Nutzung von ArcView 3.x für geologische Kartierungen

Nutzung von ArcView 3.x für geologische
Kartierungen
Kurs 17.-18-04.04
Referenten:
Dr. Wolfgang Gossel
Cand. Geol. Martina Herold
Ziel der Erstellung digitaler geologischer Karten
• Visualisierung von Karten mit verschiedenen geologischen
Themen
-> prinzipiell auch mit Papier, Tusche und Farbstift möglich
(„analog“)
• Digitale Karten bieten die Möglichkeit der einfachen
Zusammenfügung von Geometrien
• Auswertungen für weitergehende Fragestellungen:
-> Umattributierung möglich, z.B. aus geologischer Karte eine
hydrogeologische Karte machen
-> Verschneidung mit anderen Themen, z.B. Hangneigung oder
Höhenmodell für Erosion und Sedimentation
• Datengrundlage für 3D-Modelle
Themenübersicht
• Scannen und Georeferenzieren analoger Kartenausschnitte
• Digitalisierung von Punkten, Linien und Flächen unter ArcView 3.x
• Kartendarstellung von Flächen mit Farben und Signaturen
• Darstellung spezieller geologischer Symbole
• Links zu Bilddateien
• Layoutgestaltung
• Erstellung eines Höhenmodells aus digitalisierten Linien und
Punkten
• Ansätze zur Profilschnittgenerierung
Hilfe?!
Scripten:
• ArcView-Skript.pdf (Martina Herold)
-> Digitalisierung
-> Geoprocessing und weitergehende Vereinfachungen
• Georeferenzierung.doc (Martina Herold)
Bücher:
• ArcView Kochbuch
Scannen analoger Kartenausschnitte
Für die meisten Aufgaben sind mehrere Karten zu scannen:
• Topographische Hintergrundkarte: sollte möglichst plano, sauber
und wird für geologische Karten nur als s/w Hintergrund gebraucht,
daher einmal farbig scannen und sowohl farbig abspeichern als
auch s/w mit 1 Bit Farbtiefe. Der Ausschnitt sollte wesentlich
größer als das Kartiergebiet sein, Maßstab mind. 1 : 25 000
• Geologische Geländereinkarte (?)
• Tektonische Geländereinkarte (?)
• Aufschlusskarte
• Luft- oder Satellitenbild
• ...
Die Auflösung des Scans braucht nicht über 300 dpi zu liegen
Georeferenzierung der Scans
Wozu Georeferenzierung?
• Daten bekommen geographischen Bezug
• Maßstabsgetreu
• Koordinatensystem (u.a. wichtig für die Nutzung von GPS-Daten)
Grundsätzlich können Bilddateien mit ArcView georeferenziert
werden -> dies ist relativ unbequem und umständlich
Werkzeug WGEO erleichtert die Arbeit!
Georeferenzierung mit WGEO
Öffnen der Bilddateien:
Georeferenzierung mit WGEO
Bestimmung der Koordinaten von mind. 3, besser 4 Bildpunkten
Menü
„Karte“ –
“Einmessen“
Referenzpunkte an
richtige Position
schieben und
Koordinaten
entsprechend
Koordinatensystem
eingeben
Georeferenzierung mit WGEO
Mittleren Fehler beachten (RMS = root mean square) -> sollte bei
einigen dm bis m liegen (man kann durch Verschieben der
Einmesspunkte geringere Fehler erreichen)
Es können verschiedene Verfahren der Entzerrung/Referenzierung
genutzt werden:
Projekterstellung
Ausgehend von der Projektebene: „Project“ à „Properties“
unter „Work Directory“ wird
der Arbeitspfad eingegeben
(Laufwerk:\Verzeichnis bzw. Ordner\Dateiname)
Es sollte sich dabei um einen reproduzierbaren Arbeitspfad handeln.
Projekterstellung
Im Anschluss sollten der Speicherort und Speichername
festgelegt werden.
TIP: Speicherort sollte innerhalb
des Arbeitsverzeichnisses liegen.
Digitalisierung von Punkten
Punkte werden für mehrere Zwecke gebraucht, z.B.:
• Aufnahme tektonischer Daten (Fallrichtungen und –winkel)
• Anbindung von Aufschlussfotos
• Anbindung von erläuternden Texten
Im Idealfall liegen die Punkte schon in Form von Tabellen aus dem
GPS vor (Koordinatensystem beachten!).
Digitalisierung von Punkten
Unter „View“ – „Neues Thema“ – „Punkt“ auswählen, Pfad und
Namen angeben
Thema muss 1. aktiv, 2. sichtbar und 3. zur Bearbeitung
freigegeben sein
Punkte nach
Drücken der PunktSchaltfläche
digitalisieren
Digitalisierung von Punkten
Sollen Attribute vergeben werden, ist es günstig, die Attributtabelle
zu öffnen, die Attribute/Felder hinzuzufügen und die Tabelle
parallel/neben dem View offenzuhalten:
Es kann durchaus sinnvoll sein, mit sog. Relate-Tabellen zu arbeiten,
d.h. mit Tabellen, die über ein Feld an die Attribut-Tabelle
angeknüpft werden, z.B. bei tektonischen Daten
Digitalisierung von Linien
Linien werden gebraucht für die Aufnahme von linienhaften
Elementen:
• Höhenlinien
• Gewässern (keine größeren Wasserflächen, nur bis zur Größe
kleiner Flüsse
• Straßen
• geologische Störungszonen
• geologische Faltenachsen (Mulden- oder Sattelachsen)
Digitalisierung von Linien
Unter „View“ – „Neues Thema“ – „Linie“ auswählen, Pfad und
Namen angeben
Thema muss 1. aktiv, 2. sichtbar und 3. zur Bearbeitung
freigegeben sein
Linien nach Drücken
der Punkt-Schaltfläche
digitalisieren
Sollen Linien
aneinander
anschließen, sollte man
dies über Schneiden
von Linien realisieren
Digitalisierung von Linien
Auch für die Attributierung von Linien sollte man die
Attributtabelle neben dem View offen halten, um Attribute direkt
eintragen zu können.
Linien werden meist nicht umfangreich attributiert, daher sind hier
meist keine Relate-Tabellen nötig
Digitalisierung von Polygonen
Besonders kompliziert, Einstieg wie bei Punkten und Linien:
Unter „View“ – „Neues Thema“ – „Polygon“ auswählen, Pfad und
Namen angeben
Thema muss 1. aktiv, 2. sichtbar und 3. zur Bearbeitung
freigegeben sein
Da wir meist keine
Rechtecke oder Kreise
digitalisieren sondern
unregelmäßige
Flächen, wird eine
andere Schaltfläche
ausgewählt.
Digitalisierung von Polygonen
Polygone müssen immer direkt aneinander grenzen!
Drei Wege bei der Digitalisierung:
1. Über „Polygon zeichnen“
2. Über „Anfügen eines
Polygons“
3. Über Zerschneiden
eines umfassenden
Polygons
Digitalisierung von Polygonen
Die Grenzen der Polygone sollten nicht verändert werden, weil
ArcView nicht-topologisch ist und daher die Grenze intern immer
aus zwei Linien besteht. Folge: Beim Verschieben eines
Knotenpunkts wird eine Überlappung oder eine Lücke entstehen!
Lösung: Beide
Polygone markieren,
Schaltfläche zur
Verschiebung von
Stützpunkten drücken,
den Stützpunkt einmal
anklicken (Vorsicht,
nicht verschieben!!!)
und erst dann
verschieben
Digitalisierung von Polygonen
Weiteres Problem: Digitalisierung
von Inselpolygonen
Polygone werden
übereinander digitalisiert,
dann über den Auswahlbutton
beide ausgewählt und dann
über „Bearbeiten“->“Objekte
subtrahieren“ ausgeschnitten
Digitalisierung von Polygonen
Auch bei der Digitalisierung von Polygonen sollte die Attributtabelle
neben dem View-Fenster geöffnet sein, um die digitalisierten
Polygone gleich zu attributieren.
Gerade bei der Attributierung geologischer Flächen sollte auf RelateTabellen zurückgegriffen werden, um Tippfehler u.ä. zu vermeiden
und Änderungen zu erleichtern.
Gestaltung der Themen: Flächen
Geologische Flächen sollten mit Farben und Signaturen der DIN
4022 versehen werden.
Wichtigstes Werkzeug hierfür: Der Legenden-Editor
Der Legenden-Editor wird über einen
Doppelklick auf das Thema geöffnet.
Meist ist eine Umstellung des
Legendentyps auf Einzelwerte
erforderlich.
Das Wertefeld kann dann eingestellt
werden und es erscheint eine
willkürliche Darstellung von
Flächenfarben entsprechend des
ausgewählten Attributs
Gestaltung der Themen: Flächen
Durch Doppelklick auf das Feld kann der Symboleditor geöffnet
werden, der die Bearbeitung von Flächenschraffuren und Farben
ermöglicht
Flächenfüllung
und -umrandung
Liniendarstellungen
Farben für Vorderund Hintergrund,
Texte und Linien
Gestaltung der Themen: Flächen
Geologische Symbole für Flächen, Linien und Punkte sind
standardmäßig nicht in den Paletten enthalten, daher müssen diese
erweitert werden, was über den „Paletten Manager“ möglich ist
Über „Laden“ können aus dem ESRI-homeVerzeichnis (meist c:\esri\av_gis30\arcview) im
Verzeichnis „symbols“ abgelegte Paletten
nachgeladen werden. Wichtig ist geology.avp!
Gestaltung der Themen: Flächen
Für eine gewisse Transparenz sorgen Füllmuster, man kann aber
auch wie folgt vorgehen:
Die Hintergrundfarbe einer Karte soll durch die Geologie definiert
werden, daher kommt diese Karte zuunterst.
Darüber kommt die s/w Topographie, in der das Weiß auf transparent
umgestellt wird und das Schwarz auf grau.
Darüber kommt wieder die geologische Karte, diesmal allerdings mit
den Flächensymbolen, Hintergrund transparent (Vorsicht, nicht alle
Drucker spielen da mit!
Über die geologische Karte kommen (wenn es nicht zu
unübersichtlich wird) die Linien beispielsweise der Faltenachsen.
Zuoberst kommen die Punktsymbole.
Gestaltung der Themen: Punktsymbole
Geologische Punktsymbole können nach
bestimmten Attributen ausgerichtet werden.
Beim Symbol für Streichen und Fallen
kann der Winkel über „Erweitert“
angegeben werden.
Zu beachten ist hierbei, dass
die Ausrichtung sehr
eigenwillig erfolgt, nämlich
gegen den Uhrzeigersinn von
S über E, N nach W!
Die Richtungen sind daher
vorher in geeigneter Weise
(mit EXCEL oder in
ArcView) umzurechnen!
Gestaltung der Themen: Punktsymbole
Formel für die Umrechnung: y = 180 – x
Links zu Bilddateien
Bilddateien werden an Punktthemen geknüpft, indem in der
Attributtabelle des Punktes Pfad und Dateiname der Bilddatei
angegeben werden.
Links zu Bilddateien werden über sog. „Hotlinks“ realisiert:
Über „Thema“ ->
„Eigenschaften“ -> „Hot
Link“ kann das Feld
definiert werden, das über
ein „Link to Image file“ auf
eine Bilddatei Bezug
nimmt.
Links zu Bilddateien
Links zu Bilddateien
Beim Anklicken des Punktes mit dem Hotlink wird die Bilddatei in
einem eigenen Fenster geöffnet.
Layoutgestaltung
Wichtig ist die klare Gliederung der Karte, die in ArcView durch die
Einteilung in „View“ und „Legende“ unterstützt wird.
Die Kartendarstellung (und auch das anschließende Plotten der
Karte) geschieht im „Layout“-Fenster, das aus dem View heraus über
„View“->“Layout“ geöffnet werden kann.
Vor diesem Schritt sollte im View-Fenster noch die Dimension
richtig eingestellt werden: „View“ -> „Eigenschaften“ -> „Map
units“ auf „Meter“ stellen (manchmal auch Decimal
Degrees/Dezimalgrad nötig).
Die Kartenerstellung wird in ArcView durch zwei Erweiterungen
(sog. Extensions) unterstützt:
1. „Graticules and measured grids“ für die Erstellung von
Koordinatenrahmen um die Karte herum
2. „Legend tool“ für die Bearbeitung und Verbesserung der Legende
Layoutgestaltung
Erweiterungen werden aus dem Projektfenster heraus über „Datei“ ->
„Erweiterungen“ geladen. Bitte Erläuterungen beachten!
Layoutgestaltung
Das voreingestellte Layout muss zunächst „aufgeräumt“ werden:
• Karten sollten keinen Titel bekommen (Titel steht im
„Planstempel“)
• Das Raster, an das die Elemente angepasst werden, muss über
„Layout“ -> „Seite einrichten“ bei den Einheiten auf Zentimeter
eingestellt werden, unter „Layout“ -> „Eigenschaften“ sollten als
Rasterweite 0.1 cm angegeben werden.
Layoutgestaltung
• Durch Doppelklick auf den View kann der adäquate Maßstab
(benutzerdefiniert) eingestellt werden.
Layoutgestaltung
• Anschließend sollte der View-Rahmen so positioniert werden, dass
genügend Platz für Legende, Planstempel, Maßstab und
Koordinatengitter ist.
• Der Maßstab sollte auf Meter umgestellt werden (Doppelklick)
• Der Nordpfeil gefällt nicht jedem und kann durch Doppelklick
umgestellt werden.
• Schrifttypen und –größen können über das Symbolfenster geändert
werden
Koordinatendarstellung im Layout
Koordinatengitter werden über den Button „Graticules and Grids“
eingefügt. Ein „wizard“ hilft beim Aufbau.
Koordinatendarstellung im Layout
Der Koordinatenrahmen ist als Grafik nicht an den View-Ausschnitt
geknüpft – Vorsicht beim Verschieben!!!
Legendenerstellung im Layout
Die Legende kann über „Grafik“ -> „Vereinfachen“ bearbeitet
werden.
Die einzelnen Elemente sollten so schnell wie möglich wieder zu
einzelnen sinnvollen Gruppen zusammengefasst werden („Grafik“ ->
„Gruppieren“).
Die einzelnen Elemente können ganz einfach durch Doppelklick
bearbeitet werden: Texte ändern, Symbole und Texte verschieben,
Symbole (insbesondere für Linien) ändern......
Legendenerstellung im Layout
Über das Textsymbol können zusätzliche Texte
eingefügt werden.
Außerdem können zusätzlich View-Rahmen
(z.B. mit einer Übersichtskarte) und Grafiken
eingefügt werden.
Legenden, Maßstäbe, Nordpfeile können neu
erstellt werden.
Erstellung eines Höhenmodells
Das Höhenmodell ist für zwei Auswertungs- und Darstellungsformen
wichtig:
1. Darstellung der Geländeoberfläche (wichtig für Überlagerung mit
geol. Karte)
2. Grundlageninformationen für Profilschnitte
Erstellung eines Höhenmodells
Für die Erstellung des Höhenmodells liegen die digitalisierten und
attributierten Höhenlinien vor.
Es können auch
zusätzlich
Punkte mit
einer Höhe in
einem PunkteShape
berücksichtigt
werden
Erstellung eines Höhenmodells
Das Interpolationsprogramm kann nur Punktdaten berücksichtigen!
1. Umwandlung von Linien in Punkte
2. Automatische Attributierung der Punkte mit Rechts- und
Hochwerten
3. Zusammenführung der beiden Punktemengen
4. Interpolation mit einem geeigneten Werkzeug (hier: Surfer)
5. Darstellung des Ergebnisses in ArcView
Höhenmodell: Umwandlung von Linien in Punkte
Linienumwandlung mit einem von shp2gen.ave abgewandelten
Avenue-Skript:
Im Projekt-Manager
„Skript“ -> „Neu“
wählen und über das Menü
„Skript“ -> „Textdatei laden“
das Skript „shp2gen“ aus
dem ESRI-HomeVerzeichnis laden.
Höhenmodell: Umwandlung von Linien in Punkte
Das Skript in geeigneter Weise verändern: kein END mehr drucken,
ID soll direkt hinter die X-Y-Werte
Das Skript kann als einfache
Textdatei abgespeichert werden,
so dass es immer wieder benutzt
werden kann
Höhenmodell: Umwandlung von Linien in Punkte
Das Skript muss vor der Ausführung kompiliert werden:
Um das Skript auszuführen, muss (!!!) vorher im View das
entsprechende Thema angeklickt bzw. aktiv geschaltet werden.
Anschließend kann das Skript über den „Run“-Button ausgeführt
werden.
Höhenmodell: Attributierung von Punkten mit R-H-Werten
Hierfür gibt es das Skript „addxycoo.ave“, das nicht verändert
werden muss.
Die Daten müssen dann nur noch über „Datei“ -> „Export“
ausgeladen werden.
Das Zusammenführen der Daten erfolgt am besten in Excel, es sei
denn, es sind mehr als 65.000 Punkte insgesamt zu erwarten
Anschließend Übernahme nach Surfer, bei geostatistischer
Interpolation (Kriging) ist zunächst ein Variogramm zu erstellen,
wobei ein Variogrammmodell angepasst werden muss, und dessen
Parameter sind für das anschließende Kriging zu berücksichtigen.
Bei der Interpolation sind die Ausmaße des Rasters und die
Rasterweite einzustellen!
Vorbereitung zur Profilschnittgenerierung
Die Rasterdaten können visualisiert werden, z.B. shaded relief map,
die über die Auslagerung des Bildes und anschl. Georeferenzierung
nach ArcView gebracht werden kann.
Die Rasterdaten dienen weiterhin zur Generierung des Profilschnitts.
Hierzu müssen die Rasterwerte über „Grid“ -> „Grid Node Editor“
im x-y-z (*.dat)-Format exportiert werden, in geeigneter Weise für
ArcView aufbereitet werden (*.txt-Datei, kommagetrennt) und dort
weiterverarbeitet werden.
Vorbereitung zur Profilschnittgenerierung
1. Die Profilschnittlinie wird in ArcView digitalisiert.
2. Die in ein Punkte-Shape umgewandelten importierten
Rasterpunkte werden im View-Fenster über „Thema“ -> „Thema
selektieren“ mit Hilfe der (vorher selektierten) Profilschnittlinie
abstandsabhängig selektiert.
Vorbereitung zur Profilschnittgenerierung
3. Die selektierten Punkte werden als .txt-Datei abgespeichert und in
Excel eingeladen.
4. Über Selektionen anhand der geol. Karte können als zusätzliche
Attribute auch die geol. Einheiten mit abgespeichert werden.
5. Nach Pythagoras werden die Entfernungen der Punkte zueinander
berechnet -> Problem: Reihenfolge der Punkte -> ist bei N-SSchnitten und W-E-Schnitten kein Problem, ansonsten Sortierung ein
wenig knifflig.
Vorbereitung zur Profilschnittgenerierung
6. Abstände der Punkte summieren!
7. Wenn Überhöhung nötig ist, diese aus den exportierten Höhen
bereits in Excel berechnen! (Tipp: man kann auch vorsichtshalber
gleich mehrere Überhöhungen berechnen und sich dann in ArcView
die passende aussuchen)
8. Aus Excel werden die summierten Abstände (als X-Werte des
Profilschnitts) und die Höhen einschl. der geol. Attribute als .txtoder .csv-Datei exportiert (Vorsicht: Komma als Spaltentrenner
nötig, X und Y sollten als Spaltenüberschriften vorhanden sein, ggf.
mit Editor das Dateiformat korrigieren). Die .txt-Datei kann dann in
ArcView eingeladen und in eine Shape-Datei umgewandelt werden.