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Wie berechnen ESRI und QGIS Skalenwerte von geografischen Projektionen?


Weiß jemand, wie (von welchem ​​Standort) Skalenwerte in ESRI-Produkten und QGIS für geografische Projektionen berechnet werden?

Das einzige, was mir aufgefallen ist, ist, dass QGIS die Skalierung ändert, wenn Sie beispielsweise in WGS84 schwenken, während die ESRI-Skala fest und unabhängig vom Ansichtsfenster ist.

Ich vermute, dass ESRI die Länge eines Grades am Äquator nimmt und als lineare Einheit für die Maßstabsberechnung behandelt und QGIS einen Punkt aus dem Sichtfenster (Mitte?) nimmt - aber das sind nur meine faktenlosen Annahmen, da ich nicht in der Lage war um etwas im Netz zu finden.


Das CRS, in dem sich alle Daten sowie die Karte selbst befinden, heißt WGS84. Dies ist ein sehr verbreitetes geographisches Koordinatensystem (GCS) zur Darstellung von Daten. Aber es gibt ein Problem, wie wir sehen werden.

  • Speichern Sie Ihre aktuelle Karte.
  • Dann öffnen Sie die Weltkarte, die Sie unter finden training_data/world/world.qgs .
  • Zoomen Sie in Südafrika mit dem Hineinzoomen Werkzeug.
  • Versuchen Sie, eine Skala im Rahmen Feld, das in der Statusleiste am unteren Bildschirmrand. Setzen Sie diesen Wert in Südafrika auf 1:5000000 (ein bis fünf Millionen).
  • Schwenken Sie über die Karte und behalten Sie dabei die Rahmen Feld.

Bemerken Sie, dass sich die Skala ändert? Das liegt daran, dass Sie sich von dem einen Punkt entfernen, auf den Sie gezoomt haben 1:5000000 , die sich in der Mitte Ihres Bildschirms befand. Rund um diesen Punkt ist die Skala anders.

Um zu verstehen, warum, denken Sie an einen Globus der Erde. Es hat Linien, die von Norden nach Süden verlaufen. Diese Längengrade liegen am Äquator weit auseinander, treffen sich aber an den Polen.

In einem GCS arbeiten Sie an dieser Kugel, aber Ihr Bildschirm ist flach. Wenn Sie versuchen, die Kugel auf einer ebenen Fläche darzustellen, treten Verzerrungen auf, ähnlich wie wenn Sie einen Tennisball aufschneiden und versuchen, ihn zu glätten. Auf einer Karte bedeutet dies, dass die Längengrade auch an den Polen (wo sie sich treffen sollen) gleich weit voneinander entfernt bleiben. Dies bedeutet, dass der Maßstab der Objekte, die Sie sehen, immer größer wird, wenn Sie sich auf Ihrer Karte vom Äquator entfernen. Für uns bedeutet das praktisch, dass es auf unserer Karte keinen konstanten Maßstab gibt!

Um dies zu lösen, verwenden wir stattdessen ein projiziertes Koordinatensystem (PCS). Ein PCS “projiziert” oder konvertiert die Daten so, dass die Maßstabsänderung berücksichtigt und korrigiert wird. Um die Skalierung konstant zu halten, sollten wir daher unsere Daten neu projizieren, um ein PCS zu verwenden.


Genauigkeit und Präzision

Um die Relevanz von Genauigkeit und Präzision wirklich zu verstehen, sollten wir beginnen, den Unterschied zwischen beiden Begriffen zu erkennen:

Richtigkeit kann als Grad oder Nähe definiert werden, in dem die Informationen auf einer Karte mit den Werten in der realen Welt übereinstimmen. Wenn wir von Genauigkeit sprechen, sprechen wir daher von der Qualität der Daten und von der Anzahl der Fehler, die in einem bestimmten Datensatz enthalten sind. In GIS-Daten kann die Genauigkeit auf eine geografische Position bezogen werden, aber auch auf eine Attribut- oder konzeptionelle Genauigkeit.

Präzision bezieht sich darauf, wie genau die Beschreibung der Daten ist. Genaue Daten können ungenau sein, weil sie zwar genau beschrieben, aber ungenau erfasst werden. (Vielleicht hat der Vermesser einen Fehler gemacht oder die Daten wurden falsch in die Datenbank aufgenommen).

In der obigen Bilderserie wird das Konzept von Präzision versus Genauigkeit visualisiert. Das Fadenkreuz jedes Bildes repräsentiert den wahren Wert der Entität und die roten Punkte repräsentieren die Kennzahlwerte. Bild A ist präzise und genau, Bild B ist präzise, ​​aber nicht genau, Bild C ist genau, aber ungenau, Bild D ist weder genau noch präzise. Das Verständnis sowohl der Genauigkeit als auch der Präzision ist wichtig, um die Nutzbarkeit eines GIS-Datasets zu bewerten. Wenn ein Datensatz ungenau, aber hochpräzise ist, können Korrekturmaßnahmen ergriffen werden, um den Datensatz anzupassen, um ihn genauer zu machen.

Error Dabei werden sowohl die Ungenauigkeit der Daten als auch deren Ungenauigkeiten bewertet.


  1. Starten Sie ArcMap mit einer neuen, leeren Karte, und fügen Sie die Daten hinzu, die im benutzerdefinierten projizierten Koordinatensystem erstellt wurden.
  2. Navigieren Sie zu Anzeigen > Datenrahmeneigenschaften > Registerkarte Koordinatensystem, und klicke Neues > projiziertes Koordinatensystem.
  3. In der obersten Box auf dem Neues projiziertes Koordinatensystem Benennen Sie das neue System im Dialogfeld. Der Name darf keine Leerzeichen, aber Unterstriche (_) enthalten. Dieser Name wird für den .prj-Dateinamen verwendet.
  4. Wählen Sie das passende aus Projektion aus der Dropdown-Liste und geben Sie die Werte für die erforderlichen Parameter für diese spezielle Projektion ein.
  5. Drücke den Wählen , um ein geographisches Koordinatensystem (GCS) für das benutzerdefinierte projizierte Koordinatensystem auszuwählen. Um ein geeignetes geographisches Koordinatensystem für den Interessenbereich auszuwählen, lesen Sie den Link Verwandte Informationen, um weitere Informationen darüber zu erhalten, welches GCS und Datum für die Daten verwendet werden sollten.

  • hat das Koordinatensystem definiert, und
  • befindet sich geografisch im selben Bereich wie die Daten im benutzerdefinierten Koordinatensystem.


Fazit

Sie können denselben Ansatz verwenden, um die Fläche oder den Umfang von Polygon-Features oder die Länge von Linien-Features zu berechnen. Die Schritte sind die gleichen, ändern Sie einfach die im Ausdruckseditor verwendete Funktion, um Ihr gewünschtes Ergebnis zu erzielen. Es ist wichtig zu wissen, in welchen Einheiten die Ergebnisse dargestellt werden. In diesem Fall wurde die Fläche in Quadratmetern angegeben. Überprüfen Sie immer. Es ist auch eine gute Idee, die Einheiten in den Namen des neuen Felds aufzunehmen (was wir hier nicht gemacht haben), damit Sie bei einer erneuten Analyse nicht erneut raten müssen.

Eine Einführung in die geografische Analyse mit QGIS finden Sie im QGIS for Beginners-Kurs, der über 5 Stunden Videoanleitung und Daten enthält, um alle Kursübungen abzuschließen. Über den Link können Sie mehrere Beispiellektionen anzeigen, um ein Gefühl für den Kurs und sein Material zu bekommen.

Konrad ist Naturwissenschaftler. Er entwickelt Modelle und Analyseworkflows, um Veränderungen von Landschaften und Wasserressourcen vorherzusagen und zu bewerten.

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Warum gibt es so viele Transformationen?

Zwischen zwei beliebigen geographischen Koordinatensystemen kann es null, eine oder viele Transformationen geben. Einige geografische Koordinatensysteme weisen keine öffentlich bekannten Transformationen auf, da diese Informationen als von strategischer Bedeutung für eine Regierung oder ein Unternehmen angesehen werden. Für viele GCS existieren mehrere Transformationen. Sie können sich durch Einsatzgebiete oder Genauigkeiten unterscheiden. Genauigkeiten spiegeln normalerweise die Transformationsmethode wider. Dateibasierte Methoden wie NTv2 und NADCON sind tendenziell besser als gleichungsbasierte Methoden wie geozentrische Translation und Koordinatensystem. Weitere Informationen zu Methoden finden Sie unter Methoden zur geografischen Transformation.

Unabhängig von der verwendeten Methode ist jede Transformation für einen bestimmten Bereich ausgelegt und es können Argumente für die Anwendung jeder Transformation angeführt werden. Eine wichtige Überlegung ist die Konsistenz, bei der jedes Mal dieselbe Transformation verwendet wird, um zwischen zwei geographischen Koordinatensystemen zu transformieren. Da es so viele Transformationen gibt, legen ArcGIS-Werkzeuge im Allgemeinen keine bestimmte Transformation für ein Paar geographischer Koordinatensysteme fest. Eine Liste der verfügbaren Transformationen, Methoden und Anwendungsbereiche finden Sie in dieser Datei geographic_transformations.pdf. Dieses PDF ist lokal unter <install location>Desktop<version>Documentationgeographic_transformations.pdf verfügbar.


1.7 Datenformate

Datenformate beziehen sich darauf, wie Daten in einem GIS und auf Ihrem Computer gespeichert werden.
QGIS kann eine Vielzahl unterschiedlicher Datenformate verarbeiten.
In den heutigen Übungen verwenden wir zunächst ein Dateiformat namens „Shapefile“, da es sich um eine weit verbreitete Art von Vektor-GIS-Datenformat handelt. Das Shapefile-Format wurde von ESRI entwickelt, die die kommerzielle GIS-Software ArcGIS herstellen (ArcGIS ist auch auf Universitätscomputern verfügbar).

Das Shapefile-Format erscheint auf Ihrem Computer als mehrere Dateien, die etwas verwirrend erscheinen können. Jede Datei enthält einen anderen Informationstyp, den das GIS benötigt, um die räumlichen Daten darzustellen.

Achtung. Wenn Sie jemals ein Shapefile mit jemandem teilen möchten, müssen Sie die gesamte Gruppe von Dateien senden.

Abbildung 1.1: Ein Shapefile ist eine Gruppe von Dateien. Es ist ein gängiges Dateiformat

Obwohl Shapefiles immer noch verwendet werden, haben sie viele Einschränkungen. Das Ergebnis ist eine Kampagne gegen Shapefiles.

Es gibt andere Arten von GIS-Dateien, einschließlich GeoJSON- und Geopaketformaten. Die Daten werden im GIS als Datenbanktabellen gespeichert.
GIS-Daten können auf sehr viele Arten gespeichert und weitergegeben werden. (Für eine Einführung siehe https://en.wikipedia.org/wiki/GIS_file_formats sowie die weiterführende Literatur im Anhang.


1.3 Freie und Open-Source-Software.

Wir verwenden QGIS-Software, die kostenlos heruntergeladen und verwendet werden kann. Die Universität verfügt über eine Lizenz für kommerzielle GIS-Software, uns ist jedoch bewusst, dass nicht alle Studierenden nach Abschluss des Kurses Zugang zu kommerzieller Software haben werden. QGIS wird bei vielen Organisationen immer beliebter. Weitere Informationen zu FOSS finden Sie unter: https://en.wikipedia.org/wiki/Free_and_open-source_software

1.3.1 Vektordaten

Vektordaten stellen die Merkmale der Welt entweder als „Punkte“, „Linien“ oder „Flächen“ (auch Polygone genannt) dar.

Jeder Feature-Typ wird im GIS als eigener Layer angezeigt. Ein Layer enthält nur entweder Punkte oder Linien oder Polygone. Es empfiehlt sich auch, verschiedene Layer für verschiedene Arten von Linien-Features zu verwenden. Zum Beispiel ist es gut, einen Layer für Straßen und einen anderen für Flüsse zu haben.

1.3.2 Rasterdaten:

„In seiner einfachsten Form besteht ein Raster aus einer Matrix von Zellen (oder Pixeln), die in Zeilen und Spalten (oder einem Raster) organisiert sind, wobei jede Zelle einen Wert enthält, der Informationen wie die Temperatur repräsentiert. Raster sind digitale Luftbilder, Bilder von Satelliten, digitale Bilder oder sogar gescannte Karten. ( webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.2/index.cfm?TopicName=What_is_raster_data%3F)

1.3.3 Netzwerkdaten

Ein Netzwerk-Dataset verwendet ein Linien-Dataset und definiert dessen Topologie explizit. Die Definition einer Topologie bedeutet, eine Datentabelle zu haben, die explizit auflistet, welche Leitungen und an welchen Knoten verbunden sind.
Im einfachsten Fall bedeutet dies, dass die Verbindungen zwischen den Enden verschiedener Leitungen im GIS erfasst werden.

1.3.4 Datenformate – Wie werden Daten in einem GIS und auf Ihrem Computer gespeichert.

QGIS kann eine sehr große Anzahl verschiedener Datenformate verarbeiten.
In den heutigen Übungen verwenden wir zunächst ein Dateiformat namens „Shapefile“, da es sich um eine sehr verbreitete Art von Vektor-GIS-Datenformat handelt. Das Shapefile-Format wurde von ESRI entwickelt, die die kommerzielle GIS-Software ArcGIS herstellen (ArcGIS ist auch auf Universitätscomputern verfügbar).

Das Shapefile-Format erscheint auf Ihrem Computer als mehrere Dateien, die etwas verwirrend erscheinen können. Jede Datei enthält einen anderen Informationstyp, den das GIS benötigt, um die räumlichen Daten darzustellen.

Achtung. Wenn Sie jemals ein Shapefile mit jemandem teilen möchten, müssen Sie die gesamte Gruppe von Dateien senden

Abbildung 1.1: Ein Shapefile ist eine Gruppe von Dateien. Es ist ein gängiges Dateiformat

Es gibt andere Arten von GIS-Dateien, einschließlich als JSON- und Geopaketformate. Die Daten werden im GIS als Datenbanktabellen gespeichert.
GIS-Daten können auf sehr viele Arten gespeichert und weitergegeben werden. (Für eine Einführung siehe https://en.wikipedia.org/wiki/GIS_file_formats sowie die weiterführende Literatur im Anhang.


Geographisches Koordinatensystem

Ein geographisches Koordinatensystem ist ein Verfahren zum Beschreiben der Position eines geographischen Ortes auf der Erdoberfläche unter Verwendung von sphärischen Breiten- und Längenmaßen. Dies sind Winkelmaße (in Grad) vom Erdmittelpunkt zu einem Punkt auf der Erdoberfläche, wenn die Erde als Kugel modelliert wird. Bei Verwendung eines Sphäroids (Ellipsoids) wird der Breitengrad gemessen, der eine Linie senkrecht zur Erdoberfläche bis zur Äquatorialebene erstreckt. Außer am Äquator oder an einem Pol schneidet diese Linie den Erdmittelpunkt nicht.

Im geografischen Koordinatensystem ist die Kugel in gleiche Teile unterteilt, die normalerweise als Grad bezeichnet werden. Einige Länder verwenden Grad. Ein Kreis ist 360° oder 400 Grad. Jeder Grad ist in 60 Minuten unterteilt, wobei jede Minute aus 60 Sekunden besteht.

Das geografische Koordinatensystem besteht aus Längen- und Breitengradlinien. Jede Längengradlinie verläuft von Norden nach Süden und misst die Gradzahl östlich oder westlich des Nullmeridians. Die Werte reichen von -180 bis +180°. Breitengrade verlaufen von Osten nach Westen und messen die Gradzahl nördlich oder südlich des Äquators. Die Werte reichen von +90° am Nordpol bis -90° am Südpol.

Der Äquator befindet sich in einem Winkel von 0 Grad Breite. Oft hat die Nordhalbkugel positive Breitenmaße und die Südhalbkugel negative Breitenmaße. Der Längengrad misst Winkel in Ost-West-Richtung. Längengrade basieren traditionell auf dem Nullmeridian, einer imaginären Linie, die vom Nordpol durch Greenwich, England, zum Südpol verläuft. Dieser Winkel ist Längengrad 0. Westlich des Nullmeridians wird oft als negativer Längengrad und Osten als positiv aufgezeichnet. Der Standort von Los Angeles, Kalifornien, ist beispielsweise ungefähr der Breitengrad „plus 33 Grad, 56 Minuten“ und der Längengrad „minus 118 Grad, 24 Minuten“.


4. Fragen zu Kartenprojektionen, Koordinatensystemen und GIS-Fähigkeiten

1. Beschreiben Sie den Unterschied zwischen einer Kugel und einer Kugel.

2. Beschreiben Sie die vier Grundtypen von Projektionen. Wann wird jeder Typ normalerweise verwendet?

3. Nennen Sie ein Beispiel für eine konforme, flächentreue und kompromittierte Karte.

4. Beschreiben Sie das State-Plane-Koordinatensystem am Beispiel von Nebraska.

5. Warum wird das UTM-System nördlich oder südlich des 80. Breitengrads nicht verwendet?

6. Erläutern Sie die Schlüsselelemente bei der Auswahl einer Projektion zur Verwendung in einem GIS-Projekt.


Schau das Video: How to add open geo-services to QGIS или как подключать веб-карты в QGIS? (Oktober 2021).