GIS 1.2 UI13 3. Semester (HS14)
Geographical Information Systems GIS ZHAW Wädenswil 3. Semester (HS14) Lernziele Datenverwaltung und -modellierung
Geographical Information Systems GIS ZHAW Wädenswil 3. Semester (HS14) Lernziele Datenverwaltung und -modellierung
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Cartes-fiches
Nenne die drei fundamentalen Eigenschaften eines Modells.
- die Abbildungseigenschaft: Modelle sind ein Abbild der Realität
- die Reduktionseigenschaft: Modelle sind (meist) in der Grösse und immer in der Komplexität reduziert gegenüber der Realität (= vereinfacht) sie ‚idealisieren‘ die Realität
- die pragmatische Eigenschaft: Modelle haben eine Zweckausrichtung, d.h., sie sind für einen bestimmten Zweck und Anwendungsbereich geschaffen.
Beschreibe den GIS Modellierungsprozess.
- Realität
- Konzeptuelles Datenmodell Eine Abstraktion, welche nur die Eigenschaften aufweist, von denen man animmt, sie seien relevant für eine Anwendung.
- Datenstruktur Eine Repräsentation des konzeptuellen Modells, die berücksichtigt, wie Daten gespeichert werden
- Implementation Repräsentation der Daten so wie sie wirklich gespeichert werden, meist abhängig von Software und Anwedung.
Definiere den Begriff Vektor-Datenstruktur
Vektordaten bestehen aus geometrischen Primitiven und zugehörigen Attributen
Vector data models treat phenomena as set of primitive and composite spatial entities. In 2D models the primitive entities are points, lines and areas.
The vector data model represents space as a series of discrete entity-defined point, line or polygon units which are geographically referenced by Cartesian coordinates.
Definiere den Begriff Raster-Datenstrukturen
Der gesamte Raum ist mosaikiert (engl. tesselation), d.h. in regelmässige Zellen aufgeteilt (normalerweise quadratische Zellen, muss aber nicht so sein)
Jede Raster-Zelle hat einen einzigen Wert
Die Zellengrösse (Auflösung, engl. resolution) bestimmt
Die Zellen bilden eine Ebene (layer), welche in der Regel eine semantische Einheit bildet
• Mehrere Ebene können zeitliche Veränderung aufzeigen
Aus welchen Grundelementen werden Vektordaten aufgebaut.
Geometrische Primitiven (Punkte, Linien, Polygone und deren Koordinaten) und zugehörige Attribute (zB Strassennamen, etc)
Definieren den Begriff Vertex
Vertex (Plural: Vertices) kommt vom lateinischen vertere: drehen, wenden, und bedeutet zunächst Wendepunkt, Scheitel; ebenso aber allgemeiner Punkt, Knoten – eine Stelle, an der sich Richtungen treffen.
Und noch allgemeiner: Punkt, Vektor, n-Tupel, (technischer) Datensatz.
Nenne die zwei konzeptuellen Datenmodelle
Entitäts-Modell
Feld-Modell (engl. fields)
Definiere den Begriff Feld-Modell
Die zu untersuchende räumliche Eigenheit hat eine kontinuierliche räumliche Existenz, d.h. jeder Punkt im Raum hat einen Wert
- Jede Position in einem Feld hat einen Attributwert – für einen Raum x,y gibt es eine Funktion f, für die f(x,y) für jeden Punkt definiert ist.
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Oft wird angenommen, dass das Attribut kontinuierlich im Raum variiert – ein Attribut mit dieser Eigenschaft nennt sich ‘differenzierbar’
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Wir betrachten hier nur Felder, die pro (x,y)-Punkt nur einen einzigen Wert haben – sog. Oberflächen, die vierte geometrische Primitive
Definiere den Begriff Entitäts-Modell(engl.entities)
Der Raum ist bevölkert mit diskreten Objekten mit einer Lage und Attributen (Entitäten oder Objekte)
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Entitäten werden meist als eine der drei geometrischen Primitiven repräsentiert – Punkte, Linien und Flächen.
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Je nach Skala, werden Entitäten mit anderen geom. Primitiven repräsentiert
Nenne den Unterschied einer Pixelkarte zu einem GRID
Digitale Pixel- und Hintergrundkarten:
– Serie von Rasterzellen (Bildelementen).
– Grauwerte von 0-255 werden gespeichert.
GRID:
– ESRI-Rasterformat, Konzept analog Pixelkarten.
– Zusätzliche Werte-Attributtabelle (VAT), welche Pixel mit beschreibenden Sachdaten verknüpft.
Erkläre, wozu Attributdaten verwendet werden können.
Sie beschreiben Eigenschaften einer Entität (eines eindeutig identifizierbaren Objektes wie eines Baumes, Hauses, Feldes). Beispiele von Merkmalen sind: Länge, Höhe, Fläche, Datum, etc)
Nenne die wichtigsten Datentypen in Attributtabellen:
Short integer (ganze Zahl, ca \(\pm\)30'000)
Long Integer (ganze Zahl, ca \(\pm\) 2'000'000'000)
Float (Kommazahl, \(- 3.4 \cdot 10^{38}\) bis \(1.2 \cdot 10^{38}\))
Double (Kommazahl, \(\pm 2 \cdot 10^{308}\))
Text
Datum
Nenne die gebräuchlichsten Skalenniveaus
Binärskala - für Variablen mit dichotomen Werten (Ja/Nein; 0/1)
Nominalskala - qualitative Werte beschreiben eine Entität (“Wald”; “Wiese”; “Rohboden”)
Ordinalskala - Werte können auf einer linearen Skala geordnet werden (Kriminalität “tief”; “mittel”; “hoch”)
Intervallskala - Werte geordnet durch ihre relative Position auf einer numerischen Skala, Abstände sachlich begründbar, Nullpunkt willkürlich (Temperatur in Celsius)
Verhältnisskala (engl. ratio) Werte geordnet auf einer Skala mit fixiertem Nullpunkt, Verhältnisse sind aussagekräftig (100 Leute sind 1⁄2 so viele wie 200)
Definiere den Begriff Topologie im GIS Kontext.
Topologie ist eine Sammlung von Regeln, die in Verbindung mit einem Satz von Editier-Werkzeugen und - Techniken eine genauere Modellierung geometrischer Beziehungen durch die Geodatabase ermöglicht.
-Regeln, die definieren, wie geographischer Raum für mehrere Features gleichzeitig genutzt werden kann, sowie Werkzeugen zur Bearbeitung von Features mit gemeinsamer Geometrie.
– In Geodatabase in Form von Beziehungen gespeichert, die festlegen, wie sich die Features in einer oder mehreren Feature- Classes Geometrie teilen.
– Eine Topologie ändert nicht die Definition der Feature-Class, sondern dient als Beschreibung der möglichen räumlichen Beziehungen zwischen Features
Erkläre den Begriff Spaghetti Daten
Spaghetti-Daten sind einfache Koordinaten- und Attributlisten geometrischer Primitiven
Wenn Punkte, Linien und Polygone eine Geometrie teilen, muss diese mehrfach codiert werden
Polygone können sich überschneiden
Keine Repräsentation von Nachbarschaft (engl. adjacency) und Konnektivität (engl. connectivity) zwischen Objekten
Shapefiles (.shp) sind Spaghetti-Daten
Aus welchen Dateitypen wird ein Shapefile aufgebaut?
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.shp (Speicherung der Geometriedaten)
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.shx (Index der Geometrie zur Verknüpfung der Sachdaten)
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.dbf (Sachdaten im dBase-Format)
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.prj (Projektion der Daten)
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.sbn und .sbx (Index für Joins)
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.shp.xml (Metadaten zum Shapefile)
Nenne einige Vorteile sowie Nachteile der Geodatenbank- Lösung im Vergleich mit Shapefiles.
Vorteile:
Zentrale Verwaltung („alles an einem Ort“).
Einfache Weitergabe des gesamten Projektdatenbestands.
Kontrollbedingungen (z.B. Wertebereiche, Topologieprüfung).
Automatisiertes Aktualisieren von Längen und Flächen.
Nachteile:
Für kleine Projekte oft mehr Speicherplatz als Shapefiles.
Für „einfache“ Anwendungen geht es oft schneller ein shp-File zu generieren.
Weitergabe von einzelnen Features aus der kompletten Geodatenbank als shp-File. Manchmal besser als die komplette Geodatenbank zu kopieren.
Nenne drei Rasterdatenformate
TIFF, PNG, GIF, JPEG
Definiere den Begriff Feature Class
Eine Feature-Class ist eine Sammlung von geographischen Features mit demselben Geometrietyp (z. B. Punkt, Linie, Polygon) und denselben Attributen für einen gemeinsamen Bereich. Straßen, Brunnenpunkte, Flurstücke, Bodentypen und Zählbezirke sind Beispiele für Feature-Classes.
Definiere den Begriff Feature Dataset
Ein Feature-Dataset ist eine Sammlung von in Beziehung stehender Feature-Classes, die ein gemeinsames Koordinatensystem aufweisen. Mit Feature-Datasets werden in Beziehung stehende Feature-Classes räumlich oder thematisch integriert. Ihr Hauptzweck besteht darin, in Beziehung stehende Feature-Classes in einem gemeinsamen Dataset zusammenzufassen, um eine Topologie zu erstellen bzw. ein Netzwerk-Dataset, ein Terrain-Dataset oder ein geometrisches Netzwerk zu berechnen.
Definiere den Begriff Domain
Vordefinierte Wertebereiche für (mehrere) Feature Classes
Attributdomänen sind Regeln, die zulässige Werte eines Feldtyps beschreiben und es damit ermöglichen, die Datenintegrität zu erzwingen. Mit Attributdomänen beschränken Sie die in einem bestimmten Attribut für eine Tabelle oder eine Feature-Class zulässigen Werte. Wenn die Features in einer Feature-Class oder die nicht räumlichen Objekte in einer Tabelle in Subtypes gruppiert sind, können jedem Subtype andere Attributdomänen zugewiesen werden. Eine Domäne stellt eine Deklaration gültiger Attributwerte dar. Sobald Sie eine Domäne mit einem Attributfeld verknüpfen, sind für dieses Feld nur noch die in der Domäne enthaltenen Werte gültig. Mit anderen Worten nimmt das Feld also keine Werte an, die nicht Teil der Domäne sind. Mithilfe von Domänen können Sie die Datenintegrität sicherstellen, indem Sie die Anzahl der möglichen Werte für bestimmte Felder einschränken.
Attributdomänen können von Feature-Classes, Tabellen und Subtypes in einer Geodatabase gemeinsam verwendet werden.
Ein Beispiel: Eine Feature-Class für Wasserhauptleitungen und eine Feature-Class für Wassernebenleitungen können dieselbe Domäne für das Bodenoberflächentyp-Feld verwenden.
Definiere den Begriff Teilnahmebeschränkung
Spezifiziert, ob eine Entität über einen gegebenen Beziehungstyp mit einer anderen Entität in Bezug stehen muss oder nicht
Zwei Arten von Teilnahmeeinschränkung
– total (jede ABTEILUNG wird von ANGESTELLTER geleitet)
– partiell (nicht jeder ANGESTELLTE leitet eine ABTEILUNG)
Im ER-Diagramm wird totale Teilnahme mit doppelter Linie dargestellt
Erkläre das Konzept eines Verbundes (Join).
Skizziere ein ER Modell für einen See mit folgenden Eigenschaften:
«Jeder See hat einen Namen, eine Tiefe, und genau eine Wasser-Qualität (quellrein, mässig überdüngt, stark überdüngt, tot).»
«Massnahmen (Belüftung, Düngeverbot, Kläranlagenbau) können Seen zugeordnet werden, wobei pro See nur eine Massnahme aufs Mal möglich ist.»
«Seen dürfen sich nicht überlagern.»
Definiere den Begriff logisches Modell und erstelle eines auf dem See ER Modell
Leitet aus Entitäten und Beziehungen die benötigten Tabellen und feature classes ab, mit ihren Attributen und Schlüsselattributen, ohne sich aber um die Details der technischen Umsetzung zu sorgen.
Entitäten werden zu Tabellen, resp. räumlichen Datensätzen (feature class, shapefile) Wir machen eine Tabelle/Feature class für die Seen, die Massnahmen und die Qualitäten
Wie verbinden wir räumliche mit nicht räumlichen Daten?