TOPOGRAFIE & GIS
Prof. Dewulf, Prof. Van de Weghe, Prof.
Huang
ArcheoStudent04
3E BACHELOR ARCHEOLOGIE
,
,Inhoud
DEEL 1: TOPOGRAFIE ................................................................................................................. 1
1 Wat is topografie? .......................................................................................................... 1
1.1 Wat doet de landmeter?............................................................................................ 1
2 Lengte- & hoek-eenheden in de topografie .................................................................... 4
2.1 Lengte-eenheden ...................................................................................................... 4
2.2 Hoek-eenheden......................................................................................................... 5
3 Onderdelen van topografische meetinstrumenten .......................................................... 7
3.1 Vizierlijn (of -vlak) om te richten op het meetpunt ................................................. 7
3.2 Referentierichting..................................................................................................... 9
3.2.1 In een horizontaal vlak ..................................................................................... 9
3.2.2 In een verticaal vlak .......................................................................................... 9
3.3 Toestel stabiel opstellen: statieven ........................................................................... 9
3.4 Energievoorziening (batterijen) ............................................................................. 10
4 Metingen & GNSS ....................................................................................................... 10
4.1 Differentiële hoogtemetingen ................................................................................ 10
4.1.1 Hoogtedefinities.............................................................................................. 10
4.1.2 Waterpassing .................................................................................................. 11
4.2 Hoekmetingen ........................................................................................................ 15
4.2.1 Zenithale hoekmeting ..................................................................................... 15
4.2.2 Horizontale hoekmeting ................................................................................. 16
4.2.3 Elektronische theodolieten ............................................................................. 16
4.2.4 Opstellingseisen .............................................................................................. 17
4.3 Afstandsmetingen .................................................................................................. 17
4.3.1 Rechtstreeks .................................................................................................... 17
4.3.2 Onrechtstreeks ................................................................................................ 18
4.3.2.1 Optische afstandsmeting: passief .............................................................. 18
4.3.2.2 EM afstandsmeting: actief & bidirectioneel .............................................. 19
4.4 GNSS: Globale Navigatie Satelliet Systemen ....................................................... 20
4.4.1 Inleiding .......................................................................................................... 20
4.4.2 Nu ................................................................................................................... 20
4.4.3 Toekomst ........................................................................................................ 22
4.4.4 Besluit ............................................................................................................. 22
DEEL 2: GIS............................................................................................................................. 22
1 Basisbegrippen ............................................................................................................. 22
i
, 1.1 Wat is GIS? ............................................................................................................ 22
1.2 GIS is meer dan software ....................................................................................... 22
1.3 Kaart- & informatielagen ....................................................................................... 23
1.4 Geo-lokalisatie ....................................................................................................... 23
2 Structuren van ruimtelijke informatie .......................................................................... 23
2.1 Het ruimtelijk gegevensmodel ............................................................................... 24
2.2 Het conceptueel gegevensmodel ............................................................................ 25
2.3 Het logische of database gegevensmodel............................................................... 25
2.4 Het intern of fysisch gegevensmodel ..................................................................... 26
3 Het conceptueel gegevensmodel .................................................................................. 26
3.1 Basis ....................................................................................................................... 26
3.1.1 Rastergeometrie .............................................................................................. 26
3.1.1.1 Grid-toewijzing ......................................................................................... 26
3.1.1.2 Ruimtelijke resolutie ................................................................................. 26
3.1.1.3 Datacompressie ......................................................................................... 27
3.1.2 Vectorgeometrie ............................................................................................. 28
3.1.2.1 Grafen ........................................................................................................ 29
3.1.2.2 Topologie .................................................................................................. 29
3.1.3 Verschil raster-/vectorgeometrie .................................................................... 30
3.2 Uitbreidingen ......................................................................................................... 30
3.2.1 Gegevensmodellen voor geografische oppervlakken ..................................... 30
3.2.1.1 Raster ......................................................................................................... 30
3.2.1.2 Vector ........................................................................................................ 30
3.2.2 Gegevensmodellen voor netwerken ................................................................ 31
3.2.3 Gegevensmodellen voor volumes ................................................................... 31
3.2.3.1 Veldbenadering in een voxelgeometrie ..................................................... 32
3.2.3.2 Tetrahedral netwerks (TEN) ...................................................................... 32
3.2.3.3 Vlakkenmodel/B-rep (boudnary representation) ....................................... 32
3.2.3.4 Volumemodel/constructive solid geometry .............................................. 32
3.2.4 Gegevensmodellen voor tijd ........................................................................... 32
3.2.4.1 Topologie van de tijdslijn .......................................................................... 32
3.2.4.2 Soorten veranderingen ............................................................................... 33
4 Invoer van gegevens ..................................................................................................... 33
4.1 Rasterdata ............................................................................................................... 33
4.1.1 Scannen v. analoge documenten ..................................................................... 33
ii
, 4.1.2 Teledetectiegegevens ...................................................................................... 33
4.1.3 Vector-naar-raster conversie........................................................................... 34
4.2 Vectordata .............................................................................................................. 34
4.2.1 Manueel: via digitaliseertafel of gescande documenten ................................. 34
4.2.2 Automatisch .................................................................................................... 35
4.2.3 Digitaliseerfouten ........................................................................................... 35
5 (Ruimtelijke) Analyse .................................................................................................. 35
5.1 Ontstaan ................................................................................................................. 35
5.2 Soorten bevragingen .............................................................................................. 36
5.3 Kortste afstand tussen punten ................................................................................ 36
5.4 Buffers.................................................................................................................... 36
5.5 Dichtheid ................................................................................................................ 36
5.6 Centraliteit.............................................................................................................. 37
5.6.1 Centroid .......................................................................................................... 37
5.6.2 Centrale puntobject ......................................................................................... 37
5.7 Kwadraattelling ...................................................................................................... 37
5.8 Vormparameters ..................................................................................................... 38
5.9 Kaartalgebra ........................................................................................................... 38
5.9.1 Uni- & multivariabele transformatie .............................................................. 38
5.9.2 Hercoderen ...................................................................................................... 38
5.9.3 Numerieke combinatie .................................................................................... 39
5.9.4 Filters .............................................................................................................. 39
5.10 Morfometrie ....................................................................................................... 40
5.11 Zichtbaarheidsanalyse ........................................................................................ 40
DEEL 3: CARTOGRAFIE ............................................................................................................ 41
1 Inleiding: cartografie & geodesie ................................................................................. 41
2 Vorm & grootte v/d Aarde – Geoïde & ellipsoïde ....................................................... 42
2.1 Inleiding ................................................................................................................. 42
2.2 Geoïde .................................................................................................................... 42
2.3 Ellipsoïde ............................................................................................................... 43
2.4 Drie soorten hoogtes .............................................................................................. 44
3 Datum ........................................................................................................................... 44
3.1 Lokale datum ......................................................................................................... 45
3.2 Globale datum ........................................................................................................ 45
3.3 Hoogte & diepte ..................................................................................................... 45
iii
,4 Coördinaatreferentiesystemen (CRS-en)...................................................................... 46
5 Kaartprojecties ............................................................................................................. 47
6 Veel voorkomende CRS-en .......................................................................................... 49
iv
, DEEL 1: T OPOGRAFIE
1 Wat is topografie?
• Def.: bestudeert relatie tussen 4D FY wereld & een symbolische voorstelling ervan:
o Ruimte: X (lengteligging) + Y (breedteligging) + Z (hoogte/diepte) → 2D =
X-Y | 2,5D = X-Y m. vaste/constante Z | 3D = X-Y-Z
o Tijd: T → afhankelijk v.:
▪ Continentendrift:
▫ Ca. 2cm/j
▫ Rekening mee houden bij kartering: correcte
assenstelsel/coördinaatsysteem nemen → landmeten in
BE/VL: FlePos (Flemish Positioning System)
▪ Atmosferische belasting:
▫ = getijden v/d zee, luchtdruk, …
▫ Landmassa beweegt enkele cm op & neer → FY weinig v. te
merken door enorme afmetingen, maar rekening mee te
houden bij landmeten
o Symbolische voorstellingen (grondplannen, dwarsprofielen, coördinatenlijsten,
…) uit te zetten i/d FY wereld a.d.h.v. punten, lijnstukken, driehoeken, …
• Verwerking meetresultaten: vereffenen = (WI) meetruis uitwissen → (bv.) punten
i/e polygoon (start- & eindpunt zijn =): hoogteverschil moet uiteindelijk op 0
uitkomen → meetruis v. enkele cm mogelijk => WI doen kloppen/tot 0 brengen
1.1 Wat doet de landmeter?
• Uitzetten = schatting v/d IRL-locatie v/d coördinaat tot op (ca.) exacte positie →
aantal keer opmeten tot fout = verwaarloosbaar
1
, • Meten:
o Topografie = toegepaste WET, in detail onderlinge positie v. punten v/e deel
v/h aardopp. meten → positie v/d punten op het aardopp. meetkundig
beschrijven a.d.h.v. verschillende soorten gegevens: hoeken (= verschil v. 2
richtingen) + richtingen (= deelverzameling v/e hoek & hoeken met
nulrichting ter referentie) + afstanden + hoogteverschillen (= verticale
afstanden)
o Hoeken:
▪ Azimuthale hoek = het Noorden als nulrichting
▪ Zenithale hoek = loodrecht verticaal als nulrichting
• Waarmee meten:
• Nauwkeurig-
o Waterpastoestel:
heidsklassen:
▪ x20-50 vergroting
o Geodetisch
▪ Enkel horizontaal L & R of ook op en neer
o Ingenieurs/
▪ Oude naam = theodoliet
Landmeters
o Totaalstation:
o Bouwwerf
▪ Theodoliet + afstandsmeter o.b.v. laserstraal
▪ A.d.h.v. bolcoördinaten ((co)sinussen) → omrekenen naar XYZ-
coördinaten (vaak in toestel al autom. omgerekend)
o GNSS:
▪ A.d.h.v. satellieten
▪ GE:
▫ VS, ’60s: 1e systeem v. 6 satellieten
▫ VS, ’70s: vernieuwd naar 30 satellieten:
- Vandaag nog gebruikt als GPS
- Satellieten iedere 10j vervangen
- 1e echt wereldomvattend systeem → overal op Aarde
bruikbaar
▫ Doorheen de tijd: lokale eigen versies gemaakt (RUS, EU, CH,
JP) → zowel burgerlijk als militaire doelen
▪ Nauwkeurigheidsklassen in RTK-mode (= real time kinematic):
▫ Planimetrie = 2D ‘platte’ ruimte opmeten
▫ Altimetrie = hoogtemeting
• Waarmee berekenen:
o “Rugged” pc, tablet, … → zoals normale elektronica, maar meer
omgevingsbestendig
o Totaalstation → software i/h programma, code v/h opgemeten punt ingeven
o Extern veldgeheugen
• Grafisch voorstellen:
o Verleden → eerder opgemeten punten grafisch voorstellen via
oplossingsmethodes (bv. voorwaartse insnijding)
o Heden → a.d.h.v. handheld toestellen meteen controle mogelijk van
opgemeten punten
o Toekomst → grafische simulaties maken = kwaliteitsvoorspellingen
2
,• Kwaliteit:
o Geometrische kwaliteit:
▪ Precisie:
▫ A & B = precies → B is niet juist, maar wel precies →
systematische afwijking
▫ = maat voor de spreiding v/d resultaten
(standaardafwijking)
▫ T.g.v. toevallige fouten of meetonzekerheden
▫ Afleesprecisie → afhankelijk v/d toestelresolutie
▫ Aantal decimalen na de komma: niet nodeloos veel
▪ Juistheid:
▫ A & C = juist → C is niet precies, maar wel juist → gemiddelde
waarde v/d punten komt correct (genoeg) uit
▫ = maat voor overeenstemming met de exacte waarde
▫ T.g.v. systematische fouten of meetonzekerheden
▪ Betrouwbaarheid:
▫ = maat voor de waarschijnlijkheid dat geen vergissingen zijn
begaan
▫ T.g.v. grove fouten, bv. komma verkeerd, niet-leesbaar
handschrift, …
▪ Verschillende soorten fouten mogelijk:
▫ Toevallig → gelinkt aan precisie
▫ Systematisch → gelinkt aan juistheid
▫ Grove → gelinkt aan betrouwbaarheid
o GIS-kwaliteit:
▪ Codering → ondubbelzinnig & onderling coherent:
▫ = betekenis v/d ingemeten punten → legende (kleuren,
symbolen, teksten, …)
3
, ▫ Ook bij meten v/h punt zelf: betekenis, hoort het tot een
lijnstuk, …
▪ Volledigheid
▪ Actualiteit
o Gon = manier v. hoekwaarden uitdrukken (i.p.v. 360°-systeem):
▪ Rechte hoek = 100 gon
▪ Cirkel = 400 gon
▪ Volledige decimaal systeem, bv. mgon = 0,0001
• Topografie vs. geodesie:
o Topografie:
▪ Opmeten v. kunstmatige objecten
▪ Aardkromming verwaarloosbaar
▪ Beperkte gebieden
▪ Relatieve nauwkeurigheid → punten positioneren t.o.v. elkaar
o Geodesie:
▪ Natuurlijke vorm v/d aarde opmeten → natuurlijk reliëf
▪ Aardkromming van belang → 1 km afstand = 8 cm hoogteverschil
door aardkromming
▪ Grotere gebieden
▪ Absolute nauwkeurigheid
2 Lengte- & hoek-eenheden in de topografie
2.1 Lengte-eenheden
• Geschiedenis van “dé meter”:
o Ontwikkeld in 1791 onder impuls v/d FR Academie voor WET →
standaardmaat i.p.v. arbitraire eenheid ‘voet’ (1 voet ≠ overal zelfde
afstand)
o O.b.v./d meridiaan van Parijs: de meter = 1/40.000.000 v/d aardomtrek →
berekend a.d.h.v. graadmeting v. Duinkerke (FR) tot Barcelona
o 1799: Delambre & Méchain tijdens conferentie in Parijs: eenheid
gedefinieerd als ‘meter’, afkorting ‘m’ → gematerialiseerd als staaf in
platina, bewaard in Sèvres
o 1889: nieuwe staaf uit platina-iridium
o 1960: nieuwe def. o.b.v. stralingsovergang v./h krypton-atoom
o 1983: laatste herdef. tot huidige def.: 1 m = lengte die het licht aflegt i/e
vacuüm in 1/299.792.458 v/e seconde
SI-eenheden & verschillende types afstandsmaten: zie ppt. 1b
Verschillende types oppervlaktematen: zie ppt. 1b
4