Für Geodaten werden mehrere Begriffe verwendet. Es gibt jedoch im wesentlichen Sinne drei Unterscheidungen zwischen Geodaten.

• Informationstechnische Definitionen (objektbeschreibende Daten mit Raumbezug)
• Eigenschaften der Daten (Vektordaten, Rasterdaten, Multimedia-Daten etc.)
• Herkunft der Daten (Eigentümer bzw. Anbieter: „amtliche Geobasisdaten“, „Geofachdaten“,
  „lokale Daten“)

Eine eindeutige Begriffserklärung wurde in der Welt der Geoinformationssystemen noch nicht festgelegt. Es gibt keine verbindlich genormten Begriffe, vielmehr bilden sich Arbeitsbegriffe zu den etablierten Begriffen aus.

1.1 Geodaten

Geodaten beschreiben Gegenstände, Gebäude, Geländeformen und Infrastrukturen auf der Erdoberfläche. Ein fester Bestandteil von Geodaten ist der Raumbezug, ohne den keine exakte Beschreibung von Objekten der Landschaft möglich ist.

Über ihren Raumbezug lassen sich Geodaten untereinander verknüpfen, um detaillierte Abfragen und Analysen erstellen zu können.

Eine weitere Aufteilung der Geodaten erfolgt in Geobasisdaten und Geofachdaten (Fachdaten).
Geodaten beschreiben ein Objekt, entweder direkt (durch Koordinaten) oder indirekt (z.B. durch PLZ), einer Landschaft durch seine Position im Raum.

Geodaten bestehen aus mehreren Daten, die zusammengelegt dann Geodaten ergeben. Aus informationstechnischer Sicht, können die Geodaten nun in folgende Bereiche aufgeteilt werden.

• Geometriedaten (Lage und Form der Objekte)
• Topologie (explizit gespeicherte räumliche Beziehungen)
• graphische Ausprägungen (Signaturen, Farbe, Typographie)
• Sachdaten (Daten zur Beschreibung der Semantik)

2. Datenarten und Datentypen

2.1. Klassifizierungsmöglichkeiten für Geodaten

Klassifizierungsmerkmale:

• Datentypen (Vektor, Raster)
• Datenarten (Geometriedaten, Sachdaten, Metadaten, …)
• Datenherkunft bzw. Zuständigkeit für Erfassung und Pflege (amtliche, behördliche, kommunale, private Geodaten)
• Grad der Spezialisierung (Geobasisdaten, Geofachdaten)
• Thematik (Umweltdaten, Katasterdaten, sozioökonomische Daten, topographische Daten etc.)
• Raumbezug (direkter / indirekter Raumbezug)
• Strukturierung (unstrukturiert, layerstrukturiert, objektstrukturiert, etc.)
• Modellierung (relational, objektrelational, objektorientiert)
• Erfassungsmaßstab (großmaßstäbige, kleinmaßstäbige Daten)

2.2 Vektordaten

Vektordaten sind nach Objekten strukturierte Geodaten. Es handelt sich um Punkt-, Linien und Flächenobjekte, die durch XY- Koordinaten definiert sind. Der Benutzer kann die einzelnen graphischen Objekte mit erläuternden Attributinformationen modellieren und somit zusätzliche Informationen erfassen. Dabei werden auch Objektbeziehungen abgebildet, bei denen einzelne Elemente mit Informationen wie Bezeichnung, Länge, Fläche etc. verbunden sind. Vektordaten können dadurch für die unterschiedlichsten Anwendungsgebiete verwendet werden beispielweise zur Verknüpfung mit thematischen Informationen oder als Basisinformation für die Anbindung von fachspezifischen Daten. Vektordaten sind für die Verarbeitung großmaßstäbiger Daten oder Daten hoher Genauigkeit geeignet. In GIS verwendeten Vektordaten liegt demnach immer ein Datenmodell zugrunde, das auf der Darstellung von geographischen Objekten durch kartesische Koordinaten basiert und im Allgemeinen zur Darstellung linearer Merkmale verwendet wird.

Anwendungsbereiche von Vektordaten

• großmaßstäbige Bereiche 1:500 bis 1:10000
• teilweise auch in kleineren Maßstäben (z.B. Geographie)

Vorteile von Vektordaten

• höhere Punktgenauigkeit
• weniger Speicherplatzbedarf
• effizienter Zugriff und höhere Performance
• einfache Generierung der Topologie (Knoten, Kanten, Flächen)
• homogene Datenbestände bei Transformationen
• leichte Verbindung zu Sachdaten (Attributierung, Objektdefinition)

Nachteile von Vektordaten

• hohe Rechenzeiten bei Flächenanalysen (Verschneidungen)
• hoher Erfassungsaufwand im großmaßstäbigen Bereich (Zeit und Kosten)

2.3 Rasterdaten

Rasterdaten entstehen vorwiegend durch das Scannen und anschließendes Georeferenzieren von analogen Karten, Plänen, oder Bildern. Es gibt aber auch Geräte zur Datengewinnung, die direkt Rasterdaten liefern, beispielweise digitale Sensoren in Fernerkundungssatelliten.
Ein Beispiel für Rasterdaten sind digitale Luftbilder. Rasterbilder bestehen aus einer
durch die Auflösung bestimmten Anzahl von Bildpunkten (Pixel). Jedem Bildpunkt ist dabei ein Wert zugeordnet. Durch die Summe der Bildpunkte entsteht das kartographische Gesamtbild.
Rasterdaten sind nicht nach Objekten strukturiert und eignen sich dadurch vorwiegend
als räumliche Bezugsgrundlage und Hintergrundinformation.
Unter einem Raster oder auch einem Grid (s.u.) versteht man in GIS ganz allgemein eine
Datenstruktur, die aus quadratischen Zellen besteht.

Anwendungen von Rasterdaten

• vorzugsweise in kleineren und mittleren Maßstäben, vor allem in den Bereichen Umweltanalysen,
  Planung und Satellitenbildkartographie

Vorteile von Rasterdaten

• räumliche Analysen
• zeitliche Veränderungen (Vegetation, Waldschäden, Gewässerverunreinigung usw.)
• einfache Datenstruktur (Pixelmatrix)
• Überlagerungen bei Visualisierungen

Nachteile von Rasterdaten

• unklare Grenzdefinition (Punkt/Pixel)
• begrenzte Auflösungsgenauigkeit (Pixel entspricht nicht genau einem Objekt)
• großes Datenvolumen
• begrenzte Einsatzfähigkeit im Bereich parzellenscharfer Flächenanalysen

Was ist der Unterschied zwischen Vektordaten und Rasterdaten?

• Vektordaten können in Elemente wie Punkt, Linie und Fläche zergliedert werden, die durch XY-Koordinaten definiert sind. Vektordaten beinhalten Informationen über Koordinaten (Lage/Höhe, 2D/3D), Verbindungen (Topologie), räumliche Eigenschaften (Attribute) und Darstellungsregeln (Farbe, Strichstärke, Linienart, Symbole, Flächenfüllmuster, Texthöhen usw.) Der Benutzer kann selbst Informationen hinzufügen.
  Vektordaten
• Im Gegensatz zu Vektordaten bestehen Rasterdaten aus Rasterpunkten. Rasterdaten sind zum Beispiel digitale Bilder wie Satellieten- oder Luftaufnahmen, die in der Auflösung durch ihre kleinsten Bildelemente, die Pixel limitiert sind. Die Rasterelemente sind in der Regel quadratisch geformt und von identischer Größe. Jedem Rasterelement sind ein oder mehrere Zahlenwerte zugeordnet, wie z.B. Farbinformationen (RGB, HLS), Höhenwerte und diverse Eigenschaften der Erdoberfläche.
  Die Größe des Pixels definiert bei den Rasterdaten die geometrische Genauigkeit.

Sowohl die Verwendung von Vektor- als auch die Verwendung von Rasterdaten hat Vor- und Nachteile. Rasterdaten benötigen zumeist mehr Speicherplatz als Vektordaten, dafür sind z.B. Overlay-Operationen mit Rasterdaten leichter durchzuführen.

Vektordaten wiederum können einfach als Vektorgrafik, wie sie in tradtionellen Karten verwendet wird, dargestellt werden, während Rasterdaten immer wie ein Bild mit sehr blockhaftem Aussehen erscheinen werden.

Die meisten GIS-Produkte können Raster- und Vektordaten gemeinsam verarbeiten (hybrid).

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1. GIS – Bezugssysteme [Kapitel 3]
2. Einführung in Geoinformatik und Geoinformationssysteme [Kapitel 1]
3. Grundlagen der GIS-Technologie [Kapitel 2]

Als Grundlage dient ein definiertes Raumbezugssystem, das geodätische Bezugssystem.
Dieses Raumbezugssystem wird durch ein geodätisches Referenzsystem, ein zugeordnetes Koordintensystem und einen Referenzrahmen, also bestimmte Anschlusspunkte die das Referenzsystem im GIS repräsentieren, festgelegt.

1. Was ist ein Raumbezug?

Ein Raumbezug ist ein verbindendes Element zwischen den reinen Daten und der Position bzw. Lage dieser Daten. Wenn man die Information mit ihrem Ort durch einen Raumbezug definiert, entstehen GEOdaten – örtlich referenzierte Daten.

Die Festlegung des Raumbezugs erfolgt durch die Wahl eines geodätischen Referenzsystems, das einem geeigneten Koordinatensystem zugeordnet wird.
Geodätische Referenzsysteme werden über physikalische und geometrische Festlegungen beschrieben. Diese definieren wie die Form der Erde approximiert und der Bezug zu einer Referenzfläche hergestellt wird.

1.1 Direkter und Indirekter Raumbezug

Es gibt grundsätzlich zwei Möglichkeiten einen Raumbezug zu erhalten.

Indirekter Raumbezug wird über Ortsangaben, Postanschriften, Postleitzahl, Straßenname, Anschrift, usw definiert, denen indirekt Koordinaten zugeordnet sind (sekundäre Metrik). Diese Daten werden als georeferenzierte Daten bezeichnet, da der Raumbezug erst indirekt über eine Zuordnung der Fachdaten zu Koordinaten stattfindet und diese so ihren Raumbezug erhalten.

Direkter Raumbezug wird über Koordinaten definiert (primäre Metrik).

1.2 Raumbezugssystem

Die Erde hat eine sehr komplexe Form, die sich nicht als mathematische Bezugsfläche eignet. Sie wird deshalb vereinfacht als Ellipsoid mit einem geografischen Koordinatensystem dargestellt. Dieses enthält Längen, Breiten und Höhen über dem Ellipsoid.
Bezüge dafür sind der Erdmittelpunkt, die Erdachse und der Nullmeridian von Greenwich.
Allen Koordinaten liegt ein definiertes Bezugssystem zu Grunde.
Moderne satellitengestützte Messverfahren beruhen auf weltweit anwendbaren Bezugssystemen.

Das Raumbezugssystem besteht aus einem Koordinatensystem und dem Referenzrahmen.

1.2.1 Koordinatensystem:

• 3D kartesische Koordinaten (GPS)
• Geographische Koordinaten (Breite, Länge, Höhe über Ellipsoid)
• Projektionskoordinaten (z.B. GK, UTM)

• Referenzierung des Raumbezugsystems mit wichtigen Punkten im Gelände
  • Bestimmung von Koordinaten von dauerhaften markierten Punkten im Gelände
  • Festpunktnetze

  1.3 Geodätisches Referenzsystem

  Die Form des Erdkörpers wird approximiert und eine mathematische Referenzfläche, ein Ellipsoid, erstellt.

  Hiermit wird versucht die Erdoberfläche oder zumindest einen Teil davon auf eine ebene Fläche abzubilden. Aufgrund der Krümmung der Erde in allen Richtungen ist das nur mit Einschränkungen möglich.
  Das geod. Referenzsystem wird durch das Geodätische Datum festgelegt.

  

  1.4 Geodätisches Datum

  Das geodätische Datum stellt den Bezug zwischen Ellipsoid und Erdkörper her.

  

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1. Geoinformationssysteme – Geodaten [Kapitel 4]
2. Einführung in Geoinformatik und Geoinformationssysteme [Kapitel 1]
3. Grundlagen der GIS-Technologie [Kapitel 2]

Als Geoinformatik bezeichnet man die computergestützten Methoden zur Modellierung und Analyse räumlicher Strukturen und Prozesse.
Geoinformatik befasst sich mit dem Bereitstellen von Geodaten und den darauf aufbauenden Anwendungen. Die weitere Ausführung der gewonnenen Geodaten durch computerbasierte Anwendungen, mündet in die Technik der Geoinformationssysteme (GIS). Als Geoinformation werden alle Informationen bezeichnet, die einen Bezug zu Raum und Zeit haben.

Definition: Geoinformationssystem

Ein Geoinformationssystem besteht aus Hardware und Software, die Geodaten auswerten und in speziellen Anwendungen darstellen können.
Diese Systeme basieren auf wichtigen Teilkomponenten wie das Datenmodell, die Methoden zur Analyse, eine globale Datenbank und Anwendungen (wie zB Google Earth) zur Darstellung und Visualisierung der bereitgestellten Geodaten.
Es gibt verschiedene Geoinformationssysteme für Fachanwendungen, für unterschiedlich langlebige Geodaten, für verschiedene Datenauflösungen und Systemarchitekturen.

Geoinformatik wird als Querschnittsdisziplin betrachtet

Die Geoinformatik entstand durch eine Überschneidung klassischer Fachbereiche. Die Geoinformatik bezieht ihre Daten aus Disziplinen wie Kartografie, Geodäsie, Fotogrammetrie, der Fernerkundung und der Informatik.
Die Geoinformatik wird ebenfalls in anderen Fachdisziplinen wie Geografie, Umweltplanung, Landnutzung, Agrarwissenschaften bis hin zur Medizin eingesetzt.

Die Grundlagen der Geoinformatik liefert hierbei die Informatik und die Geodäsie. Die Informatik stellt Datenbanken, Programmiersprachen und Systemarchitekturen, sowie Netzwerk- und Kommunikationstechnologien zur Verfügung.
Die Geodäsie liefert die sehr wichtigen geodätischen Bezugssysteme, die Grundlagen für Sensortechnik für Fernerkundung und Vermessung und natürlich die Kartographie.

Teilkomponenten der Geoinformatik

Die Geoinformatik ist auf 5 wichtige Komponenten angewiesen um geodätische Bezugssysteme zu erstellen:

1. modellieren und erstellen der Datenbanken
2. digital Daten erfassen
3. in Datenbanken speichern
4. Geodaten analysieren
5. Daten über Anwendungen präsentieren (Google Earth, ArcView)

Earth Viewer und ihre Folgen

Auf der einen Seite wurden Geoinformationen bis vor ein paar Jahren fast ausschließlich von nicht kommerziellen Nutzern benutzt. Seit dem Web 2.0 gibt es durch sogenannte “Earth Viewer”, ebenfalls für private Nutzer, eine Möglichkeit auf Geodaten zurückzugreifen.

Beispiele für Earth Viewer sind:

• Google Maps und Google Earth (Google)
• Virtual Earth (Microsoft)
• Map24 (Mapsolute)
• Yahoo!Maps (Yahoo)
• NASA World Wind (NASA)
• ArcWeb Explorer (ESRI)

Alle Systeme und enthaltenen Geodaten sind kostenfrei zu nutzen.

Diese Earth Viewer enthalten alle grundlegenden Funktionen zu einer Auswertung der Geodaten. Ebenfalls unterstützt Google Earth zum Beispiel eine 3D Sicht und das hinzufügen von Plug-Ins.
Für Nutzer von großem Interesse ist die Möglichkeit der Integration und Visualisierung eigener Daten in Google Earth (Punktinformationen: Points of Interest oder auch flächenhafter Rasterdaten). Diese
Daten können so auch anderen Nutzern zur Verfügung gestellt werden.
Google setzt alles daran, die Einbindung externer Datenquellen so einfach wie möglich
zu gestalten, um seinen Nutzern möglichst viel interessanten Content zur Verfügung
stellen zu können. So ist es für Nutzer klassischer Geoinformationssysteme mittlerweile
sehr einfach, ihre Daten in Google zu integrieren (in Form von Dateien über Keyhole
Markup Language-Exportschnittstellen (KML) bzw. Interoperabilität zwischen Web-GIS
und Google Earth über Open Geospatial Consortium Interfaces (OGC)).

Seit dem Aufkommen von Earth Viewern bildeten sich drei unterschiedliche Teilmärkte aus:

• Teilmarkt der Geoinformationssysteme für GIS-Experten und klassische GISAnbieter (High-End-Anwendungen).
• Teilmarkt für die breite Masse (Konsum), den die Anbieter der Earth Viewer nun bedienen und der für die klassischen GIS-Anbieter nun verloren scheint.
• Teilmarkt, der Geoinformationssysteme und Earth Viewer kombiniert

Unterschied zwischen Standard-GIS und Earth Viewer

Der wohl größte Unterschied liegt im Bedienungskomfort und Anwendungsorientierung. In Earth Viewern können dir Nutzer eigene Bilder, Videos und sonstige Informationen zu Standpunkten hinzufügen. Sie werden vorwiegend für private Zwecke benutzt und sind zur Visualisierung von Geodaten zuständig. Mit Tools wie dem Lineal und dem Pfadwerkzeug können grundlegende Streckenmessungen unternommen werden. Durch die Möglichkeit persönlich erstellte Plug-Ins einzubinden, wird die Funktionalität imens erhöht.

Standard-GIS sind lokal installierte Programme, die nicht die Benutzerfreundlichkeit in den Vordergrund stellen, sondern eine möglichst hohe Funktionalität. Das Kartenmaterial ist meist auf eigenen Servern installiert, was eine niedrigere Ausfallquote und bessere Erreichbarkeit garantiert.

Kartenmaterial lässt sich zum Beispiel selbst erstellen, oder hinzufügen. Es lassen sich auf Karten neue Straßen und Wohnflächen planen, Karten georeferenzieren und Flächenverschneidungen erstellen.
Allgemein haben Standard-GIS Programme also viel mehr Einstellungsmöglichkeiten. Das Kartenmaterial wird häufiger aktualisiert und ist genauer als bei den Earth Viewer Programmen. Viele GIS Anbieter liefern eigenes Kartenmaterial mit der Software.
Weitere Informationen finden sich auf der Homepage der ESRI-Deutschland.

Standard-GIS Programme wie die ESRI-Produkte (ArcGIS) bieten gleich mehrere Programmoberflächen. Eine für die Geodatenverwaltung (ArcCatalog), eine zum Bearbeiten, analysieren und darstellen (ArcMap) und eine Oberfläche für Geoprocessing (ArcToolbox).

Related to :

1. Grundlagen der GIS-Technologie [Kapitel 2]
2. Geoinformationssysteme – Geodaten [Kapitel 4]
3. GIS – Bezugssysteme [Kapitel 3]