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Was ist GIS?Grundlagen und Gedanken zu Geoinformationssystemen

im Alltag

M.A. Stefan MolkentinDr.-Ing. Alexander Adams

Spontane Ideen?

Was ist ein “Informationssystem ”?

Was verbirgt sich hinter dem Begriff “Geoinformationssystem ”?

Hat eine solche Technologie überhaupt einen Bezug zu mir und meinem täglichen Leben? Welche GIS kennen wir?

Informationssystem

Ein Informationssystem in der Informatik dient der rechnergestützten Erfassung, Speicherung, Verarbeitung, Pflege, Analyse, Benutzung, Disposition, Übertragung und Anzeige von Informationen.

� Eine Art intelligenter Datenbank mit Überbau

Geoinformationssysteme (GIS)

• Ein Geoinformationssystem ist konsequenterweise ein System, das Informationen mit Punkten auf der Erdoberfläche korreliert.

• Ca. 80% aller Information haben geografischen Bezug

• Geoinformationssysteme (GIS), Geographische Informationssysteme oder Räumliche Informationssysteme (RIS) sind Informationssysteme zur Erfassung, Bearbeitung, Organisation, Analyse und Präsentation geografischer Daten. Geoinformationssysteme umfassen die dazu benötigte Hardware, Software, Daten und Anwendungen.

GIS für die Westentasche:

Ein computergestützes Werkzeug, das große Mengen an räumlichen Daten speichert, manipuliert und darstellt.

Information wird in Fachschalen nach organisatorischen Kriterien dargestellt.

Warum GIS?

• Die meisten Themen und Probleme haben mindestens eine geografische Komponente

• 80% aller Daten haben einen Geobezug• Verknüpfung von Daten über Position auf dem

Globus eröffnet weitere vorher nicht ersichtliche Informationen

• Daraus folgen mögliche Schlussfolgerungen, Möglichkeiten und Erkenntnisse

• Effizienzsteigerungen

Anwendungsbereiche von GIS• Umweltforschung• Archäologie• Marketing • Kartografie• Städteplanung• Kriminologie• Logistik• Ressourcen-Management• Breitbandnetze• Verwaltung

GIS verknüpfen Daten über ihren geografischen Bezug und hieraus ergeben sich Informationen, die vorher so nicht ersichtlich waren, ordnet „Datenwirrwarr“

Anforderungen an GIS

• Verwaltung großer Datenmengen mit räumlicher Indizierung

• Effiziente Speicherung raumbezogener Geo-Objekte

• Abfragemöglichkeiten hinsichtlich Position, Existenz sowie Eigenschaften und Beziehungen raumbezogener Objekte

• Interaktive Abfragemöglichkeiten mit akzeptablem Antwort-Zeitverhalten bei großen Datenmengen erfordert intelligente Speicher- und Zugriffskonzepte

• Flexible Anpassung an spezifische Benutzeranforderungen (Datenmodell, spezielle Funktionen, Benutzeroberfläche)

GIS: Geodäsie und Daten

• Die Korrelation von Daten mit geografischen Koordinaten erfordert die Verwendung von Karten

• Hierzu sind mathematische Beschreibungen der Erde notwendig

• Wissenschaft der Geodäsie bildet theoretische Grundlage für GIS

• Basis für Karten: Geoid, Rotationsellipsoide, Projektionen 3D � 2D

Geoid und Rotationsellipsoid

• Die Erde ist ein 3-dimensionales Objekt, ein Geoid. Das Geoid ist kein perfektes geometrisches Objekt, seine Form variiert aufgrund von Unterschieden in der Masseverteilung im Erdinneren

• Näherungen sind zur mathematischen Beschreibung notwendig: international akzeptzierte Rotationsellipsoide resultieren in „Datum“

Global Positioning System GPS

• NAVSTAR GPS nach wie vor ein System des US Militärs, seit 1995 voll einsatzfähig

• 24 Satelliten auf 6 Umlaufbahnen, also 4 pro Umlaufbahn

• Höhe 12.200km, Umlaufperiode 12h –Sichtkontakt zu 4-6 Satelliten von jedem Punkt der Erde

• Satelliten senden periodische digitale Sequenz, Orbitaldaten und exakte Zeit mittels Atomuhr (Einstein hatte recht !)

• Laufzeitermittlung durch Digitalsequenzvergleich, dadurch Entfernungsbestimmung v=s/t

• 1 Satellit: Kreis, 4-6 Satelliten: exakte Position

Differential GPS (DGPS)

• GPS-Messungen erreichen Genauigkeiten im Meterbereich (Laufzeitverzerrungen durch atmosphärische Störungen)

• Zu grob für viele Anwendungen• Differential GPS erlaubt Messungen im Zentimeter-Bereich

(Viertel- bis Halb Meter)• Referenzstationen analysieren Differenz zwischen

tatsächlichen und theoretischen Laufzeiten und übermittelt diese als Korrektursignal an DGPS-Empfänger

• Geodätische Empfänger können Trägerphase auswerten, Messungen im mm-Bereich

GIS im Alltag

• Gäbe es keine Geoinformationssysteme, sähe unser Alltag ganz anders aus

• Geoinformationssysteme durchdringen unseren Alltag auf vielen Ebenen

• Resultate der GIS-Anwendungen sind selbst dort vorhanden, wo man sie eigentlich nicht vermutet

• Durchstreifen wir einen fiktiven Tag und suchen hierbei nach Anwendungen von GIS …

GIS im Alltag: 7am, Aufstehen

• Der Wecker klingelt … hinaus ins feindliche Leben!• Man bringt den Wecker zum Schweigen und macht das Licht

an � diese brauchen elektrischen Strom• Elektrizitätswerke und Stromkonzerne nutzen

Geoinfomationssysteme• GIS zur Steuerung der komplexen Infrastruktur von

kilometerlangen Kabelsträngen, tausenden von Stromverteilern und hunderten von Wartungstrupps

• Stromkonzerne sind profitgesteuert � GIS zur Effizienzsteigerung

• Trassenplanung für zusätzliche Leitungen basiert auf GIS �aktuelles Thema: Atomkraft ist langfristig nicht kontrollierbar

• Neue Hochspannungsleitungen, Kosten, Trassen

GIS im Alltag: 7:30am, Frühstück• Kaffee (jede Menge), Brot und Müsli � auch hier steckt

GIS drin• Das Kaffeewasser, mit dem Sie ihren Kaffe aufbrühen, hat

eine lange Reise durch kilometerlange Rohrleitungen hinter sich.

• Bei der Anlage dieses Leitungssystem wurde vermutlich, ähnlich wie auch für die laufenden Überwachungs- und Wartungsarbeiten ein Geoinformationssystem eingesetzt, das den Leitungswirrwarr nicht nur kartiert, sondern darüberhinaus Änderungen in Nutzung und Bedarf in die Darstellung integriert.

• Mehr und mehr wird GIS auch in der Landwirtschaft eingesetzt, um die Fruchtfolge gezielter an die Bodenqualität der verschiedenen Felder anzupassen oder mögliche Bewässerungsmaßnahmen zu koordinieren.

GIS im Alltag: 8am, Weg zur Arbeit• Viele Menschen nehmen das Auto um zur Arbeit zu

gelangen• Die Verwendung des Navigationssystems zur

Routennavigation und ggf. Umleitung um Staus ist eine GPS-Anwendung, also GIS im weiteren Sinne

• Städte und Kommunen verwenden GIS für ihre Verkehrsplanung.

• Verkehrsanalysen, eingespeist in Geoinformationssysteme zeigen, wo Engpässe liegen und Staus drohen, wo Straßen erneuert werden müssen oder wie eine verkehrsberuhigte Zone den Verkehrsfluss beeinflusst.

• Öffentliche Transportmittel: Transportunternehmen planen mithilfe von GIS-Systeme beispielsweise ihre Routen und Taktraten.

GIS im Alltag: 10am, Notfall• Ein Kollege erhält den Anruf, dass sein Kind sich im

Kindergarten den Arm gebrochen hat• Verteilung öffentlicher Einrichtungen im Gesundheits- und

Schulwesen sind geradezu klassische Beispiele für die Anwendungsbereiche von GIS

• Sicherstellung einer möglichst flächendeckenden Versorgung der Bevölkerung und Kennzeichnung der jeweiligen Einzugsbereiche

• Im GIS lassen sich für jeden beliebigen Standort die jeweiligen Entfernungen, die Erreichbarkeit mit öffentlichen Verkehrsmitteln oder die Fahrzeit zum nächsten Krankenhaus oder der Schule ermitteln und darstellen

• Unterstützung der täglichen Arbeit im Gesundheitssystem: z.B. Prognostizierung der Ausbreitung von Epidemien oder toxischen Substanzen.

GIS im Alltag: 1pm, Mittagspause

• Einkäufe in der Mittagspause oder Essen mit Kollegen oder Geschäftspartners

• Bei der Entscheidung, wo ein Supermarkt, Restaurant oder Kaufhaus eröffnet wird, werden meist Daten über die bestehende Infrastruktur, die Bevölkerung oder die Verkehrsanbindung und weitere lokale Gegebenheiten herangezogen.

• Ein GIS kombiniert diese miteinander und macht so auf der resultierenden Karte wirtschaftlich günstige und ungünstigere Standorte sichtbar.

GIS im Alltag: 5pm, Weg nach Hause

• Die Tanknadel steht gefährlich weit links, man müsste eine Tankstelle aufsuchen

• Besonders die Ölindustrie profitiert von den Möglichkeiten, die ein Geoinformationssystem bietet.

• Von den ersten Schritten der Erkundung eines potenziellen Ölfeldes über die Erschließung und den Transport des Rohöls mit Pipelines oder Tankern bis hin zur Raffinerie und schließlich weiter zu den verschiedenen Tankstellen stützen sich die Unternehmen dieser Branche heute weitgehend auf GIS-Anwendungen

• Auch die Planung und Verwaltung der Tankstellen-Infrastruktur kann auf GIS-Applikationen zurückgreifen

GIS im Alltag: 6pm, ein Date

• Das Handy klingelt, eine Freundin ruft an. Der ungebundene Mann nutzt die Gelegenheit zu einer Verabredung

• Möglich wurde auch das wahrscheinlich durch ein Geoinformationssystem.

• Fast alle Telekommunikationsfirmen nutzen GIS, um ihr Netzwerk zu verwalten und beispielsweise noch vorhandene Lücken im Sendernetz zu erkennen und entsprechend zu planen.

GIS im Alltag: 11pm, Feierabend

• Man kommt nach Hause, alles ist unversehrt• GIS spielen auch in der Verbrechensbekämpfung

eine Rolle• Die Darstellung und Verortung von Straftaten

nach Datum, Art, oder Zeit in Kombination mit anderen Daten ermöglicht beispielsweise gezielte Überwachung bestimmter Gebiete, kann Hinweise auf den Täter geben oder hilft bei der Planung der Routen von Streifenwagen.

GIS im ZDF: Terra X gestern Abend

• Luftbild-Archäologie: Luftbilder von Xanten lassen anhand von Bodenbeschaffenheiten im Zusammenhang mit GIS die Grundrisse der römischen Bebauung ohne Spatenstich rekonstruieren

• Mit 3-D-Modellen von Dresden lassen Hochwasserszenarien und deren Konsequenzen analysieren � GIS-Applikation

• Pflanzenbewuchsanalyse an den Elbufern über Zeit zur Analyse von Fluktuationen in der Fauna.

• GPS-Daten zur Analyse von Robbenbewegungen und Storchenzügen

GIS in der öffentlichen Verwaltung

• GIS werden in weiten Teilen der Wirtschafft genutzt, um Abläufe und Planungen effizienter gestalten zu können

• Öffentliche Verwaltungen bedienen sich ebenfalls dieser Technologie, sie sind sogar Vorreiter in der Anwendung von GIS

• GIS gestalten Verwaltungsabläufe effizienter, zeiteffektiver und mit besserem Wirkungsgrad

• GIS helfen somit, die in Deutschland ohnehin vorbildliche öffentliche Verwaltung noch zu optimieren

• GIS wäre sicher im Sinne der Herren Hardenberg und vom Stein

Kommunale Informationssysteme

Kommunale Informationssysteme bezeichnen die IS-Komponenten in einer Kommune. Kommunale Informationssysteme (KIS) sind gekennzeichnet durch eine Integration der verschiedenen raumbezogenen Aufgaben bzw. Systeme verschiedener Ämter (Vermessungs-, Tiefbau-, Statistik-, Grünflächen-, Garten-, Friedhofs-, Umweltamt etc.). Als Schlagwort wird hierfür in jüngster Zeit der Begriff "Technisches Rathaus" geprägt

Kommunale Informationssysteme

• Neben der Integration der raumbezogenen Systeme bzw. Systemmodule ist noch die Eingliederung alphanumerischer Informationssysteme und Datenbanken (z.B. Liegenschaftsbuch/ALB, Einwohnerwesen etc.) wichtig.

• So entsteht im optimalen Fall ein übergreifendes System mit durchgehendem Informationszugriff, bis hin zum Austausch mit externen (z.B. Stadtwerke) und übergeordneten (z.B. Landesebene) Systemen.

• In der Realität bestehen jedoch noch vielfach inkompatible Insellösungen an verschiedenen Stellen der Kommunalverwaltung.

Systemaufbau GIS

Allgemeines Liegenschaftskataster, Allgemeines Liegenschaftsbuch

Detailinformation zu Grundstücken

Fachschalen jeder Art: hier Friedhof

11. Juli 2007

Digitalisierung von analogen Plänen

Einbindung in GIS: hier Netzplan Kabelfernsehen

Beispiel Einsatzplanung Feuerwehr

Bericht für Einsatzleiter

Beispiel Schuleinzugsgebiete

Kommunale GIS International: Public

Karlstad: Kataster


Karlstad: Kataster, ALB


Karlstad: Kataster

GIS für die Bürger, International

• GIS muss nicht nur für die verwaltungsinternen Abläufe von Nutzen sein

• Das Smart Cities Projekt beinhaltet auch die Analyse von GIS-Funktionen der Partnerverwaltungen im Nordseeraum

• Teilweise existieren hier sehr fortgeschrittene Ansätze für die Nutzung durch den Bürger

• Informationen zu Schulen, Kindergärten, Park-and-Ride Möglichkeiten, Schwimmbädern und Naherholungsgebieten stellen nur einen kleinen Ausschnitt der Möglichkeiten dar

• Online Verwaltungsabläufe ebenfalls möglich

Beispiel GIS für Kommune in Google

Beispiel GIS für Kommune


Kristiansand: Kataster


Kristiansand: Park and Ride Informationen


Kristiansand: Kindergärten


Kristiansand: Krankenhäuser


Edinburgh: Online Baugenehmigung


Edinburgh: Luftbilder


Edinburgh: „Wo ist mein Bus“ in Echtzeit

Vorteile Einsatz von GIS• Wachsendes Bewusstsein des wirtschaftlichen

und strategischen Wertes von GIS• Effizienzsteigerung in vielen Arten von

Prozessen und Abläufen• Verbunden hiermit generell Optimierung der

Kosten- und Zeitansätze• Verbesserte Entscheidungsfindungen,

Management• Verbesserte Kommunikation• Verbesserte Buchführung geografischer

Veränderungen/Veränderungen mit geografischem Bezug

Vorteile Einsatz von GIS

• Flexible Verknüpfung von GIS-Daten/Datenbanken und anderen Datentypen/Datenbanken

• Beliebige Kombinationen von Themen und Datenbeständen

– Vorteile bei der Langzeitspeicherung (Keine Alterseffekte wie bei Papier)

– Kleinerer Raumbedarf als z.B. Aktenschränke

• Flexible und vielfältige Auswertungs- und Analysemöglichkeiten

Vorteile Einsatz von GIS

• Höhere Flexibilität bei der Ausarbeitung verschiedener Planungsvarianten

• Sehr flexible Darstellungsmöglichkeiten in grafischer Präsentation und Maßstab

Vorsicht !!!

Unternehmen wie Google und Facebook kombinierten bereits heute georeferenzierte Daten wie Stadtpläne mit Lokalisierungsinformationen. Aus isoliert betrachtet wenig sensiblen Sachdaten könnten so Bewegungs- und Persönlichkeitsprofile von hoher datenschutzrechtlicher Sensibilität entstehen.

Werden wir Teil eines Geoinformations-systems?

Information gezielt auf Personen zugeschnitten, anhand bekannter und gesammelter Informationen

Google veranschaulicht die Macht der GIS-Technologie! Street View lässt erstmals aufhorchen.

Ausblick und Diskussion

• Geoinformationssysteme stellen eine der wichtigsten Technologien der näheren Zukunft dar

• Potential zu Verbesserungen in vielen Bereichen des Lebens (Sozial, Marktwirtschaft, Verwaltung, etc.)

• Unterstützt den Schritt zum globalen Menschen• Potential zu Kontrolle, Überwachung,

Manipulation und letztlich Unterdrückung wenn in falschen Händen

• Starke ethische Grundsätze? Gesetzgebung?

Diskussion

• Website Osterholz-Scharmbeck im Zuge des Smart Cities Projektes überarbeitet

• GIS-Funktionen stehen für die Bürger noch nicht generell zur Verfügung � das birgt auch Gelegenheiten

• Welche Funktionen, Services mit geografischem Bezug könnten sich Bürger vorstellen?

• Wie sehen Bürger die Aufgaben der Verwaltung ihrer Heimatstadt und wie könnten diese unter Einsatz von GIS unterstützt und verbessert werden?

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