Nutzung von ArcView 3.x für geologische Kartierungen · Karte) geschieht im „Layout“-Fenster,...

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

• 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

• Datengrundlage für 3D-Modelle

-> prinzipiell auch mit Papier, Tusche und Farbstift möglich („analog“)

-> Verschneidung mit anderen Themen, z.B. Hangneigung oder Höhenmodell für Erosion und Sedimentation

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)

• Georeferenzierung.doc (Martina Herold)

Bücher:

• ArcView Kochbuch

-> Digitalisierung-> Geoprocessing und weitergehende Vereinfachungen

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

Werkzeug WGEO erleichtert die Arbeit!

Grundsätzlich können Bilddateien mit ArcView georeferenziertwerden -> dies ist relativ unbequem und umständlich

Wozu Georeferenzierung?

• Daten bekommen geographischen Bezug• Maßstabsgetreu• Koordinatensystem (u.a. wichtig für die Nutzung von GPS-Daten)

Georeferenzierung mit WGEO

Öffnen der Bilddateien:

Georeferenzierung mit WGEOBestimmung 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/Referenzierunggenutzt werden:

Projekterstellung

Ausgehend von der Projektebene: „Project“ à „Properties“

unter „Work Directory“ wirdder 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 innerhalbdes 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 Punkt-Schaltfläche 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.

Polygone müssen immer direkt aneinander grenzen!

Drei Wege bei der Digitalisierung:

2. Über „Anfügen eines Polygons“

3. Über Zerschneiden eines umfassenden Polygons

Digitalisierung von Polygonen

1. Über „Polygon zeichnen“

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 Relate-Tabellen 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 Vorder-und 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-home-Verzeichnis (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: PunktsymboleGeologische 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

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.

Bilddateien werden an Punktthemen geknüpft, indem in der Attributtabelle des Punktes Pfad und Dateiname der Bilddatei angegeben werden.

Links zu Bilddateien

Beim Anklicken des Punktes mit dem Hotlink wird die Bilddatei in einem eigenen Fenster geöffnet.

Links zu Bilddateien

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.

Die Kartenerstellung wird in ArcView durch zwei Erweiterungen (sog. Extensions) unterstützt:

1. „Graticules and measured grids“ für die Erstellung von Koordinatenrahmen um die Karte herum2. „Legend tool“ für die Bearbeitung und Verbesserung der Legende

Vor diesem Schritt sollte im View-Fenster noch die Dimension richtig eingestellt werden: „View“ -> „Eigenschaften“ -> „Map units“ auf „Meter“ stellen (manchmal auch DecimalDegrees/Dezimalgrad nötig).

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

Layoutgestaltung

Koordinatendarstellung im Layout

Koordinatengitter werden über den Button „Graticules and Grids“eingefügt. Ein „wizard“ hilft beim Aufbau.

Der Koordinatenrahmen ist als Grafik nicht an den View-Ausschnitt geknüpft – Vorsicht beim Verschieben!!!

Koordinatendarstellung im Layout

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:

2. Grundlageninformationen für Profilschnitte

1. Darstellung der Geländeoberfläche (wichtig für Überlagerung mit geol. Karte)

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 Punkte-Shape 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-Home-Verzeichnis 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

Um das Skript auszuführen, muss (!!!) vorher im View das entsprechende Thema angeklickt bzw. aktiv geschaltet werden.

Das Skript muss vor der Ausführung kompiliert 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.

5. Nach Pythagoras werden die Entfernungen der Punkte zueinanderberechnet -> Problem: Reihenfolge der Punkte -> ist bei N-S-Schnitten und W-E-Schnitten kein Problem, ansonsten Sortierung ein wenig knifflig.

4. Über Selektionen anhand der geol. Karte können als zusätzliche Attribute auch die geol. Einheiten mit abgespeichert werden.

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 vorsichtshalbergleich 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 .txt-oder .csv-Datei exportiert (Vorsicht: Komma als Spaltentrennernötig, 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.