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Geographische Informationssysteme (GIS)

Was ist GIS?

Das Geographische Informationssystem (GIS) ist ein Framework, das geographische und räumliche Daten erfasst, analysiert, verwaltet, speichert, extrahiert, transformiert und visualisiert. GIS ist ein Computersystem für Daten, die sich auf die Erdoberfläche beziehen. Auch das Weiße Haus definiert die GIS-Technologie als: „die Technologie, Richtlinien, Standards, Humanressourcen und damit zusammenhängende Aktivitäten, die notwendig sind, um Raumdaten zu erfassen, zu verarbeiten, zu verteilen, zu nutzen, zu pflegen und zu bewahren.“

GIS written on a black boardEs ist ein mächtiges Framework, das als Werkzeug dient, um die Wissenschaft unserer Welt zu organisieren, zu kommunizieren und zu verstehen. GIS ist in der Geographie verwurzelt und integriert viele Arten von Daten. Es verwendet Karten und 3D-Szenen.

Durch diese analysiert es die räumliche Lage und organisiert die verschiedenen Datenschichten in Visualisierungen. Diese einzigartige Fähigkeit ermöglicht es GIS, tiefere Einblicke in Daten, wie Muster, Beziehungen und Situationen zu gewinnen was es dem Anwender ermöglicht, intelligentere und bessere Entscheidungen zu treffen.

 

Vielfältiger Nutzen

GIS kann alle Informationen verwenden, die den Standort enthalten. Infolgedessen kann der Standort nicht nur auf eine, sondern auf viele Arten ausgedrückt werden, wie beispielsweise in Breiten- und Längengrad, Adresse oder Postleitzahl.

GIS kann viele verschiedene Arten von Informationen vergleichen und gegenüberstellen. Das System kann unterschiedliche Daten über Menschen enthalten wie beispielsweise Bevölkerungszahl, Einkommen, Bildungsniveau oder Religion. Es kann Informationen über die Landschaft, wie die Lage der Berge, verschiedene Arten von Vegetation und verschiedene Bodenarten enthalten. Die Gesamtheit der Möglichkeiten für unterschiedliche Daten ist enorm.

  • GIS bietet eine Vielzahl an Möglichkeiten für zahlreiche Anwendungen.
  • Mit GIS können Menschen das Terrain zwischen verschiedenen Ländern vergleichen, aber auch herausfinden, mit wem sie verwandt sind.
  • GIS verändert die Welt, während Hunderttausende von Organisationen es in fast allen Bereichen einsetzt.
  • Organisationen auf der ganzen Welt verwenden GIS, um Karten zu erstellen welche  miteinander kommunizieren, Analysen durchführen, Informationen austauschen und komplexe Probleme lösen.

Geschichte des GIS

Die phänomenale Entwicklung des geographischen Informationssystems fand in den letzten fünf Jahrzehnten statt. Die Entwicklung reicht vom ersten GIS als rudimentäres Werkzeug über eine moderne, starke Plattform bis hin zu einem eigenen Wissenschaftsgebiet.

worldDer Ursprung des GIS reicht bis in die 1960er Jahre zurück. Damals kamen nämlich die ersten Computer und Konzepte der quantitativen und computergestützten Geographie heraus. Die früheste GIS-Arbeit war eine wichtige Forschung von Wissenschaftlern. Später wurde eine Forschung mit wissenschaftlichen Themen, wie räumliche Analyse und Visualisierung, durchgeführt. Zuständig dafür war das National Center of Geographic Information and Analysis. Diese Anlässe bildeten die Grundlage für geografische Informationssysteme.

Das weltweit erste GIS

1963 arbeitete Roger Tomlinson an der Initiierung, Planung und Entwicklung des Canada Geographic Information Systems, das zum weltweit ersten kompilierten GIS führte.Tomlinson schuf ein automatisiertes Computersystem zur Speicherung einer großen Datenmenge und nannte es GIS.

Ein Jahr später, 1964, entwickelte Howard Fisher SYMAP, eines der ersten Computer-Mapping-Programme an der Northwestern University. 1965 wurde von ihm das Harvard Laboratory for Computer Graphics gegründet. In diesem Labor wurden einige der ersten Computerprogramme zur Kartenerstellung entwickelt. Außerdem wurde das Labor als Forschungszentrum für räumliche Analyse und Visualisierung genutzt. Viele talentierte Menschen arbeiteten im Labor und schufen in Folge mehrere Konzepte für GIS.

ESRI – der US-amerikanische Softwarehersteller von GIS

1969 gründete Jack Dangermond, ein Mitglied des Harvard Lab,  mit seiner Frau das Environmental Systems Research Institute, Inc (Esri). Mit Hilfe von Computer-Mapping und räumlicher Analyse wurden die Entscheidungen von Landnutzungs-Planern und Landressourcen-Managern erleichtert. Ihre Arbeit stellte den Wert von GIS für die Problemlösung dar. Esri fuhr fort und darauf aufbauend, wurden viele der heute verwendeten GIS-Methoden entwickelt.

Als das Rechnen schließlich leistungsfähiger wurde, verbesserte sich auch Esri mit der Zeit. Genauso wie seine Software-Tools. Esri war in der Lage, reale Probleme zu lösen. Überdies haben sie das System und die GIS-Tools ständig weiterentwickelt. 1981 wurde das erste kommerzielle GIS-Produkt (ARC-INFO), das von Esri entwickelt wurde, auf den Markt gebracht.

GIS heute

Heutzutage haben GIS, dieser Welt und ihren Unternehmen mehr zu bieten als je zuvor. Mit GIS können Menschen eigene digitale Kartenebenen erstellen, die ihnen dabei helfen, reale Probleme unserer Welt zu lösen. Die Entwicklung von GIS hat sich auch auf den Datenaustausch und die Zusammenarbeit konzentriert, was die Bedeutung einer kontinuierlichen, sich überlappenden und interoperablen GIS-Datenbank weltweit zeigt. Jeden Tag teilen Hunderttausende von Organisationen ihre Arbeit im GIS und erstellen Milliarden von Karten. Über dies zeigen sie Muster, Trends und Beziehungen zu allen möglichen Themen auf. GIS ist stark und nimmt eine bedeutende Rolle in der heutigen Welt ein. Es entwickelt sich ständig weiter und bietet einen völlig neuen Rahmen und Prozess für das Verständnis.

GIS boomt

In den letzten zehn Jahren war das Wachstum von GIS beispiellos. Heutzutage wird leistungsfähige Technik immer billiger und die Systemspeicher erweitern sich, sodass die Verarbeitung von viel größeren Datenmengen möglich ist. Man nennt es bereits das Goldene Zeitalter der GIS. Denn es ist zu einem Kernbestandteil der modernen Umweltwissenschaften geworden. Mehrere Umweltwissenschaften (z. B.Geologie, Klimatologie, Statistik, etc. ) werden bereits in einem Modul auf Undergraduate-Ebene angeboten. Darüber bieten die meisten Universitäten in den letzten fünf Jahren, Masterstudiengänge speziell im Bereich GIS an.

Viele Menschen können es kaum glauben, dass es diese Technologie bereits seit über fünfzig Jahren gibt. Immer wieder gibt es Menschen, die gerade erst begonnen haben, das Potenzial von GIS-Anwendungen für sich und ihre Arbeit zu entdecken. GIS ist für diese Menschen absolutes Neuland, abgesehen von den unendlichen Möglichkeiten die GIS zu bieten hat. GIS macht viele Aufgaben einfacher, schneller und hilft Menschen, Dinge parallel zu erledigen,ohne von der Zeit oder dem Ort abhängig zu sein.

Datenerfassung

GIS verwendet sowohl Hardals auch Softwaresysteme. Bei diesen GIS-Anwendungen handelt es sich um kartografische Daten, Bilddaten, digitale Daten oder Tabellenkalkulationen.

Die kartographischen Daten liegen bereits in Form einer Karte vor und können Informationen wie die Lage von Straßen, Bergen, Flüssen oder Inseln enthalten. Auch Vermessungsdaten und Karteninformationen können Teil der kartographischen Daten sein. Fotografische Daten sind der größte Teil des GIS. Die Bildinterpretation beinhaltet die Analyse von Luftbildern und die Beurteilung der auftretenden Merkmale.

Verschiedene Arten von Daten

Woman scientist working with futuristic GIS interface on a transparent screenAuch digitale Daten können in das GIS eingegeben werden. Ein Beispiel für diese Art von Daten sind die Satellitendaten, die zur Darstellung der Landnutzung und zur Lokalisierung von Städten, Bauernhöfen, Wäldern und Seen usw. verwendet werden.

Ein weiteres Werkzeug, das in GIS integriert werden kann, ist die Fernerkundung. Dazu gehören Bilder sowie alle anderen Art von Daten, die von Ballonen, Drohnen oder Satelliten gesammelt werden.

Die letzte Art, das in ein GIS eingebunden werden kann, ist die Tabellenkalkulation. Beispiele für diese Daten sind demographische Daten wie Alter, Einkommen, Geschlecht oder Internetpräferenzen.

GIS verwendet den Standort als Schlüsselindex und kann schließlich alle Informationen, unabhängig von der Quelle oder dem Originalformat, hinzufügen. Diese Informationen werden über verschiedene Einzelkarten gelegt. Der eigentliche Prozess des Einbringens von Informationen in das GIS wird als Datenerfassung bezeichnet. Digital geformte Daten können einfach in das GIS hochgeladen werden, während Karten etc. zuerst gescannt oder anderweitig in ein digitales Format umgewandelt werden müssen.

Es gibt zwei Haupttypen von GIS-Dateiformaten, nämlich Raster und Vektor. Rasterformate sind Zelloder Pixelraster, die für die Speicherung von GIS-Daten nützlich sind, die z. B. Satellitenbilder verändern. Vektorformate sind Polygone mit Punkten (Knoten) und Linien. Vektorformate sind die nützlichsten, um GIS-Daten mit festen Grenzen, z. B. Straßen, zu speichern.

Darstellung der Daten

GIS nimmt alle Informationen aus verschiedenen Karten und Quellen, um einen genauen und kompatiblen Maßstab zu bilden. Ein Maßstab ist das Verhältnis zwischen der Entfernung auf einer Karte und der tatsächlichen Entfernung auf der Erde. In einigen Fällen muss das GIS auch die Daten manipulieren, um eine ähnliche Projektion zwischen verschiedenen Karten zu erreichen.

Eine Projektion ist die Methode, mit der die gekrümmte Oberfläche der Erde in eine flache Form auf Papier oder auf einem Computerbildschirm gebracht wird. Beim Wechsel der dreidimensionalen Form auf eine ebene Fläche müssen einige Teile gedehnt sowie einige gequetscht werden. Dies führt dazu, dass die Weltkarte nur die richtige Größe der Länder oder ihre korrekte Form anzeigen kann, jedoch nie beides gleichzeitig.

Wie funktioniert GIS?

Die GIS-Technologie passt die geographische Wissenschaft und Werkzeuge für ihr Verständnis und ihre Zusammenarbeit an. Es hilft den Menschen, das gemeinsame Ziel zu erreichen, nämlich Wissen aus allen Arten von Daten zu gewinnen.

MAPS: Werden geografisch in einem GIS gespeichert, das alle Datenschichten sowie wichtige Analysen enthält. Die Karten im GIS sind einfach in Apps zu teilen und zu modifizieren. Jeder hat überall virtuellen Zugriff darauf.

DATA: Durch die Nutzung der räumlichen Lage integriert das GIS mehrere verschiedene Arten von Datenschichten. Die meisten Daten beinhalten eine geographische Komponente. Bilder, Funktionen und Basiskarten, die mit Tabellen und Listen verknüpft sind, sind Bestandteile von GIS-Daten.

ANALYSE: Die räumliche Analyse bietet den GIS-Anwendern eine Vielzahl von Möglichkeiten und Werkzeugen, um neue Perspektiven für ihre Einsichten und Entscheidungen zu erhalten. Mit Hilfe der räumlichen Analyse können die Benutzer die Eignung, die Leistungsfähigkeit, die Einschätzung, die Vorhersage, die Interpretation und das Verständnis sowie vieles mehr beurteilen.

APPS: GIS-Anwendungen funktionieren praktisch überall auf jedem Gerät (Handy, Tablett, Webbrowser, etc. ). Apps dienen dazu, den Anwendern die Möglichkeit zugeben, ihre Arbeit zu erledigen.

Wo wird GIS eingesetzt?

GIS findet heutzutage in fast allen Bereichen Anwendung, da es über einen großen Inhalt, eine hohe Qualität und eine hochentwickelte Software verfügt. Hier finden Sie eine Liste aller Felder, die GIS verwenden:

  • AusbildungIllustration of a globe
  • Gesundheit
  • Versicherung
  • Fertigung
  • Petroleum
  • Öffentliche Sicherheit
  • Immobilien
  • Einzelhandel
  • Nachhaltigkeit
  • Telekommunikation
  • Transport
  • Strom– und Gasversorger
  • Natürliche Ressourcen
  • Regierung
  • Wasser

Geographische Informationssysteme werden überall eingesetzt, von der Landwirtschaft bis hin zum Gesundheitswesen. Viele verschiedene Bereiche nutzen bereits seit langem GIS. Der Einsatz für GIS ist sehr breit gefächert, so dass fast jeder Bereich davon profitieren kann.

GIS kann z. B. für wissenschaftliche Untersuchungen, Ressourcenmanagement und Entwicklungsplanungen eingesetzt werden. Für Handelsunternehmen bietet GIS die Möglichkeit, den Standort des nächsten Marktes gezielt und genau zu planen. Während Marketingfirmen GIS nutzen, um Entscheidungen darüber zu treffen, wer und wo jemand vermarktet werden soll.

Wissenschaftler nutzen GIS zum Beispiel, um Bevölkerungsstatistiken mit Ressourcen zu vergleichen, wie z. B. Zugangskapazitäten für die Gesundheitsversorgung. Biologen verfolgen Tiere durch GIS. Stadt-, Landesoder Bundesbehörden planen Verhaltensweisen bei Naturkatastrophen mit Hilfe von GIS. In diesem Fall hilft GIS, Notunterkünfte zu finden und zu planen, welche Straßen im Falle einer Naturkatastrophe sicher zu benutzen sind.

Verschiedene Ingenieure nutzen GIS für verschiedene Zwecke, z. B. zur Unterstützung von Design, Implementierung und Management von Kommunikationsnetzwerken. Des Weiteren wird es auch für die Infrastruktur der Internetanbindung, den Ausbau des Straßennetzes oder der Verkehrsinfrastruktur genutzt.

Beispiel aus der Praxis:

Als der Hurrikan Katrina geschah, bestand ein alarmierender Bedarf an angemessenem Katastrophenmanagement und Mitteln dafür. Viele haben dies zum ersten mal gesehen, dass GIS als Werkzeug für das Katastrophenmanagement eingesetzt wurde. Mit Hilfe der GIS-Technologie konnten viele Daten über die Straßen, die zugänglich oder nicht zugänglich waren, ausgetauscht werden. GIS gab auch die Informationen, wo die Überschwemmungen überall angekommen waren. Die Anwendung der GIS-Datenübertragung erleichterte die gesamte Situation und war eine enorme Hilfestellung.

Es gibt keine Grenzen für die Art der Informationen, die mit GIS analysiert werden können.