Geoinformatik
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Norbert Bartelme Geoinformatik Modelle • Strukturen • Funktionen 4., vollständig überarbeitete Auflage Mit 146 Abbildungen Springer Inhalt 1 EINFÜHRUNG 1.1 Überblick 1.2 Geoinformations-Technologie 1.2.1 Ziele der Gl-Technologie 1.2.2 Historisches, Kognition und Abstraktion 1.2.3 Vorteile der Gl-Technologie 1.3 Begriffe und Gliederungen 1.3.1 Definitionen 1.3.2 Systemkomponenten und Konfigurationen 1.4 Daten 1.4.1 Geodatenquellen 1.4.2 Struktur von Geodäten 1.5 Funktionalität 1.5.1 Gl-Methoden 1.5.2 Gi-Anwendungen 1.5.3 Gi-Dienste 1.6 Einbettung der Geoinformatik 2 KONZEPTIONELLES MODELL U N D SCHEMA 2.1 Konzeptionelles Modell 2.1.1 Ein einfaches Modell 2.1.2 Möglichkeiten und Grenzen der Modellbildung 2.2 Datenschema 2.2.1 Ein einfaches Datenschema 2.2.2 Drei-Schema-Architektur 2.3 Konzeptionelle Komponenten 2.3.1 Entität, Relation, Attribut 2.3.2 Layer 2.3.3 Objektorientierte Konzepte 2.3.4 Feldbasierende Konzepte 2.3.5 Raster- und Vektormodelle . . . 2.3.6 Kognitionsbasierende Modelle 3 VEKTORGEOMETRIE U N D TOPOLOGIE 3.1 Geometrische Entitäten 1 1 5 5 8 11 12 12 17 22 23 25 30 . 30 33 36 39 43 43 43 46 49 49 51 53 53 57 60 62 64 70 73 73 viii INHALT 3.2 3.3 3.4 3.1.1 Punkte und Knoten, Linien und Kanten 3.1.2 Flächen, Maschen, Aussparungen 3.1.3 Netz und Mosaik 3.1.4 Abstandsbegriff und Metrik 3.1.5 Geometrie von Visualisierungen 3.1.6 Andere geometrische Strukturen 3.1.7 Die Höhe im Vektormodell Methoden der Vektorgeometrie 3.2.1 Lagevergleich 3.2.2 Schnittproblematik 3.2.3 Transformationen Methoden der Vektortopologie 3.3.1 Topologische Konsistenz 3.3.2 Auszug aus der Graphentheorie 3.3.3 Anwendungen der Netztopologie Geometrie nach ISO 19107 73 78 83 91 94 97 98 99 99 106 109 115 115 118 122 124 4 RASTERGEOMETRIE U N D RASTERALGEBRA 4.1 Rasterdaten 4.1.1 Übersicht 4.1.2 Rastergeometrie 4.1.3 Hybride Modelle 4.2 Methoden der Rastergeometrie 4.2.1 Elementare Operationen 4.2.2 Makro-Operationen 4.2.3 Filtermethoden 4.3 Algebra für Rasterdaten 127 127 127 130 133 136 137 139 143 147 5 FELDKONZEPT U N D INTERPOLATION 5.1 Kurven 5.1.1 Kurvenmodelle 5.1.2 Kurveninterpolation 5.1.3 Kurvenapproximation 5.2 Flächen im Raum 5.2.1 Digitale Geländemodelle 5.2.2 Lineare und bilineare Interpolation 5.2.3 Andere Interpolationsmethoden 5.2.4 Dreiecksvermaschung 5.3 Abgeleitete Modelle 151 152 152 155 159 161 161 165 169 172 175 6 SEMANTIK U N D O B J E K T S T R U K T U R 6.1 Zugänge zur Semantik . . 6.1.1 Zugang über thematische Karten: Layerkonzept 6.1.2 Objektorientierter Zugang 6.2 Semantikmodelle 179 179 180 186 188 INHALT ix 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5 7 Thematik im Rastermodell 188 Thematik im Vektormodell: Punkt-, Linienobjekte . . . . 192 Thematik im Vektormodell: Flächenobjekte 195 Komplexobjekte 199 Attribute, Beziehungen, Methoden 204 TUNING 7.1 Übersicht 7.2 Bezugssysteme 7.2.1 Modelle für die Erdgestalt 7.2.2 Koordinative Bezugssysteme 7.2.3 Abbildung in die Ebene 7.2.4 Andere Arten von Bezugssystemen 7.3 Zeit 7.3.1 Geometrie und Topologie der Zeit 7.3.2 Zeitmodell nach ISO 19108 7.4 Geometrische Genauigkeit 7.4.1 Genauigkeit von Punkten und Linien 7.4.2 Fraktale Modelle 7.4.3 Fuzzy-Modelle 7.5 Qualität und Metadaten 7.5.1 Qualitätsmodell nach ISO 19113 7.5.2 Metadatenmodell nach ISO 19115 7.6 Information und Wissen 7.6.1 Regelbasierte Systeme 7.6.2 Kognition und Wissensmodellierung 211 211 212 213 215 217 220 221 221 224 226 226 230 237 242 244 247 249 252 259 8 RAUMKONZEPT 8.1 Der Raumbezug 8.1.1 Raumbezogene Abfragen 8.1.2 Raumbezug bei Rasterstrukturen 8.1.3 Raumbezug bei Linienstrukturen 8.2 Raumaufteilung 8.2.1 Baumstrukturen 8.2.2 Adreßfelder 8.2.3 Lineare Ordnungsstrukturen 8.2.4 Objekte im aufgeteilten Raum 8.3 Raumverhalten von Objekten 8.3.1 Räumliche Approximationen 8.3.2 Baumstrukturen für Approximationen 8.3.3 Einbettung von Approximationen 263 263 263 266 269 274 276 279 283 286 291 291 293 295 9 GEODATENBANKEN 9.1 Elemente der Datenbanktechnologie 9.1.1 Datenbanken: Definition und Zielsetzung 299 299 299 x INHALT 9.1.2 Datenbankarchitekturen Aufbau eines Datenbankschemas 9.2.1 Entitäten, Segmente, Assoziationen 9.2.2 Datenbankschlüssel 9.3 Einfache Datenbankorganisationsformen 9.3.1 Relationale Datenbanken 9.3.2 Netzwerkdatenbanken 9.4 Vorzüge relationaler Datenbanken 9.4.1 Normalformen 9.4.2 Relationale Algebra 9.4.3 SQL: Zugriff auf relationale Datenbanken 9.5 Datenbanken für Gl-Objekte 9.5.1 Erweiterungen relationaler Datenbanken 9.5.2 Die Lage als Attribut; Peano-Tupel 9.5.3 Objektorientierte Datenbanken 9.5.4 Objektrelationale Datenbanken 9.6 Datenbeschreibungssprachen 9.6.1 Übersicht 9.6.2 Beispiele für Datenbeschreibungssprachen 9.2 302 307 307 311 314 315 317 320 320 324 328 332 334 336 339 342 347 347 349 10 INTEROPERABILITÄT 10.1 Normung und Standardisierung 10.1.1 Geoinformation und Normung 10.1.2 Open GeoSpatial Standards 10.1.3 Die internationalen GI-Normen 10.1.4 GI-Anwendungen nach ISO 19109 10.1.5 Nationale Normen 10.1.6 Normungs- und Standardisierungstrends 10.2 Marktplatz Geoinformation 10.2.1 Geodateninfrastruktur und Geodatenpolitik 10.2.2 Data Warehouses, Clearinghouses, Repositories 10.3 Konfigurationen 10.3.1 Clients, Server, Dienste 10.3.2 GIS im Internet 10.4 Grenzen der Interoperabilität 363 366 371 375 378 385 387 389 390 390 395 401 401 403 409 Literatur 411 Abkürzungen 431 Abbildungsverzeichnis 434 Sachverzeichnis 438
