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Institut für Kartographie und Geoinformation Prof. Dr. Lutz Plümer Geoinformation III Vorlesung 10 Normen und Standards in GIS Überblick • Welche Standards/Normen gibt es im GIS-Bereich? • Beispiel Spatial Schema (ISO) • Beispiel Simple Features (OGC) – UML-Diagramm – Topologische Relationen Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 2 Die wichtigsten Normen/Standards • ISO (International Organization for Standardization) – siehe übernächste Folie • CEN/DIN (Europäisches/Dt. Komitee für Normung) – Normen sind oder werden abgelöst durch ISO-Normen • OGC (Open GIS Consortium) (www.opengis.org) – Simple Features • für SQL (Relationale Datenbanken), CORBA, OLE/COM • für GML/XML (GISIII / Kolbe) – Web Map Server (Karten im WWW) – Kataloge (Wo finde ich welche Daten?) – Koordinatentransformation Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 3 Weitere GIS-Standards • herstellerspezifische Standards, z.B. – Shapefiles (ESRI) – SQD (SICAD), ... • anwendungsspezifische Standards, z.B. – – – – – – ATKIS (topographische Daten) ALK (Kataster - geometrisch) ALB (Kataster - nichtgeometrisch) EDBS (Datenaustausch für ATKIS/ALK) DIGEST (Datenaustausch im militärischen Bereich) ... Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 4 ISO: die wichtigsten GIS-Standards • Spatial schema (Geometrie und Topologie) • Rules for application schema (Anwendungsobjekte und Verknüpfung mit Geometrie und Topologie) • Temporal schema (Zeit) • Feature cataloguing methodology • Spatial referencing by coordinates • Spatial referencing by geographic identifiers • Quality principles • Metadata • Portrayal (Visualisierung) • Encoding (Datentransfer) • …… (insgesamt 25 Standards) Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 5 Wozu Standards? • Ermöglichung/Erleichterung des reibungslosen Datenaustauschs zwischen verschiedenen GIS-(Teil-)Systemen • Interoperabilität Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 6 GIS-Standards der ISO • in der Phase der Verabschiedung als ISO-Norm: DIS (Draft International Standard) • lösen die zur Zeit gültigen europäischen/deutschen Normen (CEN/DIN) ab • Verwendung z.B. bei Vorhaben ALKIS – Neumodellierung des Katasters (ALK und ALB), Vereinheitlichung mit ATKIS (Topographische Daten) • Modellierung in UML (Klassendiagramme) Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 7 Was leistet ISO/DIS 19107 Spatial Schema? • Modellierung des Raumbezugs von GIS-Objekten • Geometrie – – – – – 0 - 3-dimensional 1-D: Splines, Klothoiden, ...... 2,5-D: TINs (Dreiecksvermaschungen) 3-D: Volumina, Spline-Oberflächen Aggregationen • Topologie – 0 - 3-dimensional – eigene Klassen für Topologie, die Assoziationen mit entsprechenden Geometrie-Klassen haben Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 8 Spatial Schema: 1-dimensionale Primitive GM_Object Referenzsystem GM_GenericCurve GM_Primitive GM_CurveSegment GM_OrientablePrimitive GM_OrientableCurve ..... ...... GM_Curve GM_Clothoid GM_LineString GM_SplineCurve GM_PolinomialSpline GM_BSplineCurve GM_LineSegment Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 9 OGC: Simple Features • Standard des Open GIS Consortium (OGC) – OGC: privater, nichtkommerzieller Verein – Mitglieder: GIS-Hersteller, Behörden, Universitäten • Modellierung der Geometrie raumbezogener Objekte • "Simple": – – – – nur 0 - 2-dimensional (weder 2,5-D noch 3-D) nur gerade Linien keine Topologie keine Aggregation • " ... reicht in 80% aller Fälle aus ... (?)" • Implementierung standardisiert für – SQL (Relationale Datenbanken), CORBA, OLE/COM – GML/XML (GIS III / Kolbe) Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 10 Simple Features: UML-Diagramm Abstrakte Klasse (grün bzw. kursiv) Point 1+ Geometry Curve Surface LineString Polygon SpatialReferenceSystem GeometryCollection 2+ 1+ MultiSurface MultiCurve MultiPoint 1+ Line LinearRing MultiPolygon MultiLineString 1+ Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 11 UML-Diagramm: 1-D-Objekte Geometry Point 1+ Curve Surface LineString Polygon SpatialReferenceSystem GeometryCollection 2+ 1+ MultiSurface MultiCurve MultiPoint 1+ Line LinearRing MultiPolygon MultiLineString 1+ Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 12 1-D-Objekte: LineString, Line, Linear Ring • LineString: Folge von Punkten, mit geraden Liniensegmenten verbunden • einfacher LineString: keinen Punkt wird mehrfach durchlaufen • geschlossener LineString: Anfangspunkt = Endpunkt • Line: LineString mit genau 2 Punkten • LinearRing: einfacher, geschlossener LineString nicht einfach einfach geschlossen nicht einfach Line LinearRing Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 13 UML-Diagramm 1-D-Objekte Geometry Point 1+ Curve Surface LineString Polygon SpatialReferenceSystem GeometryCollection 2+ 1+ MultiSurface MultiCurve MultiPoint 1+ Line LinearRing MultiPolygon MultiLineString 1+ Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 14 1-D-Objekte: MultiLineString • MultiLineString: Menge (Aggregation) von LineStrings LineString1 LineString2 LineString1 LineString1 LineString2 LineString2 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 15 Simple Features und Topologie LineString3 LineString2 Punkt p LineString1 • drei LineStrings mit einem gemeinsamen Punkt p • Punkt p existiert dreimal (einmal für LineString1, einmal für LineString2 und einmal für LineString3) • drei Punkte mit identischen Koordinaten • es gibt keine Knoten im Sinn von Landkarten/Graphen Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 16 UML-Diagramm: 2-D-Objekte Geometry Point 1+ Curve Surface LineString Polygon SpatialReferenceSystem GeometryCollection 2+ 1+ MultiSurface MultiCurve MultiPoint 1+ Line LinearRing MultiPolygon MultiLineString 1+ Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 17 Polygon: Definition • begrenzt durch genau einen äußeren Ring und beliebig viele innere Ringe (= einfache Zyklen) • Inneres topologisch zusammenhängend Polygon nicht topologisch kein Polygon zusammenhängend Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 18 Polygon: Definition • begrenzt durch genau einen äußeren Ring und beliebig viele innere Ringe (= einfache Zyklen) • Inneres topologisch zusammenhängend Polygon Polygon Polygon kein Polygon Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 19 Polygon: Definition • begrenzt durch genau einen äußeren Ring und beliebig viele innere Ringe (= einfache Zyklen) • Inneres topologisch zusammenhängend Polygon nichtPolygon topologisch kein kein Polygon zusammenhängend Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 20 UML-Diagramm: 2-D-Objekte Geometry Point 1+ Curve Surface LineString Polygon SpatialReferenceSystem GeometryCollection 2+ 1+ MultiSurface MultiCurve MultiPoint 1+ Line LinearRing MultiPolygon MultiLineString 1+ Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 21 MultiPolygon: Definition • Aggregation von Polygonen • Die Inneren der Polygone sind disjunkt • Berührung der Ränder zweier Polygone nur in Punkten Polygon 1 Polygon 1 Polygon 1 Polygon 2 ein MultiPolygon Polygon 2 ein MultiPolygon Polygon 2 kein MultiPolygon Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 22 Polygon und MultiPolygon • Zweck der Unterscheidung: Eindeutigkeit der Modellierung • Eindeutigkeit: für jedes Realweltobjekt ("Punktmenge") darf es nur eine Möglichkeit der Modellierung geben Park ein Polygon mit Loch Erfasser 1 zwei verschiedene Möglichkeiten zwei Polygone Erfasser 2 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 23 Simple Features: Methoden (Auszug) Geometry +ReferenceSystem() +Dimension() +Boundary() Point +X() +Y() 2+ Curve +Length() +StartPoint() +EndPoint() +IsClosed() +IsRing() Surface +Area() +Centroid() +PointOnSurface() Polygon LineString +NumberofPoints() +PointN() +ExteriorRing() +NumInteroirRing() +InteriorRingN() Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 24 Methoden für topologische Relationen • boolesche Methoden • Zweck: raumbezogene Anfragen (Fließt der Rhein durch Hessen? Grenzt Siegburg an Bonn?) • Ähnlich zu 4-Schnitt-Modell von Egenhofer (Vorlesung GIS I) • Erweiterung des 4-Schnitt-Modells (Flächen) auf punkt- und linienhafte Objekte • Dimensionserweitertes 9-Schnitt-Modell (DE-9IM) Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 25 Punktmengentopologie (Wh. aus GIS I) • Beziehungen zwischen Punktmengen Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 26 Topologische Relationen (Wh. aus GIS I) X Y X° Y° X Y° X° Y not not not not not not not not not not not not not not not not not Operation X disjunkt Y X trifft Y X gleicht Y X innerhalb Y Y innerhalb X X überdeckt Y Y überdeckt X X überlappt Y X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 27 Topologische Relationen (Wh. aus GIS I) X Y X° Y° X Y° X° Y not not not not not not not not not not not not not not not not not Operation X disjunkt Y X trifft Y X gleicht Y X innerhalb Y Y innerhalb X X überdeckt Y Y überdeckt X X überlappt Y X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 28 Topologische Relationen (Wh. aus GIS I) X Y X° Y° X Y° X° Y not not not not not not not not not not not not not not not not not Operation X disjunkt Y X trifft Y X gleicht Y X innerhalb Y Y innerhalb X X überdeckt Y Y überdeckt X X überlappt Y X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 29 Topologische Relationen (Wh. aus GIS I) X Y X° Y° X Y° X° Y not not not not not not not not not not not not not not not not not Operation X disjunkt Y X trifft Y X gleicht Y X innerhalb Y Y innerhalb X X überdeckt Y Y überdeckt X X überlappt Y X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 30 Topologische Relationen (Wh. aus GIS I) X Y X° Y° X Y° X° Y not not not not not not not not not not not not not not not not not Operation X disjunkt Y X trifft Y X gleicht Y X innerhalb Y Y innerhalb X X überdeckt Y Y überdeckt X X überlappt Y X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 31 Topologische Relationen (Wh. aus GIS I) X Y X° Y° X Y° X° Y not not not not not not not not not not not not not not not not not Operation X disjunkt Y X trifft Y X gleicht Y X innerhalb Y Y innerhalb X X überdeckt Y Y überdeckt X X überlappt Y X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 32 Topologische Relationen (Wh. aus GIS I) X Y X° Y° X Y° X° Y not not not not not not not not not not not not not not not not not Operation X disjunkt Y X trifft Y X gleicht Y X innerhalb Y Y innerhalb X X überdeckt Y Y überdeckt X X überlappt Y X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 33 Topologische Relationen (Wh. aus GIS I) X Y X° Y° X Y° X° Y not not not not not not not not not not not not not not not not not Operation X disjunkt Y X trifft Y X gleicht Y X innerhalb Y Y innerhalb X X überdeckt Y Y überdeckt X X überlappt Y X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 34 Topologische Relationen (Wh. aus GIS I) X Y X° Y° X Y° X° Y not not not not not not not not not not not not not not not not not Operation X disjunkt Y X trifft Y X gleicht Y X innerhalb Y Y innerhalb X X überdeckt Y Y überdeckt X X überlappt Y X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 35 Vom 4 Schnitt- zum 9-Schnitt-Modell: Rand, Inneres und Äußeres Inneres (°) rot Rand () grün Äußeres ( ¯ ) blau Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 36 Vom 4 Schnitt- zum 9-Schnitt-Modell 4-Schnitt-Modell Inneres Y Rand Y Inneres X X° Y° X° Y Rand X X Y° X Y Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 37 Vom 4 Schnitt- zum 9-Schnitt-Modell 9-Schnitt-Modell (blau und grün) Inneres Y Rand Y Äußeres Y Inneres X X° Y° X° Y X° Y ¯ Rand X X Y° X Y X Y ¯ Äußeres X X ¯ Y° X ¯ Y X¯Y¯ Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 38 Was bringt das 9-Schnitt-Modell? F L 4-Schnitt-Modell Schnitte der Inneren leer Schnitte Rand mit Innerem leer Schnitte der Ränder nicht leer F L 4-Schnitt-Modell Schnitte der Inneren leer Schnitte Rand/Innere leer Schnitte der Ränder nicht leer im 4-Schnitt-Modell nicht unterscheidbar! 9-Schnitt-Modell Schnitt des Äußeren von F mit Rand von L nicht leer 9-Schnitt-Modell Schnitt des Äußeren von F mit Rand von L leer Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 39 Erweiterung um Dimension 9- und 4-Schnitt-Modell: Schnitt leer/nicht leer Erweiterung: Dimension des Schnitts Inneres Y Rand Y Äußeres Y Inneres X dim(X° Y°) dim(X° Y) dim(X° Y ¯) Rand X dim(X Y°) dim(X Y) dim(X Y ¯) Äußeres X dim(X ¯ Y°) dim(X ¯ Y) dim(X ¯ Y ¯) Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 40 Erweiterung um Dimension 9- und 4-Schnitt-Modell: Schnitt leer/nicht leer Erweiterung: Dimension des Schnitts Inneres Y Rand Y Äußeres Y Inneres X dim(X° Y°) dim(X° Y) dim(X° Y ¯) Rand X dim(X Y°) dim(X Y) dim(X Y ¯) Äußeres X dim(X ¯ Y°) dim(X ¯ Y) dim(X ¯ Y ¯) Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 41 Definition von dim( ) -1, falls A B = dim(A B) = 0, falls A B nulldimensional ist 1, falls A B eindimensional ist 2, falls A B zweidimensional ist Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 42 Was bringt die Dimension? F1 F2 F1 F2 4-Schnitt-Modell Schnitte der Inneren leer Schnitte Rand mit Innerem leer Schnitte der Ränder nicht leer 4-Schnitt-Modell Schnitte der Inneren leer Schnitte Rand/Innere leer Schnitte der Ränder nicht leer im 4-Schnitt-Modell nicht unterscheidbar! Dimension Dimension des Schnitts der Ränder von F1 und F2: 1 Dimension Dimension des Schnitts der Ränder von F1 und F2: 0 Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 43 Verwendung des DE-9IM bei Simple Features • Methode relate, 9-Schnitt-Matrix * ist Joker (Wert ist egal) als Parameter – z.B. objekt1.relate(objekt2, -1 * * * 1 * * * *) ergibt true, falls objekt1 mit objekt2 in Relation touches steht • benannte räumliche Beziehungen: – Methoden touches, crosses, within, contains, overlaps, disjoint, intersects, equals Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 44 DE-9IM: benannte räumliche Beziehungen I/II grün.Touches(rot) grün.Crosses(rot) grün.Within(rot) rot.Contains(grün) grün.Overlaps(rot) Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 45 DE-9IM: benannte räumliche Beziehungen II/II grün.Disjoint(rot) grün.Intersects(rot) not grün.Disjoint(rot) grün.Equals(rot) Gerhard Gröger - Geoinformation III - 5. Semester - WS 01/02 - Vorlesung 10 46 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit. Fragen?
