Eine weit verbreitete Darstellungsform digitaler Karten sind sogenannte Raster-Karten. Bei einer Raster-Karte wird die Karte als gewöhnliche Bitmap wiedergegeben. Sind zu einer solchen Bitmap zusätzlich Koordinaten der Kartenprojektion bekannt, z.B. durch eine Koordinatengitter oder durch bekannte Eckpunkte, dann kann TransDEM solche Karten georeferenzieren, d.h. zu anderen Karten - auch unterschiedlichen Maßstabs - , zu DEMs oder zu Vektordaten (Trassen) in Bezug setzen, und sie mit diesen gemeinsam darstellen. Großmaßstäbige Karten nennt man Pläne. Orthofotos sind Luft- und Satellitenbilder mit Vertikalperspektive und Referenzkoordinaten. Pläne und Orthofotos werden wie Rasterkarten behandelt.
Vorbemerkung: Intern arbeitet TransDEM mit recht viel Mathematik und Geodäsie (Vermessungskunde). Geodätische Verfahren und mathematische Algorithmen bleiben für den Anwender jedoch verborgen. Die Bedienung von TransDEM ist so konzipiert, dass nur minimale Kenntnisse über Koordinatensysteme und ihre Anwendung erforderlich sind. Diese Kenntnisse können an Hand der mitgelieferten Dokumentation und der Tutorien-Beispiele erworben werden.
Voraussetzung ist, dass TransDEM das Koordinatensystem der Karte kennt und beherrscht. Das Standard-Koordinatensystem von TransDEM ist UTM. Zusätzlich werden verschiedene nationale Koordinatensysteme unterstützt, derzeit insgesamt 27.
Einige der TransDEM Koordinatensysteme:
UTM: eine transversale Mercator-Projektion (Universal Transverse Mercator), die die Erde in Zonen von 6° Längengraden teilt (insgesamt 60 Zonen), in TransDEM bezogen auf das geodätische Datum WGS84 (World Geodetic System 1984)
Gauß-Krüger / Potsdam: Eine für Deutschland geltende transversale Mercator-Projektion, ähnlich UTM, jedoch mit 3°-Zonen, bezogen auf einen Bessel-Ellipsoiden mit geodätischem Nullpunkt in der Nähe von Potsdam (Potsdam-Datum). 3°-Zonen. Zonen Kennung ist die höchstwertige Ziffer des Ostwertes
OSGB36: Das britische System des Ordnance Survey („National Grid“) ist wieder eine transversale Mercator-Projektion, enthält nur eine Zone, hat aber einen in Länge und Breite verschobenem Ursprung. OSGB36 verwendet einen Airy-Ellipsoiden und ein virtuelles geodätisches Datum (nicht auf einen einzigen Ort bezogen).
Irish Grid: Das irische System. Eng verwandt mit dem britischen, also eine transversale Mercator Projektion, aber mit anderem Ellipsoiden (Modified Airy) und Ursprung.
RD: Rijksdriehoeksnet. Das niederländische System. Es handelt sich um eine so genannte stereographische Projektion, bezogen auf einen Bessel-Ellipsoiden mit Datum Amersfoort. Nur eine Zone.
Swiss-Grid: Schweizer Landeskoordinaten. Eine schiefachsige Mercator-Projektion, bezogen auf einen Bessel-Ellipsoiden mit Datum Bern, bezeichnet als CH1903. Nur eine Zone.
EOV: Egységes Országos Vetületi rendszer. Das ungarische System. Berechnet als zweistufige Kombination aus Kugel- und Zylinderprojektion. Das geodätische Datum ist HD72 (Hungarian Datum 1972), verwendet einen Ellipsoiden IUGG GRS 1967 und wird bezogen auf den Projektionsursprung Gellérthegy. Nur eine Zone.
S42/(40) Pulkovo/Krassovsky: Das sowjetische (russische) System 1942. Es ist eine transversale Mercator-Projektion mit 6°-Zonen. Zonenteilung wie bei UTM. Als Ellipsoid wird Krassovsky 1940 benutzt. Das geodätische Datum ist Leningrad (St. Petersburg), nach Pulkovo1942.
S42/83 Pulkovo/Krassovsky: Dieses modifizierte Pulkovo/Krassovsky-System wurde ab 1983 im ehemaligen ostmitteleuropäischen Einflussbereich der Sowjetunion eingesetzt, und findet sich auch heute noch auf neuen Karten der ehemaligen DDR.
Mit Version 1.2 sind neu dazugekommen:
belgisches, luxemburgische und französische Gitter,
österreichisches Gitter,
italienisches Gitter,
tschechisches / slowakisches Gitter,
australische und neuseeländische Gitter,
zusätzliche UTM-Gitter mit ED50 für Europa und NAD27 für Nordamerika
Für die Georeferenzierung müssen die Koordinaten für drei Punkte auf der Bitmap-Karte bekannt sein. Für möglichst kleine Fehler sollten die Koordinaten möglichst in den Ecken der Bitmap liegen. Das verwendete Koordinatensystem muss von TransDEM unterstützt werden.
Trägt die Bitmap-Karte ein Koordinatengitter, bieten sich Gitterschnittpunkte als Referenzkoordinaten an.
Im hier vorgestellten Beispiel handelt es sich um eine schweizerische topographische Karte 1:25000, mit Swiss-Grid-Koordinaten und aufgedrucktem Koordinatengitter. Die für die Georeferenzierung verwendeten Gitterschnittpunkte sind mit einem Kreis markiert.
Die Georeferenzierung erfolgt in TransDEM mit Unterstützung durch die Maus. Die gewählten Referenzpunkte werden angeklickt und die Koordinaten dazu eingegeben. TransDEM führt durch diesen Prozess.
Ist die Bitmap-Karte bereits vor der Georeferenzierung an der Nord- und Ostachse ausgerichtet, und sind die Koordinaten der Eckpunkte bekannt, so kann ein vereinfachtes Verfahren in TransDEM genutzt werden.
Nach Eingabe der Referenzpunkte zeigt TransDEM das Ergebnis der Georeferenzierung durch ein Koordinatengitter an.
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TransDEM verwendet für die Georeferenzierung eine sogenannte affine Transformation. Mit den drei Referenzpunkten werden bestimmt:
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Bei erfolgreicher Eingabe der Referenzpunkte (und grundsätzlicher Eignung der Karte) wird das TransDEM-Koordinatengitter dem der Bitmap in Lage und Beschriftung entsprechen.
Im nächsten Schritt erfolgt eine Transformation nach UTM. UTM ist das Bezugskoordinatensystem von TransDEM. Alle weiter zu verarbeitenden Daten müssen als UTM-Koordinaten vorliegen.
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Die UTM-Transformation wandelt jeden einzelnen Bildpunkt um. Sie besteht aus folgenden Schritten:
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In vielen Fällen bewirkt die Transformation in UTM Koordinaten eine sichtbare Drehung (Rotation) der Bitmap. Die Transformation kann aber auch zu Dehnung/Stauchung und Entzerrung führen, abhängig von den Eigenschaften der originalen Bitmap und den Referenzkoordinaten.
Das Koordinatengitter bleibt zunächst dasjenige, das für die Eingabe der Referenzpunkte verwendet wurde. Im Beispiel hier dreht sich dieses Gitter mit.
TransDEM erlaubt nun das Umschalten des Koordinatengitters auf UTM. Das neue Gitter ist nun nicht mehr deckungsgleich zu dem der Georeferenzierung (Ausnahme: Es wurde bereites mit UTM georeferenziert). Selbst die geographischen Koordinaten (Länge und Breite) für denselben Punkt sind jetzt andere. Letzteres liegt daran, das unterschiedliche Koordinatensysteme ein unterschiedliches geodätisches Datum verwenden, vereinfacht ausgedrückt, sich auf einen unterschiedlichen Erdmittelpunkt beziehen.
TransDEM bietet mit Version 1.2 einen WMS-Client, mit dem von OGC-kompatiblen Web-Servern Kartenausschnitte mit fertiger Georeferenzierung automatisch abgerufen werden können, sowohl als Einzelbild, als auch entlang eines Pfades, z.B. einer Bahntrasse. Der TransDEM WMS-Client bietet umfangreiche Einstellmöglichkeiten und ist ausführlich dokumentiert.
Hier ein Abbild der Insel Usedom, mit Kartenausschnitten 1:50000 entlang der als "Usedomer Bäderbahn" bekannten Strecke. Die Karten stammen vom WMS-Server des Amts für Geoinformation Mecklenburg-Vorpommern.
TransDEM ermöglicht die semi-automatische Georeferenzierung von Google Earth-Orthofotos. Hilfsmittel dazu ist die Ortsmarke (Placemark) in Google Earth, die pro Bild vergeben wird und die notwendigen Koordinaten enthält. TransDEM liest diese Ortsmarke und entnimmt ihr alle zur Georeferenzierung notwendigen Daten.
Im folgenden Bild ist ein Google Earth-Orthofoto des Bahnhofs Heringsdorf (Insel Usedom) der topografischen Karte 1:25000 überlagert. Die Darstellung in TransDEM ist beliebig zoombar.
Im folgenden werden einige Beispiele für mit TransDEM georeferenzierte Karten mit verschiedenen Koordinatensystemen gezeigt.
Gezeigt wird die Querung der Wupper mit den Müngstener Brücke zwischen Remscheid und Solingen. Das Beispiel enthält eine topographische Karte 1:50000, überblendet mit einer Grundkarte 1:5000. Der graue Fleck in der rechten Bildhälfte ist die großmaßstäbige Grundkarte.
Bei weiterer Vergrößerung kann man den Übergang zwischen beiden Maßstäben gut erkennen.
Westlich von Sydney liegen die Blue Mountains, ein Gebirge, das die Eisenbahnbauer zunächst vor große Schwierigkeiten stellte. Im Bild zu sehen ist die Westrampe zwischen Lithgow und Mount Victoria.
Die Rasterkarten stammen von einem Geoserver. Sie wurden einzeln georeferenziert, und mit einem ASTER-DEM überblendet
Kartenbasis sind Vektordaten. Dies wird bei der Vergrößerung deutlich. Zu sehen ist hier alter und neuer Trassenverlauf östlich von Lithgow. Die alte Trasse mit Spitzkehre, noch in Kapspur, dient heute als Museumsbahn "Zig-Zag-Railway".
Bei diesem Beispiel handelt es sich nicht um eine Eisenbahn, sondern um eine historische Wasserstraße aus verschiedenen Kanälen, seit der Wiedereröffnung vor wenigen Jahren als "South Pennine Ring" bekannt. Das DEM stammt aus SRTM-Daten.
Das Beispiel zeigt eine topographische Karte 1:10000, überlagert mit SRTM-Höhendaten.
Im Bild zu sehen ist die Gotthard-Nordrampe bei Wassen, topographische Karte 1:25000, Höhendaten aus SRTM. Zusätzlich eingetragen der Verlauf der Bahntrasse.
Topographische Karte 1:500000 sowjetischer Produktion, überblendet mit einem ASTER-DEM. Zu erkennen ist die Bahntrasse der 950mm-Strecke von Asmara nach Keren, derzeit (2005) im Wiederaufbau. (Die topographischen Karten der sowjetischen Militärgeographen existieren für weite Teile des früheren sowjetischen Einflussbereichs. Die Karten sind für ihre hohe Qualität bekannt.)
© 2003 - 2006 Roland Ziegler
