Ein geographisches Informationssystem (GIS) ist ein Computersystem zur Erfassung, Speicherung, Überprüfung und Anzeige von Daten, die sich auf Positionen auf der Erdoberfläche beziehen. Durch die Verknüpfung scheinbar nicht zusammenhängender Daten können GIS Einzelpersonen und Organisationen helfen, räumliche Muster und Beziehungen besser zu verstehen.

Die GIS-Technologie ist ein entscheidender Teil der Geodateninfrastruktur, die das Weiße Haus definiert als „die Technologie, die Richtlinien, die Standards, die Humanressourcen und die damit verbundenen Aktivitäten, die notwendig sind, um Geodaten zu erwerben, zu verarbeiten, zu verteilen, zu nutzen, zu pflegen und zu erhalten.“

GIS kann jede Information nutzen, die einen Standort enthält. Der Standort kann auf viele verschiedene Arten ausgedrückt werden, z. B. durch Breiten- und Längengrad, Adresse oder Postleitzahl.

Mit GIS können viele verschiedene Arten von Informationen verglichen und gegenübergestellt werden. Das System kann Daten über Menschen enthalten, z. B. über die Bevölkerung, das Einkommen oder das Bildungsniveau. Es kann Informationen über die Landschaft enthalten, wie z. B. die Lage von Bächen, verschiedene Arten von Vegetation und unterschiedliche Bodenarten. Es kann Informationen über die Standorte von Fabriken, Bauernhöfen und Schulen oder Regenwasserkanäle, Straßen und Stromleitungen enthalten.

Mit der GIS-Technologie können Menschen die Standorte verschiedener Dinge vergleichen, um herauszufinden, wie sie zueinander in Beziehung stehen. Mit Hilfe von GIS könnte eine einzige Karte zum Beispiel Standorte enthalten, die Verschmutzung verursachen, wie Fabriken, und Standorte, die empfindlich auf Verschmutzung reagieren, wie Feuchtgebiete und Flüsse. Eine solche Karte würde den Menschen helfen festzustellen, wo die Wasserversorgung am meisten gefährdet ist.

Datenerfassung

Datenformate

GIS-Anwendungen umfassen sowohl Hardware- als auch Softwaresysteme. Diese Anwendungen können kartografische Daten, fotografische Daten, digitale Daten oder Daten in Tabellenkalkulationen enthalten.

Kartografische Daten liegen bereits in Kartenform vor und können Informationen wie die Lage von Flüssen, Straßen, Hügeln und Tälern enthalten. Kartografische Daten können auch Vermessungsdaten und kartografische Informationen enthalten, die direkt in ein GIS eingegeben werden können.

Die Interpretation von Fotos ist ein wichtiger Bestandteil von GIS. Bei der Fotointerpretation geht es um die Analyse von Luftbildern und die Bewertung der darauf abgebildeten Merkmale.

Digitale Daten können ebenfalls in ein GIS eingegeben werden. Ein Beispiel für diese Art von Informationen sind von Satelliten gesammelte Computerdaten, die die Landnutzung – die Lage von Bauernhöfen, Städten und Wäldern – zeigen.

Fernerkundung ist ein weiteres Werkzeug, das in ein GIS integriert werden kann. Die Fernerkundung umfasst Bilder und andere Daten, die von Satelliten, Ballons und Drohnen gesammelt werden.

Schließlich kann ein GIS auch Daten in Tabellen- oder Tabellenform enthalten, wie z. B. demografische Daten der Bevölkerung. Demografische Daten können von Alter, Einkommen und ethnischer Zugehörigkeit bis hin zu den letzten Einkäufen und den Präferenzen beim Surfen im Internet reichen.

Die GIS-Technologie ermöglicht es, all diese verschiedenen Arten von Informationen, unabhängig von ihrer Quelle oder ihrem ursprünglichen Format, auf einer einzigen Karte übereinander zu legen. GIS verwendet den Standort als zentrale Indexvariable, um diese scheinbar unverbundenen Daten miteinander in Beziehung zu setzen.

Das Einbringen von Informationen in GIS wird als Datenerfassung bezeichnet. Daten, die bereits in digitaler Form vorliegen, wie z. B. die meisten Tabellen und von Satelliten aufgenommene Bilder, können einfach in GIS hochgeladen werden. Karten hingegen müssen zunächst gescannt oder in ein digitales Format umgewandelt werden.

Die beiden Haupttypen von GIS-Dateiformaten sind Raster- und Vektordateien. Rasterformate sind Raster aus Zellen oder Pixeln. Rasterformate sind nützlich für die Speicherung von GIS-Daten, die sich ändern, wie z. B. Höhen- oder Satellitenbilder. Vektorformate sind Polygone, die Punkte (sogenannte Knoten) und Linien verwenden. Vektorformate eignen sich für die Speicherung von GIS-Daten mit festen Grenzen, z. B. Schulbezirke oder Straßen.

Räumliche Beziehungen

Mit Hilfe der GIS-Technologie lassen sich räumliche Beziehungen und lineare Netzwerke darstellen. Räumliche Beziehungen können die Topographie darstellen, wie z. B. landwirtschaftliche Felder und Bäche. Sie können auch Landnutzungsmuster darstellen, wie die Lage von Parks und Wohnanlagen.

Lineare Netze, auch geometrische Netze genannt, werden in einem GIS häufig durch Straßen, Flüsse und Versorgungsnetze dargestellt. Eine Linie auf einer Karte kann eine Straße oder einen Highway anzeigen. In GIS-Ebenen kann diese Straße jedoch auch die Grenze eines Schulbezirks, eines öffentlichen Parks oder eines anderen demografischen oder landnutzungsbezogenen Gebiets anzeigen. Unter Verwendung verschiedener Datenerfassungen kann das lineare Netzwerk eines Flusses in einem GIS abgebildet werden, um den Flusslauf verschiedener Nebenflüsse anzuzeigen.

GIS muss die Informationen aus den verschiedenen Karten und Quellen aufeinander abstimmen, damit sie im gleichen Maßstab zusammenpassen. Ein Maßstab ist das Verhältnis zwischen der Entfernung auf einer Karte und der tatsächlichen Entfernung auf der Erde.

Oft müssen GIS Daten manipulieren, weil verschiedene Karten unterschiedliche Projektionen haben. Eine Projektion ist die Methode zur Übertragung von Informationen von der gekrümmten Oberfläche der Erde auf ein flaches Stück Papier oder einen Computerbildschirm. Verschiedene Arten von Projektionen erfüllen diese Aufgabe auf unterschiedliche Weise, aber alle führen zu einer gewissen Verzerrung. Um eine gekrümmte, dreidimensionale Form auf eine flache Oberfläche zu übertragen, müssen zwangsläufig einige Teile gedehnt und andere gequetscht werden.

Eine Weltkarte kann entweder die korrekte Größe der Länder oder ihre korrekte Form zeigen, aber sie kann nicht beides. GIS nimmt Daten von Karten, die mit verschiedenen Projektionen erstellt wurden, und kombiniert sie, so dass alle Informationen mit einer gemeinsamen Projektion dargestellt werden können.

GIS-Karten

Nachdem alle gewünschten Daten in ein GIS-System eingegeben wurden, können sie kombiniert werden, um eine Vielzahl von individuellen Karten zu erstellen, je nachdem, welche Datenschichten enthalten sind. Eine der häufigsten Anwendungen der GIS-Technologie besteht darin, natürliche Merkmale mit menschlichen Aktivitäten zu vergleichen.

So können GIS-Karten beispielsweise anzeigen, welche vom Menschen geschaffenen Merkmale sich in der Nähe bestimmter natürlicher Merkmale befinden, z. B. welche Häuser und Unternehmen sich in überschwemmungsgefährdeten Gebieten befinden.

Die GIS-Technologie ermöglicht es den Nutzern auch, ein bestimmtes Gebiet mit vielen verschiedenen Informationen zu erkunden. Karten einer einzelnen Stadt oder eines Viertels können Informationen wie Durchschnittseinkommen, Buchverkäufe oder Wahlverhalten enthalten. Jede GIS-Datenebene kann zu derselben Karte hinzugefügt oder abgezogen werden.

GIS-Karten können verwendet werden, um Informationen über Zahlen und Dichte darzustellen. GIS kann zum Beispiel zeigen, wie viele Ärzte es in einem Viertel gibt, verglichen mit der Bevölkerungszahl des Gebiets.

Mit der GIS-Technologie können Forscher auch Veränderungen im Laufe der Zeit untersuchen. Sie können Satellitendaten verwenden, um Themen wie das Vordringen und den Rückgang der Eisbedeckung in den Polarregionen zu untersuchen, und wie sich diese Bedeckung im Laufe der Zeit verändert hat. Ein Polizeirevier könnte Veränderungen in den Kriminalitätsdaten untersuchen, um festzustellen, wo Beamte eingesetzt werden sollen.

Eine wichtige Anwendung der zeitbasierten GIS-Technologie ist die Erstellung von Zeitrafferaufnahmen, die Prozesse zeigen, die über große Gebiete und lange Zeiträume hinweg ablaufen. Daten, die beispielsweise die Bewegung von Flüssigkeiten in Meeres- oder Luftströmungen zeigen, helfen Wissenschaftlern, besser zu verstehen, wie sich Feuchtigkeit und Wärmeenergie um den Globus bewegen.

GIS-Technologie ermöglicht es Benutzern manchmal, weitere Informationen über bestimmte Bereiche auf einer Karte abzurufen. Eine Person kann auf einen Punkt auf einer digitalen Karte zeigen, um andere im GIS gespeicherte Informationen über diesen Ort zu finden. Zum Beispiel kann ein Benutzer auf eine Schule klicken, um herauszufinden, wie viele Schüler eingeschrieben sind, wie viele Schüler auf einen Lehrer kommen oder welche Sportanlagen die Schule hat.

GIS-Systeme werden häufig zur Erstellung dreidimensionaler Bilder verwendet. Das ist z.B. für Geologen nützlich, die Erdbebenverwerfungen untersuchen.

GIS-Technologie macht die Aktualisierung von Karten viel einfacher als die Aktualisierung von manuell erstellten Karten. Aktualisierte Daten können einfach in das bestehende GIS-Programm eingefügt werden. Eine neue Karte kann dann gedruckt oder auf dem Bildschirm angezeigt werden. Damit entfällt das traditionelle Zeichnen einer Karte, das zeitaufwändig und teuer sein kann.

GIS-Jobs

Mit der GIS-Technologie arbeiten Menschen in vielen verschiedenen Bereichen. GIS-Technologie kann für wissenschaftliche Untersuchungen, Ressourcenmanagement und Entwicklungsplanung eingesetzt werden.

Viele Einzelhandelsunternehmen nutzen GIS, um zu entscheiden, wo sie ein neues Geschäft errichten wollen. Marketingunternehmen nutzen GIS, um zu entscheiden, an wen sie Geschäfte und Restaurants vermarkten und wo diese Vermarktung stattfinden soll.

Wissenschaftler verwenden GIS, um Bevölkerungsstatistiken mit Ressourcen wie Trinkwasser zu vergleichen. Biologen verwenden GIS, um die Wanderungsbewegungen von Tieren zu verfolgen.

Beamte auf Stadt-, Landes- oder Bundesebene verwenden GIS, um im Falle einer Naturkatastrophe wie einem Erdbeben oder einem Wirbelsturm ihre Reaktion zu planen. GIS-Karten können diesen Beamten zeigen, welche Stadtteile am meisten gefährdet sind, wo Notunterkünfte zu finden sind und welche Routen die Menschen nehmen sollten, um sich in Sicherheit zu bringen.

Ingenieure setzen GIS-Technologie ein, um den Entwurf, die Implementierung und die Verwaltung von Kommunikationsnetzen für die von uns verwendeten Telefone sowie die für die Internetverbindung erforderliche Infrastruktur zu unterstützen. Andere Ingenieure nutzen GIS, um Straßennetze und Verkehrsinfrastrukturen zu entwickeln.

Es gibt keine Grenzen für die Art von Informationen, die mit GIS-Technologie analysiert werden können.