GIS Geschichte

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Von der Tontafel in die Hosentasche. So könnte man heute GIS Geschichte kürzest möglich zusammenfassen. Dazwischen liegen Meilensteine der Technologie- und Wissenschaftsgeschichte, die allesamt dazu beigetragen haben, dass heute beinahe jeder im Alltag auf GIS angewiesen ist; vielfach ohne es zu wissen.

GIS Geschichte

Der kurze Blick in die Disziplinengeschichte soll nicht alleine aus Nostalgie erfolgen, sondern um die Ursprünge in groben Zügen zu kennen und ein Stück weit extrapolieren zu können; das heißt, rezente Entwicklungen einordnen und zukünftige Trends erkennen und bewerten zu können.

Entwicklungsphasen
Entwicklungsphasen von GIS
 

Auch wenn Teile dessen, was heute ein modernes GIS ausmacht, schon in antiken Zivilisationen existierten (zum Beispiel Karten), so beginnt die Geschichte von GIS im engeren Sinn in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Diese rund 80 Jahre sind Gegenstand der Lektion, die sich in folgende Teile gliedert:

Pionierphase I: Einige wissenschaftliche Durchbrüche, technologische Innovationssprünge und die Konfrontation mit diversen Problemstellungen legten den Grundstein von GIS.

Pionierphase II: Aus der Summe verschiedener Entwicklungsstränge konsolidiert sich GIS und wird in großem Maßstab entwickelt und eingesetzt.

Etablierung von GIS: Der Desktop PC und das Internet verschaffen GIS den Durchbruch als massentaugliches Werkzeug für eine Vielzahl von AnwenderInnengruppen.

GIS als ubiquitäre Technologie: Die Miniaturisierung von technologischen Komponenten und die zunehmende Vernetzung digitaler Geräte machen GIS zu einer "Basiskomponente" des Alltaglebens.

Lernziele

Nach Bearbeitung dieser Lektion ...

  • können Sie einige technologische und konzeptionelle Innovationssprünge nennen, die zur Entwicklung von GIS wesentlich beigetragen haben.
  • sind Sie in der Lage, den Weg von GIS in alltägliche Anwendungen zu beschreiben.
  • können Sie aktuelle Trends und Entwicklungen vor dem Hintergrund der Disziplingeschichte kritisch reflektieren und einordnen.

 

VertiefungDie konzeptionelle Anlehnung von GIS an das länderkundliche Schema wird zum Teil kritisiert. Francis Harvey (1997) fasste die Bedenken zusammen.

 

8.1 Pionierphase I

HettnerVerschiedene Konzepte von GIS tauchten bereits Anfang des 20. Jahrhunderts auf: das Schichtenprinzip, das der deutsche Geograph Alfred Hettner (1859 - 1941) in die Länderkunde einführte (länderkundliches Schema Link), wurde in vielen Variationen (Layer, Ebenen, Themen) in GIS-Software umgesetzt.

Die erste Pionierphase von GIS kann in etwa zeitgleich mit der quantitativen Revolution in der Geographie (einen maßgeblich Beteiligten kennen Sie bereits aus der ersten Lektion: Torsten Hägerstrand) in den 1950er und 60er Jahren angesetzt werden. Mehrere praktische Notwendigkeiten können in dieser Zeit als Ursachen für die zunehmende Weiterentwicklung von GIS gesehen werden:

  • Inventarisierung umfangreicher raumbezogener Daten
  • Analyse und Darstellung jener Daten
  • Automatisierte Kartenerstellung aus den räumlichen Informationen
  • Landschaftsplanung

VertiefungEin sehr spannender Einblick in die ersten 3 Jahrzehnte von GIS bietet dieser Aufsatz von Terry Coppock (1991).

 

ToblerTerry Coppock benutzte Ende der 50er Jahre ein Computerprogramm, um ca. 500.000 Datensätze aus landwirtschaftlicher Datenerfassung für die händische Kartenproduktion aufzubereiten. 1959 veröffentlichte Waldo Tobler (1. Gesetz der Geographie) ein einfaches Modell zur Computer-basierten Kartographie, genannt MIMO. Dieses System erlaubte die Konvertierung von Karten in ein Computer-lesbares Format, die Manipulation der Daten und die Ausgabe neuer Karten.

 

  • Eine Zeitreise im doppelten Sinn ermöglicht diese Fernsehdokumentation über das CGIS von Roger Tomlinson.
    Tomlinson Doku
 

Canada Geographic Information System

CGIS

Vor diesem Hintergrund fand die Entwicklung von GIS in dieser ersten Pionierphase an mehreren Orten parallel statt. Einen zweifellos sehr großen Anteil an der Entwicklung nahm dabei das Canada Geographic Information System (CGIS), welches untrennbar mit Roger Tomlinson Link, gemeinhin als der "Vater von GIS" bezeichnet, verbunden ist. Die 1962 beginnende Inventarisierung naturräumlicher Einheiten und Elemente führte zur Entwicklung von Datenmodellen, Verarbeitungsalgorithmen und Werkzeugen, die sich später als Fundamente geographischer Informationssysteme etablieren sollten und in Tomlinsons späterer Doktorarbeit Link beschrieben werden.

 

  • Die Geschichte des Harvard Labs nacherzählt von Chris Nickman
  • Der Einfluss des Harvard Labs auf die (Weiter-) Entwicklung von GIS hält an: Carl Steinitz hat dort seine Doktorarbeit geschrieben. Heute ist Steinitz als Begründer des Geodesigns in aller Munde.
 

Harvard Lab

FisherHoward Fisher begann Anfang der 1960er Jahre an einem digitalen Kartographieprogramm zu arbeiten. Nach seiner Übersiedlung an die Graduate School of Design an der Harvard Universität konnte er bald ein Programm zur Erstellung von Flächenkartogrammen vorstellen: SYMAP. Weiters entstanden unter anderem CALFORM für die Erstellung von Flächenkartogrammen und deren Ausgabe mittels Plotter, GRID für die Rasteranalyse, POLYVRT zur Konvertierung zwischen Datenstrukturen und ODYSSEY - ein Vektor GIS.
Wie pragmatisch die Beweggründe zur Entwicklung dieser Werkzeuge - die nichts weniger als die digitale Kartenerstellung und die Anwendung von Verschneidungsoperationen ermöglichte - waren, wird in diesem kurzen Video deutlich:

 

  • In einem Interview Ende der 1980er Jahre erklärt Jack Dangermond die damals moderne Auffassung von GIS:
    Dangermond
  • Die erste ESRI User Konferenz fand 1981 mit knapp 20 TeilnehmerInnen statt.
 

ESRI

Eng verbunden mit den Entwicklungen am Harvard Lab ist die Gründung des heutigen GIS-Marktführers ESRI. Jack Dangermond gründete, gemeinsam mit seiner Frau Laura, 1969 das Environmental Systems Research Institut, nachdem er seine Masterarbeit in Harvard fertiggestellt hatte.

Dangermonds
Jack und Laura Dangermond

ESRI ist wahrscheinlich das bekannteste Unternehmen, das in dieser Phase der GIS-Entwicklung gegründet wurde, aber auf keinen Fall das einzige! Ein weiteres Unternehmen, das nach wie vor eine Rolle spielt und dem Umfeld des Harvard Labs entstammt, ist beispielsweise Intergraph Link (heute Teil von Hexagon).

 

URISA

Die Vernetzung wesentlicher Akteure im gerade entstehenden Feld der Geoinformatik trug wesentlich zur Konsolidierung und Weiterentwicklung diverser Entwicklungen bei. Ausgehend von einer Konferenz, die 1963 in Kalifornien stattfand, gründete sich 1966 die Urban and Regional Information Systems Association (URISA) mit Edgar Horwood Link als ersten Präsidenten.
Diese Vereinigung setzt sich bis heute zum Ziel, die Interessen und Entwicklungen mit Bezug zu geographischen Informationssystemen zu koordinieren und nach außen hin zu vertreten.

   

Auch wenn die erste Pionierphase der Geoinformatik sehr stark von Institutionen und Personen aus den USA geprägt wurde, fanden auch anderswo Innovationen statt, die wesentlich zur Entwicklung beitrugen. In Großbritannien war zum Beispiel Ende der 1960er Jahre die Experimental Cartography Unit Link am Royal College of Art in London sehr aktiv und entwickelte gemeinsam mit dem Ordnance Survey (der britischen Vermessungsbehörde) Verfahren zur automatisierten Kartengeneralisierung und -produktion. Schweden und Australien waren unter den ersten Ländern außerhalb Nordamerikas, die begannen digitale Katasterbestände aufzubauen.

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8.2 Pionierphase II

ERTS-1Wie der kurze Abriss der ersten Pionierphase zeigt, waren universitäre Forschungsgruppen, einzelne hoheitliche Initiativen und privatwirtschaftliche Aktivitäten für die wesentlichen Impulse verantwortlich. In den 1970er Jahre erreichte die Entwicklung einen nächsten Reifegrad. Die zweite Pionierphase wird häufig auch als Zeit der Behörden bezeichnet. Dass viele Innovationen dieser Zeit von Behörden stimuliert wurden, war vor allem Sachzwängen geschuldet: viele Administrationen konnten die größer werdenden Datenmengen nicht mehr effizient verwalten. Ein weiterer Innovationsschub wurde durch die Weltraummissionen ausgelöst und endete unter anderem in den Start des ersten Landsat Satelliten (ERTS-1 Link) 1972.

Neben dem Start des ersten Satelliten zur Erdbeobachtung fallen in diese Entwicklungsphase, die bis in die frühen 1980er Jahre dauerte, folgende Meilensteine:

 

Zensusdatenverwaltung - TIGER

Das US Bureau of Census entwickelte zur Administration sehr umfangreicher Volkszählungsdaten ein erstes simples Netzwerksystem mit Topologie - GBF-DIME externer Link (Geographic Base File, Dual Independent Map Encoding System), das anlässlich der ersten "geocodierten" Volkszählung 1970 zur Anwendung kam und die Grundlage der TIGER-Daten wurde.
TIGER-Daten externer Link weisen erweiterte topologische Eigenschaften und eine höhere Qualität auf; sie bilden die Basis zahlreicher abgeleiteter Produkte. Die Auswirkungen der Entwicklung von TIGER auf den Markt für Straßenkarten, Routenplanungs-Systeme, Einsatzleit-Systeme und Fahrzeugnavigation kann kaum hoch genug eingeschätzt werden.

 

US Geological Survey

Neben dem US Bureau of Census war der USGS eine treibende, institutionelle Kraft in der Entwicklung von GIS. Besondere Bedeutung erlangte die in den 1970er Jahren begonnene Entwicklung des Digital-Line-Graph (DLG Link) Standards. Mit Hilfe dieses Standards werden topologisch korrekte Vektordaten für mehrere Kartenmaßstabsebenen erstellt.

 

AUTOCARTOAUTOCARTO Konferenz

Für die junge Disziplin der Geoinformatik war es entscheidend, den Austausch innerhalb der internationalen Forschungscommunity zu stimulieren. Vor diesem Hintergrund fand 1974 die erste internationale AUTOCARTO Konferenz in Reston, Virginia statt.
Ein Blick in das ersten Konferenzband Link lohnt sich, um einen Eindruck der damals aktuellen Themen zu erhalten. Auch die Bände aller weiteren AUTOCARTO Konferenzen bis 1997 sind online Link verfügbar.

 

GPS

Die ersten vier NAVSTAR Satelliten wurden 1978 in ihre Umlaufbahn befördert. Damit ist die Grundlage für eine Technologie gelegt, die sich maßgeblich auf den heutigen Einsatz von GIS auswirkt!

  • Dana Tomlin, berühmt für seine Formalisierung der Map Algebra, stellte den Code seines Map Analysis Packages (MAP) zur Verfügung, noch bevor der Begriff Open Source geprägt war.
  • Geschichte von MOSS GIS
  • Geschichte von GRASS GIS
 

MOSS & GRASS

Das erste Open Source GIS ist das, vom US Innenministerium ab 1978 entwickelte, MOSS-GIS. Dabei handelt es sich um ein Vektor-GIS mit relativ großem Funktionsumfang. Die Veröffentlichung von MOSS-GIS ermöglichte es vielen Behörden erste Schritte mit GI Systemen zu machen. Insofern leistete MOSS-GIS einen wichtigen Beitrag zur breiteren Etablierung von GIS.

Viele Geoprozessierungskomponenten der heutigen QGIS Link Versionen stammen aus der Bibliothek von GRASS-GIS. Ursprünglich wurde dieses GIS ab 1982 vom U.S. Army - Construction Engineering Research Laboratory in Champaign, Illinois für militärische Zwecke entwickelt. Später wurde der Code als Open Source zur Verfügung gestellt und wird seither kontinuierlich weiterentwickelt.

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  • Die Produktbroschüre der ersten kommerziellen GIS-Software gibt einen guten Einblick in den Stand der Technik Anfang der 1980er Jahre.
    Arcinfo
 

8.3 Etablierung von GIS

Ab Mitte der 1980er Jahre entwickelte sich ein nennenswerter Markt für GIS-Technologien. Immer mehr Behörden und Universitäten setzten auf GIS. In dieser Zeit wurden heute noch bedeutende Firmen im GIS-Sektor sowie Softwarefamilien gegründet, unter anderem:

  • ERDAS wird 1978 gegründet und bietet mit ERDAS 4 den Vorläufer der heutigen ERDAS Imagine Link Software an.
  • ESRI veröffentlicht 1982 die erste kommerzielle ARC/INFO Version, die auf Minicomputern lief.
  • In Berkley wird 1987 das IDRISI Projekt gegründet, welches heute als TerrSet Link GIS-Software angeboten wird.
  • 1982 wird in Toulouse mit SPOT die erste private Firma für den Vertrieb von Geodaten aus Satellitenbildinformationen gegründet. Heute ist die Firma unter dem Dach von Airbus aktiv.
  • 1983 wird die ETAK Link - Digital Map Company gegründet. Ihre Entstehung ist insofern relevant, als dass dieses Unternehmen das erste war, das Geodaten für Navigationszwecke anbot. Die Firma wurde von TeleAtlas aufgekauft und ist heute Teil von TomTom.
  • MapInfo wird 1986 gegründet. Die Software Link gehört heute zum Portfolio von Pitney Bowes.
  • SPANS wird 1987 von Tydac gegründet. Das Besondere dieses GIS' ist die Art der Geodatenverwaltung, die sich der Quadtree Struktur bedient.
  • 1989 wird Smallworld in Cambridge, England gegründet und später von General Electrics aufgekauft. Die Software Link ist heute noch, vor allem im Utility-Bereich, weit verbreitet.
   

Einen wesentlichen Anteil am Erfolg von GIS ist dem technologischen Fortschritt in der Computerbranche zuzuschreiben. Durch die immer besser werdende Speicherkapazität und Rechenleistung und schlussendlich durch die Verkleinerung der Computer auf Schreibtischgröße, waren die Voraussetzungen geschaffen, ab den späten 1980er Jahren GIS-Arbeitsplätze in einzurichten.
Spätestens ab dem Zeitpunkt der Etablierung benutzerfreundlicher Betriebssysteme und graphischer Benutzerschnittstellen von GIS Programmen, sprangen auch viele Gebietskörperschaften im deutschsprachigen Raum auf den Trend auf und begannen mit der Erstellung digitaler Geodatenbestände und etablierten GIS-Analysen in ihren Verwaltungsabläufen.
Eine neue Ära brach Mitte der 1990er Jahre, Hand in Hand mit den Entwicklungen am PC Markt und im Zusammenhang mit dem Aufstieg des Internets, an. Damit einhergehend explodierten die Anwendungen und Einsatzbereiche von GIS nahezu, was eine Übersicht aller Entwicklungen praktisch verunmöglicht!

   

Wichtig für diesen Zeitabschnitt ist die Formierung und Definition einer eigenen Wissenschaftsdisziplin, genannt GIScience. Zumindest drei Aktivitätsbereiche haben einen maßgeblichen Beitrag zu dieser Entwicklung geleistet (jeweils mit einem Beispiel):

  1. Regelmäßig stattfindende (internationale) Fachkongresse
    Der zentrale Treffpunkt der deutschsprachigen GIS-Community ist die jährlich stattfindende AGIT Link, die 1988 das erste Mal veranstaltet wurde.
  2. Veröffentlichung von Lehrbüchern
    1986 veröffentlichte Peter Burrough das erste umfassende Fachbuch: "Principles of Geographical Information Systems for Land Resources Assessment", welches 2015 in dritter Auflage herausgebracht wurde.
  3. Gründung wissenschaftlicher Journale
    1987 erscheint die erste Ausgabe des International Journal of Geographical Information Systems (seit 1997 Science), IJGIS Link.
   

Die Entwicklungen der 1990er Jahre hoben die Anzahl von GIS-NutzerInnen von wenigen tausend hochqualifizierten ExpertInnen auf hunderttausende AnwenderInnen aus allen möglichen Domänen an. Nicht zufällig fällt der Beginn der UNIGIS Studienangebote in diese Zeit.
GIS hat sich in dieser Zeit aus einer (nordamerikanisch dominierten) Nische heraus in universitären Curricula etabliert, ist Bestandteil von Verwaltungs- und Planungsprozessen geworden und hat sich einen Massenmarkt erschlossen. Rund um die Jahrtausendwende gingen nicht wenige von einer Sättigung der Entwicklung aus ... und sollten sich damit stark irren.

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8.4 GIS als ubiquitäre Technologie

Der Beginn des neuen Jahrtausends war, unter anderem bedingt durch die wachsenden Möglichkeiten durch Webtechnologien, stark geprägt von Architekturfragen (Netzwerke, Server- und Datenbanktechnologien etc.), dem Versuch der Definition von Standards und Schnittstellen und dem Aufbau von Geodateninfrastrukturen. Nach einem, für kommerzielle SoftwareanbieterInnen, sehr erfolgreichen Jahrzehnt, erwachte auch die Open Source Bewegung, was sich unter anderem in der Gründung der Open Source Geospatial Foundation (OSGeo Link) 2006 niederschlug.

Lesetipp
Optional

In diesem Aufsatz von Steiniger & Hunter (2013) wird der (damals) aktuelle Stand freier und offener GIS Software sehr schön zusammengefasst. Um sich einen Überblick zu verschaffen, bietet es sich an, sich etwas Zeit für diese Lektüre zu nehmen.

   

All die oben geschilderten Entwicklungen waren, bei aller Begeisterung für die stattgefundenen Innovationen, vor allem für GIS-ExpertenInnen und AnwenderInnen in den diversen Fachdomänen relevant. Diese Gruppe von Personen, die mit GIS zu tun hatte, wurden durch zumindest drei technologische Sprünge signifikant erweitert:

   

Google Maps

Der Suchmaschinenkonzern Google machte sich GIS- und Web-Technologie zu Nutze, um die Karte als zentrales Ordnungselement von Information nutzbar zu machen. Dabei ist Google keineswegs der einzige diesbezügliche Marktteilnehmer, allerdings kommt dem Konzern durch seine beinahe Monopol-Stellung natürlich eine dominante Rolle zu. In der akademischen Literatur wurde viel darüber diskutiert, ob es sich bei Google Maps und dem verwandten virtuellen Globus, Google Earth, nun um ein GIS (im engeren Sinn) handelt oder nicht. Was in dieser, zumeist abstrakt geführten, Diskussion vergleichsweise wenig Beachtung fand, ist die immense Auswirkung von Google Maps (und vergleichbaren Produkten) auf die Rolle räumlicher Information im Alltag von Millionen von Menschen.

Google Maps
Bedenkt man wie jung Google Maps eigentlich ist und welchen Einfluss es auf viele Alltagsgewohnheiten hat, kann die Dynamik der Entwicklung erahnt werden.

Wir werden uns in der nächsten Lektion mit dem so genannten GeoWeb näher beschäftigen.

   

Smartphones und das mobile Internet

Bereits die Möglichkeit über das Telefonnetz mit dem World Wide Web verbunden zu sein, löste in der zweiten Hälfte der 1990er Jahre einen enormen Entwicklungsschub - auch im GIS-Sektor - aus.
Mit dem durchschlagenden Erfolg des Smartphones und der Möglichkeit der mobilen Internetverbindung wurden jedoch Türen in bis dahin ungeahnte Anwendungs- und Forschungsmöglichkeiten aufgestoßen. Spätestens an dieser Stelle, in etwa um 2010, muss von GIS als einer ubiquitären Technologie gesprochen werden. Angefangen vom operativen Betrieb eines Mobilfunknetzes, über die Ortungsmöglichkeit der Smartphones, die Nutzung ebendieser als Erfassungsgeräte bis hin zu Augmented Reality Anwendungen - all diese "Selbstverständlichkeiten" wären ohne GIS unvorstellbar. Umgekehrt eröffnen sich gänzlich neue Möglichkeiten für die Arbeit mit Geodaten:

   

Cloudtechnologie und die Vernetzung aller Dinge

Als dritter technologischer Aspekt ist die Möglichkeit der Datenspeicherung und -verarbeitung in der Cloud zu nennen. Eng damit verbunden ist die Idee des Internet of Things (IoT), in dem nicht nur Computerarbeitsplätze, sondern alle digitalen Geräte (und damit potenziell auch Menschen bzw. deren Smartphones) miteinander verbunden sind und kommunizieren können. Wir gehen darauf in der nächsten Lektion gleich noch ein. An dieser Stelle genügt es darauf hinzuweisen, dass auch in diesem Kontext GIS eine signifikante Rolle spielt. Allerdings genügt es hier nicht bestehende Konzepte und Technologien einfach entsprechend größer zu skalieren, sondern es bedarf gänzlich neuer Ansätze, um beispielsweise Datenströme managen zu können:

Dieses Video vermittelt einen guten Eindruck der aktuellen, durchaus auch konzeptionellen Herausforderungen.Bitte sehen Sie sich das gesamte Video nur an, wenn Sie die nötigen Zeitressourcen haben!

   

Der Rückblick über die letzten fünf bis zehn Jahre macht deutlich, wie rasant die Entwicklung vonstattengeht. Dabei werden nicht nur Konzepte weiterentwickelt oder technologische Innovationen erzielt. Durch die hier geschilderten Entwicklungen wird die Arbeitswelt, genauso wie das Privatleben Einzelner, zum Teil massiv verändert - GIS durchdringt Ihren Alltag.
Wenden wir deshalb nun den Blick von der Rückschau in die Zukunft und betrachten in weiterer Folge welche gesellschaftlichen Implikationen durch GIS zu beobachten und zu erwarten sind.

Zum nachdenken

Nach diesem Überflug über die Geschichte von GIS sind Sie an der Reihe ein wenig in der Geschichte zu forschen. Bringen Sie in Erfahrung wann Ihre Organisation erstmals mit GIS in Berührung kam und was damals die Gründe für die Einführung von GIS waren.
Teilen Sie Ihre Entdeckungen Ihren KollegInnen im Blackboard Diskussionsforum mit.

Das Diskussionsforum steht nur UNIGIS Studierenden zur Verfügung.

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