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Institut für Kartographie und GeoinformationMatthias Backes
Proseminar Geoinformation II
Modelle in GIS:
Landkarten, Netze, TIN´s, Raster
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
2 2
Übersicht
R a ste rda ten V e kto rda ten
G e om e trie da ten S a ch da ten
G IS
Reale Umwelt
DatenmodelleBeschreiben
GISAnalyse und Präsentation
BenutzerInterpretation
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
3 3
Daten in GIS
• Vektormodell• Netze (Netzwerke)• Triangulated irregular networks (TINs) • Rastermodell
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4 4
Daten in GIS
R a ste rda ten V e kto rda ten
G e om e trie da ten S a ch da ten
G ISUmriß eines Grundstücks X
Eigentümer des
Grundstücks X
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
5 5
Vektormodell
• Das Modell basiert auf zwei Datenstrukturen– Punkte – Linien
• Diskrete Objekte werden beschrieben• auf der Grundlage kartesischer Koordinaten• Grundsätzlich zwei Vektormodelle
– Spaghetti Modell – Topologisches Modell
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
6 6
Spaghetti - Modell
• Reihung von Koordinatenpaaren, die – Punkte, – offene und – geschlossene Linien definieren
• Ein Punkt entspricht dabei einer XY – Koordinate• Eine offene Linie entspricht einer Abfolge von
Punkten, deren erster und letzter ungleiche Koordinaten besitzen
• Eine geschlossene Linie kann als Reihe von Punkten definiert werden, dessen erste und letzte Koordinate identisch sind.
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
7 7
Spaghetti - Modell
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
8 8
Spaghetti - Modell
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
9 9
Spaghetti - Modell
Fehleranfälligkeit durch Redundanz
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
10 10
Knoten:
P1 2.0 0.0P2 5.0 1.0..............................................
Kante
Anfangs-knoten
End-knoten
linkeMasche
rechteMasche
E1 P1 P2 A Außen
E2 P2 P3 A Außen
E3 P3 P4 A B
E4 P4 P5 A C
E5 P5 P1 A Außen
E6 P3 P6 B Außen
..............................................
Kanten:
Knoten-Maschen-Struktur
E6
P1
E11
P2
P3
P6P7
P8
P9
A
BC
P5
P4
E1
E2
E3E4
E5
E7
E8
E9
E10
Außen
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
11 11
Knoten-Maschen-Struktur
P1
E11
P2
P3
P6P7
P8
P9
A
BC
P5
P4
E1
E2
E3E4
E5
E7
E8
E9
E10
Außen
E6
E1 P1 P2 A Außen
E2 P2 P3 A Außen
E3 P3 P4 A B
E4 P4 P5 A C
E5 P5 P1 A Außen
E6 P3 P6 B Außen
..............................................
Kanten:
Kante
Anfangs-knoten
End-knoten
linkeMasche
rechteMasche
Knoten:
P1 2.0 0.0P2 5.0 1.0..............................................
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
12 12
Knoten-Maschen-Struktur
P1
E11
P2
P7
P8
P9
A
BC
P5
P4
E1
E2
E3E4
E5
E7
E8
E9
E10
Außen
P3
P6
E6
Kante
Anfangs-knoten
End-knoten
linkeMasche
rechteMasche
E1 P1 P2 A Außen
E2 P2 P3 A Außen
E3 P3 P4 A B
E4 P4 P5 A C
E5 P5 P1 A Außen
E6 P3 P6 B Außen
..............................................
Kanten:
Knoten:
P1 2.0 0.0P2 5.0 1.0..............................................
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
13 13
Knoten-Maschen-Struktur
P1
E11
P2
P7
P8
P9
A
BC
P5
P4
E1
E2
E3E4
E5
E7
E8
E9
E10
Außen
P3
P6
E6
Kante
Anfangs-knoten
End-knoten
linkeMasche
rechteMasche
E1 P1 P2 A Außen
E2 P2 P3 A Außen
E3 P3 P4 A B
E4 P4 P5 A C
E5 P5 P1 A Außen
E6 P3 P6 B Außen
..............................................
Kanten:
Knoten:
P1 2.0 0.0P2 5.0 1.0..............................................
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
14 14
Knoten-Maschen-Struktur
P1
E11
P2
P7
P8
P9
A
BC
P5
P4
E1
E2
E3E4
E5
E7
E8
E9
E10
Außen
P3
P6
E6
Kante
Anfangs-knoten
End-knoten
linkeMasche
rechteMasche
E1 P1 P2 A Außen
E2 P2 P3 A Außen
E3 P3 P4 A B
E4 P4 P5 A C
E5 P5 P1 A Außen
E6 P3 P6 B Außen
..............................................
Kanten:
Knoten:
P1 2.0 0.0P2 5.0 1.0..............................................
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
15 15
Knoten-Maschen-Struktur
P1
E11
P2
P7
P8
P9
A
BC
P5
P4
E1
E2
E3E4
E5
E7
E8
E9
E10
Außen
P3
P6
E6
Kante
Anfangs-knoten
End-knoten
linkeMasche
rechteMasche
E1 P1 P2 A Außen
E2 P2 P3 A Außen
E3 P3 P4 A B
E4 P4 P5 A C
E5 P5 P1 A Außen
E6 P3 P6 B Außen
..............................................
Kanten:
Knoten:
P1 2.0 0.0P2 5.0 1.0..............................................
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
16 16
Knoten-Maschen-Struktur
P1
E11
P2
P7
P8
P9
A
BC
P5
P4
E1
E2
E3E4
E5
E7
E8
E9
E10
Außen
P3
P6
E6
Kante
Anfangs-knoten
End-knoten
linkeMasche
rechteMasche
E1 P1 P2 A Außen
E2 P2 P3 A Außen
E3 P3 P4 A B
E4 P4 P5 A C
E5 P5 P1 A Außen
E6 P3 P6 B Außen
..............................................
Kanten:
Knoten:
P1 2.0 0.0P2 5.0 1.0..............................................
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
17 17
Knoten-Maschen-Struktur
P1
E11
P2
P7
P8
P9
A
BC
P5
P4
E1
E2
E3E4
E5
E7
E8
E9
E10
Außen
P3
P6
E6
Kante
Anfangs-knoten
End-knoten
linkeMasche
rechteMasche
E1 P1 P2 A Außen
E2 P2 P3 A Außen
E3 P3 P4 A B
E4 P4 P5 A C
E5 P5 P1 A Außen
E6 P3 P6 B Außen
..............................................
Kanten:
Knoten:
P1 2.0 0.0P2 5.0 1.0..............................................
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
18 18
Topologisches (Knoten Maschen) Modell
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
19 19
Netze (Netzwerke)
• Spezielle Form des Topologischen Vektormodells• Fließrichtungen von Objekten und Diensten können
dargestellt werden• In GIS werden Netzwerke als Punkte (z.B.
Kreuzungen, Haltestellen, Hydranten etc.) und Linien (z.B. Straßen, Fahrstrecken, Wasserleitungen etc.)
• Die topologischen Beziehungen zwischen den Komponenten werden in einer Datentabelle festgehalten
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20 20
Netze
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
21 21
TIN (Triangulated irregular network)
• Beschreibung einer kontinuierliche Oberfläche (Feld) auf Basis einer endlichen Menge von Beobachtungen
• Eine Punktmenge wird zu einem Netz aus Dreiecksflächen durch Triangulation
• Unregelmäßige Verteilung der Dreiecke je nach Veränderung der Oberfläche
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• Berechnung der Triangulation in ArcGIS über Delaunay Triangulation– Der Umkreis eines Dreiecks umschließt keinen
weiteren Punkt
• Darstellung der Morphologie des Geländes über– Punkte (mit x, y und z Koordinaten)– Bruchlinien (bei abruptem Geländewechsel z.B. Straßen)– Polygone (z.B. Seen, Küste da gleiche z Werte)
TIN (Triangulated irregular network)
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
23 23
TIN (Triangulated irregular network)
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24 24
• Anwendungsbereiche:– Sichtbarkeitsanalysen– Flächendarstellungen– Volumenberechnungen
TIN (Triangulated irregular network)
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Rastermodell
• Zellengerüst aus „Pixeln“ • Inhalt der Zellen stellt
einen expliziten Wert eines Attributes dar
• Verwaltung diverser Attribute in Datentabellen
• Speicherung als Reihe von Zellendaten
• Metadaten als Orientierung
Tanne
Fichte
Kiefer
Birke
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
26 26
Rastermodell
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27 27
Rastermodell
• Kompression der großen Datenmenge– Run – lenght encoding– Value Point encoding– Block encoding (Quadtree)– Weitere Verfahren (z.B. Wavelet)
• ArcGIS (ESRI ARC GRID) und BMP nutzen run – lenght encoding
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28 28
Rastermodell
1 1 0 0 0
0 0 1 0 0
0 0 0 0 0
0 0 1 1 0
0 0 0 0 0
Ausgangsbild Full Raster Encoding100 %
Zeile Wert Länge
0 1 2
0 0 3
1 0 2
1 1 1
1 0 2
2 0 5
3 0 2
3 1 2
3 0 1
4 0 5
Run – lenght encodingca. 75 %
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29 29
Rastermodell
• Konflikt der aus der Rasterstruktur hervorgeht
• Grenzen sind nur in Abhängigkeit von der Zellengröße präzise zu erkennen
• Lösungsansätze:– Dominanz
– Zellenzentroid
Dominanz
Zentroid
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
30 30
Rastermodell
• Einsatzgebiete eines Rasters:– Hintergrundbild – Räumliche Analysen wie:
• Standortplanung• Ausbreitungsmodelle• Oberflächenanalysen
Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001 Proseminar -Geoinformation II- 29.10.2001
31 31
Datenmodelle in GIS
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit