Ergänzung - Geographische Informationssysteme (GIS)
Was ist ein GIS?
Ein GIS ist ein Computersystem, das genutzt wird, um Daten und Informationen mit geographischem Bezug zu erfassen, zu speichern und auszuwerten. Dieses System besteht aus Hardware (Computer und Peripherie, wie z.B. Scanner und Drucker), Software, im Computer gespeicherten Daten und dem Nutzer, der die Software verwendet, um die Daten auszuwerten.
Mit dem geographischen Bezug der GIS-Daten ist gemeint, dass jede Dateneingabe mit Koordinaten im dreidimensionalen Raum in Zusammenhang steht und sich auf einen Ort auf der Erde bezieht. Der Bereich, der durch die Daten abgebildet wird, kann ein Punkt, eine Linie oder eine Fläche sein.
Die Daten sind in thematische Ebenen, sog. Layer, gegliedert. Zum Beispiel könnte es den Layer "Produzierte Erntemenge" geben, bei dem Flächen (Polygone) definiert sind, welche Äcker darstellen. Jedem Acker wäre dann ein Wert zugeordnet, der die Erntemenge darstellt, die in einem bestimmten Jahr auf diesem Feld produziert wurde.
Quelle: National Coastal Data Development Centre (NCDDC), National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), USA
Die Daten in einem GIS-Layer können in zwei Formaten vorliegen, als Vektor- oder Rasterdaten. Vektordaten sind das häufigste Format von GIS-Daten. Wie oben bereits erwähnt, können im Vektorsystem Punkte, Linien oder Polygone abgebildet werden. Jedes dieser Objekte kann mit einem oder mehreren thematischen Layern in Zusammenhang stehen. Vektordaten sind räumlich sehr genau. Rasterdaten hingegen gliedern den Raum in ein Rasternetz. Jedes der Rasterquadrate wird wie ein Vektorpolygon behandelt und beinhaltet einen oder mehrere Werte. Rasterdaten entstammen häufig der Fernerkundung, weil der Sensor die Daten in Pixeln erfasst.
In der oben dargestellten Abbildung enthält der Layer "Kunden" Punkte, der Layer "Straßen" Linien und der Layer "Pakete" Polygone. Es handelt sich dabei jeweils um Layer mit Vektordaten. Die Layer "Höhe" und "Landnutzung" sind Layer mit Rasterdaten und stammen aus der Bearbeitung von Bildern der Fernerkundung.
Quelle: Wikimedia Commons
Ein weiteres Beispiel mit Punkten, Linien und Polygonen ist auf der linken Seite zu sehen. Auf dieser Karte sind die Brunnen als Punkte dargestellt, die Flüsse als lineare Objekte (aus einer Folge von einzelnen geraden Linien bestehend, was manchmal auch als Polylinie bezeichnet wird) und der See als Polygon, da er eine zweidimensionale Fläche abdeckt. Ein Polygon ist als Fläche definiert, die von einer Reihe von Linien umschlossen ist (das heißt, in der Linienfolge gibt es keinen Start- oder Endpunkt).
Einsatz eines GIS
Ein GIS kann allermindestens als stark differenzierte Karte genutzt werden, die in der Lage ist, eine große Auswahl an Informationen zu liefern. Die Tatsache, dass die Daten in digitaler Form gespeichert sind, ermöglicht je nach Bedarf die Erstellung diverser thematischer Karten. Darüber hinaus ist aufgrund der digitalen Form eine schnelle Handhabung der Daten gegeben und es sind verschiedene Auswertungen durchführbar.
Indem im GIS mehrere Layer miteinander kombiniert werden, können jedem einzelnen Punkt im Raum viele Attribute oder Eigenschaften zugeschrieben werden. Zum Beispiel könnte ein Theater durch einen Punkt dargestellt sein, der Koordinaten besitzt. Zusätzliche, diesen Punkt betreffende Informationen könnten der Name des Theaters, seine Adresse, die Anzahl an Sitzplätzen und das Baujahr sein.
Da alle Objekte in einem gemeinsamen, einfachen Koordinatensystem enthalten sind, ist es möglich, viele räumliche Berechnungen durchzuführen, bei denen die Lage der Objekte mit den zugehörigen Attributen kombiniert wird.
Nehmen wir uns die Höhe als Beispiel heraus. Die Höhenlage ist eine der häufigsten zugehörigen Eigenschaften von Punkten und Linien in einem GIS. Die Nutzung der Höhenlage erlaubt die Darstellung der Karte in drei Dimensionen. Doch wie lässt sich die Höhe eines beliebigen Punktes in der Karte berechnen? Die hierfür benötigten Daten sind Punktmessungen der Höhe. Je mehr Einzelmessungen verfügbar sind, umso genauer und detaillierter wird letztendlich die Höhenkarte sein. Höhendaten werden häufig aus Messungen der Fernerkundung gewonnen, da sie ein sehr dichtes Raster aus Höhenwerten bilden (siehe Layer "Höhe" in der Abbildung links).
Quelle: Wikimedia Commons
Im nächsten Schritt werden die Höhenlinien erstellt, die alle Punkte der selben Höhe in einer ununterbrochenenen Linie miteinander verbinden. Nehmen wir nun an, dass die Höhe zwischen zwei benachbarten Höhenlinien gleichmäßig zunimmt (oder abnimmt), können wir die Höhe jedes beliebigen Punktes auf der Karte berechnen.
Frage: Ist es möglich, dass sich zwei Höhenlinien kreuzen?
Frage: Welche Information liefert uns die Dichte der Höhenlinien?
Da alle Objekte auf das selbe Koordinatensystem bezogen sind, ist es einfach, räumliche Beziehungen zwischen zwei oder mehreren Objekten zu berechnen. Wir können beispielsweise die Fläche ausfindig machen, die sich in einem bestimmten Umkreis von einem gewählten Objekt befindet. Diese Eigenschaft kann mit weiteren Informationen aus den vorhandenen Layern kombiniert werden. So kann eine Liste mit Kriterien erstellt werden, welche die Auswahl von Flächen ermöglicht, welche bestimmte Kriterien erfüllen.