Was ist GIS

5

 

 

Gute Wissenschaft startet üblicherweise mit präzisen Definitionen. Das Akronym GIS stellt uns in dieser Hinsicht allerdings vor ernsthafte Herausforderungen, wird es doch in sehr unterschiedlichem Sinne verwendet. Manch einer sieht dahinter eine Computer-Technologie, einige halten es für eine Forschungsdisziplin, wieder andere für ein Set von Werkzeugen oder eine Software für verschiedene Fachdomänen.
Die teilweise weit auseinanderliegenden Auffassungen, aber auch die unzähligen Anwendungsmöglichkeiten erschweren es, eine übergreifende Definition für das zu finden, was GIS zu GIS macht. Wir stellen in dieser Lektion mehrere dieser Blickwinkel vor, und Sie werden lernen, dass es durchaus nicht nur das eine "zeitlos richtige" Verständnis von GIS gibt.

Gleichwohl werden wir GIS funktional von anderen scheinbar "gleichwertigen" Systemen abgrenzen. Dazu ein kurzes Beispiel:
BeispielIn einer Diskussion darüber, welche Software sich zur Darstellung digitaler, in ein Koordinatensystem eingebetteter, topographischer Karten eignet, meinte ein Abteilungsleiter, das Grafikprogramm Corel Draw sei durchaus eine viel kostengünstigere aber ebenso brauchbare Alternative zu GIS-Software!
Wenn Sie nach dieser Lektion keine begründeten Argumente für die "Für" und "Wider" einer derartigen Sicht nennen können, geben Sie bitte dem Modulbetreuer Bescheid.

Lernziele

Nach Bearbeitung dieser Lektion ...

  • wissen Sie, welche Konzepte sich hinter dem Akronym GIS im Wesentlichen verstecken.
  • können Sie mit den gängigsten fachspezifischen Begrifflichkeiten umgehen.
  • haben Sie einen Eindruck von den Unterschieden, aber auch Gemeinsamkeiten zu Nachbar- und Grundlagendisziplinen.
zum Seitenanfang
   

5.1 Begrifflichkeiten

Die allgemeine Definition eines Informationssystems ist ein guter Ausgangspunkt um die vielen Bedeutungen und Konzepte von GIS einzuordnen. Ein Informationssystem ist das Zusammenwirken von Personen, Maschinen (im konkreten Fall vor allem Computer), Daten und Organisationsabläufen, um Informationen zu sammeln, zu verarbeiten und weiter zu geben. Informationssysteme helfen also dabei, das was wir wissen zu speichern, zu verwalten, neu zu kombinieren, zu ergänzen, zu kontextualisieren, aufzubereiten und zu teilen. Dies geschieht allerdings nicht zum Selbstzweck, sondern zur Lösung konkreter Problemstellungen.
In unserem Kontext gilt das besondere Interesse Informationen, die sich auf die Erde beziehen. Daher auch die enge Verwandtschaft zur Disziplin der Geographie. Geographische Informationssysteme bauen also auf der Wissenschaft von Informationssystemen auf und beziehen diese auf geographische Fragestellungen.

Zum nachdenken

Häufig wird der Begriff Daten und Information synonym gebraucht. Im alltagssprachlichen Bereich ist dies nicht weiter problematisch. Im konkreten Zusammenhang sollte aber unterschieden werden. Für das Verständnis hilft die so genannte DIKW-Pyramide, die auf den Systemtheoretiker Russel L. Akoff zurückgeht. Vereinfacht gesagt, wird aus Daten erst dann Information, wenn der Kontext vorhanden ist. Das bedeutet, Information liegt dann vor, wenn auf Basis von Daten "W-Fragen" beantwortet werden können.

Daten Information
Fahren Sie mit dem Mauszeiger über das Bild um den Unterschied zwischen Daten (erstes Bild) und Information (zweites Bild) zu sehen.

Zum nachdenkenDie Diskussion der DIKW-Pyramide, also die Hierarchie Data » Information » Knowledge » Wisdom von J. Rowley ist eine anspruchsvolle, aber - bei entsprechendem Interesse - sehr empfehlenswerte Lektüre!

"What is GIS? - This is probably the most asked question posed to those in the Geographic Information Systems (GIS) field and is probably the hardest to answer in a succinct and clear manner."
GIS-Lounge 2017

 

Sehen wir uns einmal verschiedene Definitionen von GIS an, bevor wir versuchen die verschiedenen Zugänge zu kategorisieren.

Schwarzenegger

Neben Arnold Schwarzenegger gibt es natürlich auch andere, die GIS definiert haben:

  • "GIS ist ein mächtiger Werkzeugkasten für die Sammlung, Speicherung, Änderung, den Zugriff und die Anzeige räumlicher Daten."
    (Burrough 1986)
  • "GIS ist ein Datenbanksystem in dem die meisten Daten räumlich indiziert sind und auf das Operatoren aufgesetzt werden können, die eine Anfrage an räumliche Einheiten in der Datenbank erlauben."
    (Smith et al. 1987)
  • "... [GIS' sind] Systeme zur Erfassung, Speicherung, Prüfung, Manipulation, Integration, Analyse und Darstellung von Daten, die sich auf räumliche Objekte beziehen."
    (Strobl 1988)
  • "GIS ist ein System bestehend aus Hardware, Software, Daten, Personen, Organisationen und institutionellen Prozessen zur Erhebung, Speicherung, Analyse und Weitergabe von Information über Erdausschnitte."
    (Dueker & Kjerne 1989)
  • "Ein Geo-Informationssystem ist ein rechnergestütztes System, das aus Hardware, Software, Daten und den Anwendungen besteht. Mit ihm können raumbezogene Daten digital erfaßt und redigiert, gespeichert und reorganisiert, modelliert und analysiert sowie alphanumerisch und graphisch präsentiert werden."
    (Bill & Fritsch 1994)
  • "Ein GIS ist eine mächtige Sammlung von Werkzeugen, mit denen räumliche Daten aus der realen Welt gesammelt, gespeichert, abgefragt, transformiert und dargestellt werden können."
    (Burrough & McDonnell 1998)
  • "A GIS is anything which displays geographic information."
    (Maguire 1999)
  • "Ein Geoinformationssystem dient der Erfassung, Speicherung, Analyse und Darstellung aller Daten, die einen Teil der Erdoberfläche und die darauf befindlichen technischen und administrativen Einrichtungen sowie geowissenschaftliche, ökonomische und ökologische Gegebenheiten beschreiben."
    (Bartelme 2005)
  • "GIS ist seit den Anfängen als kommerzielles Rundum-Paket zu einem Komplex aus Software, Hardware, Einzelpersonen, Institutionen, Netzwerken und Aktivitäten gewachsen, der für Neueinsteiger ziemlich verwirrend erscheinen kann."
    (Longley et al. 2005)
  • "In unserer Definition ist ein GIS kein CAD, kein Datenbankmanagementsystem, es ist kein bloßes räumliches Datenmanagementsystem, es ist nicht einfach ein Visualisierungswerkzeug und kein Dokumentenmanagement. Es ist mit all den genannten System interoperabel. Es ist ein eigenständiges System."
    (Dangermond 2008)
  • "Ein GIS ist ein System um alle möglichen Arten geographischer Daten zu sammeln, speichern, ändern, analysieren, verwalten und zu präsentieren. Der Schlüsselbegriff dieser Technologie ist 'Geographie' - es bedeutet, dass ein Teil der Daten räumlich ist. Oder in anderen Worten, die Daten beziehen sich auf ein Gebiet der Erde."
    (Ergebnis Google-Suche Link 2017)
   

Die vorgestellten Definitionen enthalten eine Reihe von Begriffen, die wir an anderer Stelle detailliert erläutern (Datenmanipulation, Integration, Entitäten, räumliche Objekte, räumliche Beziehungen, geographische Referenzierung). Auffällig ist die Tendenz, GIS zu beschreiben, indem man aufzählt, was damit getan werden kann. Die Auflistung folgt dabei häufig einem typischen Arbeitsablauf.

Ablauf GIS

Grob lassen sich die Definitionen den drei folgenden Kategorien zuordnen:
• Werkzeugperspektive: GIS wird als Sammlung von Werkzeugen gesehen, mit denen räumliche Fragestellungen bearbeitet werden können.
• Datenperspektive: der räumliche Bezug der Daten und die damit verbundenen Besonderheiten (z.B. in Bezug auf die Indizierung) werden betont.
• Integrationssperspektive: GIS wird als Zusammenspiel verschiedener Technologien verstanden, die in einer Softwareumgebung integriert werden.
Dazu kommen dann noch Zugänge, die vor allem aus der jeweiligen Anwendungsdomäne heraus motiviert sind.
Klar ist, dass es sich bei einem GIS um ein computergestütztes System handelt, das auf räumlichen Daten aufbaut, eine Vielzahl von Arbeitsschritten unterstützt und integriert und mit Hilfe von Analysen zum Informationsgewinn beiträgt.

Zum nachdenken

Nun sind Sie an der Reihe! Wie würden Sie ein GIS definieren?
Überlegen Sie sich am besten, was Sie Ihrer Nachbarin oder Ihrem Großvater erzählen würden, wenn Sie gefragt werden, was Sie denn studieren. Teilen Sie Ihren Definitionsversuch im Blackboard Diskussionsforum mit!

Das Diskussionsforum steht nur UNIGIS Studierenden zur Verfügung.

zum Seitenanfang

   

Disziplinname

Haben Sie sich schon gefragt, was Sie eigentlich studieren? Absolvieren Sie ein Geomatik-, ein Geoinformatik- oder ein GIScience-Studium?
Nun, das Studium schließt mit einem Zertifikat und der Bezeichnung "Akademische/r Geoinformatiker/in" ab. Dies deutet zumindest darauf hin, dass Sie ihr Studium im deutschen Sprachraum absolvieren. Sehen wir uns die Sache kurz ein wenig genauer an:

   

Der Begriff Geomatik wurde in Kanada geprägt, als Lösung für das dort allgegenwärtige Problem der Annäherung englischer und französischer Termini (frz. geomatique - engl. geomatics).
Über den frankophonen Bereich hinaus wird "Geomatik" immer wieder aufgegriffen, wenn eine unbesetzte, übergeordnete und eher neutrale Bezeichnung nötig wird. Die Studienbezeichnung "Geomatik" wird im deutschsprachigen Raum oft für ein Studium verwendet das sich aus den Teilbereichen der Geodäsie und der Geoinformatik zusammensetzt (wie beispielsweise das Masterstudium Geomatics Science Link an der TU Graz).
In Deutschland gibt es seit 2010 den Lehrberuf "GeomatikerIn" Link, der die beiden Teildiszipline Geoinformations- und Vermessungswesen kombiniert.

   

Geoinformatik wird vornehmlich im deutschsprachigen Bereich verwendet (das Fach Informatik heisst im englischen Computer Science) und beschreibt eine Teil-Informatik (wie die Wirtschafts-Informatik, die Bio-Informatik o.ä.), also die Sparten der Informatik mit besonderer "Geo"-Ausrichtung. Das entscheidende Kriterium der Geoinformatik ist der dezidierte Raumbezug, der für die Auseinandersetzung mit der Charakteristik und Funktion von Geodaten und Geoinformation entscheidend ist. Geoinformationssysteme können in weiterer Folge als die Technologie der Geoinformatik verstanden werden.
Sowohl im Ausbildungs- als auch im Anwendungsbereich wird die Geoinformatik fallweise eher den Informationswissenschaften (Informatik) auf der einen oder der Geographie auf der anderen Seite zugeordnet. Als gemeinsamer Nenner lässt sich festhalten, dass die Geoinformatik auf Konzepte der Geographie aufbaut und damit verbundene Fragestellungen mit Werkzeugen der Informatik zu lösen versucht.

   

Um die Geoinformatik nicht als reines Handwerk bzw. Werkzeugkiste darzustellen, hat sich Anfang der 1990er Jahre eine eigene Wissenschaftsdisziplin etabliert, die das Akronym GIS als Geographic Information Science interpretiert oder auf GIScience erweitert. Wie es dazu kam und welche Überlegungen dahinter stehen, werden wir gleich noch behandeln.
Die terminologische Feinheit spiegelt sich jedenfalls auch in den Namen von Studien und Weiterbildungsangeboten wider. An der Universität Salzburg ist beispielsweise ein Doktoratskolleg names GIScience Link eingerichtet und an der Universität Zürich gibt es ein gleichnamiges Masterstudium Link; in beiden Fällen wird sehr stark auf die Wissenschaftsdisziplin und weniger auf die Technologie fokussiert.

zum Seitenanfang

 

  • Was sich sonst noch alles hinter dem Akronym GIS verbirgt ...
 

5.2 System oder Science

Nachdem bislang versucht wurde, GIS zu definieren und einige Begrifflichkeiten zu klären, wenden wir uns nun dem Akronym selbst zu. Ursprünglich stand GIS für Geographische Informationssysteme. Später wurde diese Interpretation erweitert und steht heute für Science, Studies oder Software.

   

Geographische Informationssysteme

Geographische Informationssysteme sind, wie bereits eingangs andiskutiert, Informationssysteme, die für räumliche Fragestellungen optimiert sind. Das Interesse liegt in diesem Kontext primär auf der Technologie und den Werkzeugen. Von besonderer Relevanz - und daher auch Gegenstand im weiteren Verlauf des UNIGIS Studiums - sind in diesem Zusammenhang Aspekte wie:

  • Hardware
    Welche Geräte werden benötigt? Wie muss die IT-Infrastruktur konzipiert werden? Welche Rechenkapazitäten sind notwendig?
  • Software
    Welche Software ist für meinen Bedarf am besten geeignet? Welches Lizenzmodell soll gewählt werden? Welche Softwarefunktionalitäten können in die Cloud ausgelagert werden?
  • GIS-Funktionalitäten
    Welcher Funktionsumfang wird benötigt? In welcher Softwareumgebung sind diese Funktionen vorhanden? Welche Funktionalitäten können ausgelagert werden?
  • Datenakquise und Datenmodelle
    Wie beschaffe ich die notwendigen Daten? Wie sind die Daten strukturiert? Ist die Datenqualität für meinen Zweck ausreichend?
  • Analysemethoden und Werkzeuge
    Wie bearbeite ich die vorhandenen Fragestellungen am effizientesten? Welche Werkzeuge sind vorhanden und wie können sie kombiniert eingesetzt werden? Welche Abläufe können automatisiert werden?
  • Fachanwendungen
    Welche speziellen Anforderungen an ein GIS stellen sich in meiner Fachdomäne? Kann auf bestehende IT-Lösungen aufgebaut werden? Gibt es Ansätze, die aus anderen Anwendungsfeldern übertragen werden können?
  • Organisation und Administration
    Wie wird das GIS in meinem Arbeitsumfeld organisiert und gewartet? Wer hat Zugriff auf welche Daten und Funktionalitäten? Welche Teile werden lokal gewartet und welche werden in die Cloud ausgelagtert?

Die Liste der Fragen ließe sich natürlich noch sehr lange fortsetzen. Was die hier exemplarisch angeführten Fragestellungen alle gemeinsam haben, ist ihr sehr praxisnaher Fokus. Für ein breiteres Verständnis ist es aber nicht ausreichend, sich GIS aus einer reinen Technologieperspektive anzunähern. Vielmehr ist es wichtig, Einblicke in die Wissenschaft hinter der Technologie zu haben bzw. das Umfeld des Technologieeinsatzes im Auge zu behalten, wie im nächsten Abschnitt gezeigt wird.

 

 

 

Geographical Information Science

Das Verständnis von GIS als eigenständige Wissenschaftsdisziplin geht auf M. Goodchild Link zurück, der in einem Aufsatz 1992 vehement für wissenschaftlich fundierte, anstatt rein technologiegetriebene Innovationen argumentierte. Dabei ging er so weit:

Goodchild

Was Anfang der 1990er Jahre durchaus noch umstritten war, stellt heute kaum jemand in Frage. GIS hat sich zu einer Wissenschaftsdisziplin entwickelt, die Innovationen weit über die engere GIS-Technologie hinaus hervorbringt. Zusammengefasst geht es um die Entwicklung und Anwendung von Theorien, Methoden und Technologien, um räumliche Prozesse, Beziehungen, Abhängigkeiten und Muster besser zu verstehen. Charakteristisch für die wissenschaftliche Auffassung von GIS ist jedenfalls der integrative Ansatz. Die Bandbreite der involvierten Fachdomänen deckt das gesamte Spektrum zwischen Psychologie und Soziologie bis hin zur Informatik, Mathematik und Physik ab. GIScienceDie meisten wissenschaftlichen Fragestellungen lassen sich im rechts abgebildeten Dreieck aus Computer - Individuum - Gesellschaft verorten.
• Forschung auf Ebene des Individuums wird stark von der Wahrnehmungsforschung dominiert und behandelt räumliche Konzepte, Lernen (Spatial literacy Link) und die Interpretation geographischer Daten sowie die Interaktion mit GIS (HCI Link).
• Forschung zu gesellschaftlichen Implikationen von GIS behandelt ethische, rechtliche, soziologische, aber auch wirtschaftliche Fragestellungen (wir werden uns diesem Bereich in einer eigenen Lektion widmen).
• Der Forschungsbereich, der hier unter Computer subsumiert wird, behandelt alle technologisch relevanten Fragestellungen.

Die Bedeutung von GIS als eigenständige Wissenschaftsdisziplin wird in den nächsten Jahren noch entscheidend wachsen. Ein Grund dafür ist sicherlich die steigende Anzahl an Geräten und Services die mit einem expliziten Raumbezug arbeiten, sowie der generelle technologische Fortschritt (siehe die Lektion zu GIS Trends).

   

Der kurze Überflug über die beiden häufigsten Bedeutungen des Akronyms GIS macht klar, dass die Frage weniger ist System oder Science, als vielmehr wie die beiden Ansätze miteinander verbunden sind. Man könnte zusammenfassen, dass geographische Informationssysteme die Methoden und Werkzeuge bereithalten, um wissenschaftliche Fragestellungen mit Raumbezug bearbeiten zu können. Und umgekehrt, werden Fragen die durch die Beschäftigung mit GIS bzw. durch den Einsatz von GIS entstehen in einem wissenschaftlichen Kontext geklärt (z.B.: "Wie kann ich die Genauigkeit meiner Analyseergebnisse überprüfen?" oder "Wie wirkt sich der Einsatz von Navigationssystemen auf die Orientierungsfähigkeit aus?").zum Seitenanfang

   

5.3 Umfeld von GIS

Im Kontext der Definitionsversuche von GIS wurde deutlich, dass viele Diszipline in einem GIS einen gewissen Niederschlag haben. Wagen wir zum Abschluss dieser Lektion eine kleine Familienaufstellung und widmen wir uns den Väter, Müttern und Geschwister von GIS.

 

Geographie

GeographieSie gibt nicht nur den Namen, sondern erstellt auch grundlegende Konzeptionen zu Raum, Natur und Rolle des Menschen darin. Daraus ergab sich eine lange Tradition an der Erarbeitung räumlicher Zusammenhänge und ein Katalog von räumlichen Analysemethoden.

Geodäsie

GeodäsieErst die präzise Vermessung und Aufnahme der Lage von Objekten an der Erdoberfläche erlaubte die Festlegung von Grenzen und Quantifizierung räumlicher Phänomene und Beziehungen. Heute ist die Geodäsie zusammen mit der Satellitentechnologie fundamental wichtig für hoch genaue Positionsbestimmungen und räumliche Bezugssysteme.

Kartographie

KartographieDie möglichst effiziente und korrekte Kommunikation räumlicher Information mit einer Vielzahl von Visualisierungs-Alternativen ist Ziel kartographischer Methodik. Dazu kommen bestehende Karten als eine der wichtigsten Informationsquellen für GIS.

Fernerkundung

FernerkundungAusgehend von den unerläßlichen Datenquellen von Luft- und Satellitenaufnahmen werden aus der Interaktion elektromagnetischer Strahlung mit der Erdoberfläche deren Charakteristika abgeleitet. Die Entwicklungssprünge im Bereich der Laserscantechnologie, sowie die Etablierung von Drohnen als unbemannte Flugobjekte, haben die Bedeutung der Fernerkundung nochmal vergrößert. Zahlreiche GIS-Projekte wären ohne diese Datenquelle nicht durchführbar.

Statistik

StatistikErmöglicht die Handhabung von unterschiedlicher Genauigkeit und von Fehlern in GIS.

Mathematik

Mathematik und Operation ResearchEinige Zweige der Mathematik, wie (analytische) Geometrie, Topologie und Graphentheorie sind unerläßliche Grundlagen, während Operation Research Optimierungs- und Entscheidungstechniken beiträgt.

Computerwissenschaft

ComputerwissenschaftenTechniken und Algorithmen für Ein- und Ausgabe, Datenhaltung und Organisation sind unerlässliche Bausteine für GIS. Vor allem Computergrafik und -geometrie, Visualisierungstechniken und Datenbank-Managementsysteme sind hier zu nennen.

Forstwirtschaft

Forstwirtschaft Sie ist historisch die vielleicht wichtigste Disziplin, da ausgehend von der Notwendigkeit effizienter Ressourcenverwaltung in riesigen Gebieten Nordamerikas wesentliche methodische Beiträge zur frühen Entwicklung von GIS geleistet wurden. Das "Canada Geographic Information System" (von Dr. Tomlinson entwickelt um bessere Analysen der Daten aus dem Canada Land Inventory Programm zu ermöglichen) mit dem Fokus auf die Forstwirtschaft bzw. Landnutzung gilt als erstes modernes GIS.

Logistik

LogistikSowohl Routenplanung, Flottenmanagement und individuelle Verkehrsleitung basieren auf der Verfügbarkeit digitaler Verkehrswege - Datenbasen. Neben Optimierungstechniken ist dieser Bereich bei Echtzeit-Anwendungen führend.

Marktforschung

MarktforschungDie Interpretation räumlich fein differenzierter - bis Adressenniveau - sozial- und wirtschaftsstatistischer Bevölkerungsdaten in Zusammenhang mit Direktvermarktungs- und Standortanalysefragen bringt Interaktions- und Potentialkonzepte ein.

Raumplanung

RaumplanungDie letztlich auf intersubjektiv nur beschränkt nachvollziehbaren Werteskalen beruhenden Grundlagen der Raumplanung werden durch demographische und wirtschaftliche Indikatoren und eine breite Palette von Bewertungsverfahren umgesetzt. Überdies hinaus spielt GIS in aktuellen Smart City Initiativen eine elementare Rolle.

Umweltanalytik

UmweltanalytikInterpolations- und Diffusionsanalyse-Techniken erlauben flächige Abschätzungen meist nur punktuell gemessener Substanzkonzentrationen. In der Folge setzen Bilanzierungs- und Prognosetechniken an.

... um nur einige wenige zu nennen! Diese Aufzählung ist natürlich keineswegs vollständig. Wenn Sie der Meinung sind, wichtige Familienmitglieder wurden vergessen, zögern Sie nicht uns diese vorzustellen - am besten im Blackboard Diskussionsforum!

zum Seitenanfang