Anforderungen an ein Geoinformationssystem (GIS)

Wer Verantwortung trägt und Entscheidungen treffen muß, braucht zuverlässige und aktuelle Informationen. Dies gilt auch im Bereich Umweltschutz, der bedingt durch ein gestiegenes Umweltbewußtsein strengere gesetzliche Vorgaben, vor allem aber durch die Erkenntnis des Handlungsbedarfs, an Bedeutung gewonnen hat.

Diese Informationen müssen in graphischer Form, übersichtlich, möglichst umfassend, wirtschaftlich und problembezogen darstellbar sein. Diese Anforderungen sind an ein GIS zu stellen. Das Spektrum kann dabei von einem relativ einfachen interaktiven graphischen System zur Digitalisierung und Kartenerstellung bis hin zu mächtigen, weitgehend offenen und erweiterbaren Systemen mit umfangreichen Analysefunktionalitäten reichen. Basisanforderungen an ein GIS:

Für ein ressortübergreifendes Umweltinformationssystem ist ein einheitlicher Raumbezug aller Daten und Informationen von größter Wichtigkeit. Beim Aufbau des UIS ist deshalb besonders auf ein durchgängiges Koordinatensystem zu achten, um nicht bei der Benutzung zu viele aufwendige Transformationen durchführen zu müssen.

Geographische Informationssysteme werden in den verschiedenen Ressorts für unterschiedliche Umweltaufgaben eingesetzt. Weil nicht von einer einheitlichen Hardwareausstattung der verschiedenen Ressorts ausgegangen werden kann, ist bei der Auswahl eines solchen Systems besonders auf die Unabhängigkeit von der Hardware zu achten. Das geographische Informationssystem muß also auf unterschiedlichen Rechnerplattformen eingesetzt werden können, um zum einen unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden, und zum anderen auf bereits vorhandenen Anlagen integriert werden zu können.

Das GIS muß eine hybride Datenstruktur erhalten, d.h. eine integrierte Vektor-, Rasterzellen- und Sachdatenverarbeitung, und in der Lage sein, bei variabler Datenmenge ein gleichbleibendes Antwortverhalten zu gewährleisten.
 

Vektordaten


Die Grundelemente von Vektordaten sind der Punkt, die Linie und die Fläche (als geschlossene Linie). Darüberhinaus werden noch Nachbarschaftsbeziehungen angegeben, wie z.B. Anfangs- und Endpunkt einer Linie oder Nachbarschaftsflächen.

Eigenschaften von Vektordaten:

Anwendung in Geoinformationssystemen finden Vektordaten in fast allen Skalenbereichen, überwiegend jedoch im großmaßstäblichen Bereich von 1:100 bis 1:100 000.

In Abb.1 sind die charakteristischen Unterschiede zwischen Vektor- und Rasterdaten anschaulich dargestellt. Der Aufbau einer Fläche durch eine geschlossene Linienfolge (Vektordaten), bzw. durch zeilen- und spaltenweisen Aufbau aus einzelnen Pixeln (Rasterdaten).

Abb1: Vektor- und Rasterdaten (nach Bill/Fritsch)

Rasterdaten


Im Gegensatz zu Vektordaten bezieht sich die Rasterdarstellung direkt auf die Fläche, statt auf Linien (flächenhafte Betrachtungsweise). Das geometrische Grundelement ist das Pixel (Bildelement), welches zeilen- und spaltenweise in einer Matrix gleichförmiger quadratischer Elemente angeordnet ist und eine einheitliche Flächenfüllung aufweist.

Eigenschaften von Rasterdaten:

Die Rasterdaten eignen sich besser für komplexe thematische Auswertungen als Vektordaten. Die einfache Datenbankstruktur und eine direkte geometrische Zugriffsmöglichkeit machen sie besonders geeignet für die Auswertung mittels Modellpaketen und Simulationsrechnungen. Auch bei der Verschneidung mehrerer thematischer Karten kann unabhängig von der Komplexität der Strukturen die zeilen- und spaltenweise Überlagerung der einzelnen Bildelemente erfolgen. In der Regel erfolgt daher für komplexe thematische Auswertungen eine Umwandlung der Daten in die Rasterform. Für die weitere Verarbeitung und Verwaltung kann es anschließend sinnvoll sein (geringe Datenmenge der Vektordaten), die Rasterdaten wieder in die Vektorform zurückzuwandeln.
 

Sachdaten


Sachdaten (oder thematische Daten) sind z.B. Meßdaten oder Bewegungsdaten, die in Verbindung mit Vektordaten raumbezogen dargestellt werden. Sie repräsentieren sämtliche nicht-geometrische Elemente wie Texte, Zahlensammlungen, Eigenschaften etc. Sie stehen in Form von relationalen Datenbanken, Dateien, Tabellen oder Listen zur Verfügung.
 

Struktur des GIS


Die Grundkomponenten eines Geoinformationsystems sind:

Je nach Datentyp (Vektor/- Raster/- Sachdaten) haben die Grundkomponenten entsprechende Funktionen zu erfüllen.

Das Vektorsystem des geographischen Informationssystems benötigt folgende Funktionen:

Datengewinnungsfunktionen

Analyse- und Verarbeitungsfunktionen

Visualisierungsfunktionen

Mit dem Rasterzellenprozessor werden die komplexen Analyse- und Verarbeitungsschritte, die in vielen planerischen Aufgabenstellungen zunehmend an Bedeutung gewinnen, unterstützt. Folgende Funktionalitäten müssen dafür zur Verfügung stehen:

Datengewinnungsfunktionen

Analyse- und Verarbeitungsfunktionen

Beispiele:

Sachdatenkomponente


In thematischen Karten werden Sachdaten (Meßdaten, Bewegungsdaten usw.) aus relationalen Datenbanken raumbezogen (in Verbindung mit Vektordaten) dargestellt. Da häufig nicht raumbezogene Daten zusammen mit raumbezogenen Daten darzustellen sind, und zur detaillierteren Datendarstellung an bestimmten Orten, muß in einem geographischen Informationssystem eine Business-Graphik-Komponente enthalten sein. Folgende Funktionalität muß darüber hinaus verfügbar sein:

Datengewinnungsfunktion

Analyse- und Verarbeitungsfunktionen

Visualisierungsfunktionen


Die Sachdaten werden mit Raumbezug folgendermaßen dargestellt:

und ohne Raumbezug als: