Grundlagen zu Feature-Classes

Feature-Classes sind homogene Sammlungen häufig verwendeter Features mit derselben räumlichen Repräsentation, wie Punkte, Linien oder Polygone, und einem gemeinsamen Satz von Attributspalten, z. B. eine Line-Feature-Class zur Darstellung von Straßenmittellinien. Die vier am häufigsten in der Geodatabase verwendeten Feature-Classes sind Punkte, Linien, Polygone und Annotations (der Geodatabase-Name für Kartentext).

In der Abbildung unten werden diese verwendet, um vier Datasets für denselben Bereich darzustellen: (1) Kanaldeckelpositionen als Punkte, (2) Abwasserkanäle als Linien, (3) Flurstücke als Polygone und (4) Straßennamen als Annotations.

Die vier am häufigsten verwendeten Feature-Classes in der Geodatabase

Anhand dieses Diagramms können Sie auch die potenzielle Notwendigkeit feststellen, erweiterte Feature-Eigenschaften zu modellieren. Die Abwasserkanäle und die Kanaldeckelpositionen bilden beispielsweise ein Abwassersystem oder Netzwerk – ein System, mit dem Sie Abfluss- und Fließeigenschaften modellieren können. Des Weiteren liegen benachbarte Flurstücke mit gemeinsamen Grenzen vor. Sie können die Integrität der gemeinsamen Feature-Grenzen in den Datasets erhalten, indem Sie eine Topologie verwenden.

Es besteht oft die Notwendigkeit, diese räumlichen Beziehungen und Verhalten in geographischen Datasets zu modellieren. In diesen Fällen müssen Sie die einfachen Feature-Classes erweitern, indem Sie eine Reihe erweiterter Geodatabase-Elemente wie Topologien, Netzwerk-Datasets, Terrains und Adressen-Locators hinzufügen.

Weitere Informationen zum Hinzufügen von erweitertem Verhalten zur Geodatabase finden Sie unter Erweitern von Feature-Classes.

Feature-Class-Typen in der Geodatabase

Bei Vektor-Features (geographische Objekte mit Vektorgeometrie) handelt es sich um einen vielseitigen und häufig verwendeten geographischen Datentyp, der sich gut zur Darstellung von Features mit nicht kontinuierlichen Grenzen eignet, wie z. B. Quellen, Straßen, Flüsse, Staaten und Flurstücke. Ein Feature ist ein Objekt, dessen geographische Repräsentation (in der Regel Punkt, Linie oder Polygon) als eine seiner Eigenschaften (oder Felder) in der Zeile gespeichert wird. Feature-Classes in ArcGIS sind homogene Sammlungen von Features mit einer gemeinsamen räumlichen Repräsentation und einem gemeinsamen Satz von Attributen, die in einer Datenbanktabelle gespeichert werden, z. B. eine Line-Feature-Class zur Darstellung von Straßenmittellinien.

HinweisHinweis:

Wenn Sie in der Geodatabase eine Feature-Class erstellen, werden Sie aufgefordert, den Feature-Typ anzugeben, um den Typ der Feature-Class festzulegen (Punkt, Linie, Polygon usw.).

In der Regel sind Feature-Classes thematische Sammlungen von Punkten, Linien oder Polygonen, es gibt jedoch sieben Feature-Class-Typen:

Feature-Geometrie und Feature-Koordinaten

Feature-Classes enthalten sowohl die geometrische Form als auch beschreibende Attribute der einzelnen Features. Jede Feature-Geometrie ist zunächst über den Feature-Typ festgelegt (Punkt, Linie oder Polygon). Sie können jedoch zusätzliche geometrische Eigenschaften definieren. Sie können beispielsweise festlegen, ob es sich um Singlepart- oder Multipart-Features handelt, und Features 3D-Stützpunkte, lineare Messwerte (M-Werte) oder parametrische Kurven hinzufügen. In diesem Abschnitt finden Sie eine kurze Übersicht über diese Funktionen.

Singlepart- und Multipart-Linien und -Polygone

Line- und Polygon-Feature-Classes in der Geodatabase können aus einzelnen oder mehreren Teilen zusammengesetzt sein. Viele Staaten wie z. B. Hawaii umfassen Inseln (d. h. mehrere Teile), werden jedoch als einzelne Staat-Features betrachtet.

Bei Linien und Polygonen in der Geodatabase kann es sich um Singlepart- oder Multipart-Features handeln.

Stützpunkte, Segmente, Höhen und Messwerte

Die Feature-Geometrie besteht in erster Linie aus Koordinatenstützpunkten. Die Stützpunkte in Linien- und Polygon-Features werden durch Segmente verbunden. Dabei kann es sich um gerade Kanten oder parametrische Kurven handeln. Die Stützpunkte der Features können auch Z-Koordinaten zur Darstellung von Höhenmesswerten sowie M-Werte zur Darstellung von Messwerten entlang von Linien-Features umfassen.

Die Feature-Geometrie in der Geodatabase wird durch Koordinaten und Segmente festgelegt.

Segmenttypen in Linien- und Polygon-Features

Linien und Polygone werden durch zwei Hauptelemente definiert: (1) durch eine geordnete Liste mit Stützpunkten, mit denen die Form der Linie/des Polygons festgelegt wird, und 2) durch den Typ der zwischen den einzelnen Stützpunktpaaren verwendeten Liniensegmente. Sie können sich jede Linie und jedes Polygon als geordnete Sammlung von Stützpunkten vorstellen, die zur Darstellung der geometrischen Form verbunden werden. Eine andere Möglichkeit zur Darstellung der einzelnen Linien und Polygone besteht darin, eine geordnete Reihe von verbundenen Segmenten zu verwenden, wobei jedes Segment einen Typ aufweist (gerade Linie, Kreisbogen, Ellipse oder Bézier-Kurve).

Die Grenzen von Flurstück-Features weisen oft eine Mischung aus geraden Linien und Kurvensegmenten auf.

Der Standardsegmenttyp ist eine gerade Linie zwischen zwei Stützpunkten. Zur Definition von Kurven und parametrischen Formen stehen drei weitere Segmenttypen zur Verfügung: Kreisbogen, Ellipse und Bézier-Kurve. Diese Formen werden häufig zur Darstellung konstruierter Umgebungen wie Flurstückgrenzen und Straßen verwendet.

Vertikale Messungen mit Z-Werten

Feature-Koordinaten können XY- und XYZ-Stützpunkte umfassen. Z-Werte dienen in der Regel zur Darstellung von Höhen, können jedoch auch für andere Messungen verwendet werden, wie z. B. für den Jahresniederschlag oder die Luftqualität.

Features können Stützpunkte mit Höhenmesswerten umfassen (XYZ).

Features weisen XY-Koordinaten auf, optional können Höhenwerte in Form von Z-Koordinaten hinzugefügt werden.

Lineare Messungen mit M-Werten

Stützpunkte von linearen Features können auch M-Werte enthalten. In manchen GIS-Anwendungen wird ein lineares Maßsystem zum Interpolieren von Entfernungen entlang linearer Features eingesetzt, z. B. Straßen, Wasserläufen und Pipelines. Sie können jedem Stützpunkt in einem Feature einen M-Wert zuweisen. Ein sehr häufiges Beispiel sind Maßsysteme für Entfernungsmarkierungen auf Autobahnen, die von Verkehrsministerien für die Erfassung von Fahrbahnzuständen, Geschwindigkeitsbegrenzungen, Unfallstellen und sonstigen Vorkommnissen auf Autobahnen eingerichtet werden. Zwei häufig verwendete Messeinheiten sind die Entfernung von einem festgelegten Ort wie einer Landkreisgrenze und die Entfernung von einer Referenzmarkierung.

Koordinatensysteme für die lineare Referenzierung mit M-Werten: (XYM) oder (XYZM)

Als Stützpunkte für Messungen können (XYM) oder (XYZM) verwendet werden.

Die Unterstützung für diese Datentypen wird häufig als lineare Referenzierung bezeichnet. Der Vorgang der Geolokalisierung von Ereignissen entlang dieser Maßsysteme wird als dynamische Segmentierung bezeichnet.

Gemessene Koordinaten bilden die Bausteine für diese Systeme. Bei der Implementierung der linearen Referenzierung in ArcGIS bezieht sich der Begriff Route auf ein beliebiges lineares Feature, z. B. eine Straße, eine Autobahn, einen Fluss oder eine Rohrleitung, das eine eindeutige Kennung und ein gemeinsames Maßsystem entlang jedes linearen Features aufweist. Eine Sammlung von Routen mit einem gemeinsamen Maßsystem kann wie folgt anhand einer Line-Feature-Class erstellt werden:

Line-Feature-Class mit Routen und "gemessenen" Koordinaten sowie einer Routenkennung für jedes Feature

Weitere Informationen finden Sie unter Überblick über die lineare Referenzierung.

Feature-Toleranzen

Lagegenauigkeit und Unterstützung von Datenmanagement-Umgebungen mit hoher Genauigkeit sind unerlässlich für das GIS-Datenmanagement. Eine grundlegende Anforderung ist die Möglichkeit, Koordinateninformationen mit ausreichender Genauigkeit zu speichern. Die Genauigkeit einer Koordinate bezieht sich auf die beim Speichern der Position verwendete Stellenanzahl. Damit wird die Auflösung definiert, mit der räumliche Daten erfasst und verwaltet werden.

Benutzer können sehr genaue Datasets mit höherer Auflösung erstellen, da Geodatabases Koordinaten mit hoher Genauigkeit erfassen können und auch die Werkzeuge zur Datenerfassung und die Sensoren im Laufe der Zeit immer besser werden (Dateneingaben aus Vermessung und Tiefbau, Kataster- und COGO-Datenerfassung, verbesserte Bildauflösung, LIDAR, CAD-Gebäudepläne usw.).

Die Geodatabase erfasst die Koordinaten in Ganzzahlwerten und kann Positionen mit sehr hoher Genauigkeit verarbeiten. Bei verschiedenen ArcGIS-Vorgängen werden Feature-Koordinaten für die Geodatabase anhand von bestimmten geometrischen Eigenschaften verarbeitet und verwaltet. Diese Eigenschaften werden bei der Erstellung einer Feature-Class oder eines Feature-Datasets definiert.

Mit den folgenden geometrischen Eigenschaften können Sie die Koordinatenauflösung und Toleranzen für verschiedene raumbezogene und geometrische Verarbeitungsvorgänge definieren:

XY-Auflösung

Bei der XY-Auflösung einer Feature-Class oder eines Feature-Datasets handelt es sich um die zur Speicherung der XY-Koordinatenwerte verwendete Genauigkeit (numerischer Wert). Genauigkeit ist wichtig für die genaue Feature-Darstellung, -Analyse und -Kartierung.

Mit der XY-Auflösung wird die Anzahl der Dezimalstellen oder signifikanten Stellen für die Speicherung der Feature-Koordinaten (sowohl X als auch Y) definiert. Stellen Sie sich die Auflösung als sehr feines Gitternetz vor, auf dem alle Koordinaten ausgerichtet werden. Koordinatenwerte werden in ArcGIS als Ganzzahlen gespeichert und bearbeitet. In einigen Fällen wird dieses Gitternetz daher als Ganzzahl-Grid oder Koordinaten-Raster bezeichnet.

Mit der Auflösung wird der Abstand der Netzlinien in einem Koordinaten-Raster definiert, auf das alle Koordinaten passen. Die XY-Auflösung wird in der Maßeinheit der Daten (basierend auf dem Koordinatensystem) ausgedrückt, z. B. State-Plane-Fuß, UTM-Meter oder Albers-Meter.

Der Standardwert der XY-Auflösung für in ArcGIS 9.2 und neueren Versionen erstellte Feature-Classes ist 0,0001 Meter bzw. die entsprechende Maßeinheit im tatsächlichen Koordinatensystem des Datasets. Wenn beispielsweise eine Feature-Class in State-Plane-Fuß gespeichert ist, liegt die Standardgenauigkeit bei 0,0003281 Fuß (0,003937 Zoll). Wenn die Koordinaten als Breiten- und Längengrad angegeben sind, beträgt die XY-Standardauflösung 0,000000001 Grad.

Die folgende Abbildung zeigt die Konzeptansicht eines Koordinaten-Rasters, bei dem alle Koordinatenwerte auf dem Gitternetz ausgerichtet werden. Das Gitter deckt die Ausdehnung der einzelnen Datasets ab. Die Feinheit des Netzes (d. h. die Entfernung zwischen den Gitterlinien) wird durch die XY-Auflösung festgelegt, bei der es sich um einen sehr kleinen Wert handelt.

Mit der XY-Auflösung wird die Feinheit des Gitternetzes definiert, an dem alle Koordinaten ausgerichtet werden. Der Standardwert entspricht 0,0001 Meter.

Falls erforderlich können Sie für jede Feature-Class bzw. jedes Feature-Dataset den Standardwert für die XY-Auflösung durch einen eigenen Wert ersetzen. Durch kleinere Werte für die XY-Auflösung kann sich die für die Datenspeicherung und die Verarbeitung von Datasets erforderliche Zeit erhöhen.

XY-Toleranz

Beim Erstellen einer neuen Feature-Class werden Sie aufgefordert, die XY-Toleranz festzulegen. Mit der XY-Toleranz wird der Mindestabstand zwischen den Koordinaten festgelegt, der bei Cluster-Erstellungsvorgängen wie Validierung der Topologie, Puffererstellung, Polygonüberlagerung sowie bei einigen Bearbeitungsvorgängen gilt.

Bei Feature-Verarbeitungsvorgängen wird anhand der XY-Toleranz der Mindestabstand für alle Feature-Koordinaten (Knoten und Stützpunkte) bestimmt. Außerdem wird dadurch die Entfernung definiert, um die eine Koordinate bei Cluster-Erstellungsvorgängen in Richtung X oder Y (oder in beide Richtungen) bewegt werden kann.

Bei der XY-Toleranz handelt es sich um eine sehr kurze Entfernung (Standardeinstellung ist 0,001 Meter auf dem Boden). Dieser Wert wird bei Cluster-Erstellungsvorgängen zur Auflösung nicht genauer Schnittpunkte von Koordinaten verwendet. Bei der Verarbeitung von Feature-Classes mit geometrischen Vorgängen werden Koordinaten, deren X- und Y-Entfernungen innerhalb derselben XY-Toleranz liegen, als lagegleich eingestuft (d. h., diese Koordinaten weisen dieselbe XY-Position auf). Die Cluster-Koordinaten werden also an eine gemeinsame Position verschoben.

Die XY-Toleranz dient zum Feststellen von lagegleichen Koordinaten (innerhalb einer Toleranz).

In der Regel wird die ungenauere Koordinate an die Position der genaueren Koordinate verschoben, oder es wird eine neue Position aus dem gewichteten Entfernungsdurchschnitt zwischen den Koordinaten im Cluster berechnet. In diesen Fällen basiert der gewichtete Entfernungsdurchschnitt auf den Genauigkeitsrangstufen der Cluster-Koordinaten.

Weitere Informationen zum Festlegen von Genauigkeitsstufen für Feature-Classes finden Sie im Abschnitt Topologie in ArcGIS.

Bei der Cluster-Bildung werden durch Bewegen über die Karte Koordinaten-Cluster ermittelt, die in denselben XY-Toleranzbereich fallen. Dieser Algorithmus dient in ArcGIS zur Erkennung, Bereinigung und Verwaltung von "gemeinsamer Geometrie" zwischen Features. Das bedeutet, dass Koordinaten als lagegleich eingestuft und an derselben gemeinsamen Koordinatenposition ausgerichtet werden. Dies ist ein grundlegendes Prinzip bei vielen GIS-Vorgängen und -Konzepten. Ein Beispiel finden Sie unter Überblick über die Topologie in ArcGIS.

Die maximale Entfernung für das Verschieben einer Koordinate an ihre neue Position wird bei solchen Vorgängen aus der Quadratwurzel der XY-Toleranz, multipliziert mit 2, errechnet. Der Cluster-Algorithmus ist iterativ. Aus diesem Grund ist es möglich, dass die Koordinatenpositionen sich um mehr als diese Entfernung verschieben.

Die XY-Standardtoleranz wird auf 0,001 Meter bzw. auf die entsprechende Maßeinheit im tatsächlichen Koordinatensystem des Datasets festgelegt (d. h. 0,001 Meter auf dem Boden). Wenn das Koordinatensystem beispielsweise in State-Plane-Fuß erfasst wurde, beträgt die Standard-XY-Toleranz 0,003281 Fuß (0,03937 Zoll).

Die XY-Toleranz beläuft sich auf das Zehnfache der Auflösung.

Der für die meisten Fälle empfohlene Standardwert für die XY-Toleranz ergibt sich aus dem Standardwert der XY-Auflösung, multipliziert mit 10. Sie können einen größeren Toleranzwert für Daten mit geringerer Koordinatengenauigkeit oder einen kleineren Wert für Daten mit sehr hoher Genauigkeit festlegen.

Beachten Sie, dass der XY-Toleranzwert nicht zur Generalisierung von Geometrie-Shapes konzipiert wurde. Er dient der Integration von Linien und Grenzen bei topologischen Vorgängen. Das bedeutet, dass die Koordinaten, die innerhalb einer sehr kleinen Entfernung voneinander liegen, zusammengeführt werden. Die Koordinaten können um eine der XY-Toleranz entsprechende Entfernung sowohl in X- als auch in Y-Richtung verschoben werden. Durch die Verarbeitung von Datasets mit Befehlen, die die XY-Toleranz verwenden, können daher viele potenzielle Probleme gelöst werden. Dazu gehören die Behandlung sehr kleiner Über- oder Unterstände, die automatische Splitterentfernung doppelter Segmente und die Ausdünnung von Koordinaten entlang von Grenzlinien.

Nützliche Tipps:

  • Mit einem XY-Toleranzwert, der sich aus dem Standardwert für die XY-Auflösung, multipliziert mit 10, ergibt, lassen sich in der Regel gute Ergebnisse erzielen.
  • Je kleiner der XY-Toleranzwert, desto weniger Verschiebungen der Koordinaten finden statt. Bei einem zu kleinen Wert (z. B. 3 x XY-Auflösung oder weniger) wird das Linienwerk lagegleicher Grenzen und Koordinaten jedoch möglicherweise nicht optimal integriert.
  • Bei einem zu großen Wert dagegen laufen Sie Gefahr, dass die Feature-Koordinaten sich überlagern. Dadurch kann die Genauigkeit der Repräsentation von Feature-Grenzen beeinträchtigt werden.
  • Der Wert für die XY-Toleranz sollte sich niemals dem Auflösungswert der Datenerfassung nähern. Beispiel: Bei einem Kartenmaßstab von 1:12.000 entspricht ein Zoll 1.000 Fuß, 1/50 Zoll entspricht immerhin noch 20 Fuß. Die Entfernungen für die Verschiebung der Koordinaten mit der XY-Toleranz müssen unendlich viel kleiner sein. In diesem Fall wäre der Standardwert für die XY-Toleranz 0,003281 Fuß. Verwenden Sie nach Möglichkeit die Standardwerte, wenn es sich nicht um einen Extremfall handelt.
  • In Topologien können Sie die Koordinatenrangstufe für jede Feature-Class festlegen. Stellen Sie für die Features mit der höchsten Genauigkeit (z. B. vermessene Features) den Wert 1 und für die Features mit einer weniger hohen Genauigkeit die Werte 2, 3 usw. ein. Die Features mit einer größeren Zahl (bzw. einer niedrigeren Genauigkeit) werden an den Features mit einer kleineren Zahl ausgerichtet.

Speichern von Feature-Classes in der Geodatabase

In der Geodatabase wird jede Feature-Class in einer eigenen Tabelle verwaltet. Die Spalte "Shape" enthält die Geometrie/Form der einzelnen Features.

Feature-Classes werden in der Geodatabase als Tabellen mit einer Shape-Spalte gespeichert.

Für die Feature-Class-Tabelle gilt Folgendes:

In ArcSDE-Geodatabases werden die einzelnen Feature-Classes als Tabellen in relationalen Datenbanken im DBMS gespeichert. Die vier DBMS (Oracle, DB2, Informix und PostgreSQL) bieten SQL-Zugriff auf Feature-Geometrie in der Geodatabase.

Erweitern von Feature-Classes

Jede Feature-Class in der Geodatabase ist eine Sammlung geographischer Features mit identischem Geometrietyp (z. B. Punkt, Linie, Polygon), identischen Attributen und identischem Raumbezug. Feature-Classes können nach Wunsch erweitert werden, um bestimmte Ergebnisse zu erzielen. Im Folgenden sind einige Möglichkeiten zur Erweiterung von Feature-Classes in der Geodatabase mit den jeweiligen Zielen aufgeführt.

Arbeiten mit Feature-Classes in der Geodatabase

Verwendung

Zweck:

Feature-Dataset

Hiermit können Sie eine Sammlung von Feature-Classes mit räumlichem Bezug sowie Topologien, Netzwerke, Kataster-Datasets und Terrains berechnen.

Subtypes

Hiermit können Sie eine Zusammenstellung von Feature-Subclasses in einer Feature-Class verwalten. Diese Option wird häufig verwendet, um in Feature-Class-Tabellen verschiedene Verhalten bei Teilmengen mit demselben Feature-Typ zu verwalten.

Attributdomänen

Hiermit können Sie eine Liste oder einen Bereich gültiger Werte für Attributspalten angeben. Mit Domänen können Sie die Integrität von Attributwerten sicherstellen. Sie werden oft verwendet, um Datenklassifizierungen zu erzwingen (z. B. Straßenklassen, Zoning-Codes oder Landnutzungsklassifikationen).

Beziehungsklassen

Hiermit können Sie mithilfe eines Primärschlüssels Beziehungen zwischen Feature-Classes und anderen Tabellen berechnen. So können Sie z. B. anhand von Zeilen, die Sie in der Feature-Class auswählen, die damit in Beziehung stehenden Zeilen in einer zweiten Tabelle suchen.

Topologie

Sie können einschränken, inwieweit Features eine gemeinsame Geometrie aufweisen. Benachbarte Landkreise weisen beispielsweise eine gemeinsame Grenze auf. Und Landkreis-Polygone können sich vollständig innerhalb der Grenzen eines Staates befinden oder Staaten überdecken.

Netzwerk-Dataset

Hiermit können Sie Transport- und Abflusssysteme modellieren. Die Erweiterung Network Analyst für ArcGIS Desktop muss installiert sein.

Geometrische Netzwerke

Hiermit können Sie Versorgungs- und andere Netzwerke modellieren sowie Verfolgungen durchführen.

Terrain-Dataset

Hiermit können Sie TINs (Triangulated Irregular Networks) modellieren und große LIDAR- und SONAR-Punktsammlungen verwalten. Die Erweiterung 3D Analyst für ArcGIS Desktop muss installiert sein.

Adressen-Locator

Hiermit können Sie Adressen geokodieren.

Parcel Fabric

Integration und Verwaltung von Vermessungsdaten für Unterteilungen und Flurstückpläne als Teil eines kontinuierlichen Parcel Fabric-Datenmodells in der Geodatabase. Erzielen von inkrementellen Genauigkeitsverbesserungen in der Parcel Fabric, wenn neue Unterteilungspläne und Beschreibungen von Flurstücken eingegeben werden.

Lineare Referenzierung

Hiermit können Sie Ereignisse entlang von linearen Features mit Messgrößen ermitteln.

Kartografische Repräsentationen

Hiermit können Sie mehrere kartografische Repräsentationen und erweiterte kartografische Zeichenregeln verwalten.

Versionierung

Hiermit können Sie eine Reihe von wichtigen GIS-Workflows für das Datenmanagement verwalten, z. B., um lange Update-Transaktionen, historische Archive und die Bearbeitung durch mehrere Benutzer zu unterstützen. Dafür ist die Verwendung von ArcSDE-Geodatabases erforderlich.

Arbeiten mit Feature-Classes in der Geodatabase

3/6/2012