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FU Berlin
Digitale Dissertation

Michael Fuchs :
Methoden zur objektiven Ableitung von Bodenkarten im Folgemaßstab
Unterstützung der geometrisch-begrifflichen Generalisierung von Bodenkarten durch erweiterte Werkzeuge in einem Geo-Informationssystem
Methods for the objective derivation of soil maps in the subsequent scale

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|Zusammenfassung| |Inhaltsverzeichnis| |Ergänzende Angaben|

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die Arbeit befasst sich mit der geometrisch-begrifflichen Generalisierung von Bodenkarten.

Bodenkarten nehmen unter den geowissenschaftlichen thematischen Karten eine Sonderstellung ein. Die Sonderstellung ist durch das eng räumliche Muster der Böden begründet. Bereits im großmaßstäbigen Darstellungsbereich werden die einzelnen Bodenareale durch ein Gefüge von Böden, die unterschiedlicher systematischer Einordnung sein können, beschrieben.

Bodenkarten werden digital erstellt und sind Grundlage von Auswertungskarten. Die digitale Herstellung und Haltung von Bodenkarten verlangt für den Prozess geometrisch-begrifflicher Generalisierung reproduzierbare Lösungswege.

Der Prozess geometrisch-begrifflicher Generalisierung von Bodenkarten ist in vier Teilschritte zerlegt, die sequenziell bearbeitet werden. Diese sind:

1) die inhaltliche Aggregierung,

2) die Flächenaggregierung,

3) die inhaltliche Generalisierung,

4) und die geometrische Generalisierung.

Unter der Prämisse von Darstellbarkeit und Nutzeranforderung an einen bestimmten Maßstab, werden Flächeneinheiten voneinander abgegrenzt. Die Bodenareale sollen sich voneinander unterscheiden, im entsprechenden Maßstab darstellbar sein und eine handhabbare innere Heterogenität besitzen.

Zur Bearbeitung in den vier Teilschritten geometrisch-begrifflicher Generalisierung werden multivariate Verfahren, landschaftsanalytische und informationstheoretische Kenngrößen und kontextbasierte Regeln genutzt. Die Grundlage zur Anwendung dieser Methode ist durch die Flächendatenbank eines bodenkundlichen Kartenwerkes gegeben. Die Flächendatenbank ist mit den geometrischen Daten verknüpft und führt die inhaltlichen Beschreibungen der Bodeneinheiten. Es existiert ein Regelwerk der Zuordnung von Flächenkartiereinheiten zu bestimmten Merkmalskomplexen mit deren Wichtigkeit im betrachteten Raum.

Die Teilschritte der geometrisch-begrifflichen Generalisierung von Bodenkarten werden algorithmisiert. Es entstehen Lösungsvorschläge zur Zusammenfassung, die nachvollziehbar sind. Der Prozess geometrisch-begrifflicher Generalisierung von Bodenkarten gewinnt damit an Transparenz.

Im Programm "Analytische Werkzeuge der Aggregierung und Generalisierung" sind die Methoden zur Unterstützung der geometrisch-begrifflichen Generalisierung von Bodenkarten umgesetzt. Das Programm läuft unter der ArcInfo-Workstation-Umgebung (geometrisch-topologisches Datenmanagement) und greift auf Access-Datenbanken (semantisches Datenmanagement) zu. Im Leitfaden zum Programm sind die zugrunde liegenden Formeln wiedergegeben und die aus den Berechnungen resultierenden Ergebnisse und die Formate der Ergebnisdateien beschrieben.

Für ein Beispielblatt aus dem bodengeologischen Kartenwerk des Landes Brandenburg, L3744, Blatt Potsdam 1 : 50 000, wird der Prozess geometrisch-begrifflicher Generalisierung von Bodenkarten mit den programmierten Werkzeugen geführt. Zwei Folgemaßstäbe, 1 : 100 000 und 1 : 200 000, werden erarbeitet und bewertet. Die Gültigkeit der Verfahren in den Teilschritten der geometrisch-begrifflichen Generalisierung und für die bodengeografischen Dimensionen wird diskutiert.

Eine Automatisierung der geometrisch-begrifflichen Generalisierung von Bodenkarten wird nicht erreicht. Der bodenkundliche Experte entscheidet auf der jeweiligen Bearbeitungsstufe über Lösungsschnitte, plausible Nachbarschaftszusammenfassung, Reichweite etc. Die implementierten Werkzeuge sind zur Erarbeitung von Entscheidungsgrundlagen gedacht.


Inhaltsverzeichnis

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Titel und Zusammenfassung

Inhaltsverzeichnis

1. Einführung

1

1.1 Das Anliegen der Arbeit

1

1.2 Aufbau der Arbeit

2

2. Begriffsbestimmung und Stand der Forschung über GIS-gestützte geometrisch-begrifflicher Generalisierung

3

2.1 Begriffsbestimmung

3

2.2 Stand der Forschung

4

3. Die wesentlichen Elemente geologischer und bodenkundlicher Grundlagenkarten

7

3.1 Vergleich Bodenkarte - Geologische Karte

7

3.2 Das Wesen der Bodenkarte

10

4. Die Entwicklung der Bodenkarten in Deutschland mit Sicht auf die Zunahme von Informationsdichte und Komplexität

16

5. Die Erfassung, Beschreibung und Kennzeichnung der Bodendecke

19

5.1 Steuerungsfaktoren der Bodenbildung

19

5.2 Techniken der Bodenkartierung

20

5.3 Standardisierung der Bodenkartierung: Kartieranleitung (KA4) und Bodensystematik

23

6. Generalisierung und Aggregierung, Konzepte in der praktischen Kartographie und der Bodenkunde

27

6.1 Kartografische Generalisierung

27

6.2 Bodenkundliche Aggregierung und Regionalisierung

29

6.3 Beispiele bodenkundlicher Aggregierung

32

7. Geo-Informationssystem (GIS) und Datenbanken in der Bodenkunde, Konzepte, Arbeitsweisen und Aufgaben

34

7.1 Begriffsbestimmung GIS, FIS und BIS

34

7.2 Bodenkundliche Flächendatenbank

35

8. Der Prozess der geometrisch-begrifflichen Generalisierung von Bodenkarten mit GIS-Werkzeugen

39

9. Die Methoden zur Unterstützung des Aggregierungsprozesses in der Bodenkunde

43

9.1 Landschaftsanalyse und Entropiemodellierung

43

9.1.1 Indizes zur Kennzeichnung der Diversität / Heterogenität

43

9.1.2 Gestaltindizes

45

9.1.3 Indizes zur Kennzeichnung der räumlichen Struktur

46

9.2 Multivariate Gruppierungsverfahren

49

9.2.1 Gruppierung durch den Experten

49

9.2.2 Hierarchische Clusteranalyse

50

9.2.3 Zweidimensionale Skalierung

51

9.2.4 Bewertung von Gruppierungen, F- und t-Werte

51

9.2.5 Formale Begriffsanalyse

54

9.2.6 Konfigurationsfrequenzanalyse

55

9.3 Kontextbasierte Regeln

56

9.3.1 Darstellbarkeitsindizes

56

9.3.2 Grenzlängenindex

57

9.3.3 Abstandsmessung, Verbindungsflächenermittlung und Flächenverschmelzung

58

10. Das Programm "Analytische Werkzeuge der Aggregierung und Generalisierung von Bodenkarten"

60

10.1 Einleitende Bemerkungen

60

10.2 Systemvoraussetzungen

61

10.3 Neue Softwareversion

61

10.4 Inhaltliche Voraussetzungen

61

10.5 Installation

61

10.6 Programmstart

62

10.7 Allgemeine Bemerkungen

62

10.8 Programmkomponenten

66

10.8.1 Gliederung der Programmkomponenten

66

10.8.2 Allgemein verfügbare Komponenten (Dienstprogramme)

67

10.8.3 Komponente "Landschaftsanalyse"

69

10.8.4 Komponente "Index maximaler Reduktion"

83

10.8.5 Komponente "Nachbarschaftskennzeichnung für ein Attribut"

86

10.8.6 Komponente "Nachbarschaftskennzeichnung aller Inhalte"

88

10.8.7 Komponente "Distanzmessung zwischen Polygonen verschiedener Inhalte"

89

10.8.8 Komponente "Verbindungsflächenermittlung"

91

10.8.9 Komponente "Verschmelzung von Flächen"

95

10.8.10 Komponente "Datenbankanbindung/Tabellenauswahl für multivariate Statistik"

97

10.8.11 Die gemeinsamen Teilkomponenten der Gruppierungsverfahren

100

10.8.12 Komponente "Expertengruppierung"

102

10.8.13 Komponente "Hierarchische Gruppierung (Clustern)"

103

10.8.14 Komponente "Zweidimensionale Skalierung"

106

10.8.15 Komponente "Inventar-Entropie"

108

10.8.16 Komponente "Konfigurationsfrequenzanalyse"

110

10.8.17 Komponente "Visualisieren von Gruppenlösungen"

113

10.9 Literatur zur Herkunft der Formeln und Verfahren

114

10.10 Dokumentationen der eingesetzten Softwareprodukte

115

10.11 Glossar der wichtigsten verwendeten ArcInfo-Ausdrücke

115

10.12 Glossar der verwendeten Datenbank-Ausdrücke

116

11. Die geometrisch-begriffliche Generalisierung des Blattes Potsdam 1 : 50 000 (L3744) zur Darstellung in den Folgemaßstäben 1 : 100 000 und 1 : 200 000

118

11.1 Geologisch-morphologischer Rahmen zum Blatt L3744 Potsdam, anthropogene Einflüsse und die wichtigsten Bodeneinheiten

118

11.2 Das Kartierungskonzept zur bodengeologischen Kartierung des Landes Brandenburg im Maßstab 1 : 50 000 (BK 50)

121

11.3 Die Aggregierung des Beispielblatts mit den im GIS implementierten Werkzeugen

123

11.3.1 Analyse der thematisch-kartographischen Konzeption der Ausgangskarte und des Inventars der Legendeneinheiten

123

11.3.1.1 Bewertung der Ausgangskarte mit dem Index der maximalen Reduktion

123

11.3.1.2 Kennzeichnung der Heterogenität auf der Ebene der Ausgangskarte durch Entropiemessung

123

11.3.1.3 Aufschlüsselung des Bodenformeninventars der Legendeneinheiten nach Art der Dominanz des boden- und substratsystematischen Teilinventars

124

11.3.1.4 Typisierung des boden- und substratsystematischen Inventars in den Hauptgenesegruppen durch die Konfigurationsfrequenzanalyse (KFA)

125

11.3.1.5 Join-Count-Statistik (JCS) für die Hauptgenesegruppen

126

11.3.1.6 Kennzeichnung von Auffälligkeit mit der standardisierten Entropie

126

11.3.1.7 Darstellung von Zusammenhängen zwischen den wichtigsten landschaftsanalytischen Kenngrößen der Ausgangskarte

127

11.3.2 Der Aggregierungs- und Generalisierungsprozess

131

11.3.2.1 Die Bewertung der Darstellbarkeit in den angestrebten Folgemaßstäben 1 : 100 000 und 1 : 200 000

131

11.3.2.2 Die inhaltliche Aggregierung der Legendeneinheiten

131

11.3.2.3 Test auf Darstellbarkeit der neuen Legendeneinheiten, Erhalt des Besonderen und die weitere Zusammenfassung nach der Vergesellschaftung

142

11.3.2.4 Verbindungsflächenermittlung und Eliminierung von Kleinstflächen

144

11.3.2.5 Formenvereinfachung, Glättung des Linienverlaufs

145

11.3.2.6 Inhaltliche Beschreibung der neuen Legendeneinheiten

145

11.3.3 Bewertung der Ergebniskarten

146

11.3.4 Vergleich des BÜK 200 - Ausschnitts mit dem Entwurf BÜK 200 Berlin

149

12. Anwendbarkeit der eingesetzten Verfahren und Indizes

154

12.1 Anwendbarkeit der Verfahren in den Teilschritten geometrisch-begrifflicher Generalisierung

154

12.2 Gültigkeit der Verfahren in den Aggregierungsstufen der KA 4

155

13. Danksagung

157

14. Verzeichnisse

158

14.1 Literaturverzeichnis

158

14.2 Verzeichnis der digitalen Karten

161

14.3 Verzeichnis der Tabellen und Abbildungen

162

15. Legende der Bodengeologischen Karte 1 : 50 000, Blatt Potsdam L3744

166

15.1 Die verbale Beschreibung der Blattlegendeneinheiten der Bodengeologischen Karte 1 : 50 000, L3744, Blatt Potsdam

166

15.2 Die substratsystematische Gliederung in der Bodengeologischen Karte 1 : 50 000, L3744, Blatt Potsdam

168

15.3 Die Bodenformen der Blattlegendeneinheiten der Bodengeologischen Karte 1 : 50 000, Blatt Potsdam L3744

169

16. Tabellen zum Vergleich BÜK 200 Entwurf und Ergebnis - Rohkarte im Maßstab 1 : 200 000

176

16.1 Das Bodenformeninventar der Ergebnis - Rohkarte im Maßstab 1 : 200 000

176

16.2 Zusammenstellung der Verschneidung des Entwurfs BÜK 200 Berlin CC3942 und Ergebnis - Rohkarte im Maßstab 1 : 200 000

177

17. Lebenslauf

184

18. Selbständigkeitserklärung

186

Anlage
Programm "Analytische Werkzeuge der Aggregierung und Generalisierung von Bodenkarten"

Download tag.zip


Ergänzende Angaben:

Online-Adresse: http://www.diss.fu-berlin.de/2002/119/index.html
Sprache: Deutsch
Keywords: soil map, generalisation, aggregation, replicable methods
DNB-Sachgruppe: 31 Geowissenschaften
Datum der Disputation: 01-Jul-2002
Entstanden am: Fachbereich Geowissenschaften, Freie Universität Berlin
Erster Gutachter: Prof. Dr. Franz K. List
Zweiter Gutachter: Prof. Dr. Rolf Schmidt
Kontakt (Verfasser): michael.fuchs@bgr.de
Abgabedatum:15-Jul-2002
Freigabedatum:23-Jul-2002

 


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