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Was ist ein geografisches Informationssystem (GIS)?
Veröffentlicht: 20. November 2023
Mitwirkende: Alexandra Jonker
GIS (Geografische Informationssysteme) sind Computersysteme, die vernetzte Visualisierungen von Geodaten – also Daten mit räumlichem Bezug zur Erde – erstellen. Ein GIS kann nicht nur Visualisierungen erstellen, sondern auch Geodaten erfassen, speichern, analysieren und verwalten.
Mit GIS können Benutzer interaktive Abfragen erstellen, räumliche Informationen analysieren, Daten bearbeiten, Karten integrieren und die Ergebnisse dieser Aufgaben darstellen. Ein GIS ist Teil der Geoinformationswissenschaft, die sich mit allen Aspekten von GIS befasst, z. B. mit Hardware und Software, Programmiersprachen, Geodaten und deren Zusammenspiel.
GIS verknüpfen und überlagern oft als unzusammenhängend geltende Datensätze, um Menschen, Unternehmen und Regierungen zu helfen, unsere Welt besser zu verstehen und bisher ungenutzte Muster und Beziehungen zu erkennen. Durch GIS-Mapping und -Analyse können Unternehmen die Entscheidungsfindung und Optimierung von Ressourcenmanagement, Asset-Management, Umweltbeurteilungen, Marketing, Lieferkettenmanagement und vielen anderen Aktivitäten verbessern.
Mit dieser Veröffentlichung möchten wir Ihnen eine Leitlinie an die Hand geben, die Sie bei Ihrer ESG-Berichterstellung unterstützen soll.
Viele der dringendsten Herausforderungen von heute können von GIS Tools und standortbasierten Informationen wie Klimawandel und Naturkatastrophen profitieren. Mit GIS können Gebäudemanager beispielsweise die Auswirkungen einer Naturkatastrophe auf die Anlagen leicht abschätzen. GIS Karten können uns auch helfen, die genaue geografische Lage von Verschmutzungsstellen im Verhältnis zu Gewässern und Feuchtgebieten zu verstehen, um gefährdete Wasservorräte zu identifizieren.
Zu den realen Anwendungen der GIS-Technologie gehören Anwendungen der folgenden Behörden:
- Die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) verwendet GIS, um die Ausbreitung von Ölverschmutzungen zu kartieren, Meeresspiegelschwankungen besser zu verstehen und Hurrikanpfade zu aufzuzeichnen.
- Die Centers for Disease Control and Prevention (CDC) verwenden GIS-Technologie, um Probleme der öffentlichen Gesundheit anzugehen, beispielsweise um die Auswirkungen des Standorts auf Krankheiten zu analysieren.
- Das LiDAR-Instrument der NASA und des GEDI-Programms der University of Maryland (Global Ecosystem Dynamics Investigation), das sich an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) befindet, trägt dazu bei, die Wälder und die Topographie der Erde besser zu verstehen.
Diese Anwendungsfälle sind die Spitze des Eisbergs, wenn es um die Leistungsfähigkeit von GIS geht. Geodatenanalysen, GIS Projekte und sich noch in der Entwicklung befindliche GIS Tools helfen Menschen, Unternehmen und Regierungsbehörden auf der ganzen Welt, bessere Entscheidungen zu treffen – von der Wettervorhersage bis zur Stadtplanung.
Eine der ersten räumlichen Analysen erfolgte im Jahr 1854, als der britische Arzt John Snow die Orte der Cholera-Ausbrüche in London und andere geografische Daten kartierte. Er entdeckte, dass es entlang von Wasserläufen zu Cholerafällen kam.1
Aber erst mit dem Aufkommen von Computern und der Computergeografie in den 60er-Jahren kam im GIS-Bereich der Durchbruch. In dieser Zeit wurde auch Esri – ein Branchenführer in der GIS-Softwareentwicklung – gegründet. Esri entwickelte viele der heute verwendeten GIS-Methoden und -Technologien, beispielsweise ArcGIS.
In den 1970er Jahren ermöglichten schnellere, billigere und fortschrittlichere Computer die Kommerzialisierung von GIS-Software. Dies und die zunehmende Verbreitung von Satelliten und der Fernerkundungstechnologie veranlassten Regierungen, Unternehmen und akademische Einrichtungen zur Einführung von GIS.
Das heutige GIS ist allgegenwärtig geworden. Open Source-GIS-Daten aus dem United States Geological Survey (USGS) und anderen Behörden sowie GIS-Anwendungen (wie QGIS) und ihre Lernprogramme sind leicht zugänglich. Außerhalb staatlicher und akademischer Einrichtungen wird GIS verwendet, um Pakete zu verfolgen, Reisen zu planen und Mitfahrgelegenheiten zu organisieren.
Geodaten beschreiben Objekte, Ereignisse oder andere geografische Merkmale mit einer Position auf oder in der Nähe der Erdoberfläche. Geodaten kombinieren Positionsdaten (z. B. Koordinaten) und Attributdaten (die Eigenschaften des Objekts, Ereignisses oder anderer geografischer Merkmale) mit Zeitdaten (die Zeit oder Lebensdauer, zu der die Position und Attribute vorhanden sind).
Geodaten enthalten große Datensätze aus verschiedenen Quellen, darunter Zähldaten und demografische Daten, Satellitenbilder (einschließlich Fernerkundungsdaten), Immobiliendaten, Wetterdaten, Mobiltelefondaten, gezeichnete Bilder und Social Media-Daten.
GIS-Apps können viele Arten von Datenformaten aufnehmen: kartografische Dateien, Tabellen, Bilder und mehr. GIS-Tools überlagern dann jede beliebige Kombination dieser Daten, um Visualisierungen und digitale Karten zu erzeugen. Diese Geodatenebenen liefern Einblicke, die weit über die Möglichkeiten von Papierkarten und traditioneller Kartografie hinausgehen.
Für Unternehmen sind Geodaten möglicherweise am nützlichsten, wenn sie mit herkömmlichen Geschäftsdaten entdeckt, geteilt, analysiert und verwendet werden können. Bei richtiger Nutzung können Geodaten Unternehmen Vorwarnungen vor bevorstehenden Änderungen, ein tieferes Verständnis von Analyselösungen und eine höhere Effizienz des Gesamtbetriebs bieten. Diese sind der Schlüssel zum Aufbau von Arbeitsplätzen der Zukunft.
GIS verwendet zwei Hauptdateiformate für Geodaten: Rasterdaten und Vektordaten.
Rasterdaten bestehen aus Gittern oder Pixelzellen mit räumlichen Informationen, die mit jeder Zelle verknüpft sind, z. B. Höhe, Temperatur oder sogar Landnutzung. Rasterdaten werden verwendet, um komplexe, hochauflösende Bilder wie Fotos und Satellitenbilder zu erstellen. Ein Satellitenbild, das durch eine Datenmatrix dargestellt wird, die die Wetterinformationen einer Stadt enthält, ermöglicht es den Bürgern beispielsweise, den Radar auf Regen zu überprüfen.
Vektordaten sind die Repräsentation eines räumlichen Elements durch seine X- und Y-Koordinaten. Die grundlegendste Form von Vektordaten ist ein Punkt. Zwei oder mehr Punkte bilden eine Linie und drei oder mehr Linien bilden ein Polygon. Google Maps – eine gemeinsame Webkarte und visuelle Repräsentation, die Vektordaten verwendet – definiert beispielsweise die Position einer Stadt anhand von Punkten, Straßen mit Linien und Gebäude oder Grenzen mit Polygonen.
Die Fernerkundung erfasst Geodaten und führt Messungen über die Erdoberfläche von oben durch. Der Prozess verwendet Fernsensoren auf Satelliten, Ballons, Drohnen und Flugzeugen, die reflektierte oder freigelegte Energie erfassen und aufzeichnen. Diese Fernerkundungsdaten können in GIS-Programme integriert werden, um den Benutzern zu helfen, datengestützte Entscheidungen über die Erde aus einer globalen Perspektive zu treffen.
Es gibt zwei Arten von Fernerkundung: aktiv und passiv.
Aktive Fernerkundung verwendet Sensoren, die ihre eigene Energie- oder Lichtquelle abgeben und dann die reflektierte Strahlung erkennen. Ein Beispiel hierfür ist LiDAR (Light Detection and Ranging), das Laserstrahlen verwendet, um Entfernungen und Bewegungen in Echtzeit zu messen.
LiDAR wird zur Erstellung von topografischen Karten sowie von präzisen 3D-Modellen verwendet, die autonome Fahrzeuge durch die Straßen leiten. Aktive Fernerkundung wird auch zur Beurteilung von Naturkatastrophen wie Lavaströmen, Erdrutschen und Überschwemmungen eingesetzt.
Passive Fernerkundung gibt keine eigene Energie ab. Vielmehr sammelt es die natürlich emittierte und reflektierte Strahlung, also die Strahlung der Sonne. Häufige Beispiele für passive Fernsensoren sind Radiometer (die elektromagnetische Strahlung messen) und Beschleunigungsmesser (die Beschleunigung messen).
Das Volumen der Fernerkundungsdaten hat in den letzten Jahren erheblich zugenommen, was vor allem auf die Zunahme von Satelliten und Verbesserungen in der Sensortechnologie zurückzuführen ist. Dies hat auch die Verwaltung von Fernerkundungsdaten zunehmend erschwert. Zur Analyse der wachsenden Menge an Fernerkundungsdaten werden KI Foundation Models eingeführt, die es Unternehmen und Regierungsbehörden erleichtern, Analysen durchzuführen und spezifische Fragen zu beantworten.
Die Geodatenanalyse identifiziert Muster und erstellt anhand von Geodaten Vorhersagen. Unternehmen können die Geodatenanalyse nutzen, indem sie GIS-Hardware und -Software einsetzen, um Visualisierungen zu erstellen, die räumliche Beziehungen darstellen, d. h. wie verschiedene Geodatenelemente zueinander in Beziehung stehen. Diese Visualisierungen können Karten, Diagramme, Statistiken und Kartogramme enthalten.
Ohne Technologie und GIS Analyse werden große Geodatensätze und die darin enthaltenen Erkenntnisse aufgrund ihrer Komplexität leicht übersehen. Die zuvor erwähnten GIS Visualisierungen stellen diese Daten in verständlichen Formaten mit erkennbaren Mustern dar.
Der leicht verständliche zusätzliche Kontext der Geodatenanalyse eröffnet neue Perspektiven für Unternehmen und ermöglicht eine fundiertere Entscheidungsfindung. Ein Versorgungsunternehmen kann beispielsweise mithilfe von Geodatenanalyse die Leistung von Hunderttausenden von Kilometern Stromleitungen analysieren, um Versorgungsunterbrechungen bei extremen Wetterbedingungen vorherzusagen, die am stärksten gefährdeten Gebiete zu ermitteln und Wartungspläne zu optimieren.
Die Geodatenanalyse vermittelt die Form und Energie einer sich verändernden Situation effektiv. Und wenn ein Unternehmen mehr räumliche Daten zu einem Szenario sammelt, wird es noch einfacher, Nuancen zu erkennen und bessere Entscheidungen auf der Grundlage dieser zu treffen.
Weiterführende Lösungen
Die IBM Environmental Intelligence Suite hilft Ihnen, Erkenntnisse über Klima und Wetter zu gewinnen, um störende Umweltbedingungen zu antizipieren, Risiken proaktiv zu managen und nachhaltigere Abläufe zu schaffen.
Mit IBM Maximo, einer integrierten Asset- und Reliabilitätsmanagementplattform, können Sie Ihre Abläufe überwachen, verwalten und warten. Im gesamten Asset-Lebenszyklus wird dadurch die Effizienz verbessert, der Ressourcenverbrauch optimiert und die Abfallerzeugung reduziert.
Ressourcen
Erfahren Sie mehr über die Arten, Herausforderungen und die Zukunft von Geodaten, wie sie Erkenntnisse liefern und Muster und Trends aufdecken.
Erfahren Sie, wie LiDAR, eine Fernerkundungstechnologie, Laserstrahlen verwendet, um präzise Entfernungen und Bewegungen in Echtzeit in einer Umgebung zu messen.
Lesen Sie, wie Geodaten heute eine Schlüsselrolle spielen, um die Tier- und Pflanzenwelt zu schützen, einen gesünderen Planeten und eine widerstandsfähigere Wirtschaft zu schaffen.
Fußnoten
1 International Journal of Epidemiology (Link befindet sich außerhalb von ibm.com), Band 42, Ausgabe 6, Dezember 2013.
