L2: What is GIS? -- Skript¶
Definition Geoinformation und GIS¶
Slides 5--10 | Altfrage: "Definition of GIS"
Die zweite Vorlesung beginnt mit einer der zentralsten Definitionen des gesamten Kurses. Geoinformation (Geoinformation) befasst sich mit jeder Art von Informationssystem (Information System), das geographische Information integriert, speichert (store), bearbeitet (edit), analysiert (analyze), teilt (share) und visualisiert (visualize). Diese Definition ist eine direkte Altfrage und wurde vom Professor mit besonderem Nachdruck behandelt: "This definition, this is one that you should know each and every time I ask you. No matter when I wake you up, at 04:00 in the mornings."
Auf Slide 6 sieht man ein konkretes Beispiel dafuer, wie Geoinformation in der Praxis aussieht: eine 3D-Kartenansicht mit Points of Interest, die auf einem mobilen Geraet dargestellt wird. Geoinformation ist also laengst kein abstraktes Konzept mehr, sondern begegnet uns taeglich -- ob bei der Hotelsuche, der Navigation oder der Standortfreigabe in sozialen Netzwerken.
Auf Slide 8 wird deutlich, dass Unternehmen wie Facebook, Google, Instagram, Flickr oder Foursquare allesamt Geodaten von ihren Nutzern sammeln. Diese Plattformen betreiben im Grunde Geoinformationssysteme, auch wenn die meisten Nutzer das nicht bewusst wahrnehmen. Die dabei entstehenden Datenmengen sind enorm -- Stichwort Big Data.
Ein Geographic Information System (GIS) ermoeglicht es, Daten zu visualisieren, zu hinterfragen (question), zu analysieren und zu interpretieren, um Beziehungen, Muster und Trends zu verstehen. Dabei gilt eine haeufig zitierte Faustregel: Ca. 80 % aller Daten weltweit haben eine raeumliche Dimension (spatial dimension). Das bedeutet nicht, dass jeder Datensatz eine Koordinate enthalten muss -- auch Adressen, Postleitzahlen oder Ortsnamen genuegen, um einen Raumbezug herzustellen.
Auf Slide 10 wird ausserdem der Fuenf-Schritte-Prozess (Five-Step Process) vorgestellt, mit dem GIS auf geographische Problemstellungen angewendet wird: Ask (eine geographische Frage formulieren), Acquire (die notwendigen Daten beschaffen), Examine (die Daten pruefen und aufbereiten), Analyze (die Daten analysieren) und Act (auf Basis der Ergebnisse handeln). Dieser Prozess bildet das methodische Grundgeruest fuer die Arbeit mit GIS.
Vorteile von Geoinformation¶
Slides 11--21
Warum lohnt sich der Einsatz von Geoinformation? Die Vorlesung nennt fuenf zentrale Benefits (Vorteile), die den Wert von GIS fuer Organisationen und Gesellschaft verdeutlichen.
Der erste Vorteil sind Kosteneinsparungen (Cost Savings). Auf Slide 11 sieht man ein Beispiel fuer Flottenmanagement und Routenoptimierung. GIS wird breit eingesetzt, um Wartungsplaene und taegliche Fahrzeugbewegungen zu optimieren. Typische Implementierungen fuehren zu Einsparungen von 10 bis 30 Prozent der Betriebskosten -- durch weniger Treibstoffverbrauch, effizientere Personalplanung und besseren Kundenservice.
Der zweite Vorteil ist bessere Entscheidungsfindung (Better Decision Making). Auf Slide 12 sieht man eine Hurrikan-Vorhersagekarte, die zeigt, wie GIS standortbezogene Entscheidungen unterstuetzt. GIS ist die Schluesseltechnologie, wenn es um Standortwahl, Routenplanung, Evakuierungsplanung oder Naturressourcenmanagement geht. Die richtige Entscheidung ueber einen Standort kann fuer den Erfolg einer Organisation entscheidend sein.
Der dritte Vorteil ist verbesserte Kommunikation (Improved Communication). GIS-basierte Karten und Visualisierungen helfen dabei, komplexe Situationen verstaendlich darzustellen. Sie funktionieren wie eine universelle Sprache, die die Kommunikation zwischen verschiedenen Teams, Abteilungen, Disziplinen und der Oeffentlichkeit foerdert. Auf den Slides 13 bis 15 sieht man Beispiele: eine topographische Karte der Schweiz, eine thematische Karte zur Bevoelkerungsveraenderung in den USA und eine Fahrradkarte von Portland.
Der vierte Vorteil ist bessere Datenhaltung (Better Record Keeping). Viele Organisationen fuehren autoritative Aufzeichnungen ueber den Zustand und die Veraenderung geographischer Gegebenheiten -- etwa im Katasterwesen. GIS bietet dafuer ein robustes Framework.
Der fuenfte Vorteil ist geographisches Management (Managing Geographically). GIS ermoeglicht es, zu verstehen, was gerade geschieht und was in Zukunft geschehen wird. Daraus lassen sich Handlungsempfehlungen ableiten, die die Arbeitsweise ganzer Organisationen transformieren koennen.
Was ist ein GIS? -- Geographic, Information, System¶
Slides 35--39 | Altfrage: "Definition GIS"
Im zweiten Teil der Vorlesung wird der Begriff GIS systematisch in seine drei Bestandteile zerlegt. Auf Slide 35 sieht man die Aufschluesselung: Geographic bezieht sich auf einen spezifischen Ort auf oder in Relation zur Erdoberflaeche (Earth's surface). Die zentrale Frage lautet immer: Wo ist etwas? Wo ist etwas passiert? Wo wird etwas passieren? Information meint Daten, denen durch Interpretation ein Wert hinzugefuegt wurde. Im Kontext von GI bezieht sich Information auf Messungen, Karten, Bilder, Sounds und andere Darstellungen der Erdoberflaeche. System bezeichnet ein computergestuetztes System, das dafuer ausgelegt ist, eine breite Palette an Funktionen auf und mit geographischer Information auszufuehren.
Auf Slide 36 wird die Bedeutung von Location (Standort) hervorgehoben. Geographische Lage ist ein wichtiges Attribut von Aktivitaeten, Policies, Strategien und Plaenen. Geographische Probleme beinhalten immer einen Aspekt der Verortung -- entweder in den Informationen, die zur Loesung herangezogen werden, oder in den Loesungen selbst.
Auf Slide 38 sieht man das Beispiel des Tohoku-Erdbebens und -Tsunamis von 2011. Die Karte zeigt die vorhergesagten Tsunami-Wellenhoehen und die Ausbreitungszeiten ueber den Pazifik. GI Science und GI Systems waren integraler Bestandteil der Katastrophenreaktion und des Wiederaufbaus -- ein eindrucksvolles Beispiel dafuer, wie Location-basierte Analyse Leben retten kann.
Spatial is Special¶
Slides 40--41
Eine der wichtigsten begrifflichen Unterscheidungen der gesamten Vorlesung betrifft die drei Adjektive Geographic, Spatial und Geospatial. Auf Slide 40 wird das klar aufgeschluesselt: Geographic bezieht sich spezifisch auf die Erdoberflaeche und die oberflaechennahen Bereiche (Earth's surface and near-surface). Spatial hingegen bezieht sich auf jeden beliebigen Raum -- nicht nur die Erdoberflaeche, sondern auch den Weltraum, Molekuelstrukturen oder Indoor-Umgebungen. Geospatial ist eine Teilmenge (Subset) von Spatial, die spezifisch auf die Erdoberflaeche angewendet wird. Es gilt also: Geospatial ist ein Subset von Spatial. Spatial Analysis (raeumliche Analyse) bezeichnet die Anwendung von Analysetechniken auf geographische und nicht-geographische Raeume.
Der Prof betont ausdruecklich, dass es im Deutschen diese Unterscheidung nicht gibt, da "raeumlich" sowohl Geographic als auch Spatial abdeckt: "In German, there is no differentiation between those two. But in English, there is. And if you talk to people in the scientific community, there is a stark difference."
Auf Slide 41 wird das Leitmotiv der gesamten Vorlesung formuliert: "Spatial is special." Fast alle menschlichen Aktivitaeten und Entscheidungen haben eine geographische Komponente. Die Arbeit mit geographischer Information ist entscheidend fuer das Verstaendnis sowohl der physischen als auch der menschlichen Geographie und umfasst einzigartige, komplexe und schwierige Entscheidungen.
Data -- Information -- Knowledge¶
Slides 42--44
Die Hierarchie von Data, Information und Knowledge ist ein zentrales Konzept, das in der Pruefung abgefragt werden kann. Die drei Stufen bauen aufeinander auf und beschreiben den Weg von rohen Fakten zu anwendbarem Wissen.
Data (Daten) sind Zahlen oder Text, die nahezu kontextfrei (context-free) sind. Es handelt sich um rohe geographische Fakten -- zum Beispiel eine Temperaturmessung an einem bestimmten Ort. Auf technischer Ebene werden Daten als Bitstrom (Binary 1, 0) uebertragen. Auf Slide 43 wird das anschaulich dargestellt: Informationssysteme helfen uns, "what we know" zu verwalten, indem sie Daten organisieren und speichern (organize and store), zugaenglich machen (access and retrieve), manipulieren und synthetisieren (manipulate and synthesize) sowie auf die Loesung von Problemen anwenden (apply to the solution of problems).
Information entsteht, wenn Daten durch Interpretation in einen Kontext gesetzt werden und dadurch einen Wert erhalten. Eine nackte Zahl wie "23,5" ist ein Datum; erst wenn man weiss, dass es sich um die Temperatur in Grad Celsius um 14:00 Uhr in Salzburg handelt, wird daraus Information.
Knowledge (Wissen) ist Information, der durch Interpretation im jeweiligen Kontext, durch Erfahrung und Zweckbezug ein weiterer Wert hinzugefuegt wurde. Information wird erst zu Wissen, wenn sie gelesen und verstanden wurde -- wenn also ein Mensch die Information aufnimmt und in sein Verstaendnis der Welt integriert.
Auf Slide 44 sieht man den zentralen Leitsatz dieser Vorlesung: "Knowledge about how the world works is more valuable than knowledge about how it looks, because it can be used to predict." Das heisst: Es geht in der Geoinformatik nicht nur darum, die Welt abzubilden, sondern darum, die Prozesse dahinter zu verstehen, um Vorhersagen treffen zu koennen.
Komponenten eines GISystems¶
Slide 47 | Prof-Tipp
Auf Slide 47 sieht man die sechs Komponenten eines Geographic Information Systems, die der Prof explizit als pruefungsrelevant markiert hat. Ein GIS besteht aus Hardware (die physischen Computersysteme), Software (die GIS-Anwendungen, die Funktionen zur Verarbeitung geographischer Daten bereitstellen), Network (die Netzwerkinfrastruktur, die alle Komponenten verbindet), Data (die geographischen Daten im System), People (die Menschen, die mit dem System arbeiten) und Procedures (die Verfahren und Methoden zur Datenanalyse und Kartenerstellung).
Der Prof hebt besonders die Komponente People hervor: "Without people, geographic information system is useless because it's a system that basically serves the people." Ein GIS wird nicht um seiner selbst willen betrieben, sondern um Probleme zu loesen, die die menschliche Gesellschaft betreffen. Ohne Menschen, die Fragen stellen, Ergebnisse interpretieren und Entscheidungen treffen, bleibt das System nutzlos.
GI-Technologie¶
Slide 48
Auf Slide 48 wird der erweiterte Begriff der GI Technology (GI-Technologie) eingefuehrt. GI-Technologie ist mehr als nur Software -- sie ist eine Kombination aus vier Bestandteilen: erstens GI Software, also ein Softwareprodukt, das wohldefinierte Funktionen zur Verarbeitung geographischer Daten ausfuehrt; zweitens digitale Repraesentationen (Digital Representations) von Aspekten der realen Welt, also die geographische Information selbst; drittens die GI Community, die Gemeinschaft von Menschen, die diese Werkzeuge fuer verschiedene Zwecke einsetzen; und viertens die Aktivitaet des "Doing GIS", also der tatsaechliche Einsatz von GI-Systemen zur Problemloesung oder zur Weiterentwicklung der Wissenschaft.
Dieses erweiterte Verstaendnis ist wichtig, weil es zeigt, dass GI-Technologie kein isoliertes technisches Artefakt ist, sondern ein soziotechnisches System aus Werkzeugen, Daten, Menschen und Praktiken.
Geschichte der GI-Technologie¶
Slides 49--53
Die Geschichte der GI-Technologie wurde vom Professor ausfuehrlich behandelt und beginnt in den Mitte der 1960er Jahre mit dem Canada Geographic Information System -- dem weltweit ersten GIS. Es wurde von Roger Tomlinson entwickelt und diente der Erfassung und Verwaltung der Landnutzung und natuerlichen Ressourcen Kanadas (Land-use Management, Resource Monitoring). Tomlinson gilt daher als "Vater des GIS". Auf Slide 50 sieht man sein Portrait neben einer historischen Weltkugel.
Ebenfalls in den spaeten 1960er Jahren entwickelte das U.S. Bureau of the Census das System DIME (Dual Independent Map Encoding). Es schuf digitale Aufzeichnungen aller US-Strassen fuer die automatische Referenzierung und Aggregation von Zensusdaten -- ein Meilenstein der digitalen Kartographie.
Auf Slide 51 sieht man weitere Schluessselfiguren: Ian McHarg veroeffentlichte "Design with Nature" und fuehrte damit die theoretischen Grundlagen der Spatial Analysis ein, insbesondere das Overlay-Konzept (Verschneidung thematischer Layer). Jack Dangermond gruendete das Environmental Systems Research Institute (ESRI), das heute mit rund 10.000 Mitarbeitern weltweit Marktfuehrer fuer GIS-Software ist. An der Harvard University wurde im Laboratory for Computer Graphics and Spatial Analysis in den 1970er Jahren das ODYSSEY GIS entwickelt -- eines der ersten universell einsetzbaren Geoinformationssysteme.
Auf Slide 52 wird die Rolle des Militaers und der Fernerkundung (Remote Sensing) beleuchtet. Militaerische Spionagesatelliten der 1950er Jahre fuehrten in den fruehen 1970er Jahren zu zivilen Systemen wie Landsat. Auch das GPS (Global Positioning System) ist eine militaerische Entwicklung der USA, die bis heute unter US-Militaerkontrolle steht. Europa hat mit dem Galileo-System eine eigene Alternative geschaffen. Viele technische Entwicklungen in der Geoinformatik haben ihren Ursprung im Kalten Krieg.
Auf Slide 53 sieht man die juengere Entwicklung: In den fruehen 1980er Jahren begann der Take-off der modernen GI-Technologie, als der Preis leistungsfaehiger Computer unter eine kritische Schwelle fiel. Computer fuer 250.000 Dollar und Software fuer 100.000 Dollar wurden fuer grosse Ressourcenmanager erschwinglich. Post-2000 praegen Big Data, Crowdsourced Data, Cloud Infrastructure, GPU Computing und kuenstliche Intelligenz (GeoAI) das Feld.
Open Data¶
Slide 57 | Altfrage (20 Punkte!)
Auf Slide 57 wird das Thema Open Data aus der Government Perspective eingefuehrt. Public Sector Information (PSI) bezeichnet Informationen des oeffentlichen Sektors, die in der Erstproduktion oft teuer, aber in der Reproduktion guenstig sind. Open Data sind Daten, die von jedem frei genutzt, wiederverwendet und weiterverbreitet werden koennen -- mit hoechstens der Auflage der Namensnennung (Attribution) und Weitergabe unter gleichen Bedingungen (Share-alike).
Altfrage: Open Data ist in der Pruefung mit ca. 20 Punkten bewertet. In L2 wird das Thema nur eingefuehrt; es gibt eine eigene Vorlesung am 09.06.2026, die das Thema ausfuehrlich behandelt. Fuer die Pruefung sollte man aber bereits die hier gegebene Grunddefinition sicher beherrschen.
Neogeography und Societal Perspective¶
Slides 59--60
Der Begriff Neogeography beschreibt Entwicklungen in Web Mapping und Spatial Data Infrastructures (SDI), die es auch Nicht-Experten ermoeglichen, geographische Informationen online zusammenzustellen, zu teilen und damit zu interagieren. Auf Slide 59 sieht man das wichtigste Beispiel: OpenStreetMap -- eine frei nutzbare globale Kartendatenbank, die durch die Assimilation digitalisierter Satellitenbilder mit von Freiwilligen gelieferten GPS-Tracks erstellt wurde.
Auf Slide 60 wird die gesellschaftliche Dimension beleuchtet. Heute sind wir uns selten bewusst, dass wir "GIS betreiben" (doing GIS) -- Google Maps wird als selbstverstaendlich angesehen. Gleichzeitig gibt es ernsthafte gesellschaftliche Bedenken: Internet-Konzerne nutzen Cookies, die unsere Standorte und Online-Identitaeten preisgeben. Es gibt akademische Kritik daran, dass GIS bestimmte Phaenomene und Perspektiven bevorzugt, teils fuer ethisch fragwuerdige Zwecke eingesetzt wird und das Feld eher von Technologie und Markt als von menschlichen Beduerfnissen getrieben wird. Diese Spannungsfelder zwischen Nutzen und Privacy, zwischen technologischem Fortschritt und ethischer Verantwortung sind ein wiederkehrendes Thema der Geoinformatik.
GISystem vs. GIScience¶
Slides 61--62
Die Vorlesung schliesst mit einer der wichtigsten konzeptuellen Unterscheidungen des Fachgebiets: GISystems versus GIScience. Auf Slide 61 wird das klar definiert: GISystems sind eine Technologie zum Sammeln (collecting), Verwalten (managing), Speichern (storing), Analysieren (analysing) und Visualisieren (visualizing) geographischer Information. Ein GIS ist also ein praktisches Werkzeug (Tool) zur Problemloesung.
GIScience hingegen ist ein fundamentales Forschungsfeld, das die Repraesentation, Speicherung, Analyse und Visualisierung geographischer Information untersucht (Longley et al., 2005). Der Prof fasst den Unterschied praegenant zusammen: "The science behind the systems. The science about GISystems, not with GISystems." GIScience liefert also die wissenschaftlichen Grundlagen, auf denen die Systeme aufbauen.
Auf Slide 62 sieht man die Forschungsagenda des University Consortium for GISc (UCGIS), die die Breite des Feldes verdeutlicht: Spatial Data Acquisition and Integration, Cognition of Geographic Information, Scale, Extensions to Geographic Representations, Spatial Analysis and Modeling, Uncertainty, Geographic Visualization, Geospatial Data Mining und vieles mehr. GIScience wurde in den 1990er Jahren als eigenstaendige Disziplin etabliert und umfasst heute ein breites Spektrum an Forschungsthemen, die weit ueber die reine Softwareentwicklung hinausgehen.