Geoinformationssystem: Unterschied zwischen den Versionen

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(UIS: Umweltinformationssystem)
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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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{{Seite|Kommunale GIS}}
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{{Seite|Umweltinformationssystem}}
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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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[[Image:Nisquer.gif|thumb|400px|right|Trassen-Darstellung mit Querschnitten und Blickrichtung bei Netz-Informationssystemen (Strom).]]
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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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Definition nach BILL/FRITSCH (1991):
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''"Ein Netz-Informationssystem ist ein Instrument zur Erfassung, Verwaltung, Analyse und Ausgabe von Betriebsmitteldaten. Diese beziehen sich auf die Netzwerktopologie, die in einem einheitlichen Bezugsrahmen gegeben sein muß."''
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Netz-Informationssysteme wurden bereits in den Anfängen der GIS-Entwicklung als Speziallösungen eingesetzt. Nachdem zunächst nur die Umstellung der analogen Planwerke der Leitungskataster auf rein graphisch-digitale Führung möglich war, sind heute Systeme mit sehr komplexen Datenmodellen und Knoten-Kanten-Topologie (Thema Graphentheorie, vergl. diverse mathematische Fachlieratur) für eine realitätsnahe Netzverwaltung, besser Netz-Management, auf dem Markt verfügbar.
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Der wichtigste Aspekt eines Netz-Informationssystems ist daher die Datenbank-Integration und das Datenmodell. Die Systeme müssen hohen Ansprüchen genügen, denn die leitungsdokumentation hat gesetzlichen Bestimmungen zu folgen. Aber schon aus wirtschaftliche Gründen (die Kosten für Schäden durch Bauarbeiten, welche durch mangelnde Kenntnis über die Lage der verschiedenen Leitungen entstehen können, sind mitunter beträchtlich) ist auf eine korrekte, genaue und sichere Datenhaltung und Fortführung zu achten.
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Gas- und Wassernetze haben die einfachste Netzstruktur. Sie bestehen im Wesentlichen aus Knoten (schaltbare und nicht schaltbare Leitungspunkte) und Kanten (Rohre bzw. mehrere zu Leitungsabschnitten zusammengefaßte Rohre). Analgen (Bauwerke) stellen eine weitere Datenkategorie dar.
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Bei Fernwärmenetzen kommt die Problematik der Vor- und Rücklaufrihre hinzu, welche in großen Maßstäben als zwei parallele Strieche, in kleineren Maßstäben als ein Strich dargestellt werden.
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Kanalnetze (Abwasser) haben prinzipiell die gleiche Struktur, allerdings sind hier zustätzliche Informationen zur Beitragveranlagung und Wertermittlung vorzusehen. Darüber hinaus sind Sonderstrukturen z.B. für Rückhaltebecken u.a. erforderlich, welche Topologisch als Knoten, Geometrisch aber als Fläche Modelliert werden müssen.
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Wesentlich komplexer ist die Situation bei Strom- und Telekommunikationsnetzen, wie das unten beschriebene Beispiel aufzeigt. Diese Problematiken werden detailliert in dem Buch "GIS in EVU" von U. BERNHARDT [1995] beschrieben.
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Darüber hinaus gibt es noch weitere Netztypen wie etwa Erdölleitungen, welche aber wesentlich seltener vorkommen. Straßennetze haben zwar ebenfalls eine Knoten-Kanten-Architektur, die Anforderungen unterschieden sich aber teilweise deutlich von den Ver- und Entsorgungsnbetzen, weshalb in diesem Zusammenhang der Begriff NIS kaum verwendet wird.
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Für die Darstellung und Verwaltung von Gas-, Wasser-, Fernwärme- und Kanalnetzen gibt es relativ detailliert beschriebene Vorgaben der DIN 2425 und Empfehlungen des DVGW (Deutscher Verband für Gas- und Wasserwesen), der AGW (Arbeitsgemeinschaft Fernwärme) und der ATV (Abwassertechnische Vereinigung). Trotz dieser Standardisierungsbestrebungen bleibt aber ein hoher Anteil werkspezifischer Anforderungen, insbesondere wenn es um die Modellierung von Geschäftsprozessen und die Integration weiterer Anwendungen wie Materialwirtschaft, Netzberechnungen etc. geht, damit ein tatsächlicher (betriebs-)wirtschaftlicher Nutzen der System entstehen kann.
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Ein Beispiel zur Verdeutlichung der Problematik bei Stromnetzen: Bei Stromnetzen liegen häufig einige Dutzend Kabel in einer Trasse (Freileitung oder unterirdische Kabelleitung). Ziel des Netz-Informationssystems muß es sein, alle Kabel zu verwalten, da von Ihnen die betriebliche Netz-Topologie (z.B. welches Haus wird bei einer bestimmten Schalterstellung von welcher Trafostation versorgt) abhängt. Andererseits haben auch die Trassen selbst eine Topologie, denn nicht von jeder Trasse kann ein Kabel an einem Kreuzungspunkt in jede andere eingezogen werden. Die Trassen können ja z.B. in unterschiedlichen Höhen verlaufen.
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Ein weiteres Problem ist die graphische Darstellung aller Kabel. In analogen Karten und graphikorientierten Systemen wird meist nicht die Trasse, sondern jedes Kabel einzeln erfaßt. Die Kabel liegen aber so dicht beieinander oder sogar übereinander, so daß sie gespreizt werden müssen. Dadurch ist aber Ihre Lage nicht mehr korrekt. In intelligenten Netz-Informationssystemen können daher Trassen durch eine automatisch generierbare Querschnittslegende näher beschrieben werden. Wichtig ist, daß diese Legende logisch mit der Trasse verknüpft ist, sich also die Angaben automatisch ändern (fortführen), wenn ein Kabel neu eingezogen oder herausgenommen wird.
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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 [[Geoobjekt]]en 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 [[Geoobjekt]]e 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]]
+
* [[Kataster]] und [[Automatisierte Liegenschaftskarte|ALK]]
+
* 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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* siehe: [[:Kategorie:Software|Kategorie Software]
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=== Web-GIS-Beispiele ===
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* [[WebGIS Anwendungsbeispiele]]
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===GIS-Literatur===
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* siehe: [[Literatur|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