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Datenmodell

GIS bezeichnet ein Softwaresystem zur Bearbeitung (engl.:  ,,processing``) räumlicher Daten (engl.:  ,,spatial data``).

Aufgrund der benötigten Eigenschaften ist ein adäquates Datenmodell realisierbar, das eine Möglichkeit zur Verfügung stellt, räumliche Daten und insbesondere Ereignisdaten (engl.:  ,,event data``) in einem Computerspeicher zu handhaben.

Dabei kann der Grad der Abstraktion bestimmter Vorgänge auf verschiedenen Stufen gewünscht sein.

Die Mehrzahl moderner GIS, insbesondere die vektorbasierten, versuchen eher die Wiedergabe einer Abbildung räumlicher Phänomene, als die Wiedergabe der räumlichen Phänomene selbst. Dieses führt zu einer Überkomplizierung von Speicherformaten und Algorithmen zur Bearbeitung, was mit dazu führt, daß sich der Anwender mit technischen Dingen, z.B. der Polygon-Topologie, auseinandersetzen muß. Dies ist aber oft irrelevant für sein eigentliches Problem im Bereich Geologie , Geophysik , Geographie  etc., genauso, wie das Erzeugen von Abständen von Zeichen für eine Proportionalschrift (engl.:  ,,kerning``) irrelevant für den Inhalt der meisten Artikel ist.

Aus diesem Grund ist es auch leicht verständlich, daß Kartenmaterial jeglicher Art auch nur ein weitverbreitetes Werkzeug zur Analyse räumlicher Daten darstellt, aber eben nicht mehr ist, als ein Werkzeug.

Dies gilt jedoch nicht, wenn, verbunden mit der Darstellung des Datenmaterials, Funktionen benötigt werden, die über die einer statischen Karte hinausgehen, egal mittels welchen Mediums diese vorliegt.

Die folgende Zusammenstellung erläutert Begriffe, die für Nutzung und Entwicklung von Komponenten von Bedeutung sind, wie sie in dieser Dissertation vorgestellt werden.

Objekte:

Objekte  sind Elemente auf einem Canvas,  die bestimmte Koordinaten, Attribute, (physikalische und mathematische) Eigenschaften und Zustände haben.

Schichten:

Eine Schicht  ist eine Menge von Objekten, die Gemeinsamkeiten haben. Bei dem entwickelten Konzept  muß es sich dabei nicht notwendigerweise um räumliche Daten handeln.

Eine Schicht besteht aus Objekten, die semantische Informationen für Koordinaten beinhalten. Diese Information kann z.B. abgefragt oder für Darstellung, Ereignisbindung oder andere Aufgaben verwendet werden.

In Erweiterung des Objektkonzeptes können funktionelle Eigenschaften durch Prozeduren ausgenutzt und mathematisch beschrieben werden. Schichten können damit auch durch Funktionen definiert werden.

Schichtklassifikation:

Schichten können durch ihren Definitionsbereich und ihre Werte klassifiziert werden.

Definitionsbereich:

Zweidimensionale Schichten:

 
Zweidimensionale Schichten  sind definiert in einem bestimmten zusammenhängenden Bereich. Dieser Bereich ist in der Regel endlich.

Eindimensionale Schichten:

 
Eindimensionale Schichten sind definiert über einen Satz von Linien im Untersuchungsgebiet.

Nulldimensionale Schichten:

 
Nulldimensionale Schichten sind definiert über einzelne Punkte.

Werte:

Numerische Schichten:

 
Die Werte numerischer Schichten gehören zu einem kontinuierlichen Intervall auf einer numerischen Achse und können beliebige Werte zwischen einem minimalen und maximalen Wert annehmen.

Klassifizierte Schichten:

 
Klassifizierte Schichten haben eine finite Anzahl von Werten. Als Werte sind auch Zeichenketten möglich.

Diese Klassifikation deckt die meisten theoretisch relevanten Schichten ab. Implementierungstechnisch sind weitere Detailierungen notwendig, z.B. bezüglich der Herkunft thematischer Daten.

Es existieren viele verschiedene Arten von Schichten, die in den häufigsten Fällen auf ihrer Herkunft aus verschiedenen Datenquellen beruhen.

Rasterschicht   (engl.:  ,,raster layer``)

Rasterdaten (engl.:  ,,raster data``),  statische Daten, im Regelfall Datensätze mit tabellarischer Legende.

 DEM ,  statische Daten, Werte im Regelfall errechnet über mathematische Funktionen aus Datensatz-Klassen.

Darstellungsdaten (engl.:  ,,chart``), dynamische Daten, im Regelfall über Datenbankabfragen.

Punktschicht   (engl.:  ,,point layer``, engl.:  ,,point data``).

Attribute (engl.:  ,,tag``),  Satz von Punkten beliebiger Werte.

Diagramm (engl.:  ,,diagram``),  Satz von Punkten, mit einem Vektor numerischer Werte.

Observation (engl.:  ,,observation``),  Satz von Punkten, im Regelfall mit Werten aus Datenbankabfragen.

Vektorschicht   (engl.:  ,,vector layer``).

Schichtobjekte (engl.:  ,,layer objects``) können Methoden und Eigenschaften haben. In vielen konventionellen Fällen werden einzelne Layer als Ganzes behandelt. Aufgrund der Eigenschaften und Attributbindungen können aus Objekten verschiedener Schichten  neue Schichten oder Gruppen gebildet werden.

Durch ihre Eigenschaften und Attribute können auch Objekte verschiedener Schichten gruppiert werden. Dadurch können Schichten entstehen, die Objekte aus konventionellen Schichten enthalten, ohne diese zu zerstören.

Regionen:

Sammlung von Datenmaterial mit gleicher Überdeckung und Projektion, aber möglicherweise unterschiedlicher räumlicher Auflösung.

Schicht-Visualisierungsmodi:

  Die verwendeten Vektorobjekte erlauben Füllfarben-Modus (engl.:  ,,colour mode``), Füllmuster-Modus (engl.:  ,,pattern mode``) und Symbol-Modus (engl.:  ,,symbol mode``).

Datenbankanbindung:

Aufgrund der verwendeten Entwicklungsumgebungen stehen eine Reihe von Datenbankanbindungen ( RDBMS ,  ODBC ,  DBI  (Perl) etc.) zur Verfügung. Aufgrund der Attribut-Ereignis Relationen können spezielle Datenbanklösungen integriert werden.

Objekt-Attribut-Ereignis Relationen:

Aufgrund flexibler Relationen können aus einem Rasterdatensatz viele Rasterobjekte mit unterschiedlicher Semantik gebildet werden.

Erweiterbarkeit:

Da es sich bei GIS-Anwendungen in der Regel um ein komplexes Zusammenspiel vieler Einzelkomponenten handelt, steht die Erweiterbarkeit und Skalierbarkeit an herausgehobener Stelle. Durch die ausschließliche Verwendung von Komponenten, Basisprozeduren, Elementen (engl.:  ,,widgets``) und anderem wiederverwendbaren offenen Code kann im Gegensatz zu den meisten kommerziellen Applikationen eine Erweiterung in alle Richtungen und auf Basis unterschiedlichster Komponenten erreicht werden.

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