Herzlich willkommen zur Veranstaltung

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1 Herzlich willkommen zur Veranstaltung ETRS89 Umstellung im LfULG Aufbereitung aller GIS-Daten im einheitlichen Europäischen System Ziele, Probleme, Lösungen Sächsisches GIS-Forum

2 AGENDA ETRS89/UTM33N - Umstellung im LfULG Ausgangssituation & Zielsetzung Probleme Umsetzung Astrid Ment, Anja Krämer

3 Ausgangssituation und Zielstellung Das Charakteristikum aller Geodaten ist der einheitliche Raumbezug. Erst dadurch wird es möglich, die Informationen und Daten der verschiedenen Disziplinen zusammenzuführen, zu analysieren und darzustellen. ADV 1991: ETRS89 als Lage Bezugssystem, 1995 UTM als ebenes Koordinatensystem Einheitliches Koordinatenreferenzsystem: Interoperabilität für INSPIRE und GDI-DE Die Geofachdaten des LfULG setzen in der Regel auf den Geobasisdaten (GeoSN) auf Die Transformation der Geofachdaten muss entsprechend erfolgen Umsetzungskonzept zur Umstellung auf das UTM-Koordinatenreferenzsystem für alle Geofachdaten und Fachanwendungen im LfULG erstellen Beauftragung von BEAK Consultants GmbH, Freiberg Astrid Ment, Anja Krämer

4 Probleme/ Fragen zur Umstellung verifiziert, Konflikte erkennt, Aufwand u. Ressourcen abschätzt, Lösungen vorschlägt Damit die Fachdaten und Geobasisdaten eine einheitliche Koordinatentransformation besitzen, müssen die Fachdaten und ihre Anwendungen umgewandelt und angepasst werden. Um zu gewährleisten, dass die Umstellung in einem geordneten Verfahren und einheitlichem Algorithmus für alle Daten und Anwendungen erfolgen kann, wurde ein Vorgehensweise zur qualitätsgesicherten Projektrealisierung erarbeitet Umsetzungskonzept durch die Fa. BEAK erstellt, welches Astrid Ment, Anja Krämer

5 Anwendungen und Daten ca. 80 Verfahren insgesamt 44 Anwendungs-Fragebögen relevant für UTM-Umstellung 87 Daten-Fragebögen relevant für UTM-Umstellung Anja Krämer, Astrid Ment

6 Umsetzung 2013 ff Nov Jan Umsetzung 2010 Aug 2010 Okt Apr Fachgrobkonzept LfULG Astrid Ment, Anja Krämer Umsetzungskonzept Modulerstellung, erste Umsetzung

7 Grundlagen (1) Typen von Koordinatensystemen z Kartesisches KS (auch terrestrisches oder geozentrisches KS): X, Y, Z x y L B Ellipsoidisches KS (auch geographisches KS): Länge, Breite (Dezimalgrad), ellipsoidische Höhe (m) Projiziertes KS (auch ebenes KS): Hochwert/Northing, Rechtswert/Easting, Höhe bzgl. NN HW Anja Krämer, Astrid Ment RW

8 Grundlagen (2) RD/83 mit Bessel-Ellipsoid ETRS89 mit Ellipsoid GRS80 Projektion: Gauß-Krüger in 3-Grad-Meridianstreifen (4. und 5. Meridianstreifen) 3GK UTM Universal Transverse Mercator 6-Grad-Meridianstreifen (33. Meridianstreifen)

9 Grundlagen (3) Änderungen: Sachsen liegt (fast) vollständig im Meridianstreifen 33 Kennzeichnung der Zonennummer in Easting (Rechtswert): Bisher: HW = RW = Nun: E = RW = _ (ohne Meridianstreifenkennzeichnung) Alternativen: RW = RW =

10 Grundlagen (4) Verzerrungen auf Grund der Projektion sind anders: in cm/km 3GK: Zone 4 und 5 UTM: Zone 33

11 Grundlagen (5) Transformationsmethoden 7-Parameter-Ähnlichkeitstransformation (7-P-Transformation) t = t 1 t 2 t 3 p 2 = t + d*m*p 1 M = 1 r 3 r 2 r 3 1 -r 1 -r 2 r 1 1 NTv2-Transformation (National Transformation Version 2) BeTA2007.gsa (BeTA2007.gsb) SäTA2010.gsa (SäTA2010.gsb)

12 Transformation der Höhe Problem: Hydrogeologische Modelle sind sehr empfindlich gegenüber Änderungen von Höheninformationen. Schon wenige cm können das Grundwasser in eine andere Richtung fließen lassen. Pegel (NHN = 0) nh - Normalhöhe (NHN) Meeresspiegel Erdoberfläche eh ellipsoidische Höhe Lösung: Ellipsoid (Bessel) NN-Fläche (Geoid) Pegel und Punkt werden gleichermaßen transformiert. Die Höhe wird nicht geändert. -> es besteht kein Problem.

13 Änderungen des Blattschnittsystems Derzeitige Blattschnitte (TK10, TK25, ) liegen in geraden geographischen Koordinaten. Problem: Bei Funktionen, wie z. B. automatischer Blattschnittermittlung, könnte nach der Transformation der Fachdaten ein Punkt in einen anderen Blattschnitt wandern. Lösung: Die Blattschnitte werden von GeoSN ebenfalls transformiert, liegen künftig also auf krummen geographischen Koordinaten. Dadurch gehen die Blattschnitte mit den Fachdaten. -> es besteht kein Problem.

14 Änderungen des Blattschnittsystems 13 O 25` 13 O 24` 53,8`` alt neu

15 Verschiedene Ansätze und die Genauigkeit Problem: Durch unterschiedliche Methoden, Parameter und Software entstehen unterschiedliche Ergebnisse der Transformation. DHDN zu UTM33 7-Parameter (sachsenweit) Genauigkeiten < 1,00 m (ESRI) DHDN zu UTM33 NTv2 (BeTA2010) < 1,00 m (GeoSN) RD83 zu UTM33 7-Parameter (West- und Ostsachsen) < 0,10 m (GeoSN) RD83 zu UTM33 NTv2 (SäTA2010) < 0,04 m (GeoSN) Differenzen zu NTV2/SäTA2010: Ostsachsen Westsachsen 7-Parametertransformation NTv2 / BeTA2010 0,242 m 0,018 m 0,022 m 0,366 m Die Differenz ist in jedem Fall < 40 cm

16 Verschiedene Ansätze und die Genauigkeit Problem: Basisdatenpunkt x Fachdatenpunkt 1 = x 2 ; y 1 = y 2 RD83 Definition: DHDN kopieren/ digitalisieren Transformation mit ArcGIS: NTv2/SäTA2010 Transformation mit BeTA-DLL: NTv2/BeTA Parameter- Transformation Lösungen: xt 1 ǂ xt 2 ; yt 1 ǂ yt 2 Differenz 40 cm Problem ist kontrollierbar: 1. Korrektes Ausgangs-KRS für die Daten festlegen (mit der Definition Bessel1841 (ArcInfo-WS) entstehen größere Probleme). 2. Gleiches Verfahren und möglichst gleiche Software verwenden. 3. Um die topologische Identität sicherzustellen, müssen alle Schritte identisch sein.

17 Änderung von Länge, Winkel und Flächengröße Problem: In Sachsen kommt es mehrheitlich zu einer Verkürzung eigentliches Problem: die Flächen werden kleiner (Fördermittel, Eigentum, ) bei 1 km 2 Gitter: von im Westen +388 m 2 (+0,039 %) bis im Osten m 2 (-0,189 %) Lösung: Themenabhängig: Faktoren erfinden, politische Festlegungen,

18 Die Transformation von Rasterdaten Problem: Es entstehen nodata-ränder, die Bilder überlappen sich. Lösung: neu mosaikieren neue UTM33-Bilder von GeoSN nutzen die Transformation enthält eine Drehung

19 Die Transformation von gleichmäßigen Gittern Beispiel: 1x1 km-gitter Problem: UTM33- Transformation Nach Drehung und Stauchung/Streckung bei der Transformation sind die Gitterzellen nicht mehr gleich groß und nicht mehr achsenparallel.

20 Die Transformation von gleichmäßigen Gittern GK4 UTM33-Transformation: Drehung Verzerrung (Streckung / Stauchung) UTM33 1 Lösung: Wertezuweisung pro Gitterzelle 2 UTM33 UTM33 Generieren eines neuen Gitters 2

21 Die Transformation von gleichmäßigen Gittern a1 a4 n1 a2 a3 a.. transformiertes Gitter n.. neues Gitter a1 a4 a3 a2 n1 flächengewichtetes Mittel

22 Die Transformation von gleichmäßigen Gittern Neues Problem: in dem Gitter gemessene bzw. berechnete Werte werden neu interpoliert. HW und RW werden als DBk-Indizes verwendet. Mit der Achsenparallelität ist ORACLE extrem schnell. landesweite 3D-Datenbank

23 Koordinaten als Objektidentifikation Problem: Es gibt Datenbanken, in denen die Objekte mittels Koordinaten identifiziert werden (auch auf Hardcopies). ID OA Datum HW RW X0195_ _ Bohrung Lösung: Beibehalten der alten Identifikatoren Umstellung auf inhaltslose Identifikatoren (DB-generiert) und technische Verwendung als einmalige Objekt-Identifikatoren (GUID) Einfaches Tool zum Erzeugen der alten bzw. neuen Koordinaten, um diese z. B. am Telefon nennen zu können.

24 Rolle geographischer Relationen Problem: Punkt liegt in Gemeinde x; Punkt liegt in Blattschnitt y; Polygon berührt Forstreviere a, b, c -> ersetzt FK-Relationen in Datenbanken Objektart NSG WSG HW RW Landschafts element xyz Altlasten, Artenbeobachtungen, Bodenproben Lösung: Alle Daten nach der gleichen Methode und den gleichen Parametern zur gleichen Zeit transformieren.

25 Erstellen einer allgemein anwendbaren Lösung Ergänzen mit UTM33- Koordinaten für.xls,.dbf,.mdb Ergänzen mit zwei neuen Koordinatenattributen, Kopieren der GK-Koordinaten Speicherung der UTM-Koordinaten in die alten Attribute (so funktionieren die Anwendungen weiter) Menge und Heterogenität der Datenformate Probleme: Es gibt unerwartet viele zu transformierende GIS-Dateien (Vektor / Raster), Tabellen mit Koordinaten, kleine Access-Datenbanken, Excel- und dbf-tabellen, große ORACLE- und SQL-Server-Systeme, CAD-Dateien, Dateien aus 3D-Modellierung Lösungen: aber auch.mxd-dateien (GIS-Projekte) Erstellen einer allgemein anwendbaren Lösung GIS-Datei- Transformation für shape files, dxf, pgdb, fgdb, grid, tiff, jpeg : Automatisches Durchsuchen aller Verzeichnisse nach GIS-Dateien Durchsuchen aller Verzeichnisse nach.mxd (und in den.mxd nach GIS-Daten) Kopieren der alten Datei Bestimmen des KRS der alten Datei Transformation nach UTM33 Protokollieren Pragmatismus (wenn vertretbar): Fallweise Transformation von Archivdaten erst bei Bedarf

26 Auswirkungen auf Softwaresysteme Problem: Durch die Speicherung der Daten in zwei Koordinatensystemen ändert sich der DB-Inhalt, Benutzeroberflächen sind anzupassen. Schnittstellen benötigen eine Transformation-Funktion. Lösungen: Ergänzen jeder DB-Applikation zum Datenerfassen mit der Funktion Transformation in das andere KRS Je nachdem in welchem KRS die Koordinaten erfasst werden, werden automatisch die Werte des jeweils anderen KRS errechnet und abgespeichert. Ggf. die Koordinaten beider KRS mittels kontrollierte Redundanz speichern. Ergänzen jeder relevanten Benutzerschnittstelle (Erfassung/Filterung/Anzeige) um die zusätzlichen Attribute Ergänzen/Erstellen von Schnittstellen: z. B. Auswahl des KRS für die zu exportierenden bzw. zu importierenden Daten Ggf. weitere Änderungen (Algorithmen/Methoden ) Attribut_x HW_33 RW_33 HW_4 RW_

27 Logistische Probleme Problem: In einer Übergangsperiode werden in verschiedenen Fachinformationssystemen verschiedene KRS verwendet werden. Umfangreiche externe Datenbeziehungen zu Behörden der kommunalen, Landesund Bundesebene Die Transformation eines großen Datenbestandes benötigt Zeit und ist nicht risikofrei. Lösungen: Export- und Importschnittstellen mit Koordinatentransformation-Funktionen ergänzen Netzplantechnik für den Gesamtprozess: Abhängigkeiten, Prioritäten Solide Vorbereitung der Umstellung eines Systems inkl. der Planung von Ressourcen, Tests usw.

28 Fazit Einige der befürchteten Probleme lösten sich auf. Andere bislang nicht erkannte Probleme traten zu Tage. Es kommt zu Änderungen in fachlichen Daten (z. B. Flächeninhalt und gitterbezogene Werte). Es gibt noch weitere kleine Probleme (Winkel der Beschriftung). o Der inzwischen erreichte Umfang der GIS-Anwendungen verursacht erheblichen Aufwand. o Ein früherer Umstieg (Beispiel Brandenburg) wäre einfacher und kostengünstiger gewesen. o Es ist trotz Planung mit Problemen zu rechnen. Das LfULG bereitet den Umstieg systematisch vor!

29 Weiteres Vorgehen im LfULG Die UTM-Transformation der Geofachdaten und Fachinformationssysteme obliegt den Fachabteilungen Es kann damit grundsätzlich jederzeit begonnen werden (s. Konzept) Jede Beauftragung der Fachabteilungen wird auf UTM-Umstellung geprüft Ref. 15 stellt Hilfswerkzeuge zur Verfügung und unterstützt die Umstellung Die Transformation der Geofachdaten basiert überwiegend auf BeTA2007 und SäTA Anja Krämer, Astrid Ment

30 Generelle Festlegungen CRS: ETRS89/UTM33N EPSG: Rechtswert / Easting: 6-stellig ohne Zonenkennzeichnung Hochwert / Northing: 7-stellig Tools: ArcGIS(-Erweiterungen), Oracle Package (GeoDLL), FME-Routinen ATKIS-basierende bzw. bundesweite Daten mit BeTA2007 Sächsische Geofachdaten: SäTA2010 Übergangsweise doppelte Datenhaltung (Parallelstruktur) möglich Coverages zunächst in SHP oder FeatureClass wandeln Anja Krämer, Astrid Ment

31 Unterstützung der Transformation durch Tools Entwicklung spezieller Transformationstools um das Fehlerrisiko zu reduzieren die effektive Bearbeitung zu gewährleisten Anja Krämer, Astrid Ment

32 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie Name: Astrid Ment Referentin GIS Ref. 15, IT-Koordinierung, Fachverfahren Telefon: Name: Anja Krämer Referentin GIS Ref. 15, IT-Koordinierung, Fachverfahren Telefon: BEAK Consultants GmbH: Name: Bernd Torchala Telefon: Anja Krämer, Astrid Ment