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1 Geographische Daten

Ein GIS zeichnet sich durch vier Hauptkomponenten aus (1):

• Eingabe
• Verwaltung
• Analyse
• Präsentation

Die in diesem Vierkomponentenmodell vorzuhaltenden Datentypen werden in die drei Kategorien Geometrie-, Sach- und Graphikdaten mit folgenden Eigenschaften unterteilt:

Geometriedaten beschreiben die räumliche Lage von Objekten hinsichtlich ihrer Form und ihrer relativen Lage im Raum. In der Regel wird der räumliche Bezug einzelner Punkte, Linien oder Flächen über die Einbindung in ein Koordinatensystem vorgenommen, womit auch der Bezug zur realen Welt und der Metrik festliegen. Geometriedaten können als Raster- (Pixel) oder Vektordaten (Polygone / areas, Linien / lines, Punkte / sites) vorliegen (vgl. Abbildung 2).

Rasterdaten sind kontinuierlich im Raum verteilte Daten, die in einer regelmäßigen Matrixstruktur aus i.d.R. quadratischen und gleich großen Zellen angeordnet sind. Jede Zelle bekommt ein Attribut (Eigenschaft, Sachdatum) zugewiesen, das ein bestimmtes Phänomen repräsentiert (z.B. Temperatur- oder Farbwert). Die Speicherung der Zellen erfolgt über ihre Koordinaten. Ihre Anordnung lässt sich in Reihen (rows) und Spalten (columns) gliedern. Der geometrische Datenzugriff geschieht über die geographischen Koordinaten oder über die Angabe der Reihe bzw. Spalte. Das Arbeiten mit Rasterdaten ermöglicht den Einsatz und die Analyse von Fernerkundungsdaten wie Color-Infrarot-Bildern aus Befliegungen, Satellitenbildern u.a.m. Ein Nachteil von Rasterdaten ist im notwendigen Speicherbedarf und in einem entsprechend hohen Aufwand an Rechenzeit zu sehen, der mit einer Erhöhung der Auflösung exponentiell steigt. Dieser Nachteil hat aber in den vergangenen Jahren durch stetig steigende CPU-Leistungen und die größeren Plattenkapazitäten an Bedeutung verloren. Darüber hinaus sind Rasterdaten keine Nachbarschaftsbeziehungen zugeordnet, da jedes Pixel einzig durch seine eigene Lage im Koordinatensystem definiert wird.

Figure 2: Geometrie- und Sachdaten innerhalb Geographischer Informationssysteme

Vektordaten dienen zur Speicherung von Linieninformationen bzw. bei geschlossenen Linienzügen (Polygonen) zur Speicherung homogener Flächen. Eine Linie verbindet jeweils zwei Endpunkte (Knoten), die wiederum Koordinaten besitzen. Jedem Vektorobjekt können kein, ein oder mehrere Attribute (Eigenschaft) zugewiesen werden. Zur Verwaltung wird in GRASS per default das dBase Format verwendet. Es stehen aber auch Schnittstellen zu verschiedenen externen DBMS (Database Management System) zur Verfügung, also zu Datenbanken wie PostgreSQL, MySQL, Oracle etc. Im Gegensatz zu den Rasterdaten zeichnen sich Vektordaten durch ihren vergleichsweise niedrigen Speicherbedarf und entsprechend kurze Rechenzeiten bei durchgeführten Analysen aus. Anders als Rasterdaten besitzen Vektordaten eine Topologie, d.h. Linien und Flächen "`wissen"', welche Knoten sie besitzen bzw. welche Flächen an sie angrenzen.

Punktdaten (Sites) können als Sonderform der Vektordaten betrachtet werden. Sie werden zur Speicherung punktuell im Raum verteilter Informationen eingesetzt. In GRASS 6.0dieser Datentyp im Gegensatz zu den Versionen 5.0.x und 5.4 in Form von Vektorpunkten speicherbar und hat dementsprechend die Eigenschaften von Vektordaten.

Sachdaten (categories) sind Attribute, die mit den oben erwähnten Datentypen verknüpft sind. Ihre Speicherung erfolgt meist GIS-intern oder in einem über DBMI (Database Management Interface) an das GIS gekoppelten Datenbanksystem.

Graphikdaten schließlich beschreiben die Art und Weise, wie ein räumliches Objekt unter einer bestimmten Thematik an einem bestimmten Ausgabegerät (Monitor, Plotter usw.) dargestellt wird.

Über die Kombination der beschriebenen Datentypen in sogenannten Objektmodellen werden sie im GIS qualitativ und quantitativ in Beziehung gesetzt. Diese in einem GIS zu speichernden Phänomene und Objekte (Entitäten) treten ihrerseits in zwei grundsätzlichen Strukturen auf:

• kontinuierliche Erscheinungen -> flächenhaft und unbegrenzt im Raum
• diskrete Erscheinungen -> abgrenzbare Flächen und linienhafte Objekte

Die jeweils "`richtige"' Auswahl der eingesetzten Datenstrukturen beim Aufbau eines GIS ist vom Maßstab, der Raumauflösung, der Datenmenge, den Ausgangsdaten, den geplanten Analysen u.v.m. abhängig.

Innerhalb von GRASS GIS ermöglichen verschiedene Module eine Konvertierung zwischen den einzelnen Datenstrukturen. Beispielsweise können Höhenlinien, die in einem flächenhaften Geländemodell (im Rasterformat) vorliegen, als Vektorlinien abgelegt werden. Im Gegenzug kann bei der Interpolation einer aus digitalen Höhenlinien (im Vektorformat) bestehenden Karte eine geschlossene Geländeoberfläche im Rasterformat generiert werden. Je nach Auflösung erfolgt dabei jedoch eine mehr oder weniger starke Generalisierung der Ausgangsdaten (vgl. Abbildung 3).

Figure 3: Vergleich von Raster- und Vektordatentypen auf identischer Fläche