Zusammenfassende Prüfungsvorbereitung Kartographie PDF

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Zusammenfassende Prüfungsvorbereitung Kartographie __________________________________________________________ Was ist Kartographie? Die Kartographie ist ein Fachgebiet, das sich befasst mit dem Sammeln, Verarbeiten, Speichern und Auswerten raumbezogener Informationen sowie in besonderer Weise mit deren Veranschaulichung durch kartographische Darstellungen.

Arten von Karten 1) Topographische Karten 

Kartenelemente: Situation, Gewässer, Geländeform, Bodenbewachsung, Beschriftung



Aufgaben: Bildung und Information, Geländeorientierung, Verwaltung und Planung, wissenschaftliche Interpretation, kartographische Grundlage



Gruppierung:>1:300.000 Grundkarten, TK25 – TK100, Übersichtskarten Anteil der 75° von 360° 75° / 360° = x h / 24 h 360° -> 24 h X = (24h * 75°) / 360° = 5 Stunden Zeitunterschied Antwortsatz: Der Zeitunterschied der Lokalzeit zwischen London und der Karibik beträgt 5 Stunden! 

Wie viele Sekunden darf die Uhr pro Tag bei 0,5° Genauigkeit falsch gehen? o Welche Distanz (in Grad) entspricht welcher Zeitspanne? 360°≙ 1 Tag; 15°≙ 1 Stunde; 1°≙ 4 Minuten; 0,5°≙ 2 Minuten

Die Uhr darf auf der Reise insgesamt 2 Minuten falsch gehen. Bei 40 Reisetagen entspricht das 120s / 40d = 3 Sekunden pro Tag. 

Wie viel Km nach Ost und West entspricht 0,5° Ungenauigkeit auf dem 20. Breitengrad? o Wie lang ist ein Grad am Äquator? o Welche Formel wird zur Berechnung auf anderen Breiten benötigt?

Distanz auf dem 20. Längengrad: D=111,32 km * cos(20°) = 104,61 km -> auf dem 20. Breitengrad entspricht die Distanz von einem Längengrad 104,61 Km o 0,5° Längengradgenauigkeit -> 0,5° Ungenauigkeit in östlicher und westlicher Richtung 104,61 km / 2 = 52,30 km Die Ungenauigkeit in östl. und westl. Richtung beträgt ca. 52,30 km. 4

Koordinatensysteme

1) Geographische Koordinaten: Länge/Meridian (Nullmeridian:1884), Breite 2) Geozentrische Koordinaten: x,y,z mit Ursprung im Geozentrum (=Erdschwerpunkt der Erde) 3) Ebene Koordinaten: rechtwinklige (kartesische Koordinaten), definierter Abbildungsbereich (z.B. Meridianstreifen)

3 Satelliten zur Vermessung von Geoiden 

GOCE



GRACE



CHAMP

Eigenschaften des Gradnetzes der Erde 

Parallelkreise haben unterschiedlichen Umfang



Meridiane sind alle gleich lang



Meridiane konvergieren in den Polen (= annähern)



Meridiane und Parallelkreise stehen senkrecht aufeinander

Orthodrome 

kürzeste Verbindung zweier Punkte auf einer Kugeloberfläche



Orthodrome ist immer ein Teilstück eines Großkreises



in der Luftfahrt fliegt man meist entlang der Orthodromen, daher auch die häufige gebrauchte Bezeichnung Luftlinie

Loxodrome 

ist eine Kurve auf einer Kugeloberfläche, die immer unter dem gleichen Winkel die Meridiane im Geographischen Koordinatensystem schneidet



synonyme Bezeichnung: Kursgleiche, Winkelgleiche oder Kurve konstanten Kurses

5

Berechnung eines Parallelkreissegments  

s(λ°) [km] = λ/360 · 2 · π · r mit r = cos φ · R

Parallelkreis = Breitengrad Meridian = Längengrad

λ= Lambda (Länge) φ= Phi (Breite)

Berechnung der Entfernung zweier Punkte

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Kartenprojektion Sphärische Zweiecke als Grundlage einer Globusdarstellung

Abbildungserscheinungen Flächentreu: eine Karte ist nur dann flächentreu, wenn alle Flächenverhältnisse der Erde auf der Erde richtig abgebildet sind. Form bleibt nicht erhalten Winkeltreu: eine Karte ist nur dann winkeltreu, wenn es eine Übereinstimmung zwischen Winkel auf der Erde gibt! Form bleibt erhalten, aber die Fläche nicht Längentreu: eine Karte ist nur dann längentreu, wenn alle Entfernungen auf der Erde auf der Karte im gleichen Maßstab verkleinert erscheinen. Längentreue bleibt nur in einer Richtung erhalten!

Nur der Globus ist gleichzeitig flächen-, längen- und winkeltreu!

Muster, die die Art und Weise der Verzerrung auf Karten angeben, heißen Tissot’sche Indikatrix

Kartenprojektion Gliederung von Kartenprojektion: a) Projektionsfläche (azimutal, Kegel, Zylinder) b) Beziehung Projektionsfläche / Erde (Berühr- und Schnittfläche) c) Lage der Projektionsfläche (normal, transversal, schiefachsig) d) Projektionsregeln (gnomonisch, stereographisch, orthographisch)

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a) Projektionsfläche

b) Beziehung Projektionsfläche / Erde Schnittfläche

Berührfläche

c) Lage der Projektionsfläche

d) Projektionsregeln

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Maßstäbe auf Karten 1:25.000 Maßstabszahl 

die Bezeichnung „großer“ und „kleiner“ Maßstab beziehen sich auf die Größe eines Objektes auf der Karte, nicht auf die Größe der Maßstabszahl!



auf einer Karte mit großer Maßstabszahl wird ein Objekt wesentlich kleiner dargestellt als auf einer Karte mit kleiner Maßstabszahl



daraus folgt: je größer die Maßstabszahl, desto kleiner der Maßstab



Bsp.: 1:25.000 > 1:100.000

Übung: Geographische Berechnung: Sexagesimal Dezimal  Wenn die Koordinaten im Sexagesimalformat (Grad, Minuten, Sekunden) angegeben sind, müssen Sie für die Berechnungen in das Dezimalformat umgerechnet werden

 Vorgehen bei Sexagesimal zu Dezimal 1) Sekunden durch 60 teilen 2) Ergebnis mit Minuten addieren und durch 60 teilen 3) Ergebnis mit Grad addieren  Beispiel: 50° 25‘ 30‘‘ in Dezimalgrad umrechnen 1) 30/60 = 0,5 2) (0,5 + 25) / 60 = 0,425 3) 0,425 + 50° = 50,425° Gauß’sche Koordinaten: 2-dimensionale kartesische Koordinaten 

Ebene orthogonale metrische Koordinaten



Gesetze der Geometrie gelten in der Ebene



Grundlage mittel- und großmaßstäbiger Karten



Achtung: globale Berechnungen sind nicht möglich!



Gauß-Krüger-System (R 87°/H 56°)



UTM-System (Easting 88°/Northing 55°)

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Gauß-Krüger-Meridianstreifen Hauptmeridiane: 3, 6, 9, 12 und 15 Grad ö.L. mit beiderseits 1° und 30‘ Streifen (ca. 100 km) = 3° Grad breites Streifensystem Abzissen= Hochwert H = = Entfernung vom Äquator in m Ordinaten= Rechtswert R = Entfernung vom Mittelmeridian mit zwei Komponenten: a) Kennziffer der Streifennummer (1, 2, 3 und 4 etc.) b) Entfernung vom Mittelmeridian in Metern Achtung: Mittelmeridian hat den Wert 500.000 m

Vergleich: Gauß-Krüger vs. UTM Gauß-Krüger-Koordinatensystem (DEU) Transversaler Berührzylinder (Mercator) Hauptmeridian längentreu abgebildet Erde in 120 gleichgroße Streifen unterteilt (Streifenbreite: 3°) Abzisse = Hochwert Ordinate = Rechtswert Bezugssystem: Bessel 1841

UTM-Koordinatensystem transversaler Schnittzylinder Paar zum Hauptmeridian paralleler Schnittlinien längentreu abgebildet  Nicht zum Hauptmeridian selbst Erde in 60 gleichgroße Streifen unterteilt (Streifenbreite: 6°) Abzisse = Nordwert (Northing) Ordinate = Ostwert (Easting) Bezugssystem: WGS84 10

Was bedeutet ETRS und WGS?

ETRS, Europäisches Terrestrisches Referenzsystem, ein vereinbartes erdfestes Bezugssystem, das von den beteiligten europäischen Ländern als Grundlage für ihre Landesvermessungen offiziell eingeführt wurde. Die Realisierung des ETRS geschieht in erster Stufe durch den Europäischen Referenzrahmen (EUREF), der auf nationaler Ebene durch Landesnetze (im allgemeinen durch Messungen mit dem GPS) verdichtet wird. Das World Geodetic System 1984 ist die geodätische Grundlage des GPSSystems, der Vermessung der Erde und ihrer Objekte mit Navstar-Satelliten. Zu diesen Grundlagen zählt ein sogenanntes Referenzellipsoid - ein global bestangepasstes Rotationsellipsoid, welches als Rechenfläche die Erdoberfläche im geophysikalischen Sinne annähert. Im Gegensatz dazu verwendet die klassische Landesvermessung in Deutschland ein lokal bestangepasstes Referenzellipsoid (Bessel). Die Grundlage der deutschen und europäischen Landesvermessung wird zukünftig das ETRS89(-System) darstellen.

Primärdatenerfassung Methoden: -

Triangulation

-

Trilateration

-

Tachymetrie

Triangulation= klassisches Verfahren der Landesvermessung zur Bestimmung der Lage von Punkten der Erdoberfläche. Die Punkte sind dabei Teil eines Dreiecksnetzes bzw. trigonometrischen Netzes, das das zu vermessende Gebiet überdeckt. Die Messung erfolgt m.H. eines Theodoliten. Die Orientierung des Dreiecksnetzes auf der Erdoberfläche erfolgte über astronomisch bestimmte geographische Breiten und Längen einzelner Trigonometrischer Punkte (TP) in Verbindung mit den Azimuten einzelner Dreiecksseiten. Trilateration= ist ein Messverfahren zur Positionsbestimmung eines Punktes. Während die Triangulation auf der Vermessung dreier Winkel basiert, beruht die Trilateration auf Entfernungsbzw. Abstandsmessungen zu drei Punkten. Tachymetrie= ein geodätisches Verfahren, bei dem Lage und Höhe von Objektpunkten in einem Arbeitsgang bestimmt werden. Die topographische Geländeaufnahme erfolgt von Tachymeterstandpunkten aus, deren Lage bekannt ist.Die Lagebestimmung erfolgt nach dem Polarverfahren und die Höhenermittlung mit Hilfe der trigonometrischen Höhenbestimmung. Dieses Verfahren findet Anwendung in den Bereichen Feldvermessung, Kataster-und Grundstücksvermessung, Bauwerksüberwachung etc. 11

Grundlagenvermessung I

1) Lagefestpunkte: Trigonometrische Punkte (TP), Netze 1.-4. Ordnung 2) Lagebezugsfläche, Geodätisches Datum: Fundamentalpunkt (z.B. Rauenberg), Ellipsoid (z.B. Bessel o Krassowsky) 3) Höhenfestpunkte: Nivellierungspunkt (NivP), 1.-3. Ordnung 4)Höhenbezugsfläche: Normal-Null (NN) = mittlerer Wasserstand eines benachbarten Meeres (z.B. Amsterdamer bzw. Kronstädter Pegel bei St. Petersburg)

Grundlagenvermessung II 1. Anwendung: - Grundlagenvermessung - Einzelvermessung 2. Komponenten: - Lagevermessung (z.B. Liegenschaften) - Höhenmessung (z.B. Fundamente) - Lage und Höhe (topographische Vermessung) 3. Objekterfassung: - terrestrische Messung - Bildmessung Terrestrisch-topographisch Winkelvermessung Streckenmessung mit Tachymeter-Theodoliten Höhenmessung durch o Geometrisches Liniennivellement o Hydrostatisches Nivellement (Schlauchwaage) o Trigonometrische Höhenmessung o Barometrische Höhenmessung 4) Gravimetrie 5) GPS  1) 2) 3)

Lagefestpunkte Die Lagevermessung bilden in ihrer Gesamtheit das Lagefestpunktfeld mit einer Punktdichte je nach Bundesland von 1 Festpunkt auf 1-5 km2. Das Lagefestpunktfeld dient heute noch überwiegend als Grundlage für alle amtlichen Vermessungen, insbesondere der Katastervermessung und der topographischen Landesaufnahme. Die Dichte der Lagefestpunkte wird jedoch in Zukunft abnehmen, da der Raumbezug künftig mittels satellitengestützten Messverfahren und SAPOS definiert wird und somit vermarkte Lagefestpunkte entbehrlich werden. Angabe der Lagefestpunkte: Lagefestpunkte sind Vermessungspunkte, deren Koordinaten (Lage und i.d.R. Höhe) bestimmt sind und die im Amtlichen Festpunktinformationssystem (AFIS) bei den Lagevermessungsbehörden geführt werden.

GPS – Global Positioning System 

  

Betreiber: US-Verteidigungsministerium o NAVSTAR: NavigationalSatellite Timing and Ranging  Pendants -> RUS: GLONASS, EU: GALILEO, CN: BeiDou, Japan: QZSS Basiert auf Netz von Satelliten auf MEO-Orbits o Was sind MEO-Orbits?  Medium Earth Orbits (mittlere Erdumlaufbahn; Höhe: 2k km < x < 36k km Anwendungen: Militär, Seefahrt, Luftfahrt, Fahrzeugnavigation, Sport, Transportwesen Grundlegendes Prinzip: Satelliten sind Bezugspunkte, um eine Position auf der Erde per Trilateration zu bestimmen. 12 1 Satellit/Messung  Strecke/Distanz

2 Satelliten/Messungen  Kreis 3 Satelliten/Messungen  Punkt

(für Fr. Schmullius 4 Satelliten)

Was sind Karten? Def.= Karten sind ein verebnetes, verkleinertes und damit vereinfachtes Bild der Erde. Karten repräsentieren damit eine Abstraktion, ein Modell der Erde bzw. einen Ausschnitt der Erde. Klassifikation von Karten:  großmaßstäbig: M> = 1:10.000  mittelmaßstäbig : 1:10.000 > M > 1:500.000  kleinmaßstäbig M > = 1:500.000

(M = 1: m, mit M = Maßstab u. m = Maßstabszahl)

Generalisierung Wozu dient Generalisierung?

     

Karte = vereinfachtes Abbild der Erde Vereinfachung  Generalisierung Wichtiges wird herausgehoben und aufgewertet, Unwichtiges weggelassen und abgewertet ähnliche Objekte graphisch uniformiert abhängig von: Zweck, Maßstab, Thematik, Besonderheiten der kartographisch darzustellenden Wirklichkeit je kleiner der Maßstab, desto stärker muss vereinfacht werden!

Typen der Generalisierung:

 semantische (sachbezogene) Generalisierung  geometrische (raumbezogene) Generalisierung  temporale (zeitbezogene) Generalisierung 13

Methodik:

Was sind Isohypsen und Äquidistanz?

Isohypsen = Linien gleicher Höhe Äquidistanz = Höhenunterschied zwischen zwei benachbarten Höhenlinien

Geländedarstellung 

Schraffen/ Böschungsschraffen = „eng gescharte Reihen kurzer Fallstriche, welche die Richtung des größten Gefälles markieren und damit stets rechtwinklig zu den Höhenlinien verlaufen.“



Böschungsschummerung = Wiedergabe der Geländeformen als Graustufenbild  räumlicher Eindruck durch Beleuchtung mit imaginärer Lichtquelle o Erhebung, die zur Lichtquelle geneigt ist  hell ↔ abgewandte Seite  dunkel o Ebenen mit mittlerer Helligkeit gefärbt o Schattierung als Ausgangsprinzip



Beleuchtung = nur ein angenommener Lichteinfall aus Nordwesten gewährleistet durchgehend plastischen Effekt o bei anderem Lichteinfall kann eine visuelle Reliefumkehr eintreten

Weitere Geländedarstellungsmethoden:      

Schattenschraffen historische Reliefdarstellungen Höhenfarben Schattierung verschiede Beleuchtung (NW / Südbeleuchtung, ..) Kombination aus mehreren Darstellungsmethoden

Begriffe für Geländemodelle   

DHM (Digitales Höhenmodell, englisch DEM = Digital elevationmodel) wird meistens als Überbegriff für Geländemodelle benutzt DGM (Digitales Geländemodell, englisch DTM = digital terrainmodel) beschreibt das Gelände (die Erdoberfläche) ohne Vegetation, Gebäude, etc. DOM (Digitales Oberflächenmodell, englisch = DSM = digital surfacemodel) beschreibt das Gebäude inklusive Vegetation, Gebäude, etc.

Generierung von digitalen Höheninformationen   

Terrestrisch (mit Messpunkten im Gelände, z.B, Tachymetrie) Digitalisierung von Höhenlinien aus Karten durch Fernerkundung o Photogrammetrie  Reliefableitung aus überlappenden Orthophotos o LiDaR  Abtastung der EOF durch flugzeuggestützten Laserscanner o Radar (Interferometrie)  Messung m.H. aktiver Radarsensoren auf Satelliten

Lidar vs. Orthofotos

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Luftbildsensor kontinuierliche Druckraumabtastung ein Flugstreifen der ausgewertet wird

überlappende perspektivisch eine Flugfläch

Radar-Interferometrie 

STRM o Shuttle Radar Topography Mission o Laufzeit: Februar 2020-01-08 lieferte erstes (fast) weltweites digitales Geländemodell o Geometrische Auflösung: 30m, Höhengenauigkeit: 6-12m o Nutzte das Prinzip der Radar-Interferometrie (Ableitung der Geländeform aus den unterschiedlichen empfangen Signalen zweier Radarsensoren) o Nutzte das Prinzip der Single-Pass-Interferometry (eine Trägerplattform mit zwei Sensoren, die gleichzeitig das gleiche Gebiet abtasten)  Bei der Repeat-Pass-Interferometrie wird das gleiche Gebiet von zwei Sensoren nacheinander abgetastet

Erstellung eines Höhenprofils Geländeprofile entstehen durch Parallelprojektionen auf eine senkrechte Ebene. Zum Verdeutlichen von Höhenunterschieden wählt man häufig den Höhenmaßstab größer als den Langenmaßstab (sog. Überhöhung).

15 Entnahme von Profilen aus Karten:

   

Markierung der vertikalen Profilebene auf der Karte durch eine Gerade oder eine geknickte Linienführung Auftragen der Schnittpunkte der Gerade mit den Höhenlinien Bezeichnung der Markierungen mit den Höhenwerten der Isohypsen Auftragen der Werte je nach Überhöhung

Bestandteile einer Karte Formale Gliederung:  Kartenfeld/Blattspiegel  Kartenrahmen  Karten/ -Blattrand mit o Kartentitel o Legende

die mit rot umrandeten Sachen sind die wichtigsten!

Farbwahl auf Karten

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Atmosphärische Fenster Was sind atmosphärische Fenster?

Bezeichnung für bestimmte Spektralbereiche, in denen die wolkenfreie Atmosphäre die kurzwellige solare oder die langwellige terrestrische Strahlung nahezu ohne Schwächung zur Erdoberfläche bzw. in den Weltraum durchlässt.

Absorptionsbande Was sind Absorptionsbande? Wellenlängenintervalle, in denen die in der Atmosphäre enthaltenen Gase die kurz- und langwellige Strahlung selektiv absorbieren. Im Bereich der Absorptionsbanden ist deshalb die Atmosphäre für Strahlung gar nicht oder nur schwach durchlässig. Nur außerhalb der Absorptionsbanden kann die solare und terrestrische Strahlung im Bereich der atmosphärischen Fenster nahezu ungehindert die Erdatmosphäre passieren. Wie entstehen diese?  Treibhausgase (CO2, Methan, ..)  Aerosole  Wasserdampf

Räumliche Auflösung • Seitenlänge eines Pixels • Systeme auf Flugzeugen immer höhere räuml. Auflösung als Satelliten • Auflösung bei Flugzeugbilder meistens im Bereich cm bis wenige m • Auflösung bei Satellitenbildern meistens im Bereich wenige m bis km • Beispiel: Landsat TM (Satellit): 30 m

Überblick Geobasisdaten und Geofachdaten Geodaten = sind alle Informationen, für die auf der EOF ein räumlicher Bezug hergestellt werden kann. .. diese unterteilen sich in… : 1. Geobasisdaten  

sind grundlegende amtliche Geodaten, welche das Erscheinungsbild der Erde einmal in Form der Landschaft (Geotopographie) und zum anderen in Form der Liegenschaften (Flurstücke und Gebäude) in einem einheitlichen Bezugssystem beschreiben z.B. digitale Stadtgrundkarte 1:500, digitales Liegenschaftsbuch, digitale Stadtkarte 1:10.000-1:60.000, Regionalkarte 1:100.000 – 1:300.000

2. Geofachdaten  

liefern fachliche Inhalte, für die ein Raumbezug hergestellt werden soll z.B. Bodenkundliche Karte, Demographische Karte etc. 17

das AAA-Modell 

AFIS, ALKIS, ATKIS

 

Schema zur Vereinheitlichung von Datenstruktur und Datenaustausch der amtlichen Geobasisdaten = einheitliche Datenbankschnittstelle (EDBS) Gemeinsames: o Lagebezugssystem: ETRS89, UTM32 o Höhenbezugssystem: DHHN2016 o Schwerebezugssystem DHSN2016

Geodateninfrastruktur (GDI)  

besteht aus: Daten, Diensten, Netzwerken und Standards Beispiele: Dienste des Thüringer GDI (GDI-Th) o Geoportal-TH o GeoMIS (für Metadaten) o Geoproxy (Datenbank) o daneben besteht die GDI-Th aus den Daten, Netzwerken und Standards (von ISO, OGC, etc.)

Geodateninfrastruktur – Aufbau Daten:

Dienste: 



Geodatendienste sind programmierte Schnittstellen, die den Zugriff auf die Daten m.H. von Anwenderprogrammen möglich machen Unterteilung in… : o Suchdienste ermöglichen auf de...