Überblick über den Geodatabase-Entwurf

Überblick über den Geodatabase-Entwurf

Jeder Geodatabase-Entwurf beruht auf einem gemeinsamen Satz grundlegender GIS-Entwurfsschritte. Daher sind Grundkenntnisse der GIS-Entwurfsziele und -methoden unerlässlich. Dieser Abschnitt bietet einen Überblick.

Zum GIS-Entwurf gehört die Strukturierung von geographischen Informationen in eine Reihe von Datenthemen – Layern, die über ihre geographische Position integriert werden können. Daher ist es sinnvoll, beim Geodatabase-Entwurf zunächst die zu verwendenden Datenthemen und erst anschließend den Inhalt und die Darstellung der einzelnen thematischen Layer festzulegen.

Dazu gehören folgende Punkte:

• Welche Darstellung (z. B. als Punkte, Linien, Polygone oder Raster) und welche Tabellenattribute sollen die geographischen Features für die einzelnen Themen erhalten?
• Wie werden die Daten in Datasets strukturiert, z. B. als Feature-Classes, Attribute, Raster-Datasets?
• Welche zusätzlichen räumlichen Elemente und Datenbankelemente werden für Integritätsregeln, für die Implementierung von flexiblem GIS-Verhalten (wie Topologien, Netzwerke und Raster-Kataloge) und für die Definition von räumlichen Beziehungen und Attributbeziehungen zwischen Datasets benötigt?

Repräsentation

Jeder GIS-Datenbankentwurf beginnt mit der Entscheidung, welche geographischen Darstellungen für die einzelnen Datasets verwendet werden. Einzelne geographische Elemente können wie folgt dargestellt werden:

• Feature-Classes (Sammlungen von Punkten, Linien und Polygonen)
• Fernerkundungsdaten und Raster
• Kontinuierliche Oberflächen, die durch Features (z. B. Konturlinien), Raster (digitale Höhenmodelle bzw. DEMs) oder TINs (Triangulated Irregular Networks) mit Terrain-Datasets dargestellt werden können
• Attributtabellen für beschreibende Daten

Datenthemen

Geographische Darstellungen werden in einer Reihe von Datenthemen strukturiert (gelegentlich als thematische Layer bezeichnet). Daten-Layer und -themen sind zentrale Konzepte eines GIS. Ein Datenthema ist eine Sammlung gemeinsamer geographischer Elemente, z. B. ein Straßennetz, eine Sammlung von Flurstücksgrenzen, Bodenarten, eine Höhenoberfläche, Satellitenbilder für ein bestimmtes Datum, Brunnenstandorte usw.

Das Konzept der thematischen Layer war bereits früh in GIS auszumachen. Die Überlegung bestand darin, wie die in Karten enthaltenen geographischen Informationen in strukturierte Informations-Layer unterteilt werden sollten, damit sie nicht einfach eine zufällige Sammlung von Objekten (wie eine Straße, eine Brücke, ein Hügel, ein Haus oder eine Halbinsel) sind. Bei diesen frühen GIS-Anwendungen wurden Informationen in thematischen Layern organisiert, die zur Beschreibung der Verteilung eines Phänomens und dessen Darstellung über eine geographische Ausdehnung verwendet wurden. Mit diesen Layern wurde ein Protokoll bereitgestellt (Erfassungsregeln), um die Darstellungen (als Feature-Sets, Raster-Layer, Attributtabellen usw.) zu sammeln.

In einem GIS bilden thematische Layer eines der wichtigsten Strukturierungsprinzipien für den GIS-Datenbankentwurf.

Jedes GIS enthält mehrere Themen für einen gemeinsamen geographischen Bereich. Diese Themensammlung fungiert als Layer in einem Stapel. Jedes Thema kann als unabhängiger Informationssatz verwaltet werden. Jedes Thema verfügt über eine eigene Darstellung (Punkte, Linien, Polygone, Oberflächen, Raster usw.). Da die verschiedenen unabhängigen Themen räumlich referenziert sind, überlagern sie sich gegenseitig und können in einer gemeinsamen Kartenanzeige miteinander kombiniert werden. Außerdem können mit GIS-Analysevorgängen, z. B. Überlagerungen, Informationen aus mehreren Themen zusammengeführt werden.

GIS-Datasets sind Sammlungen von Darstellungen für ein Datenthema

Geographische Datensammlungen können in einer GIS-Datenbank als Feature-Classes und als auf Rastern basierende Datasets dargestellt werden.

Viele Themen werden durch eine einzelne Sammlung von homogenen Features, z. B. eine Feature-Class von Bodenart-Polygonen oder eine Point-Feature-Class von Brunnenstandorten, dargestellt. Andere Themen, wie ein Verkehrsnetz, werden durch mehrere Datasets dargestellt (z. B. verschiedene, räumlich aufeinander bezogener Feature-Classes für Straßen, Kreuzungen, Brücken, Autobahnauffahrten usw.).

Mit Raster-Datasets können kontinuierliche Oberflächen wie Höhe, Neigung und Ausrichtung dargestellt und Satellitenbilder, Luftaufnahmen sowie andere gerasterte Datasets (z. B. Landnutzungs- und Vegetationstypen) erfasst werden.

Die räumlichen Darstellungen in GIS werden sowohl von der geplanten Verwendung als auch von den vorhandenen Datenquellen beeinflusst. GIS-Datenbanken werden meist mit Hinblick auf eine Reihe bestimmter Anwendungen entworfen. Mit diesen hängen die Fragen zusammen, die an das GIS gestellt werden. Auf der Grundlage dieser Verwendungszwecke können die Inhaltsangaben für die einzelnen Themen und deren geographische Darstellung bestimmt werden. Es gibt z. B. zahlreiche Alternativen für die Darstellung von Oberflächenerhebungen – als Konturlinien und Höhenpunkte (Hügel, Berggipfel usw.), als kontinuierliche Terrain-Oberfläche (ein TIN) oder als geschummertes Relief. In einem bestimmten GIS-Datenbankentwurf können alle oder einige von diesen von Bedeutung sein. Die beabsichtigten Verwendungszwecke der Daten bestimmen die erforderlichen Darstellungen.

In vielen Fällen werden die geographischen Darstellung in gewissem Maße bereits durch die für das Thema verfügbaren Datenquellen bestimmt. Wenn eine bereits vorhandene Datenquelle in einem bestimmten Maßstab und in einer bestimmten Darstellung erfasst wird, muss der Entwurf in vielen Fällen daran angepasst werden.

Einzelne GIS-Datasets werden häufig zusammen mit anderen Daten-Layern erfasst

Jedes GIS-Dataset kann zwar unabhängig von anderen GIS-Daten verwendet werden, häufig sollten Datasets jedoch unbedingt zusammen mit anderen Informations-Layern erfasst werden, damit das grundlegende räumliche Verhalten und die grundlegenden räumlichen Beziehungen erhalten bleiben und zwischen den in Beziehung stehenden GIS-Daten-Layern Einheitlichkeit herrscht. Im Folgenden finden Sie Beispiele, die dieses Konzept veranschaulichen:

• Hydrologische Informationen über Wassereinzugsgebiete sollten zusammen mit dem Drainagesystem erfasst werden. Die Entwässerungskanäle sollten in die Bassins passen. Alle Layer wiederum sollten in die Oberflächenrepräsentation des Terrains passen.
• Verschiedene Daten-Layer in einer Parcel-Fabric sollten zusammen mit anderen Kataster-Layern und mit den zugrunde liegenden Vermessungsdaten erfasst werden, sodass die Flurstücks-Features in das Vermessungspunktenetz passen. Weitere Feature-Sets wie Wegerechte, Übergänge und Flächennutzungsklassen werden so zusammengestellt, dass sie zur Parcel-Fabric passen.
• Die räumlichen Beziehungen zwischen Höhe, Landschaftsraum, Bodenart, Neigung, Vegetation, Oberflächengeologie und anderen Terrain-Eigenschaften werden normalerweise gemeinsam erfasst, um Umweltressourcen zu charakterisieren. Wenn Sie die Wissenschaft, die diesen räumlichen Beziehungen zugrunde liegt, kennen, können Sie eine konsistente, logische Datenbank erstellen, in der zwischen den Features der einzelnen Daten-Layer Einheitlichkeit herrscht.
• Topographische Grundkartendaten werden integriert erfasst. Die Layer für Hydrografie, Verkehr, Strukturen, Verwaltungsbezirke und andere topographische Karten-Layer werden gemeinsam zusammengestellt. Diese kartografischen Repräsentationen in der Kartenanzeige werden auf integrierte Weise erstellt, um eine klare und exakte Darstellung zu erzielen und Aufmerksamkeit auf die wesentlichen Kartenpositionen zu lenken.

In allen Fällen definiert ein Datenmodell eine Sammlung in Beziehung stehender Datenthemen, die in ein globales Datengerüst passen. Jedes Gerüst ist im Grunde eine Sammlung in Beziehung stehender Datenthemen, die vorzugsweise gemeinsam erfasst werden sollten. Die Richtlinien zur Datenerfassung folgen bewährten wissenschaftlichen Prinzipien zum räumlichen Verhalten und den räumlichen Beziehungen. Jedes Thema spielt eine wichtige Rolle in der Gesamtcharakterisierung eines bestimmten Landschaftsraums. Beispiel:

• Terrain: Topographische Karten, Höhe, Drainagesystem, Verkehrsnetz, Karten-Features, Bewegung im Gelände, usw.
• Stadt: Gebäude, wichtige Infrastruktur, usw.
• Fernerkundung: Satelliten- und Luftbilder, lokale, regionale und nationale Ressourcen, usw.
• Bevölkerung: Demografische Daten (Bevölkerungsmerkmale), kulturelle Zentren, Einwohner, Verwaltungsbezirke und -zonen, usw.
• Berufstätige Bevölkerung: Erfassung der mobilen Arbeitskräfte, Servicezentren, Verkehrslage, Geschäfte, usw.
• Vermessung: Kamerapositionen, Geräte, usw.
• Verfahren und Planung: Kontrollzonen, geplante Bewegungen, Reaktionen, usw.

Das Konzept der gemeinsamen Erfassung integrierter Datenthemen ist eines der wesentlichen Entwurfsprinzipien aller ArcGIS-Datenmodelle.