GIS Day2009 KTM - HFT Stuttgart · PDF file• je Semester 4-5 Module, ... Geoid Ellipsoid...
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Fakultät: Vermessung, Informatik und Mathematik Prof. Rainer Kettemann
19. November
2009
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Willkommen beim GIS-Day 2009
GPS und GISSatellitenpositionierung und Geoinformationssysteme
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Programm
09.30Begrüßung durch den Rektor der HFT Stuttgart, Prof. Rainer FrankeVorstellung des GIS-Day durch Firma ESRI (D. Schober)Vermessung und Geoinformatik an der HFT Stuttgart (Prof. R. Kettemann)
10.00Satellitenpositionierung (GPS) und Geoinformationssystemen (GIS), Vorstellung der Projektarbeit (Prof. R. Kettemann)
10.30 Kurze Pause
10.45Einweisung in die Nutzung der GPS-Ausrüstungen und Datenerfassung im Stadtgarten
12.30
Mittagspause mit der Möglichkeit weitere Vermessungsgeräte kennen zu lernen
Eine Stärkung und ein Getränk in der Cafeteria der HFT werden von der Firma ESRI gesponsert
13.45Datenübernahme in Geoinformationssysteme und Veröffentlichung von Bildern in Google Earth im Raum 1/014
15.45 Abschlussdiskussion im Raum 1/013
16.00Ende des GIS-Day – Verlosung - Verabschiedung der TeilnehmerPreise wurden von der Firma ESRI gestiftet.Bestätigungsstempel für Teilnehmer der Forschungsexpedition Deutschland
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Vermessung und Geoinformatik an der HFT Stuttgart
Geodäsie-Studium
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Vermessung und GeoinformatikFakultät: Vermessung, Informatik und Mathematik
Vermessung und Geoinformatik
Bachelor of Engineering7 Semester
Informationslogistik
Bachelor of Science7 Semester
Photogrammetry and Geoinformatics
international (englisch)
Master of Science3 Semester
VermessungLandmanagement und Ingenieurvermessung
(deutsch)
Master of Engineering3 Semester
Stadtplanung(deutsch)
Master of Engineering3 Semester
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Informationslogistik- Projekt der Landesstiftung Baden-Württemberg-
Logistik von Informationen• die richtige Information
• zur richtigen Zeit
• am richtigen Ort
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Vermessung und Geoinformatik- ein moderner Geodäsie-Studiengang mit Tradition -
Vermessung / Landmanagement
Seilspanner in Ägypten, 1500 v. Cr.
12-Knoten-Schnur => RW-Dreieck 3 - 4 - 5
1930: Vermessung aus Luftbildern(Photogrammetrie)
1955: Einsatz der ersten ZUSE-Rechner fürvermessungstechn.Berechnungen(Flurbereinigung)
1980: Einsatz von GPS für Vermessungsaufgaben
2000: Scannen von Oberflächen
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Vermessung und Geoinformatik- ein moderner Geodäsie-Studiengang mit Tradition -
Stadtplan von Nippur (1500 v.Cr) - Speicherung von Geometrie auf Tontafeln
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Vermessung und Geoinformatik- ein moderner Geodäsie-Studiengang mit Tradition -
Geoinformatik 1960: Der Begriff GIS (Geoinformationssystem)entsteht.
1970: Nutzung von Computer und Plotter zum Zeichnen von Karten und Plänen
1980: Geoinformationssysteme mitflächendeckenden Informationen werdenaufgebaut
1997: Aus dem Studiengang Vermessungswesenwird „Vermessung und Geoinformatik“
2000 ff: Routenplaner, Internet-GIS, 3D-Visualisierung, Google Earth, Bing Maps, etc.
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Vermessung und Geoinformatik- Bachelor of Engineering -
Neukonzeption (2005) mit Vertretern aus der Praxis unter dem Gesichtspunkt „Was muss ein VG-Absolvent nach dem Studium können?“
• fachlich gut sein ist selbstverständlich! => die Fächer wurden festgelegt.
• sich und die eigene Arbeit „verkaufen“ können=> Schlüsselqualifikationen wurden ins Studium integriert
• teamfähig sein=> es werden Gruppen- und Projektarbeiten durchgeführt
• eigenverantwortlich arbeiten können=> Selbststudium und Projektarbeiten gehören zur Ausbildung
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Der Aufbau des Studiums
• Schlüsselqualifikationen bereits im 1. Studienjahr Inhalte, die während des Studiums vertieft werden können (Rhetorik, Präsentationstechnik, )
• Naturwissenschaftliche Fächer (Mathe und Physik im Grundstudium)
• Fachliche Inhalte verteilt über das gesamte Studium
• Wahlmöglichkeiten in den letzten SemesternPraxisprojekt, Ausgewählte Kapitel der Geomatik, Bachelorarbeit
• Rechtliche Aspekte, Führung, Management nach dem Praxisprojektwenn die technisch relevanten Sachverhalte bekannt sind
Vermessung und Geoinformatik- Bachelor of Engineering -
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Vermessung und Geoinformatik- Bachelor of Engineering -
Optimal geeignet für einen Auslandsaufenthalt
Pra
xisp
roje
kt
und viele mehr
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Vermessung und Geoinformatik- Bachelor of Engineering -
Modularer Aufbau - Bewertung mit ECTS
• je Semester 4-5 Module, die mit einer Prüfungsleistungabgeschlossen werden
• Unabhängige Module innerhalb eines Jahres => Studienbeginn ist im Frühjahr und im Sommer möglich=> pausieren ist auch für ½ Jahr möglich
(Urlaubssemester, Auslandsaufenthalt mit verlängertem oderZusatzpraktikum, Wiederholung von Prüfungen)
Über 30 % der Studierenden erbringen Studienleistungen im Ausland
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Professoren, Mitarbeiter, Labore
Direkter Zugang zu Professoren und Mitarbeitern
• Semestergröße im Fachstudium ca. 40 StudentenKleinere Gruppen bei Übungen und Praktika
• Labore für den Studiengang- Labor für Ingenieurmesstechnik (IMT) - Labor für Geoinformatik - Labor für Geodätische Datenverarbeitung- Geodätisches Messlabor - Labor für Interpretation und Messung mit bildgebendenSensoren (Photogrammetrielabor LIMES)
- Photogrammetrielabor
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Vermessung und Geoinformatik- Bachelor of Engineering -
Was kommt nach dem Studium?
• Sehr gute Berufsaussichten als Ingenieure- Ruhestandswelle beginnt gerade - Breites Spektrum im Wettbewerb mit anderen Disziplinen- Sehr gute Ausbildung an der HfT (erste Plätze in Rankings)
• Möglichkeiten zur Weiterqualifikation (Masterstudium)3 Aufbaustudiengänge an der HfT Stuttgart
- weitere Aufbaustudiengänge an anderen Hochschulen
- Vermessung (Landmanagement und Ingenieurvermessung)- Photogrammetry and Geoinformatics (international)- Stadtplanung
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Mobiles Geoinformationssystem
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Visualisierung von Geodaten in Google Earth
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Wie definiert man ein Bezugssystem
Nichts ist wirklich fest!
cm / Jahrcm / Jahr
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Wenn Bezugssysteme nicht zusammenpassen
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Monitoring von Bauwerken
Automatische Aufnahme von Querschnittsprofilen mit einem reflektorlos messenden Tachymeter zur Deformationskontrolle bei Tunnels und Landschaftsbrücken
Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Mönicke
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Bewegt sich der Kamin? Wenn ja, wie?
Kamin Nivellement: Im Rahmen eines gemeinsamen Projektes zwischen der HfT Stuttgart und der Politechnika Opolska in Polen wird die Auslenkung von hohen Kaminen bei Starkwind und unter dem Einfluss von Sonnenstrahlung untersucht.
Dr. Eduard Konopka
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Laserscanning mobil und stationär
http://topscan.de/deutsch/mobile-laser-scanning/
Simone JansenNov. 2006
Millionen von Punkten repräsentieren die Realwelt
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Laserscanning aus Flugzeugen
Beispiel: Hochwassergefahr
Was ist in Gefahr wenn es sehr stark regnet?
Wie hoch ist die Versicherungsprämie?
Quelle: TopScan 2004
Quelle: LUBW 2009
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Manchmal gehen wir auch in die Luft
Die Sensoren
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Qualitätskontrolle im Automobilbau
Industrielle Messtechnik: Deformationsanalyse bei einem Fahrzeug in der Wärmekammer
Prof. Dr.-Ing. Eberhard Gülch
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Airborne Laserscanning
Quelle: TopScan 2004
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GIS-Analysen
Wo schläft man am ruhigsten?
Wie alt ist ein Stadtteil?(Kettemann 2005)
Lärmbelastung in Stuttgart (Amtsblatt 2008)
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Messungen erfolgen überwiegend automatisch!
Vermessungsingenieure
• Definieren die Aufgabenstellungmit Auftraggebern
• Kombinieren ihre Messgeräte(Sensoren) zu optimalenArbeitsabläufen
• Organisieren den sensorüber-greifenden Datenfluss
Vermessung im Außendienst
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dm-GPS
cmGPS
-TPS
m-GPS
Positionierungssysteme
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Besprechung bei einer ProjektarbeitBilder von der Geodäsieübung 2006
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Abendprogramm bei der Projektarbeit
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Informationen über Geodäsie und zu Geodäten
www.arbeitsplatz-erde.de
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Geoinformationssysteme
• Erzeugung,
• Management,
• Analyse und
• Visualisierung
raumbezogener Daten.
(Objekte und Eigenschaften, deren Ausdehnung und Verteilung auf der Erde direkt oder indirekt über Koordinaten beschrieben wird)
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Geoinformationssysteme
Erzeugung, Management, Analyse und Visualisierungraumbezogener Daten.
• Gewinnung neuer Erkenntnisse und Informationen aus der Kombinationvorhandener Daten
• Vermittlung von Erkenntnissen mittelsspeziell aufbereiteter Karten, Pläne und Internetseiten
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Anwendung eines Geoinformationssystems
Liste der Teilnehmer Karte
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Beispiel: Wohnumfeldanalyse, GIS-Day 2005
Durchschnittsalter - Baublockweise
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Beispiel: Wohnumfeldanalyse, GIS-Day 2005
Altersentwicklung – Baublockweise 1995-2005
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Beispiel: Wohnumfeldanalyse, GIS-Day 2005
Einwohnerdichte - Baublockweise
Wohnblocks
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GNSSGlobal Navigation Satellite System
GPS = Globales Satelliten Positionierungssystem
GLONASS = russisches System
Galileo = europäisches System
COMPASS = chinesisches System
Satellitenpositionierung
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Wo bin ich ?
Was ist hier los?Wer ist in meiner Nähe?
Wie komme ich am besten / schnellsten an einen bestimmten Ort?
Navigation, Vermessung (Absteckung)
Positionsbestimmung, Vermessung (Aufmessung)
Location Based Services (Informationslogistik)
Einsatzbereiche für Satellitenpositionierung
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Wozu nutzen wir GPS
Objekt in der realen Welt
Repräsentation in einer Karte
X
Z
Y
Ost
Nord
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Raumbezugssysteme
GeoidEllipsoid
Feste Erdoberfläche
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Referenzflächen
Geoid
Ellipsoide: global gelagert lokal gelagert
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Koordinaten sind abhängig von Referenzflächen
Geoid
Ellipsoide:
Punkt auf Erde
lokal gelagert
Bl
global gelagert
Bg
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Probleme mit Referenzflächen
Die Erde in 50 Millionen Jahren
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Wie GPS funktioniert kann man auch in der Zeitung lesen
In einer festen Position über der Erde verankerte Satelliten bilden hier den Mess- und Fixpunkt für genaue Koordinaten auf der Erdoberfläche ????
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Drei müssen es sein ??????Für eine genaue Ortsbestimmung benötigt ein Empfänger mindestens drei Satelliten. Soll auch die Höhe ermittelt werden, so ist ein vierter erforderlich ????????
Zeitungsausschnitt - Gerätetest
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Definiert für 24 Satelliten(21 + 3 Reservesatelliten)
am 06. Oktober 200930 verfügbare GPS-Satelliten
Das Globale Positionierungs-System (GPS)
+ 17 GLONASS-Satelliten
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100 km
- 20
000
km
-
<= 4 km/s
<=
300
000
km
/s
Das Globale Positionierungs-System (GPS)
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So funktioniert GPS
(2. Schnittpunkt - 3D)
S1
S2Schnittlinie der Kugeln 1 und 2
Erde
Antenne
S (für Zeit-bestimmung)
1m 0,000000003s 3 Nano-Sekunden
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S1
S2Schnittlinie der Kugeln 1 und 2
Erde
Antenne
S (für Zeit-bestimmung)
1m 0,000000003s 3 Nano-Sekundenletzter Abstand vom Geozentrum
wird festgehalten
So funktioniert GPS - die 2D-Lösung
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PostprocessingTelefonleitung
oder Datenträger
1
2
4
3
5
13
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k3
Basisstation
500 km
20
000
km
Mobiler Empfänger
k3
EGNOS
So funktioniert differentielles GPS (DGPS)
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≈ 19 cm L1≈ 24 cm L2
= unbekannt
Messgrößen
Die Trägerfrequenz wird zur Messung verwendet
- 20 000 km -
So funktioniert präzises differentielles GPS (PDGPS)
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> 20 m
> 10 m
> 10 m
3 m - 0,3 m
< 0,05 m
GPS
DGPS
PDGPS
10-20 m
GPS – Verfahren und Genauigkeiten
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Mobile Geoinformationssysteme
GPS – Unsere Geräte beim GS-Day
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dm-GPS
cmGPS
-TPS
m-GPS
GPS – Unsere Geräte
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Sehr viele Landkreise und Gemeinden arbeiten daranz.B. zur Ergänzung des Routings beim VVSFragen Sie einfach nach, ob eine Kooperation möglich ist
Auch vorhandene Informationssysteme können überprüftund verbessert werden
Mit BingMaps haben Sie hervorragende Startdaten inArcGIS verfügbar
Die Aufgabe - Radweg-Informationssystem
Alternativen: Bäume im öffentlichen RaumRuhebänke, Aussichtspunkteusw.
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BingMaps oder Luftbilder als Ausgangsdaten
3. Übernahme der Ergebnisse ins GIS
2. Begehen oder befahren der Wege
- Attributierung der Wegez.B. Breite / Belag / Zustand
1. Digitalisieren vorhandener Wege
- Erfassung von Alternativrouten
- Überprüfen / Festlegen erforderlicher Wegweiser
- Erfassen von POI an der Route
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ArcPad und GPS-Kamera vor Ort
Schauen Sie sich alles an und probieren Sie nach Lust und Laune.
Wir stehen für Fragen bereit.
Jetzt geht‘s losbis ca. 12.30 Uhr
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Bearbeiten der Feld-Daten in ArcGIS
Wir haben folgendes vorbereitet
Georeferenziertes Luftbild (Orthophoto)
Attributierte Wege
Alternativroute aufgenommen mit DGPS
POI aufgenommen mit der GIS-Kamera
Standorte für Wegweiser mit Attributen und Bildern
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Arbeitsschritte in ArcGIS
1. Starten von ArcMap, Leeres Dokument2. Eigenschaften des Datenrahmens (Layer, Rechtsklick, Eigenschaften)
- Koordinatensystem>Vorgegeben>Projected>NationalGrids>DHDN_3_Degree_Gauss_Zone_3
- Allgemein>Name „Stadtgarten“
3. Datei>Daten hinzufügen>- Laufwerk P verbinden: Connect_to_Folder P://
“Pfad wie er im 1/014 sein wird“Alle Objektklassen laden, außer Radweg_neu, GPS_Weg, GPS_Grünfläche
4. Reihenfolge (Anzeige) und Farben (Symbologie) einstellen- Radwegsegmente klassifizieren nach Breite
Symbologie>Anzahl>abgestufte Symbole
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Arbeitsschritte in ArcGIS
5. Alternativweg einführen- Werkzeuge>Editor>Editor Starten>Aufgabe: Polygonfeatures teilen>Ziel „Radwege“
Liniensegment auswählen und teilen- Editor>Fangen>Radweg „Stützpunkt“- Editor>Skizzenwerkzeug>Aufgabe „neues Feature erstellen“
Neues Wegsegment digitalisieren und Attributieren (Breite 1m, Gras)
6. Neu Klassifizieren nach BelagSymbolisierung>Kategorien>Einzelwerte „Belag“
Hier können Sie etwas spielen, Linientypen und auch Mehrfachattribute, z.B. Belag+Breite ausprobieren
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Arbeitsschritte in ArcGIS
7. Punkte von der GPS-Kamera einfügen- Die Punkte liegen in geographischen Koordinaten im System WGS84 in einer Excel-Tabelle
vor. In der Spalte mit den File-Namen müssen die richtigen Pfade zu den Bilderneingetragen sein (könnte mit Suchen und Ersetzen modifiziert werden).
8. Excel-Tabelle in ArcGIS hinzufügen- Legende springt auf Quelle, weil keine direkte Geometrie vorhanden ist.- Rechtsklick>XY-Daten anzeigen und X-Feld = Länge sowie Y-Feld=Breite einstellen- Koordinatensystem bearbeiten
Auswählen>Geographic Coordinate System> World > WGS_1984.prj- Fehlermeldung zum ID-Feld ignorieren
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Arbeitsschritte in ArcGIS
8. Ergebnis nach Schritt 8- Bilder mit GPS-Koordinaten
liegen an falscher Stelle
- Datumstransformation einstellen(Grund s. Einleitungsfolien)
Rechtsklick auf Datenrahmen (Stadtgarten)
Koordinatensystem>Transformationen>GCS_WGS84 in GCS_Deutsches_Hauptdreiecksnetztunter Verwendung von ….._NTv2 auswählen
Die GPS-Punkte „wandern“ an die richtige Stelle
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Wie bringen wir Koordinatensysteme zusammen
Karte in Landeskoordinaten
X
Z
Y
Rechts
Hoch
DHDN_3_Degree_Gauss_Zone_3GCS_WGS_1984 geographische Koordinaten
?Datumsübergang
=Transformation
DHDN_To_WGS84_...NTv2
GPS-Koordinaten
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Arbeitsschritte in ArcGIS
9. Bilder sichtbar machen- Bilder mit GPS-Koordinaten
Anzeige>Hyperlink>Dokument> Feld auswählen
Symbolauswahl>Eigenschaften>ZeichenMarkerSymbol>Zeichen=Symbol oder>PfeilMarkerSymbol
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Arbeitsschritte in ArcGIS
9. Kamerastandort wählen und Bild durch Klick auf den Link anzeigen
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Wir hoffen, sie hatten Freude am GIS-Day 2009
GPS und GISSatellitenpositionierung und Geoinformationssysteme
Unsere Kontaktdaten:Prof. Rainer Kettemann, [email protected], 0711/8926-2608Dipl.-Ing(FH) Jörg Hepperle, [email protected], 0711/8926-2604Dipl.-Ing(FH) Roland Hahn, [email protected], 0711/8926-2551
www.gis.hft-stuttgart.de
Daniel Schober, Business Manager Education, ESRI Deutschland GmbH,Ringstraße 7, DE-85402 Kranzberg, Telefon +49 8166 677 1247,
[email protected], http://esri.de