Definition Was ist ein Geografisches Informationssystem?

Ein Geografisches Informationssystem (GIS) ist ein System zur Erfassung, Bearbeitung, Auswertung und Präsentation von Daten mit geografischen oder räumlichen Informationen. Zum System zählen die Hard- und Software, die Daten und alle benötigten Tools. Typische Anwendungen dieser Systeme sind in der Meteorologie, angewandten Geologie, Stadtplanung und Logistik oder im Marketing und Katastrophenmanagement zu finden.

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Die Abkürzung für Geografisches Informationssystem (im Englischen Geographic Information System) lautet GIS. Alternativ wird häufig der Begriff Geoinformationssystem verwendet. Es handelt sich um ein System, mit dem sich Informationen mit geografischem oder räumlichem Bezug erfassen, speichern, verarbeiten, auswerten, visualisieren und präsentieren lassen.

Zum GIS gehören alle Hard- und Software-Komponenten, die für das Erledigen dieser Aufgaben benötigt werden. Mithilfe der vom GIS bereitgestellten Anwendungen und Werkzeuge lassen sich die Geoinformationen strukturieren und in Bezug setzen, um komplexe Sachverhalte anschaulich darzustellen. Über die Schnittstellen der Geografischen Informationssysteme erfolgt die Anbindung verschiedener lokaler oder über Netzwerke wie das Internet verbundener Datenquellen. Analog vorliegende Daten kann das GIS digitalisieren.

Die erfassten Daten werden in Datenbanken gespeichert, aufbereitet und dem GIS-Analyseprozess zur Verfügung gestellt. Der Vorgang der Geodatenanalyse nennt sich im Englischen Geospatial Analytics. Für die Analysen kommen verschiedene statistische Methoden zum Einsatz. Moderne Systeme arbeiten mit Big-Data-Verfahren, Künstlicher Intelligenz (KI) und Maschinellem Lernen (ML).

Die Anfänge

Erste IT-gestützte Geoinformationssysteme entstanden bereits in den 1960er-Jahren. Beispielsweise wurden sie in den USA zur Planung der Landnutzung und in Kanada zur Katalogisierung natürlicher Ressourcen eingesetzt. Der technische Fortschritt und die zunehmende Leistungsfähigkeit der Computertechnik hat wesentlich zur Verbreitung der Geografischen Informationssysteme beigetragen.

Heute sind Geoinformationssysteme in den verschiedensten Bereichen zu finden. Typische Anwendungen sind die Meteorologie, angewandte Geologie, Stadtplanung, Logistik, Marketing, Klimatologie, Flottenplanung oder Katastrophenmanagement. Zur Realisierung von Geografischen Informationssystemen sind zahlreiche kommerzielle und Open-Source-basierte Lösungen verfügbar. Einige der freien und quelloffenen Systeme werden in Projekten der gemeinnützigen Open Source Geospatial Foundation (OSGeo) entwickelt, gefördert und unterstützt.

Die Datenbasis für Geografische Informationssysteme

Die Informationsbasis für Geografische Informationssysteme bilden Daten mit eindimensionalen, zweidimensionalen oder dreidimensionalen räumlichen oder geografischen Informationen. Oft kommt die zeitliche Dimension hinzu, die für eine Verknüpfung der räumlichen oder geografischen Bezüge mit zeitlichen Informationen sorgt. Daten mit geografischen, räumlichen oder zeitlichen Informationen können von unterschiedlichen Quellen stammen. Beispielsweise liefern Sensoren, Satelliten, Smartphones, Videokameras, Fotoapparate, soziale Netzwerke oder Internetserver die für die Geografischen Informationssysteme benötigten Rohdaten. Informationen liegen in Form von Fotos, Filmen, Adressen, GPS-Daten, Koordinaten, Vermessungsplänen und Datumsangaben vor. Um sie für Geospatial Analytics zu nutzen, ist eine mehr oder weniger aufwendige Aufbereitung der Rohdaten notwendig.

Grundfunktionen eines Geografischen Informationssystems

Geografische Informationssysteme sind, abhängig von ihrem Einsatzbereich, oft recht unterschiedlich. Einige Grundfunktionen sind bei allen Systemen gleich. Diese Funktionen sind:

• das Erfassen der Daten

• das Konvertieren und Aufbereiten der Daten

• das Verwalten der Daten

• die Analyse der Daten

• die Präsentation der Analyseergebnisse

Zur Datenerfassung werden abhängig von den Datenquellen und den bereitgestellten Daten unterschiedliche Methoden verwendet. Sollen analoge Karten, Vermessungspläne oder Fotos erfasst werden, kommen Methoden zum Einsatz, die die analogen Informationen in digitale Informationen übertragen. Spezielle Scanner verwandeln analoge Bilder in digital interpretierbare Formate. Zur Erfassung bereits digital vorliegender Daten lassen sich die Datenquellen über verschiedene Schnittstellen an die Systeme anbinden.

Sind die Daten eingelesen, werden sie für die weiteren Verarbeitungsschritte strukturiert, aufbereitet und in die benötigten Dateiformate konvertiert. Beispielsweise wandelt das GIS Vektorstrukturen in Rasterstrukturen um.

Um die Daten effizient zu verwalten, kommen Geodatenbanken zum Einsatz. Oft handelt es sich bei diesen Datenbanken um angepasste objektrelationale Datenbanksysteme. Aber auch proprietäre Datenbankmanagementsysteme werden genutzt. Für viele kommerzielle oder Open-Source-basierte Datenbanksysteme existieren Erweiterungen, die eine effiziente Verwaltung von Geodaten erlauben. Beispiele hierfür sind PostGIS oder Oracle Spatial.

Im Rahmen der Analyse erkennt das Geografische Informationssystem Muster oder Abhängigkeiten der ein- oder mehrdimensionalen Daten. Dadurch entstehen tiefere Einblicke in die geografischen und räumlichen Zusammenhänge. Zuvor getroffene Annahmen lassen sich durch die Analysen bestätigen oder widerlegen.

Die Präsentation hat die Aufgabe, die Analyseergebnisse in Form von statischen oder interaktiven geografischen Modellen, Karten oder Animationen zu visualisieren und der Zielgruppe vorzustellen.

Mögliche Anwendungen Geografischer Informationssysteme

Geografische Informationssysteme sind vielfältig einsetzbar. Sie werden unter anderem in der Forschung und Wissenschaft, im kommerziellen Umfeld, in staatlichen Institutionen oder im militärischen Bereich genutzt. Beispiele für die Anwendung von Geoinformationssystemen sind:

• Netzplanung der Mobilfunkbetreiber

• Wettervorhersagen und Unwetterwarnungen

• Klimaforschung

• Stadtplanung und Stadtentwicklung

• Planungsprozesse in der Logistik

• Management von Fahrzeugflotten

• Erkundung von Bodenschätzen

• Katastrophenmanagement

• Stadtplanung und -entwicklung

• Betrieb und Planung von Versorgungs- und Entsorgungseinrichtungen

• Betrieb und Planung von Energieversorgungsnetzen

• Tourismus

• Archäologie

• Kriminologie (Kartografieren von Verbrechen)

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