Willkommen beim GIS-Day GPS und GIS Satellitenpositionierung und Geoinformationssysteme

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1 Willkommen beim GIS-Day GPS und GIS Satellitenpositionierung und Geoinformationssysteme 1 Programm Begrüßung durch den Rektor der HFT Stuttgart, Prof. Rainer Franke Vorstellung des GIS-Day durch Firma ESRI (D. Schober) Vermessung und Geoinformatik an der HFT Stuttgart (Prof. R. Kettemann) Satellitenpositionierung (GPS) und Geoinformationssystemen (GIS), Vorstellung der Projektarbeit (Prof. R. Kettemann) Kurze Pause Einweisung in die Nutzung der GPS-Ausrüstungen und Datenerfassung im Stadtgarten Mittagspause mit der Möglichkeit weitere Vermessungsgeräte kennen zu lernen Eine Stärkung und ein Getränk in der Cafeteria der HFT werden von der Firma ESRI gesponsert Datenübernahme in Geoinformationssysteme und Veröffentlichung von Bildern in Google Earth im Raum 1/ Abschlussdiskussion im Raum 1/ Ende des GIS-Day Verlosung - Verabschiedung der Teilnehmer Preise wurden von der Firma ESRI gestiftet. Bestätigungsstempel für Teilnehmer der Forschungsexpedition Deutschland 2

2 Geodäsie-Studium Vermessung und Geoinformatik an der HFT Stuttgart 3 Vermessung und Geoinformatik Vermessung und Geoinformatik Bachelor of Engineering 7 Semester Informationslogistik Bachelor of Science 7 Semester Vermessung Landmanagement und Ingenieurvermessung (deutsch) Master of Engineering 3 Semester Stadtplanung (deutsch) Master of Engineering 3 Semester Photogrammetry and Geoinformatics international (englisch) Master of Science 3 Semester 4

3 Informationslogistik - Projekt der Landesstiftung Baden-Württemberg- Logistik von Informationen die richtige Information zur richtigen Zeit am richtigen Ort 5 Vermessung und Geoinformatik - ein moderner Geodäsie-Studiengang mit Tradition - Vermessung / Landmanagement 1930: Vermessung aus Luftbildern (Photogrammetrie) 1955: Einsatz der ersten ZUSE-Rechner für vermessungstechn. Berechnungen (Flurbereinigung) Seilspanner in Ägypten, 1500 v. Cr. 12-Knoten-Schnur => RW-Dreieck : Einsatz von GPS für Vermessungsaufgaben 2000: Scannen von Oberflächen 6

4 Vermessung und Geoinformatik - ein moderner Geodäsie-Studiengang mit Tradition - Stadtplan von Nippur (1500 v.cr) - Speicherung von Geometrie auf Tontafeln 7 Vermessung und Geoinformatik - ein moderner Geodäsie-Studiengang mit Tradition - Geoinformatik 1960: Der Begriff GIS (Geoinformationssystem) entsteht. 1970: Nutzung von Computer und Plotter zum Zeichnen von Karten und Plänen 1980: Geoinformationssysteme mit flächendeckenden Informationen werden aufgebaut 1997: Aus dem Studiengang Vermessungswesen wird Vermessung und Geoinformatik 2000 ff: Routenplaner, Internet-GIS, 3D-Visualisierung, Google Earth, Bing Maps, etc. 8

5 Vermessung und Geoinformatik - Bachelor of Engineering - Neukonzeption (2005) mit Vertretern aus der Praxis unter dem Gesichtspunkt Was muss ein VG-Absolvent nach dem Studium können? fachlich gut sein ist selbstverständlich! => die Fächer wurden festgelegt. sich und die eigene Arbeit verkaufen können => Schlüsselqualifikationen wurden ins Studium integriert teamfähig sein => es werden Gruppen- und Projektarbeiten durchgeführt eigenverantwortlich arbeiten können => Selbststudium und Projektarbeiten gehören zur Ausbildung 9 Vermessung und Geoinformatik - Bachelor of Engineering - Der Aufbau des Studiums Schlüsselqualifikationen bereits im 1. Studienjahr Inhalte, die während des Studiums vertieft werden können (Rhetorik, Präsentationstechnik, ) Naturwissenschaftliche Fächer (Mathe und Physik im Grundstudium) Fachliche Inhalte verteilt über das gesamte Studium Wahlmöglichkeiten in den letzten Semestern Praxisprojekt, Ausgewählte Kapitel der Geomatik, Bachelorarbeit Rechtliche Aspekte, Führung, Management nach dem Praxisprojekt wenn die technisch relevanten Sachverhalte bekannt sind 10

6 Vermessung und Geoinformatik - Bachelor of Engineering - Praxisprojekt Optimal geeignet für einen Auslandsaufenthalt und viele mehr 11 Vermessung und Geoinformatik - Bachelor of Engineering - Modularer Aufbau - Bewertung mit ECTS je Semester 4-5 Module, die mit einer Prüfungsleistung abgeschlossen werden Unabhängige Module innerhalb eines Jahres => Studienbeginn ist im Frühjahr und im Sommer möglich => pausieren ist auch für ½ Jahr möglich (Urlaubssemester, Auslandsaufenthalt mit verlängertem oder Zusatzpraktikum, Wiederholung von Prüfungen) Über 30 % der Studierenden erbringen Studienleistungen im Ausland 12

7 Professoren, Mitarbeiter, Labore Direkter Zugang zu Professoren und Mitarbeitern Semestergröße im Fachstudium ca. 40 Studenten Kleinere Gruppen bei Übungen und Praktika Labore für den Studiengang - Labor für Ingenieurmesstechnik (IMT) - Labor für Geoinformatik - Labor für Geodätische Datenverarbeitung - Geodätisches Messlabor - Labor für Interpretation und Messung mit bildgebenden Sensoren (Photogrammetrielabor LIMES) - Photogrammetrielabor 13 Vermessung und Geoinformatik - Bachelor of Engineering - Was kommt nach dem Studium? Sehr gute Berufsaussichten als Ingenieure - Ruhestandswelle beginnt gerade - Breites Spektrum im Wettbewerb mit anderen Disziplinen - Sehr gute Ausbildung an der HfT (erste Plätze in Rankings) Möglichkeiten zur Weiterqualifikation (Masterstudium) 3 Aufbaustudiengänge an der HfT Stuttgart - Vermessung (Landmanagement und Ingenieurvermessung) - Photogrammetry and Geoinformatics (international) - Stadtplanung - weitere Aufbaustudiengänge an anderen Hochschulen 14

8 Mobiles Geoinformationssystem 15 Visualisierung von Geodaten in Google Earth 16

9 Wie definiert man ein Bezugssystem cm / Jahr Nichts ist wirklich fest! 17 Wenn Bezugssysteme nicht zusammenpassen 18

10 Monitoring von Bauwerken Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Mönicke Automatische Aufnahme von Querschnittsprofilen mit einem reflektorlos messenden Tachymeter zur Deformationskontrolle bei Tunnels und Landschaftsbrücken 19 Bewegt sich der Kamin? Wenn ja, wie? Dr. Eduard Konopka Kamin Nivellement: Im Rahmen eines gemeinsamen Projektes zwischen der HfT Stuttgart und der Politechnika Opolska in Polen wird die Auslenkung von hohen Kaminen bei Starkwind und unter dem Einfluss von Sonnenstrahlung untersucht. 20

11 Laserscanning mobil und stationär Millionen von Punkten repräsentieren die Realwelt Simone Jansen Nov Laserscanning aus Flugzeugen Was ist in Gefahr wenn es sehr stark regnet? Wie hoch ist die Versicherungsprämie? Quelle: LUBW Quelle: TopScan 2004 Beispiel: Hochwassergefahr 22

12 Manchmal gehen wir auch in die Luft Die Sensoren 23 Qualitätskontrolle im Automobilbau Industrielle Messtechnik: Prof. Dr.-Ing. Eberhard Gülch Deformationsanalyse bei einem Fahrzeug in der Wärmekammer 24

13 Airborne Laserscanning Quelle: TopScan GIS-Analysen Lärmbelastung in Stuttgart (Amtsblatt 2008) Wie alt ist ein Stadtteil? (Kettemann 2005) Wo schläft man am ruhigsten? 26

14 Vermessung im Außendienst Messungen erfolgen überwiegend automatisch! Vermessungsingenieure Definieren die Aufgabenstellung mit Auftraggebern Kombinieren ihre Messgeräte (Sensoren) zu optimalen Arbeitsabläufen Organisieren den sensorübergreifenden Datenfluss 27 Positionierungssysteme dm-gps m-gps cm GPS - TPS 28

15 Besprechung bei einer Projektarbeit Bilder von der Geodäsieübung Abendprogramm bei der Projektarbeit 30

16 Informationen über Geodäsie und zu Geodäten 31 Geoinformationssysteme Erzeugung, Management, Analyse und Visualisierung raumbezogener Daten. (Objekte und Eigenschaften, deren Ausdehnung und Verteilung auf der Erde direkt oder indirekt über Koordinaten beschrieben wird) 32

17 Geoinformationssysteme Erzeugung, Management, Analyse und Visualisierung raumbezogener Daten. Gewinnung neuer Erkenntnisse und Informationen aus der Kombination vorhandener Daten Vermittlung von Erkenntnissen mittels speziell aufbereiteter Karten, Pläne und Internetseiten 33 Anwendung eines Geoinformationssystems Liste der Teilnehmer Karte 34

18 Beispiel: Wohnumfeldanalyse, GIS-Day 2005 Durchschnittsalter - Baublockweise 35 Beispiel: Wohnumfeldanalyse, GIS-Day 2005 Altersentwicklung Baublockweise

19 Beispiel: Wohnumfeldanalyse, GIS-Day 2005 Einwohnerdichte - Baublockweise Wohnblocks 37 Satellitenpositionierung GNSS Global Navigation Satellite System GPS = Globales Satelliten Positionierungssystem GLONASS = russisches System Galileo = europäisches System COMPASS = chinesisches System 38

20 Einsatzbereiche für Satellitenpositionierung Wo bin ich? Positionsbestimmung, Vermessung (Aufmessung) Was ist hier los? Wer ist in meiner Nähe? Location Based Services (Informationslogistik) Wie komme ich am besten / schnellsten an einen bestimmten Ort? Navigation, Vermessung (Absteckung) 39 Wozu nutzen wir GPS Objekt in der realen Welt Z Repräsentation in einer Karte Nord Y X Ost 40

21 Raumbezugssysteme Feste Erdoberfläche Geoid Ellipsoid 41 Geoid Referenzflächen Ellipsoide: global gelagert lokal gelagert 42

22 Koordinaten sind abhängig von Referenzflächen Geoid Punkt auf Erde Bl Bg Ellipsoide: global gelagert lokal gelagert 43 Probleme mit Referenzflächen Die Erde in 50 Millionen Jahren 44

23 Wie GPS funktioniert kann man auch in der Zeitung lesen In einer festen Position über der Erde verankerte Satelliten bilden hier den Mess- und Fixpunkt für genaue Koordinaten auf der Erdoberfläche???? 45 Zeitungsausschnitt - Gerätetest Drei müssen es sein?????? Für eine genaue Ortsbestimmung benötigt ein Empfänger mindestens drei Satelliten. Soll auch die Höhe ermittelt werden, so ist ein vierter erforderlich???????? 46

24 Das Globale Positionierungs-System (GPS) Definiert für 24 Satelliten ( Reservesatelliten) am 06. Oktober 30 verfügbare GPS-Satelliten + 17 GLONASS-Satelliten 47 Das Globale Positionierungs-System (GPS) <= 4 km/s <= km/s km km 48

25 So funktioniert GPS S (für Zeitbestimmung) S1 (2. Schnittpunkt - 3D) Schnittlinie der Kugeln 1 und 2 S2 Antenne 1m 0, s 3 Nano-Sekunden Erde 49 So funktioniert GPS - S (für Zeitbestimmung) die 2D-Lösung S1 Schnittlinie der Kugeln 1 und 2 S2 letzter Abstand vom Geozentrum wird festgehalten Antenne 1m 0, s 3 Nano-Sekunden Erde 50

26 So funktioniert differentielles GPS (DGPS) km 5 4 EGNOS km 5 3 k 3 k Mobiler Empfänger Postprocessing Telefonleitung oder Datenträger Basisstation 51 So funktioniert präzises differentielles GPS (PDGPS) Die Trägerfrequenz wird zur Messung verwendet 19 cm L1 24 cm L km - = unbekannt Messgrößen 52

27 GPS Verfahren und Genauigkeiten > 20 m > 10 m > 10 m GPS DGPS PDGPS m 3 m - 0,3 m < 0,05 m 53 GPS Unsere Geräte beim GS-Day Mobile Geoinformationssysteme 54

28 GPS Unsere Geräte dm-gps m-gps cm GPS - TPS 55 Die Aufgabe - Radweg-Informationssystem Sehr viele Landkreise und Gemeinden arbeiten daran z.b. zur Ergänzung des Routings beim VVS Fragen Sie einfach nach, ob eine Kooperation möglich ist Auch vorhandene Informationssysteme können überprüft und verbessert werden Mit BingMaps haben Sie hervorragende Startdaten in ArcGIS verfügbar Alternativen: Bäume im öffentlichen Raum Ruhebänke, Aussichtspunkte usw. 56

29 BingMaps oder Luftbilder als Ausgangsdaten 1. Digitalisieren vorhandener Wege 2. Begehen oder befahren der Wege - Attributierung der Wege z.b. Breite / Belag / Zustand - Überprüfen / Festlegen erforderlicher Wegweiser - Erfassung von Alternativrouten - Erfassen von POI an der Route 3. Übernahme der Ergebnisse ins GIS 57 ArcPad und GPS-Kamera vor Ort Jetzt geht s los bis ca Uhr Schauen Sie sich alles an und probieren Sie nach Lust und Laune. Wir stehen für Fragen bereit. 58

30 Bearbeiten der Feld-Daten in ArcGIS Wir haben folgendes vorbereitet Georeferenziertes Luftbild (Orthophoto) Attributierte Wege Alternativroute aufgenommen mit DGPS POI aufgenommen mit der GIS-Kamera Standorte für Wegweiser mit Attributen und Bildern 59 Arbeitsschritte in ArcGIS 1. Starten von ArcMap, Leeres Dokument 2. Eigenschaften des Datenrahmens (Layer, Rechtsklick, Eigenschaften) - Koordinatensystem>Vorgegeben>Projected>NationalGrids> DHDN_3_Degree_Gauss_Zone_3 - Allgemein>Name Stadtgarten 3. Datei>Daten hinzufügen> - Laufwerk P verbinden: Connect_to_Folder P:// Pfad wie er im 1/014 sein wird Alle Objektklassen laden, außer Radweg_neu, GPS_Weg, GPS_Grünfläche 4. Reihenfolge (Anzeige) und Farben (Symbologie) einstellen - Radwegsegmente klassifizieren nach Breite Symbologie>Anzahl>abgestufte Symbole 60

31 Arbeitsschritte in ArcGIS 5. Alternativweg einführen - Werkzeuge>Editor>Editor Starten>Aufgabe: Polygonfeatures teilen>ziel Radwege Liniensegment auswählen und teilen - Editor>Fangen>Radweg Stützpunkt - Editor>Skizzenwerkzeug>Aufgabe neues Feature erstellen Neues Wegsegment digitalisieren und Attributieren (Breite 1m, Gras) 6. Neu Klassifizieren nach Belag Symbolisierung>Kategorien> Einzelwerte Belag Hier können Sie etwas spielen, Linientypen und auch Mehrfachattribute, z.b. Belag+Breite ausprobieren 61 Arbeitsschritte in ArcGIS 7. Punkte von der GPS-Kamera einfügen - Die Punkte liegen in geographischen Koordinaten im System WGS84 in einer Excel-Tabelle vor. In der Spalte mit den File-Namen müssen die richtigen Pfade zu den Bildern eingetragen sein (könnte mit Suchen und Ersetzen modifiziert werden). 8. Excel-Tabelle in ArcGIS hinzufügen - Legende springt auf Quelle, weil keine direkte Geometrie vorhanden ist. - Rechtsklick>XY-Daten anzeigen und X-Feld = Länge sowie Y-Feld=Breite einstellen - Koordinatensystem bearbeiten Auswählen>Geographic Coordinate System> World > WGS_1984.prj - Fehlermeldung zum ID-Feld ignorieren 62

32 Arbeitsschritte in ArcGIS 8. Ergebnis nach Schritt 8 - Bilder mit GPS-Koordinaten liegen an falscher Stelle - Datumstransformation einstellen (Grund s. Einleitungsfolien) Rechtsklick auf Datenrahmen (Stadtgarten) Koordinatensystem>Transformationen> GCS_WGS84 in GCS_Deutsches_Hauptdreiecksnetzt unter Verwendung von.._ntv2 auswählen Die GPS-Punkte wandern an die richtige Stelle 63 Wie bringen wir Koordinatensysteme zusammen GPS-Koordinaten GCS_WGS_1984 geographische Koordinaten Z Karte in Landeskoordinaten DHDN_3_Degree_Gauss_Zone_3 Hoch Y? X Datumsübergang = Transformation DHDN_To_WGS84_...NTv2 Rechts 64

33 Arbeitsschritte in ArcGIS 9. Bilder sichtbar machen - Bilder mit GPS-Koordinaten Anzeige>Hyperlink>Dokument> Feld auswählen Symbolauswahl>Eigenschaften>ZeichenMarkerSymbol>Zeichen=Symbol oder >PfeilMarkerSymbol 65 Arbeitsschritte in ArcGIS 9. Kamerastandort wählen und Bild durch Klick auf den Link anzeigen 66

34 Wir hoffen, sie hatten Freude am GIS-Day GPS und GIS Satellitenpositionierung und Geoinformationssysteme Unsere Kontaktdaten:, 0711/ Dipl.-Ing(FH) Jörg Hepperle, 0711/ Dipl.-Ing(FH) Roland Hahn, 0711/ Daniel Schober, Business Manager Education, ESRI Deutschland GmbH, Ringstraße 7, DE Kranzberg, Telefon , 67