Geoinformatik I /Geoinformationsysteme

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1 Geoinformatik I /Geoinformationsysteme SS Georeferenzieren a) Sie haben ein Feature, das mit den Angaben [WGS-1984, UTM-Zone 12N] georeferenziert ist. Was bedeuten die beiden Angaben? (Was ist ein Datum? Welche Art von Projektion liegt vor?) 3P b) Wieviele Passpunkte ("tick marks") benötigt man mindestens um ein Rasterbild durch eine affine Transformation zu georeferenzieren? Weshalb? 2P 2 Datenmodelle a) Sie haben mehrere tausend Bohrungen in einer relationalen Datenbank abzuspeichern, und sollen ein Datenmodell dafür entwerfen; Jede Bohrung hat ein Attribut "Name", ein Attribut "Lage_Bohransatzpunkt", und ein Attribut "Schichtname".Eine Bohrung kann mehrere Schichten durchteufen. Jede Schicht hat u.a. ein Attribut "Porosität". Ihen stehen als Datentypen von der Datenbank "String" und "Float" zur Verfügung. Nennen Sie für jedes Attribut den Datentyp, Schlüssel, sowie für Beziehungen deren Kardinalität (z.b. ''1 :n" ). 3P Name: Bohrung Name:... Name:... Attribut Typ, Schlüssel Attribut Typ, Schlüssel Attribut Typ, Schlüssel Name string, Schlüssel Lage_Bohransatz punkt... b) Nennen Sie jeweils ein geeignetes Datenmodell zum Speichern und Bearbeiten im GIS für folgende Daten und begründen Sie kurz ihre Wahl. 4P - Elektrizitätsleitungen - Geländemodell für Grundwassereinzugsgebietsberechnung - Immobilienverwaltung: - Geologische Karte für Geoobjekte und verschiedene Messdaten 3 Vektor-GIS a) Speichern Sie die abgebildete Karte in einem topologischen Datenmodell ab. Entwerfen Sie entsprechende Tabellen. 4P b) Was sind die Vorteile des topologischen Datenmodells gegenüber dem Spaghettimodell? 2P

2 4 RasterGIS a) Sie wollen wissen ob eine Karte noch auf Ihren USB-Stick mit 1MB freiem Speicher passt. Die Karte hat 1000 x 1000 Pixel und 24bit Farbtiefe. Passt sie? Mit welcher Farbtiefe speichern Sie die Karte so dass sie genau passt? 2P b) Wie können Sie in diesem 1 bit Bild isolierte graue Punkte ("Rauschen") löschen und die beiden Linien schließen? Zeichnen sie das erforderliche strukturierende Element, und nennen Sie die Reihenfolge der morphologischen Operationen (beide Bilder sind für ihre Skizzen). 3P 5 Interpolation Sie haben geochemische Bodenproben an Punkten in einem regelmäßigen Messraster gewonnen, und wollen für eine Karte eine kontinuierliche Darstellung erzeugen. Erläutern Sie kurz die zugrunde liegende Idee der "Thiessen Polygonisierung" 2P

3 SS 2004 Aufgabe 1: Georeferenzieren a) Was versteht man unter Georeferenzieren? b) Wieviele Kontrollpunkte braucht man mindestens um eine Georeferenzierung (einer 2D Rasterkarte) durchzuführen? Begründung. Aufgabe 2: Multiple Choice -Koordinatensysteme/Projektionen Zu jeder Frage kann es eine oder mehrere richtige Antworten geben. Bitte kreuzen Sie alle richtigen Antworten an. a) Eine Projektion kann - winkeltreu - flächentreu - streckentreu - kubentreu sein b) Gauss-Krüger-Koordinaten sind - eine transverse Mercatorprojektion - winkeltreu - geographische Koordinaten - flächentreu c) Geozentrische Koordinaten - sind Länge, Breite und Höhe - sind der Ortsvektor eines Punktes vom Geozentrum aus - man kann sich besonders gut vorstellen in der Nähe welcher Stadt ein Punkt liegt - sind erdfeste räumliche kartesische Koordinaten (d) ellipsoidische Höhe - wird mit GPS gemessen - bezieht sich auf das Geoid - physikalische Höhe ist bloß ein anderer Name, ansonsten bedeutet es das Selbe - wird mittels Nivellement gemessen - bezieht sich auf ein bestimmtes Ellipsoid Aufgabe 3: Vektordaten a) Welche verschiedenen 2D-Vektor-Datentypen gibt es? Nennen Sie zu jedem Datentyp ein Verwendungsbeispiel. b) Topologisches GIS Zeichnen Sie die in Abbildung I in der Tabellenform eines topologischen GIS gegebene Karte in das Koordinatensystem ein und beschriften sie die Polygone mit den angegebenen Nutzungen. c) Wie speichert man Attribute im Vektormodell?

4 Aufgabe 4: Rasterdaten a) Nennen Sie 3 Beispiele für Daten, die sich gut in einem Rasterformat speichern lassen. b) Zu welchem Zweck benutzt man eine Run-Length-Codierung? c) Zu welchem Zweck benutzt man die Morton-Ordnung? Zeichnen Sie die in der Tabellenform eines topologischen GIS gegebene Karte in das Koordinatensystem ein und beschriften sie die Polygone mit den angegebenen Nutzungen. Hilfe sind die Thiessen-Polygone eingezeichnet. Aufgabe 5: Zerlegungen Zeichnen Sie die Delaunay- Triangulation der angegebenen Punkte ein. Als Aufgabe 6: Morphologische Operationen a) Führen Sie ein morphologisches Schließen an dem in Raster A dargestellten Objekt mit dem angegebenen strukturierenden Element durch. Zeichnen Sie in Raster A das Ergebnis der Dilatation ein und in Raster B das Ergebnis der Erosion ein. b) Nennen Sie einpraktisches Beispiel für eine morphologische Öffnung oder eine morphologische Schließung.

5 7: Interpolation/Schätzen a) Wozu verwendet man Kriging im GIS? b) Was sind die wichtigsten Unterschiede zwischen Kriging und inversen Distanzen? Aufgabe 8: Abfragen Ähnlich wie SQL-Abfragen lassen sich topologische Abfrageoperatoren ("'Geoprocessing"') im Vektor-GIS auf Operatoren der Mengenlehre zurückführen, z.b. "OR", "AND", "NOT". Formulieren Sie die im Venn-Diagramm (Abbildung B) schraffierte Menge; und schraffieren Sie die in Abbildung C) gegebene Menge im Venn- Diagramm.

6 SS 2004, WH-Testat 1. Datenmodell und Speicher a) Die abgebildete Karte enthält 2 Polygonthemen: Land und Wasser. Entwerfen Sie ein topologisches Datenmodell um diese Karte redundanzfrei in einer relationalen Datenbank abzuspeichern. Entwerfen Sie die erforderlichen Tabellen und definieren Sie deren Felder inkl. Datentyp. b) Die Karte soll jetzt in ein Rasterformat konvertiert werden. Dafür wird eine Auflösung von 1m x 1m verwendet. Im Raster-GIS wird die Landnutzung (Land, Wasser) durch eine in einem Byte kodierte Farbe dargestellt. Wieviele Byte Speicherplatz benötigt diese Karte als unkomprimiertes Rasterthema? 2P c) Würden Sie für die Speicherung/ Auswertung folgenden Datensätze ein Vektor- oder Raster-Modell verwenden? Falls Vektor-Modell, welcher Datentyp wäre optimal geeignet? 5P - Strassenkarte - digit. Höhenmodell - Satellitenbild - geologische Karte - Staatsgrenzen 2 Projektionen a) Welche 3 grundsätzlichen Typen von Kartenprojektionen kennen Sie? 3P b) Was versteht man in der Kartographie unter Datum? 1P 3 Rasteroperationen a) Zur Berechnung der Wasser-Gesamtabflussmenge sind 2 Raster gegeben: - ein Raster mit einer Zell-Eigenschaft "Niederschlagsmenge" - ein Raster mit einer Zell-Eigenschaft "Verdunstung" Welche Operation ermöglicht die Berechnung? Welche geometrische Voraussetzung müssen die 2 Raster erfüllen? 2P

7 b) Welchen Kompromiss muss man bei der Erzeugung eines Rasters für eine bestimmte Untersuchungsfläche bezüglich der Zellenanzahl zu finden? 2P 4 Interpolation a) Nennen Sie 3 Interpolationsmethoden für die Erstellung von kontinuierlichen Flächen aus 100 Datenpunkten mit x,y -Koordinaten und einer gemessenen Eigenschaft "Ozonwert [ppm]" 3P b) Mit welcher einfachen Methode (ohne Rechner) würden Sie den Ozonwert an den Punkten a,b in der abgebildeten Karteschätzen? Ist die Lösung eindeutig? 3P Schätzwert: a =..., b=... b) Welche geostatistische Methode sollte man hier nicht verwenden? Warum? 2P

8 SS Speicherplatz eines Themas berechnen Die Wasserfläche auf der Abbildung 1 soll in einem Geoinformationssystem dargestellt werden. Sie sollen für unterschiedliche Speicherungstypen den Speicherplatzbedarf berechnen. a) Sie verwenden ein 1024 x 1024 Rasterthema mit 3 Byte pro Pixel. Es liegt unkomprimiert in Morton- Ordnung vor. Wieviele Megabyte Speicherplatz braucht dieses Thema auf ihrer Festplatte? b) Die Daten werden nun zeilenweise abgelegt und mit einer run-length-encoding komprimiert. Sie verwenden 2 Byte zur Darstellung der Runlänge und 1 Byte pro Pixel. Wieviele Kilobyte braucht das Thema jetzt auf ihrer Festplatte? c) Wieviele Byte braucht diese Karte in einem 2D Spaghetti Vektor GIS. Rechnen Sie mit 8 Byte pro gespeicherter Zahl und 8 extra Byte pro Polygon. Wieviele Byte benötigt das Thema nun? 2 Wahl des geeigneten Datenmodells Welche Datenmodelle sind für die angegeben Daten besonders geeignet? a) Eine sich kontinuierlich ändernde interpoliert geophysikalische Größe (z.b. die Schwereanomalie)? - Raster-GIS - Vektor-GIS b) Die Topographie des Geländes? - 2D Topologisches GIS - Triangulated irregular network (TIN) c) Landnutzung - Triangulated irregular network (TIN) - Polygonthema 3 Raster GIS a) Erklären Sie die Morton Ordnung. (Aufbau, Eigenschaften) b) Zu welchem Zweck benutzt man eine Run-Iength-Codierung? 4 Topologisches GIS Vervollständigen sie die angegebenen Zeilen in den folgenden Relationen eines topologischen GIS, dessen Topologie in einer relationalen Datenbank gespeichert ist, in dem die folgende Karte gespeichert werden soll:

9 5 Transformationen: Puffer Zeichnen Sie im folgenden Bild einen 10m Puffer für das dargestellte Linienthema ein:

10 6 Algorithmen im GIS Erläutern Sie die in einem Spaghetti-Vektor GIS nötigen Rechenschritte, die der Computer durchführen muss, um festzustellen, ob sich zwei flächenhafte Geoobjekte, d.h. zwei Polygone, schneiden. (Überlegen Sie, wieviele Fälle zu unterscheiden sind) 7 Theorie zu Triangulationen a) Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Delaunay-Triangulation und der Thiessen-Zerlegung? b) Warum wird die Thiessen-Zerlegung ein unstrukturiertes Netz genannt, und die Delaunay- Triangulation ein strukturiertes? 8 Kartennetzentwürfe Welche grundsätzlichen Typen von Kartenprojektionen kennen Sie?

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