Aktuelle GIS-Grundlagen Bachelor Naturschutz … · 2013. 2. 5. · • GIS • 3D-Visualisierung...

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Prof. Erich Buhmann Grundlagen Landschaftsinformatik

Aktuelle GIS-Grundlagen

Bachelor Naturschutz Landschaftsplanung –

4/5.Sem Stand: 15.10.2012

Softwareanwendungen in der Landschaftsplanung

- Versuch einer Übersicht 1 / 2

Von der STANDARD Software

Hilfsprogramme Grafik Programme ohne Koordinatenbezug

• - Virenschutz - Bildbearbeitung

• - Medienplayer - Web Layout

• - Bildverwaltung …. - Videoschnitt …

• Office Programme für

• - Textverarbeitung

• - Tabellenkalkulation

• - Präsentation

• - Datenbank

• - Emailverwaltung ….

Softwareanwendungen in der Landschaftsplanung

- Versuch einer Übersicht 2 / 2

bis zur FACHAPPLIKATION:

• Projekt Management und HOAI

…………

• Grafik Programme mit Koordinatenbezug

• CAD und CAD-Fachapplikation

• GIS

• 3D-Visualisierung

• …………

Grundsatz: Es gibt immer mindestens zwei gleichwertige

Lösungen auf dem Markt.

Für die Auswahl in der Lehre spielt die Marktbedeutung für die einzelnen

Berufsfelder eine Rolle. Es kann nur jeweils eine Einführung und

Orientierung als Hilfe zur Selbsthilfe vermittelt werden.

Prof. Erich Buhmann

Hochschule Anhalt

Entwicklung des CAD- und GIS-Einstiegs

in den Landschaftsarchitekturbüros

1990 1992 1994 1996 1998

zent CAD

BUHMANN 1999

Komponenten eines GIS

Dangermond, ESRI, 2010: “GIS kann einen Beitrag zu

allen Herausforderungen der Menscheit leisten”

Proto-GIS

Minicomputer

Workstation

Windows-PC

GIS-Generationen (nach Strobl)

Prof. Erich Buhmann

Location Based

Services 2006

Source: ESRI

Grundlagen Landschaftsinformatik

Cloud/all Devices 2011

Prof. Erich Buhmann Landschaftsinformatik II

by Jack Dangermond (2010)

by Victoria Kouyoumjian (2010)

IT professionals' top concerns when considering

moving to the cloud: Security and privacy.

Content is a key component of GIS, which includes

easy access to ready-to-use maps and imagery.

Betrachter

Anwender

Erfasser

Klassische Nutzerpyramide GIS

Viewer/Internet GIS

Desktop GIS

Professional GIS

Professionelle GIS • bieten ein Höchstmaß an Funktionalität, sind aber

auf Grund ihrer Komplexität schwer zu handhaben

und entsprechend kostenintensiv. Das

professionelle GIS wird in der Regel in der

Kommune von einem GIS-Experten zur

Verwaltung der Geo-Daten der Stadt eingesetzt.

• Beispiele: ERDAS IMAGINE, MicroStation,

GeoMedia Pro, ArcGIS ArcInfo, MapInfo und

viele andere.

• Als „GNU General Public License“ sind

verfügbar: GRASS GIS und Quantum GIS (QGIS)

DesktopGIS • sind Geo-Informationssysteme, die häufig mit

Windows ähnlichen Oberflächen agieren und

ebenfalls eine Vielzahl an Funktionalitäten

aufweisen. Durch ihre einfache Bedienung und

geringeren Preise bieten sie sich für die Großzahl

an Projekten an.

• Beispiele: ArcGIS ArcView, GeoMedia,

AutoCAD Topobase, PolyGIS, u.a.

GIS Viewer gestatten lediglich das Anschauen und einfache

Darstellungsänderungen von GIS-Daten. Für die

Erstellung eines Landschaftsplans sind sie nicht

ausreichend, erlauben aber insbesondere über

Internet-GIS die Nutzung des fertiggestellten

Landschaftsplans.

• Beispiele: ArcReader, Google Earth Familie,

ArcGlobe, ArcGIS Explorer, GeoMedia Viewer

• ------------------------------------

• Hinweis: Jährliche GIS Softwareübersicht

Buhmann/Wiesel: GIS Report Software Daten Firmen (ab

1998 Wechsel des Herausgebers) www.gis-report.de

Content is a key component of GIS, which includes

easy access to ready-to-use maps and imagery.

Ein GIS enthält

interaktive Karten,

die eine Reihe von

sog. „Features“ und

deren Beziehungen

auf der

Erdoberfläche

anzeigen.

Quelle: ESRI, 2012

In GIS sind Daten als geographisches Informationsmodell mit auf

Thematische Layern zur Charakterisierung und Beschreibung

der Erde organisiert. Quelle: ESRI, 2012

GIS-Abbildung

der realen Welt

als Raster

und/oder

Vektorabbildung

Quelle: R. Stahl: GIS-Tutor 1997, geändert

Beispiele für

Raster-

abbildungen in

einem GIS Quelle: ESRI, 2012

Daten der

Vektorabbildung

getrennt nach den

graphischen

Elementen

- Punkte

- Flächen

- Linien

GIS immer

koordinatenbezogene graphische Abbildung

und Datenbankkopplung

Jedes GIS enthält Geoverarbeitungsfunktionen zum Abrufen

von Informationen aus vorhandenen „Datasets“ und der

Anwenden von Analysefunktionen , wie hier eines „Puffers“ Quelle: ESRI 2012

Abspeicherung der Darstellung von

geographischen Informationen mit einem GIS

Drei primären GIS-Datenstrukturen zur

Abbildung und Verwaltung am Beispiel des

GIS System ArcGIS:

- „Feature-Classes“

- Attributtabellen

- „Raster-Datasets“

Thema Geographische Darstellung

Quelle, Brunnen

Wasserläufe

Punkte

Linien

Große Gewässer, Seen Polygone

Vegetation Polygone

Stadtgebiete Polygone

Straßenmittellinien Linien

Verwaltungsbezirke Polygone

Orthofotografie Raster

Satellitenbilder Raster

Flurstücke Polygone

Grundsteuer-Datensätze Tabellen

Typische GIS-Darstellungen

Datasets in a geodatabase

Feature-Classes: Jede Feature-Class ist eine logische Sammlung

der Features eines allgemeinen Typs (Auswahl an Feature-Typen) Quelle: ESRI, 2012

GIS data objects…

Prof. Erich Buhmann

Raster

Network

Topology

Annotation Feature Class

Table Terrain

Dimension

Toolbox

Relationship Class a.o.

Grundlagen Landschaftsinformatik

Empfehlung des schrittweise Vorgehens für die

(weitere) GIS-Einführung:

1. Phase:

Kontinuierliche Marktorientierung: GIS-Report, GIS-Fachmessen,

firmenneutrale GIS-Fachzeitschriften und Fortbildungsseminare

2. Phase:

Bildung einer GIS-Arbeitsgruppe

Bestellung eines firmenneutralen GIS-Beraters

3. Phase:

Erarbeitung einer Anforderungsanalyse mit Mengengerüst

4. Phase:

Entwicklung eines Systemkonzepts für die weitere stufenweise GIS-

Einführung im Rahmen des IT-Konzeptes der Organisation

5. Phase:

Teil-Systemauswahl nach Vorauswahl mit Hilfe von Benchmark-Tests

6. Phase:

Weitere Vorgehensweise: Pilotvorhaben, Entwicklung und schrittweise

Umsetzung eines GIS-Datenkonzeptes, GIS-Anwendergruppen, etc.

• GIS-Standardisierung, Miniaturisierung in der Elektornik

• 3D GIS (Anwendung 2, 3 , 4)

• WebGIS (z. B. Google Earth, ArcGlobe)

• Objektorientierte Verwaltung großer Datenmengen

• Verfügbare hochauflösende Scannerdaten (z.B. LIDAR)

• Prozessorientierte intelligente Geoverarbeitung

• Location Based Services

• Virtual GIS

• The „Cloud“, „BYOD“ Bring Your Own Device, “….”

-> Video Visionen Jack Dangermond

Technische GIS-Entwicklungen

GIS-Standardisierung

Arc/Info

Intergraph

SicadARGIS

Vision

Arc/Info

Intergraph

SicadARGIS

Vision

Austausch-format

- BIM (Architektur)

- CityGML (Stadtplanung)

- Xplan (Flächennutzungsplanung)

- OKSTRA (Straßenplanung)

Standardisierung in der räumlichen Planung

und der Architektur

Quelle: Prof. Dr. Thomas Kolbe, DLA Tagung 2012

nach KOLBE 2012 zur DLA Conference an der Hochschule Anhalt

INTEGRATION VON 3D Daten mit CityGML

Web-GIS

File Format File Format File Format

File Format

Real-Time

Data Feed

File Format

File Format Non-

traditional

File Format

NETWORKS AND CLIENT/SERVER TECHNOLOGY

Format File

Format

File Format

Interfaces based on the

OpenGIS Specification

Traditional

Web GIS

BROWSER CLIENT

WEB- SERVER

Custom Gateway

API / ODBC

Net-aware application

Beispiel: Ontario

http://158.61.82.251/gis/apps.htm

Location Based Services (LBS) Wird nach der Entwicklung der WebGIS Systeme als die nächste Generation von

GIS bezichnet. LBS sind über ein Netzwerk erbrachte mobile Dienste, die unter Zuhilfenahme

von positions-, zeit- und personenabhängigen Daten dem Endbenutzer selektive

Informationen bereitstellen oder Dienste anderer Art erbringen.

Wie Nutzerpositionen technisch ermittelt werden, hängt von der Art des

Positionsbestimmungsverfahren ab.

Man unterscheidet zwischen reaktiven und proaktiven standortbezogenen Diensten.

Bei reaktiven Diensten muss der Dienstnutzer den Service explizit anfordern

Ein proaktiver Dienst reagiert auf bestimmte Ereignisse, zum Beispiel beim Betreten

einer bestimmten Zone.

In Deutschland gibt es ca. 20 Millionen Anschriften, deren Koordinaten auf etwa einen Meter

genau bekannt sind. Dazu kommen einige Hunderttausend wichtige Ortspunkte, wie z. B.

Flughäfen, Behörden, Hotels, Tankstellen, Krankenhäuser, Bahnhöfe, Haltepunkte,

Arztpraxen, Schulen für die Einbeziehung in LBS.

Virtual GIS

VR-Definition

• Realität = 25 Bilder/Sekunde, Maßstab 1:1

• Navigation und

• Interaktion mit Bauteilen u.a.

• Eintauchen in die Datenwelt

Objektorientierte Verwaltung

großer Datenmengen

Quelle: ESRI, 2012

Projektzyklus Umweltplanung

Landschaftsarchitektur

Prof. Erich Buhmann GIS Grundlagen Landschaftsinformatik

Geschäftsstrategie

Datenobjekte

Arbeitsprozesse

GIS-Instrumente

Technologische Strategie

Projekte

•Umlaufzeiten

•Produktivität

•Beschaffung

Kernpunkte x

Prof. Erich Buhmann

Vgl. Brad Holtz

GIS Grundlagen Landschaftsinformatik

Arbeitsschritte in der GIS-gestützten räumlichen Planung

Adapted from the Steinitz model of landscape change:

GeoDesign is a rapid and adaptive process for creating a

sustainable future.

GeoDesign is a systematic methodology for

geographic planning and decision making

Quelle: CARL STEINITZ : Designing Alternative Futures

Methoden der Datenerfassung für GIS

Die häufigsten Operationen für GIS-

Analysen

Vector Analyse

•Überlagerung (Verschneidung)

•Selektion und Re-Klassifizierung

•Pufferbildung

Eingangsdaten Geooperation

Ausgangs-

datensatz

Ergebnis

Eingangsdaten und Funktionsparameter

- vordefiniert oder...

- über Eingabemaske

ArcGIS ModelBuilder

Drag and Drop Name, Pfad,

Parameter Parameter

“Square” – “Circle” –

“Square” Prof. Erich Buhmann Grundlagen Landschaftsinformatik

Quelle: ESRI, 2012

ModelBuilder Was ist ein Modell?

HÖHEN

VEGETATION

NIEDERSCHLAG

NEIGUNG

EROSIONS

POTENTIAL

EROSION

GEFAHR

nach B. Miller, ESRI 2004

ATELIER BERNBURG LANDSCHAFTSARCHITEKTEN

Hangneigungsklassen

Ableitung der Hangneigung

aus dem Digitalen Geländemodell

Hochschule Anhalt

Drei Ebenen der raumstrukturrellen Analyse

(nach LANG & BLASCHKE 2006)

Quelle: LANG & BLASCHKE 2006

„Workflow“ von der Maßzahl für das Einzelelement

(„patch“) zur Ökologischen Fragestellung

(nach LANG et. al. 2002)

Quelle: LANGE 2002 zitiert nach LANG & BLASCHKE 2006

Beispiele von Maßzahlen für Landschafts-

strukturelemente (nach LANG & BLASCHKE 2006)

Beispiel für GIS-gestützte räumliche Rasteranalyse:

Berechnung eines „Patches“ und seiner

Nachbarschaftsbeziehungen (nach LANG & BLASCHKE 2006)

Literatur zur Präsentation:

BUHMANN/ERVIN/PIETSCH (Eds.) (2012):

Digital Landscape Architecture 2012, Wichmann Verlag

LANG & BLASCHKE 2006:

Landschaftsanlyse mit GIS, Ulmer Verlag

STEINITZ, CARL (2012) :

A Framework for Geodesign: Changing Geography by Design, Esri's

GIS Bookstore, 224 pages

Internet Quellen:

Dangermond Jack (2012):

Landscape Architecture and GIS history.

Quelle: http://www.examiner.com/article/interview-with-esri-s-jack-dangermond-

landscape-architecture-and-gis-history

Jack Dangermond (2012) - The vision for GIS- EUC11- Part 1 + 2; 08.03.2012

Quelle: http://www.youtube.com/watch?v=mfkzufmxFng

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