwicklungen im interdisziplinären GIS-Umfeld................ 51
1.8.1 Übergreifende GIS-Organisationen....................... 52
1.8.2 Aus- und Weiterbildung..................................53
1.8.3 Literatur ............................................. 54
1.9 Zusammenfassung .............................................. 56
1.10 Aufgaben......................................................56
2 GIS-Hard- und Software 59
2.1 Einführung.................................................... 59
2.2 Hardwarekomponenten........................................... 60
2.2.1 Geräte zur Datenerfassung ............................. 61
2.2.2 Geräte zur Verwaltung und Auswertung....................96
2.2.3 Geräte zur Datenausgabe und -Präsentation..............112
2.3 Softwareaspekte...............................................116
2.3.1 Einführung zur Software . . ..........................116
2.3.2 Grundsoftware..........................................117
2.3.3 Internet und World Wide Web............................129
2.3.4 Datenbanksprachen .....................................132
2.4 GIS-Architekturen.............................................135
2.4.1 Verteilte Systeme.................................... 135
2.4.2 Cloud-Computing .......................................142
2.4.3 Geo-Apps...............................................143
2.5 GIS-Produkte..................................................144
2.5.1 GIS-Produktfamilien und -komponenten...................145
2.5.2 Stand und Entwicklungstendenzen........................150
2.6 Zusammenfassung ..............................................153
2.7 Aufgaben......................................................154
3 Raum und Zeit in GIS 157
3.1 Einführung....................................................157
3.2 Geodäsie und die Erdfigur.....................................158
3.2.1 Geodäsie als Wissenschaftsdisziplin....................158
3.2.2 Annäherungen an die Erdfigur...........................159
3.3 Direkter Raumbezug - Koordinaten..............................163
3.3.1 Euklidischer Raum und Metrik...........................164
3.3.2 Koordinaten in mehreren Dimensionen....................166
3.3.3 Datumsangaben .........................................170
3.3.4 Koordinatenreferenzsysteme.............................171
3.4 Indirekter Raumbezug ~ sekundäre Metrik.......................174
3.5 Dreidimensionale Koordinatenreferenzsysteme...................174
3.5.1 Geozentrische Koordinatenreferenzsysteme ..............174
3.5.2 Ellipsoidische und sphärische Koordinatensysteme.......177
INHALTSVERZEICHNIS xi
3.5.3 Geodätische Parallelkoordinatensysteme auf Kugel und Ellipsoid .............................................. .... 178
3.6 Grundlagen der Kartennetzentwürfe.............................179
3.6.1 Referenzflächen und -lagen ............................180
3.6.2 Abbildungseigenschaften................................181
3.6.3 Kartographische Abbildungen............................183
3.6.4 Geodätische Abbildungen................................184
3.6.5 Zur Wahl der Kartenprojektion..........................187
3.7 Koordinatenoperationen........................................187
3.7.1 Koordinatentransformationen............................188
3.8 Zeit im GIS...................................................192
3.8.1 Anforderungen an die Zeit im GIS.......................192
3.8.2 Zeitliche Bezugssysteme................................194
3.8.3 Zeitangaben in Geoobjekten.............................195
3.8.4 Messstationen in Raum und Zeit.........................196
3.9 Zusammenfassung ..............................................197
3.10 Aufgaben.....................................................198
4 Interoperabilität und offene GIS-Welten 199
4.1 Einführung....................................................199
4.2 Unified Modeling Language.....................................200
4.2.1 Modelle und Modellierung...............................200
4.2.2 UML und Alternativen zur Modellierung .................201
4.2.3 UML-Diagrammarten und graphische Notation..............202
4.3 Normung und Interoperabilität.................................211
4.3.1 Nationale und internationale Normung...................212
4.3.2 Open Geospatial Consortium (OGC).......................218
4.3.3 Andere Normen und Standards............................224
4.4 Geodateninfrastrukturen.......................................224
4.4.1 Rahmenbedingungen und Komponenten......................224
4.4.2 Weltweite Geodateninfrastruktur-Vorhaben...............233
4.4.3 INSPIRE auf europäischer Ebene.........................234
4.4.4 Nationale Geodateninfrastrukturen......................237
4.4.5 GDI der Länder, Kreise und Kommunen....................240
4.5 Digital Earth.................................................244
4.5.1 Earth Viewer...........................................245
4.5.2 Copernicus.............................................248
4.5.3 Geosensornetz werke....................................249
4.5.4 3D-Stadt-, Bauwerks- und Landschaftsmodelle............254
4.5.5 Neogeography...........................................258
4.5.6 Open Data..............................................259
4.6 Zusammenfassung ..............................................264
4.7 Aufgaben......................................................265
Xll
INHALTSVERZEICHNIS
5 Erfassung raumbezogener Daten 267
5.1 Einführung....................................................267
5.1.1 Geodäten...............................................267
5.1.2 Erfassungsmethoden und Maßstabsbereiche im Überblick . 269
5.2 Originäre Erfassungsmethoden..................................271
5.2.1 Vermessungsmethoden....................................272
5.2.2 Photogrammetrie und Fernerkundung......................281
5.2.3 Digitales Geländemodell................................295
5.2.4 Umwelt messnetze.......................................299
5.2.5 Verkehrs- und Mobilitätsdatenerfassung.................302
5.2.6 Nutzergenerierte Inhalte...............................304
5.2.7 Andere primäre Erfassungsmethoden......................306
5.3 Sekundäre Erfassungsmethoden . . *............................308
5.3.1 Manuelle Digitalisierung...............................308
5.3.2 Semi-automatische Digitalisierung......................312
5.3.3 Automatische Digitalisierung...........................312
5.3.4 Alphanumerische Dateneingabe...........................313
5.4 Ausgewählte Prozessschritte...................................313
5.4.1 Konversionen...........................................314
5.4.2 Kartenhomogenisierungen und geometrische Bedingungen . 317
5.4.3 Linienglättung und -ausdünnung........................320
5.4.4 Räumliche Samplingstrategien ..........................323
5.5 Datenquellen..................................................324
5.5.1 Amtliche topographische und Katasterkartenwerke........325
5.5.2 Thematische Kartenwerke................................328
5.5.3 Bildkarten.............................................331
5.5.4 Analoge und digitale Datenbestände.....................332
5.6 Metainformation und Qualität der Daten .......................339
5.6.1 Metainformation........................................339
5.6.2 Qualität im Kontext der Normung........................344
5.6.3 Fehlerquellen in raumbezogenen Daten...................347
5.6.4 Behandlung der Datenqualität im EVAP-Modell............349
5.7 Datenverifikation.............................................350
5.8 Datenfortführung..............................................352
5.9 Schritte zur Datenerfassung...................................352
5.9.1 Zur Planung der Datengewinnung ........................353
5.9.2 Zur Abschätzung der Kosten der Datenerfassung..........354
5.10 Zusammenfassung ..............................................354
5.11 Aufgaben......................................................355
INHALTSVERZEICHNIS xiii
6 Raumbezogene Datenverwaltung 357
6.1 Einführung in die Datenmodellierung...........................357
6.1.1 Verschiedene Modelle ..................................357
6.1.2 Einfache Ordnungssysteme ..............................359
6.1.3 Von Zeichen zu Wissen .................................363
6.1.4 Wissensrepräsentation und Ontologien...................365
6.2 Geometrisches Modellieren.....................................366
6.2.1 Geometriemodelle in 3D.................................368
6.2.2 Geometrische Abfragen..................................372
6.2.3 Geometrieobjekt........................................374
6.2.4 Das Simple Feature Model...............................375
6.2.5 Digitales Geländemodell (DGM)..........................376
6.2.6 Spezielle Strukturen für Rasterdaten...................379
6.3 Topologisches Modellieren.....................................384
6.3.1 Topologieobjekt .......................................385
6.3.2 Graphentheoretische Grundlagen.........................386
6.3.3 Topologische Beziehungen und Konsistenzbedingungen . . . 392
6.3.4 Topologische Abfragen..................................394
6.4 Temporales Modellieren........................................395
6.4.1 Temporales Objekt......................................397
6.4.2 Temporale Abfragen.....................................398
6.5 Thematisches Modellieren......................................399
6.5.1 Das Ebenenprinzip......................................401
6.5.2 Das Objektklassenmodell................................403
6.5.3 Thematische Abfragen...................................407
6.6 Logische Datenmodelle.........................................407
6.6.1 Entitäten-Relationenmodell.............................408
6.6.2 Hierarchisches Datenmodell.............................411
6.6.3 Netzwerk-Datenmodell...................................412
6.6.4 Relationales Datenmodell...............................413
6.6.5 Objektorientiertes Datenmodell.........................418
6.7 Physikalische Datenmodelle....................................419
6.7.1 Dateistrukturen........................................420
6.7.2 Zugriffsmechanismen für raumbezogene Daten.............423
6.8 Datenbanksysteme..............................................435
6.8.1 Dateisystem............................................437
6.8.2 Datenbanksystem........................................438
6.8.3 Geodatenbanksy steme...................................444
6.8.4 Neue Datenbankansätze..................................445
6.9 Geodata Warehouse.............................................448
6.10 Zusammenfassung .............................................449
6.11 Aufgaben.....................................................450
XIV
INHALTSVERZEICHNIS
7 Raumbezogene Datenanalysemethoden 453
7.1 Einführung....................................................453
7.2 Geometrische Methoden.........................................456
7.2.1 Geometrische Grundlagen................................456
7.2.2 Rechtecktests (Clipping)...............................462
7.2.3 Landschaftsstrukturmaße.............................. 465
7.2.4 Punkt-im-Polygon-Test .................................466
7.2.5 Zonengenerierung.......................................469
7.2.6 Flächenverschneidung...................................473
7.2.7 Dreiecksvermaschung und Nachbarschaftsgraphen..........481
7.3 Topologische Methoden.........................................488
7.3.1 Graphentheoretische Grundlagen.........................488
7.3.2 Netzwerkanalysen und Wegeprobleme......................493
t
7.3.3 Punktmengentopologie . . . i...........................498
7.4 Statistische Methoden.........................................504
7.4.1 Systematisierung der Statistik.........................505
7.4.2 Univariate Verfahren...................................510
7.4.3 Bivariate Verfahren ...................................512
7.4.4 Multivariate Verfahren.................................519
7.4.5 Approximation und Interpolation....................... . 521
7.4.6 Geostatistik...........................................535
7.4.7 Klassifizierung...................................... 541
7.5 Mengenmethoden................................................543
7.5.1 Boolesche Algebra......................................544
7.5.2 Fuzzy-Mathematik.......................................546
7.5.3 Relationale Operatoren.................................548
7.5.4 Sortier- und Suchverfahren ............................550
7.5.5 Umklassifizierung......................................553
7.5.6 Aggregation und Disaggregation.........................554
7.6 Temporale Methoden............................................557
7.7 Komplexere Analysemethoden....................................558
7.7.1 Big Data und Spatial Data Mining.......................559
7.7.2 Analyse von Digitalen Geländemodellen..................562
7.7.3 Kartographisches Modellieren - die Map Algebra.........564
7.7.4 Multikriterielle Bewertungen...........................570
7.7.5 Systemanalytische Ansätze..............................574
7.7.6 Kostenoberflächen in GIS...............................577
7.7.7 Geocomputation und Geosimulation.......................578
7.7.8 Modellintegration in GIS ..............................580
7.8 Zusammenfassung ..............................................581
7.9 Aufgaben......................................................582
INHALTSVERZEICHNIS
xv
8 Präsentation raumbezogener Daten 585
8.1 Einführung....................................................585
8.1.1 Visualisierung.........................................586
8.1.2 Graphik und Kartographie ..............................587
8.2 Interaktive Graphik ..........................................587
8.2.1 Funktionalitäten.......................................587
8.2.2 Farbdarstellung und Farbsysteme........................594
8.2.3 Transformationen.......................................599
8.2.4 Planare geometrische Projektionen......................602
8.3 Kartographische Ausgabeformen.................................603
8.3.1 Vom Landschaftsmodell zum kartographischen Modell . . . 604
8.3.2 Die Karte..............................................605
8.3.3 Thematische Darstellungsformen.........................609
8.3.4 Generalisierungsproblem in Karten und in GIS...........615
8.3.5 Rechnergestützte Kartographie..........................616
8.3.6 Visualisierungsformen für Digitale Geländemodelle......618
8.3.7 Alternative Darstellungsformen.........................619
8.4 Computergraphik und Visualisierung............................621
8.4.1 Computergraphik........................................621
8.4.2 Visualisierung temporaler Phänomene....................622
8.4.3 Geo Visualisierung.....................................625
8.4.4 Erweiterte Realität....................................626
8.5 Nicht graphische Ausgabeformen................................631
8.6 Digitaler Datenaustausch......................................631
8.6.1 Anforderungen an den Datenaustausch....................632
8.6.2 Nationale und internationale Austauschformate..........634
8.6.3 Dateibasierte Datenaustauschformate ...................637
8.7 Zusammenfassung ..............................................641
8.8 Aufgaben......................................................642
9 Anwendungen von GIS 643
9.1 Einführung....................................................643
9.2 Landinformationssysteme.......................................645
9.2.1 AFIS-ALKIS-ATKIS - das AAA-Vorhaben....................647
9.2.2 Liegenschaftskataster..................................653
9.2.3 Topographische Informationssysteme.....................656
9.2.4 Vermessungs- und Geoinformationswesen in der Schweiz
und Österreich.........................................658
9.3 Rauminformationssysteme.......................................662
9.3.1 Raumordnung und Landesplanung..........................663
9.3.2 Regionalplanung........................................666
9.3.3 Landschaftsplanung.....................................669
9.3.4 GIS in Kommunen und Landkreisen........................672
X vi INHALTS VERZEICHNIS
9.3.5 Amtliche Statistik................................... 680
9.4 Umwelt informât ionssy st eme...............................684
9.4.1 Internationale Umwelt programme.......................685
9.4.2 Nationale UIS-Vorhaben................................687
9.4.3 Landschaftsökologische Anwendungen....................695
9.4.4 Land- und Forstwirtschaft.............................697
9.4.5 Management von Naturkatastrophen......................701
9.4.6 Betriebliche Umweltinformationssysteme................703
9.5 Netzinformationssysteme.....................................703
9.5.1 Allgemeine Anforderungen..............................703
9.5.2 NIS-Komponenten und NIS-Sparten.......................705
9.6 Spezielle Fachinformationssysteme...........................711
9.6.1 GIS im Transport- und Verkehrswesen...................711
9.6.2 GIS im Unternehmensbereich...........................718
9.6.3 GIS im sozialen Bereich . . .........................726
9.6.4 Geoinformationswesen der Bundeswehr ..................731
9.6.5 GIS in der Telekommunikation.........................732
9.6.6 GIS in der Abfall Wirtschaft.........................734
9.6.7 GIS-Anwendungen in Bauwesen und Geotechnik............736
9.6.8 GIS im Ressourcenmanagement..........................738
9.6.9 GIS-Anwendungen für den Bürger..................... . . 747
9.7 Zusammenfassung ............................................752
9.8 Aufgaben....................................................753
IO Literaturverzeichnis 755
A Lösungen zu den Aufgaben 7S5
B Abkürzungsverzeichnis 813
nli n î =
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