Die Verwirrung mit dem Raumbezug

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1 Die Verwirrung mit dem Raumbezug Beitrag zum GIS-DAY 2011 am Deutschen GeoForschungsZetnrum Matthias Schroeder (CeGIT)

2 2 Woher kommen die Verwirrungen? Vielfältige Terminologie durch historisch gewachsenes Wissen Oft unvollständige Metadaten Früher: Kleinstaatliches Handeln und militärisches Geheimwissen Heute: GPS brachte Globalisierung Mehrere Standards wie ISO, OGC, EPSG Anwachsende EPSG-Datenbank

3 3 Begriffsverwirrungen Allgemein: Kartennetz Kartennetzentwurf, Kartenabbildung, Kartenprojektion Koordinatensystem Koordinatenreferenzsystem, Koordinatenbezugsystem (KBS), Coordinate Reference System (CRS) Bezugssystem Referenzsystem, Erdbezugssystem, Referenzellipsoid, Rotationsellipsoid, Sphäroid Datum Geodätisches Datum = Festpunkt + Bezugssystem

4 4 Kartennetz Abbildungsarten I Kartographische Abbildungen kleine Maßstäbe Kleiner als 1: Unterscheidungen: Abb.flächen: Ebene-, Kegel-, Zylinder-, Polyeder Eingeteilt nach deren Lage: normalachsig (polständig), querachsig (transversal), schiefachsig (oblique) Projektionszentren: orthographisch, stereographisch, gnomonisch etc. Winkel-, Flächen-, Längentreue und vermittelnde Abb. z.b. Mercatorprojektion (winkeltreue Zylinderabbildung) mit geographischen Gradnetz

5 5 Kartennetz Abbildungsarten II Geodätische Abb. mittlere u. große Mittlere Maßstäbe 1: bis 1: Größere Maßstäbe > 1: Ebenes, rechtwinkliges Koordinatensystem (mit Rechts- u. Hochwerten bzw. Ost- u. Nordwerten) Ermöglicht weitgehend verzerrungsfreie Abbildungen z.b. Gauß-Krüger-Abb. -> querachsige, konforme(!) Zyl.abb. Streifen von 3 Längengraden, Bessel (1840) Längentreue Haupt- bzw. Mittelmeridian Verzerrungen an Rändern sind bei 3 Streifen noch vertretbar LGN-Niedersachsen.de geocontent.de

6 6 Kartennetz Abbildungsarten IIa z.b. UTM (Universal Transveral Mercator Projection) Querachsige (transversale), winkeltreue (konforme) Zyl.abb. Koordinatensystem mit Ost- und Nordwerten (Eastings and Northings) Streifen von 6 Längengraden, Hayford (1924) Mittelmeridian um 1:0,9996 verkürzt, Schnittparallelen sind längentreu Größere Zonen (6 Streifen) möglich Verkürzung = 40 cm/km, welche nach Ost/West geringer wird bis sie bei 180 km aufgehoben ist und dann wieder zunimmt..

7 7 Koordinatensystem Koordinatenreferenzsystem, Koordinatenbezugsystem (KBS), Coordinate Reference System (CRS) Punktfestlegung in Ebene erfolgt über kartesisches Koordinatensystem (Descartes) Werte heißen rechtwinklige Parallelkoordinaten oder kartesische Koordinaten Achtung: In Geodäsie wird meist das sog. Rechtssystem verwendet. Die X-Achse zeigt dabei nach Norden und die Y-Achse nach Osten! Y (X) Ordinate x1 Nullpunkt/Ursprung/K.anfangspunkt y1 Abzisse X(Y)

8 8 Bezugssystem Referenzsystem, Erdbezugssystem, geodätisches Bezugssystem Bezug der Erdachsen zueinander plus Rotationsellipsoid müssen festgelegt sein Früher durch sog. Netzpunkt/Festpunkt/Zentralpunkt/Datumspunkt wie z.b. beim DHDN, ED50 etc. Punkt Rauenberg (Orientierung: Rauenberg zur Marienkirche Berlin) Später ersetzt durch Helmert-Turm Fälschlicherweise auch als Potsdam-Datum bezeichnet Heute global durch Satellitenverfahren wie z.b. WGS84, ETRS89, u.a.

9 9 Erdgestalt Rotationsellipsoid, Sphäroid, Referenzellipsoid Gemittelte Erdgestalt als Bezug Welche die Erdgestalt eines Landes besonders gut wiedergeben Global: WGS84, GRS80, ETRS89 Ältere: Bessel, Clarke, Krassowski Unterscheidung nach Abplattungsfaktor, Durchmesser etc. satgeo.zum.de

10 10 Geodätisches Datum Bezeichnet Lage zwischen konventionellen Bezugssystem zum globalen (geozentrischen) Bezugssystem Lokales Ellipsoid versus globales Ellipsoid Konventionelle werden zukünftig verschwinden Derzeit existieren beide Systeme Dessen Beziehungen werden über das Datum beschrieben durch Ellipsoid-, Verschiebungs-, Rotations- und Maßstabsparameter Beispiele: Rauenberg, Hermannskogel (Wien), Pulkovo

11 11 Geodätisches Datum - Beispiel In Deutschland wird das derzeitige Potsdam-Datum mit Fundamentalpunkt Rauenberg, dem Bessel-Ellipsoid und der konformen Gauß-Krüger-Abbildung abgelöst durch System ETRS89 mit Ellipsoid GRS80 in UTM- Abbildung. Parameter vom BKG: ration/index.html GRS80 vs. WGS84 vs. ETRS89 -> Abweichungen weniger als 1 m, daher als identisch anzusehen

12 12 Einheiten und Maße Verschiedene Längen- und Koordinateneinheiten wie Meter, Km, Fuß, Meilen oder die Winkelmaße (Alt)Grad (dezimal), Grad/Minuten/Sekunden (sexagesimal [hexa]) Grad, Minuten, Sekunden: Grad, Minuten, Dezimalsekunden: ,0 Grad, Dezimalminuten: 53 43,20 Dezimalgrad: 53,7200 Für Äquator/Meridian: 1 Bogengrad ca. 111 km 1 Bogenminute ca.1852 Meter (1 Sm) /10 entspricht der Kabellänge (185 m) /100 entspricht dem Faden (1,85 m) geodz.com

13 13 Standard(s) EPSG European Petrol Survey Group sammelt, systematisiert und publiziert Daten zu Koordinatensystemen Basis für ISO und OGC Verwendung in allen GI-Systemen (auch in ESRI) Aktuelle Version 7.9 (August 2011) Häufig verwendet: WGS 84 (EPSG:4326)

14 14 Und wie ist es in ArcGIS? (Koordinaten-) Transformation ist ein Überbegriff (OGC = Coordinate Transformation; ISO = Coordinate Operation) 1. Umrechnung (ArcGIS: projection) = Koordinaten der Ellipsoidoberfläche in ebene Koordinaten auf Zylinder, Kegel, Ebene 2. Umformung (ArcGIS: Geographic transformation) = auch Datumstransformation genannt. Inkludiert neben der Koordinatentransformation auch den Wechsel des Ellipsoids, der Ebene etc.

15 15 Beispiel ArcGIS Beispiel Transformation von alten GK-System (DHDN) nach UTM (ETRS89) keine direkte mathematische Beziehung Es werden Näherungsformeln verwendet: PCS: Germany_Zone_3 (GK3) GCS: DHDN Umrechnung Umformung GCS: ETRF(S)_1989 PCS: UTM Zone 32N Umrechnung

16 16 Die Botschaft Vielfältige Terminologie verwirrt Unterscheidung nach kartographischen und geodätischen Abbildungen Umrechnung und Umformung unterscheiden Keine Standardlösungen Jeder Datensatz hat eine Geschichte Alles ist relativ Genauigkeit ist begrenzt Die Erde ist krumm

17 17 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit In der Realität ist natürlich alles viel komplizierter! scienceblogs.de

18 18 Quellen JESCHOR, A. & K.-H. BLEIEL (1989): Orientierung mit Karte und Luftbild, 3. Aufl. Regensburg. Flacke W. & Kraus B. (2003): Koordinatensysteme in ArcGIS, 1.Aufl. Norden. Links entreue_abbildungen