GIS für Dummies (geschrieben von einem Dummy)¶
Einführung¶
Diese Seite soll eine Einführung in das Konzept der GIS/Geographie für Leute wie mich selbst bieten, die weder Geographie noch GIS-Spezialisten sind und aus unterschiedlichsten Gründen zu OSM gestossen sind.
Was hier unten folgt, habe ich beim entwickeln von Merkaartor gelernt. Es steht dir frei eventuellen Unsinn, den ich hier von mir gebe zu korrigieren ;-)
Datums, oder was ist dieses WGS84 Ding¶
Jeder weiss, dass die Erde rund ist, nicht wahr? Nun, vielleicht weisst du auch, dass das nicht so ganz stimmt. Auf Grund der verschiedenen Kräfte ist die Erde in Wirklichkeit an den Polen abgeflacht und sieht deshalb aus wie ein Ellipsoid. Es ist sogar so, dass sich ihre Form dauernd ändert!
Wie Du auch weisst, kann jeder Punkt auf der Erde nach Längen- (O-W) und Breitengraden (N-S) referenziert werden. Das Problem ist, das diese Koordinaten von einem (0,0)° Punkt aus definiert werden, der selbst dauernd in Bewegung ist! Um ein gemeinsames Referenzsystem zu haben, brauchen wir eine genaue Definition der Messwerte der Erde und das ist, was die 'Datums' beschreiben.
Der neueste Standard (wird sowohl von GPS'es als auch OSM verwendet) ist WGS 84.
- Du findest eine gute Sammlung von Hintergrundartikeln und zur Terminologie betreffs Datums und Kartenprojektionen im GRASS Wiki's Basic GIS concepts page. Ausführliche mathematische Dokumentation gibt es im PROJ.4 website.
Projektionen, oder was ist Mercator¶
Da die Erde rund ist (nun ja, nicht so rund, aber tun wir mal es wäre so), müssen wir einen Weg finden, wie man unseren 3D Globus auf unseren 2D Bildschirmen (oder 2D gedruckten Karten) darstellen kann.
Hier kommen die Projektionen ins Spiel. Mit Hilfe einfacher oder sehr komplizierten Berechnungen, je nach Projektion wird der Erdenglobus auf eine 2D Oberfläche projiziert.
Es gibt unzählige verschiedene Projektionen, und jede hat einen anderen Zweck. Für OSM ist die wichtigste Mercator und Platte Carrée und das aus Gründen, die noch erklärt werden, aber in Wirklichkeit könnten irgendwelche Projektionen auf die OSM-daten angewendet werden.
Zu deiner generellen Info, Gerardus Mercator war ein belgisch/flämischer Kartograph des 16. Jahrhunderts.
TMS (Tile Map Service (Plattenkarten) Service)¶
TMS ist ein Standard für die plattenbasierte Ausführung von Kartenabbildungen über das Internet. Während die wirklichen Details der Implementation verschieden ausfallen mögen, gehen wir hier einfach mal von dem gemeinsamme Nenner aus, dass eine Karte auf verschiedenen Zoomniveaus vorgerendert (pre-rendered) wird, in Platten aufgeteilt wird (von im allgemeinen 256x256 Pixels) und von einem einfachen Webserver verteilt wird.
Die für die Generation der Karten gewöhnlich eingesetzte Projektion ist Mercator, oder besser, ein spezieller Typ von Mercator, den wir die "Google projection" nennen. Die Besonderheit dieser Projektion ist, dass sie in den Längengrade bei etwa 85° Nord und Süd gekappt ist und dass, wenn die ganze Welt dargestellt wird, die ganze Karte ein Quadrat ist. Diese Pojektion ist im allgemeinen nur für visuelle Karten sinnvoll.
- Google-Kartenplatten und OSM Slippy map tilenames unterscheiden sich von den TMS Spezifikationen darin, dass sie das Zählen der Platten ab 0,0 von oben-links des Plattenrasters und nicht von unten links beginnen.
WMS Webkartenservice (Web Map Service)¶
WMS ist ein weiterer Standard für ausführung von Kartenabbildungen. Dieser unterscheidet sich deutlich vom TMS darin, dass das. was der Client erhält auf der Stelle gerendert wird, in Abhängigkeit von zahlreichen Parametern, die im URL spezifiziert sind. Grundsätzlich wird spezifiziert, was man sehen möchte (Layers), den Bereich, den sie zweigen wollen (bounding box) und das Format des zurückkommenden Bildes (Kodierung und Grösse).
Die mit WMS üblicherweise verwendete "Projektion" ist epsg:4326. Ich habe Projektion hier in Anführungszeichen gestellt, weil epsg:4326 keine echte Projektion ist, sondern nur beinhaltet, dass wir Längen- und Breitengrade entsprechend dem WGS84 datum verwenden. Die gleichwertige Projektion wird "Platte Carrée" genannt. Eine nette Bezeichnung, mit der man direkt sagt, dass 1° = 1 pixel, wobei die Grössenordnung nicht beachtet wird. Als Konsequenz mit Längengraden von -180° bis +180° und Breitengraden von -90° bis + 90°, bildet eine volle Projektion der Erde ein Rechteck im Verhältnis 2:1.
Wege, Punkte und Polygone¶
Hier unterscheidet sich OSM von den meisten etablierten GIS-Softwaren und Datenformaten. OSM repräsentiert den grössten Teil seiner Kartendaten mit zwei simplen Elementtypen Knoten und Wege. Die meisten anderen Formate habe "polygone" und diese repräsentieren zweidimensionale Gebiete (In OSM, werden geschlossene Wege für dasselbe eingesetzt).
Dateiformate - Was ist eine "Form" (Shape)?¶
Das gewöhnlichste Dateiformat für den Austausch von GIS-Daten ist das .shp Format auch bekannt als Shapefile. Es wurde von ESRI eingeführt (der Firma die das berüchtigte ArcGIS liefert) und heute de-facto der Businessstandard. Viele GIS-Programme können mit Shapefiles aarbeiten oder können wenigstens die Daten von shapefile in ein anderes Format konvertieren, mit dem sie arbeiten können. Ein Shapefile besteht immer aus eine Vielzahl "realen" Dateien, das bedeutet, dass man es leicht durch vielfaches Kopieren/Einfügen zerstören kann.
Schichten (Layers) - sind wir in GIMP oder was?¶
Die meisten GIS-Programme besitzen etwas, was "layers" genannt wird - ein Konzept das viele Leute von Editoren wie Photoshop oder GIMP kennen. Der allgemeine Gedanke ist ziemlich einfach: Statt alle Daten au das gleiche Blech zu lagern, häuft man verschiedene Typen von Daten übereinander. Das vereinfacht einiges und macht das handling/analysieren von gewissen Daten effizienter. Nehmen wir ein Beispiel aus der GIS-Welt:
Ein Wissenschaftler hat eine Satellitenbild von der Sahel. Er möchte das in seiner Arbeit dafür benützen, um a) wichtige Strassen und b) Wasserstellen zu identifizieren. Deshalb benützt er sein Bild als Basisschicht und erstellt darüber zwei weitere: Eine Schicht für die Wege (die Strassen), eine für Punkte (die Wasserlöcher).Das ist aus zwei Gründen nötig:
#Für die Organisation der Daten: Strassen und Wasserlöcher sind zwei unterschiedliche Aspekte. Sie in der gleichen Schicht zusammenzufassen wäre unordentlich
#Weil viele Formate, die geo-referenzierte Daten speichern (.shp ist das gewöhnlichste) nur einen Datentyp pro Datei bearbeiten können.
In OpenStreetMap streben wir Einfachheit an. Es ist ein kritischer Aspekt des Projekts, dass neue Editoren leicht mit der Editingsoftware zurechtkommen und das so schnell und leicht, wie möglich. Von Kartendaten erwartet man im Allgemeinen das sie in einer einzigen Schicht gesammelt werden. Einige Editoren unterstützen getrennte Schichten, aber das im Allgemeinen für deren Einsatz als ein Quelldaten handling und merging Mechanismus. Das ist keine echte Begrenzung! Es ist nur eine andere Art sich den Aufbau einer Karte vorzustellen. OSM-basierte Kartendarstellungen suchen oft gewisse OSM-Tags aus, um diese in getrennten Schichten (zum Beispiel Webkartendarstellungen mit clickbaren Markierungen) zu zeigen. Auf die gleiche Weise beinhaltet jeder Konvertierprozess von OSM-Daten in Shapefiles ein aufsplittern der Daten nach tags.
Merke: Hier sprechen wir über Schichten wie man sie in GIS-Softwaren sieht. Das Word Schicht "Layer" wird auch in einigen anderen Kontexten verwendet.