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Grundlagen des Informationssystems Messen/Limpachtal

Diplomarbeit 1999 161 Seiten

Geowissenschaften / Geographie - Phys. Geogr., Geomorphologie, Umweltforschung

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

Zusammenfassung

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen

1 Einleitung
1.1 Einführung
1.2 Aufgabenstellung
1.3 Vorgehensweise
1.4 Gliederung der Arbeit

2 Untersuchungsgebiet
2.1 Einführung
2.2 Geografische Angaben
2.2.1 Naturräumliche Voraussetzungen
2.2.2 Wandel der Kulturlandschaft
2.2.3 Wirtschaftliche und soziodemografische Entwicklung
2.3 Abgrenzung des Untersuchungsgebiets

3 Aufbau des Informationssystems
3.1 Einleitung
3.2 Bestandteile von ArcView GIS
3.2.1 Übersicht
3.2.2 Projekte
3.2.3 Views
3.2.4 Themen
3.2.5 Tabellen
3.2.6 Layouts
3.2.7 Skripten
3.3 Aufbau des Informationssystems Messen/Limpachtal
3.4 Organisation der Daten
3.5 Genauigkeitsanforderungen

4 Theoretische Grundlagen
4.1 Einleitung
4.2 Kartografische Grundlagen
4.2.1 Koordinatennetz der offiziellen schweizerischen Karten
4.2.2 Grundbuchplan und Übersichtsplan
4.3 Digitale Bildverarbeitung
4.3.1 Einleitung
4.3.2 Geometrische Entzerrung
4.3.3 Radiometrische Korrekturen
4.3.4 Bildverbesserungen
4.4 Geografische Informationssysteme
4.4.1 Einleitung
4.4.2 Definitionen
4.4.3 Eigenschaften Geografischer Informationssysteme
4.4.4 Darstellung von Raster- und Vektordaten
4.4.5 Geocodierung

5 Grundlagedaten
5.1 Einleitung
5.2 Übersichtsplan 1:
5.3 Luftbilder
5.4 Spot-pan-Szene
5.5 Landsat-TM-Szene
5.6 Meliorationspläne
5.7 Grundbuchdaten
5.8 Naturinventar
5.9 Ortsbildschutzinventar
5.10 Bodenkarte

6 Datenverarbeitung
6.1 Einleitung
6.2 Vorgehensweise
6.2.1 Arbeitsschritte der Datenverarbeitung
6.2.2 Benötigte Geräte
6.2.3 Verwendete Programme
6.3 Der Übersichtsplan 1:10 000 als Grundlage der Georeferenzierung
6.4 Das Digitale Höhenmodell
6.4.1 Einleitung
6.4.2 Herstellung des digitalen Höhenmodells
6.5 Orthorektifizierung der Luftbilder von 1937 und
6.5.1 Einleitung
6.5.2 Digitalisieren der Luftbilder
6.5.3 Erfassen der Passpunkte zur Georeferenzierung
6.5.4 Orthorektifizierung der Luftbilder
6.6 Herstellung der Orthofotos
6.6.1 Einleitung
6.6.2 Planung des Bildfluges
6.6.3 Signalisation
6.6.4 Resultate des Bildfluges
6.6.5 Digitalisieren der Luftbilder
6.6.6 Orthorektifizierung der Luftbilder
6.7 Georeferenzierung und Korrektur der Satellitendaten
6.7.1 Allgemeines zur Georeferenzierung der Satellitendaten
6.7.2 Georeferenzierung und Darstellung der Spot-pan-Szene
6.7.3 Georeferenzierung und Darstellung der Landsat-TM-Szene
6.8 Aus den Bilddaten abgeleitete Produkte
6.8.1 Einleitung
6.8.2 Synthetische perspektivische Ansichten
6.8.3 Videosequenzen
6.8.4 Kartierungen Hochstammhostetten und Wald
6.9 Meliorationspläne
6.10 Digitale Grundbuchdaten
6.10.1 Einleitung
6.10.2 Verarbeitung des digitalen Grundbuchplans
6.10.3 Aufbau des digitalen Bauzonenplans
6.10.4 Aufbau des digitalen Erschliessungsplans
6.10.5 Aufbau des digitalen Übersichtsplans Naturkonzept
6.11 Naturinventar
6.11.1 Einleitung
6.11.2 Digitalisieren der Objektblätter
6.12 Ortsbildschutzinventar
6.12.1 Einleitung
6.12.2 Bearbeitung der Fotografien
6.12.3 Erstellen der Objektblätter
6.13 Bodenkarte
6.14 Fazit der Datenverarbeitung
6.14.1 Einleitung
6.14.2 Fehlerquellen in der Datenverarbeitung

7 Fazit und Ausblick
7.1 Einleitung
7.2 Vorzüge des Informationssystems
7.3 Einsatz als Hilfsmittel der Gemeinde Messen
7.4 Künftige Ausbaumöglichkeiten

Literaturverzeichnis

Internet-Adressen

Urheberrechte und Warenzeichen

Anhang A: Ebenen des Grundbuchplanes Gemeinde Messen

Anhang B: Herstellung der Orthofotos 1937 und 1951

Anhang C: Berechnung des Bildfluges von 1997

Anhang D: Herstellung des Orthofotos 1997

Anhang E: Übersicht Objektblätter und Fotografien Naturinventar

Anhang F: Übersicht Objektblätter und Fotografien Ortsbildschutzinventar

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

Abbildung 1: Landsat-TM-Szene mit dem Untersuchungsgebiet Limpachtal und der Gemeinde Messen

Abbildung 2: Schematische Übersicht der Arbeitsschritte von den Grund- lagedaten bis zum Informationssystem

Abbildung 3: Luftaufnahme des Limpachtals

Abbildung 4: Abgrenzung des Untersuchungsgebietes Messen/Limpachtal

Abbildung 5: Darstellung der Oberfläche von ArcView

Abbildung 6: Übersicht über die Datenablage des Informationssystems

Abbildung 7: Entwurf der schweizerischen Landeskarte

Abbildung 8: Darstellung der Schweiz im Netz der geografischen Koordi- naten und der Landeskoordinaten

Abbildung 9: Überlagerung eines geometrisch nicht korrigierten Eingabe- bildes auf ein entzerrtes Ausgabebild

Abbildung 10: Unterschiedliche Verfahren der Kontrastverbesserung

Abbildung 11: Darstellung der Geometrie eines Linienstücks in Vektorform und in Rasterform

Abbildung 12: Orientierung von Daten in einem geografischen Referenz- system am Beispiel ausgewählter Datenebenen des Infor- mationssystems

Abbildung 13: Wellenlängenabschnitte der erfassten elektromagnetischen Strahlung der Sensoren der Satelliten Landsat-5 und Spot

Abbildung 14: Schematische Darstellung der Datenverarbeitung

Abbildung 15: Orthofotomosaik 1937

Abbildung 16: Orthofotomosaik 1951

Abbildung 17: Orthofotomosaik 1997

Abbildung 18: Ausschnitt aus der Spot-pan-Szene vom 4. August 1994

Abbildung 19: Ausschnitt aus der Landsat-TM-Szene vom 7. Juli 1984

Abbildung 20: Synthetische perspektivische Ansicht des Orthofotos 1997

Abbildung 21: Kartierung der Hochstammobstanlagen der Gemeinde Messen auf Grundlage der Orthofotos 1937 und 1951

Abbildung 22: Ausschnitt aus dem Meliorationsplan von 1939

Abbildung 23: Digitaler Bauzonenplan der Gemeinde Messen

Abbildung 24: Digitaler Erschliessungsplan der Gemeinde Messen

Abbildung 25: Digitaler Übersichtsplan Naturkonzept der Gemeinde Messen

Abbildung 26: Objektblatt Höllgraben-Bord aus dem digitalen Naturinventar der Gemeinde Messen

Abbildung 27: Objektblatt Reformierte Pfarrkirche aus dem digitalen Ortsbildschutzinventar der Gemeinde Messen

Abbildung 28: Ausschnitt aus der Bodenkarte der Schweiz, Blatt 1146 Lyss

Abbildung 29: Visualisierung der Parzellengrenzen und Gebäude des Bauzonenplans der Gemeinde Messen

Abbildung 30: Übersicht Objektfotografien Naturinventar 141-

Abbildung 31: Übersicht Objektfotografien Ortsbildschutzinventar 151-

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Die im Informationssystem Messen/Limpachtal verwendeten Datenebenen

Tabelle 2: Grundlegende Unterschiede zwischen Vektor- und Rasterdaten

Tabelle 3: Die verwendeten Grundlagedaten und die daraus erstellten Produkte

Tabelle 4: Ausgewählte Kenngrössen von Spot-1 bis Spot-3

Tabelle 5: Ausgewählte Kenngrössen von Landsat-4 und Landsat-5 Thematic Mapper

Tabelle 6: Zwischen- und Endprodukte des Orthofotomosaiks 1997

Tabelle 7: Inhalte des Bauzonenplans der Gemeinde Messen

Tabelle 8: Inhalte des Erschliessungsplans der Gemeinde Messen

Tabelle 9: Inhalte des Übersichtsplans Naturkonzept der Gemeinde Messen

Tabelle 10: Übersicht aller aus dem Grundbuchplan exportierten und abgeleiteten ArcView-Themen

Tabelle 11: Die aus der Bodenkarte erstellten ArcView-Themen und deren Inhalte

Tabelle 12: Verteilung der Ebenen der digitalen Grundbuchdaten

Tabelle 13: Report der Funktion PPOINT für das Luftbild Nr. 1082

Tabelle 14: Report der Funktion CAMERA für das Luftbild Nr. 1082

Tabelle 15: Die zur Georeferenzierung der Luftbilder von 1997 verwendeten Triangulationspunkte

Tabelle 16: Übersicht Objektblätter Naturinventar 139-

Tabelle 17: Übersicht Objektblätter Ortsbildschutzinventar 147-

Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Vorwort

Das ursprüngliche Ziel der vorliegenden Diplomarbeit war der Aufbau eines digitalen Informationssystems für eine ländliche Gemeinde. Was daraus entstand, übertraf die anfänglichen Vorstellungen um ein Weites. Auch aus meiner Sicht reicht diese Arbeit über den wissenschaftlichen und technischen Aspekt hinaus. Ich habe dabei gelernt, ein grösseres Projekt durchzuziehen und konnte mir ein umfangreiches Wissen über die digitale Verarbeitung von Fernerkundungsdaten und über Geografische Informationssysteme aneignen. Geschätzt habe ich dabei den grossen mir zugebilligten Freiraum und die Möglichkeit, mich selbstständig zu entfalten. Weil es mir ermöglicht wurde, neben der Arbeit an diesem Projekt in verschiedenen der Geografie nahe stehenden Anstellungen tätig zu sein, konnte ich die Synergieffekte optimal nutzen, die sich aus Studium und Erwerbstätigkeit ergaben. So bin ich dankbar für das erworbene Wissen und fühle ich mich mit einem nicht unbeträchtlichen Erfahrungsschatz auch für künftige berufliche Herausforderungen gewappnet.

Mein Dank gilt allen Personen, die mich in dieser Zeit im Studium, beruflich und auch privat unterstützt und begleitet haben, insbesondere

- dem Initiator und Betreuer der vorliegenden Arbeit, PD Dr. Michael F. Baumgartner, für die Gelegenheit an einem herausfordernden und interes- santen Projekt beteiligt zu sein, für die Kontakte zur Gemeinde Messen, die er zusammen mit Gabriela Apfl pflegte, sowie für die Chance, als Hilfsassi- stent im Rahmen der Übungen zur Vorlesung Fernerkundung I Erfahrungen zu sammeln,
-meinem Weggefährten Thomas Marti für die Freundschaft und die frucht- bare Zusammenarbeit,
-den Praktikanten, deren Beiträge in die vorliegende Arbeit einflossen, Martin Jaggi für das Digitalisieren der Höhenkurven des Übersichtsplans 1:10000, René Bossart für das Vektorisieren der Bodenkarte Lyss und David Oesch für die Evaluation der Funktionen von ArcView 3D-Analyst,
-der Einwohnergemeinde Messen, insbesondere Herrn Gemeindepräsident Bucher, für das Interesse an neuen Technologien und das entgegengebrachte Vertrauen,
-Herrn Perrinjaquet und Herrn Budmiger von der Firma Photogrammetrie Perrinjaquet, Gümligen, für die Unterstützung bei der Herstellung von Orthofotos für die vorliegende Arbeit,
-Herrn Zuber vom Ingenieur- und Vermessungsbüro Widmer + Hellemann, Biberist, und Herrn Schmid von der Kantonalen Denkmalpflege des Kantons Solothurn für die bereitwillig zur Verfügung gestellten Daten,
-Herrn Perret vom NPOC (Bundesamt für Landestopographie) für die Unter- stützung beim Bezug einer Spot-pan-Szene,
-Herrn Hubert Gerhardinger für die zahlreichen Hilfestellungen im Umgang mit Geografischen Informationssystemen,
-allen Mitgliedern der Gruppe für Fernerkundung, insbesondere den beiden Doktoranden Hannes Kleindienst und Stefan Voigt für die zahlreichen wertvollen Hilfestellungen sowie ihre Geduld, als die Datenmengen der Orthofotos ab und zu das Netzwerk zum Erliegen brachten, Christoph Kull und Matthias Liechti, die mich in die Geheimnisse der digitalen Bildverarbeitung einweihten, sowie Beat Burri, Alex Gruber, Stefan Heilmann, Michael Koch, Rolf Ottersberg, Patrick Scheppler, Markus Pfister, Silvia Roth, Reto Siegenthaler und Ulli Winkler, denen ich für die Zusammenarbeit und die Kollegialität danken möchte,
-den Studentinnen und Studenten des damaligen 5. Semesters für die Mit- arbeit und den Gedankenaustausch während der Übung und Exkursion Messen/Limpachtal im Mai 1998,
-in Liebe meinen Eltern für die Unterstützung in allen Bereichen, die mir dies alles ermöglichte, und besonders EJW für die Korrekturen und Anregungen bezüglich der grafischen Gestaltung.

Zusammenfassung

Die 1995 begonnene Revision der Ortsplanung der Gemeinde Messen (SO) führte zum Entschluss als digitale Grundlage ein Geografisches Informationssystem zu ver- wenden. Zusammen mit der Diplomarbeit von Thomas Marti (1999) beschreibt die vorliegende Arbeit den Aufbau des digitalen Informationssystems Messen/Limpachtal, das in Zusammenarbeit mit der Ortsplanungskommission und dem an der Ortsplanung beteiligten Vermessungsbüro entstanden ist.

Neben der Verwendung von Grundbuchdaten auf Vektorbasis wurden als wesentliche Neuerung Satellitendaten und Orthofotos einbezogen, wodurch flächendeckende Daten erfasst und verarbeitet werden konnten. Die Satellitendaten liefern auf Grund ihrer spektralen Eigenschaften eine Fülle von relevanten Informationen, die sich beispielsweise für die Analyse von landwirtschaftlichen Kulturen oder von Siedlungsstrukturen eignen. Mit Hilfe von Luftbildern aus den Jahren 1937, 1951 und 1997 konnten die Veränderungen der Kulturlandschaft im Limpachtal im Verlaufe der vergangenen Jahrzehnte dokumentiert werden. Als weitere Informationsquellen wurden Pläne der im Zeitraum des Zweiten Weltkriegs ausgeführten Melioration des Tales sowie eine aktuelle Bodenkarte aufgenommen. Das Informationssystem wurde erweitert durch das Naturinventar der Gemeinde Messen und durch ein auf Grundlage des Inventars der Kantonalen Denkmalpflege Solothurn erstelltes Ortsbildschutzinventar.

Die Verarbeitung der benötigten Grundlagedaten erstreckte sich von der Datenbeschaffung bis zum Aufbau des Informationssystems. Neben den bereits in analoger oder digitaler Form vorhandenen Informationen wurden zahlreiche Daten neu erstellt, wobei insbesondere die Luftbilder von 1997 und die Gebäudefotografien des Ortsbildschutzinventars zu erwähnen sind.

Für die weitere Verarbeitung mussten die analogen Luftbilder, Pläne und Inventare digitalisiert werden. Die Verwendung in einem Geografischen Informationssystem erforderte die Georeferenzierung aller raumbezogenen Daten auf dem Netz der schweizerischen Landeskoordinaten. Als Grundlage wurde hierzu der digitale Über- sichtsplan im Massstab 1:10000 eingesetzt, der eine hohe Genauigkeit der Georefe- renzierung ermöglichte. Dadurch konnte die für den Einsatz in der Ortsplanung erforderliche Genauigkeitsanforderung von einem Meter erfüllt werden. Aus den Höhenkurven des digitalen Übersichtsplans wurde ein digitales Höhenmodell erstellt, das für die Orthorektifizierung der Luftbilder benötigt wurde. Die Raster- daten wurden mit Hilfe der digitalen Bildverarbeitung für die Darstellung im Infor- mationssystem optimiert.

In einem nächsten Arbeitsschritt wurden die Daten weiterverarbeitet und die ver- schiedenen im Informationssystem verwendeten Produkte erzeugt. Die digitalisier- ten Meliorationspläne und die Bodenkarte 1:25000 wurden vektorisiert und mit Attributen versehen. Aus den Vektorebenen des digitalen Grundbuchplans wurden der Bauzonenplan, der Erschliessungsplan und der Übersichtsplan Naturkonzept der Gemeinde Messen als Datenebenen des Informationssystems erstellt. Aus den Orthofotos entstanden synthetische perspektivische Ansichten und Videosequenzen, die den Landschafts- und Siedlungswandel dokumentieren. Die Objektblätter der Inventare Natur und Ortsbildschutz wurden als Microsoft Word-Dokumente abgelegt.

Zur Realisation des Informationssystems Messen/Limpachtal wurde das Programm ArcView GIS verwendet. Die erstellten Daten wurden in spezifischen Projektdateien thematisch geordnet und dargestellt. So entstanden Projektdateien zu den Themen Ortsplanung, Ortsbildschutz, Melioration, Landschaftswandel und Naturschutz. ArcView ermöglicht den kombinierten Einsatz von Raster- und Vektordaten und dient zur Darstellung, Verarbeitung, Analyse und Ausgabe der Daten des Informati- onssystems. Auf Grund der offenen Struktur ist es jederzeit möglich neue oder aktualisierte Daten zu integrieren. Die Verknüpfung von Datensätzen mit externen Daten wie Rasterbildern und Textdokumenten ermöglicht den Einbezug zusätzlicher Informationen. Das einfach zu bedienende Programm eignet sich auch auf Grund seiner Fähigkeit, die vorhandenen Daten anderen Geografischen Informations- systemen und Bildverarbeitungsprogrammen zur Verfügung zu stellen.

Die Datenebenen des Informationssystems können für weitere Projekte verwendet und durch neue Grundlagedaten ergänzt werden. Die hochpräzisen digitalen Grund- buchdaten bilden eine zuverlässige Grundlage für künftige Anwendungen wie das Erstellen eines Leitungskatasters oder die Organisation des Zivilschutzes. Bei Bedarf können weitere Satellitendaten und Luftbilder aufgenommen werden, die ein rasches Aktualisieren des Informationssystems ermöglichen. Durch den hohen Gehalt an spektralen Informationen und die verbesserte Auflösung von bis zu einem Meter eignen sich die Aufnahmen moderner Satellitensysteme gut für den Einsatz in Planungen. Entsprechende Programme erlauben die Visualisierung von Raster- und Vektordaten aus der Fernerkundung, aus der Raumplanung und aus dem Ingenieur- wesen zur Veranschaulichung komplexer Zusammenhänge in Planungen und Umweltstudien. So können beispielsweise Flüge und Bewegungen durch ein Gelände in Echtzeit simuliert werden.

1 Einleitung

1.1 Einführung

Im Frühjahr 1997 wurde am Geographischen Institut der Universität Bern im Auftrag der Einwohnergemeinde Messen (Kanton Solothurn) mit der Arbeit am Projekt Informationssystem Messen/Limpachtal begonnen. Dies geschah in der Absicht, eine umfassende, digitale Planungsgrundlage für die Gemeinde Messen aufzubauen. Mit einer Sammlung von digitalen, raumbezogenen Grundlagen sollte der Gemeinde für die Ortsplanung ein modernes, einfach zu bedienendes Hilfsmittel in Form eines Geografischen Informationssystems (GIS) zur Verfügung gestellt werden. Als wesentliche Neuerung wurden dabei digitale Luftbilder und Satellitendaten verwendet (siehe Abbildung 1).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Der Ausschnitt aus der Landsat-TM-Szene vom 7. Juli 1984 zeigt das Untersuchungsgebiet Limpachtal mit der Gemeinde Messen in der Mitte (Massstab rund 1:86000). Quelle: NPOC, © Eurimage, GIUB (1984).

Diese Aufnahmen enthalten eine Fülle von verwertbaren Informationen, die in der Orts- und Regionalplanung eingesetzt werden können. Durch den Einbezug dieser Bilddaten wird ein für Geografische Informationssysteme neuer Ansatz verfolgt. An Stelle der Repräsentation von Daten mittels linearer Vektorelemente werden durch Bilddaten Informationen flächenhaft dargestellt. Ein weiterer Vorteil der Bilddaten liegt darin, dass es jederzeit möglich ist, neue Luftbilder und Satellitendaten in das Informationssystem zu integrieren und somit die Inhalte zu aktualisieren. Eine Serie von Aufnahmen ermöglicht zudem die Darstellung und Analyse von Veränderungen über die Zeit, sei es über eine Vegetationsperiode oder über Jahre bis Jahrzehnte. Durch die fortlaufende Verbesserung der räumlichen Auflösung von Satellitendaten werden die Möglichkeiten immer vielfältiger. Satellitendaten können bereits heute für Planungen und Kartennachführungen eingesetzt werden.

Mit einem GIS können räumliche Informationen auf einem EDV-System verwaltet, verarbeitet und auf digitalen Karten dargestellt werden. Den Benutzerinnen und Benutzern steht dabei eine Vielfalt von Möglichkeiten offen, diese Daten in themati- schen Anwendungen zu kombinieren. Solche Systeme wurden in den vergangenen Jahren vermehrt auch auf Gemeindeebene eingesetzt. Im vorliegenden Projekt soll- ten die Möglichkeiten Geografischer Informationssysteme exemplarisch an der Gemeinde Messen und der Region Limpachtal aufgezeigt werden. Die dabei ange- wandten Methoden und die daraus gewonnenen Erkenntnisse lassen sich auch auf andere Gemeinden und Regionen unterschiedlicher Grösse übertragen.

Mit der Einberufung einer kommunalen Ortsplanungskommission (siehe dazu auch MARTI 1999, Kapitel 3.6) begann Ende 1995 die Revision der Ortsplanung der Gemeinde Messen, die zum Entschluss führte, ein GIS als Hilfsmittel für die Raum- planung aufzubauen. Die revidierten Planungsgrundlagen zur Raumordnung der Gemeinde Messen sollten in digitaler Form verfügbar sein. Der von der Ortspla- nungskommission in Zusammenarbeit mit dem Vermessungsbüro Widmer + Hellemann überarbeitete Bauzonenplan sollte deshalb in einem digitalen Informati- onssystem zur Verfügung stehen. Da die Raumplanung ein breiteres Feld abdeckt als nur die Ordnung der zulässigen Nutzung des Bodens innerhalb des Siedlungsgebietes, sollte sich das Informationssystem nicht ausschliesslich auf den Bauzonenplan konzentrieren. Auch andere Bereiche wie Natur und Landschaft oder Aspekte des Ortsbildschutzes wurden berücksichtigt und die entsprechenden räumlichen Grundlagen in das Informationssystem integriert.

Bereits im Wintersemester 1994/95 wurde im Rahmen der Vorlesung Fernerkun- dung I am Geographischen Institut unter der Leitung von PD Dr. Michael F. Baumgartner eine Übung durchgeführt, die sich mit dem Wandel der Kulturland- schaft im Limpachtal auseinander setzte. Anhand von Luftbildern aus verschiedenen Jahren wurden Überlegungen zur Dynamik der Landschaft und der Siedlungen im Limpachtal angestellt. Die Veränderung der Kulturlandschaft im Rahmen der gross- flächigen Entwässerung und Güterzusammenlegung sowie die Korrektur des Limpachs während des Zweiten Weltkriegs bildeten die Schwerpunkte dieser Übung. Somit wurden Informationen über die nähere Vergangenheit des Untersuchungsgebietes Limpachtal erarbeitet, die zusammen mit geeigneten Kartengrundlagen in ein GIS aufgenommen werden konnten.

Das Informationssystem Messen/Limpachtal beschränkt sich also nicht nur auf den heutigen Zustand der Siedlung Messen und der Kulturlandschaft im Limpachtal, sondern berücksichtigt auch den historischen Aspekt. Dieser konnte anhand räumli- cher Grundlagen über die vergangenen sechzig Jahre hinweg dokumentiert werden. Zur operativen Umsetzung und Lösung der Aufgabenstellung wurden flächende- ckend historische und aktuelle Luftaufnahmen sowie Satellitenbilder herangezogen. Diese Bilddaten bilden einen zentralen Bestandteil des Projektes und illustrieren auch die zeitlichen Veränderungen.

1.2 Aufgabenstellung

Das ursprüngliche Thema der vorliegenden Arbeit umfasste die Ortsplanungsrevision und den Landschaftswandel der Gemeinde Messen im Kanton Solothurn. Die Gemeinde befand sich zu dieser Zeit in der Revision der Ortsplanung und wollte dabei mit möglichst modernen Methoden und Techniken arbeiten. Gemeinsam mit der Ortsplanungskommission und dem beteiligten Vermessungsbüro sollte eine digitale Planungsgrundlage für das Gemeindegebiet von Messen aufgebaut werden. Ebenso von Bedeutung war der Landschaftswandel seit den Dreissigerjahren, wobei die Veränderungen durch die Melioration und die Korrektur des Limpachs im Vordergrund standen. Diese digitale Grundlage sollte zu einem späteren Zeitpunkt ein einfaches Aktualisieren der Daten sowie ein effizientes Umsetzen von künftigen Planungsaufgaben und Umweltkonzepten ermöglichen. Als Datengrundlage sollten digitale Luftbilder und Orthofotos, Grundbuchpläne sowie Karten zur Melioration und zur Korrektur des Limpachs dienen.

Aus dieser Ausgangslage entwickelte sich das im Sommer 1998 fertig gestellte Informationssystem Messen/Limpachtal. Neben den ursprünglich vorgesehenen Grundlagen wurden jedoch weitere Daten verarbeitet, und es entstanden Produkte, aus denen sich vielfältige neue Anwendungsmöglichkeiten ergaben.

Als Thomas Marti im Frühling 1997 zur Gruppe für Fernerkundung stiess, beschäf- tigte er sich vorwiegend mit dem Landschaftswandel im Limpachtal, während sich der Verfasser auf die Ortsplanung konzentrierte. Beide Diplomanden konnten ihre in einem Praktikum beim Amt für Gemeinden und Raumordnung des Kantons Bern erworbenen Kenntnisse in den Bereichen Raum- und Landschaftsplanung sowie Geografische Informationssysteme einfliessen lassen. Mit dem Einbezug historischer und aktueller Luftbilder, der Verwendung von Satellitendaten sowie der Aufnahme von Inventaren aus den Bereichen Natur und Ortsbildschutz seien an dieser Stelle nur einige der wichtigsten Etappen der vorliegenden Arbeit erwähnt.

1.3 Vorgehensweise

Der Verlauf der Arbeiten von den Grundlagedaten bis hin zum Informationssystem liess sich in fünf Schritte unterteilen, die in Abbildung 2 dargestellt sind. Dabei han- delt es sich jedoch nicht um einen chronologischen, sondern einen funktionalen Ablauf, da sich gelegentlich neue Daten zur Aufnahme in das Informationssystem anboten und die Arbeitsschritte für die einzelnen Daten sich teilweise überschnitten. Im Zusammenhang mit der Datenverarbeitung sei auch auf die schematische Dar- stellung der Datenverarbeitung in Abbildung 14 (Seite 70) verwiesen.

Zusammengefasst entstand das Informationssystem Messen/Limpachtal in diesen fünf Schritten:

1. Datenbeschaffung

Im Rahmen der Konzeption wurde erwogen, welche Daten sinnvoll im Informationssystem einzusetzen sind. Dazu galt es vor dem Bezug abzuklären, ob und zu welchen Kosten die Daten verfügbar waren, in welcher Form sie vorlagen und wie sie in das Informationssystem integriert werden konnten. Selbstverständlich mussten die noch nicht existierenden Daten neu erstellt werden; einige Daten wurden aber auch selbst erstellt, weil der Erwerb zu kostspielig gewesen wäre.

2. Digitalisieren der analogen Daten

Da nur ein Teil der Grundlagedaten bereits in digitaler Form vorhanden war, galt es die anderen Daten in eine digitale Form zu überführen. Dieser Vor gang gestaltete sich für Bilder relativ einfach, da diese mit Hilfe von Scannern digitalisiert und als Rasterdaten weiter verwendet werden konnten. Daten, die in Form von Vektoren eingesetzt werden sollten, erforderten hingegen wesentlich aufwändigere Arbeitstechniken.

3. Zwischenverarbeitung der digitalen und digitalisierten Daten

Vor einer weiteren Verwendung war es erforderlich, sämtliche Daten auf einer gemeinsamen Grundlage zu georeferenzieren und die Darstellung der Rasterdaten mit Hilfe der digitalen Bildverarbeitung zu optimieren. Zur Herstellung der schlussendlich im Informationssystem eingesetzten Daten waren Zwischenschritte notwendig, deren Produkte zur Erzeugung weiterer Daten unerlässlich waren. Die Orthorektifizierung der Luftbilder etwa erforderte ein aus dem Übersichtsplan 1:10000 abgeleitetes digitales Höhen- modell.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Schematische Übersicht der Arbeitsschritte von den Grundlagedaten bis zum Informationssystem.

4. Weiterverarbeitung der Daten

In diesem Arbeitsschritt wurden die endgültig im Informationssystem ver- wendeten Produkte erstellt. Die Inventare Natur und Ortsbildschutz wurden in digitaler Form erzeugt, die bis zu diesem Schritt in Rasterform vorliegen- den Meliorationspläne und die Bodenkarte wurden vektorisiert, aus den Vektorebenen des digitalen Grundbuchplanes wurden die in der Ortsplanung verwendeten Pläne erstellt und aus den Orthofotos entstanden synthetische perspektivische Ansichten und V ideosequenzen.

5. Aufbau des Informationssystems

Die Vielfalt der verwendeten Daten verlangte nach einer übersichtlich struk- turierten Ablage, die durch das Einrichten von funktional konzipierten Ver- zeichnissen am physikalischen Speicherort der Daten gewährleistet werden konnte. Zur Realisation des Informationssystems Messen/Limpachtal wur- den die Daten im Programm ArcView GIS dargestellt und in thematischen Projektdateien abgelegt.

1.4 Gliederung der Arbeit

Das Projekt Informationssystem Messen/Limpachtal wird durch zwei Diplomarbei- ten dokumentiert. Während sich die vorliegende Arbeit auf die theoretischen Grund- lagen, auf die Verarbeitung der Daten und auf den Aufbau des Informationssystems konzentriert, befasst sich die Arbeit von Thomas Marti mit dem Umfeld, dem Inhalt und den Anwendungsmöglichkeiten des Projekts (MARTI, 1999). In beiden Arbeiten sind Querverweise angebracht, so dass sich beide Teile zu einer vollständigen Doku- mentation ergänzen.

Die vorliegende Arbeit ist in sieben Hauptkapitel und in Anhänge eingeteilt:

- Auf die einleitende Darstellung der Ausgangslage und der Vorgehensweise folgt in Kapitel 2 eine Beschreibung der naturräumlichen Voraussetzungen und der Entwicklung des Limpachtals seit 1850 sowie eine Definition des Untersuchungsgebietes. Ausführliche Informationen über das Untersu- chungsgebiet finden sich in Kapitel 3 der Arbeit von MARTI (1999).

- Kapitel 3 befasst sich mit dem Aufbau des Informationssystems und soll als Einführung in die Benutzung von ArcView dienen. Dieses für die Arbeit mit den Daten eingesetzte Programm wird vorgestellt und seine Funktionen und Einsatzmöglichkeiten werden erläutert. Die Daten des Informationssystems werden von ArcView in so genannten Projektdateien organisiert, deren Auf- bau und Inhalt ebenfalls in Kapitel 3 erläutert wird. Die für die Erstellung eines Informationssystems notwendigen Genauigkeitsanforderungen werden an dieser Stelle ausführlich diskutiert. Für eine detaillierte Beschreibung des Aufbaus und des Inhalts der Projektdateien sei auf Kapitel 4.4 der Arbeit von Marti (1999) verwiesen.

- In Kapitel 4 werden die theoretischen Grundlagen der Datenverarbeitung und des Informationssystems beschrieben. Da für die Verarbeitung der Grundlagedaten und für den Aufbau des Informationssystems ein verbindli- ches geografisches Referenzsystem notwendig war, werden das offizielle schweizerische Koordinatennetz und die darauf aufbauenden Planwerke der amtlichen Vermessung erläutert. Ebenfalls aufgezeigt werden die Methoden der digitalen Bildverarbeitung, die für geometrische Entzerrungen, radiome- trische Korrekturen und weitere Verbesserungen der Rasterdaten eingesetzt wurden. Des Weiteren werden in diesem Kapitel die Grundlagen und Eigenschaften Geografischer Informationssysteme beschrieben.

- Die Quellen und Eigenschaften der für den Aufbau des Informationssystems eingesetzten Daten werden in Kapitel 5 beschrieben. Dieses Kapitel vermittelt einen Überblick über die Fülle der Grundlagedaten und weist auf die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten hin, die sich aus den Eigenschaften der verschiedenen Daten ergeben.

- Die Verarbeitung der einzelnen Grundlagedaten und die dazu notwendigen Arbeitstechniken sind in Kapitel 6 detailliert erläutert. Neben der Vor- gehensweise werden auch die eingesetzten Geräte und Programme vor- gestellt. Ein Schwerpunkt der Datenverarbeitung lag auf der Georeferenzie- rung, die auf Grundlage des Übersichtsplans 1:10000 erfolgte. Von dieser Grundlage ausgehend konnten die nicht georeferenzierten Daten für den Einsatz im Informationssystem vorbereitet werden. Im Verlaufe der Arbeit entstanden auch neue Produkte wie Videosequenzen und synthetische per- spektivische Ansichten, die im Informationssystem verwendet werden. In einem Fazit werden die Resultate der Datenverarbeitung hinsichtlich ihrer Qualität beurteilt.

- Das Kapitel 7 beschreibt die Vorzüge des Informationssystems Messen/ Limpachtal und bietet einen Ausblick sowohl auf dessen Einsatz als Hilfsmittel in der Ortsplanung der Gemeinde Messen, als auch auf künftige Anwendungsmöglichkeiten in Verbindung mit Vektordaten und digitalen, flächenhaften Aufnahmen.

- In den Anhängen befinden sich ergänzende, ausführliche Informationen zur Verarbeitung der Grundlagedaten und zu den erstellten Produkten.

Die Arbeit von Thomas Marti (1999) konzentriert sich auf das Umfeld des Informationssystems, dessen Inhalt und die daraus abgeleiteten Folgerungen:

- In Kapitel 2 wird ein kurzer Überblick über bestehende Ansätze von Geogra- fischen Informationssystemen und deren Anwendung in kantonalen und kommunalen Verwaltungen vermittelt. Weiter wird das Informationssystem Messen/Limpachtal anderen in der Schweiz eingesetzten Informations- systemen gegenübergestellt.

- Das Umfeld des Informationssystems - das Untersuchungsgebiet Limpachtal und die Gemeinde Messen - wird in Kapitel 3 näher vorgestellt. Neben einer Beschreibung der politisch-administrativen Struktur der Gemeinde Messen und deren Ortsplanung wird die Region Limpachtal aus geografischer, wirtschaftlicher und soziodemografischer Sicht betrachtet (Geologie, Böden, Klima, Nutzung und Wandel der Kulturlandschaft, Struktur von Wirtschaft und Landwirtschaft, Bevölkerungsentwicklung).

- In Kapitel 4 wird das Informationssystem Messen/Limpachtal eingehend beschrieben. Einleitend werden die wichtigsten Datengrundlagen und Anwendungsbereiche sowie die Anforderungen der Gemeinde an das Infor- mationssystem kurz diskutiert. Des Weiteren werden Organisation und Struktur der Datenablage beschrieben. Anschliessend werden die im Infor- mationssystem integrierten thematischen Projektdateien aus kulturgeogra- fischer Sicht vorgestellt und diskutiert. Diese Projekte stellen Kombinatio- nen digitaler räumlicher Daten aus den Bereichen Ortsplanung, Ortsbild- schutz, Melioration sowie Natur und Landschaft dar. Das Kapitel wird mit einem kurzen Fazit abgeschlossen, zudem wird auf mögliche Schwierigkeiten digitaler Informationssysteme hingewiesen, insbesondere bei deren Betreuung.

- Das fünfte Kapitel bietet einen Ausblick auf künftige Einsatzmöglichkeiten des Informationssystems. Hier werden unter anderem Überlegungen zu thematischen sowie räumlichen Erweiterungen angestellt.

2 Untersuchungsgebiet

2.1 Einführung

Das Untersuchungsgebiet Limpachtal befindet sich im nordwestlichen Mittelland, im Grenzgebiet der Kantone Bern und Solothurn. Das Limpachtal, ein Seitental der Emme, wird vom Limpachkanal durchflossen und ist ungefähr 13 km lang mit einem bis zu 2 km breiten Talgrund. Es erstreckt sich von Westen nach Osten und wird im Norden durch die Hügel des Bucheggbergs, im Süden durch das Rapperswiler Plateau begrenzt. Die Kulturlandschaft wird vorwiegend durch den Agrarsektor geprägt, der hier gute naturräumliche Voraussetzungen findet (siehe Abbildung 3).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Diese Luftaufnahme des Limpachtals zeigt im Vordergrund die Gemeinde Messen, dahinter die offene Fläche der Limpachebene. Vor den bewaldeten Hügeln des Bucheggbergs ist die Gemeinde Balm bei Messen erkennbar. Bei den Erhebungen im Hintergrund handelt es sich um den Jura.

Das Limpachtal besteht aus insgesamt zehn Gemeinden, die 1990 zwischen 90 und 722 Einwohner zählten ( LUTERBACHER, 1992, p. 34 ff.). Die Gemeinden Balm bei Messen, Oberramsern, Unterramsern und Aetigen befinden sich nördlich des Limpachkanals und gehören zum Kanton Solothurn. Von den Gemeinden südlich des Kanals gehören Messen und Brunnenthal ebenfalls zu Solothurn, während Wengi, Ruppoldsried, Mülchi und Limpach im Kanton Bern liegen (siehe auch Abbildung 4, Seite 33).

Durch die Korrektur des Limpachs und die Melioration zur Zeit des Zweiten Welt- kriegs sowie die anschliessende Intensivierung der landwirtschaftlichen Nutzung wurde die Landschaft in ihrem Erscheinungsbild grundlegend verändert. Neben der Betrachtung dieser Veränderungen im Limpachtal lag der Schwerpunkt der vorlie- genden Arbeit auf der Gemeinde Messen. Das Dorf bildet den südlichsten Teil des Solothurnischen Bezirks Bucheggberg im Grenzgebiet zum Kanton Bern und ist die flächenmässig grösste und bevölkerungsstärkste Gemeinde des Untersuchungs- gebiets.

Messen liegt auf einer Hügelzone auf der Südseite des Limpachtals. Während das nördliche Gemeindegebiet flach zum Limpachkanal hin abfällt und landwirtschaft- lich genutzt wird, ist der südliche, hügelige Teil der Gemeinde vorwiegend bewaldet. Bis zum Zweiten Weltkrieg präsentierte sich Messen als kompakt um den Dorfplatz und die Kirche herum angeordnetes Haufendorf. Weitere Höfe existierten auch im Dorfteil Eichholz entlang der Strasse nach Balm bei Messen. In den vergangenen Jahrzehnten entstanden neue Bauten vorwiegend zwischen dem Dorfzentrum und Eichholz, und auch Richtung Süden wurde das Siedlungsgebiet merklich vergrössert.

Das Untersuchungsgebiet wird an dieser Stelle nur kurz vorgestellt. Für weiterführende Informationen sei auf Kapitel 3 der Arbeit von MARTI (1999) verwiesen, in dem die naturräumlichen Voraussetzungen, der Landschaftswandel, die wirtschaftliche und soziodemografische Entwicklung des Untersuchungsgebiets sowie die Administration der Gemeinde Messen ausführlich beschrieben werden.

2.2 Geografische Angaben

2.2.1 Naturräumliche Voraussetzungen

Das Limpachtal entstand durch Auswaschung der Molassefelsen. Die verschiedenen Fels- und Schuttböden stammen aus dem Tertiär und aus dem Quartär, vorwiegend aus der Eiszeit und der Nacheiszeit. Der Untergrund des Limpachtals besteht aus den Sandsteinschichten und Mergeln der Molasseformationen.

Der im Limpachtal vorherrschende Bodentyp ist die Braunerde, die vor allem auf den relativ trockenen, höhergelegenen Gebieten südlich des Talgrundes vorkommt. Diese Böden sind im Gegensatz zu jenen im vernässten Talgrund ertragreich und werden meist für den Anbau von Hackfrüchten genutzt. Bei den Waldböden nördlich und südlich des Limpachtals handelt es sich weitgehend um saure Braunerden. Im Umkreis des Limpachkanals und der zuführenden Bäche existieren durch Grund- wasser beeinflusste Gleye in unterschiedlicher Ausprägung, die sich in der Landwirt- schaft vorwiegend zur Produktion von Getreide eignen. Im Talgrund sind auch Halbmoore vorhanden, die häufig bis zur Oberfläche mit Grundwasser gesättigt sind. Diese Böden sind auf Grund ihrer hohen Feuchte jedoch nur eingeschränkt nutzbar (PEYER, FLÜCKIGER et al., 1984). Eine ausführliche Beschreibung der Bodentypen und des Wasserhaushalts des Limpachtals findet sich bei MARTI (1999) in den Kapiteln 3.1.2 und 4.4.5.

Die durchschnittliche jährliche Niederschlagsmenge liegt zwischen 1000 mm und 1100 mm, wobei die meisten Niederschläge in den Monaten Juni, Juli und Dezember fallen. Minimale Niederschlagsmengen werden dagegen im Februar und im Oktober gemessen. In den kälteren Jahreszeiten kommt es entlang des Limpachkanals häufig zur Bildung von Nebel. Die mittlere Jahrestemperatur im Limpachtal liegt bei unge- fähr 8.5°C. Im Sommer betragen die Monatstemperaturen um die 18°C, im Winter etwa -1°C. Die Windverhältnisse entsprechen durch die Ausrichtung des Limpachtals parallel zur südlichsten Jurakette weitgehend denjenigen des Mittellandes (LUTERBACHER, 1992, p. 1 ff.).

2.2.2 Wandel der Kulturlandschaft

Die Landschaft des Limpachtals wurde in diesem Jahrhundert grundlegend umge- staltet. Die von den Regierungen der Kantone Bern und Solothurn verordnete und in der Zeit des Zweiten Weltkriegs vollzogene Güterzusammenlegung trug massgeblich zur Veränderung der Kulturlandschaft bei. Die im Verlauf der Limpachkorrektur eingeleitete Entwässerung von vormals unproduktivem Land im Talgrund stellte der Landwirtschaft neue Anbauflächen zur Verfügung. Zwischen 1939 und 1950 vergrö- sserte sich das Ackerland von 438 auf 590 ha (STÄHLI 1953, p. 90). Durch die Güter- zusammenlegung konnte das Land effizienter und intensiver genutzt werden.

Die Melioration veränderte nicht nur das Aussehen der Landschaft von Grund auf, sie wirkte sich auch auf Flora und Fauna aus. Durch die Limpachkorrektur wurden die natürlichen Gewässerläufe beseitigt und die vernässten Stellen trockengelegt, durch die Güterzusammenlegung wich die kleinparzellige, abwechslungsreiche Struktur einer ausgeräumten Landschaft. Das Verschwinden von biologischen Nischen entzog vielen Pflanzen- und Tierarten ihre Lebensgrundlage.

In den vergangenen Jahrzehnten führten insbesondere die Intensivierung und Mechanisierung der landwirtschaftlichen Nutzung in Verbindung mit einer veränderten Betriebsstruktur zu einem weiteren Wandel. Besonders augenfällig war der Rückgang des Bestandes an Obstbäumen. Die Waldfläche veränderte sich nur geringfügig, es kam indes zu einer Verschiebung der Artenzusammensetzung des Waldes zu Gunsten der Fichte.

Das besiedelte Gebiet wandelte sich unter dem Einfluss neuer gesellschaftlicher Rahmenbedingungen. Die durch die zunehmende Mobilität der Bevölkerung verur- sachte Tendenz zur Periurbanisierung führte insbesondere in der Gemeinde Messen zu einer veränderten Siedlungsstruktur. In den vergangenen Jahren wurden durch die steigende Nachfrage nach Wohnraum auf dem Lande zahlreiche neue Häuser erstellt.

2.2.3 Wirtschaftliche und soziodemografische Entwicklung

Die periphere Lage des Limpachtal abseits der Verkehrsachsen zwischen Bern, Biel und Solothurn verhinderte eine bedeutende wirtschaftliche Entwicklung in der Zeit der Industrialisierung. Von 1850 bis 1950 konnte sich der sekundäre Sektor kaum etablieren, und in der Erwerbsstruktur blieb die Landwirtschaft dominant. Im All- gemeinen stagnierten bis 1990 die Bevölkerungszahlen oder waren gar rückläufig. Einzig die Gemeinde Messen wies seit 1900 ein leichtes Wachstum auf, das sich seit 1980 verstärkte. Die Einwohnerzahl von Messen blieb zwischen 1880 und 1980 mit ungefähr 600 bis 650 Einwohnern relativ stabil, danach erfolgte bis 1998 ein starkes Bevölkerungswachstum auf etwa 920 Einwohner. Diese Entwicklung dürfte auf die wirtschaftliche Bedeutung Messens als grösste Gemeinde des Limpachtals zurück- zuführen sein. Seit den Sechzigerjahren nahmen die Pendlerströme im Limpachtal wie in anderen ländlichen Gebieten der Schweiz deutlich zu. Dabei handelt es sich vorwiegend um Wegpendlerbewegungen in die Städte und kleineren Zentren in der Umgebung.

In den Gemeinden des Limpachtals verringerte sich von 1960 bis 1990 der Anteil der Beschäftigen im landwirtschaftlichen Sektor. Der primäre Sektor ist jedoch mit einem Anteil der Erwerbstätigen von 13% bis 35% nach wie vor von grosser Bedeutung. Der industrielle Sektor, der sich bis 1970 tendenziell vergrössert hatte, erfuhr seither einen Rückgang zu Gunsten des Dienstleistungssektors. Dessen Anteil der Beschäftigten betrug 1990 40% oder mehr. Bei den Erwerbstätigen des sekundären und des tertiären Sektors handelt es sich aus Mangel an entsprechenden Arbeitsplätzen im Limpachtal weitgehend um Wegpendler.

2.3 Abgrenzung des Untersuchungsgebiets

Das Untersuchungsgebiet umfasst mit dem Koordinatenausschnitt von 596500 /213700 bis 602 500 / 218000 einen grossen Teil des Limpachtals (siehe Abbil- dung 4).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Das schwarze Rechteck umfasst das Untersuchungsgebiet Messen/Limpachtal. Die Gemeindegrenzen werden als rote Linien auf der Spot-pan-Szene von 1994 dargestellt (Massstab rund 1:50000). Quelle: NPOC, © CNES 1994/Spot Image.

Es erfasst die Gemeinden Messen, Balm bei Messen und Ruppoldsried vollständig, die Gemeinden Brunnenthal, Mülchi, Oberramsern, Rapperswil (BE), Biezwil, Wengi und Schnottwil teilweise, sowie am Rande die Gemeinden Lüterswil-Gächliwil, Etzelkofen, Scheunen und Iffwil. Dabei ist zu beachten, dass zu Beginn der Arbeit das Hauptinteresse auf der Gemeinde Messen lag, weshalb das Untersuchungsgebiet relativ kleinräumig um diese Gemeinde herum definiert wurde. Die verwendeten Daten erfassen nicht alle den gleichen geografischen Raum, sondern überlappen sich gegenseitig (siehe dazu auch MARTI, 1999, Kapitel 4.2).

3 Aufbau des Informationssystems

3.1 Einleitung

Zur Visualisierung, Verarbeitung und Ausgabe der Daten des Informationssystems wird das Programm ArcView GIS 3.1 verwendet. Es bildet die interaktive Schnittstelle zwischen den Benutzerinnen und Benutzern und den Daten des Informationssystems. Dieses Programm, das sich in früheren Versionen hauptsächlich zur grafischen Darstellung von ARC/INFO-Daten eignete, verfügt ab Version 3 auch über grundlegende Funktionen geografischer Informationssysteme.

ArcView ist ein weit verbreitetes GIS, das auch in der Schweiz häufig von Behörden und Firmen eingesetzt wird. Seine Vorteile bestehen in der einfachen Handhabung und der damit verbundenen kurzen Einarbeitungszeit, in der Möglichkeit Vektor- und Rasterdaten kombiniert einzusetzen, und in den vielfältigen Darstellungs- und Ausgabeoptionen.

ArcView ist ein Werkzeug, mit dem Daten raumbezogen visualisiert, erforscht, abgefragt und analysiert werden können. Jedoch ist auch zu erwähnen, dass ArcView nur über einen Teil der Funktionen anderer Geografischer Informationssysteme verfügt. Gerade die Digitalisierung und Georeferenzierung von Daten, komplexe geografische Analysen sowie Import- und Exportfunktionen lassen sich nur mit Hilfe von ARC/INFO verwirklichen. Eine vertiefte Arbeit mit geografischen Daten ist deshalb nur in Kombination beider Programme möglich.

Da die Daten im Informationssystem Messen/Limpachtal vor allem visualisiert und ausgegeben werden sollen, eignet sich ArcView gut für diesen Einsatz. Die weite Verbreitung des Programms, die Unterstützung von Standardformaten und die Kompatibilität zu ARC/INFO und anderen Geografischen Informationssystemen und Bildverarbeitungsprogrammen bieten Gewähr für künftige Verwendungsmöglichkeiten der Daten und des Informationssystems. Alle Daten des Informationssystems können je nach Bedarf exportiert, bearbeitet und in anderen Anwendungen eingesetzt werden.

3.2 Bestandteile von ArcView GIS

3.2.1 Übersicht

Das Programm ArcView GIS speichert alle Komponenten eines Projekts, einschliesslich der so genannten Views, Tabellen, Layouts und Skripten, in einer zentralen Projektdatei. Diese Bestandteile können auf der Benutzeroberfläche des Programms dargestellt werden (siehe Abbildung 5).

Abbildung 5: Die Oberfläche von ArcView kann verschiedene Fenster anzeigen. In diesem Beispiel wird im grossen Fenster als View das Ortsbildschutzinventar der Gemeinde Messen dargestellt, die beiden kleinen Fenster enthalten eine Tabelle mit Attributen bzw. ein Skript in der Makro- sprache Avenue.

Aus einem Projekt heraus greift ArcView auf die Daten des Informationssystems Messen/Limpachtal zu und stellt diese dar. Für das Informationssystem wurden vorwiegend Views erstellt, zur Ausgabe der Daten auf Plotter und Drucker können auch die Funktionen der Layouts verwendet werden.

Eine Projektdatei enthält sämtliche Angaben über die Darstellung der verwendeten Datenebenen. Wird also eine Anordnung von Daten in einem bestimmten Massstab angelegt und mit passenden Legenden versehen, so kann diese zu einem späteren Zeitpunkt wieder genau gleich auf dem Bildschirm dargestellt werden. Der Vorteil liegt darin, dass die Datenebenen nicht jedes Mal erneut aus den Datenverzeichnissen zusammengestellt werden müssen.

In der Folge werden die Bestandteile von ArcView sowie die für dieses Programm spezifischen Ausdrücke vorgestellt (ESRI, 1998):

- Views

ArcView arbeitet mit interaktiven geografischen Karten, die Views genannt werden. Jedes View umfasst ein geografisches Inhaltsverzeichnis, das die Interpretation und Steuerung der Anzeige vereinfacht.

- Tabellen

ArcView ist fähig, tabellarische Daten mit Views zu verknüpfen. In einem View kann ein Objekt angewählt werden, um dessen Datensätze und Attribute in der Tabelle zu markieren; in der Tabelle können Datensätze ausgewählt werden, um deren Objekte im View zu markieren. Zudem bieten die Tabellen umfassende Funktionen für statistische Auswertungen und Abfragen sowie für die Sortierung von Datensätzen.

- Layouts

Die so genannten Layouts eignen sich für das Erstellen von qualitativ hoch- wertigen farbigen Karten. Sie steuern die Anordnung der zahlreichen grafi- schen Elemente im Layoutfenster . Layouts repräsentieren die Daten mit Hilfe dynamischer Verknüpfungen. Dadurch reflektieren Layouts immer die aktuellsten Daten; Änderungen an der Datenbasis werden automatisch berücksichtigt.

- Skripten

Skripten sind in der Programmiersprache Avenue geschriebene Makros. Mit Avenue können fast alle Komponenten von ArcView angepasst werden - angefangen bei der Erstellung einer Schaltfläche zur Ausführung eines Skripts bis hin zur Entwicklung von vollständigen ArcView-Anwendungen.

3.2.2 Projekte

Ein Projekt ist eine Datei, in der die mit ArcView erstellten Arbeiten gespeichert sind. Ein typisches Projekt enthält alle Views, Tabellen, Layouts und Skripten, die für eine bestimmte ArcView-Anwendung eingesetzt werden. Projektdateien besitzen die Dateierweiterung APR.

Die in ArcView verwendeten aktuellen Daten, zum Beispiel raumbezogene Daten wie Shape-Dateien oder ARC/INFO-Coverages und tabellarische Daten wie dBASEDateien, sind nicht physikalisch in der Projektdatei gespeichert. Stattdessen speichert ein Projekt in dieser Datei Verweise auf die Verzeichnisse der Datenquellen. Auf diese Art können dieselben Daten, ohne dass sie dupliziert werden, in beliebig vielen Anwendungen genutzt werden.

3.2.3 Views

Ein View ist eine interaktive Karte in ArcView, mit der geografische Daten angezeigt, erkundet und analysiert sowie gezielte Abfragen durchgeführt werden können. Views werden im aktuellen ArcView-Projekt gespeichert. In einem View wird definiert, welche geografischen Daten verwendet und wie sie dargestellt werden. Das View enthält aber nicht die Dateien mit den eigentlichen geografischen Daten; vielmehr wird auf diese Quelldateien verwiesen. Dies hat zur Folge, dass Views dynamisch sind, da sie den aktuellen Status der Daten reflektieren. Wenn sich die Quelldaten ändern, wirken sich diese Änderungen beim nächsten Zeichnen automatisch auf alle Views aus, in denen diese Daten verwendet werden. Dies bedeutet auch, dass Daten in mehr als einem View dargestellt werden können.

Views enthalten mehrere Themen. Ein Thema stellt einen spezifischen Satz geografischer Objekte in einer bestimmten geografischen Datenquelle dar. So kann zum Beispiel ein View des Informationssystems ein Thema enthalten, das den Bauzonenplan darstellt, ein weiteres Thema, das die geschützten Gebäude darstellt, und ein drittes, das die Freihaltegebiete anzeigt. Die Themen eines View sind in dessen Inhaltsverzeichnis aufgeführt.

Jedes View besitzt ein eigenes Inhaltsverzeichnis, in dem die enthaltenen Themen aufgeführt werden. Das Inhaltsverzeichnis enthält folgende Informationen:

- Die Namen aller Themen in einem View

Themen können einen beliebigen Namen erhalten. Standardmässig wird ein Thema nach der Datenquelle benannt, die es darstellt, und mit der Dateierweiterung SHP versehen, wie zum Beispiel die Datei Bauzonenplan.shp, die im Informationssystem den Bauzonenplan enthält.

- Die Legende für jedes Thema

Die Legende eines Themas zeigt die Symbole und Farben an, die zum Zeich- nen des Themas verwendet werden. Ein Thema kann unter Verwendung eines einzelnen Symbols oder einer Reihe verschiedener Symbole gezeichnet werden und es können Farben zur Klassifizierung der Objekte im Thema verwendet werden.

- Ob ein Thema aktiviert ist oder nicht

Neben jedem Thema steht links ein Kontrollkästchen, das angibt, ob ein Thema zurzeit im View dargestellt wird. Das Zeichnen von Themen wird kontrolliert, indem dieses Kontrollkästchen aktiviert oder deaktiviert wird.

- Die Reihenfolge, in der die Themen gezeichnet werden

Das am Anfang des Inhaltsverzeichnisses stehende Thema wird über solche gezeichnet, die danach kommen. Themen, die als Hintergrund für ein View dienen, stehen daher am Ende der Liste.

- Welche Themen aktiv sind

Durch das Aktivieren werden die Themen ausgewählt, mit denen gearbeitet werden soll. Ein aktives Thema erscheint im Inhaltsverzeichnis hervorgehoben. Die meisten Handlungen, die in einem View ausgeführt werden, wirken sich auf das aktive Thema bzw. die aktiven Themen selbst aus. Wenn zum Beispiel Objekte in einem View ausgewählt werden, werden diese nur aus dem aktiven Thema oder den aktiven Themen gewählt.

- Welches Thema sich bearbeiten lässt

Eine gestrichelte Linie um das Kontrollkästchen des Themas weist darauf hin, dass die Objekte in diesem Thema gerade bearbeitet werden. Nur Themen, die auf einer so genannten Shape-Datei basieren, können bearbeitet werden. Shape-Datei ist der in ArcView spezifische Name für raumbezogene Datenquellen (siehe unten).

3.2.4 Themen

Ein Thema ist eine Gruppe von geografischen Objekten in einem View. Ein Thema stellt eine geografische Datenquelle dar. Beispiele für geografische Datenquellen sind:

- Raumbezogene Datenquellen, wie zum Beispiel ARC/INFO-Coverages oder ArcView-Shape-Dateien,
- CAD-Zeichnungen, wie zum Beispiel AutoCAD-Zeichnungen,
- Bilddaten, wie zum Beispiel Satellitenbilder,
- Tabellen mit x/y-Koordinaten, Strassenadressen, die in ArcView geocodiert werden können, oder Ereignisse, die so genannten Routenobjekten zugeord- net werden können,
- mit der Datenbank Spatial Database Engine von ESRI verwaltete Daten.

Diese Daten können lokal vorliegen oder über ein Netzwerk abgerufen werden. Themen enthalten selber keine Daten, sondern verweisen auf die von ihnen dar- gestellten geografischen Daten. Zu jedem Thema gehört eine eigene Legende, die im Inhaltsverzeichnis angezeigt wird. Mit der Legende des Themas wird festgelegt, wie das Thema im View angezeigt wird. Normalerweise enthält ein Thema alle Objekte einer bestimmten Objektklasse; es ist jedoch auch möglich, für ein Thema Objekte auf Grund von Attributen auszuwählen, so dass es nur eine spezifische Untergruppe dieser Objekte darstellt.

3.2.5 Tabellen

Eine Tabelle ermöglicht das Arbeiten mit Daten aus einer tabellarischen Datenquelle in ArcView. Daten aus fast allen Datenquellen im Tabellenformat können als Tabellen in ArcView importiert werden. Danach können die Daten aus diesen Tabellen zu Karten hinzugefügt, mit Symbolen versehen, abgefragt und unter geografischen Gesichtspunkten analysiert werden. Eine ArcView-Tabelle nimmt Bezug auf die tabellarische Datenquelle, die sie darstellt, enthält jedoch selbst keine Daten. Dies bedeutet, dass die Tabellen dynamisch sind, da sie den aktuellen Status der Quelldaten widerspiegeln, auf denen sie basieren. Ändern sich die Quelldaten, so spiegelt eine auf diesen Daten basierende Tabelle automatisch die Änderung wider, wenn das nächste Mal ein Projekt geöffnet wird, das diese Tabelle enthält. Die Definitionen der Tabellen, die in ArcView integriert sind, werden in der aktuellen Projektdatei gespeichert.

Neben Tabellen, die auf tabellarischen Datenquellen basieren, besitzen bestimmte raumbezogene Datenquellen, wie zum Beispiel Shape-Dateien und ARC/INFO-Cover- ages, ihre eigenen Attributtabellen mit Beschreibungen der geografischen Objekte, die sie enthalten.

3.2.6 Layouts

Layouts sind Karten, die Views, Tabellen und importierte Grafiken darstellen und auf Drucker oder Plotter ausgeben können. Die gleichen Daten können in einer Reihe von verschiedenen Layouts angezeigt werden. Layouts legen fest, welche Daten ausgegeben werden und wie sie dargestellt werden. Layouts können dynamisch sein, da auch aktiv verknüpfte Grafiken eingebunden werden können. Aktiv verknüpfte Grafiken geben stets den aktuellen Datenstand wieder. Wenn sich beispielsweise die Daten in einem View ändern, ändert sich damit automatisch auch die Darstellung im Layout.

Ein Layout verfügt über die standardmässigen Grafikobjekte Punkte, Linien, Polygone, Rechtecke und Kreise. Ein Layout enthält auch Objekte, die für die ArcViewUmgebung spezifisch sind, darunter Rahmen mit Views, Diagrammen und Tabellen sowie Hilfsobjekte wie Legenden und Massstabsleisten.

3.2.7 Skripten

Ein Skript ist eine Komponente eines ArcView-Projekts, die den Code der Makrosprache Avenue enthält. ArcView-Skripten vereinen wie Makros, Prozeduren oder Skripten anderer Programmier- oder Skriptsprachen viele Funktionen, um drei Ziele zu erreichen: Automatisierung von Aufgaben, Hinzufügen neuer Funktionen zu ArcView und Entwicklung ganzer Anwendungen.

3.3 Aufbau des Informationssystems Messen/Limpachtal

Nach Abschluss der Datenverarbeitung standen die in Tabelle 1 aufgeführten Daten für das Informationssystem zur Verfügung (siehe Kapitel 5 ff.). Diese Daten sind in spezifischen Projektdateien des Programms ArcView thematisch dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Die im Informationssystem Messen/Limpachtal verwendeten Datenebenen.

Meist werden Rasterdaten wie Orthofotos, Satellitenbilder oder Karten als Hintergrund in Kombination mit Vektordaten im Vordergrund verwendet. In einem View ist immer nur eine Auswahl der Datenebenen enthalten, weitere Ebenen können aber jederzeit hinzugefügt werden. Die vorliegende Anordnung der Informationsebenen kann den Anforderungen entsprechend angepasst werden. Eine ausführliche Beschreibung des Aufbaus und des Inhalts der einzelnen ArcView-Projekte findet sich bei MARTI, (1999) in Kapitel 4.4.

Nachfolgend sind die für das Informationssystem Messen/Limpachtal erstellten Projektdateien mit ihren Inhalten aufgelistet:

- Rasterdaten

Dieses Projekt enthält sämtliche im Informationssystem verwendeten Rasterdaten und bietet dadurch einen guten Überblick über die Höhendaten, die Orthofotos, die Satellitendaten, den Übersichtsplan 1:10000 und den Meliorationsplan 1939 in Rasterform.

- Perspektivische Ansichten und Videos

Auf dem Orthofoto 1997 sind Symbole dargestellt, mit denen die Aufnah- mestandorte der perspektivischen Ansichten und der Videosequenzen reprä- sentiert werden. Diese Bilddaten sind mit den korrespondierenden Symbo- len verbunden und lassen sich dadurch aus dem Projekt heraus abrufen. In der gleichen Art sind auch digitale Fotografien der Landschaft verknüpft, die sich durch das Anwählen der Symbole anzeigen lassen.

- Obstgärten und Wald

Der Bestand an Obstbäumen und die Waldfläche in den Jahren der Luftaufnahmen werden auf den Orthofotos der entsprechenden Jahrgänge dargestellt. Zusätzliche Informationen liefern die Meliorationspläne, auf denen ebenfalls die Obstgärten und Waldgebiete dokumentiert sind.

- Melioration

In diesem Projekt werden die Meliorationspläne aus den Jahren 1939 und 1946 angezeigt. Eine Übersicht über die Parzellenstruktur und die Nutzun- gen zu den beiden Zeitpunkten dokumentiert die Veränderungen im Verlauf der Limpachkorrektur und der Melioration. Zur Veranschaulichung dieses Wandels werden die Besitzverhältnisse von vier ausgewählten Landwirten visualisiert.

- Bauzonenplan

Das Projekt Bauzonenplan stellt den Bauzonenplan der Gemeinde Messen dar. Die Darstellung orientiert sich am Auflageplan vom 2. April 1997 von Widmer + Hellemann und verwendet die in Tabelle 7 (Seite 93) dargestellte Legende.

- Erschliessungsplan

In diesem Projekt werden die Strassen und Baulinien des Erschliessungsplans der Gemeinde Messen gemäss dem Auflageplan vom 3. April 1997 dargestellt (siehe Tabelle 8, Seite 93).

- Naturkonzept

Dieses Projekt enthält den Übersichtsplan Naturkonzept der Gemeinde Messen vom 30. Oktober 1997 mit der in Tabelle 9 (Seite 95) aufgelisteten Legende.

- Naturinventar

Als Hintergrund dieses Projektes wird das Orthofoto 1997 verwendet. Sym- bole, die den Kategorien der Naturobjekte entsprechen, werden auf dem Orthofoto repräsentativ für die Standorte der einzelnen Objekte angezeigt. Die Objektblätter des digitalen Naturinventars sind mit diesen Symbolen verknüpft und lassen sich aus ArcView heraus aufrufen (siehe Kapitel 6.11).

- Ortsbildschutz

Das Projekt bildet die Grundlage des digitalen Inventars Ortsbildschutz. Auf Grundlage des digitalen Grundbuchplanes werden die geschützten, schüt- zenswerten und erhaltenswerten Gebäude, die Freihaltegebiete sowie aus- gewählte Brunnen der Gemeinde Messen dargestellt. Diese Objekte sind mit den entsprechenden Objektblättern des Inventars verknüpft, die sich direkt aus dem Projekt heraus öffnen lassen (siehe Kapitel 6.12).

- Bodenkarte

Die digitale Bodenkarte wird gemäss den in Tabelle 11 (Seite 102) beschriebenen Klassen dargestellt. Die Vektorform der Daten erlaubt eine transparente Wiedergabe, die wahlweise mit den Orthofotos oder den Satellitenbildern hinterlegt werden kann.

3.4 Organisation der Daten

Die Vielzahl der im Informationssystem eingesetzten Daten erforderte bereits frühzeitig eine strukturierte Ablage auf den Datenträgern der verwendeten Rechner. Nach Beendigung der Arbeiten wurden die Daten in zwei Hauptverzeichnissen abgelegt (siehe Abbildung 6).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Übersicht über die Verzeichnisse in der Datenablage des Informationssystems. Das Hauptverzeichnis Messen enthält die aktuell im Informationssystem eingesetzten Daten, das Hauptverzeichnis Messen Ursprungsdaten und Zwischenschritte enthält die ursprünglichen, digitalen Grundlagedaten sowie weitere Produkte der Datenverarbeitung.

Ein Verzeichnis enthält diejenigen Daten, die im Informationssystem eingesetzt werden, das andere enthält die ursprünglichen Grundlagedaten sowie Zwischenprodukte, die bei Bedarf ebenfalls dem Informationssystem zur Verfügung stehen. Die Ursprungsdaten und Zwischenschritte bilden erhaltenswerte Informationen, die sowohl die Entstehung des Informationssystems dokumentieren, als auch künftig zur Herstellung und Ableitung von neuen Produkten und Datenebenen verwendet werden können. Aufbau und Inhalt der Datenverzeichnisse sind in Kapitel 4.3 der Arbeit von MARTI (1999) detailliert beschrieben.

Das Hauptverzeichnis Messen des Informationssystems enthält die Unterverzeichnisse ArcView-Projekte, Bilddaten, Bodenkarte, Höhendaten, Meliorationspläne, Natur, Opla und ÜP10000. Diese Verzeichnisse enthalten die nachfolgend beschriebenen Daten:

- ArcView-Projekte

Dieses Verzeichnis enthält Ordner mit den Namen der übrigen Unterver- zeichnisse (Bilddaten, Bodenkarte usw., ausser ÜP10000). Jeder Ordner ent- hält zu diesem Zweck eine oder mehrere ArcView-Projektdateien, in denen die entsprechenden Daten zusammengestellt wurden, und gegebenenfalls die von ArcView verwendeten zugehörigen Legenden, Skripten und Symbole.

- Bilddaten

Die Bild- bzw. Rasterdaten des Informationssystems sind in den Ordnern 3D-Ansichten, Landsat-TM, Orthophoto 1937, Orthophoto 1951, Orthophoto 1997, Spot und Videos gespeichert. In diesen Ordnern befinden sich auch die von ArcView verwendete Themendateien zu den entsprechenden Rasterdaten. Zu beachten ist, dass in diesem Verzeichnis die Orthofotos nur in der niedrigsten Auflösung am Boden von 1 m pro Pixel gespeichert sind, die höher auflösenden Versionen sich jedoch im Hauptverzeichnis Ursprungsdaten und Zwischenschritte befinden.

- Bodenkarte

In diesem Verzeichnis ist die Bodenkarte als Shape-Datei in Vektorform sowie als Rasterbild abgelegt.

- Höhendaten

Die Höhendaten bestehen aus den digitalisierten Höhenlinien des Übersichtsplans 1:10000 in Form einer Shape-Datei, dem entsprechenden digitalen Höhenmodell und einem daraus abgeleiteten schattierten Relief.

- Meliorationspläne

Die Meliorationspläne der Jahre 1939 und 1946 wurden als Shape-Dateien gespeichert, ein Ausschnitt aus dem Meliorationsplan 1939 zusätzlich auch als Rasterbild.

- Natur

Dieses Verzeichnis enthält die Shape-Dateien Wald, Obstbäume und Natur sowie die Objektblätter des Naturinventars.

[...]

Details

Seiten
161
Jahr
1999
ISBN (eBook)
9783638516228
Dateigröße
4.5 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v57089
Institution / Hochschule
Universität Bern – Geographisches Institut
Note
1.5
Schlagworte
Grundlagen Informationssystems Messen/Limpachtal

Autor

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Titel: Grundlagen des Informationssystems Messen/Limpachtal