Upload
dinhkien
View
217
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
1
Universität Hamburg - FB Informatik, Seminar 18.411
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Leitung : Stefan BergstedtVortrag von: Gaven Harms
2
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
2
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Informationssysteme
technische Systeme die dem Benutzer erlauben auf einfache Art und Weise Informationen zu erfassen, abzurufen, manipulieren und darzustellen
3
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
3
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Bestandteile eines Informationssystems:
• Hardware• Software• Datenbanken• Daten
Hardware – Workstations Datenbankserver, Netzwerk, Navigationssysteme, GPS-Empfänger, Digitizer, Scanner
Software GIS-Packages, werden später besprochen, Grafiksoftware
Datenbaken, werden später besprochen
Daten, Raumdaten
4
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
4
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Zweck eines Informationssystems
– Erfassung – Speicherung – Verarbeitung – Pflege – Analyse
– Benutzung – Verbreitung– Disposition– Übertragung – Anzeige
von Daten
Erfassung, wie kommt die Karte in den Rechner
Speicherung, wie werden die Datenbanken genutzte, kommt in einem späteren Vortrag
Auf die Verarbeitung wird sicher im Vortrag räumliche Anfragen eingegangen
Daten müssen gepflegt werden um Fehler zu beheben, Modelle anzupassen, Veränderungen zu erfassen
Durch die Analyse werden erst der „Mehrwert“ eines Informationssystems offenbar
Ohne Nutung kein Informationssystem
5
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
5
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Informationssysteme bilden die Wirklichkeit ab
– Abweichungen von der Wirklichkeit
Das System muss die Möglichkeit bieten :• Näherung an die Wirklichkeit• Änderungen an den Modellen ermöglichen
dadurch bedürfen IS eine gewisse Flexibilität um den sich wandelnden Ansprüchen gerecht zu werden.
Hieraus resultiert, dass mit Unschärfen gearbeitet werden muss und die Daten nicht in exakten Algorithmen verarbeitet werden können
bei der Konzeption eines Informationssystems müssen wird die Möglichkeit von Änderungen am System einplanen
6
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
6
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Definitionen von GIS*:
GIS ist ein Werkzeug
–ermöglicht die Analyse von räumlichen Daten
–ermöglicht die Manipulation von räumlichen Daten
*aus „Getting Started with Geographic Information Systems“Aus Keith C. Clarke 4th ed. Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, NJ
GIS ist ein mächtiges Werkzeug bzw. eine mächtige Sammlung von Werkzeugen um räumliche Daten zu speichern, abfragen bzw. abrufen, verändern und anzeigen von räumlichen Informationen.
Toolbox Definition – Werkzeug der geografischen Analyse
7
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
7
Grundlagen von Geoinformationssystemen
GIS ist ein Informationssystem
– ein GIS erlaubt mit Daten zu arbeiten die wiederum mit räumlichen bzw. geografischen Daten versehen sind.
– ein GIS ist ein Datenbanksystem welches die Möglichkeit bietet mit räumlichen Daten zu arbeiten
– ein GIS ist ein Satz von Verfahren mit räumliche Daten zu arbeiten
8
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
8
Grundlagen von Geoinformationssystemen
GIS sind ein Ansatz Wissenschaft zu betreiben
• Als Werkzeug bzw. Informationssystem hat GIS die wissenschaftliche Herangehensweise an räumliche Daten geändert
• GIS breiten sich in immer mehr Bereiche der Wissenschaft und Gesellschaft aus
Konvergenz von GIS mit verwandten Technologien wie z.B. Vermessungstechnik, Fernerkundung, Luftaufnahmetechniken, GPS, mobilen Computern & Kommunikation hat ein enormes Wachstum dieser Technologien vorangetrieben.
Die Auswirkungen betreffen unter anderem Anthropologie, Epidemomologie, Gebäudemanagement, Forstwirtschaft, Geologie und die Wirtschaft
9
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
9
Grundlagen von Geoinformationssystemen
GIS sind ein Milliardengeschäft
• Milliardenumsatz mit Soft- & Hardware, sowie Dienstleistungen im Bereich räumlichen Daten
• Wachstumsraten im zweistelligen %-Bereich
• Neue Anwendungen durch Preisverfall
Wie kommen diese Umsätze zusammen
Karten sind sehr teuer, insbesondere Karten für Navigationssysteme
Die Erfassung der Daten ist auch sehr kostenintensiv
10
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
10
Grundlagen von Geoinformationssystemen
GIS spielen eine Rolle in der Gesellschaft
• Gemessenes wird repräsentiert• Die Repräsentation wird transformiert• Dabei wird mit sozialen Strukturen
interagiert
Durch die Fülle an Daten, die Durch ein GIS leichter und besser dargestellt werden können ist es möglich komplizierte Zusammen hänge überschaubarer zu gestallten und somit Veränderungen in der Gesellschaft betreiben.
Stadtplanung z.B. Willhelmsburg
Gefahr ist auch dass dadurch Missbrauchsmöglichkeiten geschaffen werden.
Karten mit Profilen aufgeschlüsselt nach Ethnien, Einkommen, Kriminalitätsraten, etc.
Die Sichtbarmachung der Daten ermöglicht ggf. auch Änderungen in der Gesellschaft oder Problemtendenzen entgegenzusteuern
11
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
11
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Geschichte
• Erste Nutzung thematischer Karten zur Planung von Nutzung ab 1912
• Weitere Anwendungsbereiche entwickelten sich in den 50er & 60er Jahren
• erster Einsatz von Computern 1959
1959 einfaches Modell um Computer im Bereich der Kartografie zu nutzen (Tobler 1959)
12
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
12
Grundlagen von Geoinformationssystemen
• Großrechner & Fortran werden ab 1960 zum Zeichnen und Druckern von Karten genutzt
• 1974 Zusammenstellung der IGU „Complete Geographical Information Systems“
• 1975 Vorstellung der „Vektor Daten Struktur“
„Vektor Daten Struktur“ Computerroutinen die digitalisierte Ketten und Linien sortieren und daraus topologische verbundene Polygone erzeugen
Programmmodule „The Odyssey“
13
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
13
Grundlagen von Geoinformationssystemen
• 1982 – Einführung des IBM PC• Resultat – Portierung von GIS-
Software auf Mikrocomputer
Weitere Effekte:• Vernetzung von Mikrocomputern• Aufkommen von Workstations• Nutzung von GUIs• Preisverfall
Workstation = Computer zur individuellen Benutzung durch einen Nutzer, mit leitungsfähigem Grafiksystem, Kann auch ein Minicomputer sein
14
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
14
Grundlagen von Geoinformationssystemen
verschiedene Geoinformationssysteme
• LIS: Landinformationssystem• KIS: Kommunales Informationssystem• UIS: Umweltinformationssystem• BIS: Bodeninformationssystem• NIS: Netzinformationssystem• FIS: Fachinformationssystem
FIS sind unter anderem Bauwesen, Geologie, Hydrologie, Lawinen- und Umweltschutz, Verkehrsplanung, Touristik, Freizeit- und Routenplanung
15
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
15
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Kartenebenen:
mehrere Ebenen, die alle zueinander in Beziehung stehen
16
16
Grundlagen von Geoinformationssystemen
raster- vs. vektorbasierte Systeme
beim rasterbasierten Ansatz hängt vieles von der Zellengröße ab, so z.B. die Genauigkeit und die Auflösung
Die Auflösung lässt sich im Nachhinein nur schwer ändern ggf. muss dann interpoliert werden. Problem ist auch Speicherplatz je feiner das Raster ist
Problem wenn die Daten mit unterschiedlichen Zellengrößen vorliegen
vektorbasierte Systeme speichern die Raumdaten Eigenschaften-basiert. d.h. es wird z.B. der verlauf eines Flusses mittels Vektoren dargestellt.
Ein See wird z.B. mittels Vektoren, die die Uferlinie beschreiben und deinem weiteren Attribut wie „lake“ im GIS dargestellt.
17
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
17
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Erfassen und Erstellen von Kartenmaterial
Digitizer:
Digitizer, Scanner, autofahren und GSP
18
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
18
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Erfassen und Erstellen von Kartenmaterial
Scanner:
Digitizer, Scanner, autofahren und GSP
19
19
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Erfassen und Erstellen von Kartenmaterial
Satelliten- & Luftbilder:
Digitizer, Scanner, autofahren und GSP
20
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
20
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Erfassen und Erstellen von Kartenmaterial
klassische Vermessung ggf.GPS-Unterstützung
Digitizer, Scanner, autofahren und GSP
21
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
21
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Problem beim Abgleich von Kanten
22
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
22
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Überschneidungen vereinfachen den Abgleich
23
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
23
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Probleme durch die Projektion
Koordinatensysteme
24
24
Grundlagen von Geoinformationssystemen
25
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
25
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Weitere Probleme:
• Datentungenauigkeit• Technikgläubigkeit• Inkompatibilitäten unterschiedlicher
Systeme
Winkel, Flächen oder Umriss, maximal 2 können korrekt sein
26
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
26
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Herausforderungen für die Zukunft
• Vergrößerung des Kartenangebotes• Automatisierung der Digitalisierung• Regelung des Urheberrechtes & der
Vergütung• Disposition und Verteilung von
Raumdaten
27
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
27
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Herausforderungen für die Zukunft
• Umgang mit der Ungenauigkeit • bessere Repräsentation unserer
komplexen Welt• Verbesserte Interoperabilität mit
anderen Systemen
28
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
28
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Herausforderungen für die Zukunft
• Verwaltung von Daten die nicht durch Koordinaten repräsentierbar sind
• Verbesserung der Bedienbarkeit• Erhöhung des Informationsgehaltes• Erhöhung des Bekanntheitsgrades
von GIS
29
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
29
Grundlagen von Geoinformationssystemen
weitere Anwendungen von GIS:
• Navigation in Gebieten für die es keine Karten gibt
• Katastrophenschutz• augmented Reality (augmented Tourism)• Fahrunterstützungssysteme• M-Commerce
30
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
30
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Diskussionspunkte:
• ethische Auswirkungen & Datenschutz• Darf man alles machen was möglich ist?• Verantwortung für Fehler von autonomen
Systemen
• wohin wird sich die Technik entwickeln• Verknüpfung mit weiteren Techniken &
Daten
Überwachungsaspekte
Profiling
31
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
31
Grundlagen von Geoinformationssystemen
Ende
32
Universität Hamburg, FB Informatik, Vortrag: Gaven Harms
32
BildnachweisSeite 15 http://www.extension.umn.edu/distribution/naturalresources/DD5926.html
Seite 16 http://www.extension.umn.edu/distribution/naturalresources/DD5926.htmlSeite 17 rechts http://www.extension.umn.edu/distribution/naturalresources/DD5926.htmlSeite 17 links http://www.hku.hk/ecology/IT.htm
Seite 18 http://home.t-online.de/home/jacobs/scan.htmSeite 19 https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid/
Seite 20 http://www.bd-ing.ch/d/vermessung/findex.htmlSeite 21 http://www.extension.umn.edu/distribution/naturalresources/DD5926.htmlSeite 22 http://soils.usda.gov/technical/guides/emaps/scanning.html
Seite 24 http://www.geog.ucsb.edu/~dylan/mtpe/geosphere/topics/map/map1.html#projSeite 23 http://www.extension.umn.edu/distribution/naturalresources/DD5926.html