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Das eigene GIS mit freier Software und kostenfreien Daten

tags: gis, geologische karten, openstreetmap, wms
Geologische Karten mit QGIS und Openstreetmap
Geologische Karten mit QGIS und Openstreetmap
Der Beitrag enthält eine präzise Schritt-für-Schritt Anleitung für die Verwendung eines eigenen GIS. Mithilfe von frei verfügbarer Software, kostenlosen Diensten und Daten lassen geologisch-topographische Karten erstellen. Als Beispiel dient hier die Software QGIS, die mit den freien Kartendaten von Openstreetmap arbeitet. Die Webdienste der Landesämter liefern die passenden geologische Daten.

11/2020: Überarbeitete Kurzanleitung mit QGIS 3.16 Die urspüngliche Version finden sind im unteren Abschnitt. In den neuen QGIS-Versionen werden ArcGIS REST Server unterstützt. Diese sind als MapServer und als FeatureServer jeweils perfomanter als WMS und WFS. Der Screencast unterscheidet sich daher von der bebilderten Anleitung.


Videotutorial: QGIS 3.16 und diverse Webdienste

Zunächst kann die Projektion (KBS) des neun QIGS-Projektes eingestellt werden. Hier werden Daten genutzt, die im UTM-Grid verfügbar sind. Der Einfachheit halber wird ohne "Umwege" direkt im UTM33N (=EPSG:25833) gearbeitet.

Schon sehr gut aufbereitete Daten können über den ArcGIS-REST vom LfULG Sachsen bezogen werden. In diesem Fall ist das der WMS für die GK50 der eiszeitlich bedeckten Gebiete in Sachsen

Mit dem neu hinzugefügten WMS-Server verbinden und Layer auswählen. Als Format sollte PNG oder PNG8 ausgewählt werden. JPEG ist hinsichtlich der Qualität verlustbehaftet

Die GK50 bildet unsere "Basis". Die Karte soll zusätzlich auch topographische Daten enthalten. Sehr gut geeignet für diesen Zweck, sind sogenannte Vektor-Tiles. In QGIS lassen sich solche über das QGIS-Plugin MapTiler einbinden. Diese lassen sich fein graduiert und präzisse nach eigenen Vorstellungen im Stil anpassen, kommen jedoch auch direkt mit einem brauchbaren vordefiniertem Stil einher. Hier im QGIS-Browser mit installierter MapTiler-Erweiterung den Service „Basic” auswählen.

Flächen, wie Wälder, Wiesen und Gebäude werden für unseren Bedarf ausgeblendet, da diese die Symbologie der geologischen Karte verdecken.

Zusätzlich zum Farbschemata des GK50-WMS, sollen die Symbole der entsprechenden Flächen angezeigt werden. Diese Symbole sind nicht im WMS enthalten. Jedoch bietet das LfULG auf ihrem ArcGIS REST auch einen Feature-Server für die GK50 an. Dieser wird als WFS-Dienst eingebunden.

In den Layereigenschaften wird die Beschriftung auf "SYMBOL" eingestellt.

Der WMS-Layer enthält bereits eine vordefinierte Symbologie. Wir benötigen das WFS nur für die Beschriftung. Dazu wird die Symbologie im WFS-Layer deaktiviert, d.h. Flächen und Linien ausgeblendet

Hilfreich ist auch die Darstellung sogenannter Schummerungsbilder (Hillshading), die aus digitalen Gelände- und Höhenmodellen erzeugt werden. Für Sachsen ist ein vorgerendeter WMS für das DGM1 verfügbar (Rasterdaten). Den WMS mit den DGM-Rasterdaten in QGIS hinzufügen und den Layer „Relief überhöht“ hinzufügen. In dessen Layereigenschaften den Mischmodus "Multiplizieren" einstellen und sofern gewünscht die Helligkeit oder die Transparenz erhöhen.

Durch die Schummerungsdarstellung tritt die Topographie plastisch hervor.

Zusätzlich können z.B. Daten des digitalen Gelände- und Höhenmodells geladen werden. Dazu sei auf diesen Beitrag verwiesen. Die XYZ-Daten des DGM/DHM müssen jedoch selbstständig verarbeitet werden. Es gibt jedoch keinen "fertigen" Service des GEOSN, mit dessen Daten man die Höheninformationen für eine solche 3D-Ansicht erhält. In diesem Beispiel wurden die XYZ-ASCII-Daten in ein Rasterformat (GEOTIFF) konvertiert und erst im Anschluss in dieses QGIS-Projekt geladen.

Die erste Grundlage für ein eigenes Projekt mit Daten aus dem OpenStreetMap-Projekt (Straßen, Gebäude, Ortsbezeichnungen), der geologischen Karte der eiszeitlich bedeckten Gebiete in Sachsen 1:50.000 mit Beschriftung (z.B. Kt = Kreide, Turon), sowie einem fertigen Schummerungsbild auf Basis des digitalen Geländemodells DGM1 von Sachsen.

Datenquellen:
GK50 Eiszeit: Darstellung auf der Grundlage von Daten und mit Erlaubnis des Sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie LfULG
OSM via MapTiler: © OpenStreetMap-Mitwirkende
Schummerung: Staatsbetrieb Geobasisinformation und Vermessung Sachsen (GeoSN), 2020


 

Folgend die alte Version der "Kurzanleitung".

GIS (Geoinformationssystem) sind Informationssysteme zur Erfassung, Bearbeitung, Organisation, Analyse und Präsentation von Geo-Daten. Der Begriff "GIS" umfasst dabei die Hardware, Software/Anwendung und natürlich die verwendeten Daten selbst. Die dazu notwendigen Programme nennt man GIS-Software. Kommerzielle Produkte, beispielsweise von ESRI (ArcGIS) oder Autodesk (Map3D), sind teilweise sehr teuer in der Anschaffung. Die wohl bekannteste GIS-Software, die (in abgespeckter Form) kostenlos verfügbar ist, stammt von Google (GoogleEarth). Es existieren dutzende weitere Programme, die - mehr oder weniger - für verschiedene Anwendungen geeignet sind.

Die passende Software und Daten

Für dieses Beispiel wurde die Software Quantum GIS "Enceladus" genutzt. Das Programm ist Open-Source und unterliegt der GNU Lizenz GPL 3.

Als Quelle für die topographischen Daten kommt das OpenStreetMap Projekt zum Einsatz. In diesem Projekt á la Wikipedia sammeln und bearbeiten einzelne Nutzer Daten zu Straßen, Gebäuden u.vm. und stellen sie kostenfrei zur Verfügung. Die Nutzung der Daten, die unter einer Creative-Commons-Lizenz stehen, ist ebenfalls kostenlos. Das Resultat auf Basis dieser Daten kann, sowohl im privaten, als auch im kommerziellen Bereich veröffentlicht werden.

Einige Geologische Landesämter der Bundesländer und die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) ermöglichen die kostenfreie Nutzung einiger geologischen Daten. Die Veröffentlichung der Resultate auf Grundlage solcher Daten ist normalerweise nicht erlaubt. Erforderlich ist die Genehmigung vom zuständigen Bereitsteller/Besitzer der Daten. Normalerweise sind das die jeweiligen geologischen Landesämter.

Für die private Nutzung ist die Kombination von aktuellen und (teilweise) sehr umfangreicher topographischen Daten mit geologischen Informationen natürlich erlaubt. Die Möglichkeiten einer Veröffentlichung orientieren sich wohl am kleinsten gemeinsamen Nenner. Im folgenden Beispiel setzt sich unser "Datenpool" aus den Daten von OpenstreetMap (Lizenz: CC-BY-SA) und den nicht "freien" (im Sinne von nicht beschränkt nutzbar) Daten des sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie zusammen. Inwiefern die Klausel "Weitergabe unter gleichen Bedingungen" des OpenstreetMap-Projektes hier erfüllt werden kann bzw. darf und welche Lösung es für dieses Problem gibt, ist zu klären.

Im folgenden Beispiel werden die Daten über sogenannte Web Map Service (WMS) bezogen, d.h. bei Bedarf (on-demand) über das Internet heruntergeladen. Eine ständige, schnelle Internetverbindung ist daher unerlässlich. Vorteil von solchen WMS: Die Art der Darstellung, d.h. Farben und Größe der Straßen, Naturräume, etc. muss nicht eigens definiert werden, sondern ist bereits vorgegeben.

Einrichtung der Software

Quantum GIS (qgis.org) ist für viele Plattformen verfügbar. Die aktuelle Version kann unter www.qgis.org/en/download/current-software.html heruntergeladen werden. Für diesen Beitrag wurde die stabile Version 1.4.0 Enceladus Windows Standalone genutzt. Das Programm ist in deutscher Sprache verfügbar. Ebenso ein umfangreiches Handbuch (www.qgis.org/de/dokumentation/handbuecher.html.

QGIS

Abb. 1: Die Benutzeroberfläche von QGIS. Für mehr Informationen bitte das Handbuch zu QGIS nutzen.

Wir beginnen mit einem neuen Projekt (Datei»Neues Projekt).

Einbindung über Web Map Service (WMS)

Bei QGIS besteht die Möglichkeit WMS-Layer einfach hinzuzufügen. Unter dem Menüpunkt "Layer" auf "WMS-layer hinzufügen" klicken und unter dem dritten Reiter "Serversuche" den Begriff "openstreetmap" eingeben.

QGIS

Abb. 2: Bequem: Die WMS-Serversuche in QGIS per Schlagwort.

Uns reicht eine einfache Darstellung - wir wählen daher den Dienst "10k simplified AGG OpenStreetMap WMS" von bund.de aus und klicken unterhalb der Liste auf "gewählte Zeile der WMS-Leiste hinzufügen".

WMS-URL einer vereinfachten Darstellung von Openstreetmap

http://osm.prtr.bund.de/cgi-bin/mapserv?map=/data/umn/osm/osm_s_10k_opt_agg.map&

Danach findet sich dieses WMS in unserer persönlichen Serverliste. Im gleichen Fenster wechseln wir auf den ersten Registerreiter "Server" und klicken auf "Verbinden". Eine Auswahl aller verfügbaren Layer (Strassen, Gewässer, ...) wird geladen. Wir wählen Alle aus ("Hinzufügen"). Der Name des neuen Layers kann selbstständig gewählt werden.

QGIS

Abb. 3: Darstellung der Daten für verschiedene Maßstäbe

Analog dazu binden wir geologische Daten ein. Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe bietet Diese unter http://www.bgr.de/Service/geologie/ an.

BDR Geologie: GK1000 Grundgestein und Deckschicht

http://www.bgr.de/Service/geologie/gk1000/?

BDR Geologie: GUEK200 (basierend auf Rasterdaten)

http://www.bgr.de/service/geologie/guek200/?

Internationale Geologische Karte von Europa und angrenzende Gebiete 1:5 Millionen

http://www.bgr.de/Service/geologie/Igme5000/?

Internationale Quartärkarte von Europa Quartärgeologie: IQuaME2500

http://www.bgr.de/Service/geologie/IQUAME2500/?

Das Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie Sachsen (LfULG) bietet ebenfalls WMS an. Allerdings unterstützt QGIS die "Art" der ausgelieferten Daten in der derzeitigen Version (1.3) nicht. Die vom LfULG ausgelieferten Rasterdaten können derzeit noch nicht interpretiert/reprojektiert werden, während das LfULG Sachsen derzeit keine Unterstützung für georeferenzierte Vektordaten anbietet, wie sie für QGIS z. Z. noch benötigt werden.

In Version 1.5 ist diese Beschränkung aufgehoben. Die Darstellung der WMS-Dienste (u.a. GÜK400) des LfULG ist möglich ( http://www.umwelt.sachsen.de/de/wu/umwelt/lfug/lfug-internet/interaktive_karten_11169.html).

Wer jedoch nicht ständig eine Breitbandinternetverbindung nutzen möchte, kann viele Daten auch herunterladen und dann im Projekt einbinden. Allerdings ist das mit Mehraufwand verbunden.

Download auf den Seiten oben rechts

Übersicht: http://www.umwelt.sachsen.de/umwelt/geologie/7657.htm

Geologische Übersichtskarte Sachsen 1:400.000 (GÜK400)
Karte ohne känozoische Sedimente (1995)
Oberflächenkarte (1992)

WMS: http://www.umwelt.sachsen.de/umwelt/infosysteme/arcims/wmsconnector/wms/capabilities/gk400.xml?

Geologische Karten Sachsen 1:100.000 (GK 100)
Jizera – Karkonosze

Geologische Karten Sachsen 1:25.000 (GK25)
einige Blattschnitte 1875-1972

Planet File des openstreetmap-Projektes
Weltweit, Länder, Bundesländer

QGIS 1.5.0 und Web Map Services

Abb. 4: Topographische Daten des openstreetmap-Projektes (Orte+Straßen) und die Geologische Übersichtskarte von Sachsen 1:400.000 (LfULG Sachsen). Die Daten werden per WMS bereitgestellt.

Für Sachsen hat das Landesvermessungsamt unter http://www.landesvermessung.sachsen.de/ias/basiskarte4/service/register zahlreiche WMS-Dienste (Topo 10k - 50k, Gemeindegrenzen, Luftbilder,..). Allerdings ist vor einer Veröffentlichung die Genehmigung des Landesvermessungsamtes einzuholen. Ob die Gegeben wird, ist mir nicht bekannt.

Dieser Artikel soll eine knappe Einführung in das Thema sein. Es wurde Beispielhaft die kostenfreie Software Quantum Enceladus verwendet. Es gibt dutzende Alternativen (Liste auf de.wikipedia.org). Der Marktführer bei kostenpflichtiger Software ist die Firma ESRI mit seinen Arc-Produkten (ArcGIS,...).

Die Nutzung von WMS ermöglicht mit relativ geringem Zeitaufwand Karten nach eigenen Bedürfnissen zu erstellen. Die Frage der Nachnutzung dieser Karten, also die Veröffentlichtung, ist dabei jedoch zu beachten.

Während Daten von Projekten wie Geodaten © OpenStreetMap und Mitwirkende, CC-BY-SA unter einer Creative Commons Attribution-ShareAlike 2.0 (CC-BY-SA) gestellt werden, sind die Daten etwa der Landesämter nicht ohne weiteres im nicht-privaten Bereich nutzbar.

Auf kreidefossilien.de sind Karten zu finden, die auf frei verwendbaren Daten (openstreetmap) und auf geologische Basisdaten des Landesamtes für Umelt, Landwirtschaft und Geologie Sachsen basieren. Eine Genehmigung wurde kostenfrei erteilt.

Weiterführendes:

Kommentare (1)

  1. Riccardo:
    2. Februar 2015, 16:19 Uhr

    QGIS 2.6 ist bereits raus. Ihr könnt gern auf unsere Tutorial bei www.digital-geography.com verweisen ;-)

    Antworten






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