Komponenten eines GIS

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Ähnlich vielfältig wie die Definitionen eines GIS sind die Darstellungen der wesentlichen Komponenten, die ein GIS ausmachen. Dazu kommt, dass GIS-Funktionalitäten vielfach in die Standard- bzw. Alltags-IT integriert wurden, womit ein GIS, und damit seine Komponenten, nicht immer scharf abgregrenzt werden können.

BeispielWenn Sie beispielsweise die Dating-App Tinder Link verwenden, benutzen Sie eigentlich ein GIS: ihr Standort wird mittels GNSS-Sensorik im Smartphone eruiert. Mittels räumlicher Analyse werden Personen in Ihrer Nähe identifiziert, die die App ebenfalls aktiv nutzen und Ihnen in bestimmten Merkmalen ähnlich sind. Kommt es zu einem sogenannten Match, wird Ihnen die Person angezeigt.

Auch wenn das GIS im geschilderten Beispiel nicht kompakt am Arbeitsplatz zusammengefasst ist, wird auf die gleichen Komponenten zurückgegriffen, die beispielsweise auch für eine firmeninterne GIS-Serverinfrastruktur mit lokalen Arbeitsplätzen notwendig sind. Wir können uns also folglich an klassischen Kategorien von GIS-Komponenten orientieren, müssen uns aber im Klaren darüber sein, dass diese nicht notwendigerweise am gleichen Ort oder in ein und dem selben Gerät angesiedelt sind.

KomponentenVerschiedene AutorInnen nennen unterschiedliche Komponenten als wesentlich für den Aufbau und Betrieb eines GIS. Die folgenden werden dabei immer wieder genannt: Hardware, Software, Daten, Organisationen bzw. Personen, Netzwerk und Know-How. Auch wenn die beiden letztgenannten für den Betrieb eines GIS notwendig bzw. vorteilhaft sind, müssen sie nicht notwendigerweise zu einem GIS im engeren Sinn gehören; sie sind auch für die restliche IT-Infrastruktur unerlässlich. Für den Rest der Lektion sehen wir uns die folgenden Bausteine eines GIS, die gerne in einem so genannten 4-Komponenten-Modell zusammengefasst werden, ein wenig näher an:

Beispiel

Nach Bearbeitung dieser Lektion ...

  • können Sie die wesentlichen Komponenten eines GIS nennen und jeweils beschreiben.
  • sind Sie in der Lage, das Zusammenspiel zwischen diesen Komponenten zu erläutern.
  • können Sie ein GIS für Ihre Anforderungen hinsichtlich der Komponenten grob spezifizieren.

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6.1 Hardware

Durch die rasante technologische Entwicklung und den steten Preisverfall kommt den typischen Alltagsanwendungen der Hardware nur mehr eine untergeordnete Rolle zu. Auf nahezu jedem Standard-PC, Notebook und Smartphone sind mehr oder weniger umfangreiche GIS-Anwendungen lauffähig.
Durch die ubiquitäre Internetverfügbarkeit und den Ausbau gewaltiger Cloudinfrastruktur, sinken sogar die Hardwareanforderungen am Endgerät: rechenintensive Prozessierungen werden in die Cloud ausgelagert und am Endgerät werden nur mehr die Ergebnisse angezeigt. Ähnlich verhält es sich mit der Speicherkapazität, die sich von lokalen Geräten hin zu zentralen Infrastrukturen verlagert.

Erweitert wird die herkömmliche Palette an Hardwarekomponenten (z.B. Server, PC, Scanner, Plotter, Monitor, etc.) durch eine wachsende Anzahl von Geräten, die mit GIS-relevanter Sensorik ausgestattet sind. Hier sind zum Beispiel GNSS, Bluetooth und NFC zu nennen, die unter anderem für die Positionsbestimmung und (Indoor-) Navigation verwendet werden können. Je nachdem wie weit GIS-spezifische Hardware zu fassen ist, sind zudem Sensornetzwerke, die zum Teil in Echtzeit Daten erheben und kommunizieren, zu nennen.

Die rasante Entwicklung in der Internet-, Ortungs- und App-Technologie der letzten Jahre hat beinahe alle elektronischen, vernetzten Geräte zum potentiellen Bestandteil von GIS-Hardware gemacht. Das klassische Bild von GIS-Hardware (meist noch mit Digitalisiertisch und ähnlichen, eher musealen Geräten), das nach wie vor in den Lehrbüchern enthalten ist, trifft folglich die Realität kaum mehr und unterschätzt tendenziell Möglichkeiten, die sich durch technologische Innovationen ergeben.

Frage

Überlegen Sie einmal für welche Geräte in Ihrem Alltagsgebrauch der Raumbezug relevant ist. Denken Sie dabei sowohl an absolute, wie auch relative Lagebestimmungen und -beziehungen.

   

6.2 Software

 

 

Es gibt nicht die eine GIS-Software (auch wenn es Anbieter gibt, die das gerne so darstellen)! Auch ist die Kategorie "GIS-Software" nicht so scharf und exakt einzugrenzen wie etwa bei "Textverarbeitungs-Software", weil - ähnlich wie bei der Hardware - viele Funkationalitäten in nicht per-se GIS-Software integriert wurden und werden.
Wenn von GIS-Software die Rede ist, werden zumeist voll funktionsfähige Softwareumgebungen gemeint. Der Markt hierfür hat sich von einer überschaubaren Größe, was MarktteilnehmerInnen und Volumen betrifft, zu einem riesigen Geschäftszweig mit Umsätzen in Milliardenhöhe entwickelt. Insgesamt kann eine Entwicklung von universellen GIS-Systemen zu GIS-Software mit spezifischen Fachschalen, zu geräteunabhängigen Cloud-Lösungen festgestellt werden, wobei es sich bei dieser Entwicklung eher um eine Ergänzung des Portfolios als um einen kompletten Ersatz der jeweiligen Vorgänger handelt.

Statt an dieser Stelle den Versuch zu wagen, aktuelle Softwareprodukte vorzustellen und zu bewerten (siehe dazu die weiterführenden Informationen links), widmen wir uns lieber den Kriterien, nach denen Softwareentscheidungen gefällt werden sollen (angelehnt an die Empfehlungen von G2Crowd Link):

  1. Fachdomäne: Geographische Informationssysteme werden häufig für die spezifischen Bedürfnisse von NutzerInnengruppen (Bergbau, Militär, Verwaltung, Planung etc.) angepasst. Folglich passt nicht jede Softwarelösung notwendigerweise für Ihre Fachdomäne. Bedenken Sie, welche Softwareanforderungen sich aus Ihrem Umfeld heraus konkret ergeben. Idealerweise tauschen Sie sich mit Firmen oder Personen aus der selben Fachdomäne aus (siehe z.B. ESRI Nutzergruppen Link).
  2. Open Source: mittlerweile gibt es viele Open Source GIS Anwendungen, die lizenzkostenfrei und beliebig erweiterbar sind. Vor allem der zweite Aspekt macht es oft relativ einfach möglich, an bestehende Systemlösungen "anzudocken". Auch wenn Open Source Software in der Anschaffung und Lizenzierung keine direkten Kosten verursacht, müssen Anpassungen und Support durch professionelle Dienstleister einkalkuliert werden.
  3. Projektumfang: viele GI Systeme sind skalierbar konzipiert und bestehen aus Kernfunktionalitäten, die dann je nach Bedarf ergänzt werden können. Wird ein GIS für ein bestimmtes Projekt eingeführt, sollte die Skalierbarkeit für zukünftige Aufgaben von vornherein bedacht werden (z.B. in Bezug an Datenbankanbindung und Performance).
  4. Leistungsfähigkeit: je nach Größe der Datenmengen, die verarbeitet werden sollen, ist die Leistungsfähigkeit von GIS Software ein entscheidendes Kriterium. Hier bedarf es auch einer engen Abstimmung mit den Hardwareanforderungen.
  5. Nutzerfreundlichkeit: GIS Software kann in Bezug auf die Nutzerfreundlichkeit von sehr intuitiven, graphischen Benutzerschnittstellen bis hin zu abstrakten, "techniklastigen" Interaktionsmöglichkeiten reichen. Hier ist es vor allem wichtig zu bedenken, wer an welcher Stelle das System nutzen soll und wie viel Aufwand für Schulung und Training vorgesehen ist.
  6. Funktionalitätenumfang: die Funktionalitäten von GIS Software reicht von einfachen Daten-Viewern bis hin zu mächtigen Analyseanwendungen. Je genauer Sie Ihre Anforderungen spezifizieren, umso zielgerichteter können Sie Ihre Wahl treffen und dabei erhebliche Kosten sparen.

Mehr noch als im Bereich der Hardware hat die Etablierung des Cloud Computings zu einer Umwälzung des GIS-Softwaremarktes geführt und neue Möglichkeiten eröffnet. Weitere Ausführungen dazu sind in Lektion 9 zu finden.

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6.3 Daten

Informationssysteme beruhen auf der Ver- und Bearbeitung von strukturierten Daten. Da prinzipiell auch der größte Quatsch binär codiert werden kann, unterscheiden wir Information als die, durch eine spezielle Art und Weise zugewiesene, Bedeutung bzw. Kontextualisierung von Daten. Die zusätzliche Beschreibung von Kontext (Zusammenhang), Einheiten, Gültigkeiten und Wertebereichen vorhandener Grundlagendaten wird als Metainformation, die dafür benötigten Daten werden mit dem Begriff Metadaten bezeichnet.

Oft handelt es sich bei Daten um reine Zahlenwerte. Wenn wir nur die Einträge in Tabellenfeldern betrachten, bedeuten sie gewöhnlich gar nichts. Erst wenn wir die Maßeinheit kennen oder erfahren, auf welchen Ort bzw. auf welches Thema (Domäne) sich diese Werte beziehen entsteht aus Daten Information mit einem Bedeutungsgehalt. Für uns entscheidend ist, dass wir es bei Geoinformation mit Daten zu tun haben, die alle zu irgendwelchen Punkten an der Erdoberfläche in Beziehung zu setzen sind (räumliche Daten).

Rauminformation, räumliche referenzierte Daten, Geoobjekte und Geodaten sind häufig benutzte Synonyme (seltener unterschieden wird zwischen Daten und Information!). Alle diese Begriffe umfassen letzlich drei Merkmalsbereiche von Geodaten: ihre Thematik, Geometrie und Topologie.

   

Datenmerkmale

Wir können bei der Arbeit mit GIS zwischen drei Arten von Daten unterscheiden:

  1. Eigenschaften räumlicher Objekte werden über Attribute in Sachdaten beschrieben. Das können im Falle einer "Grundstücksparzelle" Eigenschaften wie BesitzerIn, verbücherte Rechte und Pflichten sein.
  2. Als Geometriedaten können beispielsweise die Koordinatenwerte der Grenzpunkte in einem Koordinatensystem und abgeleitete Maße wie Umfang, Grundstücksgröße festgehalten werden.
  3. Häufig interessiert uns nur die relative Lage von räumlichen Objekten zueinander. In einem Straßennetz etwa, kann die Information über Verbindungseigenschaften und mögliche Abbiegerichtungen bisweilen von größerer Bedeutung als die, über Koordinaten beschriebene, Lageinformation der Straßenränder oder -achsen sein.
    Diese dritte Komponente räumlicher Information wird als Topologie bezeichnet und beschäftigt uns in den folgenden Modulen noch ausführlicher.

Ein weiteres Einteilungsschema, speziell für Geodaten, ist das in primäre und sekundäre Datenbestände. Primärdaten werden aus der Luftbild- oder Satellitenbildmessung (Fernerkundung), aus der Vermessung und durch Kartierung gewonnen. Sekundärdaten sind bereits interpretierte Produkte, die schon mindestens einen Erfassungsschritt hinter sich haben, z.B. Karten, Pläne, Skizzen (siehe Modul 3).
Hier sehen Sie den Unterschied zwischen Primärdaten und Sekundärdaten, aber auch wie Primärdaten und daraus abgeleitete Produkte miteinander verbunden sind:

 

Fragestellungen

Wie werden Daten strukturiert und abgelegt?

Wer aktualisiert die Daten?

Wer darf worauf „zugreifen“?

Wie sind die Daten dokumentiert?

Welche spezielle Zusatzfunktionalität wird benötigt?

Wer macht was am besten?

 

 

6.4 Organisation

Leider wird nur allzuoft übersehen, dass die ausschließliche Ansammlung von Software, Geräten und Daten noch kein funktionierendes "System" ergibt.
Ein GIS wird meist in ein existierendes betriebliches, soziales, kulturelles oder institutionelles Umfeld eingebracht und dessen Strukturen sind ebenso mit zu berücksichtigen.

UNIGIS Team

Wenn es um die Organisation von GIS in bestehende Gegebenheiten geht, müssen mehrere - vordergründig oft nicht sichtbare - Bereiche beachtet werden:

  • Organisation der Datenbasis - welche Daten werden benötigt bzw. sind bereits vorhanden?
  • Nachführungsstrategie
  • Zugriffsrechte auf Daten
  • Meta-Information über Datenbasis
  • Abgestimmte Applikationsentwicklung aufbauend auf GIS-Software oder andere Programmierschnittstellen
  • Personelle Qualifikation und Zuständigkeiten
  • Möglichkeiten für betriebsinterne Schulungen und Support
   

Kosten

Inwieweit und mit welchen Komponenten bzw. Funktionalitäten sich die Anschaffung eines GIS lohnt, hängt stets von den spezifischen Voraussetzungen und Erwartungen ab. Bis vor wenigen Jahren verteilten sich die Kosten bei der Einführung eines GIS stets recht ähnlich auf die einzelnen Komponenten. Dabei wurde die Hardware als der günstigste und die Datenanschaffung mit Abstand als teuerster Teil kalkuliert. Hinzu kamen noch die Software- und Personalkosten. Für Kostenkalkulationen wurde diese Verteilung häufig als Pyramide dargestellt.

Durch die Möglichkeit umfassende GIS ausschließlich mit Open Source Software aufzusetzen, entfällt das Kostenargument bei teuren Softwarelizenzen in vielen Fällen. Für hochspezialisierte Anwendungen oder beim Kauf von Gesamtpaketen können jedoch weiterhin erhebliche Lizenzkosten entstehen. Hier gilt es vor allem die eigenen Anforderungen klar zu definieren und entsprechende Angebote zu vergleichen.

Nach wie vor kann die Datenbeschaffung hohe Kosten durch Lizenzgebühren und Zeitaufwand verursachen. Der internationale Trend geht aber klar in Richtung Open Data. Darunter sind Bestrebungen zu verstehen, die darauf drängen, hoheitlich erhobene Daten kostenfrei der Allgemeinheit zur Verfügung zu stellen. Vorreiter auf diesem Gebiet ist zweifelsohne die USA, die ihren gesamten Geodatenbestand zum kostenfreien Download anbietet.
Neben dem wachsenden freien Zugang zu offiziellen Daten etablieren sich immer mehr "crowd-sourced" Datenquellen. Eine der berühmtesten ist sicherlich das OpenStreetMap-Projekt Link. Inwiefern derartige Daten für Projekte verwendet werden können, hängt von der jeweiligen Rechtslage bzw. den Anforderungen ab (vielfach dürfen für Projekte ausschließlich behördliche Daten verwendet werden).

Im Gegensatz zu den Kostenanteilen, die auf die Software und die Daten entfallen, sind die Personalkosten in ihrer Höhe gleich geblieben bzw. steigen z.B. durch einen erhöhten Schulungsaufwand.

Allen Kosten, die bei der Einführung bzw. Pflege eines GIS anfallen, steht ein beachtlicher potentieller Nutzen gegenüber. Angefangen von einer strukturierten, einheitlichen Datenhaltung bis zum Einsatz effizienter Analysemethoden, lassen sich eine Vielzahl von positiven Kosteneffekten erzielen. GIS-gestütztes Geomarketing ist nur einer von vielen Bereichen, in denen sich der Einsatz moderner GIS-Methoden unmittelbar wirtschaftlich auswirkt.

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