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Georeferenzierung von digitalen Rasterkarten

Es gibt zwei Methoden der Referenzierung:


  1. Direkte Referenzierung über die Eingabe von Koordinaten („ohne referenzierende Information“; Kap. METHODE I (ohne referenzierende Information), S. 30ff.)
  2. Indirekte Referenzierung anhand eines bereits referenzierten Layers („mit referenzierender Information“, Kap. METHODE II (mit referenzierender Information), S. 36ff.).

Ein wichtiges Werkzeug ist das „Georeferencing Tool“


Eine Liste mit Referenzpunkten und ihren Koordinaten ist für beide Methoden sehr zu empfehlen, außer man will die Rasterkarte anhand eines bereits vorhandenen Layers (shp.*-Datei) referenzieren.


Für Eilige: Die Methode II ist letztlich schneller, saubererer und platzsparender, weil keine georeferenzierten Tif-Dateien entstehen. Es muss ein bereits referenzierter Layer vorhanden sein.


METHODE I (ohne referenzierende Information)

Man kann zu Anfang eine Ansicht mit entsprechender Projektion erstellen oder eine vorhandene Ansicht öffnen. Es ist aber auch möglich, nur den Projektverwalter anzuklicken und aus dem Menü „Anzeige – Georeferenzierung“ oder in der Icon-Leiste unter dem Menü direkt das Georeferencing Tool (rotes Fadenkreuz) zu wählen. In diesem Fall muss man die so erstellte Karte später einer Ansicht hinzufügen.


Wir erstellen zunächst eine neue Ansicht und wählen unter „Eigenschaften“ das passende Referenzsystem.


gvSIG nimmt trotz anderer Standardeinstellung in bestimmten Dialogen immer wieder die für kleinmaßstäbige Kartenausschnitte günstige Projektion EPSG 23030 (ED50 UTM Zone 30N) als Ausgangspunkt. Das übliche, weltweit gültige Koordinatensystem „Geographische Länge/Breite“ heißt im EPSG-Code 4326 (WGS 84).


Eigenschaften der Ansicht einstellen: „Ansicht öffnen | Eigenschaften“.


„Ansicht | Layer Hinzufügen“, gewünschten Dateityp (Raster) und Datei wählen.


Darauf erscheint ein Fragefenster, das Sie mit „Nein“ beantworten.


Mit „OK“ beenden Sie den Dialog.


Der Rasterlayer mit der Karte der Naturräume im Rheinland wird in die Ansicht geladen.


Jetzt das Georeferencing Tool (rotes Fadenkreuz) wählen:


Im automatisch folgenden Dialog „ohne referenzierende Information“ wählen. Unter „Georeferenzierungsdatei“ die zu referen-zierende Datei wählen.

Im Feld „Ausgabe-Datei“ die Schaltfläche „Verzeichnis“ betätigen und einen Dateinamen und Speicherort wählen, bzw. Namen und Speicherort der Vorgabe akzeptieren. Als Algorithmus wählen wir affine (lineare) Transformation. Die „Pixelgröße“ kann hier ebenfalls eingestellt werden. Die Einstellungen mit „Okay“ abschicken.


Es erscheint ein neues Fenster mit dem zu georeferenzierenden Rasterlayer.

Mit dem roten Fadenkreuz-Kästchen den ersten Punkt mit bekannten Koordinaten auswählen. Durch „Anfassen mit der Maus an einem Eckpunkt kann dieses Kästchen in die gewünschte Position gebracht werden. Das Kästchen kann in der Größe durch Ziehen der jeweiligen Begrenzungslinie vergrößert werden. Der im Kästchen erfasste Ausschnitt ist unten rechts vergrößert zu sehen.


Passpunkt eingeben: Unten in der Leiste das Icon für neuen Datensatz anklicken .


Koordinaten des Passpunktes nach Doppelklick in die Spalten „World X“ und „World Y“ eintragen.


Als Dezimaltrennzeichen wird hier der Punkt und nicht das Komma benutzt.


Dann den Punkt im Vergrößerungsfenster unten rechts anklicken. Dort erscheint ein rotes Fadenkreuz und die Bildkoordinaten erscheinen in den Feldern „Image X“ und „Image Y“.


Dieses Procedere für alle Passpunkte wiederholen.


Immer erst neuen Passpunkt mit Icon anlegen.


Ab dem dritten Passpunkt erscheint zwischenzeitlich im Feld RMS eine rote Fehlermeldung wegen Überschreitung der Genauigkeitstoleranz, die nach Anklicken des neuen Punktes verschwinden sollte. Wenn nicht, so liegt ein Fehler entweder bei der Eingabe der Koordinaten oder bei der Auswahl des Passpunktes vor. Das Feld RMS wacht also über die Genauigkeit der Referenzierung; der zulässige Schwellenwert wird über das Icon „Optionen“ eingestellt (Standardwert = 2, Faustregel RMS-Fehler < 50% der Zellgröße [freundl. Mittl. N. Rosenbaum]).


Die Spalte „RMS“ darf am Ende nicht mehr rot sein, sonst ist die Referenzierung zu ungenau. Die Punkte können am Ende noch einzeln korrigiert werden, indem man in dem Icon-Feld rechts neben der RMS-Spalte das Icon „Punkte verschieben“ anklickt und den gewünschten Punkt im Fenster „Zoom-Kontrolle“ verschiebt. Auch dabei gilt es, den RMS-Wert im Auge zu behalten. Nach der Korrektur das Icon „Punkte verschieben“ erneut anklicken, um die Funktion auszuschalten.


Übersicht über das Iconfeld im Fenster „Georeferenzierung“:


Grünes Zahnrad rechts neben Tabelle anklicken (Georeferenzierung testen). Wenn nichts passiert, ist alles in Ordnung. Danach das durchgestrichene Zahnrad daneben anklicken (Test beenden).


Für höchste Sicherheit oder zur Zwischenspeicherung (optional, denn die Metadatei *.rmf wird auch automatisch gespeichert): das Disketten-Symbol anklicken und mit „ JA“ bestätigen.


Und dann kann noch über das CSV-Icon mit nach unten zeigendem Pfeil die Referenzierung als csv-Datei (comma separated values) gespeichert werden.


In der zweiten Icon-Zeile gibt es noch Symbole für:


„Optionen“,


„Ansichten zentrieren auf den gewählten Passpunkt“,


„Punkt verschieben“ (zur Korrektur / Verbesserung des RMS-Wertes)


und das Tür-Symbol für „Georeferenzierung abschließen“.


Dieses letztgenannte Icon anklicken


und den Dialog befolgen (alles speichern)



Die Karte ist nun referenziert und erscheint wieder im Ansichtsfenster.


Wurde anfangs kein Ansichtsfenster eröffnet, so muss das jetzt geschehen und die Karte wird zur aktuellen Ansicht hinzugefügt:


Ansichtsfenster aktivieren durch Anklicken!


Mit „Ansicht | Layer hinzufügen | Hinzufügen: Dateityp Raster einstellen | referenzierte Karte wählen | OK“ laden wir die Karte in die Ansicht.


Sollen später noch Referenzpunkte korrigiert werden, so muss in der Ansicht mit den entsprechenden Layern wieder das Georeferencing-Tool benutzt werden, und die Referenzpunkte müssen durch Klick auf das Icon „Von XML-Datei (.rmf) laden)“ in das Referenzierungsfenster geladen werden. Die Tabelle mit den Bezugspunkten erscheint, und nun kann mit „Punkte verschieben“ noch Feinarbeit durchgeführt werden. Nach der Korrektur das Icon „Punkte verschieben“ erneut anklicken, um die Funktion wieder auszuschalten.


METHODE II (mit referenzierender Information)

Anders als bei Methode I muss hier eine Ansicht erstellt und geöffnet werden. In diese Ansicht wird zuerst die bereits referenzierte Datei eingefügt , die als Referenz für die Bilddatei dient. Man kann dann die zu referenzierende Bilddatei in dieser Ansicht öffnen („Ansicht | Layer hinzufügen | Datei vom Typ Raster öffnen“) oder direkt auf das Tool „Georeferencing“ klicken und – für den Fall das mehrere Ansichten vorhanden sind – dort die zur Referenzierung gewünschte Ansicht auswählen.


Die Referenzierung kann nun auf zwei Wegen erfolgen:


  1. Absolute Referenzierung über eine Vektordatei mit Koordinatenpunkten, die auf der Karte zu identifizieren sind.
  2. Relative Referenzierung über einen bereits referenzierten Layer (Vektor oder Raster) der gemeinsame Merkmale mit der zu referenzierenden Datei hat, so z.B. Straßenkreuzungen, Flusseinmündungen markante Gebäude etc.

Bei beiden Wegen ist zu bedenken, dass die Bilddatei auf die Projektion des jeweiligen Referenzlayers referenziert wird. Dadurch ergibt sich auch die Möglichkeit beispielsweise die Bilddatei einer Karte mit aufgedruckten Referenzpunkten letztlich in einer anderen Projektion zu referenzieren (vgl. EXKURS weiter unten).


Absolute Referenzierung über eine Vektordatei mit Koordinatenpunkten

Zuerst ist die Lage der Koordinatenpunkte zu skizzieren, und die Koordinatenpaare werden in einer Liste notiert. Die Koordinatenliste ist mit einem Editor nach folgendem Muster zu erstellen: Trennzeichen für Spalten ist das Semikolon (;). Trennzeichen für Dezimalstellen ist der Punkt (.).


Schema:

Spaltenüberschrift 1; Spaltenüberschrift 2
Wertepaar 1: X-Wert; Wertepaar 1: Y-Wert
Wertepaar 2: X-Wert; Wertepaar 2: Y-Wert
usf.


Beispiel:

rechts; hoch; ODER Laenge; Breite
2500000; 5650000 7.00; 51.50
2510000; 5650000 8.00; 51.50


Diese Passpunkte als *.csv-Datei speichern ( ggf. die Dateiendung „.txt“ mit einem Dateimanager auf „.csv“ ändern ).


Im Projektverwalter das Icon TABELLE anklicken und die Datei mit den Koordinaten (Passpunkte) als Tabelle hinzufügen: „Tabelle | Neu | Hinzufügen“, Dateityp *.csv auswählen und Datei öffnen.


Die Tabelle mit den Passpunktkoordinaten wird angezeigt.


Nun das Ansichtsfenster anklicken [ ggf. neue Ansicht mit entsprechender Projektion erstellen ] und im Menü Ansicht mit „x/y-Datei hinzufügen“ die Passpunktdatei wählen und die X- und Y-Werte festlegen


Farbe und Größe der Symbole so ändern, dass sie sich später vor dem schwarzen Hintergrund des Referenzierungsfensters deutlich abheben (diesen Schritt überspringen, wenn man die Passpunktdatei in ein anderes Referenzsystem überführen muss).


An dieser Stelle besteht nun die Möglichkeit die Datei mit den Passpunkten in eine andere Projektion zu überführen. Dann kann die Bilddatei in dieser anderen Projektion referenziert werden. Dabei gehen die Symboleigenschaften verloren und müssen neu erstellt werden.


Im vorliegenden Fall bedeutet dies, dass die im geographischen Koordinatensystem (geogr. Länge/Breite, EPSG 4326, WGS 84) erstellte Passpunktdatei in die Projektion Gauß-Krüger Zone 2 umprojeziert werden kann. Wenn dann die Bilddatei mit dieser geänderten Passpunktdatei referenziert wird, erhält auch diese die Projektion Gauß-Krüger Zone 2.


Exkurs: Umprojektion einer Passpunktedatei

Im Menü „Ansicht“ den Geoprozessmanager öffnen. Dort „Geoprozesse | Datenkonvertierung | Umprojizieren“ wählen und Schaltfläche „Geoprozess öffnen“ klicken.


Eingabelayer wählen (hier die *.csv Passpunktedatei), Quell- und Zielprojektion festlegen, Speicherort und Namen für die Zieldatei auswählen und „OK“ klicken. Die *.csv-Datei wird dabei in das *shp (shape) – Format überführt. In unserem Beispiel erfolgt die Umwandlung von EPSG 4326 (WGS 84) nach EPSG 31466 (DHDN Gauß-Krüger-Zone 2).


Nun kann der Geoprozessmanager wieder geschlossen werden.


ENDE EXKURS Umprojektion einer Passpunktedatei, weiter mit Georeferenzierung Methode II:


Unabhängig von der angestrebten Zielprojektion sind die folgenden Arbeitsschritte zur Referenzierung der Bilddatei gleich.


Projektverwalter anklicken – Georeferencing Tool anklicken. Anders als bei Methode I wird nun die Option „mit referenzierender Information“ gewählt.

Für den Fall das mehrere Ansichten geöffnet sind, muss hier im Dropdown-Listenfeld die passende Ansicht mit dem entsprechenden Layer zur Referenzierung ausgewählt werden. Es kann im Fall der Passpunktedatei sowohl die *.csv- als auch die (im Beispiel oben umprojizierte) *.shp-Datei verwendet werden. Unter „Georeferenzierungsdatei“ versteht gvSIG die zu referenzierende Datei, das ist hier die Bilddatei. Das Feld „Ausgabe-Datei“ und alle anderen Einstellungen bleiben wie sie sind.


Im linken Fenster sind die Passpunkte zu sehen, im rechten die zu referenzierende Karte. Unten erscheinen wieder die Tabelle mit den Passpunkten und diesmal zwei Fenster für die Detailvergrößerung zur „Zoom-Kontrolle“ mit Anzeige der Koordinaten (=Inhalt des roten Fadenkreuzkästchens).


Nun für jeden Referenzpunkt in der Tabelle mit dem Icon einen neuen Datensatz anlegen und dann jeweils links und rechts die zusammengehörigen Punkte anklicken. Die so gesetzten Punkte erscheinen in den Fenstern links und rechts als leicht unterschiedliche Fadenkreuzsymbole.

Die RMS Spalte beobachten (wenn Rot, dann Fehler suchen). Die Punkte können am Ende noch einzeln korrigiert werden. Dazu das Icon „Punkte verschieben“ anklicken und den Punkt im rechten Zoom-Kontroll-Fenster verschieben. Auch hierbei den RMS-Wert kontrollieren. Das Icon „Punkte verschieben“ erneut anklicken, um die Funktion wieder auszuschalten.


Das Grüne Zahnrad rechts neben der Tabelle anklicken (= Test der Georeferenzierung). Im linken Kartenfenster erscheint die Lage der referenzierten Karte. Je nach gewählter Projektion ist hier mit Verzerrungen zu rechnen. Danach das durchgestrichene Zahnrad daneben anklicken (=Test beenden): Die Karte verschwindet links wieder.


Für höchste Sicherheit oder zur Zwischenspeicherung (optional, denn die Metadatei *.rmf wird auch automatisch gespeichert): das Disketten-Symbol anklicken und mit „ JA“ bestätigen um den Vorgang abzuschließen.


Und dann kann noch über das CSV-Icon mit Pfeil nach unten die Referenzierung als *.csv-Datei ( c omma s eparated v alues) gespeichert werden.


Tür-Symbol zum Verlassen des Referenzierungsdialogs anklicken. Wir wollen alles speichern und anschließend das Ergebnis in der Ansicht kontrollieren.


Sollen später noch Referenzpunkte korrigiert werden, so muss in der Ansicht mit den entsprechenden Layern wieder das Georeferencing-Tool benutzt werden (s.o.). Die Referenzpunkte müssen durch Klick auf das Icon „Von XML-Datei (.rmf) laden“ in das Referenzierungsfenster geladen werden. Sobald die Tabelle mit den Bezugspunkten erscheint, kann mit „Punkte verschieben“ die Feinarbeit durchgeführt werden. Durch erneutes anklicken des Icon „Punkte verschieben“ wird die Funktion ausgeschaltet.


Relative Referenzierung über einen bereits referenzierten Layer

Ansicht erstellen, und referenzierten Layer hinzufügen, hier ein Layer mit naturräumlichen Grenzen ( Naturraum_Ord3_Gar.shp ). Auch hier wieder auf eine kontrastierende Farbe zum schwarzen Untergrund im Referenzierungsfenster achten.

Georeferencing Tool anklicken und „mit referenzierender Information“ wählen (s. vorh. Beisp.).

Für den Fall das mehrere Ansichten geöffnet sind, muss hier die zur Referenzierung gewünschte Ansicht ausgewählt werden.

Unter „Georeferenzierungsdatei“ die zu referenzierende Datei wählen. Das Feld „Ausgabe-Datei“ und alle anderen Einstellungen bleiben unverändert. Im linken Fenster erscheint die referenzierte Vektor-Datei, im rechten die zu referenzierende Karte, unten erscheinen wieder die Tabelle mit Passpunkten und zwei Detailvergrößerungsfenster, die „Zoom-Kontrolle“ mit Anzeige der Koordinaten (=Inhalt des roten Fadenkreuzkästchens).


Für jeden Referenzpunkt in der Tabelle mit dem Icon einen neuen Datensatz anlegen und dann die jeweils im linken und rechten Fensterbereich auf gleicher geographischer Position liegenden Punkte anklicken. Die so gesetzten Punkte erscheinen in den Fenstern links und rechts als leicht unterschiedliche Fadenkreuzsymbole. – Ein mühsames, manchmal unausweichliches Verfahren.


Die Schritte wiederholen, bis wenigstens 3 bis 5 Punkte referenziert sind, RMS-Fehlerwerte kontrollieren und bei Bedarf Position der Punkte überarbeiten (s.o.). Die Geore-ferenzierung testen (s. o.) und bei Erfolg den Dialog verlassen. Das Projekt speichern und das Ergebnis in der Ansicht kontrollieren (wie gut decken sich die Grenzen der Naturräume in der neu referenzierten Rasterdatei und dem Vektorlayer Naturraum_Ord3_GAR.shp ).


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