Geoinformationssystem: Unterschied zwischen den Versionen

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(KIS: Kommunales Informationssystem)
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Ein '''Geoinformationssytem ([[GIS]])''' ist ein [[:de:Informationssystem|Informationssystem]], mit dem nach Bill (1994) "''[[Geodaten|raumbezogene Daten]] digital erfasst und redigiert, gespeichert und reorganisiert, modelliert und analysiert sowie alphanumerisch und graphisch präsentiert werden."''
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#REDIRECT [[Geographic information system]]
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Es vereint eine [[Datenbank]] und die zur Bearbeitung und Darstellung dieser Daten nützlichen Methoden (Kurzdefinition nach ''[[Fédération Internationale des Géomètres]]'').
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==Ausprägungen eines GIS==
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===LIS: Landinformationssystem===
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Ein [[Landinformationssystem]] ist ein Instrument zur Entscheidungsfindung in Recht, Verwaltung und Wirtschaft sowie ein Hilfsmittel für Planung und Entwicklung. Es besteht einerseits aus einer Datensammlung, welche auf Grund und Boden bezogene Daten einer bestimmten Region enthält, andererseits aus Verfahren und Methoden für die systematische Erfassung, Aktualisierung, Verarbeitung und Umsetzung dieser Daten. Die Grundlage eines LIS bildet ein einheitliches, räumliches Bezugssystem für die gespeicherten Daten, welches auch eine Verknüpfung der im System gespeicherten Daten mit anderen raumbezogenen Daten erleichtert.
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LIS stellen eine besondere Ausprägung von Geo-Informationssystemen dar. Sie werden i.d.R. von Vermessungsbehörden aufgebaut und geführt, wobei sie sich in erster Linie auf die vermessungstechnische Abbildung der Erdoberfläche in der Form von digitalen Karten und Eigentumsnachweisen beziehen. In der Bundesrepublik gehören die Vorhaben ALK, ALB (zukünftig in ALKIS kombiniert) sowie ATKIS in diesen Bereich. Diese Vorhaben stellen Geobasisdaten zu Liegenschaften und zur Topographie für andere Fachanwendungen bereit.
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===KIS: Kommunales Informationssystem===
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''Kommunale Informationssysteme'' bezeichnen die IS-Komponenten in einer Kommune. Zentraler Bestandteil eines KIS sind die Geobasisdaten ([[ALK]] und [[Automatisiertes Liegenschaftsbuch|ALB]] in Deutschland, [[Digitale Katastralmappe|DKM]] und [[Grundstücksdatenbank|GDB]] in Österreich) und das Luftbild. Sie ermöglichen dem Mitarbeiter einer Kommune den schnellen Zugriff auf Informationen zu einem Flurstück (Eigentümer, Flächengröße, Nutzung,...). Neben dieser Grundlage eines KIS existieren eine Vielzahl verschiedener Fachschalen, die das System nach Bedarf ergänzen. Ein kommunales Umweltinformationssystem KUIS ist beispielsweise ein Instrumentarium für Aufgaben der Kommune im Bereich der Umwelt, das Informationen über alle Umweltbereiche räumlich, zeitlich und sachlich bereithält, verarbeitet und fortschreibt.
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Es existieren diverse Unterkategorien kommunaler Informationssystem wie [[Grünflächeninformationssysteme]] ([[Grünflächenkataster]]), [[Baumkataster]], [[Friedhofskataster]], [[Spielplatzkataster]] u.a.
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* [http://www.gis-leitfaden.de/ LEITFADEN FÜR KOMMUNALE GIS-EINSTEIGER]
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* [http://www.landkreis-cham.de/struktur/163/publikationen/dokumente/baybuergermeister_200412.pdf Artikel in der Fachzeitschrift "Der Bayerische Bürgermeister" des Jehle-Rehm Verlags, Heft 10/2004:  E-Government in Bayern; Ein Leitfaden für Kommunale GIS-Einsteiger fördert die Nutzung Geographischer Informationssysteme in Bayerns Kommunen (PDF/1833KB)]
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* [http://www.landkreis-cham.de/struktur/163/publikationen/dokumente/k21_200410.pdf Artikel in der Fachzeitschrift "Kommune21" der K12 media AG zur Serie "Kommunale GIS-Einsteiger", Heft 10/2004: GIS im Verbund (PDF/194KB) ]
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===UIS: Umweltinformationssystem===
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Die Überwachung und der Schutz der Umwelt ist eine Querschnittsaufgabe der Verwalt- ung. Herkömmliche Informationssysteme ohne räumlichen Bezug versagen zumeist, da es darauf ankommt, eine Vielzahl  fachspezifischer Daten über die Lage miteinander zu verknüpfen. Erst durch diese Verknüpfung entstehen neue und  aussagekräftigere Informationen zum  komplexen ökologischen System.
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Ein ''Umweltinformationssystem (UIS)'' ist ein Informationssystem, das Umweltinformationen bereitstellt. Ein UIS besteht in der Regel aus mehreren Umweltdatenbanken mit verschiedenen Umweltdatenbeständen. Es bietet leistungsfähige Zugriffs- und Auswertemethoden zur Ableitung von Umweltinformation. Aufgrund der Vielfalt der potenziellen Nutzer eines UIS bestehen unterschiedlichste, teilweise divergierende Anforderungen an die Charakteristika eines UIS. Ein UIS ist ein erweitertes GIS, das der Erfassung, Speicherung, Verarbeitung und Präsentation von raum-, zeit- und inhaltsbezogenen Daten zur Beschreibung des Zustandes der Umwelt hinsichtlich Belastungen und Gefährdungen dient und Grundlagen für Maßnahmen des Umweltschutzes bildet.
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UIS werden als Informationssysteme in der Verwaltung und in Unternehmen der freien Wirtschaft (so genannte Betriebliche Umweltinformationssysteme) eingesetzt. Sie bestehen i.d.R. aus vielen verschiedenen Fachinformationssystemen ([[FIS]]).
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Frühe Nutzer waren Umweltbehörden wie das [[Umweltbundesamt]] (UBA) oder Landesumweltministerien und deren nachgeordnete Landesämter. Ihre Aufgaben erstrecken sich von der Erfassung der Radioaktivität, der Kontrolle der Umweltmedien Luft, Wasser und Boden bis hin zu Biotopkartierungen und der Erhaltung der Artenvielfalt. Sie dienen der Notfallvorsorge, dem Verwaltungsvollzug und der Bürgerinformation im Umweltbereich.
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Planerische Maßnahmen, die das Objekt Umwelt verändern, können durch Integration in ein GIS mit seinem Datenbestand sehr vielseitig unterstützt werden. Zu nennen wären hier :
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* rechtlichen Seite (Kataster)             
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* gestalterische Seite (Stadt- und Landschaftsplanung)             
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* umweltbeeinflussende Aspekte (Umweltverträglichkeitsprüfungen,  Untersuchungen raumwirksamer Planungen, ökologische Gesamtplanungen )
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Ein weiterer Anwendungsbereich eines GIS liegt im sogenannte Umweltmonitoring. Das heißt, die Überwachung der Umwelt und der sie beeinträchtigenden Faktoren wie Verkehr, Landwirtschaft und Industrie wird hier abgebildet. Modelle über Lärm- und Schadstoffaus- breitungen (Strömungs- und Ausbreitungsmodelle) nutzen Informationen aus dem GIS wie z.B. die Höhe, die Bodenbedeckung und den Bodenbewuchs, die Bodenart und die Bebauung. Charakteristisch für den Umweltbereich sind die folgenden Faktoren :
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* hoher Grad der Visualisierung           
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* Austausch von Daten des GIS zu Berechnungsmodulen und umgekehrt           
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* Vielfalt an externen Paketen von der Datengewinnung und -Aufbereitung über die Datenmodellierung bis zur Visualisierung
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Ein GIS ist hier nur ein Baustein, wenn auch mit der oben erwähnten zentralen Aufgabe der integralen Datenverwaltung und -bereitstellung.
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Typische Anfragen an ein GIS im Umweltbereich sind von der Form "Was wäre wenn?". Das Wenn ist dabei z.B. eine Planungsmaßnahme, eine Umweltkatastrophe etc. Unter Einbeziehung aller zugrundeliegenden Informationen geht es darum, den Einfluß auf die Umwelt zu analysieren. Die Auswirkungen anthropogener Maßnahmen wie Land- und Forstwirtschaft, Bau- und Industrieaktivitäten etc. auf Natur (Fauna, Flora, Mensch) und Landschaft (Boden, Gewässer, Luft usw.) gilt es zu dokumentieren, auszuwerten und gestaltend zu beeinflussen, um vorsorgenden und effektiven Umweltschutz betreiben zu können.
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===BIS: Bodeninformationssystem===
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Ein ''Bodeninformationssystem'' ist ein Fachinformationssystem zum Boden, welches als Bestandteil von UIS aufgebaut wird, zum Beispiel BIS-NRW.
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===NIS: Netzinformationssystem===
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Ein ''Netzinformationssystem'' ist ein Instrument zur Erfassung, Verwaltung, Analyse und Präsentation von Betriebsmitteldaten. Diese beziehen sich auf die [[Topologie|Netzwerktopologie]], die in einem einheitlichen Bezugsrahmen gegeben sein muss. Mit dieser besonderen Ausprägung eines Geo-Informationssystems arbeiten Ver- und Entsorgungsunternehmen. Hierbei steht in erster Linie die geometrische und graphische Dokumentation des Leitungsbestands im Vordergrund. Von daher fallen sie ebenso in die Kategorie der Betriebs- bzw. Betriebsmittelinformationssysteme ([[Facility Management System]])
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===FIS: Fachinformationssystem===
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''Fachinformationssysteme'' stellen eine besondere Klasse von Geo-Informationssystemen dar. Hierunter fallen insbesondere die Spezialanwendungen, die mit den bisherigen Ausprägungen nicht abgedeckt sind. Sie sind Informationssysteme, die fachbezogene Aufgaben unterstützen und zur Bewältigung konkreter Fachanforderungen notwendig sind.  Diese stellen Spezialanwendungen dar, beispielsweise für [[Bauwesen]], [[Geologie]], [[Hydrologie]], [[Lawine]]n- und [[Umweltschutz]], [[Verkehrsplanung]], [[Touristik]], [[Freizeit]]- und [[Routenplanung]] usw.
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Hauptabnehmer für Fachanwendungen sind Kommunen.
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==Datenmodell==
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Das Datenmodell eines Geoinformationssystems wird in allen klassischen Datenmodellen erweitert mit der Datenhaltung geographischer Daten.
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===Grundlegendes Modell===
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Das grundlegende Datenmodell verwaltet [[Raumbezogenes Objekt|raumbezogene Objekte]] in Form von Punkten, Linien und Flächen. Es unterscheidet sich nicht wesentlich von herkömmlichen Datenstrukturen (wie in einfachsten Grafik/CAD-Programmen). Die Neuerung innerhalb des GIS-Modells bestand weniger im Datenmodell sondern in der Verwaltung geographischer Daten.
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Die ersten GIS-Programme nutzten Standard-Datenbankprogramme wie beispielsweise [[DBase]] für die Verwaltung von [[Attribut]]daten (der Marktführer [[Esri]] benutzt bis heute das [[DBase|DBase-Format]] für das Programm [[ArcView]]). Ergänzt wurde diese normale Datenbank um ein Grafik-Speicherformat, sowie Programmroutinen die das Zusammenspiel zwischen der Datenbank und den Grafikobjekten organisieren.
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Zur Speicherung kommen häufig objektrelationale [[Datenbank]]systeme zum Einsatz.
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Innovativ war daher nicht die Entwicklung eines Datenbankmodells, sondern der programmatische Umgang damit.
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===Topologie===
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bezeichnet die räumliche Beziehung von Geoobjekten zueinander (Nachbarschaftsbeziehungen).
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Im Gegensatz zur Geometrie, die die absolute Form und Lage im Raum betrifft, sind topologische Beziehungen zwischen Geoobjekten unabhängig von Maßen wie der Distanz.
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Die wichtigsten Topologischen Beziehungen zwischen 2 Geoobjekten A und B nach Egenhofer sind:
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* A ist disjunkt zu B
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* A liegt innerhalb B
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* B liegt innerhalb A
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* A überdeckt B
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* B überdeckt A
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* A trifft B
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* A gleicht B
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===Dimension===
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[[Image:DatendimensionenImGIS.png|thumb|300px|Datendimensionen im GIS]]
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Die Dimension gibt an, wie viele Koordinatenwerte einem Objekt im GIS zugeordnet sind:
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* zweidimensional (''2D''): Jeder Punkt hat eine x- und eine y-[[Koordinate]]. Linienverbindungen oder Flächen, die auf die Punkte aufbauen, liegen also in einer Ebene (xy-Ebene) vor. [[Räumliche Darstellung]]en und Analysen sind daher nicht möglich
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* zweieinhalbdimensional (''2,5D''): Jeder Punkt hat zusätzlich zur x- und y-Koordinate eine attributive Information über die Höhe. Das bedeutet, dass Punkte, Linien und Flächen weiterhin in der xy-Ebene dargestellt werden, aber für jeden Knotenpunkt ist auch die Höheninformation abrufbar. Einfache räumliche Analysen sind damit möglich. Räumliche Darstellungen sind jedoch nicht möglich. Ein Großteil der heute vorhandenen GIS-Daten liegt in dieser Form vor.
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* dreidimensional (''3D''): Alle Punkte haben x-, y- und z-Koordinate (bzw. Höhe). Linienverbindungen sind räumliche Linien, die nicht in einer Ebene liegen. Wenn Kreisbögen als Verbindungen vorkommen, werden diese streng genommen [[Ellipse]]nabschnitte, die in einer geneigten Ebene liegen; oder sie müssen durch Linienzüge mit entsprechend kurzen Segmenten angenähert werden. Flächenobjekte sind nur dann ebene Flächen, wenn sie durch genau 3 Punkte begrenzt werden, ansonsten sind es gekrümmte Raumflächen. Räumliche Analysen und Darstellungen sind damit möglich.
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* vierdimensional (''4D''): Zusätzlich zu den 3 Koordinaten im Raum wird eine vierte Information mitgeführt, die sich aus dem zeitlichen Ablauf ergibt. Das wird z. B. durch Verwendung eines Timestamps für jedes Objekt ermöglicht. Damit kann abgefragt werden, zu welchem Zeitpunkt ein Objekt existiert hat oder nicht. Aus diesen Daten können dann Darstellungen der Vergangenheit kreiert werden (z. B.: Wie sah das Ortsbild am 15. Februar 2002 aus, bevor der Neubau errichtet wurde); auch zeitabhängige Animationen können erzeugt werden (z. B.: der Fortschritt des Kohleabbaus in einem Bergwerk).
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==Funktionen==
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Ein GIS erweitert somit die Nutzungsmöglichkeiten der klassischen [[Landkarte]]. Neben der [[Visualisierung]] spielen [[Geooperatoren]] eine wichtige Rolle zur Analyse der Geodaten. Auf Basis eines guten Datenbestandes (geometrische und [[Sachdaten]]) erlaubt ein GIS zum Beispiel:
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===Abfragen===
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* die [[Abfrage]] von Eigenschaften in einem Gebiet (zum Beispiel: Wieviele Einwohner hat diese Stadt?)
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===Visualisierung===
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* [[Visualisierung]] der Lage, [[Extraktion]] oder Modifikation aller Objekte mit vorgegebenen Eigenschaften (beispielsweise: Welche Flächen sind Felder?) siehe auch [[Kartographie]]
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===Weitere Funktionen===
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* die [[Verschneidung]] (Feststellung, wo vorgegebene Eigenschaften verschiedener Themen aufeinandertreffen, zum Beispiel: Welche Seen ([[Topographie|topografisch]] ermittelt) befinden sich innerhalb der [[Verwaltung]]sgrenzen von Sachsen)
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* die visuelle [[Überlagerung]] geometrischer Daten verschiedener Quellen auf Basis [[georeferenzierung|georeferenzierter]] [[Koordinate]]n (beispielsweise gemeinsame Darstellung von Tagebauen und [[Grundwasser]]messstellen)
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* die grafische Visualisierung unterschiedlicher [[Attribut]]ierung durch [[Färbung]], Schraffur oder Beschriftung (zum Beispiel Flussbeschriftungen oder Einfärbungen nach [[Flächennutzung]]sarten)
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* Die Bildung sogenannter Pufferflächen (Buffer) um Geoobjekte beliebiger Dimension. Dies sind Gebiete innerhalb eines bestimmten Abstandes vom ursprünglichen Geoobjekt
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* die Lösung von Abfragen unter Verwendung von Attributen wie 'schnellster Weg', aber auch mathematisch komplexer Probleme 'travelling salesman'
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Geoinformationssysteme ermöglichen die Schaffung in sich [[widerspruchsfrei]]er, vollständig attributierter, überlappungsfreier Daten und stellen Funktionen zur Aufspürung u. Behandlung von Geometrie- u. Attributierungsfehlern bereit.
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In der [[Geodäsie]] bzw. [[Kartographie]] werden sie zur Erstellung von [[Karte (Kartographie)|Karte]]n, [[Atlas (Kartographie)|Atlanten]], Sonder- und Leitungs-[[Kataster]]n, [[Zeitreihe]]n oder [[Virtuelle Realität|VR]]-Simulationen genutzt. Neben den kommerziell vermarkteten GIS gibt es auch freie GIS.
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===Automatisierung===
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Für wiederkehrende Aufgaben ist es sinnvoll, diese zu automatisieren, indem die notwendigen Abläufe zu Makros zusammengefasst werden. Solche Aufgaben können sein:
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*[[Plot]]s von Karten und Plänen entsprechend einem bestimmten [[Blattschnitt]] unter gleichen Randbedingungen
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*Nachattributierung importierter Daten
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*spezifische periodische Auswertungen für regelmäßige Berichte
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*Regelmäßige Datenweitergaben an andere Ämter oder Firmen über definierte [[Schnittstelle]]n
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*Prüfvorgänge zur Datenkonsistenz
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*Einbeziehung extern gepflegter Sachdaten
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Voraussetzungen für Automatisierbakeit sind:
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* Eine [[Makrosprache]] mit Schleifen, Bedingungen und Eingabemöglichkeiten
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* [[konsistent]]e, [[redundanzfrei]]e Daten (Ausnahme: wenn die Konsistenz erst durch das Makto geprüft wird).
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* softwarelesbare, klassifizierte Datenattribute, nach welche [[Selektion|selektiert]] werden kann.
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==Wikipedia Verweise==
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* [[Fernerkundung]]
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* [[Wikipedia:Wikiprojekt Geoinformatik|Wikiprojekt Geoinformatik]]
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* [[Wikipedia:WikiProjekt Geoinformatik/GIS-Lexikon|GIS-Lexikon]]
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* [[Kataster]] und [[Automatisierte Liegenschaftskarte|ALK]]
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* Weitere [[Informationssystem]]e
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* [[Datenqualität]]
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* [[Attribut]]ierung, [[Sekundärdaten]]
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* [[Web GIS]]
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* [[Kartographie]]
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== Weblinks ==
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=== Nicht kommerzielle Weblinks ===
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* http://www.geoportal.de  deutschsprachiges Portal für Geoinformatik und GIS
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* http://www.gis-tutor.de  deutschsprachiges "Lehrbuch", gute Einstiegsadresse zu GIS
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* http://www2.geoinform.fh-mainz.de/~zipf/arcInfoBuch/  Das Geoinformationssystem ARC/INFO - Eine praktische Einführung in Arc/INFO Workstation und ArcTOOLS. Heidelberg. 2001. Zipf, A. und Nücker, L.
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* http://www.opengis.org  Konsortium zur Ausarbeitung von Normierungsvorschlägen zum Austausch zwischen GIS
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* http://www.isotc211.org  Int. Normierungsverein - Technisches Komitee Nr. 211 für Geoinformation
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* [http://webgis.dyndns.org:8080/giswiki/Wiki.jsp GIS-Wiki] - deutsches Wiki für Geoinformatik.
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* http://www.freegis.org Übersicht über freie Geodaten und GIS
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* [http://www.eogeo.org/Projects/projects_wiki/FreeGISBook FreeGISBook]&mdash;WiKi eines gemeinschaftlich erstellten Buches zu Free GIS (Theorie und Programme)
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* [http://geosun1.uni-geog.gwdg.de/saga/html/index.php SAGA GIS]: A Free GIS under GNU Public License
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* [http://www.l.hsr.ch/gis GIS-Scripts, Hochschule Rapperswil]: Viele Unterlagen, Anleitungen und Übungen zur Arbeit mit GIS in der Planung
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* [http://www.mapref.org MapRef.org] - Sammlung Europäischer Koordinaten-Referenz-Systeme (geodätische Referenzsysteme, Kartenprojektionen).
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* [http://www.ccgis.de/Handbuch_Vorwort_Einleitung.html Praxishandbuch WebGIS mit Freier Software] (umfangreiche Einführung und Vorstellung aktueller Software)
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=== Software ===
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* [http://webgis.dyndns.org:8080/giswiki/Wiki.jsp?page=KategorieGISSoftware GISWiki: Software]
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=== Web-GIS-Beispiele ===
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* [[WebGIS Anwendungsbeispiele]]
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===GIS-Literatur===
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* [http://webgis.dyndns.org:8080/giswiki/Wiki.jsp?page=GISLiteratur GISWiki: GIS-Literatur]
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{{Deutschlandlastig}}
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<!--http://vs.aka-online.de/globalwpsearch/-->
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[[en:Geographic information system]]
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Aktuelle Version vom 5. Januar 2007, 18:08 Uhr