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Voser 1998 - Schritte für ein automatisiertes Koordinatensystemmanagement german/deutsch
Voser S. A., 1998
Schritte für ein automatisiertes Koordinatensystemmanagement in GIS und Kartographie.
Nachrichten aus dem Karten- und Vermessungswesen, Reihe I, Heft Nr. 118, S. 111- 125. Bundesamt für Kartographie und Geodäsie, Frankfurt am Main, 1998.
ZUSAMMENFASSUNG: Geodaten liegen in einer Vielzahl unterschiedlicher Koordinatensysteme vor. Damit das Interagieren mit Geodaten unterschiedlicher Herkunft gewährleistet ist, müssen die Koordinatensysteme identifiziert werden und die Beziehungen zwischen diesen bekannt sein, um die notwendigen Transformationen durchführen zu können. Das Koordinatensystemmanagement löst diese Aufgaben. Das automatisierte Koordinatensystemmanagement minimiert hierzu die Benutzerinteraktion. Dies erlangt beim Datenaustausch in GIS und Kartographie eine zentrale Bedeutung.
Es werden die notwendigen Anforderungen, Arbeitsschritte und Grenzen der Automation in ihren Grundlagen dargestellt sowie ein Einblick in den aktuellen Stand der Entwicklungen gegeben.
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SUMMARY: Spatial data are stored in a lot of different coordinate systems. For the interaction with spatial data from different sources, those have to be represented in the same coordinate system. For the homogenisation of coordinate systems, these have to be identified, and the relations between them have to be known. These are the requirements for transformations. The management of coordinate systems solves all these tasks. Its automation minimises the interaction by the user. The importance of the automated management of coordinate systems grows for data exchange in GIS and cartography.
The requirements, solutions and limits of the automated management of coordinate systems is presented and an overview about the current development is given.
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RÉSUMÉ: Les données géographiques sont décrites par différents systèmes de coordonnées. Pour utiliser les données géographiques saisies dans différents systèmes de coordonnées, des trans- formations à un système unique sont nécessaires. Pour cette homogénéisation des systèmes de coordonnées ces derniers doivent être identifiés et les rapports entre eux doivent être établis. Cela sont les conditions nécessaires pour effectuer les transformations. Le management des systèmes de coordonnées donne une résolution pour ces problèmes, et son automatisation réduit l’interaction de l’opérateur. L’importance de l’automatisation du management des systèmes de coordonnées s’augmente par  l’échange des données géographiques.
Les exigences, les solutions et les limites du management des systèmes de coordonnées sont présentées et une vue d’ensemble sur les développements actuelles est donnée.
1 Einleitung
Die Vorhaltung von Geodaten erfolgt in unterschiedlicher geometrischer Repräsentation. Dies zeigt sich einerseits in unterschiedlicher Datenstrukturierung in Vektor- und Rasterform sowie in der Verwendung von Koordinatensystemen unterschiedlicher Typisierung und Realisierung. Die unterschiedlichen Koordinatensysteme verlangen unterschiedliche Methoden und Verfahren beim Homogenisieren von Koordinatensystemen, die unterschiedlichen geometrischen Repräsen- tationen verlangen polymorphe Implementierungen der Methoden und Verfahren.
Eine der Hauptvoraussetzungen für das Interagieren mit Geodaten unterschiedlicher Herkunft ist das Vorliegen der Daten in einem einheitlichen Koordinatensystem. Um dies für verschiedene Situationen zu verwirklichen, wird ein vielfältiges Koordinatensystemmanagement notwendig, welches in vielen Punkten automatisiert werden kann. Das automatisierte Koordinatensystem- management erlangt eine große Bedeutung beim Austausch von Geodaten.
In Kapitel 2 werden die grundlegenden Koordinatensysteme und Koordinatentransformationen dargestellt. Kapitel 3 behandelt die notwendigen Schritte des Koordinatensystemmanagements. Kapitel 4 beschreibt Möglichkeiten und Teilaufgaben der Automation. Kapitel 5 verschafft einen Überblick über Probleme beim Anwender sowie über aktuelle technische Entwicklungen.
2 Koordinatensysteme und Transformationen
2.1 Koordinaten als systematisierte Repräsentation des Raumbezuges
Der Raumbezug von Objekten kann deskriptiv oder mathematisch festgelegt werden. Die mathe- matische Realisierung der Raumbezuges erfolgt durch die Einführung von Koordinatensystemen, welche eine eindeutige, systematische Zuordnung und Beschreibung von Positionen im Raum erlauben. Dabei verwendete Koordinatensysteme können unabhängig von  ihrer Dimension wie folgt taxonomiert werden (siehe Tabelle 1, Abbildung 1 und Abbildung 2):
  • geodätische Koordinatensysteme, gegliedert in:
    • geodätische Bezugssysteme (Bezugsfläche und geodätisches Datum)
    • Kartenprojektionen
  • lokale Koordinatensysteme
Von geodätischen Koordinatensystemen spricht man, wenn ein direkter Bezug zur Form und Größe der Erde steht. Darunter versteht man die geodätischen Grundlagen, welche sich in die geodätischen Bezugssysteme und in die Kartenprojektionen gliedern. In Abbildung 1 sind die einzelnen Schritte, wie Objekte von der Erdoberfläche in die Ebene (z.B. Gauß-Krüger-Koordi- naten) abgebildet werden, dargestellt: Es erfolgt eine Trennung von Lage und Höhe (Abb. 1b). Die Höhe bezieht sich z.B. auf das Geoid. Die Lageinformation bezieht sich auf eine Bezugs-fläche (Rotationsellipsoid oder Kugel, vgl. Abb. 1b,c,d) mit deren Lagerung (geodätisches Datum, Abb. 1d). Die Bezugsfläche wird auf eine Abbildungsfläche (Zylinder, Kegel, Ebene) projiziert und von dort in eine Ebene abgewickelt (Abb. 1e).
Lokale Koordinatensysteme besitzen keinen direkten Geobezug. In GIS und Kartographie versteht man darunter in erster Linie maßstäblich verkleinerte Koordinatensysteme wie Kartenblatt- koordinaten, Rasterbildkoordinaten, oder Digitalisiertischkoordinaten.
 
1-Dimensional
2-Dimensional
2.5-Dimensional
(zusammen- gesetzt)
3-Dimensional
geodätisch
Höhen:
Gebrauchshöhen
orthometrisch
ellipsoidisch
Normalhöhen
Koordinaten:
ellipsoidisch
geographisch
projiziert
Koordinaten:
projiziert + Gebrauchshöhen
Koordinaten:
geozentrisch
ellipsoidisch
lokal
Höhen:
lokale
Weitere:
Kilometrierung
Koordinaten:
Kartenblatt-K.
Bildkoordinaten
Digitalisiertisch-     K.
Koordinaten:
projiziert + lokale Höhen
Koordinaten:
lokales Horizontsystem
Tabelle 1: Taxonomie räumlicher Koordinatensysteme
Abb.1: Von der Erdoberfläche zu zweidimensionalen Lagekoordinaten
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2.2 Methoden der Koordinatentransformation
Koordinatentransformationen führen Koordinaten von einem Ausgangskoordinatensystem in ein Zielkoordinatensystem. Abbildung 2 zeigt die wichtigsten Prozesse der Georeferenzierung von Lagekoordinaten in GIS und Kartographie. Diese werden unterteilt in:
  • ebene Transformationen
  • Kartenprojektionen
  • Datumstransformationen
Die ebenen Transformationen werden durch Methoden gebildet, welche lokale Koordinaten, z.B. Blattkoordinaten in zugehörige Projektionskoordinaten wie z.B. Gauß-Krüger-, UTM-Koor-dinaten abbilden. Hierzu zählen ebenso die maßstäblichen Verkleinerungen und Vergrößerungen beim Visualisieren der Geodaten am Bildschirm oder bei der Kartenproduktion (Abb. 2a,b).
Die Kartenprojektionen liefern Methoden zur Abbildung von Bezugsflächen in die Ebene und umgekehrt (Abb. 1e, Abb. 2b,c).
Die Datumstransformationen beinhalten Methoden zum Wechsel von Bezugssystemen. Dies beinhaltet Form- und Größenwechel von Bezugsflächen sowie die Änderung der Lage und Orientierung der Bezugsfläche (Abb. 1c,d, Abb. 2c).
Als weiterer wichtiger Transformationsprozeß sei die differentielle Entzerrung bei der Generierung von Orthobildern aus Luft-  und Satellitenbildern in der Photogrammetrie und Fernerkundung erwähnt.
Es ist z.T. nicht möglich, eine vollständige Beziehung zwischen verschiedenen Koordinatensystemen herzustellen, ohne dabei weitere Informationen zu benötigen oder einen Informations-verlust hinzunehmen. Dies liegt u.a. an den unterschiedlichen Dimensionen der Koordinaten-systeme oder an der unterschiedlichen Art der Bezugsfläche (Ellipsoid bzw. Geoid).
Abbildung 2: Lokale und geodätische Koordinatensysteme mit zugehörigen Transformationen
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2.3 Modellierung von Geodaten
Die Geometrie von Geodaten wird durch Koordinaten beschrieben und liegt somit im zugrunde- liegenden Koordinatensystem vor. Dieses ist demzufolge als Bestandteil der Daten zu modellieren. Um das Interagieren zwischen Geodaten aus unterschiedlichen Koordinatensystemen zu ermöglichen, wird folgendes vorausgesetzt:
  • Koordinatensystem als Bestandteil des Geodatenmodells
  • Kenntnis der vollständigen Beziehungen zwischen den Koordinatensystemen.
Diese Punkte sind die Grundvoraussetzung für ein automatisiertes Koordinatensystem- management, welches zudem einen Zugriff auf eine umfangreiche Funktionalität der Koordinatenkonversion verlangt.
2.4 Geodätische Referenz Modelle (GRM)
Geodätische Referenz Modelle (GRM) bilden das grundlegende funktionale Modell zum Koordi- natensystemmanagement von geodätischen Koordinatensystemen. Sie beschreiben alle not- wendigen Beziehungen zwischen geodätischen Koordinatensystemen sowie deren Transformationen. Die Anforderungen an Geodätische Referenz Modelle können wie folgt umschrieben werden:
  • Beschreibung der geodätischen Koordinatensysteme und deren Transformationen
  • Offizielle Koordinatensysteme
  • Public Domain
  • universell und aktuell
  • eindeutig
  • individuell erweiterbar
In Abbildung 3 ist das Geodätische Referenz Modell des Rasterformates GeoTIFF (vgl. Kapitel 5.3) dargestellt.
Abbildung 3: Das dem GeoTIFF-Rasterformat zugrundeliegende GRM [EPSG 97]
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2.5 Metadaten
Metadaten von Koordinatensystemen sind meist beschreibender Natur und sind daten-orientiert. In vielen Fällen werden dabei nur die Namen verwendet, welche die zugrunde-liegende Charakteristik und Instanzierung implizit enthält (vgl. Tabelle 2). An dieser Stelle stellt sich die  Frage, ob die Parameter von Koordinatensystemen, wie z.B. jene der Kartenprojektionen oder des geodätischen Datums, Metadaten sind, oder ob diese als eigenständiges, hierarchisch höhergestelltes Objekt von Geodaten betrachtet werden können und sich diese Information an die hierarchisch tiefer- gestellten Geodaten vererben.
Metadaten von Transformationen basieren auf deren Methoden und sind prozess-orientiert. Bei der Abbildung von Karten-projektionen sind die Metadaten mit denen der Definition der Projektion identisch. Wichtige Metadaten von Transformationen sind die mit ihnen verbundenen Genauigkeitsinformationen. Diese sind als Qualitätsmerkmal zu behandeln und sollten mit den resultierenden Daten verknüpft werden.
3 Koordinatensystemmanagement in GIS und Kartographie
3.1 Ziele des Koordinatensystemmanagements
Weil die einzelnen Staaten unterschiedliche Koordinatensysteme, sowohl Bezugssysteme als auch Kartenprojektionen, für die topographischen Karten und Geodaten verwenden, ist die zentrale Aufgabe des Koordinatensystemmanagements, eine
  • operationelle und
  • staatenübergreifende
Prozessierung von Geodaten zu ermöglichen. Dazu gehören:
  • das automatische Herstellen eines einheitlichen Raumbezuges
  • "On-the-Fly"-Transformationen bei der Bearbeitung
  • Verwendung von universellen Methoden und Modellen unabhängig von Datenformat, Datenstruktur, Software und Betriebssystem
Die wichtigsten Schritte des Koordinatensystemmanagements in GIS und Kartographie, genauer des Koordinatensystemmanagements, sind folgende Punkte:
  • Identifikation von Koordinatensystemen
  • Herstellen der Beziehung zwischen verschiedenen Koordinatensystemen
  • Transformation/Konversion zwischen den Koordinatensystemen.
3.2 Die Identifikation von Koordinatensystemen
Die Identifikation von Koordinatensystemen muß für die Automation eindeutig sein. Dies ist insbesondere für geodätische Koordinatensysteme einfacher, da viele davon durch die Landes- vermessung einzelner Staaten amtlich eingeführt worden sind, oder aber auf amtlichen Bezugs- systemen basieren. Das Koordinatensystemmanagement wird besonders wichtig beim staatenübergreifenden Zugriff auf Geodaten. Ein zentrale Aufgabe hierzu ist eine eindeutige Identifikation und Festlegung aller amtlichen geodätischen Koordinatensysteme sowie die Ermöglichung des öffentlichen Zugangs zu diesen Modellen und Parametern.
Notwendige Informationen zur Identifikation von Koordinatensystemen sind (siehe Tabelle 2):
  • Name
  • räumliche Ausdehnung  (geographischer Raum)
  • räumliche Dimension (1D, 2D, 2.5D, 3D...)
  • Art des Koordinatensystems
  • Anordnung der Achsen 
  • Orientierung des Koordinatensystems
  • Maßeinheiten.
1D
2D
2.5D
3D
Vertikal
Ellipsoidisch
Projiziert
Zusammen- gesetzt
Ellipsoidisch
Geozentrisch
Name
Name des Höhendatum (Bezugsfläche)
Maßeinheit
Name
Achsenfolge
Maßeinheiten
Geodätisches Datum (Name, Parameter)
Ellipsoidname
Ellipsoid- parameter
Nullmeridian
Name
zugrunde liegendes 2D-  ellipsoidisch.
Projektions- methode
Parametersatz
Parameterwerte
Reihenfolge der Achsen
Maßeinheiten
horizontales Koordinaten- system (2D)
Vertikalsystem
Name
Achsenfolge
Maßeinheiten
Geodätisches Datum (Name, Parameter)
Ellipsoidname
Ellipsoid- parameter
Nullmeridian
Name des vertikalen Datum
Name
Achsenfolge
Maßeinheiten
Geodätisches Datum (Name, Parameter)
Ellipsoid
Nullmeridian
Maßeinheiten
 
 
Winkelmaße
Längenmaße
große Halbachse
Abplattung (1/f) oder kleine Halbachse
Maßeinheit
Länge von Greenwich
Maßeinheit
Hexagonal
Grad, Minuten, Sekunden (DMS):
DD MM SS oder DD.MMSShhhh
Dezimalgrad (DD)
Dezimalminuten (DM)
Dezimal- sekunden (DS)
Dezimal
Gon (g)
Zentigon (C)
mgon
(CC)

Weitere
Radiant
Dezimal
Metrisch
(km, m , mm ...)

Nichtdezimal
Zoll
Fuß
Meilen
Nominal
Marschzeit
Fahrzeit
Tabelle 2: Notwendige Parametrisierung von Koordinatensystemen
Die vollständige Definition eines Koordinatensystems ist durch dessen Datum festgelegt. Die vollständige Festlegung eines geodätischen Koordinatensystems erfolgt durch das Bezugssystem. Dieses besteht aus einer Bezugsfläche (Form, Größe) und dessen geodätischem Datum, das die Lagerung (Position, Orientierung) festlegt. In der älteren Literatur wird das Bezugssystem und das geodätische Datum zumeist gleichgesetzt.
Den Kartenprojektion liegt eine Bezugsfläche zugrunde, welche Bestandteil eines Bezugssystems ist. Zur Vollständigkeit muß bei Kartenprojektionen auch das geodätische Datum festgelegt werden, um die vollständige Definition des Bezugssystems zu erreichen.
Die Trennung von Bezugsfläche und geodätischem Datum findet in verschiedenster Software sowie auch beim Geographical Data Description Directory (GDDD) von MEGRIN (vgl. Tabelle 4) statt.
3.3 Beziehungen zwischen Koordinatensystemen
Die Beziehung zwischen zwei Koordinatensystemen ist hergestellt, wenn deren Daten1 (1  Daten = Plural von Datum!) bekannt sind, denn dadurch ist eine eindeutige geometrische Verknüpfung hergestellt. Durch die Kenntnis der Ausgangs- und Zieldaten ist die Methode der Koordinatenkonversion ableitbar.
3.4 Koordinatenkonversion
Eine Methode ist ein spezielles Verfahren der Koordinatenkonversion. Deren übergeordnete Klassifikation ist in Kapitel 2.2 und in Abbildung 2 dargestellt. Eine Methode besteht aus:
  • Name
  • Parametersatz
  • Parameterwerte.
Sind die Koordinatensysteme eindeutig und vollständig identifiziert und parametrisiert, so sind die Transformationsparameter explizit vorhanden oder aus den vorhandenen Parametern ableit-bar. Bei einer Vielzahl von Prozessen ist das Datum des Koordinatensystems nicht voll- ständig, und die Parameter müssen aufbereitet oder eruiert werden. Ein klassisches Beispiel hierfür ist die Aufbereitung einer ebenen Transformation mit Hilfe von Paßpunkten bei der Einpassung einer Digitalisiervorlage in das vorhandene Koordinatensystem (siehe auch Kapitel 4.4).
4 Automatisiertes Koordinatensystemmanagement
4.1 Schritte der Automation
Die Automation des Koordinatensystemmanagements strebt an, die Benutzerinteraktion sowohl beim Umgang mit als auch beim Wechsel von Koordinatensystemen und der Koordinaten- transformation auf ein Minimum zu reduzieren. Dazu werden Modelle benötigt, welche den Anforderungen des Koordinatensystemmanagements genügen. Bestandteile hiervon sind die Geodätischen Referenz Modelle (siehe Kapitel 2.4), welche um funktionale Modelle zur Integration lokaler Koordinatensysteme sowie um photogrammetrische Methoden (z.B. Entzerrung) erweitert werden. Die Modelle können wie folgt aufgebaut werden:
  • Verfahren steuern die Prozessierung
  • Wissensbasen unterstützen die Verfahren
Tests kontrollieren die Verfahren und die Qualität des Koordinaten- systemmanagements.
Abbildung 4: Wechselwirkungen des automatisierten Koordinatensystemmanagements
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4.2 Verfahren
Verfahren steuern die Prozessierung des Koordinatensystemmanagements und greifen auf die zugehörigen Methoden und Parameter zurück. Die Verfahren decken die vollständige Funktio- nalität des Koordinatensystemmanagements ab. Diese umfassen die Definition und Identifikation von Koordinatensystemen und erlauben deren Verwaltung. Darauf aufbauend werden die notwendigen Transformationsmethoden ausgewählt und deren Parameter bestimmt. Ein Verfahren soll in der Lage sein, eine Verkettung von unterschiedlichen Transformationsmethoden zu ermöglichen.
Die Instanzierungen von Transformationsprozessen einzelner Verfahren sollen zusammen mit den zugehörigen Metadaten in einer vom Benutzer erweiterbaren Bibliothek verwaltet werden und zu deren Wiederverwendung beitragen (siehe z.B. [Voser 97]). Zur Unterstützung der Aufbereitung von Verfahrensinstanzen empfehlen sich:
  • Wissensbasen
  • unterschiedliche Hilfsmittel zur Parameteraufbereitung.
4.3 Wissensbasen
Der Umfang der einzelnen Teilaufgaben des Koordinatensystemmanagements sind vielschichtig und können durch eine Vielzahl von Bibliotheken (Wissensbasen) unterstützt werden. Der Inhalt der einzelnen Bibliotheken besteht aus Instanzen der zugehörigen Konzepte, Methoden und Modelle.
Die Prozeßfunktionalität wird durch folgende Bibliotheken, welche in einer hierarchisch Relation stehen, gesteuert und verwaltet:
  • Verfahrensbibliotheken
  • Methodenbibliotheken
  • Parameterbibliotheken
Zur Aufbereitung oder Steuerung einzelner Verfahren können folgende Metadaten- und Parameterbibliotheken dienen:
  • Koordinatensystembibliotheken
  • Kartenwerkbibliotheken
  • Kartenblattbibliotheken
  • Kartenprojektionsbibliotheken
  • Blatteckbibliotheken
  • Paßpunktbibliotheken
Eine Vielzahl dieser Bibliotheken des Koordinatensystemmanagements sind Bestandteile des Geodätischen Referenz Modells, welches die (amtlichen) geodätischen Koordinatensysteme vollständig mit ihren Transformationsmethoden beschreibt und dadurch die Transformation zwischen allen enthaltenen Koordinatensystemen ermöglicht (vgl. Kapitel 2.4).
4.4 Weitere Hilfsmittel
Weitere Hilfsmittel zur Aufbereitung von Transformationsverfahren unterstützen deren Festlegung, Aufbereitung sowie die Überprüfung der Methode. Hierfür dienen insbesondere Paßpunkte zur Einpassung lokaler Koordinaten in geodätische Koordinatensysteme.
4.4.1 Paßpunktbibliotheken
Von Paßpunkten kennt man deren Koordinaten im mehreren Koordinatensystemen. Sie dienen der Bestimmung von Transformationsparametern, insbesondere zur Bestimmung von Parametern für ebene Transformationen und geodätische Datumstransformationen. Des weiteren erlauben sie eine Überprüfung der Korrektheit und Genauigkeit der durchgeführten Koordinatenkonversion.
Ein wichtige Hilfe dabei ist der Vergleich der Genauigkeit im Ausgangs- und im Zielsystem und der geometrischen Genauigkeit der zu transformierenden Daten.
4.4.2 Paßpunkte aus Kartennetzen und Kartengittern
Eine wichtige Aufgabe beim Koordinatensystemmanagement ist die Einpassung lokaler Koordinaten in Weltkoordinaten mit Hilfe von Kartennetz und Kartengitter (Abbildung 5). Dabei kann die Extraktion der Paßpunkte aus Kartennetz und Kartengitter semiautomatisiert werden und somit die Aufbereitung der Transformation weiter vereinfachen.
Bei der Transformationsaufbereitung mit Schnittpunkten des Kartennetzes müssen die geo- graphischen Koordinaten in die Kartenprojektion abgebildet werden und benötigen dazu die zugrundeliegende Projektionsinformation (Abbildung 5b).
Abbildung 5: Schritte zur Transformation mit Paßpunkten aus Kartennetz und Kartengitter
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5 Aktuelle Probleme und Entwicklungen
5.1 Anwendungsorientierte Probleme des Koordinatensystemmanagements
Die Grundlagen und Methoden des Koordinatensystemmanagements sind hinreichend bekannt. Die Geodätische Referenz Modelle beispielsweise basieren auf Arbeiten und Festlegungen der jeweiligen Landesvermessung, sind definiert und realisiert. Durch die Bestrebungen und Realisierung zum Aufbau von internationalen Koordinatensystemen (z.B. WGS84, ITRS89, ETRF89), an welche die nationalen Koordinatensysteme angeschlossen worden sind, sind die Beziehungen der Landeskoordinatensysteme zu den übergeordneten (internationalen) Koordinatensystemen bekannt (siehe z.B. [Ihde/Lindstrot 95]), für den Anwender in der Praxis oft jedoch nicht zugreifbar oder öffentlich.
Die anwendungsorientierten Probleme des Koordinatensystemmanagements liegen in:
  • Identifikation des Koordinatensystems
  • Beschaffung der notwendigen Information
  • Implementierung des Koordinatensystems oder der Transformation.
Ursachen hierfür sind:
  • fehlende oder unzureichende Information
  • unzureichende Funktionalität in der zur Verfügung stehenden Software
  • fehlende oder mangelhafte Unterstützung der Automation.
Im folgenden Kapitel 5.2 werden die Aspekte des Koordinatensystemmanagements beim Datenaustausch erläutert.
5.2 Koordinatensystemmanagement beim Datenaustausch
Die Probleme des Koordinatensystemmanagements beim Datenaustausch liegen bei den Daten oder dem zugrundeliegenden Format. Gründe dazu sind:
  • Fehlende Unterstützung der Koordinatensysteminformation
  • Koordinatensysteminformation ist nicht mitgeliefert oder nicht interpretierbar
sowie bei der verwendeten Software:
  • Keine Unterstützung des Koordinatensystemmanagements
  • Keine Identifikation des Koordinatensystems
  • Keine Transformationsmöglichkeiten
  • Schlechte Schnittstellen
Die Automation des Koordinatenmanagements läßt sich erreichen, wenn das Koordinatensystem explizit in den Daten modelliert ist und deren Datum bekannt ist.
In Tabelle 3 ist eine Auswahl von in Deutschland häufig verwendeten Austauschformaten darge- stellt, gegliedert nach der Möglichkeit, das zugrundeliegende Koordinatensystem explizit zu modellieren oder nicht.
Ohne Koordinatensystem
Mit Koordinatensystem
EDBS
DXF
TIFF
GDF
Arc/Info-Exportformat
GeoTIFF
Tabelle 3: Auswahl von Austauschformaten ohne und mit Koordinatensystemmodellierung
5.3 GeoTIFF als Beispiel eines Austauschformates mit Geodätischem Referenz Modell
Das Rasterformat GeoTIFF wird exemplarisch erwähnt, weil es sehr viele Anforderungen für das automatische Koordinatensystemmanagement erfüllt. Das GeoTIFF-Format ist eine Erweiterung des verbreiteten TIFF- Formats. Die Erweiterung umfaßt ein Geodätische Referenz Modell, wie es in Kapitel 2.4 und Abbildung 3 dargestellt ist. Es kann wie folgt charakterisiert werden (siehe auch [Ritter/Ruth 97], [Ritter 96]):
  • enthält Geodätisches Referenz Modell
  • basierend auf dem Modell von EPSG [EPSG 97]
  • zahlencodiertes System mit Datenbank
  • angestrebte Genauigkeit der Parameter: 1 cm
  • public domain
  • offen für individuelle Erweiterungen.
5.4 Quellen im WWW
Die Realisierung des automatisierten Koordinatensystemmanagements ist nicht ohne Standardi- sierung und Kooperation auf internationaler Ebene möglich. In diesem Kontext stehende Informationsquellen des WWW sind in Tabelle 4 zusammengestellt.
Koordinatensysteme und Parameter
MapRef - The Collection of Mapprojections and Reference Systems for Europe
http://www.geocities.com/CapeCanaveral/1224/mapref.html
 
EPSG-Homepage
http://www.petroconsultants.com/epsgweb/epsg.htm
 
USGS/ FGDC-Coordinatesystem-Matadata-Page
http://geochange.er.usgs.gov/pub/tools/metadata/standard/04.html
Austausch-  Standards
European Commission - GI 2000 - GIS Standards
http://www2.echo.lu/oii/en/gis.html
 
GeoTIFF-Homepage
http://home.earthlink.net/~ritter/geotiff/geotiff.html
 
FGDC-Homepage
http://www.fgdc.gov/
Wichtige Metadatenquellen
CERCO (Comité Européen des Responsables de la Cartographie Officielle):
http://www.ign.fr/cerco/
 
MEGRIN (The Multi-purpose European Ground- Related Information Network):
http://www.megrin.org/
Standardisierungs- bestrebungen
OpenGIS-Homepage
http://www.opengis.org/
 
ISO (International Standardisation Organisation) - TC 211 Geographic Information/Geomatics
http://www.statkart.no/isotc211/
 
CEN (Comité Européen de Normalisation) TC 287 Geographic Information
http://forum.afnor.fr/afnor/WORK/AFNOR/GPN2/Z13C/indexen.htm
Tabelle 4: Wichtige WWW-Seiten zu Koordinatensystemmanagement und Standardisierung (März 1998)
6 Schlußbetrachtung
Das automatisierte Koordinatensystemmanagement erlangt beim Austausch von Geodaten in GIS und Kartographie einen wichtigen Stellenwert und ist ein Schritt zur Realisierung der Interoperabilität mit Geodaten unterschiedlicher Herkunft. Dies verlangt eine Modellierung von Koordinatensystemen, deren Beziehungen sowie der zugehörigen Transformationen. Ein wichtiges funktionales Modell dazu sind die Geodätischen Referenz Modelle. Diese müssen u.a. um die Einbindung nicht-geodätischer (lokaler) Koordinatensysteme und um verschiedene Bibliotheken erweitert werden, um ein leistungsfähiges automatisiertes oder semiautomatisiertes Koordinatensystemmanagement erreichen zu können. Dessen Realisierung ist nur durch internationale Kooperation und Standardisierung erreichbar.
Die Grundlagen und Anforderungen für ein automatisiertes Koordinatensystemmanagement sind ausreichend bekannt und es liegen bereits Datenstandards (z.B. das Rasterformat GeoTIFF) zur Verfügung, welche viele der gestellten Anforderungen bereits erfüllen.
Literatur
Bühler 96   Bühler Kurt: The OpenGIS Guide; OpenGIS-Consortium 1996
EPSG 97     Euopean Petroleum Survey Group: EPSG Geodesy Parameter; Version 3.2, Sept 1997 at http://www.petroconsultants.com/epsgweb/epsg.htm
Ihde/Lindstrot 95  Ihde J., Lindstrot W.: Datumstransformation zwischen den Bezugssystemen ETRF/WGS, DHDN und System 42; ZfV 4/1995
Ritter 96     Ritter N.D.: The GeoTIFF Web Page: http://home.earthlink.net/ ~ritter/geotiff/geotiff.html, 1996.
Ritter/Ruth 97  Ritter N., Ruth M.: The GeoTIFF data interchange standard for raster geographic images;. Remote Sensing, 1997, Vol. 18, No. 7.
Ruth/Lott 97    Ruth M, Lott R.: Coordinate Reference Systems; OGIS Project Document 97-017 (Proposal); OGC 1997
Voser 95    Voser S. A.: Datenaustausch zwischen Geo-Informationssystemen - Abbildung zwischen zwei Datenmodellen auf konzeptioneller und logischer Ebene; 3. deutsche Arc/Info- Anwenderkonferenz, März 1995
Voser 96    Voser S. A.: Anforderungen an die Geometrie zur gemeinsamen Nutzung unterschiedlicher Datenquellen; 4. deutsche Arc/Info-Anwenderkonferenz, März 1996.
Voser 97    Voser S. A.: Anforderungen an ein modernes Georeferenzierungstool am Beispiel der Arc/Info- Applikation BEZUG; 5. deutsche Arc/Info-Anwenderkonferenz, März 1997.