4.2 Geoinformationssysteme und Rasterdaten

Geoinformationssysteme (GIS)
Der Sammelbegriff Geoinformationssysteme (GIS) hat sich als Bezeichnung für allgemein raumbezogene Datenverarbeitungssysteme etabliert (Kappas, 1994). Je nach Anwendungsbereich kommen auch die Begriffe Landinformationssystem (LIS), Rauminformationssystem (RIS), Umweltinformationssystem (UIS) bzw. Geographisches Informationssystem (GIS) vor. Im Gegensatz zu einfachen Datenbanken machen Geoinformationssysteme stets von der graphischen Datenverarbeitung mit Raumbezug und der Darstellung von ergebnisorientierten Abfragen an die Datenbank unter Formulierung von kausalen Sachzusammenhängen im Untersuchungsraum Gebrauch.

In einem GIS lassen sich unterschiedlichste Datentypen integrieren, so auch z.B. auch Fernerkundungs- oder andere Rasterdaten (samt Metadaten) mit gleichem Raumbezug mit Vektordaten sowie Internet-GIS-Servern (z.B. WMS etc.) kombiniert werden können.

Die kennzeichnenden Elemente eines GIS sind:

- Datenerfassung (Digitalisierung, Konvertierung, definierter Raumbezug)
- Datenspeicherung (dynamisch!)
- Datenverwaltung (Datenbank)
- Datenmanagement (Datenbank)
- Datenausgabe (graphisches und Metadaten Interface)
- Datentransformation (Koordinatensysteme, Raster/Vektor)
- Datenanalyse (Statistik, Toplogie, Attribute)
- Datenverschneidung und -Überlagerung (Datenbank, Graphik)
- Datenverknüpfung (Datenbank)
- Datenvalidierung (Datenbank, Graphik)
- Datenpflege (dynamisch!)
- Datendienste (Internet, Apps, Cloud-Services)

Der Datenbestand wird in unterschiedlichen raumbezogenen Ebenen strukturiert (Abb. 4.2.1), so daß syntaktische Verknüpfungen verschiedenster Datentypen (z.B. Sachdaten, FE-Daten oder Vektordaten) via Datenbank und Raumbezug möglich werden. Grundlegende Voraussetzung der Integration der Daten ist ihre Geokodierung, d.h. alle Daten sind auf ein gemeinsames räumliches Referenzsystem abgestimmt.

Häufig wird für die Verschneidung der einzelnen Ebenen die mathematische Logik der Bool'schen Algebra zugrunde gelegt. Weiterhin sind verschiedene Suchalgorithmen (dataqueries, SQL) und andere Abfragen verwirklicht. Da die Daten in Vektorform (z.B. amtliches Kataster, digitale Kartierungen) oder in Rasterform (Fernerkundung bzw. Bildverarbeitung) vorliegen können und beide Datenformen gewisse Vor- und Nachteile aufweisen, stellen moderne GIS hybriden Vektor-/Rastergraphik-Datenbank Systeme dar. Zudem existieren in modernen GIS Lösungen auch immer Anbindungen an web-basierte Internet GIS-Dienste (online GIS, Cloud-Services, Web Mapping/Processing Services etc.).

Geoinformationssysteme beinhalten leistungsfähige Werkzeuge, um die großen Datenmengen, welche für die Information, Planung, Ressourcenschutz, Umweltkontrolle (Monitoring) usw. benötigt werden, effektiv zu nutzen. Für die Fernerkundung ist diese Entwicklung in zweierlei Hinsicht wichtig:

Es gehören sowohl FE-Daten als auch daraus abgeleitete Analyse-Ergebnisse zum Datenbestand eines GIS (dabei bietet die Fernerkundung den Vorteil, daß sie flächendeckend arbeitet und Datenbestände schnell und effizient aktualisiert werden können); alle GIS unterstützen mittlerweile die multispektrale FE-Dateneinbindung sowie grundlegenden Bildverarbeitungsalgorithmen (z.B. multispektrale Klassifizierungen!). Zudem ist die Einbindung von WMS- Diensten (z.B. Orthopotomosaike oder globlaler Satellitendaten) möglich (vgl. Abb. 4.2.2a).

Die Intergration von thematisch ausgewerteten Fernerkundungsdaten und Bildverarbeitungsprodukten in ein GIS eröffnet deshalb auf längere Sicht immer wieder neue Perspektiven, wobei die momentane Entwicklung zunehmend in Richtung web-basierter Quellen zeigt. Detaillierte Einführungen in GIS verwandte Themenkreise finden sich bei Göpfert (1987), Barthelme (1995), Bill & Fritsch (1994) und Bill (2012), Shi et al. (2012) oder in den Online-Vorlesungen des Institutes für Geoinformatik (IFGI) oder den Online Diensten von z.B. ESRI.

Raster-GIS oben
Neben den hybriden Vektor-/Raster-GIS werden aber auch rein rasterbasierte Geoinformationsabfragen umgesetzt, die als integraler Bestandteil der Bildverarbeitungssoftware zur Verfügung stehen. ERDAS Imagine verfügt z.B. über eine weit entwickelte Analyse-Funktionalität, die den Begrif 'Raster-GIS' rechtfertigt. Dabei werden sogenannte Raster-Attribut-Editoren eingesetzt, die neben den wichtigen Informationen, wie Grauwert, x/y-Koordinate, Statistik, auch zusätzliche Attributierungen (z.B. Nutzungsart) zulassen und über Raster Algebra miteinander verrechnet/analysiert werden können (Abb. 4.2.2 und 4.2.5 ).

Die Rasterattribute werden in weiteren Schritten interaktiv vom Nutzer über einen Abfrage-Editor miteinander verschnitten, so daß unterschiedlichste thematische Ergebnisdatensätze erzeugt werden können (Abb. 4.2.3). Der Raster-Editor erlaubt mittels Dialog-Box auch die Verknüpfung mit Sachdaten (Tabellen); wobei so die gewohnte Funktionalität eines GIS zur Verfügung gestellt wird.

Die Ergebnisdatensätze beinhalten nun nur die gewünschten Informationen, welche bei der thematischen Verknüpfung (z.B. Bodenneigung, Nutzungstyp über Klassifikation von multispektralen Fernerkundungsdaten.....) oder zusätzlicher Kopplung mit Sachdaten-Tabellen resultieren (Abb. 4.2.4).

Neben der Dialogbox-gesteuerten Verknüpfung bietet ERDAS Imagine zusätzlich die Programmierung von Funktionalitäten mittels der Makro-Sprache EML (ERDAS Makro Language). Dieser offenen Systemgestaltung wurde sonst nur von vektordominierten GIS, wie z.B. ArcGIS (dort: VBA) angeboten. Das ERDAS-Raster-GIS erlaubt so die individuelle und umfangreiche Abfrage/Verknüpfung von Rasterattributen (Abb. 4.2.5).

Im folgenden Kapitel werden einige interessante Beispiele aus dem Bereich GIS und Geofernerkundung dargestellt.

Landsat Service für ESRI-GIS oben
Seit 2011 bietet ESRI für seine GIS-Palette einen eigenen kostelosen Imagery-Service zur Betrachtung, aber auch Einbindung von globalen LANDSAT Daten und seiner abgeleiteten Produkte an. Die API's des Landsat Services findet man unter

http://www.esri.com/software/landsat-imagery

bzw.

http://www.esri.com/software/landsat-imagery/viewer

Diese Datenbanken erlauben z.B. ein blattschnittfreies Betrachten (monitoren) von Landsat-Mosaiken über 30 Jahre hinweg.

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