Fragenkatalog Flashcards
Erklären Sie kurz das Entity-Relationship-Modell und warum dieses für GIS wichtig ist.
Das ER-Modell beschreibt die Realität anhand von Entitäten (engl. entities) und ihren Beziehungen untereinander.
-> Entwicklung einer effizienten und performanten Datenbankstruktur möglich
In einem GIS kommt der Datenverwaltung und Speicherung eine zentrale Rolle zu. Das ERM ist ein mögliches Modell, das Geometrie mit Attributen verbindet und die Daten somit für ein GIS bearbeitbar macht.
Entität: Abstraktion eines realen Objektes, das sich von anderen Objekten aufgrund von spezifischen Eigenschaften (Attributen) unterscheidet.
Schlüsselattribut: dient der eindeutigen Identifizierung einer Entität (das Merkmal, welches für eine bestimmte Entität einzigartig ist.)
Relation: Beziehung zwischen Entitäten (unterschiedlichen Typs.)
Entitätsmenge: Menge an Entitäten mit gleichen Attributen -> gleichartige Objekte, die also durch gewisse Eigenschaften gleichartig charakterisiert sind.
Entitätstyp: unter einem Entitätstyp versteht man die Typisierung gleichartiger Entitäten
Beziehungstyp: Menge/Art (?)(zB. 1, n,…). der Beziehungen zwischen zwei unterschiedlichen Entitätstypen.
Was ist ein DBMS? Welche Anforderungen muss es erfüllen und warum sind entsprechende Funktionen in einem GIS wichtig?
DBMS = database management system (Datenbankverwaltungssystem) = Software zur Verwaltung eines Datenbanksystems
- stellt unterschiedliche Werkzeuge bereit:
- > Erstellung von Datenbanken
- > Füllung der Datenbanken mit Daten
- > Verwaltung der Daten
- stellt die Integrität und Sicherheit der Daten sicher
- > Integrität = dauerhafte Verfügbarkeit und konsistente Organisation
- bietet folglich Mögl. mit diesen Daten zu arbeiten
Anforderungen an ein DBMS: 1) Redundanzfreiheit 2) Mehrbenutzerzugriff 3) Interaktiver Betrieb mit Abfragemöglichkeiten 4) Strukturflexibilität 5) Gutes Antwortzeitverhalten 6) Hohe Datensicherheit 7) Zugriffberechtigungen 8) Gute Benutzerschnittstelle 9) leistungsfähige Werkzeuge 10) Skalierbarkeit „In einem GIS kommt der Datenverwaltung und –Speicherung eine zentrale Rolle zu.“ (Datensicherheit, BILL 1999)
Warum ist es wichtig?
- ermöglichen strukturiertes Lagern von Daten
- Daten können leicht aktualisiert werden
- Bearbeitung der gelagerten Daten möglich
Was ist GIS nach der Definition von BILL 1999 und was ist für Sie das Charakteristische von GIS?
„Ein Geo-Informationssystem ist ein rechnergestütztes System, das aus Hardware, Software, Daten und den Anwendungen besteht. Mit ihm können raumbezogene Daten digital erfaßt und redigiert, gespeichert und reorganisiert, modelliert und analysiert sowie alphanumerisch und graphisch präsentiert werden“. (BILL 1999)
BILL (1999): „Der wesentlichste Bestandteil von GIS sind die Daten, mit denen sie arbeiten“.
Charakteristika eines GIS:
- Reale Welt vereinfachen und veranschaulichen, um diese analysieren zu können -> Reale Welt wird in Datenmodell überführt
- GIS als Instrument zur Planung, Modellierung und zum Monitoring
- breit gefächerte Anwendungsbereiche (Geologie, Vermessung, Versicherungswesen, Medizin etc.)
- Einfache, schnelle und anschauliche Erarbeitung von Analysen und Karten
- > kann komplexe Realitätszusammenhänge einfach veranschaulichen und jedem zugänglich machen
Erläutern Sie die Funktionen eines GIS anhand der Komponenten/des Aufbaus.
Unter strukturellen Aspekten besteht ein GIS aus den vier Komponenten
1) Hardware:
Computer, Peripheriegeräte, Kommunikationsnetz
2) Software:
Programm-System und modulare GIS-Werkzeuge
3) Geodaten:
Daten zu Geometrie, Topologie, Thematik und Dynamik sowie Grafikdaten
4) Anwender
Dabei liegt das größte Entwicklungspotential im Bereich der Software. Die Software hat die Aufgaben der Erfassung bzw. Digitalisierung räumlicher Daten, Verwaltung, Analyse und Präsentation zu erfüllen.
Funktionen eines GIS:
- Erfassung bzw. Digitalisierung räumlicher Daten
- Speicherung von räumlichen Geometrie- und Sachdaten
- Methoden der auto- und semiautomatisierten Analyse raumbezogener Daten
- Funktionen zur Erstellung von Szenarien (Was wäre wenn?)
- Präsentation von Daten
- Export von Daten
Nennen Sie Hardwares zur Erfassung, Verarbeitung und Ausgabe von Geodaten und erläutern Sie kurz deren Funktion (insgesamt mind. 4).
1) Erfassung von Daten von bereits bestehenden Karten (Erzeugung von Rasterdaten):
differenzielles GPS, Satellit (mit Optik), Tachymeter, (Durchlauf-)Scanner, Digitalisiertisch, Analytischer Plotter, Scanner/Bildsensoren, Vermessungsgerät
2) Verarbeitung der Daten / Datenspeicherung:
Rechner (Prozessor, Grafikkarte), Server, Bildschirm, Festplatte, Tastatur, Maus
3) Ausgabe der auf den erfassten Daten basierenden Produkte
Drucker, Plotter, DVD/CD, Bildschirm, Festplatte, Multimediagerät
Erläutern Sie den Begriff LBS und die Technologie die hierzu benötigt wird.
LBS = location-based-services
LBSs sind standortbezogene Dienste, welche von dem User mobil genutzt können. Um Location-Based-Services zu nutzen, braucht der User ein mobiles Endgerät. Über das Mobilfunknetz, in welches sich das Handy einwählt, können die Standortdaten ermittelt werden. Das bedeutet, dass diese Art Service vorrangig über Apps und die dazugehörigen Smartphones abläuft.
- Mobiltelefon wählt sich in Funkzellen ein (dieser Prozess nennt sich Cell-ID)
- Mithilfe der Cell-ID wird ungefährer Aufenthaltsort des Nutzers ermittelt
- Wenn Mobiltelefon mit bestimmten Programmen/Funktionen ausgestattet ist (z.B. GPS), können dem User dann standortbezogene Dienste angeboten werden (versch. Systeme müssen zusammenarbeiten, um LBS anbieten zu können (z.B. Positions- und Ortermittler)
Erörtern Sie kurz Raster- und Vektordaten.
-> Abstraktion der realen Welt, in der räumliche Elemente repräsentiert werden!
Rasterdatenmodell:
“Zeilen- und spaltenweise in einer Matrix gleichförmig angeordnete Elemente mit einheitlicher Flächenfüllung” (BILL 2010)
Graphische Grundstruktur: Pixel.
Rasterdaten bestehen aus in Reihen und Zeilen angeordneten Farbsegmenten (=Pixel). Diese haben eine feste Kantenlänge und einheitliche Farbfüllung. Rasterdaten können nur bis zu einer bestimmen Größe erzeugt oder genutzt werden (da sonst gekachelt).
Vektordatenmodell:
“Auf Punkten und Linien beruhende Beschreibung von raumbezogenen Objekten.” (BILL 2010)
Graphische Grundstrukturen: Punkt, Linie, Fläche.
Diese sind geographisch referenziert bezüglich eines Koordinatensystems.
Vektordaten werden üblicherweise dort verwendet, wo Häufigkeitsverteilungen, Weglängen, Flächengrößen oder Grenzen ermittelt werden müssen.
Erklären Sie das topologische (Vektor-)datenmodell.
Nichttopologische Modelle: bilden nur Lage und Form des Objektes ab (Geometriedaten).
-> 2D-Darstellung!
Topologie: beschreibt die Lagebeziehungen zwischen Geoobjekten.
Topologische Modelle: bieten zusätzlich Infos über die räumlichen Beziehungen von Objekten zueinander.
- Grundformen: Knoten, Kanten, Maschen
- > 3D-Darstellung!
Erläutern Sie die verschiedenen Dimensionen in einem GIS.
4 Dimensionen:
1) Entlang einer Linie (Straßen- oder Bahntrasse, Schacht, Grenze usw.)
2) Zweidimensional (2D): Geometriedaten liegen als x,y Koordinaten vor; auf einer Fläche
(trifft am häufigsten zu)
3) Dreidimensional (3D): Geometriedaten liegen als x,y,z Koordinaten vor; 3D-Körper oder 2D-Zeitreihen
4) Vierdimensional (4D): Neben den Geometriedaten [x,y,z] liegt zusätzlich Zeitparameter vor (Raum und Zeit)
Was sind Metadaten und wozu sind sie nützlich?
Metadaten = Daten über Daten
- > als Metadaten bzw. Metainformationen werden strukturierte Daten bezeichnet, die Informationen über andere Informationsressourcen enthalten
- Sind erforderlich, wenn es größere Datenmengen zu verwalten gibt (z.B. größere Datensammlungen wie Dokumente, Bücher, Datenbanken oder Dateien)
- meist maschinell lesbar und auswertbar
Metadaten wären bei einem Buch zum Beispiel: •Autor, • Titel, • Verlag, • Erscheinungsjahr, • Anzahl der Seiten, • ISB Nummer.
Erörtern Sie kurz die möglichen Kartenprojektionen und welche Karteneigenschaften sich daraus ergeben.
1) Nach Lage der Abbildungsfläche:
- polständig/normal: die Achse der Abbildungsfläche berührt einen Pol
- transversal: die Achse der Abbildungsfläche berührt den Äquator
- schiefachsig: die Achse der Abbildungsfläche berührt weder einen der Pole noch den Äquator
- > und: Schnitt- oder Berührungsfläche/-zylinder/-kegel
2) Nach Projektionsfläche:
- azimutal: die Projektionsfläche ist eine Ebene
- konisch: die Projektionsfläche ist ein Kegel
- zylindrisch: die Projektionsfläche ist ein Zylinder
3) Nach Lage des Projektionszentrums:
- gnomonisch: das Projektionszentrum liegt in der Mitte des Globus
- stereographisch: das Projektionszentrum liegt gegenüber des „Berührungspunktes“ auf der Erdoberfläche
- orthographisch: das Projektionszentrum liegt in unendlicher Entfernung, so dass die Strahlen parallel verlaufen
4) Nach Verzerrungseigenschaften:
- winkeltreu: Flächen werden insbesondere großmaßstäblich formengetreu dargestellt.
- > Winkel in der Projektion bleiben identisch zu Winkeln in der Realität.
- > eignet sich besonders zur Navigation/Schifffahrt
- längentreu: entlang bestimmter Achse (niemals auf der ganzen Karte) sind die auf der Karte abgebildeten Distanzen (verkleinert mit Maßstab x) exakt identisch zu den Distanzen in der Realität
- mittabstandstreu: von einem bestimmten Punkt der Karte ausgehend sind alle Achsen längentreu
- flächentreu: Flächen werden mit ihren (maßstäblich verkleinerten) tatsächlichen Größen dargestellt, sodass Flächen(größen)vergleiche innerhalb der Karte möglich sind.
- > aber: Formverzerrungen
- vermittelnd: weder winkel-, noch längen-, noch flächentreu aber gut für eine relativ natürlich wirkende Darstellung der Erde (Bsp.: Robinson-Projektion)
5) Art des Entwurfs
- echte Entwürfe = Projektionen/Abbildungen
- unechte Entwürfe = Konstruktionen (mit math. Zusatzbedingungen)
Beispiele:
• Mercatorprojektion: Berührungszylinder
- transversal oder normal
- winkeltreu und gnomonisch
-> Grundlage für GK und UTM (in transversaler Lage)
• Albers-Kegelprojektion: Schnitt- oder Berührungszylinder
-flächentreu
-längetreu entlang der Schnitt- bzw. Berührungslinien.
• orthographische Azimutalprojektion:
- längentreu entlang konzentrischer Kreise um den Mittelpunkt (bei polständig: entlang der Breitenkreise)
Erläutern Sie WGS 84.
WGS 84 = World Geodatic System
-> bezeichnet ein weltweites geodätisches Referenzsystem, auf dessen Grundlage Positionen auf der Erde und im erdnahen Raum bestimmt werden.
Bestandteile:
1) Referenzellipsoid (WGS 84) als mathematische Regelfläche (Angabe v. Längen- und Breitengraden) -> international anerkannt
2) Geoid (EGM96) als detailliertes Modell der Erdfigur
3) 3D-Koordinatensatz der 12 weltweiten Fundamentalstationen -> Verankerung obiger Modelle in Erdkruste
-> Definition und Koordinatenbestimmung über kartesisches 3D-Koordinatensystem -> Ursprung im Massenschwerpunkt der Erde
-> Verwendung: u.a. in Satelliten für GPS-Systeme
Erläutern Sie das UTM-System.
UTM = Universales Transversales Mercator – System
-> Abbildungsverfahren, mit der man die gekrümmte,
dreidimensionale Oberfläche des Rotationsellipsoids, z.B. des WGS 84, auf die zweidimensionale Kartenebene darstellen kann
-> Grundlage: universaler, transversaler Schnittzylinder
Aufbau:
1) Zonen = Meridianstreifen mit Hauptmeridian
- 60 Stück à 6° = 360°
- Beginn der Zählung: 180°-Meridian (gg. vom 0-Meridian)
- Zählungsrichtung gegen Uhrzeigersinn
- Vorgabenwert Hauptmeridian: 500.000m
- Breitendarstellung: zw. 84°N & 80°S
2) Bänder = Breitenkreisstreifen
- jeweils 10 pro HK à 8°
- Bezeichnung nach Buchstaben
3) Zonenbandfelder = Schnittpunkt von Zonen und Bändern (z.B. 32U)
4) Planquadrate = 100km-Quadrate innerhalb eines Zonenbandfeldes (z.B. KB)
Koordinatenangabe:
1) Zonenbandfeld (z.B. 32U)
2) Planquadrat
3) Ostwert (Entfernung vom Hauptmeridian)
4) Nordwert (Entfernung vom Äquator)
- > Bsp: UTM 32U KB 0298276 5642824
Nennen Sie mögliche Bestandteile einer Karte (mind. 10). Welche sind davon essentiell? Erörtern Sie kurz warum.
1) Kartenblattbezeichnung: Kartenblattnummer Kartenblattname, Kartenwerk
2) Kartenrahmen und Kartenrand
3) Kartendatum und Ersteller
4) Koordinatensystem -> E
5) Koordinatengitter -> E
6) Koordinatenangaben (z.B. GK/geographische) -> E
7) Legende -> E
8) Maßstab und Nordpfeil -> E
Erklären Sie den Aufbau und die Arbeitsweise eines GNSS und nennen Sie die drei wichtigsten Systeme.
GNSS = Globales Navigationssatellitensystem
- > Echtzeit-Positionsbestimmung von ruhenden und sich bewegenden Objekten auf Land, zu Wasser und in der Luft, durch Satellitensignale
- Positionsbestimmung erfolgt durch die Signalübermittlung zwischen Empfangsgerät und mindestens 4 Satelliten sowie ggf. einer Referenzempfangsstation auf der Erde.
- Dabei werden aus den gemessenen Signallaufzeiten zu den jeweiligen Satelliten jeweils Koordinaten ermittelt aus denen dann eine meist sehr genaue Positions- angabe errechnet wird
- Insgesamt wird für ein GNSS eine Konstellation von 24 bis 30 Satelliten verwendet.
Systeme: NAVSTAR-GPS (USA) GLONASS (Russland) GALILEO (EU) BeiDou (China)
Erörtern Sie kurz originäre und sekundäre Erfassungsmethoden. Nennen Sie je mind. drei Beispiele.
1) Originäre bzw. primäre Erfassungsmethoden
- > Methoden, die Daten direkt am Objekt oder dessen Abbild gewinnen
- wichtigste Methoden der topographisch-geographischen Erfassung digitaler Geodaten: Vermessung, Photogrammetrie und Fernerkundung
Beispiele:
- Das reale Objekt selbst,
- photographisches Abbild
- Luftbilder
- Orthofotos
- Satellitenfotos
2) sekundäre Erfassungsmethoden
- gehen von einem vorgegebenen, für einen bestimmten Zweck erstellten Produkt aus -> genau der Informationsgehalt, der bei der Primärerfassung von Interesse war liegt vor
- spielen in GIS wichtige Rolle
Probleme:
- Genauigkeit i.d.R. schlechter als bei der Urerfassung
- Aktualitätszustand stimmt mit dem Sekundärmedium, nicht aber mit der Realität überein
Beispiele:
- amtliche Karten- oder Planwerke, Katasterplanwerke, Karten der amtlichen Vermessungsverwaltung (DGK5, TK10, TK25, Stadtgrundkarten)
- gewerbliche und sonstige Karten (Stadtpläne, Streckenplan DB)
- geographische Verzeichnisse (Adressenmaterial)
- statistische Daten
- andere Informationssysteme oder digitale Datenbestände
