Georeferenzieren eines Luftbilds mit TNTmips/TNTedit/TNTlite

Einführung in die Georeferenzierung von Rasterdaten mit TNTmips/TNTedit/TNTlite

Diese Einführung zeigt Ihnen anhand eines Beispiels, wie Sie mit der Software TNTmips/TNTedit/TNTlite von MicroImages, Inc. Geodaten im Rasterformat georeferenzieren können.

Das benötigen Sie, um das Beispiel selber nachzuvollziehen

Die Software TNTlite

Falls Sie noch nicht über TNTmips, TNTedit oder TNTlite verfügen, so können Sie TNTlite kostenlos von dieser Website laden oder auf CD-ROM anfordern.

Download Software TNTlite
Informationen über TNTlite

Die Übungsdaten

Ausschnitt aus einem Farbluftbild, angepasst auf die Limits von TNTlite
Referenzdaten im Vektorformat, angepasst auf die Limits von TNTlite

Georeferenzieren heißt, dem Geodatenobjekt (Objekttypen Vektor, CAD, Raster) mitteilen, wo es sich auf der Erdoberfläche befindet. In der Regel werden Rasterobjekte georeferenziert. Vektor- und CAD-Objekte liegen auch beim Import aus anderen Formaten häufig bereits georeferenziert vor. Sie enthalten dann eine sogenannte "implizite Georeferenz", die nicht bearbeitet werden kann. Gleichwohl können auch Vektor- und CAD-Objekte georeferenziert werden.

Erst mit Erstellung der Georeferenz ist es möglich, geometrisch korrekte Information über Koordinaten, Strecken und Flächen zu erhalten. Anhand der Georeferenzinformation stellen die TNT-Programme mehrere Objekte gekachelt nebeneinander (Beispiel: Flurkarten, Grundkarten) oder auch übereinander (Beispiel: Flurkarte über Luftbildkarte) dar.
Beispiele für Rasterobjekte, die georeferenziert werden sind: Flurkarten, Grundkarten, Luftbilder, Bebauungspläne, Wasserschutzgebietskarten.

In TNTmips wird eine erzeugte Georeferenz als sogenanntes "Subobjekt" abgespeichert. Ein Objekt kann beliebig viele Subobjekte besitzen. Konkret bedeutet das, das bei der Erstellung eines Georeferenzsubobjekts zunächst nur eine Registrierung eines Punktes im Rasterobjekt auf eine Koordinate erfolgt. Eine physikalische Umrechnung/Rektifizierung ist nicht direkt mit dem Georeferenzieren verbunden. Das bedeutet, das der selbe Punkt auch auf eine weitere Koordinate georeferenziert werden kann. Praktisches Beispiel ist die Vorhaltung einer Flurkarte im Meridiansprungbereich in den Koordinaten der benachbarten Streifen.
Der Vorteil der Trennung von Georeferenzierung und Entzerrung durch Resamplen ist, das ein Objekt in verschiedenen Systemen georeferenziert werden kann, es physikalisch auf der Festplatte aber nur einmal gespeichert ist und erst bei Bedarf durch resamplen auch physikalisch dauerhaft als neues Rasterobjekt in das Zielsystem umgerechnet wird.

Für die Darstellung am Bildschirm erfolgt die Rektifizierung durch On-the-fly Entzerrungsalgorithmen in TNTmips/TNTlite.

Vorgehensweise

Schritte für alle Objekttypen

1. Starten Sie aus dem Hauptmenü unter Bearbeiten/Georeferenz das Programmmodul zum Georeferenzieren.

2. Das jetzt am Bildschirm sichtbare Fenster "Objektgeoreferenzierung" ist das Hauptfenster des Prozeßes, indem Sie alle wesentlichen Einstellungen vornehmen und in dem Sie Ihre Eingaben machen.

3. Unter dem Menüpunkt "Datei/Öffnen.." (Tastenkürzel Ctrl-o) wählen Sie mittels des sich öffnenden Geodatenmanagers das gewünschte Objekt aus.

4. Im Fenster "Georeferenz-Optionen" den Button "Alle einstellen..." betätigen, um anzugeben, welches Koordinatensystem für die Georeferenzierung verwendet werden soll.

5. Darauf hin öffnet sich das Fenster "Koordinatenrefrenzsystem". Hier kann jetzt das passende Koordinatensystem ausgewählt werden.

Benötigen Sie zur Georeferenzierung das Koordinatensystem ETRS'89, so wählen Sie im Feld "Global und Regional" den Eintrag "Europe" und suchen Sie sich die passende UTM-Abbildung ihrer Zone entsprechend aus. Für Deutschland muss folgender Eintrag ausgewählt werden "ETRS89 / UTM zone 33N (CM 15E)".

Benötigen Sie für ihre Georeferenzierung eine Gauß/Krüger Projektion, so wählen Sie in der Dialogbox "Koordinatenreferenzsystem" das Feld "National und Lokal" aus und klicken dann auf "Deutschland".

Wählt man z.B. ein Gauß-Krüger-Koordinatenssystem für den 3. Meridianstreifen in Deutschland aus, so kann man im Feld Details folgende Werte kontrollieren.

Projektion: Gauß-Krüger
Datum: Potsdam-Rauenberg
Ellipsoid: Das Potsdam-Rauenberg Datum ist verknüpft mit dem Bessel 1841 Ellipsoid.
Zentralmeridian: dieser Wert ist abhängig vom Meridianstreifen, in dem die zu georeferenzierenden Objekte liegen. Deutschland ist von West nach Ost in ein System von 3° Länge breiten Meridianstreifen eingeteilt. Die Zentralmeridiane liegen jeweils bei 6°, 9°, 12° und 15°. Die Nummer der Meridianstreifen wird dem Rechtswert der Gauß-Krüger-Koordinaten als Ordnungszahl vorangestellt. Ein Rechtswert von 3426000 bedeutet also, das das Gebiet im Bereich des 3. Meridianstreifens liegt, der Längengrad des Zentralmeridians also der 9. Grad Länge östlich von Greenwich ist.
Verschiebung Ost (Meter): Dieser Wert wird benutzt, um zu vermeiden das Punkte, die westlich des Zentralmeridians liegen negative Vorzeichen aufweisen. Bei dem Entwurf des Gauß-Krüger-Systems wurde aber willkürlich der Wert von 500.000 (Meter) festgelegt, der als Rechtswertkoordinate für den Zentralmeridian gilt. Daher bedeuten Werte unter 500.000, das der Punkt westlich eines Zentralmeridians liegt, Werte über 500.000 bedeuten, das der Punkt östlich eines Zentralmeridians liegt.

In der Abbildung ist der Wert 3.500.000 eingetragen. Vollständig wird der Wert für die Verschiebung Ost erst, wenn noch die Nummer des Meridianstreifens vorangestellt wird. Für den 3. Streifen ist das die "3". Entsprechend würde hier für den 4. Streifen die "4" vorangestellt und der Wert für das False Easting würde lauten "4.500.000" (Eingabe bitte immer ohne Tausendertrenner). Überprüfen Sie Ihre Eingabe: die Subtraktion des Wertes für "Verschiebung Ost" vom Rechtswert für den Zentralmeridian in dem gewünschten Meridianstreifen muß als Ergebnis NULL sein.

Die Parameter des ausgewählten Koordinatensystems werden durch die Georeferenzierung zum Bestandteil des Georeferenzsubobjekts. Als Konsequenz können Sie georeferenzierte Objekte an andere Anwender (z.B. Nutzern von TNTview und TNTatlas) weitergeben, ohne das auf deren System das entsprechende Koordinatensystem eingerichtet seinen muß.
Vermeiden Sie, das innerhalb einer Organisation mit unterschiedlichen Parameter für das gleiche Koordinatensytem gearbeitet wird. Bei der Zusammenführung dieser Daten kann es zu einer fehlerhaften Darstellung kommen.
Nachdem Sie die Auswahl des Koordinatensystems OK bestätigt haben, erscheint nochmals das Fenster "Georeferenz-Optionen". Bestägigen Sie auch hier mit "OK".

Jetzt befinden sich auf Ihrem Bildschirm insgesamt drei Fenster:

1. Das Hauptfenster "Georeferenz (Laufwerk:\Pfad\Dateiname/Objekt)

2. Das Fenster "Georeferenz Bearbeitungsebene Steuerung

3. Das Fenster "Objektgeoreferenzierung (Eingabeobjekt Ansicht)

Arrangieren Sie diese drei Fenster so am Bildschirm, das das Fenster "Objektgeoreferenzierung" möglichst viel Raum einnimmt, ohne die anderen Fenster zu überdecken.

Eingabe von Kontrollpunkten und Koordinaten

Bevor Sie mit der Eingabe von Kontrollpunkten beginnen legen Sie zunächst fest, welchen Transformationsmodus Sie verwenden möchten. Das geschieht im Hauptfenster unter dem Menüpunkt "Modell". Für das Georeferenzieren von gescannten Flurkarten und Grundkarten ist in der Regel das Modell "Affin" die richtige Wahl.
Beginnen Sie jetzt mit der Erfassung der Kontrollpunkte (Synonyme: Referenzpunkte, Identpunkte, Groundcontrolpoints, GCP).

Georeferenzieren eines Rasterobjektes

Wählen Sie im Ansichtsfenster in der Werkzeugleiste das "Fadenkreuz" Ikon aus. Wenn Sie jetzt mit der Maus in das Ansichtsfenster klicken, erscheint ein Fadenkreuz mit horizontalen und vertikalen Linien. In der Nähe des Kreuzungspunkts der Linien erscheint das Cursorsymbol "Zeigende Hand". Damit läßt sich der Kreuzungspunkt der Linien verschieben. Die Linien lassen sich auch separat verschieben, wenn das Cursorsymbol "Doppelpfeil" erscheint. Eine weitere Möglichkeit zur sehr präzisen Steuerung der Linien besteht in der Benutzung der Cursortasten.

Wählen Sie jetzt eine Stelle in Ihrem zu georefenzierendem Objekt aus, von dem Ihnen die exakten Koordinaten bekannt sind. Bei Grundkarten, Flurkarten und Luftbildern ist das am zweckmäßisten die rechte untere Ecke. Benutzen Sie dazu das Werkzeug "Zoom-Box" aus der Ikon-Leisten und die Tastenkürzel "+" und "-" für rein und rauszoomen. Vergessen Sie nicht, nach aus Auswahl der "Zoom-Box" das Werkzeug "Fadenkreuz" anzuwählen.

Positionieren Sie jetzt das Fadenkreuz auf die gewünschte Position. Halten Sie dazu die linke Maustaste gedrückt und ziehen Sie dann das Fadenkreuz auf die Position. Zum Rein- und rauszoomen können Sie die Tastenkürzle "+" und "-" verwenden. Ist die Position erreicht, so lassen Sie die Maustaste los.

Beachten Sie jetzt die Werte im Fenster "Georeferenz" unterhalb von Eingabeobjekt. In den Feldern "Linie" und "Spalte" stehen jetzt die Werte, die das Programm automatisch aus der graphischen Positionierung des Fadenkreuzes übernommen hat. Umgekehrt kann auch durch direkte Eingabe von Werten die Position des Fadenkreuzes verändert werden.

Die Werte für Zeile und Spalte geben die Adresse einer Zelle in der Matrix eines Rasterobjektes an. Der Punkte 0/0 liegt in der linken oberen Ecke eines Rasterobjektes, nach rechts und nach unten nehmen die Werte zu.

Geben Sie jetzt im Eingabebereich "Referenz" im Fenster "Georeferenz" die Koordinaten des von Ihnen gewählten Punktes ein. Bei der Eingabe von Gauß-Krüger-Koordinaten sind die Werte für den Hochwert links vom Komma siebenstellig. Ebenso sind die Rechtswerte siebenstellig, wenn die Ordnungszahl für die Nummer des Meridianstreifens mit erfaßt wird.

In den Feldern "+-" rechts der Eingabefelder können Sie einen Toleranzwert eingeben. Hier können Sie angeben, mit welcher Lagegenauigkeit die Koordinate angegeben werden kann. Bei Rasterobjekten wird diese bestimmt aus Maßstab und Scanauflösung. Um hier einen Wert anzugeben, müßten Sie bereits wissen, welche Bodenauflösung das Rasterobjekt hat. Die Bodenauflösung gibt an, wieviel Erdoberfläche von einem Rasterpixel repräsentiert wird. Als Faustregel gilt, das sich in Rasterobjekten keine höherer Präzision als die zweifache Kantenlänge eines Pixel (in Meter Bodenauflösung) erzielen läßt.

Ihr Fenster sollte jetzt etwa so aussehen:

Sind Sie mit Ihren Eingaben zufrieden, so haben Sie jetzt drei alternative Möglichkeiten, den Kontrollpunkt hinzuzufügen:

Betätigen Sie den roten Haken links oben im Fenster "Georeferenz".
Betätigen Sie im Fenster "Eingabeobjekt Ansicht" die rechte Maustaste.
Betätigen Sie im Fenster "Eingabeobjekt Ansicht" die Eingabetaste (RETURN).

Damit ist der erste Kontrollpunkt zur Kontrollpunktliste hinzugefügt.
Wieviele Kontrollpunkte benötigt werden, hängt vom gewählten Transformationsmodus ab. Eine affine Transformation erfordert wenigstens drei Kontrollpunkte, damit die internen Gleichungssysteme gelöst werden können. Grundkarten, Flurkarten und Orthophotoluftbilder sollten zu mindest über alle vier Blattecken georeferenziert werden.
Steuern Sie also die nächste Blattecke (oder die nächste Position mit einer bekannten Koordinate) an und wiederholen Sie den Vorgang, bis zumindest drei Kontrollpunkt in der Liste eingetragen sind.

Ihr Fenster sollte jetzt etwa so aussehen:

Sichern Sie nun die Kontrollpunktliste unter "Datei/Sichern..." (Tastenkürzel "Ctrl+s"). Geben Sie dazu im Fenster "Neues Objekt" einen Namen sowie eine etwas ausführlichere Beschreibung für die Georeferenz ein. Es ist sinnvoll, diese Namen nach dem verwendeten Koordinatensystem zu wählen. Sie können für alle Ihre Objekte den gleichen Namen vergeben. Namenskonflikt können nicht auftreten, da die Kontrollpunktlisten als Subobjekte gespeichert werden.

Damit ist das Objekt georeferenziert. Die Georeferenz stehen Ihnen jetzt in allen Prozeßen der TNT-Programme zur Verfügung.
Das Rasterobjekt kann jetzt zur Anzeige verwendet werden, z.B. als Hintergrundebene zur Digitalisierung von Flurstücken. Bislang wurde das Rasterobjekt technisch nicht verändert, sowohl die Anzahl der Zeilen und Spalten des Rasters als auch die Zellwerte blieben unverändert. Für eine dauerhafte Anpassung des Rasters auf die angelegte Georeferenz ist das physikalische Entzerren (Synonym: Rektifizieren) erforderlich. Mehr Informationen zu diesem Arbeitsschritt finden Sie im Getting Started Booklet Rectifying Images.
Mit den TNT-Programmen können auch Vektor- und CAD-Daten georeferenziert und entzerrt werden.

Weitere Materialien zum Thema Georeferenzieren

Map Projections "Getting Started Booklet" PDF, ca. 740 KB
Coordinate Reference Systems "Getting Started Booklet" PDF, ca. 0.9 MB
Georeferenzieren "Getting Started Booklet" deutsch PDF ca. 1.8 MB
Georeferencing "Getting Started Booklet" (ca. 1.900 KB)
Rectifying Images "Getting Started Booklet" (ca. 740 KB)
Geodetic Datum Overview
Map Projections Overview

Tutorialbooklets im PDF-Format

Introduction to GIS
Glossary for geospatial Science
Georeferenzieren "Getting Started Booklet" deutsch (ca. 1.900 KB)

Literaturhinweise

Heller, Armin: Georeferenzierung von Alpenvereinskarten mit radialen Basisfunktionen, in: Angewandte Geographische Informationsverarbeitung XIV, Beiträge zum AGIT-Symposium 2002/ Josef Strobl (Hrsg.), Verlag Wichmann, Heidelberg 2002, ISBN 3-87907-372-4

Wilhelmy, Herbert: Kartographie in Stichworten, 5. überarb. Aufl., von Armin Hüttermann u. Peter Schröder, Unterägeri 1990, Verlag Hirt, ISBN 3-266-03065-6

Seitenanfang

Georeferenzieren eines Luftbilds mit TNTlite