GIS einfach erklärt: Daten, Layer und Analyse
Du lernst, wie ein GIS Ortsdaten verbindet, passende Formen und Ebenen nutzt und räumliche Fragen beantwortet.
Kurz gesagt
GIS bedeutet Geographisches Informationssystem. Es verbindet die Lage und Form von Objekten mit beschreibenden Angaben und kann diese Daten räumlich auswerten. Eine digitale Karte ist eine mögliche Darstellung seiner Ergebnisse.
Wo liegen bestimmte Orte, und welche davon gehören zu einem gesuchten Gebiet? Ein Geographisches Informationssystem, kurz GIS, hilft dir, solche Fragen mit Daten zu beantworten. Du lernst seine Bausteine und Arbeitsschritte kennen. Alle folgenden Übungsfälle und ihre Lageangaben sind erfunden.
Deine Lernziele
Ein GIS arbeitet mit Geodaten. Das sind Daten mit einem Bezug zu einem Ort. Sie verbinden die Geometrie, also Lage und Form eines Objekts, mit Sachdaten. Sachdaten sind beschreibende Angaben, zum Beispiel der Name oder die Nutzung eines Ortes.
Eine bloße digitale Kartenanzeige stellt ausgewählte Inhalte dar. Ein GIS kann die zugrunde liegenden Geodaten außerdem erfassen, geordnet speichern, abfragen und analysieren. Analysieren bedeutet hier, Daten gezielt auszuwerten. Eine räumliche Analyse untersucht zum Beispiel, welche Objekte innerhalb eines Gebiets liegen. Dabei können neue Informationen entstehen.
Die Ergebnisse können als Karte erscheinen, aber auch als Tabelle oder Text. Eine Karte zeigt also nur eine mögliche Darstellung. Aus ihrem Aussehen erkennst du nicht, welche weiteren Funktionen das verwendete Programm hat. In einem GIS bleiben Geometrien und zugehörige Sachdaten miteinander verknüpft.
GIS
Ein Geographisches Informationssystem erfasst, verwaltet, analysiert und präsentiert Daten mit Ortsbezug. Es verknüpft dabei Geometrien mit Sachdaten.
Merke: Eine Karte zeigt Informationen. Ein GIS kann die zugrunde liegenden Geodaten zusätzlich abfragen und räumlich auswerten.
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Ein Geoobjekt ist ein erfasstes Objekt mit Ortsbezug, etwa ein Gebäude oder ein Weg. Modellieren heißt, ein Objekt für eine bestimmte Frage vereinfacht darzustellen. Drei häufige Formen sind Punkt, Linie und Polygon.
Ein Punkt hält eine Lage fest. Er beschreibt im Modell keine ausgedehnte Fläche. Eine Linie folgt einem Verlauf; an ihr lässt sich die Länge dieses Verlaufs untersuchen. Ein Polygon beschreibt eine Fläche mit einer geschlossenen Begrenzung. Mit ihm kannst du zum Beispiel untersuchen, wie groß eine erfasste Fläche ist. Diese drei Formen sind keine vollständige Liste: Ein GIS kann auch räumliche Körper darstellen.
Die passende Form hängt von deiner Frage ab. Ein Gebäude kann für eine Übersicht der Standorte als Punkt genügen. Für die Fläche seines Grundrisses brauchst du dagegen ein Polygon. Der Grundriss beschreibt hier die vom Gebäude bedeckte Fläche.
Attribute sind die einzelnen beschreibenden Eigenschaften eines Geoobjekts. Sie gehören zu seinen Sachdaten. Ein Name oder eine Nutzung kann ein Attribut sein. Die Lage und Form gehören dagegen zur Geometrie. Die folgende Tabelle enthält erfundene Modellbeispiele.
| Geoobjekt | Gewählte Form | Passendes Attribut |
|---|---|---|
| Fahnenmast | Punkt | Höhe |
| Kanalverlauf | Linie | Name |
| Marktfläche | Polygon | Nutzung |
Beispiel: Eine Sporthalle passend modellieren
- 1Für eine Übersicht der Hallenstandorte wird die erfundene Sporthalle als Punkt erfasst.
- 2Für die Fläche ihres Grundrisses wird die Sporthalle als Polygon erfasst.
- 3Der Hallenname kann bei beiden Modellen als Attribut gespeichert werden.
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Ein Layer ist eine thematische Ebene mit geografischen Daten. Du kannst zum Beispiel eine Ebene mit Punkten und eine Ebene mit Gebietsflächen gemeinsam verwenden. In ArcGIS, einem GIS-Programm, verweist ein Layer auf eine Datenquelle. Die folgenden Übungen arbeiten mit solchen thematischen Ebenen.
Wähle die Layer nach deiner Frage aus. Für die Frage „Welche Punkte liegen innerhalb eines Gebiets?“ brauchst du die gesuchten Punkte und die Begrenzung des Gebiets als Fläche. Eine Ebene mit Straßenverläufen ersetzt weder die gesuchten Punkte noch die Gebietsfläche. Das gemeinsame Anzeigen der Ebenen führt die Abfrage noch nicht aus.
Beim Überlagern werden Ebenen räumlich übereinandergelegt, um Beziehungen zu untersuchen. Dafür müssen ihre Daten in einem gemeinsamen Koordinatensystem vorliegen. Ein Koordinatensystem ist ein festgelegter Bezugsrahmen, mit dem Zahlen die Lage eines Ortes beschreiben. Daten mit unterschiedlichen Bezügen müssen vorher passend umgerechnet werden. Ein gemeinsamer Bezug allein beweist noch nicht, dass jede Lageangabe richtig ist.
EVAP bezeichnet vier Arbeitsschritte: Erfassung, Verwaltung, Analyse und Präsentation. Du beschaffst oder übernimmst zunächst die nötigen Daten. Dann ordnest und speicherst du sie. Anschließend wertest du sie für deine Frage aus. Zum Schluss stellst du das Ergebnis verständlich dar.
| Schritt | Was tust du? |
|---|---|
| Erfassung | Du erhebst Daten oder übernimmst vorhandene Daten. |
| Verwaltung | Du ordnest und speicherst die Daten. |
| Analyse | Du untersuchst die Daten und ihre räumlichen Beziehungen. |
| Präsentation | Du zeigst das Ergebnis etwa als Karte, Tabelle oder Text. |
Merke: Die Frage bestimmt die Layer. Für eine Abfrage zu Punkten in einem Gebiet brauchst du sowohl die Punktdaten als auch die Gebietsfläche.
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Ein GIS wertet die verwendeten Daten aus. Fehlt ein Objekt im Eingabedatensatz, also in den Daten für die Abfrage, kann diese Abfrage es nicht finden. Die Analyse ergänzt fehlende Standorte nicht von selbst. Ein Ergebnis kann deshalb für die erfassten Daten richtig sein und trotzdem die Wirklichkeit unvollständig beschreiben.
Auch die gewählte Darstellung setzt Grenzen. Wird ein ausgedehntes Gelände durch einen Punkt vertreten, prüft eine Punktabfrage die Lage dieses Punktes. Sie ermittelt weder die Fläche des Geländes noch den Anteil innerhalb einer Suchfläche. Eine Suchfläche ist hier das Gebiet, für das du Objekte suchst. Liegt der Punkt außerhalb, kann trotzdem ein Teil des echten Geländes innerhalb liegen.
Eine Annahme ist hier eine Festlegung, mit der du arbeitest. Dazu gehört zum Beispiel, ob ein Punkt für die untersuchte Frage als Darstellung eines Geländes genügt. Prüfe außerdem, ob wichtige Objekte fehlen, ob die Angaben noch aktuell sind und ob die Lagen stimmen. Ältere Daten können weiterhin passen oder inzwischen veraltet sein. Das Alter allein entscheidet darüber nicht.
Ein verständliches Ergebnis nennt deshalb auch seine Grundlage und Grenzen: Welche Daten wurden verwendet? Welche Formen wurden gewählt? Was kann die Abfrage damit beantworten?
Beispiel: Ein Schaukasten fehlt in den Daten
- 1Ein erfundener Schaukasten steht innerhalb des untersuchten Ortsgebiets.
- 2In den verwendeten Punktdaten fehlt sein Standort.
- 3Die Abfrage der erfassten Schaukastenpunkte im Ortsgebiet kann diesen Schaukasten nicht finden.
Merke: Eine richtige Auswertung macht unvollständige Daten nicht vollständig. Ein Punktmodell beantwortet Fragen zur Punktlage, nicht zur gesamten Geländeausdehnung.
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Alles auf einen Blick
GIS
Es verknüpft Geometrien mit Sachdaten und ermöglicht räumliche Auswertungen.
Punkt, Linie oder Polygon werden passend zur untersuchten Frage gewählt.
Für eine räumliche Überlagerung brauchen die verwendeten Ebenen einen gemeinsamen Koordinatenbezug.
Auf Erfassung und Verwaltung folgen Analyse und Präsentation.
Fehlende Daten und vereinfachte Formen begrenzen, was ein Ergebnis über die Wirklichkeit aussagt.
Infotafeln in einem Museumsgarten bestimmen
- 1Frage: Welche erfassten Infotafeln liegen innerhalb des erfundenen Museumsgartens?
- 2Erfassung: Die erfundenen Übungsdaten enthalten die Gartenbegrenzung als Polygon und drei Infotafeln als Punkte. „Rose“ und „Buche“ liegen klar innerhalb, „Kiefer“ liegt außerhalb. Kein Punkt liegt auf der Grenze.
- 3Verwaltung: Wir ordnen die Daten in einen Layer mit Infotafel-Punkten und einen Layer mit der Gartenfläche. Beide verwenden dasselbe Koordinatensystem. Die Tafelnamen sind Attribute.
- 4Analyse: Wir prüfen für jeden erfassten Punkt, ob er innerhalb der Gartenfläche liegt. Die Abfrage wählt „Rose“ und „Buche“ aus.
- 5Präsentation: Ein Ergebnistext nennt die beiden ausgewählten Infotafeln und ihre Anzahl: zwei Infotafeln.
- 6Grenze: Das Ergebnis beschreibt die erfassten Punkte. Ob weitere Infotafeln in den Daten fehlen, zeigt diese Abfrage nicht.
Fehler finden
Fehler in Zeile 3Die falsche Zeile verwechselt die Punktlage mit der Ausdehnung des Geländes. Richtig: Die Abfrage nimmt den Punkt nicht auf, weil er außerhalb der Suchfläche liegt.
Lückentext
Für die Fläche eines erfundenen Schulhofs wird seine gesamte Begrenzung erfasst. Dafür passt ein . Im EVAP-Ablauf heißt der Schritt, in dem du räumliche Beziehungen auswertest, . Bei einer Abfrage zu Punkten innerhalb einer Suchfläche fehlt ein dort gelegener Standort im Datensatz. Im Ergebnis bleibt dieser Standort .