Geoinformatik. in Theorie und Praxis. Bearbeitet von Norbert de Lange

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1 Geoinformatik in Theorie und Praxis Bearbeitet von Norbert de Lange 1. Auflage Buch. xiv, 476 S. Hardcover ISBN Format (B x L): 15,5 x 23,5 cm Gewicht: 894 g Weitere Fachgebiete > Geologie, Geographie, Klima, Umwelt > Geologie und Nachbarwissenschaften > Geoinformatik schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 Inhaltsverzeichnis 1 EINFÜHRUNG Ansatz und Aufgaben der Geoinformatik Geoinformatik und Infonnatik GRUNDBEGRIFFE UND ALLGEMEINE GRUNDLAGEN DER INFORMATIONSVERARBEITUNG Infonnation, Nachricht, Datum Automat, Computer, Programm, Hard- und Software EVA-Prinzip der Infonnationsverarbeituug Algorithmen und Programme in Computersystemen Algorithmusbegriff Programmablaufpläne und Struktogramme Stufen der Algorithmusausführung in einern Computer Darstellung von Infonnationen in Computersystemen durch Bitfolgen Digitale Welt, Digitalisierung Bit und Bitfolgen Logische Werte Zahlen Texte Räumliche Infonnationen Farbinfonnationen Sensordaten Dualzahlenarithmetik Aufbau eines Computersystems: Hardware Aufbau eines Computersystems: Software Systemsoftware und systeronahe Software Branchen-, Individual- und Standardsoftware Anwendungssoftware in der Geoinformatik Proprietäre, Open-Source-Software und Freie-Software Netze und Vernetzung Definition und Unterscheidungsmerkmale Intemet Web-Techoologien Web Cloud Computing... 49

3 VIII Inhaltsverzeichnis 3 GRUNDLAGEN AUS DER INFORMATIK Architektur von Computersysternen Struktur eines Von-Neumann-Rechners Aufbau und Funktionsweise eines Prozessors Arbeitsspeicher, EI A-Prozessor und Bus Operationsprinzip eines Von-Neumann-Rechners Programmierung in Maschinensprache Weitere Rechnerarchitekturen Programmierung von Computersysternen Programmierebenen Erstellen und Ausführen von Programmen mit einern Computersystern Programmiersprachen Programmierkonzepte Graphiksprachen und Graphikhibliotheken Programmierung von Anwendungen fiir Intranet, Internet Daten und Datentypen Skalenniveaus Standarddatentypen Strukturierte Datentypen Abstrakte Datentypen Dateien Algorithmen Definitionen und Merkmale Sequenzielle und parallele Algorithmen lterstionen und Rekursionen Komplexität von Algorithmen Grundlegende Algorithmen der Geoinformatik Algorithmen der Koordinatengeometrie Graphen und ausgewählte Wegealgorithmen Klassifikationsalgorithmen Algorithmen fiir Rasterdaten Softwareentwicklung Aufgaben und Ziele der Softwareentwicklung Instrumente der Softwareentwicklung Traditionelle Vorgehensmodelle der Softwareentwicklung Objektorientierte Softwareentwicklung Weiterentwicklungen RÄUMLICHE OBJEKTE UND BEZUGSSYSTEME Geoobjekte Begriff des Geoobjekts Geometrie von Geoobjekten

4 Inhaltsverzeichnis IX Topologie von Geoobjekten Thematik von Geoobjekten Dynamik von Geoobjekten Dimensionen von Geoobjekten Koordinatensysteme Metrische Räume und kartesische Koordinaten Homogene Koordinaten Polarkoordinaten und geographische Koordinaten auf der Kugel Geographische Koordinaten auf einem Ellipsoiden Koordinatentransformationen Kartennetzentwürfe Raumkoordinaten und lokale Bezugssysteme auf der Erde Abbildungseigenschaften von Kartennetzentwürfen Abbildungsflächen von Kartennetzentwürfen Grundlagen geodätischer Bezugssysteme Annäherung der Erde durch Ellipsoide Geodätisches Datum und traditionelle Bezugssysteme Neue terrestrische Referenzrahmen Datumstransformationen Höhenbezugsflächen Geodätische Abbildungen Anwendung Geodätischer Abbildungen Das Gauß-Krüger-Koordinatensystem in Deutschland Das Österreichische Bundesmeldenetz Das Schweizer Koordinatensystem Das UTM-Koordinatensystem EPSG-Codes DIGITALE RÄUMLICHE DATEN: DATENGEWINNUNG, GEOBASISDATEN UND VGI Grundbegriffe Primäre und sekundäre Erfassungsmethoden, Primärund Sekundärdaten Diskretisierung Digitale, sekundäre Erfassung von Geometriedaten Digitale Erfassung von Geometriedaten im Vektorformat Digitale Erfassung von Geometriedaten im Rasterformat Konvertierung zwischen Vektor- und Rasterdaten Satellitengestütze Standortbestimmung und Erfassung von 3D- Lagekoordinaten GPS und GNSS Aufbau von NAVSTARlGPS Prinzip der Distanzbestimmung

5 X Inhaltsverzeichnis Fehlereinflüsse und Genauigkeiten einer GPS-Standortbestimmung Differentielles GPS (DGPS) GLONASS Galileo Bewertung von Positiouierungssystemen und weitere Entwicklungen zu GNSS Airbome Laserscanning Geobasisdaten Geobasisdaten der Vennessungsverwaltungen Das Automatisierte Liegenschaftskataster Das Amtliche Topographisch-Kartographische Informations system A TKIS AFIS-ALKIS-ATKIS Volunteered Geographie Information (VGI) Daten im GeoWeb Das OpenStreetMap-Projekt (OSM-Projekt) Qualität von OSM-Daten STANDARDS UND INTEROPERABILITÄT VON GEODATEN Standardisierung und Interoperabilität Mehrfachnutzung durch Standardisierung Syntaktische und semantische Interoperabilität Standardisierungsinstitutionen Standard und Norm Normierungsinstitutionen International Organization for Standardization (ISO) Open Geospatial Consortium Standards zur ModelIierung von Geodaten Das Feature-Geometry-Modell Das Simple-Feature-Modell Geography Markup Language Geodatendienste Interoperabilität durch standardisierte Geodatendienste OGC-konforme Geodatendienste Arbeitsweise eines OGC-konformen WMS am Beispiel des UMN MapServers Zugriff anf Geodaten über einen Web Map Service Zugriff anf Geodaten über einen Web Feature Service Zugriff anf Geodaten über weitere Geodatendienste Verarbeitung von Geodaten durch standardisierte Web Processing Services Metadaten Von Daten zur Information durch Metadaten Standards fiir räumliche Metadaten

6 Inhaltsverzeichnis XI Beispiele aus der Praxis Qualität von Daten und Geodaten Qua1itätsmerkmale Räumliche Auflösung, Generalisierung und Lagegenauigkeit Aufbau von Geodateninfrastrukturen Begriff und Ausgangssituation in Deutschland INSPlRE GD!-DE - Geodateninfrastruktur Deutschland GD! der Länder VISUALISIERUNG RAUMBEZOGENER INFORMATIONEN Graphische Inforroationsverarbeitung Digitale graphische Darstellungen von Infonnationen Digitale graphische Darstellungen von Geoobjekten - Paradigmenwechsel der Kartographie Kartographie im Web 2.0: Web-Mapping Computergestützte wissenschaftliche Visualisierung Kartographische Kommunikation Graphische Semiologie Graphische Gestaltungsmittel Signaturen Allgemeine Gestaltungsmerkmale Klasseneinteilungen Texte und Beschriftungen Diagrammdarstellungen Einsatz von Farbe Farbe als einfaches und kritisches Ausdrucksmittel Farbwirkungund Farbwahrnehmung Farbabstnfungen Farbmischung und Farhmodelle DATEN ORGANISATION UND DATENBANKSYSTEME Datenorganisation Grundbegriffe der Datenorganisation Dateisysteme Datenbanksysteme Datensichten in einem Datenbanksystem Datenmodelle Datenbankentwurfmit ER-Modellierung Modellierungskonzepte

7 XII Inhaltsverzeichnis Entities und Attribute Relationships Entity-Relationsbip-Diagramme Konzeptueller Datenbaokentwurf ao eioem Beispiel Das relationale Datenmodell Aufbau eioer relationalen Datenbasis Normalformen Traosformation eioes ER-Diagramms io das Relationenmodell Relationale Datenstrukturen io Geoinformationssystemen Arbeiten mit eioem relationalen Datenbanksystem Datendefinition und Verwaltungsfunktionen Datenmaoipulation und Datensuswertung Der Sprachstaodard SQL einer Datenmaoipulationssprache fiir relationale Datenbanksysteme Datenkonsistenzen Begriff und Bedeutung von Datenkonsistenzen Referentielle Integrität Trigger Transaktionen Erweiterungen Abhängige Entity Typen Die Ist-Beziehung Das EER-Model Objektorientierte Datenbanksysteme Objektrelationale Datenbankmodelle GEOINFORMATIONSSYSTEME Konzepte digitaler Informationssysteme und Geoinformationssysteme Informationssysteme Vier-Komponenten-Modelle eioes Informationssystems Begriff von Geoioformationssystemen Vier-Komponenten-Modell eioes Geoioformationssystems Web-GIS Geoinformationssysteme und verwaodte Systeme ModelIierung von Geoobjekten io eioem Geoioformationssystem Geoinformationssystem als Modell der realen Welt Geometrisch-tupologische ModelIierung von Geoobjekten im Vektormodell Geometrisch-tupologische ModelIierung von Geoobjekten im RastennodelI Speicherung von Geometrien im Rastermodell Thematik von Geoobjekten Vergleich von Vektor- und Rastermodell

8 Inhaltsverzeichnis XIII 9.3 Bearbeitung und Analyse von Geoobjekten im Vektonnodell Erfassen und Editieren raumbezogener Daten Verwaltung raumbezogener Daten: Datenabfragen und Suchoperationen Fortfülmmg und Aktualisierung raumbezogener Daten Räumliche Überlagerungen und geometrisch-topologische Analysefunktionen Bearbeitung und Analyse von Geoobjekten im Rastermodell Aufbereiten von Rasterdaten Konvertieren von Sachdaten aufrasterbasis Räumliche Analysen von Rasterdaten Netzwerkanalysen Das Netzwerkdateumodell Analyse optimaler Wege in einem Netzwerk Ermittlung von Einzugsgebieten Weitere AnalysemögJichkeiten in einem Netzwerk Räumliche Interpolation und Modellierung von Flächen Ausgangsfragestellungen Trendflächenanalyse Räumliche Interpolation durch Mittelwertbildung Thiessen-Polygone Höhenmodelle und Oberflächenmodelle Trends FERN ERKUNDUNG UND DIGITALE BILDVERARBEITUNG Begriffsbestimmungen und Einsatzmöglichkeiten der Fernerkundung Ansatz von Fernerkundung und digitaler Bildverarbeitung Grundprinzip der Fernerkundung Digitale Bildverarbeitung Photogrammetrie Physikalische Grundlagen Das elektromagnetische Spektrum Solare Einstrahlung und Einflüsse der Atmosphäre Das Reflexionsverhalten der Erdoberfläche Bedeutende satellitengestützte Aufuahmesysteme Übersicht Leistungsmerkmale abbildender Fernerkundungsinstrumente Bahnparameter von Fernerkundungssatelliten Aufuahmesysteme von Wettersatelliten Die Aufuahmesysteme von Landsat Die Aufuahmesysteme von SPOT ASTER auf Terra Aufuahmesysteme mit abbildendem Radar...414

9 XIV Inhaltsverzeichnis Jüngere hochauflösende Sensoren Digitale Bilder Aufnahme digitaler Bilder in der Fernerkundung Visualisierung digitaler Bilder in der Femerkundung Bezug von Fernerkundungsdaten Digitale Bildbearbeitung Bildvorbearbeitung Kontrastverbesserung Bildtransfonnationen Räumliche Filteroperationen Kombination mehrerer Bilder Multispektralklassifikation Prinzip der Multispektra1klassifikation Unüberwachte Klassifikation Überwachte Klassifikation Probleme der pixelbasierten Multispektral-Klassifikation Ennittlung der Klassifikationsgenauigkeit Erforderuisse hochauflösender Sensordaten Objektorientierte Bildsegmentierung und Klassifikation Weitere Verfahren LITERATUR SACHVERZEICHNIS