Geografisches Informationssystem

Im Unterschied zu anderen, nicht raumbezogenen Informationssystemen, z. B. einem digitalen Bibliothekskatalog, handelt es sich bei einem GIS nicht allein um eine Datenbank mit Sachdaten, in der z. B. Daten in Tabellen abgelegt werden. Die Besonderheit von GIS ist der ebenfalls digital erfasste und verwaltete Raumbezug in Form von Geometriedaten. Geometriedaten beschreiben die Form und die Lage von Geoobjekten, z. B. als Koordinaten von Punkten oder Linien.

Geometrie- und Sachdaten zusammen ergeben den Datenbestand eines GIS. Zum Beispiel können die Geometriedaten aus den Flächen aller Gemeinden eines Bundeslandes bestehen, während die Sachdaten die Bevölkerung jeder dieser Gemeinden genauer beschreiben (Bevölkerungszahl, Altersstruktur, Berufsstruktur usw.). Sach- und Geometriedaten sind in einem GIS dynamisch miteinander verbunden und gemeinsam abfrag-, auswert- und darstellbar. So kann im oben gekennzeichneten Beispiel nach Gemeinden mit einer bestimmten Mindesteinwohnerzahl gefragt und das Ergebnis kartografisch auf dem Bildschirm dargestellt werden.
In einem GIS können aber auch die räumlichen Bezüge der Geoobjekte, ihre Nähe oder Entfernung zueinander, die Höhenlage usw., in die Abfrage einbezogen und bei der Analyse berücksichtigt werden.

Zur Erstellung eines GIS sind Hardware, Software und Geodaten erforderlich. Zur GIS-spezifischen Hardware gehören Geräte zur Eingabe der Geodaten. Das sind Scanner für Rasterdaten, z. B. für die Eingabe von herkömmlichen Karten oder Luftbildern als „Bild“, und das Digitalisiertablett für die Eingabe von Vektordaten, z. B. für das manuelle Abdigitalisieren von Punkten, Linien und Flächen auf einfachen Papierkarten. Geodaten können heute aber auch als Bilddaten von Satelliten zur Fernerkundung in ein GIS übernommen werden. Auch die amtlichen topografischen Kartenwerke, die flächendeckend von Deutschland existieren, werden heute digital angeboten. So können heute Ausschnitte aus dem Amtlichen Topografisch-Kartografischen Informationssystem, dem ATKIS, als Geodaten in ein GIS übernommen werden. Die eingegebenen Geodaten können auch ausgedruckt werden. So gehören zur GIS-spezifischen Ausgabehardware auch großformatige Drucker für die Kartenproduktion.

Die Software eines GIS ist mit ihren Funktionen das Handwerkszeug für die Verwaltung, Analyse und Präsentation der Geodaten. Zur Geodaten-Verwaltung gehört die Selektion nach inhaltlichen und räumlichen Kriterien. Starke Analysefunktionen unterscheiden ein GIS von einem bloßen Programm für die Computerkartografie: Mit ihrer Hilfe ist die Auswertung unterschiedlichster Datenkombinationen möglich, beispielsweise die Auswertung von Geländehöhenmodellen. Dabei entstehen nicht nur optische, sondern auch rechnerische Kombinationen von Geodaten auf neuen raumbezogenen Datenebenen. So kann z. B. die Grundwasserspiegelhöhe durch die Kombination von Daten zur Geländehöhe mit solchen zum Grundwasserflurabstand ermittelt und kartografisch sichtbar gemacht werden. Die jeweiligen Ergebnisse können auf unterschiedliche Weise präsentiert werden: meist als Karten, aber auch als Diagramme, 3-D-Ansichten, Bilder usw. sowohl auf dem Bildschirm als auch als Ausdruck.

Die ersten GIS entstanden in den 1960er Jahren in den USA vor allem für Zwecke der Landnutzungsplanung. Die ersten Geographischen Informationssysteme wurden in den USA Anfang der 1960er Jahren in den Disziplinen der Thematischen Kartographie und der Computertechnik entwickelt. Mit der Verbreitung der ersten Personalcomputer der Firma IBM erfuhren die GIS einen ersten Aufschwung und wurden zu einem kommerziellen Produkt. Heute ist ihre Nutzung sowohl im geschäftlichen wie im privaten Bereich etabliert.

GIS-Anwendungen

Grundsätzlich kann zwischen zwei Arten von Geographischen Informationssystemen unterschieden werden: dem WebGIS und dem Desktop-GIS.
Bei ersteren handelt es sich um in der Regel kostenlose Online-Angebote. Das heißt, dass sich die Daten nicht auf dem eigenen Rechner befinden, sondern auf einem zentralen Internetserver. Ein Einbringen eigener Daten ist nicht möglich, man ist auf die Vorlagen und die Datenrecherche des jeweiligen Anbieters beschränkt und hat kaum Einfluss auf eine zukünftige Wahl der Themen. Die vorhandenen Daten können abgefragt und in Form von Karten dargestellt werden. Die Vorteile eines WebGIS bestehen darin, dass keine Installation und kein Administratorenaufwand nötig sind und zudem die Mühen der Datenbeschaffung entfallen.

Interessante deutsch- und englischsprachige WebGIS-Angebote:

• http://webgis-schule.de
• http://www.sacmeq.org/statplanet
• http://show.mappingworlds.com

Im deutschsprachigen Raum gibt es eine Reihe von WebGIS-Diensten. Zu den bekanntesten gehören das Online-GIS der Johannes Gutenberg Universität Mainz und das Diercke WebGIS.

Während diese deutschsprachigen Angebote in ihrer Funktionalität und den Themen sehr begrenzt sind, existieren im englischen Sprachraum eine Vielzahl von WebGIS-Diensten, die es dem Anwender erlauben, aus einer großen Anzahl von Themen auszuwählen.

Besonders empfehlenswert sind StatPlanet von SACMEQ (Southern and Eastern Africa Consortium for Monitoring Educational Quality) und SHOW von Mapping Worlds. StatPlanet bietet die Möglichkeit, sich zu einer Vielzahl von Themen aus den Bereichen Kriminalität, Wirtschaft und Entwicklung, Bildung, Gesundheit etc. Diagramme und Karten erstellen zu lassen. Neben dem Vergleich zwischen den Staaten stehen auch Kurven zur Entwicklung von ausgewählten gesellschaftlichen und politischen Prozessen in einzelnen Ländern zur Verfügung.

Im Gegensatz zu einem WebGIS können bei einem Desktop-GIS auch Daten eingegeben werden. Somit ist es auch möglich die Ergebnisse eigener Erhebungen graphisch umzusetzen. Zudem verfügen Desktop-GIS über weit mehr Funktionen als WebGIS-Anwendungen. Von Nachteil ist hingegen, dass sie aufgrund ihrer Komplexität häufig relativ schwer zu bedienen und oftmals kostenpflichtig sind. Die bekannteste GIS-Software ist das von der Firma ESRI vertriebene ArcGIS, das in zahlreichen wissenschaftlichen Instituten eingesetzt wird. Daneben existieren einige wenige kostenlose Desktop-GIS wie das quellenoffene Quantum GIS (QGIS) und das auch für Einsteiger in der Bedienung relativ leicht zu erlernende Programm Spatial Commander der Firma GDV GeoSoftware.

Anwendungsbereiche von GIS

GIS werden in einem zunehmenden Maße weltweit in den verschiedensten Gebieten mit geographischem Bezug eingesetzt (z.B. Landesvermessungsämter, Versorgungs- und Entsorgungseinrichtungen, Raumordnung und Regionalplanung etc.) und treten dort an die Stelle herkömmlicher Kartenwerke. Städtische Wasserbetriebe können mithilfe eines GIS ihr Leitungsnetz in einer Karte festhalten und daran beispielsweise Daten koppeln, die Auskunft darüber geben, wann einzelne Hydranten und Rohrabschnitte zuletzt gewartet wurden.

Geographische Informationssysteme können weiterhin u.a. Rettungsfahrzeuge an einen Einsatzort leiten, Fahrzeugflotten von Speditionen überwachen, die Ausbreitung übertragbarer Krankheiten oder schädlicher Emissionen analysieren und den potentiellen Kundenkreis eines Einzelhandelsgeschäftes ermitteln. Neue Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich im Bereich Tourismus durch Online-Stadtinformationssysteme und virtuelle Stadtrundgänge.