¶ Geographisches-Informations-System (GIS)
Geographische-Informations-Systeme (kurz GIS) sind Rechnersysteme, die Hard- und Software, Daten und Anwendungen zur Verarbeitung verknüpfen. Raumbezogene Daten werden darin gesammelt, verarbeitet und präsentiert [1].
¶ Beschreibung
Allgemein können Informationssysteme als rechnerbasierte Mittel zum Bearbeiten und Analysieren von Informationen bezeichnet werden, bestehend aus Daten und Funktionen zur Verarbeitung (Abb. 1) [1].
Das Informationssystem umfasst dabei die Schritte Erfassung, Verwaltung, Analyse und Präsentation (EVAP, engl. IMAP) [1]. Von Geo-Informationssystemen spricht man, wenn Infos zum Standort keine nebensächlichen Informationen sind. Unter den Geo-Informationssystemen werden weitere Untergliederungen vorgenommen [1]:
- Raumbezogene Informationssysteme (RIS): Geordnete Informationskollektion. Ermöglichen Verknüpfung von Lageangaben zu Umweltdaten.
- Geographische Informationssysteme (GIS): Raumbezogene Daten zu Sphären der Erde und ihrer Oberfläche. Daten werden systematisch erfasst, aktualisiert, verarbeitet und umgesetzt.
- Landschaftsinformationssysteme (LIS): Instrument in Recht, Verwaltung und Wirtschaft, sowie Planung und Entwicklung.
Den Zusammenhang der verschiedenen Begriffe zeigt Abbildung 2.
Hardware für GIS Anwendungen kann meist über einen Zeitraum von 5 - 7 Jahren genutzt werden, Software zwischen 10 und 20 Jahren. Die Daten im GIS veralten prinzipiell kaum bzw. sind abhängig von der Geschwindigkeit der Veränderung. Man geht von mindestens 50 Jahren aus [1].
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Funktionale Komponenten eines GIS
Ein Geo-Informationssystem sollte folgende Funktionen bereitstellen können [1]:
- Benutzerinterface
- Änderungs- und Ergänzungsfunktionen
- Abfrage- und Darstellungsfunktionen
- Datenverwaltung und ihre Abfrage
- Digitalisierung
- Transformation, Interpolation
¶ Objekte im GIS
Raumbezogene Informationen stehen namentlich für die Geoinformatik. Im GIS erscheinen diese als Geoobjekte. Sie werden entweder als Punkte (Grenzsteine), Linien (Verbindung zweier Punkte, z.B. Baumreihen), Flächen bzw. Polygone (Flurstücke) oder seltener auch als Körper (Schadstoffwolken) dargestellt [2]. Geoobjekte sind damit raumbezogene Elemente, die Sachinformationen enthalten [2]. Ihre Geometrie wird durch Lage, Größe und Umfang gekennzeichnet. Sie können als Objektklassen zusammengefasst werden und mit verschiedenen Methoden analysiert werden [2].
¶ Objektmodelle im GIS
Die Objektgeometrie basiert auf eindeutiger Lage im Koordinatensystem. Verschiedene Bezugssysteme lassen eine genaue Ortung zu. Weil zur Abbildung realer Objekte im GIS die Geometrie ein Bezugssystem benötigt, erfolgt die Darstellung der Geoobjekte im Vektor- oder Rastermodell [2].
Vektormodelle basieren auf gerichteten Strecken in zwei- oder dreidimensionalen Koordinatensystemen. Eine endliche Zahl von Punkten legt das Objekt fest. Sie werden am häufigsten in Katasterämtern oder Ingenieurbüros genutzt [2] (Abb. 3).
Bei der Verwendung von Rastermodellen ist die Grundfläche von gleicher Größe und Form (quadratische Masche). Sie werden in der digitalen Bildverarbeitung verwendet. Das Räumliche Bezugssystem ist eine gleichmäßige Anordnung gleichartiger Pixel. Jeder dieser Pixel wird mit Angabe des Zeilen- und Spaltenindex exakt festgelegt [2] (Abb. 4).
¶ Erfassungsmethoden
Im GIS bestehen verschiedene Datenarten. Die Geodaten (geometrische, topografische, thematische und zeitliche Information), Primärdaten (Erhebungen, Messungen), Sekundärdaten (abgeleitet aus Primärdaten) und Metadaten. Primärerfassungen können auf folgenden Methoden berufen [2]:
- Felderkundung (Kartierung, Befragung, Beobachtung)
- Kontinuierliche Messwerterfassung (Daten von Messstationen, z.B. des DWD)
- Terrestrische topographische Messungen (GPS, TLS)
- Fernerkundungserfassung
¶ Bedeutung von GNSS
Satellitenortungssysteme gehören mittlerweile zum Standard der Positionserfassung, deren Verwendungsmöglichkeiten vielfältig sind. In der Landwirtschaft können damit Maßnahmen auf dem Feld und im Stall erfasst und in einem Geografischen-Informations-System dargestellt werden. Im Precision Farming werden dabei Informationen zu Bodenvoraussetzungen o.ä. benötigt [2]. Diese können auch im Terminal des ISOBUS dargestellt werden.
¶ Geobasisdaten
Allgemeine raumbezogene Daten, sog. Geobasisdaten sind flächendeckend verfügbar und werden dauerhaft fortgeführt. Diese Daten werden von dem amtlichen Vermessungswesen bereitgestellt [2]. Nachfolgend werden einige dieser Dienste genannt:
- Automatisierte Liegenschaftskarte (ALK)
- Amtliche Topographisch-Kartographische Informationssysteme (ATKIS)
Die Kartendienste für Rheinland-Pfalz sind unter anderem im LANIS (Geoportal der Naturschutzverwaltung) oder dem LGB (Landesamt für Geologie und Bergbau) verfügbar. Weitere Geodienste sind sogenannte Web Map Services (WMS) [2]. Diese werden im GeoBox-Viewer gebündelt und kostenfrei zur Verfügung gestellt.
¶ Software
GIS Software besteht in großer Menge und von verschiedenen Anbietern. Die bekanntesten sind das ArcGIS von ESRI (kostenpflichtig) und das kostenfreie QGIS. Auch Online bzw. Web-GIS ist heutzutage weit verbreitet [2].
¶ ArcGIS von ESRI
Ehemals stand ArcGIS, als Oberbegriff, für verschiedene Geoinformationssystem-Softwareprodukte des Unternehmens ESRI. Heute steht ArcGIS Pro für eine leistungsstarke Single-Desktop-GIS-Anwendung mit großem Funktionsspektrum, das auf Verbesserungsvorschlägen und Ideen der ArcGIS Pro Anwender-Community basiert. ArcGIS Pro unterstützt Datenvisualisierungen, erweiterte Analysen und die Verwaltung verlässlicher Daten in 2D, 3D und 4D. Daneben unterstützt die Software die Datenfreigabe in einer Reihe von ArcGIS-Produkten wie ArcGIS Online und ArcGIS Enterprise und ermöglicht den Anwendern die plattformübergreifende Zusammenarbeit über ein Web-GIS [3].
¶ QGIS - Das führende Open-Source-Desktop-GIS
QGIS ist eine professionelle und benutzerfreundliche GIS-Anwendung, die auf der Grundlage von Freier- und Open-Source-Software (FOSS) entwickelt wurde und steht unter der GNU General-Public-License. QGIS ist ein offizielles Mitglied der Open-Source-Geospatial-Foundation (OSGeo). Die Software läuft auf allen gängigen Betriebssystemen (Linux, Unix, Mac OSX, Windows und Android) und unterstützt eine Vielzahl von Vektor-, Raster- und Datenbankformaten und -funktionen. QGIS (ehemals Quantum-GIS) dient dem Betrachten, Bearbeiten, Erfassen, Analysieren und Präsentieren räumlicher Daten und ist dabei im ganzen Umfang kostenfrei [4].
¶ Anwendungsbereich
Hier folgen passende Praxisbeispiele von FARMPRAXIS.
¶ Quellen
- Geoinformationssysteme Band 1: A. Carosio
- Geoinformatik in Theorie und Praxis: N. de Lange
- ArcGIS Pro - Übersicht
- QGIS - Übersicht
¶ weiterführende Quellen
- Alternatives digitales Agrarmanagementsystem Adam - Einsatz von Geoinformationssystemen in der Landwirtschaft: S. Mohr
- Geo-Informations-Systeme für teilflächenspezifische Bewirtschaftungsmethoden zur Effizienzsteigerung und Ökologisierung in der österreichischen Landwirtschaft (GIS-ELA): L. Hauer et al.
- Methode zur Identifikation von geeigneten Flächen für den Energiepflanzenanbau mittels des Ökosystemdienstleistungskonzeptes: R. Steinhäußer
- Lastmodellierung und -visualisierung mittels Geoinformationssystemen: M. Robinius et al.
- Welches Potenzial haben Geoinformationssysteme für das bevölkerungsweite Gesundheitsmonitoring in Deutschland?: M. Thißen et al.
¶ Autoren*innen
Michael Wagner, Technische Zentralstelle Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum Rheinhessen-Nahe-Hunsrück (TZ DLR-RNH)