Georeferenzierte Karten zur antiken Stadt Rom und zum Imperium Romanum

Wie lassen sich unsere georeferenzierten Rasterkarten korrekt in QGIS laden?

(Text am 8.10.2024 von Franz Xaver Schütz aktualisiert)

Nachdem Sie QGIS hoffentlich erfolgreich auf Ihrem Rechner installieren konnten - vergleiche dazu obigen link ("*** Und hier finden Sie eine Anleitung zur Installation von QGIS ***") zu einem Lehrbrief mit einer Kurzanleitung von mir (entstanden, als ich ordentlicher Professor für Geomedieninformatik in der Fakultät für Geoinformation an der Hochschule München war und den ich für Studierende in Pandemiezeiten erstellt hatte) - benötigen Sie für ein erstes Kartenprojekt mit unseren georeferenzierten Karten zwei Dateien: die Rasterdatei mit dem Kartenbild und eine Textdatei mit Koordinaten für die Georeferenzierung, das sogenannte Worldfile.

Auf dem Webserver ist die Rasterdatei unter folgender URL zu finden:

https://fortvna-research.org/maps/Georeferenzierte_Karte_des_antiken_Rom_mit_Stadtmauern.jpg

Das Worldfile ist unter folgender URL zu finden:

https://fortvna-research.org/maps/Georeferenzierte_Karte_des_antiken_Rom_mit_Stadtmauern.wld

Beide Dateien sind zudem über folgende URL erreichbar:

https://fortvna-research.org/maps/Georeferenzierte_Karte_des_antiken_Rom_mit_Stadtmauern.html

Abb. 1: Georeferenzierte Karte speichern.

Zunächst werden die georeferenzierte Karte, - also die Rasterdatei - und das sogenannte Worldfile mit geographischen Koordinaten und weiteren Parametern auf dem Rechner gespeichert. Dazu kann beispielsweise die Rasterdatei, die die georeferenzierte Karte enthält in ihrer Originalauflösung in einem Browser aufgerufen werden und sodann auf dem Rechner mit "Grafik speichern unter" gespeichert werden, vergleiche Abb. 1. Die Datei besitzt den Namen Georeferenzierte_Karte_des_antiken_Rom_mit_Stadtmauern.jpg

und ist 3723 x 2791 pixel groß. Die Dateigröße in Bytes ist 1.229.827 Bytes. Dieser Wert ergibt sich durch eine JPG-Kompression, was an der Dateiendung .jpg erkennbar ist. Unkompimiert hätte die Datei eine Größe von mindestens 3723 x 2791 x 3 = 31172679 Bytes, was ca. 30 MB entspricht. Für jeden Bildpunkt (Pixel) wird dazu 1 Byte Speicherplatz gerechnet, zudem 3 Bytes für die Farbe zu jedem Pixel, die sogenannte Farbtiefe.

Abb. 2: Speichern der .wld Datei.

Analog lässt sich das sogenannte Woldfile, die Datei

Georeferenzierte_Karte_des_antiken_Rom_mit_Stadtmauern.wld

mit "Ziel speichern unter" auf dem Rechner abspeichern. Bei dieser Datei handelt es sich um eine Textdatei und sie ist 95 Bytes groß. In der Datei stehen folgende Zahlen:

1.6929541959978025

0

0

-1.69509965469492907

2308105.7292066365480423

4643233.80198903195559978

In den letzten beiden Zeilen stehen geographische Koordinaten, in diesem Fall eine x- und eine y-Koordinate eines bestimmten Koordinatenbezugssystems (KBS). Dazu später unten. Wichtig ist, dass die Rasterdatei (= Rasterbild der Karte) und das Worldfile im selben Verzeichnis stehen und einen identischen Namen haben. Lediglich die Dateiendung ist verschieden, also .jpg für die Rasterdatei und .wld für das Worldfile, vergleiche Abb. 3. Wird nämlich eine Rasterdatei geladen, sucht QGIS im Hintergrund automatisch nach einer .wld Datei mit identischem Namen und lädt auch diese in den Hauptspeicher.

Abb. 3: Rasterdatei (georeferenzierte Karte) und Worldfile.

Im hier gezeigten Beispiel wurden beide Dateien im Verzeichnis \Georeferenzierte_Romkarten auf dem Festplattenlaufwerk F:\ gespeichert, vergleiche Abb. 3.

Abb. 4: Neues QGIS Projekt anlegen.

Im nächsten Schritt legen wir mit Projekt - Neu in QGIS ein neues Projekt an, vergleiche Abb. 4. Da die Rasterdatei in einem bestimmten Koordinatenbezugssystem (KBS) georeferenziert ist, muss dieses in QGIS (und auch in jedem anderen GIS) eingestellt werden, bevor die Rasterdatei (= Rasterkarte) - und mit ihr automatisch das Worldfile - geladen wird, sonst stimmen hinterher die Koordinaten nicht.

Um Karten anzufertigen, die in der Regel ein verebnetes (in 2D) und in einem bestimmten Maßstab verkleinertes, generalisiertes Bild eines Teils der Erdoberfläche, in unserem Fall also der Stadt Rom zeigen, ist ein entsprechendes Koordinatenbezugssystem notwendig. Dies könnten geographische Koordinaten sein, es existiert jedoch eine Vielzahl von weiteren Koordinatensystemen. Durch die Problematik einen gekrümmten Teil der Erdoberfläche in einer Kartenebene abbilden zu wollen, lassen sich in einer Karte nie Flächen-, Winkel- und Längentreue gleichzeitig erreichen. Da es sich bei unseren, mit dem AIS ROMA erzeugten Karten, um Karten mit großem Maßstab handelt, können wir die Erdkrümmung im Grunde vernachlässigen. Allerdings sind verschiedene Projektionen von analogen und digitalen Kartendaten bzw. die Koordinatensysteme und Projektionen, mit denen die Daten erfasst wurden, zu beachten, um keine fehlerhaften Karten und damit fehlerhaften Visualisierungen von Ergebnissen zu erhalten. Für die Stadt Rom sind Koordinaten im Format Gauss-Boaga von besonderer Relevanz, da sie - nach wie vor - im amtlichen Bereich zur Anwendung kommen. Seit 1923 wurde in Deutschland eine von C.F. GAUSS und von L. KRÜGER vervollständigte Meridianstreifenabbildung eingeführt, die Professor Boaga für Italien entsprechend umgerechnet hat. Diese Abbildung ist winkeltreu. Längen und Flächen werden in zunehmendem Abstand vom Hauptmeridian leicht verzerrt, in unserem Fall, also bei Darstellungen innerhalb eines vergleichsweise "kleinen" Gebietes (im Vergleich zu Ländern und Kontinenten) ist die Verzerrung allerdings vernachlässigbar gering. Als Gradnetz wird ein rechtwinkliges Koordinatennetz benutzt mit einem regelmäßigen Gitter. Jeder Punkt ist durch die Angabe von kartesischen Koordinaten bestimmbar. Der Rechtswert (Abzisse) läuft parallel zum Hauptmeridian und der Hochwert (Ordinate) entspricht der Entfernung vom Äquator. Bei den im Worldfile vorhandenen Koordinaten 2308105.72 und 4643233.80 (vergleiche oben) handelt es sich um derartige Koordinaten. Unser Punkt liegt als 4643233 Meter (4643,233 km ) nördlich des Äquators.

Seit 1886 ist das italienische Kataster entstanden und die damals benutzte Projektion für diese Karten war Cassini-Soldner. 1945 hat Professor Boaga die originalen Gleichungen von C.F. Gauss speziell für die italienische Halbinsel umgerechnet. Das Gitter basiert auf einem Datum, das für Italien während des Zweiten Weltkriegs neu berechnet wurde und "Roma 1940" genannt wurde. Dieses Koordinatenbezugssystem ist bereits in QGIS enthalten und kann dort eingestellt werden. Es bezieht sich auf den Monte Mario in Rom. Jedem Koordinatenbezugssystem ist in der Regel ein sogenannter EPSG-Code zugeordnet, in dem die Parameter des KBS definiert sind. Alle gängigen geographischen Informationssysteme arbeiten mit EPSG-Codes. EPSG ist die Abkürzung für European Petroleum Survey Group. Sie hat Datensätze mit der genauen Beschreibung von KBS erstellt und diese mit aufsteigenden Zahlen nummeriert. Niedrige EPSG-Codes weisen in der Regel auf "ältere" Koordinatensysteme hin. Zunächst waren diese Zahlen vierstellig, inzwischen sind sie fünfstellig. Für jeden EPSG-Code liegt eine offengelegte, genaue Beschreibung mit allen Parametern für diesen Code vor. In Abb. 5 sind viele dieser Parameter sichtbar. Wir müssen diese nicht mehr von Hand eingeben, das hat jemand in QGIS bereits für uns gemacht und auch geprüft.

Abb. 5 Einstellung des Koordinatenbezugssystems (KBS)

Dies erfolgt mit Projekt - Eigenschaften - KBS (Koordinatenbezugssystem), vergleiche Abb. 5. Im Fall unserer Karten ist das Koordinatenbezugssystem EPSG:3004. Dies entspricht dem amtlichen Koordinatenbezugssystem der Stadt Rom zum Zeitpunkt der Georeferenzierung. Dieses Koordinatenbezugssystem könnte später jederzeit in ein anderes Koordinatenbezugssystem transformiert werden, falls dies notwendig werden sollte, weil Sie zum Beispiel in Ihrem Projekt in Italien mit UTM-Koordinaten arbeiten.

Abb. 6: Rasterlayer laden.

Wurde das Koordinatenbezugssystem richtig eingestellt, erscheint es auch in der untersten Leiste von QGIS, vergleiche Abb. 6, wo nun unten rechts "EPSG:3004" steht. Jetzt können wir mit Layer - Layer hinzufügen - Rasterlayer hinzufügen unsere Rasterdatei laden, zugleich wird damit im Hintergrund die Worlddatei mit den Koordinaten für die Georeferenzierung geladen, vergleiche Abb. 7.

Abb. 7: Laden der Rasterdatei.

Nachdem die Rasterdatei geladen wurde, drücken wir "Schließen", um weiterarbeiten zu können.

Abb. 8: Die geladene Rasterdatei.

Wurden die Rasterdatei und das Worldfile korrekt geladen, erscheint die Rasterkarte und in der unteren Leiste stehen Zahlen in den Feldern Koordinaten und Maßstab. Im Feld Koordinaten stehen zum Beispiel x- und y-Koordinaten im gewählten Koordinatenbezugssystem. Der Maßstab wurde hier auf 1:30000 eingestellt. Um zu testen, ob alles gut gegangen ist, könnten wir an der Stelle, an der in der Karte die Maßstabsleiste eingezeichnet ist, eine Messung vornehmen. Diese sollte dann den Wert der hier eingezeichneten Maßstabsleiste ergeben, also 500 m. Dazu zoomen wir in die Karte bis zum Maßstab 1:7500. Sodann benutzen wir die Funktion "Linie messen", vergleiche Abb. 8 und 9.

Abb. 9: Testmessung in der Rasterkarte.

In Abb. 9 sehen wir, dass die Länge der Maßstabslinie ziemlich genau 500 m entspricht. Wir können also davon ausgehen, dass alle Einstellungen richtig sind und die Rasterkarte inclusive Worldfile korrekt geladen wurden. Falls bei der Probemessung größere Abweichungen festgestellt würden, z.B. 520 m sollte das eingestellte KBS nochmals überprüft werden und der Ladevorgang wiederholt werden.

Falls alles gut gegangen ist, ist es an der Zeit unser Kartenprojekt unter einem eigenen Projektnamen zu speichern.

Abb. 10: Projekt speichern.

In unserem Beispiel speichern wir das Projekt mit Projekt - Speichern unter dem Namen "Georeferenziert_Romkarte", vergleiche Abb. 10. Falls das geklappt hat, erscheint der Projektname in der Kopfleiste von QGIS und wir können das Projekt jederzeit mit Projekt - Öffnen wieder aufrufen.

Für alle kartographischen Objekte unserer Karten gilt, dass sie sich durch sehr hohe Lagegenauigkeit auszeichnen. Außerdem enthält die Karte dieses Beispiels die neue Rekonstruktion der Servianischen Stadtmauer auf der Ostseite der Stadt von der Porta Esquilina bis zur Porta Capena von Chrystina Häuber, vergleiche Abb. 1 und Abb. 8. Zu HÄUBER 2013, vergleiche URL: Chrystina Häuber, Archäologische Stadtforschung, Teil I: Das Beispiel Rom . Vergleiche für diesen Verlauf der Servianischen Stadtmauer auch folgende URL:
https://fortvna-research.org/maps/HAEUBER_2014_Map7_Via_Appia_Porta_Capena_Rom.html

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Fortsetzung folgt...