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1 Begriffsklärung und Anwendungsbereiche
Die Geoinformatik hat sich in den vergangenen Jahren von der reinen Fachinformatik der Geographen und des Vermessungswesens (Geodäsie) zu einer populären Disziplin entwickelt, deren Methoden aktuell in vielen verschiedenen Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen. So kann den meisten, heute bekannten
und genutzten Daten und Informationen ein Raumbezug attestiert werden, was
sie für die Verarbeitung, Analyse oder Visualisierung in Geographischen Informationssystemen prädestiniert. Das Anwendungsfeld reicht dabei von der Betriebswirtschaftslehre (Geomarketing) über Umweltmodellierung (z.B. Hochwassersimulation) bis hin zur technischen Anlagenplanung (z.B. Infrastrukturplanung
von Stromleitungen), um nur eine kleine Auswahl zu nennen. Die genannten
Anwendungen werden im ersten Kapitel nach einer ersten Begriffsklärung durch
weitere Beispiele aus dem Tourismusmanagement, der Betriebswirtschaft, den
Ingenieurwissenschaften, der Satellitennavigation und der Informatik ergänzt. Es
soll zeigen, welchen großen Mehrwert Geoinformation heute sowohl im Alltag als
auch in Wissenschaft und Forschung leistet.
Lernziele
Nach Abschluss des ersten Kapitels ...
... können Sie Geoinformation, Geoinformatik und Geoinformationssysteme
definieren.
... wissen Sie in welchen Bereichen Geoinformation heute eingesetzt wird.
... können Sie abschätzen, ob und wenn ja, welchen Mehrwert Geoinformation für Ihr jeweiliges Fachgebiet leisten kann.
... haben Sie eine Übersicht über die vielseitigen Facetten der Geoinformatik
in der Praxis, Wissenschaft und Forschung.
1.1 Begriffsklärung
Die alltagspraktische Relevanz von Geoinformation hat in den vergangenen Jahren einen rasanten Aufschwung erfahren. GoogleEarth, Straßennavigation, GPSfähige Mobiltelefone, Geocaching und Phototracking sind bekannte und auch
häufig zitierte Beispiele (vgl. exemplarisch de Lange 2006 / Ehlers & Schiewe
2012 / Kappas 2011), die zeigen, wie präsent Geoinformation im Leben von
Menschen geworden ist. Heute stellen geoinformationsbezogene Anwendungen
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1 Begriffsklärung und Anwendungsbereiche
ein unentbehrliches Instrument für Forschung, Raum- und Regionalplanung sowie Verwaltungen dar (vgl. Zink et al. 2010) und werden in zunehmendem Maße
auch von Privatpersonen nachgefragt, weshalb sie bereits als „Kulturtechniken“
(Siegmund & Naumann 2009) tituliert werden. Trotz der hohen öffentlichen
Aufmerksamkeit und Akzeptanz gilt es vorab die entstandene Begriffsvielfalt zu
klären und das Betätigungsfeld der Geoinformation in den wissenschaftlichen
Kontext einzuordnen.
Geoinformatik
Geoinformatik (engl. Geographic Information Science) beschäftigt sich mit der
systematischen Verarbeitung von Geoinformationen und ist eine innovative Wissenschaftsdisziplin, welche sich gerade in den letzten Jahren sehr dynamisch
entwickelt hat. Im Mittelpunkt steht dabei die Bearbeitung raumrelevanter und
raumbezogener Fragestellungen. Das Verarbeitungsmodell der Geoinformatik umfasst den gesamten Arbeitsablauf von der Erfassung über die Verarbeitung, Analyse und Präsentation von Geoinformationen. Damit verkörpert sie die Schnittstelle zwischen virtuellen Computerwelten und der realen Welt (vgl. Ehlers &
Schiewe 2012, S. 6). Obwohl mittlerweile zu einer eigenständigen Disziplin erwachsen, umfasst Geoinformatik Bereiche aus der Geographie, der Informatik sowie der Geodäsie (vgl. Abbildung 1). Die integrative Ausrichtung führt einerseits
dazu, dass die Geoinformatik heute ein breites Anwendungsspektrum bedient,
andererseits aber auch zu einer Pluralität an Definitionen, worunter die Eigenständigkeit des Faches etwas leidet. So ergeben sich des Weiteren Schnittmengen
zu den Bereichen Computer-Aided Design (CAD, deutsch: rechnerunterstütztes Konstruieren), Kartographie und Geodäsie, Photogrammetrie und Fernerkundung (engl. Remote Sensing), Digitale Bilderverarbeitung sowie DatenbankManagement-Systemen (DBMS).
Dem interdisziplinären Ansatz entsprechend existieren verschiedene Definitionen
von Geoinformatik. „Geomatic is the science and technology of gathering, analyzing, interpreting, distributing and using geographic information. Geomatics encompasses a broad range of disciplines that can be brought together to create a
detailed but understandable picture of the physical world and our place in it. These disciplines include surveying, mapping, remote sensing, geographic information
systems (GIS) and global positioning system (GPS).” (GAGNON & COLEMAN
1990) Nach WIKIPEDIA (2013) ist die Geoinformatik „die Lehre vom Wesen und
der Funktion raumbezogener Informationen (Geoinformation) sowie ihrer Erfassung, Speicherung, Analyse, Visualisierung, Interpretation und Verbreitung. Sie
ist ein Teilgebiet der angewandten Informatik und bildet die wissenschaftliche
Grundlage für Geoinformationssysteme (GIS). Allen Anwendungen der Geoinformatik gemeinsam ist ihr Bezug auf räumliche Fragestellungen.“ Obwohl in dieser
Definition Geoinformation als Teilgebiet der angewandten Informatik gesehen
wird, bleibt die Verknüpfung zu den Geowissenschaften bestehen. Vielmehr reflektiert die Definition eine eigenständige Begriffsbildung und eine Emanzipation
der Geoinformation gegenüber ihren traditionsreichen Herkunftsfeldern.
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1.1 Begriffsklärung
Algorithmen
DatenbankManagementSysteme
Softwareentwicklung
WebApplikationen
Digitale
Bildverarbeitung
Fernerkundung
Computer
Assisted
Design
Augmented
Reality
Empirische
Sozialforschung
Humangeographie
Photogrammetrie
Kartographie
Geoinformatik
Geo- und
Sozialwissen
-schaften
Geodäsie
Vermessung
Globale
Navigationssatelliten
Systeme
Geologie
Physische
Geographie
MenschUmwelt
Abbildung 1: Geoinformatik und Nachbardisziplinen
Geographisches Informationssystem (GIS)
Das „Geographische Informationssystem“ (GIS) (engl. Geographic Information
System) oder „Geo-Informationssystem“ ist das zentrale Werkzeug der Geoinformatik. Die Begriffe wurden bereits in den 1960er Jahren mit einer Softwarelösung
in Kanada (Canadian Land Data System, später Canadian Geographic Information System) in Verbindung gebracht, welche zum Ziel hatte, verschiedene Daten
auf digitalen Karten darzustellen. Seither ist die gängige Abkürzung GIS für diese
Systeme in der wissenschaftlichen Praxis geläufig und wird auch im öffentlichen
Sprachgebrauch zunehmend verwendet. Die Grundfunktionen eines GIS sind auf
die Erfassung, Verarbeitung, Analyse und Darstellung räumlicher Sachverhalte
ausgerichtet (vgl. Kappas 2001, S. 44) und dienen vor allem der Raumuntersuchung und –planung als Werkzeug. Die Komplexität von GIS, die Unterscheidung
in Desktop-GIS und Web-GIS sowie die zum Teil vielfältigen Bezeichnungen erfordern trotz der 50jährigen Geschichte zuerst eine genaue Definition. Dazu ist
es hilfreich, den Begriff GIS in seine beiden „Bestandteile“ Information bzw. Informationssystem und Geographie zu teilen und beide Bereiche vorab getrennt
zu betrachten.
Information und Informationssystem
Die heutige Zeit ist geprägt von einem hohen Informationsbedarf und einer zunehmenden Digitalisierung der Information. Informationen sind der Schlüssel für
ein modernes gesellschaftliches Leben und für innovative Technologien geworden,
ohne diese weder große noch kleine Organisationen mehr denkbar sind. Damit
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1 Begriffsklärung und Anwendungsbereiche
gewinnt die Information und insbesondere eine schnelle Informationssuche eine
immer größer werdende Bedeutung. Diese Entwicklungen betreffen auch Lernprozesse und die individuelle Organisation, wobei es vor allem um das Strukturieren,
Sortieren, Organisieren und Auffinden von Informationen geht. Zentrales Problem dabei ist die stets weiter wachsende Informationsfülle, die nutzerbezogen
beherrschbar bleiben muss. Dazu ist eine effiziente und leistungsstarke Informationsverwaltung notwendig, die zum Einen die Datenmenge bearbeiten kann und
zum Anderen Funktionen zum Ordnen und Finden von Informationen anbietet.
Vom lateinischen „informare“ wörtlich übersetzt bedeutet Information jemanden
oder etwas „eine Gestalt geben“ bzw. „formen“. Im übertragenen Sinne drückt
es aus, dass auf eine spezifische Frage eine Antwort gegeben wird, die das Verständnis des Fragenden erhöht und ihn befähigt, einem bestimmten Ziel näher
zu kommen (vgl. Bartelme 2000, S. 10). Ein Informationssystem ist demnach
in seiner einfachsten Form ein, auf einem bestimmten Datensatz basierendes
„Frage-Antwort-System“ (Bill 2010, S. 5), mit welchem der Benutzer imstande
sein soll, ableitbare Informationen gezielt, in kurzer Zeit und in einer verständlichen Form zu erhalten. Alltägliche Beispiele hierfür sind Kundenverwaltung in
Betrieben, Bibliothekskatalogen oder Internetsuchmaschinen.
Die wesentlichen Funktionen sowohl von traditionellen als auch von digitalen
Informationssystemen sind die Möglichkeit der Informationsaufnahme und deren
Speicherung, die Verarbeitung und anwendungsorientierten Analyse der Informationen sowie die Präsentation und Wiedergabe der Ergebnisse. Der gesamte
Funktionsumfang wird häufig mit dem Vierkomponenten-Modell EVAP (Erfassung, Verwaltung, Analyse und Präsentation) zum Ausdruck gebracht (vgl. Bill
2010, s. 5). Dabei greifen Informationssysteme ihrerseits auf Datenbanksysteme (DBS) zurück, welche wiederum aus einem Datenbankmanagementsystem
(DBMS), einer Software zur effizienten Verwaltung der Datenmenge, und der eigentlichen Datenbank (DB), in der die eigentlichen Daten widerspruchsfrei und
strukturiert abgelegt sind, bestehen.
Geographie und Geowissenschaften
Zu den Geowissenschaften zählen alle Wissenschaften, die sich mit der Erde als
Ganzes, Teilen davon oder kleineren biogeographischen Erdräumen beschäftigen
(vgl. Leser 1997, S. 266). Die Geographie versteht sich als integrative sowie
interdisziplinäre Wissenschaft und setzt sich im Speziellen mit der dreidimensionalen Struktur und Entwicklung der Landschaftshülle der Erde auseinander,
welche sowohl physische und biologische als auch anthropogene, d.h. durch den
Menschen beeinflusste Prozesse umfasst. Raumrelevanten, raumprägenden und
raumdeterminierten Informationen kommt dabei eine zentrale Funktion zu. Folglich ist der Raumbezug von Informationen, also wo diese Prozesse stattfinden,
evident. Sowohl räumliche Beschreibungen als auch räumliche Analysen lassen
sich nur durchführen, wenn neben der Information auch deren Position bekannt
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1.1 Begriffsklärung
ist. In einem GIS werden die genannten Funktionen eines Informationssystems
deshalb um die entscheidende Raumkomponente erweitert. Damit Informationen
verortbar sind, muss allen Daten eine räumliche Referenz, z.B. in Form von Koordinaten, die sich auf ein eindeutiges Koordinatensystem beziehen, hinzugefügt
werden. Mit Koordinatensystemen lassen sich sowohl zweidimensionale (2D) als
auch dreidimensionale (3D) Positionierungen durchführen. Für eine Positionsbestimmung auf der Erde ist es allerdings notwendig, ein geeignetes Koordinatensystem zu haben, mit dem sich die komplexe, dreidimensionale, unregelmäßige
und nicht symmetrische Erdfigur abbilden lässt.
In Anlehnung an das EVAP-Modell helfen GIS vielen geographischen Teildisziplinen, verschiedene Sachverhalte und Prozesse auf der Landoberfläche zu erfassen,
zu analysieren, aufzubereiten und auch zu präsentieren. Die eindeutig auf der
Erde lokalisierbaren Daten werden als Geodaten oder raumbezogene Daten bezeichnet und besitzen nicht nur in der Wissenschaft sondern auch im Alltag große
Relevanz, da nun räumliche Auskünfte wie z.B. die Frage nach der nächstgelegenen Apotheke oder der möglichen Gefahr einer Überflutung von Ortschaften
bei Hochwasser möglich sind.
Definitionen von GIS
Das wesentliche Unterscheidungsmerkmal zwischen GIS und anderen Informationssystemen ist letztlich der Raumbezug der Informationen, weshalb Bill und
Fritsch (1991, S. 6) von GIS als einen Spezialfall in der Liste der Informationssysteme sprechen. Folgende Definitionen fassen die charakteristischen Merkmale
von GIS zusammen.
„Ein geographisches Informationssystem ist ein Computersystem zur
Erfassung, Speicherung, Prüfung, Manipulation, Integration, Analyse
und Darstellung von Daten, die sich auf räumliche Objekte beziehen.“
(Strobel 1988)
„Ein Geo-Informationssystem (GIS) ist ein rechnergestütztes
System, das aus Hardware, Software, Daten und den Anwendungen
besteht. Mit ihm können raumbezogene Daten digital erfasst und
redigiert, gespeichert und reorganisiert, modelliert und analysiert
sowie alphanummerisch und graphisch präsentiert werden.“ (Bill &
Fritsch 1991, S. 5)
„A geographic information system, commonly referred to as a
GIS, is an integrated set of hardware and software tools used for the
manipulation and management of digital spatial and thematic data.”
(Buckley 1993)
Die Definitionen von Strobel (1988), Bill / Fritsch (1991) und Buckley (1993)
zeigen, dass die oftmals vorgenommene Reduzierung von GIS auf eine reine Soft15
1 Begriffsklärung und Anwendungsbereiche
warelösung zu kurz greift und beschreiben, was GIS über die Software hinaus
auszeichnen und welche Funktionen sie vereinen. Neben dem Computersystem,
basierend auf einer geeigneten Hardware und dementsprechender Software, stellen die bereits erwähnten raumbezogenen Daten eine ebenso wichtige Komponente dar. Die gestiegene Nachfrage nach Geodaten und die aktuelle Entwicklung
zu immer größeren räumlichen Datensätzen lässt diese Komponente heute sogar
dominieren. Allerdings erscheint eine allgemeingültige Definition lediglich anhand
der genannten Komponenten Hardware, Software und Geodaten schwer zu formulieren. Sie kennzeichnen nur eine Seite von GIS, weshalb weitere Eigenschaften
zu berücksichtigen sind. Hierzu zählen im Wesentlichen die vielfältigen Funktionalitäten, die im GIS angeboten werden und von der Datenerfassung über die
Manipulation und Analyse bis hin zur Darstellung von Geodaten reichen.
Da sich die Technologie GIS stetig weiterentwickelt und neue Funktionen hervorbringt (vgl. Kappas 2001, S. 48), unterliegen auch die Definitionen einer permanenten Veränderung. Die Unterscheidung aufgrund des Funktionsumfanges von
GIS wird vor allem relevant, wenn man sich die heutige Vielfalt an Karten- und
Geodatenmaterial im Internet ansieht. Trotz ihres Informationscharakters stellen
nicht alle dieser Karten auch gleichzeitig ein GIS dar.
Differenzierung von GIS
Kartographische Abbildungen, interaktive Karten, Web-GIS oder Desktop-GIS
sind heutzutage gängige Darstellungsformen bzw. Werkzeuge, die aus den öffentlichen Medien, den Fachanwendungen sowie der Forschung und Entwicklung
nicht mehr wegzudenken sind. Aufgrund ihres unterschiedlichen Funktionsumfanges kommen die jeweiligen Anwendungen jedoch nutzerspezifisch und praxisorientiert in verschiedenen Bereichen zum Einsatz. Im Internet überwiegen interaktive Karten bzw. interaktive kartographische Anwendungen. Mit ihnen können
vor allem Statistiken sehr schnell und bequem kartographisch visualisiert und einem breiten Publikum präsentiert werden. Im Gegensatz zu einem umfassenden
GIS können dort jedoch keine neuen Daten integriert, sondern nur vom Autor
vorgegebene Ansichten und Funktionen genutzt werden (vgl. Hanewinkel 2009,
S. 742). Es handelt sich folglich zwar um interaktiv präsentierte, aber im Datenbestand geschlossene Systeme und somit um raumbezogene Auskunfts- und
Informationssysteme.
Web-GIS Anwendungen, wie etwa Web-GIS-Schule oder OpenStreetMap, sind
wegen ihrer Präsenz im Internet – im eigentlichen Sinne handelt es sich um
eine Website oder Web-Applikation – auf den ersten Blick ähnliche Darstellungsformen, der Unterschied allerdings ist gravierend. So erlauben webbasierte GIS
einen wesentlich größeren Funktionsumfang, der dem Nutzer die Möglichkeit
bietet, seine Karte individuell aus vorhandenen Daten zusammenzustellen (Maps
on demand), den Ausschnitt frei zu wählen (Zoomen) und einfache Analyseschritte (z.B. Datenabfrage und Messen) durchzuführen. Zum Teil ist es sogar
möglich bzw. erwünscht, eigene Daten in das System zu integrieren und damit
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1.1 Begriffsklärung
den Datenbestand zu verändern (vgl. u.a. Alesheikh et al. 2002). Aufgrund ihrer
intuitiven Gestaltung brauchen die Nutzer solcher Webdienste i.d.R. keine speziellen GIS-Kenntnisse sondern müssen lediglich den Umgang mit Internetbrowsern
beherrschen und mit dem Navigieren bzw. Orientieren in Karten sowie dem Lesen
von Karteninformationen vertraut sein. Besonders Webapplikationen zur Planung
von Outdoor-Aktivitäten wie Radfahren, Mountainbiken oder Wandern verwenden diese Technik. Nutzer können sich eigene Routen am PC zusammenstellen
und z.B. als GPS-Track downloaden. Aber auch Statistikämter und öffentliche
Verwaltungen setzen derartige Anwendungen ein, um Bürger umfangreich zu informieren.
Desktop-GIS bieten im Gegensatz zu interaktiven Karten und Web-GIS zahlreiche
Analysewerkzeuge, eine verbesserte Datenverwaltung und einen uneingeschränkten Zugang zum Geodatenbestand (Manipulation), weshalb erst jetzt von einem
umfassenden GIS im Sinne der genannten Definition gesprochen werden kann
(vgl. de Lange 2007, S. 34ff.). Die Struktur der Software ist modular und gliedert sich häufig in drei Teilsysteme: Der Datenverwaltung und –organisation, der
Analyse- und Abfrage sowie der Präsentationsoberfläche. Jedes Subsystem stellt
spezielle Funktionen zur Erfassung, Speicherung, Prüfung, Manipulation, Integration, Analyse und Darstellung von Daten (vgl. Definition Strobel 1988) zur
Verfügung. Die Qualität von Desktop-GIS-Angeboten definiert sich in der praktischen Anwendung zumeist über den Umfang an Analysewerkzeugen und deren
Güte. Dabei zeigt sich, dass Open-Source-Produkte (z.B. QuantumGIS, gvSIG
oder GRASS GIS) teilweise hinter kostenpflichtigen Softwarelösungen (ArcGIS
oder Map3D) zurückbleiben, in den letzten Jahren aber eine stetige Funktionserweiterung erfahren haben.
Ähnlich zu anderen webbasierten Anwendungen geht auch der Trend bei GIS
einerseits in Richtung mobiler Endgeräte und andererseits zu zentralen Systemen. Applikationen für Mobiltelefone oder TabletPCs mit Kartendarstellungen
oder räumlichen Auskunftsplattformen (z.B. Routenplanung) sind keine Seltenheit mehr und erobern zusehend den Alltag. Gleichzeitig werden über zentrale
GIS Server spezielle räumliche Analysefunktionen bereitgestellt (GIS Application
Server). Es können aber auch Daten gespeichert und auf Anfrage ausgeliefert
(z.B. Geodatenbankserver) bzw. für eine Website oder Web-Application (WebGIS Server) bereitgestellt werden. Aufbauend auf diesen Technologien lassen sich
neue und realitätsnahe Darstellungsformen mittels 3D-Visualisierungen erzielen,
wie sie etwa bei virtuellen Globen (z.B. Google Earth) zum Einsatz kommen.
Weiterhin lässt sich bei GIS nach den jeweiligen Einsatzgebieten differenzieren. So
verbergen sich hinter Umweltinformationssystemen, Grundstückskatastern oder
Netzinformationssystemen meistens Geoinformationssysteme, welche auf die speziellen Anforderungen zugeschnitten sind und teilweise auf unterschiedlichen informatischen Konzepten beruhen. Bei der Verwaltung von Grundstücken geht
es z.B. primär um Grenzverläufe und deren exakte Positionierung. Grundstücksgrößen (Flächen), Grenzverläufe (Linien) und Grenzsteine (Punkte) haben eine
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1 Begriffsklärung und Anwendungsbereiche
bedeutende Rolle, so dass es vor allem auf die geometrische Exaktheit des Datenbestandes und der kartographischen Abbildung ankommt. Bei Netzinformationssystemen hingegen werden z.B. Ver- oder Entsorgungsnetze für Gas, Wasser
oder Strom abgebildet. Eine Leitung wird im System durch eine Linie repräsentiert, bedarf aber zusätzlicher Informationen etwa über die (Fließ-)Richtung, der
Durchflussmenge oder der Verzweigung an Kreuzungen. Die umfassende Arbeit
mit GIS erfordert heute eine Kombination aus den genannten Anwendungen und
Möglichkeiten. So werden Geodaten zentral auf einem Server verwaltet, wozu
ein entsprechendes Datenbankmanagement erforderlich ist. Nutzer greifen über
das Internet auf diese Daten zu, Geospezialisten analysieren und verarbeiten die
Daten im Desktop GIS und Web-Applikationen stellen die Informationen einem
breiten Publikum zur Verfügung und machen sie auf mobilen Geräten einsetzbar.
Das breite Anwendungsspektrum von GIS zeigt die große Relevanz räumlicher
Informationen auf, geht es doch bei allen genannten Anwendungen schließlich
darum, eine Verknüpfung von Raum und Information herzustellen.
Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und Funktionen von GIS machen es schwierig, GIS abschließend einzugrenzen. Lang und Blaschke (2007, S. 42ff.) verweisen darauf, dass sie GIS sowohl als eine umfassende Softwarelösung als auch
eine spezielle Methodik mit bereits eigenständigen Forschungsfeldern, Studiengängen, Lehrstühlen und Fachzeitschriften bezeichnen (vgl. hierzu auch Ehlers
& Schiewe 2012, S. 7). Goodchild (2003) spricht in diesem Zusammenhang auch
von “Geographical Information Science and Systems”. Darin inbegriffen ist der
Verweis auf die Geoinformatik, welche sich verstärkt mit der Weiterentwicklung
der Softwaresysteme sowie die Programmierung neuer Applikationen beschäftigt.
Kartographie
Karten sind graphische Modelle von Ausschnitten des Georaumes, also von der
Oberfläche der Erde oder anderer Informationen, die sich auf die Oberfläche
beziehen. Daher lohnt es sich, einen kleinen Blick auf die Kartographie zu wagen, ist das Präsentationsprodukt von allen GIS schließlich eine kartographische
Darstellung. Karten versuchen unsere Umwelt (Realität) zu erfassen und graphisch darzustellen. Um die komplexe Realität zweckbezogen auf eine Frageoder Problemstellung wiedergeben zu können, sind sie inhaltlich abstrahiert und
reduziert sowie visuell anschaulich aufbereitet. Karten sind Ausdrucksmittel des
Kartographen und dienen sowohl der Speicherung als auch der Vermittlung von
raumrelevanten und raumbezogenen Informationen bzw. von Wissen über den
betrachteten Raum. Die Geoinformationen einer Karte lassen sich durch moderne Informationssysteme digital z.B. in Datenbanken speichern und beschreiben.
Von einer Karte im engeren Sinne spricht man aber erst, wenn die Informationen
als graphisches Modell ausgegeben werden.
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1.1 Begriffsklärung
Karten sind verebnete, maßstabsgebundene, generalisierte, und inhaltlich begrenzte erläuterte Modelle räumlicher Informationen.
Die Kartographie ist das Fachgebiet, welches sich mit der Herstellung
solcher Abbilder beschäftigt. (Wilhelmy 2002)
Die Definition greift einerseits bereits angesprochene Aspekte auf (Raumbezug
und Geodaten) und weißt andererseits auf zentrale Bausteine hin, die im Fortgang
des Skriptes weiter thematisiert werden (Modellbildung, Projektion, Maßstab und
Legende). Abbildung 2 dient somit auch als Wegweiser, welche Bereiche aus der
Kartographie eine Bedeutung für die Geoinformatik haben. Zusammenfassend
sind die erforderlichen Merkmale einer Karte genannt (vgl. Leibnitz Institut für
Länderkunde 2013):
1. Eine Karte setzt sich aus den graphischen Formen Punkte, Linien und
Flächen zusammen.
2. Die Verebnung (Kartennetzentwürfe) und Verkleinerung (Maßstab) der
dreidimensionalen Erdgestalt auf eine zweidimensionale Oberfläche (Papier, Bildschirm, . . . ), welche aufgrund geometrischer und mathematischer
Bedingungen stets mit Verzerrungen verbunden ist.
3. Eine hohe Anschaulichkeit infolge der geometrischen Ähnlichkeit zur Erdoberfläche und der damit verbundenen Wahrung von Lagebeziehungen.
4. Die Verwendung (karto-)graphischer Zeichen unter Beachtung von Regeln
der Graphiklehre (graphische Variable) und Kartographie sowie Erläuterung
der verwendeten Symbole und Kartenzeichen in einer Legende.
5. Die graphische Abstraktion, d.h. Anwendung von maßstabsabhängigen Generalisierungsvorgängen zur optisch besseren Darstellung der Geometrien.
6. Die thematische und begriffliche Abstraktion, mit der unterschiedliche Sachverhalte, Erscheinungen und Geoobjekte des Georaums bestimmten Kategorien zugewiesen werden (z.B. Klassifizierung).
7. Die Verwendung von benennender und erklärender Schrift (geographische
Namen, Bezeichnungen, Zahlen).
Link zur Vertiefungc
http://www.nationalatlas.de/deutscher-nationalatlas/kartographie/
Modellbildung
Ein Modell ist stets eine vereinfachte Darstellung der Wirklichkeit. Dementsprechend ist es Aufgabe der kartographischen Modellbildung auf jeweils modellrelevante Aspekte aus der Wirklichkeit (Geoinformationen) zu fokussieren. Dabei ist
eine Begrenzung des gesamten Abbildes (Georaum) anhand verschiedener Größen
möglich, deren Einschränkungen auch parallel wirken können:
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1 Begriffsklärung und Anwendungsbereiche
Projektion
Maßstab
Modellbildung:
Vereinfachte Darstellung
der Wirklichkeit
Karten sind verebnete, maßstabsgebundene, generalisierte, und
inhaltlich begrenzte erläuterte Modelle räumlicher
Informationen.
Geodaten:
Inhalt der
Karte
Legende,
Signaturen, Schrift,
Angaben, …
Raumbezug
und
Georeferenz
Abbildung 2: Merkmale einer Karte
• Räumliche Begrenzung
Auswahl eines horizontalen Ausschnittes aus dem Georaum bzw. der Erdoberfläche. Ausnahmen hiervon sind Gesamtdarstellungen der Erde, wobei
diese jedoch entweder starken Verzerrungen oder unechten Darstellungen
sowie einer starken thematischen Begrenzung unterliegen.
• Zeitliche Begrenzung
Kartographische Darstellung eines bestimmten Zustandes oder eines Zeitintervalls.
Eine Reduzierung bzw. Abstraktion ist bei einem kartographischen Modell unerlässlich. Als Beispiel soll eine Weltdarstellung mit der Analyse globaler Handelsbeziehungen und globaler Arbeitsteilung dienen. Eine Abbildung der Erde in einem
Maßstab 1:1 käme zwar der Realität nahe, brächte aber für die Anschaulichkeit
nichts. So könnten Handelsbeziehungen über große Distanzen weder erfasst noch
dargestellt werden. Eine Abbildung der Erde im Maßstab 1:1 ist folglich für die
Analyse und Beantwortung globaler Fragestellungen nicht geeignet, weshalb zur
thematischen Reduktion (Handelsbeziehungen) eine maßstabsgebundene Reduktion unerlässlich ist (vgl. Abbildung 3).
Folglich erfasst ein Modell nicht alle Informationen des Originals sondern nur
diejenigen, die von Interesse sind. Obwohl damit stets ein Informationsverlust
einhergeht, ist es gerade die Stärke von Modellen auf gewisse Sachverhalte zu
fokussieren und diese anschaulich zu präsentieren. Damit geht ein Pragmatismus
einher, indem bei der Erstellung des Modells gefragt wird, aus welchem Grund
(Warum?), zu welchem Zweck (Wozu?) und für welche Person bzw. Gruppe
(für Wen?) das Modell gemacht wird. Erst durch die Beantwortung dieser Fragestellungen lässt sich ein Modell fassen und auch dekonstruieren. So verfolgt
die Modellbildung die Ziele, einen bestimmten Sachverhalt in den Mittelpunkt
20
1.2 Geoinformation im Alltag
Abbildung 3: Arbeitsteilung (Le Monde diplomatique, 2009, S. 56)
zu rücken (Spezifizierung) und die Informationen zu speichern (Dokumentation),
damit der Sachverhalt anschaulich aufbereitet (Visualisierung) und zur Entscheidungsfindung präsentiert (Vorlage) werden kann (vgl. Abbildung 4).
Arbeitsauftrag
Modellbildung am Beispiel Google Earth
Analysieren Sie Google Earth anhand der getroffenen Reduktion.
Wo erkennen Sie eine thematische, wo eine räumliche und wo eine
zeitliche Begrenzung? Link:http://earth.google.ded
1.2 Geoinformation im Alltag
Obwohl uns die Begriffe Geoinformation, Geoinformatik und Geographische Informationssysteme zumeist nicht vertraut sind, nutzen sehr viele Menschen bereits
geo- bzw. raumbezogene Funktionen und Dienste, oftmals ohne es überhaupt
wahrzunehmen. So stellt z.B. die Suche nach einem Ort oder einer Fahrroute
über Google Maps - wie eingangs genannt - heute keine Besonderheit mehr dar.
Luft- und Satellitenbilder gehören zum Standard von Nachrichtensendungen. Die
Relevanz von Geoinformationen im Alltag ist in den letzten Jahren vor allem deshalb gestiegen, weil durch die Digitalisierung von raumbezogenen Informationen
neue und anwendungsfreundliche Gebrauchsformen entstanden sind. Herkömmliche Atlanten, Karten und Lagepläne werden durch Virtuelle Globen (z.B. Google
Earth, Marble oder Bing Maps), interaktiven Web-GIS-Anwendungen oder digitalisierten topographischen Karten (DTK) und frei zugänglichen Geoinformationen
(Open Street Map, OSM) ersetzt.
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1 Begriffsklärung und Anwendungsbereiche
Vorlage
Entscheidungsfindung
vernachlässigen
Modell
Mode
Mo
konzentrieren
reduzieren
Visualisierung
Komplexer
Systeme
Dokumentation
Entscheidungsfindung
visualisieren
abstrahieren
en
vereinfachen
hervorheben
Spezifizierung
Komplexer Strukturen
Abbildung 4: Ziele der Modellbildung
Interaktive Geoinformation im Web: Google Maps
Kartographische Darstellungen gehören heute bei vielen Webseiten zu einer gängigen Information. Ob bei Tourismusdestinationen, Firmenpräsentationen oder
Webauftritten von Gemeinden und Städten, Geoinformation ist stets präsent
und wegen ihrer hohen Anschaulichkeit an zentralen Stellen positioniert. Waren früher die meisten Kartendarstellungen statisch und konnten vom Nutzer
nur betrachtet aber nicht verändert werden, sind heute die Karten zumeist interaktiv gestaltet. Damit kann der Nutzer selbst den Informationsgehalt und
die Informationsfülle bestimmen bzw. abrufen. Zu den Merkmalen interaktiver
Karten gehören Funktionen wie Zoom, Standortsuche, Verschieben des Kartenausschnittes, anklickbare Elemente, Abrufen von Informationen, Verändern von
Farben und Symbolen oder das Ein- und Ausblenden von Informationsebenen
(z.B. Wetterdaten, Wanderwege, Straßen, touristische Sehenswürdigkeiten, Gebäude und vieles mehr).
Interaktive Kartendienste werden heute von vielen Firmen angeboten (u.a. Google, Microsoft, Yahoo, . . . ). Google Maps ist wohl das bekannteste Informationsportal. Es bietet neben den bereits erwähnten interaktiven Funktionen mittlerweile ein breites Anwendungsfeld. So lässt sich z.B. zwischen einer Kartenund einer Satellitenansicht (Luftbild) wechseln oder sogar eine Verschneidung
aus beiden (Hybrid) anzeigen.
Eine andere häufig genutzte Funktion von Google Maps ist die Ermittlung von
Fahrrouten. Durch die Definition eines Start- und Zielortes anhand von Adressdaten können Informationen zu optimalen Fahrstrecken abgerufen werden. Das
Ergebnis wird sowohl auf der Karte als auch in einer textlichen Erläuterung mit
22
1.2 Geoinformation im Alltag
Abbildung 5: Screenshot: Google Earth
Navigationsanweisungen präsentiert. Zusätzlich werden alternative Routen vorgeschlagen, die in der Wegstrecke oder der Fahrzeit abweichen können. Durch
ein einfaches Anklicken der ermittelten Fahrstrecke in der Kartendarstellung lässt
sich die Route beliebig verschieben. Das System aktualisiert stets die Auskünfte zu Streckenlänge und Zeit. Die Qualität der Auskünfte hängt dabei von den
vorliegenden Geodaten, im Besonderen des Straßennetzwerkes, und den verwendeten Algorithmen zur Routenermittlung ab. Um aussagekräftige Informationen
zu erhalten, muss im Datenbestand hinterlegt sein, ob es sich bei der Straße z.B.
um eine Einbahnstraße handelt, wie schnell ich darauf fahren darf oder ob die
Straße überhaupt für Autoverkehr freigegeben ist. Da sich das Straßennetz auch
verändern kann, gilt es, die Geoinformationen stets aktuell zu halten. Neuerdings
wird sogar versucht, Stau- und Unfallinformationen in Echtzeit in die Berechnungen von zeitoptimalen Routen mit einzubeziehen.
Der Markt für Geodaten und Geoinformationssysteme wurde durch die Entwicklungen im Bereich interaktiver Karten und virtueller Globen (siehe weiter unten)
revolutioniert. Obwohl die Softwarelösungen, wenn auch nicht in der heute bekannten Qualität, bereits seit den 70er Jahren vorhanden waren, lag es vor allem an der mangelnden oder mit sehr hohen Kosten verbundenen Verfügbarkeit
an Geodaten. Was ist also ein Geoinformationssystem ohne Daten? Erst durch
die breite Einführung von frei zugänglichen Geoinformationsdiensten durch z.B.
Google und anderen großen Internet- bzw. Softwarefirmen veränderte sich der
Umgang mit Geoinformationen. Seither sind digitale Geodaten wie Straßennetze, Staatsgrenzen oder Satellitenbilder, die vormals nur Militärs, Behörden oder
zahlungskräftigen Nutzern vorbehalten waren, einsehbar. Durch den Wettbewerb
der verschiedenen Systeme untereinander und auch dem Wettbewerb zwischen
kommerziellen Anbietern und staatlichen bzw. amtlichen Kartendiensten, erfolgte
23
1 Begriffsklärung und Anwendungsbereiche
eine rasante Ausdehnung des Geodatenbestandes, die bis heute anhält. Dadurch
bestehen heute völlig neue Möglichkeiten Geoinformationssysteme einzusetzen.
Abbildung 6: Screenshot: Routenberechnung in Google Maps
Navigation: Mobile Geräte und GPS
Über die reine Routenberechnung im Internet hinaus ist der Bereich der mobilen
Navigation aus dem Alltag vieler Menschen
nicht mehr wegzudenken. Zahlreiche mobile Geräte wie Smartphones oder Navigationsgeräte für das Auto bieten in Verbindung
mit globalen Satellitenpositionierungsdiensten
(GNSS, Global Navigation Satellite Systems)
Hilfe bei der Suche von Standorten an. Dabei
steckt in einer Navigationssoftware, egal ob
im Internet oder in mobilen Geräten, mehr als
nur eine Anzeige von Karten auf einem Bildschirm. Wie können Netzwerke erfasst und sowohl kartographisch als auch topologisch richtig abgebildet werden? Welche Algorithmen
eignen sich am besten für die Berechnung von
Routen?
Neben der reinen Suche nach einer optimierten Route, wie sie bereits am Beispiel von
Abbildung 7: GPS-Receiver,
WikimediaCommons
Google Maps ersichtlich wurde, ist bei der Navigation mit mobilen Geräten die Positionsbe24
1.2 Geoinformation im Alltag
stimmung eine unverzichtbare Komponente. Dabei greifen die Geräte auf die
weltweit verfügbare Satellitenpositionierung zurück. Deren bekanntester Vertreter ist das amerikanische System Global Positioning System (GPS) bzw.
NAVSTAR GPS. Erst seit etwa fünfzehn Jahren ist dieses eigentlich militärische
Satellitensystem auch für zivile Anwendungen, wie etwa Fahrzeugnavigation verwendbar. Mit einer Genauigkeit von ca. 3 bis 5 Metern (vgl. Department of
Defense & GPS Navstar 2008) lässt sich anhand des GPS-Signals die eigene Position auf der Erde bestimmen. Durch eine ständige Positionierung ist sogar die
Messung von Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit möglich. Die Positionsbestimmung durch Satelliten ist für viele Anwendungen der Geoinformatik wichtig
und beeinflusst unser tägliches Leben: in vielen Autos sieht man Navigationsgeräte, nahezu jedes moderne Smartphone verfügt über die GPS Funktion und
auch in vielen Notebooks bzw. TabletPCs wird GPS immer öfter integriert. Damit ist die Entwicklung aber nicht abgeschlossen. Mit dem europäischen System
Galileo, dem russischen GLONASS und dem chinesischen System Compass gibt
es vielversprechende Konkurrenten für GPS. Für einen vertiefenden Einblick in
die Thematik der globalen Positionierungssysteme ist auf das Vertiefungskapitel
„Global Navigation Satellite Systems“ verwiesen.
Web 2.0 und Open Source: Open Street Map (OSM)
Durch seine interaktive Beteiligung der Internetnutzer bietet das Web 2.0 neben
dem reinen Abrufen von Informationen die Möglichkeit einer breit gestreuten
Informationsbeschaffung. Mit der Web 2.0 Technik können Nutzer selbst Informationen ins Netz stellen. Bekannte Anwendungen ohne direkten Geobezug sind
z.B. Youtube, durch das Hochladen eigener Videos oder Wikipedia durch die
Verbesserung eines Artikels. Die Funktion eigene Inhalte im Internet zu generieren setzt sich zunehmend auch bei den kartographischen und GIS-basierten
Diensten durch. Zudem ist es möglich z.B. über Google Maps neue und individuelle Webanwendungen mit Geoinformationen zu generieren und auch in eigene
Homepages einzubauen.
Die Plattform bzw. das Projekt Open Street Map, kurz OSM existiert seit dem
Jahr 2004 und hat sich zum Ziel gesetzt, eine frei zugängliche, urheberrechtliche und lizenzkostenfrei nutzbare Weltkarte zu erstellen. Dabei geht es in erster
Linie um das sammeln, erfassen und speichern von topographischen Daten wie
etwa Flüsse, Flächennutzung (Wälder, Ackerflächen, . . . ), Straßen, Eisenbahnen,
Infrastruktureinrichtungen (z.B. Strommasten, Windräder, ...) und Häuser. Das
Projekt beruht auf dem Prinzip des Crowedsourcing, was bei OSM die Auslagerung der Datensammlung und Datenerfassung auf eine Gruppe freiwilliger Nutzer
über das Internet bezeichnet. So kann sich jeder Internetnutzer bei OSM registrieren, den Datenbestand von OSM selbstständig bearbeiten und somit an der
ständigen Verbesserung der Karte mitwirken, indem er eigene erhobene Geodaten in das System eingibt.
Die breite Streuung der Datenerfassung auf viele Nutzer über die gesamte Welt
verteilt führt dazu, dass sich der OSM Datenbestand und folglich die Weltkarte
25
1 Begriffsklärung und Anwendungsbereiche
in den letzten Jahren sehr schnell entwickelt haben. Waren am Beginn des Projektes noch große „weiße Flecken“ zu erkennen, für die es keine oder nur spärlich
Geoinformationen gab, existieren heute Gebiete, die sehr gut erfasst sind und
z.T. mehr Informationen bereitstellen als dies von amtlichen Seiten gewährleistet wird. Die Nutzer selbst bestimmen mit ihrer Arbeitsleistung die Exaktheit,
Genauigkeit und Fülle der Geodaten. Um die Qualität der Geodaten aus dem
OSM Projekt abschätzen zu können, steht ein so genannter Map Compare zur
Verfügung. Der Map Compare lässt einen Vergleich der OSM Karte mit anderen
Kartendarstellungen wie z.B. Bing Maps, Bing Satellite, Google Maps oder Google Satellite zu, um zu erkennen, welche Gebiete in OSM gut und welche weniger
gut erfasst sind.
Die Nutzer von OSM leisten mit ihrem Projekt einen wertvollen Beitrag zur
freien Verfügbarkeit von digitalen Geoinformationen. So kann mittels OSM z.B.
auf eigenen Homepages eine Karte mit dem Anfahrtsweg dargestellt werden,
ohne dass man auf teils mit hohen Kosten verbundene lizenzpflichtige proprietäre Geodaten bzw. Kartenmaterialien zurückgreifen muss. Dadurch steigt die
Internetpräsenz von Geoinformationen weiter an. Die Übertragbarkeit der OSM
Geodaten auf mobile Geräte (z.B. GPS oder Smartphone) erhöht zusätzlich die
Anwendungsmöglichkeiten. Durch die sukzessive Weiterentwicklung entsteht eine umfassende und die gesamte Welt abdeckende Geodatenbank, die über das
Internet allen Menschen zugänglich ist.
Abbildung 8: Screenshot: MapCompare, http://tools.geofabrik.de/mc/e
Virtuelle Globen: Google Earth oder Microsoft Bing Maps 3D
Aus Sicht der Geoinformatik eine konsequente Fortentwicklung, für die breite Öffentlichkeit ein faszinierendes Werkzeug: die Einführung von sogenannten Earth
26
1.2 Geoinformation im Alltag
Viewern. Google Earth, Marble, Microsoft Bing Maps 3D oder NASA World Wind
sind nur eine kleine Auswahl von vielen Programmen, die es erlauben, räumliche Daten und Satellitenbilder auf einem digitalen Globus zu betrachten. Bei
den Virtuellen Globen handelt es sich ebenfalls um Geoinformationssysteme, die
Auskunft über räumliche Strukturen und Prozesse geben. Die technische Herausforderung dabei ist zum einen die dreidimensionale Präsentation der Daten
auf einem meist frei dreh- und zoombaren Globus sowie die Übermittlung (streaming) großer Geodatenmengen.
Virtuelle Globen verwenden als (kartographische) Grundlage zumeist Luft- und
Satellitenbilder, welche passgenau auf die Erdoberfläche und auf ein digitales
Geländemodell (DGM) projiziert werden (image drapping). Dadurch entsteht
bei einer Schrägluftansicht der Eindruck einer dreidimensionalen fotorealistischen
Ansicht (vgl. Abbildung 9). Zusätzlich zu den Satellitenbildern lassen sich weitere Geoinformationen wie etwa Straßen, Ortschaften oder so genannte points of
interest (POIs) anzeigen. Virtuelle Globen ermöglichen es zudem, eigene Daten
wie etwa Fotoaufnahmen oder eigene POIs in das System zu integrieren. Weitere
Funktionen sind z.B. die Visualisierung des Sonnenverlaufs mit Schattenbildung,
historische Luft- und Satellitenbilder oder die Betrachtung dreidimensional animierter Gebäude bzw. ganzer Städte.
Abbildung 9: Screenshot: Google Earth, Vesuv
Aktuelle Bestrebungen beschäftigen sich mit dem Einbinden von Echtzeitinformationen bzw. zeitnaher Informationen wie etwa Wolkenverteilung oder Wettergeschehen und der Sammlung weiterer Geoinformationen. Zu Letzterem zählt
die systematische Erfassung ganzer Straßenzüge und Städte mit digitalem Bild27
1 Begriffsklärung und Anwendungsbereiche
material durch 360◦ -Bodenansichten (Panoramabild). Virtuelle Globen werden
zunehmend mit diesen Informationen ergänzt, um dem Nutzer einen Zoom bis
auf die Bodenperspektive anzubieten. Damit lässt sich die Situation vor Ort aus
einer simulierten Eigenperspektive betrachten.
Mit ihren faszinierenden Funktionen haben virtuelle Globen heute ebenso Eingang in den Alltag gefunden wie GPS oder Routenplanung. So bedienen sich
z.B. Nachrichtensendungen im Fernsehen immer häufiger virtueller Globen, um
die Region der betreffenden Nachricht vorzustellen oder Touristen, um ihren
Urlaubsort vor Reisebeginn bereits virtuell zu besuchen. Die technologische Entwicklung geht indessen weiter. Neue Geodaten in immer besserer Qualität werden
aufgenommen und deren Visualisierung z.B. auch auf mobilen Endgeräten verbessert. Zudem wird die Technologie auf andere Planeten bzw. Himmelskörper
übertragen, so dass Google z.B. auch die Betrachtung des Mondes oder des Mars
in dreidimensionaler Form anbietet.
Arbeitsauftrag
Lesen Sie den Artikel „How Google Earth Really Works“ durch und
machen Sie sich nochmals mit virtuellen Globen vertraut und recherchieren Sie nach weiteren Virtuellen Globen.
Virtuelle Globen und Artikel
Internetadresse
Artikel: How Google Earth Really Works
http://www.realityprime.
com/blog/2007/07/
how-google-earth-really-works/
Google Earth
earth.google.de
Microsoft Bing Maps 3D
http://www.bing.com/maps
Marble
http://marble.kde.org
NASA World Wind
http://worldwind.arc.nasa.gov/java
Tabelle 2: Links zu den wichtigsten Anbietern von GIS Software
Amtliche Geodaten und Vermessungswesen
Die Entwicklungen im Informationswesen, allen voran der Internet- und Web
2.0-Technologie, führen dazu, dass Geodaten heute neben amtlichen Behörden
auch von der Privatwirtschaft oder privaten Stellen angeboten werden. Für das
amtliche Vermessungswesen sind in Deutschland die Bundesländer zuständig.
Alleinige staatliche Zuständigkeiten bestehen z.B. beim Liegenschaftskataster,
also Informationen über Grenzverläufe und Grundstücksparzellen eines Landes.
Schwerpunkt der amtlichen Vermessungsstellen ist die Erfassung und Bereitstellung von Geobasisdaten, Landkarten und Referenzsystemen. Zu den amtlichen
Geobasisdaten zählen insbesondere Straßenverläufe, Gewässerflächen, Flächennutzung, Siedlungsgebiete oder Höheninformationen, also mehrheitlich topographische Geoinformationen. Daneben gibt es mittlerweile auch eine Vielzahl an
Geofachdaten, die von amtlicher Seite angeboten werden.
28
1.2 Geoinformation im Alltag
Die Bereitstellung von Geobasisdaten erfolgt auf Ebene der Bundesländer. Übergeordnete Angelegenheiten werden in der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder (AdV) koordiniert (vgl. Ehlers & Schiewe 2012, S.
40). Überregionale Geobasisdaten werden schließlich vom Bundesamt für Kartographie und Geodäsie bereitgestellt. Die Daten stehen sowohl den staatlichen
Einrichtungen und der öffentlichen Verwaltung als auch der Wirtschaft, Wissenschaft und den Bürgern zur Verfügung. Gegenüber freiverfügbaren Geodaten
von z.B. OpenStreetMap oder Google besitzen die offiziellen Daten der Vermessungsverwaltungen einige Vorteile. Diese liegen vor allem in einer einheitlichen
Erfassungsmethodik, einem oftmals größeren Detailierungsgrad sowie der Verfügbarkeit von Metainformationen über Genauigkeit, Alter der Daten oder Verwendungsmöglichkeiten. Nachteile sind ein etwaiger Kostenaufwand oder eingeschränkte Verwertungs- und Bearbeitungsrechte.
Arbeitsauftrag
Informieren Sie sich über die Arbeiten des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie sowie der Bayerischen Vermessungsverwaltung.
Richten Sie Ihren Fokus dabei auf die von den Ämtern zur Verfügung
gestellten Geodaten und beachten Sie hierbei Bezugsmöglichkeiten,
Kosten und Urheberrechte.
http://www.bkg.bund.de/, http://vermessung.bayern.de/
Regionale Statistiken
Regionale Statistiken sind wertvolle Kennzahlen für Politik und Wirtschaft, um
richtungssichere Entscheidungen treffen zu können. Umfangreiche tabellarische
Darstellungen haben jedoch häufig eine abschreckende Wirkung und lassen aufgrund ihrer Komplexität eine schnelle Interpretation der Daten kaum zu. Diagramme und Karten sind hingegen hervorragend geeignet, regionale Statistiken
höchst anschaulich darzustellen (vgl. Abbildung 10). Folglich bedienen sich immer mehr Statistikbehörden der digitalen kartographischen Visualisierung. Die
interaktiven Bedienelemente von Internetanwendungen bieten dem Nutzer die
Möglichkeit, individuelle Karten schnell und effektiv zu erstellen.
Ein ähnliches Beispiel wie auf europäischer Ebene ist der GIS-gestützte Regionalatlas der Bundesrepublik Deutschland, welcher von den Bundes- und Landesämtern für Statistik entwickelt wurde und statistische Daten aus der Regionaldatenbank Deutschland (GENESIS Online) kartographisch visualisiert. Administrative Bezugseinheiten sind Bundesländer und Landkreise bzw. kreisfreie
Städte. Wichtige Statistiken sind Bevölkerungsstand, Wanderungsbewegungen,
Demographie, Arbeitslosigkeit und Einkommensunterschiede. Auch hier ermöglicht es die interaktive Gestaltung der Anwendung, gezielt nach Regionen oder
Themen zu suchen. Auf Ebene der Bundesländer wird die Präsentation von regionalen Statistiken fortgesetzt (vgl. z.B. Bayerisches Landesamt für Statistik
und Datenverarbeitung). Vornehmlicher Unterschied ist dabei eine weitergehen29
1 Begriffsklärung und Anwendungsbereiche
Abbildung 10: Screenshot: Europäische Regionalstatistik anschaulich präsentiert
de Unterteilung der räumlichen Bezugseinheit (z.B. Gemeinde), wodurch sich die
räumliche Aussagekraft erhöht. Besondere Aufmerksamkeit erhalten die Karten
bei Wahlen, indem die Abstimmungsergebnisse mittels einer Karte dargestellt
werden (vgl. Abbildung 11). 1
Raumbezüge: Geotagging
Geotagging wird vornehmlich in der digitalen Photographie eingesetzt, um Aufnahmen anhand von geographischen Koordinaten zu verorten. Beim Auslösen der
Kamera werden die GPS-Positionsdaten gespeichert und anschließend der Bilddatei als Metainformation angefügt. Die Metadaten werden bei digitalen Bildern
in einer sogenannten EXIF-Datei (Exchangeable Image File Format) gespeichert.
Dadurch lassen sich die Bilder später z.B. entlang eines aufgezeichneten Weges
(Track) oder auf einer Karte lagerichtig einfügen. Moderne Kamerageräte sind
heute bereits mit GPS ausgestattet und verzeichnen die geographischen Koordinaten automatisch in den Metadaten. Ebenso ist ein manueller Eintrag der
Koordinaten durch spezielle Programme wie etwa der Freeware IrfanView möglich. Geotagging eignet sich aber nicht nur für Bilddateien, sondern bietet auch
bei anderen Dokumenten einen Mehrwert. So finden sich bei vielen Artikeln in
der digitalen Enzyklopädie WIKIPEDIA in der rechten oberen Ecke Angaben
zu Koordinaten, die dem erklärten Sachverhalt zugewiesen werden. Durch einen
Klick auf die Koordinatenangabe öffnet sich die entsprechende Kartenansicht
1
Beispiel-Onlinekarten: http://epp.eurostat.ec.europa.eu/cache/RSI/
http://www.statistik-portal.de/Statistik-Portal/Regionalatlas/
https://www.statistik.bayern.de/
30
1.2 Geoinformation im Alltag
Abbildung 11: Screenshot: Regionalatlas Deutschland, Wahlbeteiligung bei der Bundestagswahl
2009
(vgl. Abbildung 12). Neben der Koordinatenangabe in verschiedenen Bezugsbzw. Referenzsystemen ist der Standort mit den wichtigsten Kartendiensten und
Virtuellen Globen verlinkt. In WIKIPEDIA wird mit dem extra dafür eingerichteten Projekt „WikiProjekt Georeferenzierung“ versucht, möglichst viele Artikel
mit einer Rauminformation zu versehen.
Arbeitsauftrag
Suchen Sie in WIKIPEDIA einen Artikel, bei dem anhand von geographischen Koordinaten ein Geotagging vorliegt und informieren Sie sich
über das WikiProjekt Georeferenzierung.
Link: http://de.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:WikiProjekt_
Georeferenzierung
31
1 Begriffsklärung und Anwendungsbereiche
Abbildung 12: Screenshot: Verlinkung des WIKIPEDIA-Eintrags zur Technischen Hochschule Deggendorf mit dessen geographischen Koordinaten
1.3 Zusammenfassung
Geoinformatik ist eine innovative Wissenschaftsdisziplin, die sich mit der systematischen Verarbeitung von Geodaten beschäftigt. Sie entwickelt sich sehr rasant
und findet heute Gebrauch in den unterschiedlichsten Anwendungen (vgl. Abbildung 13). Geographische Informationssysteme (GIS) sind das zentrale Werkzeug
der Geoinformatik. Im Mittelpunkt steht dabei die Bearbeitung raumrelevanter
und raumbezogener Fragestellungen mit dem gesamten Arbeitsablauf von der Erfassung über die Verarbeitung, Analyse und Präsentation von Geoinformationen
(EVAP) und der damit einhergehenden Modellbildung. Die Geoinformatik bildet
die Schnittstelle zwischen digitaler virtueller Welt und der Realität und hat sich
zu einer eigenständigen Disziplin entwickelt. Wesentliche Schnittmengen gibt es
zur Geographie, der Informatik sowie der Geodäsie.
Mit den Möglichkeiten räumliche Phänomene zu erfassen und weiterzuverarbeiten, fanden Anwendungen der Geoinformatik in der Vergangenheit vor allem
Anwendung in den Raumwissenschaften, also der Geographie, der Geodäsie (Vermessungswesen), Geologie oder den Forst- und Agrarwissenschaften. Wie die einführenden Beispiele aber gezeigt haben, geht die heutige Nutzung weit über diese
Gebiete hinaus. So ist Geoinformation zu einem wichtigen Teil unseres Lebens
geworden und viele Menschen arbeiten bewusst oder unbewusst mit derartigen
Systemen. Die rasante Entwicklung wird sich in Zukunft fortsetzen, so dass das
Betätigungsfeld Geoinformatik heute zu einer der wegweisenden Technologien
moderner Gesellschaften geworden ist.
32
1.3 Zusammenfassung
Anwendungsgebiete und berufliche Perspektiven im
Bereich Geoinformatik und Geoinformationssysteme
Umwelt
§ Umwelt-IS
§ Boden-IS
§ Altlastenkataster
§ Biotope
§ Naturschutz
§ Tierwanderung
§ Bodenschätzung
§…
Vermessung
§ Katasterpläne
§ Digitale Flurkarte
§ Digitale Ortskarte
§ Topographische
Karte
§ Orthofotos
§…
Raumplanung
§ Bauleitpläne
§ Energieatlas
§ Wasserschutz
§ Bergbau
§ Tourismus
§…
Industrie
§ Logistik
§ Geomarketing
§Kundenmanagement
§ Ver- und Entsorgung
§ Netzplanung
§…
Verwaltung
§ Verwaltungsatlas
§ Grabungsatlas
§ Archive
§ Dokumentation
§ Luftbilder
§…
Mobile
Dienste
§ Applikationen
§ Web-GIS
§ Software
§ GNSS
§ Augmented Reality
§…
hoch
gering
Berufliche Perspektive
Abbildung 13: Anwendungsgebiete und berufliche Perspektiven
Arbeitsauftrag
Um sich einen besseren Überblick über die vielfältigen Einsatzbereiche der Geoinformatik verschaffen zu können, finden Sie anbei einen
Verweis auf (kurze) Dokumente, die die Möglichkeiten und Perspektiven des GIS Einsatzes aus unterschiedlichen Blickwinkeln beleuchten
(E-Books). Die Verlinkung zu den E-Books finden Sie entweder als
Auszüge im Onlinekurs oder durch entsprechende Klicks auf die Originalfassungen im Internet (siehe Link). Bitte berücksichtigen Sie beim
Lesen der Texte, dass es sich um kommerzielle Veröffentlichungen handelt und somit neben reiner Information auch immer die Bewerbung
eines konkreten Produkts im Fokus der Publikation steht. Lesen Sie
sich die genannten Veröffentlichungen durch und beantworten Sie folgende Fragen:
• Welche Publikation befasst sich mit einem Themengebiet, das
meiner Studienrichtung am nächsten kommt?
• Gibt es Punkte, Themen Lösungen, die auch in meinem Fachgebiet einen sinnvollen Einsatz finden könnten?
• Wo könnte ich Geoinformationssysteme in meinem eigenen Umfeld sinnvoll zum Einsatz bringen?
Die Liste an E-Books finden Sie unter folgendem Link:
http://www.esri.com/esri-news/publications/ebooks
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