Das ist GIS...

Wordcloud aus der Eingabe von „GIS“ in Wikipedia

Ein GIS (Geoinformationssystem bzw. Geografisches Informationssystem) ist eine komplexe Software mit dazugehöriger Hardware zur digitalen ErfassungBearbeitung, (Re-)OrganisationAnalyse Modellierung und alphanumerischen oder graphischen Visualisierung räumlicher Daten (Geographische Datenformate) und Sachverhalte. Sie können lokal auf einem PC (Desktop GIS) oder einem Mobilen Endgerät (Mobile GIS) installiert sein oder online auf einem Server als Onlinedienst (Online GIS oder Web GIS) über den Browser zur Verfügung stehen. 

Die Geoinformatik befasst sich mit der digitalen ErfassungVerarbeitung und Visualisierung raumbezogener Informationen (Geoinformation). Sie bildet damit die wissenschaftliche und methodische Grundlage für Geodateninfrastrukturen (GDI) und Geoinformationssystemen (GIS).

Eine mögliche Entstehungsgeschichte

Karte von Dr. John Snow mit den Anhäufungen der Todesfälle bei der Cholera-Epidemie 1854 (Wikimedia.org)

Der Londoner Arzt Dr. John Snow wird oft als Vorreiter von Geoinformationssystemen angesehen, obwohl ihm das zu seiner Zeit wohl nicht bewusst gewesen ist. Im Jahr 1854 kartierte er die Cholerafälle in London und konnte dadurch eine kontaminierte Wasserpumpe als Ursache für die damals herrschende Choleraepidemie identifizieren. Der Hebel der Pumpe wurde entfernt, wodurch diese unbrauchbar wurde und die weitere Ausbreitung der Epidemie unter Kontrolle gebracht werden konnte. Heute würde man den Vorgang der Analyse von Punktverteilung und Punktdichte, Clusteranalyse nennen.

Weitere Informationen zur Geschichte und Ausprägungen von Geoinformationssystemen findet man im Wikipedia: Geoinformationssystem oder über das Lexikon von Spektrum.de

Funktionen von GIS

So vielfältig wie die Daten, mit denen man in einem Geoinformationssystem zu tun hat, sind auch die Anwendungsmöglichkeiten. Ich wage sogar zu behaupten, dass es keine umfangreicheren digitalen Systeme gibt als die raum-zeitlichen GI-Systeme. Sie sind - wie das Geographiestudium als Wissenschaft - fachübergreifend:

  • Archäologie → Verortung von Fundorten, Geoprospektion
  • Umwelt- und Naturschutz → Ausweisung von Schutzzonen, erfassen naturräumlichen Sachverhalte
  • Wirtschaft → Marktforschungsanalysen, Räumliche Verteilung von pot. Konsumenten
  • Politik → regionales „Stimmungsthermometer“, Wahlkampf in gezielten Regionen
  • Geschichte → Standorte von Burgen anhand geographischer Namen, Landnutzungsveränderungen
  • Meteorologie → Strömungsfilme, Erderwärmungsmodelle- und Prognosen
  • Forstwirtschaft → Waldinventuren, Nutzholzbestimmung
  • Bergbau → verorten von Lagerstätten, Volumenberechnungen
  • Infrastruktur → Planung von Verkehrswegenetzen, Glasfaserausbau
  • Energie → optimale Standorte für Wind- Sonnen- und Wasserkraft oder Geothermie, Trassenplanung
  • Stadtplanung → Verteilung von Kindergärten und Schulen
  • Tourismus → Touristische Karten (Wanderkarten!)
  • Katastrophenschutz → Evakuierungspläne, Notversorgung
  • und so weiter…

Denn eine GIS-Software kann: Datenbankverwaltung, Digitalisierung und Vektorisierung, Bildbearbeitung, Tabellenkalkulation, Textverarbeitung, Layout- und Druckzusammenstellung, Serveradministration und Web-Publishing, Navigation und Routing, Modellrechnung und Prognosen, 3D-Modelle und Punktwolken, Machine-Learning, Automatisierung, Wissenschaftliche Analysen, Statistik, Programmierung…

…all diese Inhalte und Funktionen lassen sich mit einer einzigen Software realisieren. QGIS zum Beispiel! ;-)

Ausprägungen von GI-Systemen

Die Funktionen, welche ein GIS mitbringt, sind abhängig von dessen Anwendungsschwerpunkt und Plattform (Online, Desktop, Mobil). Es gibt solche, die rein der Visualisierung oder für kartographische Zwecke dienen. Andere wiederum bieten nur wenig Möglichkeiten der Visualisierung, dafür aber mehr Analyse- und Modellierungswerkzeuge. Modularisierte GI-Systeme lassen sich an die eigenen Bedürfnisse anpassen und erweitern.

Was alle GIS gemeinsam haben, ganz gleich ob nur online, mobil oder auf dem Desktop: Wir sind damit in der Lage Geodaten anzuzeigen, in Ebenen zu organisieren (stapeln) und mit Transparenzen oder Vermischungen diese miteinander zu neuen komplexeren Daten zu vereinen.

Online/Web GIS

Häufig werden Geodaten und -Sachverhalte leicht zugänglich über einen Server mit installiertem GIS-System (z.B. MapServer, QGIS Server) vorgehalten. Hierbei benötigen Anwender*innen lediglich einen Browser und Internetzugang. Allerdings ist diese GIS-Form meist passiv, d.h. es können zwar Daten angezeigt und deren Wiedergabe gesteuert und ggf. auch gedruckt oder heruntergeladen werden, jedoch können keine eigenen Daten erzeugt, integriert oder komplexeren Analysen durchgeführt werden. Typische Beispiele sind die Geodatenportale der Bundesländer. Vieles kann hierüber erledigt werden, die Daten sind i.d.R. aktuell und die Bedienung meist einfach. Doch für das Erzeugen, Verarbeiten, Analysieren oder das individuelle Gestalten der Daten benötigt man ein Desktop GIS wie QGIS.

Der Sachsen-Atlas mit Werkzeugen https://geoviewer.sachsen.de
WebGIS von Nordrhein-Westfalen (GeoViewer): https://www.geoportal.nrw
Das Online-GIS der Schweiz: https://map.geo.admin.ch

Eine vollständige Liste der Geodatenportale und -Viewer der Bundesländer sowie weitere europäische und internationale Portale finden Sie in der Linksammlung

Auswahl an Behörden mit räumlichen Aufgaben Bundesweit:

Behörde Website Funktion
Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) BKG Zuständig für Geodäsie, Kartographie und Geoinformation auf Bundesebene
Bundesamt für Naturschutz (BfN) BfN Zuständig für Naturschutz und Landschaftspflege auf Bundesebene
Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) BfG Zuständig für Forschung und Beratung im Bereich Wasserwirtschaft, Gewässerkunde und Wasserqualität
Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) BSH Zuständig für Seeschifffahrt, Meereskunde, Seevermessung und maritime Umweltbelange

Auswahl an Behörden mit räumlichen Aufgaben in Sachsen:

Behörde Website Funktion
Staatsbetrieb Geobasisinformation und Vermessung Sachsen (GeoSN) GeoSN Zuständig für Geoinformation, Landesvermessung und Katasterwesen auf Landesebene (Sachsen)
Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG) LfULG Zuständig für Umweltschutz, Landwirtschaft, Geologie und Naturschutz auf Landesebene (Sachsen)
Landesamt für Denkmalpflege Sachsen (LfD) LfD Zuständig für Denkmalpflege und Denkmalschutz auf Landesebene (Sachsen)

Desktop GIS

Um Geodaten ohne Einschränkungen erzeugen und verarbeiten zu können, benötigt es ein Desktop-GIS alá QGIS, SAGA GIS, GRASS GIS, GvSIG oder eines der vielen proprietären Vertreter wie ArcGIS®, GeoMedia®, MapInfo®, GlobalMapper® etc. Doch auch hier gibt es Spezialisten und Allrounder - in der Regel sind aber alle Desktop-GIS zu viel mehr im Stande als Online-GIS - auch weil die lokalen Rechner-Ressourcen oft mehr zu bieten haben, als ein Server, den man sich mit anderen teilt. Der Nachteil im Vergleich zum Online-GIS: Die Daten muss man sich mühevoll besorgen! Diese sind im Online-GIS quasi inklusive!

Gerade bei proprietären Anbietern modularisierter Desktop-GIS-Software (z.B. ESRI™ ARCGIS®) sollte die Wahl gut überlegt sein. Am Anfang steht oft nur ein Basis-Programm, welchem alle erforderlichen Module „hinzugebucht“ werden müssen. Das kann schnell teuer werden - man versucht auf Module zu verzichten, auch wenn sie einem die Arbeit erleichtern würden. Anders bei Open Source Programmen. Hier sind grundsätzlich alle Funktionen frei verfügbar. Um Kosten muss man sich keine Gedanken machen - der Entscheidungsprozess wird deutlich erleichtert und verkürzt.

Desktop-GIS im Google-Such-Vergleich (Trends)

Die 5 wichtigsten Desktop-GIS

Anwendung Lizenz / Kosten Betriebssystem(e)
QGIS Kostenlos / Open-Source Windows, macOS, Linux
ArcGIS Desktop Abonnement / Lizenz Windows
GRASS GIS Kostenlos / Open-Source Windows, macOS, Linux
SAGA GIS Kostenlos / Open-Source Windows, macOS, Linux
Global Mapper Abonnement / Lizenz Windows

Desktop-GIS-Matrix (generiert mit ChatGPT4, manuelle Überarbeitung)

Funktion/Kriterium QGIS ArcGIS GeoMedia gvSIG GRASS SAGA MapInfo
Lizenz Open Source Proprietär Proprietär Open Source Open Source Open Source Proprietär
Plattform Desktop, Web, Mobil Desktop, Web, Mobil Desktop, Web Desktop, Web, Mobil Desktop, Web Desktop Desktop, Web
Existiert seit 2002 1999 1990 2004 1982 2001 1986
Programmiersprache Python Python, ArcPy C#, .NET Java Python, C C++, Python MapBasic, Python
Online-Dienste WMS/WMTS, WFS, WCS, ArcREST WMS/WMTS, WFS, WCS, ArcGIS Online WMS/WMTS, WFS, WCS WMS/WMTS, WFS, WCS WMS/WMTS, WFS, WCS WMS, WFS, WCS WMS, WFS, WCS, WMTS
Erweiterungen Freie Plugins Kostenpflichtige Erweiterungen Kostenpflichtige Erweiterungen Freie Plugins Freie Plugins Freie Plugins Kostenpflichtige Erweiterungen
Community Große, aktive Community Große, aktive Community Kleinere Community Mittelgroße, aktive Community Mittelgroße, aktive Community Kleinere Community Mittelgroße, aktive Community
Analysewerkzeuge Umfangreich Umfangreich Umfangreich Umfangreich Sehr umfangreich Sehr umfangreich Umfangreich
Kartografie Sehr gut Sehr gut Gut Gut Gut Gut Gut
Interoperabilität Sehr gut Gut Gut Gut Gut Gut Gut
Nutzerfreundlichkeit Hoch Hoch Mittel Mittel Mittel bis niedrig Mittel bis niedrig Mittel
Häufigkeit der Aktualisierungen Regelmäßig (ca. alle 3-4 Monate) Regelmäßig (ca. alle 3-6 Monate) Seltener (ca. jährlich) Regelmäßig (ca. alle 3-6 Monate) Regelmäßig (ca. alle 6-12 Monate) Seltener (ca. alle 12-24 Monate) Seltener (ca. jährlich)

Mobile GIS

Ein mobiles GIS unterscheidet sich im Wesentlichen von einem „Navi“ (im Auto oder zum Wandern) durch die Funktion, Daten zu erfassen, zu bearbeiten und z.T. auch zu gestalten und zu analysieren. Es dient also zur Aufnahme/Überarbeitung von Daten vor Ort. Die so erzeugten Daten können auf ein Desktop- oder Online-GIS synchronisiert und ggf. weiterverarbeitet werden. Es ersetzt damit den reinen GPS-Empfänger, die Papierkarte, Block & Bleistift. Es gibt Mobile GIS mit proprietärer Software, welche oft auch an konkrete Hardware gebunden sind. Es gibt aber auch reichlich Anwendungen, welche auf einem herkömmlichen Smartphone/Tablett oder Notebook installiert werden können: QField von OpenGIS.ch beispielsweise!

QField
Locus Map Pro
Locus GIS

Die wichtigsten 5 Mobile-GIS-APPs

Anwendung Lizenz / Kosten Betriebssystem(e)
QField Kostenlos / Open-Source iOS, Android
Input Kostenlos / Open-Source Android
ArcGIS Collector Kostenlos / Abonnement iOS, Android
ArcGIS QuickCapture Kostenlos / Abonnement iOS, Android
Mapbox Kostenlos / Abonnement iOS, Android

Zusammenfassung

Geoinformatik (GI) und Geoinformationssysteme (GIS) sind Tools zur Erfassung, Verarbeitung und Visualisierung von raumbezogenen Informationen. GIS sind komplexe Software zur digitalen Erfassung, Bearbeitung, Analyse und Visualisierung räumlicher Daten und Sachverhalte. Es gibt Desktop-, Online- und Mobile-GIS. Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig und reichen von Archäologie über Umwelt- und Naturschutz, Wirtschaft, Politik, Geschichte, Meteorologie, Forstwirtschaft, Bergbau, Infrastruktur, Energie, Stadtplanung bis hin zu Tourismus und Katastrophenschutz. GIS bieten zahlreiche Funktionen wie Datenbankverwaltung, Navigation, Statistik, Programmierung und mehr.

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Fragen, Hinweise und Fehler kommen hier hin:

David , 2024/05/01 09:59

Wirklich schöne ausführliche Beschreibung der GIS. Kleiner Fehler ist mit aufgefallen, QField gibt es nicht nur für Android sondern auch für iPhone.

Martin Höpke, 2024/05/02 22:04

Vielen Dank, Du hast vollkommen Recht, inzwischen ist qField auf iPhone und iPads lauffähig. Wird korrigiert!

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