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 verwendeten Feature-Classes sind Punkte, Linien, Polygone und Annotationen (eine Bezeichnung für Kartentext).

In der Abbildung unten werden diese verwendet, um vier Datasets für denselben Bereich darzustellen:

• Kanaldeckelpositionen als Punkte
• Abwasserkanäle als Linien
• Flurstücke als Polygone
• Straßennamen als Annotationen

Anhand dieses Schemas 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 können Sie die einfachen Feature-Classes erweitern, indem Sie eine Reihe erweiterter Geodatabase-Elemente wie Topologien, Netzwerk-Datasets oder Terrains hinzufügen.

Typen von Feature-Classes

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. Straßen, 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.

Hinweis:

Wenn Sie eine Feature-Class erstellen, werden Sie aufgefordert, den Feature-Typ anzugeben, um den Typ der Feature-Class festzulegen (Punkt, Multipoint, Linie oder Multipatch).

In der Regel sind Feature-Classes thematische Sammlungen von Punkten, Linien oder Polygonen, es gibt jedoch mehrere Feature-Class-Typen: Die ersten drei werden in Datenbanken und Geodatabases unterstützt. Die letzten vier werden nur in Geodatabases unterstützt.

• Punkte: Features, die für die Darstellung mit Linien und Polygonen zu klein sind, sowie Punktpositionen (wie GPS-Erfassungen).
• Linien: Repräsentieren Form und Lage geographischer Objekte, die zu schmal sind, um als Flächen dargestellt zu werden (wie Straßenmittelachsen und Wasserläufe). Darüber hinaus werden sie zur Darstellung von Features verwendet, die zwar über eine Länge verfügen, jedoch keine Fläche aufweisen, beispielsweise Konturlinien und Grenzen.
• Polygone: Flächen-Features mit vielen Seiten, mit denen Form und Lage homogener Feature-Typen wie Bundesländer, Landkreise, Flurstücke, Bodentypen und Landnutzungszonen dargestellt werden.
• Annotation: Kartentext, einschließlich der Eigenschaften für die Darstellung des Textes. So sind z. B. zusätzlich zur Textzeichenfolge der einzelnen Annotationen weitere Eigenschaften eingebunden, beispielsweise die Shape-Punkte für die Platzierung des Textes, seine Schriftart und Punktgröße sowie weitere Anzeigeeigenschaften. Annotationen können auch Feature-bezogen sein und Subclasses enthalten.
• Bemaßungen: Spezielle Annotationen, mit denen spezifische Längen oder Entfernungen abgebildet werden. Damit können beispielsweise die Länge einer Gebäudekante, die Länge einer Flurstücksgrenze oder die Entfernung zwischen zwei Features angegeben werden. Bemaßungen werden häufig in GIS-Anwendungen zur Planung, Konstruktion und Einrichtung verwendet.

  

• Multipoints: Features, die sich aus mehreren Punkten zusammensetzen. Mit Multipoints werden häufig Bereiche von sehr großer Punktmenge verwaltet, beispielsweise LIDAR-Punkt-Cluster, die buchstäblich Millionen von Punkten enthalten können. Eine solche Punktmenge kann nicht in einer einzelnen Zeile gespeichert werden. Das Bilden von Clustern mit Multipoint-Zeilen ermöglicht es, sehr große Punktmengen in der Datenbank zu verwalten.

  

• Multipatches: Ein 3D-Geometrietyp zum Darstellen der Außenfläche oder Hülle von Features, die im dreidimensionalen Raum eine nicht kontinuierliche Fläche oder ein nicht kontinuierliches Volumen einnehmen. Multipatches setzen sich aus ebenen dreidimensionalen Ringen und Dreiecken zusammen, die kombiniert werden, um eine dreidimensionale Hülle zu modellieren. Multipatches können zur Darstellung einfacher Objekte (wie Kugeln und Würfel) und komplexer Objekte (wie Iso-Flächen und vollständige Gebäude) verwendet werden.

  

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 können aus einzelnen oder mehreren Teilen zusammengesetzt sein. US-Bundesstaaten, wie z. B. Hawaii, können mehrere Teile umfassen (d. h. Inseln), werden jedoch als einzelne Bundesstaat-Features betrachtet.

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.

Segmenttypen in Linien- und Polygon-Features

Linien und Polygone werden durch zwei Hauptelemente definiert: durch eine geordnete Liste mit Stützpunkten, mit denen die Form der Linie/des Polygons festgelegt wird, und 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 Bézierkurve).

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 Bézierkurve. Diese Formen werden häufig zur Darstellung konstruierter Umgebungen wie Flurstücksgrenzen 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 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. entlang von 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.

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:

Feature-Toleranzen

Lagegenauigkeit und die Unterstützung eines Framework für Datenmanagement 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 und Datenbanken Koordinaten mit hoher Genauigkeit erfassen können und auch die Werkzeuge zur Datenerfassung und die Sensoren im Laufe der Zeit immer besser werden (z. B. Dateneingaben aus Vermessung und Tiefbau, Kataster- und COGO-Datenerfassung, verbesserte Bildauflösung, LIDAR, CAD-Gebäudepläne usw.).

In ArcGIS werden die Koordinaten in Ganzzahlwerten erfasst, und Positionen können mit sehr hoher Genauigkeit verarbeitet werden. Bei verschiedenen ArcGIS-Vorgängen werden Feature-Koordinaten 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: Die Genauigkeit, mit der Koordinaten in einer Feature-Class gespeichert werden
• XY-Toleranz: Eine Cluster-Toleranz, die verwendet wurde, um Features mit lagegleicher Geometrie zu clustern; verwendet in Topologie, Feature-Overlay und verwandten Vorgängen
• Z-Toleranz und Z-Auflösung: Die Toleranz- und Auflösungseigenschaften für die vertikale Koordinatendimension in 3D-Datasets (z. B. eine Höhenmessung)
• M-Toleranz und M-Auflösung: Die Toleranz- und Auflösungseigenschaften für Messwerte entlang von Linien-Features, die für die lineare Referenzierung von Datasets verwendet werden (z. B. die Entfernung entlang einer Straße in Metern)

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 akkurate 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 Ganzzahlen-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.

Die Standard-XY-Auflösung für Feature-Classes beträgt 0,0001 Meter bzw. das Äquivalent in den Maßeinheiten des Koordinatensystems 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.

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 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 in im Gelände gemessenen Einheiten). 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.

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.

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 in im Gelände gemessenen Einheiten). Wenn das Koordinatensystem beispielsweise in State Plane-Fuß erfasst wurde, beträgt die Standard-XY-Toleranz 0,003281 Fuß (0,03937 Zoll).

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 Geometrieformen 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 entsprechenden 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. 3x 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 0,0003281 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 (d. h. einer niedrigeren Genauigkeit) werden an den Features mit einer kleineren Zahl ausgerichtet.

Feature-Class-Speicherung

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

Für die Feature-Class-Tabelle gilt Folgendes:

• Eine Feature-Class entspricht einer Tabelle.
• Ein Feature entspricht einer Zeile.
• Feature-Attribute werden in Spalten erfasst.
• Die Spalte "Shape" enthält die Geometrie der einzelnen Features (Punkt, Linie, Polygon usw.).
• Die ObjectID-Spalte enthält die eindeutige Kennung der einzelnen Features.

Wenn Sie eine Line-Feature-Class in einer Geodatabase erstellen, wird der Feature-Class automatisch ein zusätzliches Feld hinzugefügt, um die Länge der Linie aufzuzeichnen. Wenn Sie eine Polygon-Feature-Class erstellen, werden automatisch zwei zusätzliche Felder hinzugefügt, um die Länge (Umfang) und die Fläche jedes Polygon-Features aufzuzeichnen. Die Maßeinheiten für diese Werte sind abhängig vom Raumbezug, der für die Feature-Class definiert ist. Die Namen dieser Felder hängen vom verwendeten Datenbank- und Raumtyp ab. Es handelt sich dabei um erforderliche Felder, die nicht geändert werden können.

Erweitern von Feature-Classes

Jede Feature-Class ist eine Sammlung geographischer Features mit identischem Geometrietyp, identischen Attributen und identischem Raumbezug. In der Geodatabase gespeicherte Feature-Classes können nach Wunsch erweitert werden, um ein bestimmtes Verhalten zu erzielen oder Datenintegrität zu erhalten. 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
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, Flächennutzungscodes oder Landnutzungsklassifikationen).
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.