Was ist GIS? Grundlagen und Gedanken zu Geoinformationssystemen im Alltag M.A. Stefan Molkentin Dr.-Ing. Alexander Adams

Was ist GIS?
Grundlagen und Gedanken zu Geoinformationssystemen
                                           im Alltag

                                M.A. Stefan Molkentin
                            Dr.-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

Digitalisierung von analogen Plänen

                              11. Juli 2007

Einbindung in GIS: hier Netzplan
Kabelfernsehen

Beispiel Einsatzplanung Feuerwehr

Beispiel Einsatzplanung Feuerwehr

Bericht für Einsatzleiter

Beispiel Schuleinzugsgebiete

Beispiel Schuleinzugsgebiete

Kommunale GIS International: Public

                      Karlstad: Kataster

Kommunale GIS International: Public

                  Karlstad: Kataster, ALB

Kommunale GIS International: Public

                      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 in Google

Beispiel GIS für Kommune in Google

Beispiel GIS für Kommune

Kommunale GIS International: Public

Kommunale GIS International: Public

                        Kristiansand: Kataster

Kommunale GIS International: Public

                     Kristiansand: Park and Ride
                     Informationen

Kommunale GIS International: Public

                     Kristiansand: Kindergärten

Kommunale GIS International: Public

                     Kristiansand: Kindergärten

Kommunale GIS International: Public

                    Kristiansand: Krankenhäuser

Kommunale GIS International: Public

                    Kristiansand: Krankenhäuser

Kommunale GIS International: Public

               Edinburgh: Online Baugenehmigung

Kommunale GIS International: Public

                  Edinburgh: Luftbilder

Kommunale GIS International: Public

            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?