ArcGIS Einführung

Einführung in ArcGIS
ArcGIS, ein Produkt der Firma Environmental Systems Research Institute (ESRI USA), ist ein leistungsfähiges Geoinformationssystem, welches bereits seit Ende der 1980'ziger Jahre am Markt etabliert ist und in vielen Bereiche weltweit eingesetzt wird sowie GIS-Standards gesetzt hat. Das Produkt kann je nach Aufgabenbereich und Kenntnisstand des Anwenders skaliert lizensiert werden. Es beinhaltet in der Desktop-Version (neben vielen speziellen Anwendungen und Teilmodulen) immer die drei Grundprogramme ArcCatalog (Datenbankverwaltung) und ArcMap (flexible Visualisierung) mit ArcToolbox (Auswertung, Werkzeuge).

Seit der Version10.x lässt sich die Datenbank parallel in ArcMap ansprechen und ist dort fest intergriert. In allen Produkten lassen sich alle gängigen Raster- sowie Vectordatensätze mit definiertem Raumbezug (geographisches Referenzsystem) numerisch-räumlich auswerten und anschliessend visualisieren. Neben der Desktop-Variante existieren zudem die Web- bzw. Cloud-basierten ArcGIS-Online bzw. ArcGIS-Pro Dienste; Letztere spielen für das vorliegende Script noch keine Rolle, da diese Produkte sich eher an bereits geübte AnwenderInnen richten.

Verwalten von Geodaten und Metadaten
Verzeichnisbaum ähnlich Win-Explorer, aber mit Icon-Anzeige der Datentypen
Preview der Daten in Geometrie- und Tabellen-Ansicht
Erstellen einer Personal Geodatabase mit Feature Datasets und Feature Classes (s.u.)
Räumliches Bezugssystem und Projektion definieren
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Editieren von Geoobjekten mit Geometrie und Sachdaten
Visualisieren von Geodaten als Data View (Editieren und Analysieren) und Layout View (Kartenerstellung)
Selektieren von Geoobjekten nach Attributen und räumlichen Lagebeziehungen zu anderen Geoobjekten
Analysieren geometrischer, topologischer und attributiver Eigenschaften der Geoobjekte (z.B. statist. Kennwerte)
Möglichkeit zur Nutzung diverser Extension
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Was kann ArcToolbox ?
ArcToolbox kann als dockable window sowohl aus ArcCatalog wie aus ArcMap heraus aufgerufen werden. Diese Werkzeug-Sammlung bietet u.a.:

Werkzeuge zur Verwaltung von Geodaten (Vektordaten, Rasterdaten)
Werkzeuge zum Importieren, Exportieren und Umwandeln von Geodaten
Werkzeuge zum topologisch/numerischen Analysieren von Geodaten
Werkzeuge zur Transformation von Geodaten zwischen diversen Koordinatensystemen
Einbinden eigener, programmierter Werkzeuge
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Ausserdem gibt es noch viele weitere Komponenten, von denen besonders die sogenannten Erweiterungen (Extensions) wichtig sind:

Vektor-Daten	- Coverage (von ArcInfo) - Shape (von ArcView 3.x) - Layer aus der Personal Geodatabase (neu ab ArcGIS 8.0)
Raster-Daten	- GRID (ArcInfo/ArcGIS - spezifisches Rasterformat) - Image-Formate (gängige Formate wie z.B. tiff, insb. auch georeferenzierte GeoTiff) - Personal Geodatabase (neu ab ArcGIS 9.0)
TIN-Daten	Triangulated Irregular Networks, d.h. Dreiecks-vermaschte Höhendaten für digitale Höhenmodelle
(Meta-)Sachdaten	entsprechend dem relationalen Datenmodell mit Attributen (Variablen) und Entitäten (Geoobjekten), dargestellt in Form von Tabellen

Was bedeutet Layer ?
Ein Layer ist ein ESRI-spezifisches Datenformat für Vektordaten (*.lyr), das für das (alte) ArcInfo entwickelt worden ist und auf der Coverage-Typologie beruht. Es beinhaltet in der Regel features mitsamt ihren Attributen.

Coverage:
A file-based vector data storage format for storing the location, shape, and attributes of geographic features.
A coverage usually represents a single theme such as soils, streams, roads, or land use. It is one of the primary vector data storage formats for ArcInfo.
A coverage stores geographic features as primary features (such as arcs, nodes, polygons, and label points) and secondary features (such as tics, map extent, links, and annotation). Associated feature attribute tables describe and store attributes of the geographic features.

Feature:

A representation of a real-world object.
An object class in a geodatabase that has a field of type geometry. Features are stored in feature classes.
A point, line, or polygon in a coverage, shapefile, or geodatabase feature class

Was bedeutet Shape ?
Shape ist ein sehr frühes ESRI-spezifisches Datenformat für Vektordaten, das zwar für das alte ArcView 3.x entwickelt worden ist, aber als 'Standardformat' in fast allen GIS akzeptiert wird.

Shape:
The characteristic appearance or visible form of a geographic object. Geographic objects can therefore be represented on a map using one of three basic shapes: points, lines, or polygons.
Shapefile:
A vector data storage format for storing the location, shape, and attributes of geographic features.
Important: A shapefile is stored in a set of related files and contains one feature class.

Point	Punkte (x,y) im geometrischen bzw. Knoten im topologischen Sinn
Multipoint	Zusammengehörige Gruppe von Points mit gleichartiger Attributierung
Line	Liniensegment (Strecke) im geometrischen bzw. Kante im topologischen Sinne, auch offener Polygonzug aus mehreren Liniensegmenten, auch Kreisbögen und Bezier-Kurven
Polygon	durch einen geschlossenen Polygonzug definierte Fläche; Polygone dürfen sich überlappen

Wichtig: Topologische Beziehungen werden in einem Shape-File nicht gespeichert (im Unterschied zu coverages und geodatabases).

Warum eine Dantenbank / Personal Geodatabase (PGDB) ?
PGDB ist ein Datenmodell (zugleich eine Datenbank) im ESRI-eigenen Format, in dem (der) gleichartige Features in Feature Classes organisiert und verwaltet werden.

Eine Feature Class ist eine Geoobjekt-Klasse im OO-Sinn. Für Feature Classes können sowohl Struktur (Attribute) wie Verhalten der Geoobjekte (features) definiert werden.
Für die features einer Feature Class können numerische, nominale sowie topologische Beziehungen definiert und analysiert werden.
Feature Classes mit gemeinsamem Raumbezug können zu einem Feature Dataset zusammengefasst und visualisiert werden.

Geodatabase (Geodatenbanksystem in Sinne der Vorlesung):
An object-oriented (oo) geographic database that provides services for managing geographic data. These services include validation rules, relationships, and topological associations. A geodatabase contains feature datasets and is hosted inside of a relational database management system.

Geodatabase data model:
Geographic data model that represents geographic features as objects in an object-relational database. Features are stored as rows in a table; geometry is stored in a shape field. Supports sophisticated modeling of real-world features. Objects may have custom behavior.

Personal geodatabase:
A geodatabase, usually on the same network as the client application (for example, ArcMap), that supports one editor at a time. Personal geodatabases are managed in a Microsoft Jet Engine database.

Um die diversen Datentypen für coverages, shapefiles, layer und PGDB auseinanderhalten zu können, werden sie in ArcCatalog mit speziellen Farben und Icons symbolisiert:

	Point, Labelpoint, ...			Annotation
	Line, Route, Section			Table (Attributdaten)
	Polygon, Region			Tin
	Tic			Raster

Das Hilfe-System ist wie üblich unter Help bzw. mit F1 erreichbar. Im ArcTutor-Verzeichnis sind zahlreiche Übungsdaten enthalten, die man mit ArcCatalog schnell einsehen kann.

ESRI-Online Scripte und die deutschsprachige Einführung in ArcGIS 10.x im Wichmann-Verlag....oder

ArcIMS	Server-Applikation für das web-mapping im Internet; damit können Karten über das Internet nach Benutzerwünschen erstellt und in einem Standard-webbrowser visualisiert werden
ArcSDE	Server-Applikation, die als middleware eine Verbindung zwischen dem ArcGIS-System und Standard-Datenbanken herstellt; auf diese Weise können auch in Standard-DBMS (z.B. Oracle) Geodaten verwaltet und recherchiert werden
Spatial Analyst	Extension zu den Kernmodulen: Analyse von Rasterdaten
Geostatistical Analyst	Extension zu den Kernmodulen: Geostatistische Methoden zur Analyse und insb. räumlichen Interpolation von punktbezogenen Geodaten
3D-Analyst	Extension zu den Kernmodulen: Analyse und Visualisierung von 3D-Geodaten
ArcPress	Extension zu den Kernmodulen: Verbesserte und beschleunigte Ausgabe von analogen Karten
ArcPad	Client-Applikation für PDA unter WinCE/Pocket-PC für mobile GIS-Applikationen mit WirelessLAN- und GPS-Anbindung; wichtige Grundlage von location based services (LBS)
. . . und weitere individuelle Module.

Getting to Know ArcGIS Desktop, Second Edition, Updated for ArcGIS 10