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Dem Raum auf der Spur – Einsatz von Web-GIS und Google Earth

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Dem Raum auf der Spur – was Web-GIS und Google Earth sichtbar machen

Bevor du an einen unbekannten Ort reist, schaust du ihn dir wahrscheinlich vorher im Internet an: Wo liegt die Jugendherberge, wie weit ist es zum Strand, gibt es in der Nähe einen Supermarkt? Innerhalb von Sekunden kannst du vom ganzen Kontinent bis auf ein einzelnes Hausdach zoomen. Du nutzt dabei ein Werkzeug, mit dem auch Stadtplanende, die Feuerwehr und Klimaforschende arbeiten. In diesem Text lernst du, wie digitale Geomedien aufgebaut sind, worin sich ein Satellitenbild von einer Karte unterscheidet und wie du mit einem Web-GIS räumliche Fragen selbst beantworten kannst – zum Beispiel, wo in deiner Stadt ein neuer Fahrradweg gebraucht wird.

Vom Satellitenbild zur Karte – zwei verschiedene Blicke

Öffne Google Earth im Internet und suche das Rheinische Braunkohlerevier westlich von Köln. Du siehst gewaltige Gruben und Halden. Wechselst du auf die Basiskarten-Ansicht desselben Ausschnitts, verschwinden diese Details – dafür erkennst du Grenzen und Straßen sehr deutlich. Beide Darstellungen zeigen denselben Raum, aber nicht dasselbe.

Ein Satellitenbild ist eine bildhafte Darstellung von Daten, die Satellitensensoren aus dem All von der Erdoberfläche erfassen. Es zeigt alles, was zum Aufnahmezeitpunkt sichtbar war, ohne Auswahl und ohne Signaturen. Bei starkem Hineinzoomen sieht man in digitalen Globen meist Luftbilder, also Aufnahmen aus Flugzeugen. Eine Karte ist ein maßstäblich verkleinertes, verebnetes und generalisiertes Modell: Unwichtiges wird weggelassen, Wichtiges durch Signaturen betont.

Genau diese Generalisierung ist die Stärke der Karte. Ein Luftbild einer Innenstadt zeigt jedes Auto, sagt dir aber nicht auf einen Blick, welche Straße eine Hauptverkehrsachse ist. Umgekehrt zeigt dir das Bild Veränderungen, die in keiner Karte stehen – etwa ein neues Wohngebiet auf einem ehemaligen Acker. In der Praxis kombiniert man deshalb beides.

Die Bilder in digitalen Globen sind unterschiedlich alt. Das Aufnahmedatum findest du meist unten am Bildrand. Über das Uhrsymbol oder das Menü Ansicht → Historische Bilder öffnest du den Zeitschieberegler. So kannst du ältere Aufnahmen desselben Orts abrufen und Veränderungen im Verlauf mehrerer Jahre verfolgen.

Hier siehst du ein Satellitenbild der Insel Terschelling in der Nordsee von 2023:

Satellitenbild Terschelling

Koordinaten – die Adresse jedes Punktes der Erde

Damit ein Computer weiß, wo etwas liegt, reicht ein Ortsname nicht aus – allein in den USA gibt es Dutzende Orte namens Springfield. Verwendet wird deshalb das Gradnetz aus geografischer Breite und Länge. Der Gipfel des Kilimandscharo liegt bei etwa 3° 04' südlicher Breite und 37° 21' östlicher Länge. Gibt man die Koordinaten im passenden Format ( 3°04'S 37°21'E) in das Suchfeld einer Karten-App ein, springt die Ansicht exakt dorthin.

Georeferenzierung bedeutet, dass jedem Objekt oder Bildpunkt eindeutige Koordinaten zugewiesen werden. Erst dadurch lassen sich verschiedene Datensätze lagegenau übereinanderlegen.

Deine eigene Position ermittelt das Smartphone über Satellitensignale. Umgangssprachlich sprechen viele von GPS, das ist jedoch nur das US-amerikanische System. Daneben existieren das europäische Galileo, das russische GLONASS und das chinesische BeiDou. Das Gerät empfängt Signale mehrerer Satelliten und berechnet aus den Laufzeitunterschieden seinen Standort. Zwischen hohen Häusern oder im Wald wird die Ortung ungenau, weil Signale abgeschirmt oder reflektiert werden.

Ein GIS besteht aus Ebenen

Der eigentliche Sprung von der digitalen Karte zum Analysewerkzeug liegt in einer einfachen Idee: Informationen werden nicht in ein Bild gezeichnet, sondern in getrennten Schichten gespeichert, die du einzeln ein- und ausschalten kannst.

Ein Geoinformationssystem (GIS) ist ein Computersystem, mit dem sich raumbezogene Daten erfassen, in Ebenen (Layern) speichern, verknüpfen, auswerten und darstellen lassen. Läuft es im Browser, ohne Installation, spricht man von einem Web-GIS.

Eine Ebene kann zum Beispiel Schulen zeigen. Dabei wird gespeichert, wo eine Schule liegt und welche Eigenschaften sie hat, etwa die Schulart oder die Zahl der Schülerinnen und Schüler. Besonders nützlich wird ein GIS, wenn mehrere Ebenen miteinander kombiniert werden. So lässt sich zum Beispiel herausfinden, welche Schulen in einem Überschwemmungsgebiet liegen oder welche Häuser nahe an einer stark befahrenen Straße stehen. Das GIS vergleicht dafür die räumlichen Informationen der verschiedenen Ebenen.

Web-GIS im Einsatz – von der Standortsuche bis zum Katastrophenschutz

Wie ein Web-GIS Entscheidungen unterstützt, zeigt die Standortsuche eines Unternehmens, das eine neue Logistikhalle bauen möchte: Das Unternehmen legt Bedingungen fest – etwa „Autobahnanschluss unter zehn Kilometern, mindestens fünf Hektar Fläche, kein Naturschutzgebiet“. Solche Eigenschaften eines Ortes nennt man Standortfaktoren. Das GIS legt die passenden Datenebenen übereinander und filtert alle Flächen heraus, die eine Bedingung nicht erfüllen. Übrig bleibt eine Handvoll geeigneter Standorte. Das GIS trifft die Entscheidung nicht selbst, aber es nimmt den Menschen die aufwendige Vorsortierung ab.

Auf ähnliche Weise helfen Web-GIS-Systeme Hilfsorganisationen nach Katastrophen wie Erdbeben oder Wirbelstürmen: Aktuelle Satellitenbilder werden mit älteren Aufnahmen verglichen, um zerstörte Gebäude und blockierte Straßen zu kartieren. Die Ergebnisse fließen direkt in ein Web-GIS, das Rettungskräfte vor Ort auf ihrem Smartphone abrufen können. Freiwillige aus aller Welt tragen dabei Gebäudeumrisse in offene Karten ein (Crowdmapping) – eine digitale Kartenarbeit, an der du dich mit einem Computer sogar selbst beteiligen kannst.

Grenzen und kritischer Blick

Digitale Geomedien wirken durch ihre saubere Darstellung objektiv, sind es aber nicht. Drei Punkte solltest du dir merken:

  • Die Daten sind nicht immer aktuell und unterschiedlich genau. Ein Bild von 2019 zeigt kein Neubaugebiet von 2024.
  • Jede Darstellung enthält Entscheidungen: Welche Ebenen werden angeboten, welche Farben und Klassengrenzen gewählt? Eine Einkommenskarte kann beispielsweise völlig anders aussehen, je nachdem, in wie viele Stufen die Legende unterteilt ist.
  • Jede Flächenkarte der Erde ist verzerrt, weil sich eine Kugel nicht ohne Fehler auf einer Ebene abbilden lässt. In der weit verbreiteten Mercator-Darstellung erscheint Grönland etwa so groß wie Afrika, obwohl Afrika in Wirklichkeit rund vierzehnmal größer ist.

Hinzu kommt der Datenschutz. Wer einen Standortdienst nutzt, hinterlässt eine Spur seiner Bewegungen. Solche Daten sind wirtschaftlich wertvoll, weil sich daraus Wohnort, Arbeitsweg und Gewohnheiten ableiten lassen. Deshalb lohnt es sich zu prüfen, welchen Apps du dauerhaften Zugriff auf deinen Standort erlaubst.

Ausblick – das lernst du nach dem Einsatz von Web-GIS und Google Earth

Vertiefe dein Wissen zur Kartenarbeit und wiederhole noch einmal die verschiedenen Kartentypen sowie die Arbeit mit einem Atlas.

Zusammenfassung zum Thema Einsatz von Web-GIS und Google Earth

  • Ein Satellitenbild bildet die Erdoberfläche unbearbeitet ab, eine Karte ist ein generalisiertes Modell, das einige Details weglässt und Wichtiges durch Signaturen hervorhebt.
  • Georeferenzierung ordnet jedem Objekt Koordinaten aus geografischer Breite und Länge zu. Erst dadurch lassen sich Daten lagegenau übereinanderlegen.
  • Die Standortbestimmung erfolgt über Satellitensysteme wie GPS, Galileo, GLONASS und BeiDou, wobei Bebauung und Bewuchs die Genauigkeit verringern.
  • Ein Geoinformationssystem (GIS) speichert Daten in Ebenen, die jeweils aus Geometriedaten (Lage und Form) und Sachdaten (Eigenschaften) bestehen. Ein Web-GIS läuft im Browser.
  • Durch das Verschneiden von Ebenen lassen sich räumliche Fragen beantworten, etwa bei der Suche nach einem Standort anhand von Standortfaktoren oder bei der Einsatzplanung nach Naturkatastrophen.
  • Digitale Karten sind nicht neutral: Aktualität, Klassengrenzen der Legende und die Verzerrung der Kartenabbildung beeinflussen das Bild und Standortdaten berühren den Datenschutz.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Einsatz von Web-GIS und Google Earth

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Dem Raum auf der Spur – Einsatz von Web-GIS und Google Earth Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Lerntext Dem Raum auf der Spur – Einsatz von Web-GIS und Google Earth kannst du es wiederholen und üben.
  • Tipps

    GPS wurde in den 1970er-Jahren vom US-Verteidigungsministerium entwickelt.

    Drei Antworten sind falsch.

    Lösung

    Satelliten kreisen um die Erde. Sie helfen uns dabei, unseren Standort zu finden. Dafür gibt es verschiedene Systeme. Das bekannteste ist das amerikanische GPS. Europa hat ein eigenes System. Es heißt Galileo. Russland nutzt GLONASS und China BeiDou. Damit ein Handy oder ein Navi weiß, wo wir sind, braucht es die Signale von mindestens vier Satelliten. Die Satelliten senden Signale zur Erde. Das Gerät misst, wie lange die Signale unterwegs sind. So kann es berechnen, wo wir uns befinden und wie hoch wir sind. Die Signale kommen aber nicht überall gleich gut an. Hindernisse wie viele Blätter und Äste im Wald schwächen das Signal ab. Auch in Städten gibt es Probleme. Hohe Gebäude blockieren die Signale. Manchmal werden die Signale von Hauswänden zurückgeworfen. Dadurch brauchen sie länger bis zum Gerät. Es entstehen Laufzeitfehler. Das Navi kann dann einen falschen Standort anzeigen.

  • Tipps

    Der Kilimandscharo befindet sich auf der südlichen und auf der östlichen Erdhalbkugel.

    Lösung

    Für einen Computer reicht ein Ortsname nicht aus: Allein in den USA gibt es Dutzende Orte namens Springfield. Deshalb verwendet man das Gradnetz aus geografischer Breite und geografischer Länge. Der Gipfel des Kilimandscharo liegt zum Beispiel bei etwa 3 Grad 4 Minuten südlicher Breite und 37 Grad 21 Minuten östlicher Länge. Solche Angaben nennt man Koordinaten. Gibt man sie im passenden Format in das Suchfeld einer Karten-App ein, springt die Ansicht exakt dorthin.

  • Tipps

    Manche Angaben beschreiben einen Zustand von heute, der sich morgen ändern kann. Überlege, welche Darstellung so etwas überhaupt wiedergeben kann.

    Stelle bei jeder Angabe eine einzige Frage: Könnte man das aus einem Flugzeug sehen?

    Lösung

    Gelb: Momentaufnahmen, temporäre Objekte (Heuballen, Baustellenkräne) sowie sehr feine Details (ein feiner Trampelpfad auf der Wiese) sind nur auf einem hochauflösenden Foto/Satellitenbild sichtbar. In einer klassischen Karte werden solche veränderlichen Einzelheiten nicht dargestellt.

    Blau: Namen von Gewässern (Ohlbach), exakte Höhenangaben (412 m), unsichtbare administrative Linien (Landkreisgrenzen) und Wegmarkierungen/Nummerierungen (Rundweg 3) sind abstrakte Beschriftungen und Signaturen, die man in der realen Landschaft (und somit auf einem Satellitenbild) nicht sehen kann. Man findet sie auf Karten.

    Grün: Die räumliche Ausdehnung großer Landschaftselemente (wie eines Sees) oder der Verlauf großer Infrastruktur (wie einer Autobahn) lassen sich sowohl auf der maßstabsgetreuen Karte als auch auf dem Satellitenbild ablesen und vergleichen.

  • Tipps

    Ein Ergebnis ist noch keine Entscheidung. Achte darauf, welcher Schritt die Auswahl liefert und welcher die Wahl trifft.

    Lösung

    1) Die Bedingungen werden aufgeschrieben.

    2) Für jede Bedingung wird eine passende Datenebene ausgewählt.

    3) Das Web-GIS legt die Ebenen übereinander – möglich erst, wenn die Ebenen ausgewählt sind.

    4) Ungeeignete Flächen werden herausgefiltert – der eigentliche Rechenschritt des Web-GIS.

    5) Vier Grundstücke bleiben übrig – das Ergebnis der Filterung.

    6) Die Schulkonferenz besichtigt und entscheidet.

  • Tipps

    Auf Karten werden zum Beispiel Straßen, Flussläufe oder Grenzen vereinfacht als Linien und Symbole dargestellt.

    Lösung
    • Satellitenbild: bildhafte Aufnahme aus dem All, die alles Sichtbare zeigt, ohne etwas auszuwählen
    • Karte: verkleinertes, flaches Modell eines Raums, in dem Wichtiges durch Signaturen hervorgehoben wird
    • Generalisierung: das bewusste Weglassen von Einzelheiten, damit das Wesentliche erkennbar bleibt
    • Georeferenzierung: Jedem Objekt wird ein eindeutiges Zahlenpaar zugewiesen, sodass sich Datensätze lagegenau übereinanderlegen lassen.
    • Geoinformationssystem: Computersystem, das raumbezogene Daten in getrennten Schichten speichert, verknüpft und auswertet
    • Web-GIS: System, das ohne Installation auf dem eigenen Rechner genutzt werden kann
  • Tipps

    Sieh dir die Liste der vorhandenen Ebenen genau an. Prüfe bei jeder Frage, welche zwei Ebenen man verbinden müsste.

    Lösung

    Mit den Ebenen beantwortbar: Ein GIS kann zeigen, wo Gebäude, Straßen oder Spielplätze liegen. Es kann auch berechnen, wie weit ein Spielplatz von einem Wohnhaus entfernt ist. Außerdem kann man herausfinden, wie viele Menschen in einem Gebiet wohnen oder ob ein neues Gebäude in einem Schutzgebiet geplant ist.

    Nicht mit den Ebenen beantwortbar: Ein GIS kann nicht zeigen, was Menschen denken, fühlen oder wollen. Es kann zum Beispiel nicht erklären, warum Menschen umziehen, welche Straßen sie schön finden oder ob sie lieber mit dem Auto oder Fahrrad fahren. Auch kann es nicht vorhersagen, wie Politiker entscheiden werden. Dafür muss man Menschen befragen oder abstimmen lassen.

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