Geoinformatik

Grundidee und Bedeutung

Geoinformatik ist die Lehre vom Wesen und der Funktion raumbezogener Informationen, also von Geoinformationen: digitalen Informationen, die sich auf die Erde beziehen. Sie befasst sich mit der Erfassung, Verarbeitung, Analyse und kartographischen Präsentation von Geodaten. Geodaten sind Daten mit einem räumlichen Bezug, zum Beispiel zu Orten, Flächen, Wegen oder Koordinaten.

Der gemeinsame Kern aller Anwendungen ist die Frage „Wo?“. Deshalb wird Geoinformatik überall wichtig, wo räumliche Fragestellungen gelöst werden müssen: in der Raumplanung, Standortplanung, Mobilitätsplanung, beim autonomen Fahren oder im Katastrophenschutz. Zur Geoinformatik gehören unter anderem Geographische Informationssysteme (GIS), Navigationssysteme wie GPS, Web-GIS, Geodateninfrastrukturen und Fernerkundung.

Die Geoinformatik ist eine eigenständige Disziplin an der Schnittstelle von Geographie und anderen Raumwissenschaften, Geodäsie und Informatik. Die industrielle Seite wird in Analogie zu Informatik und IT als GeoIT bezeichnet. Sie betrifft heute sehr viele Endnutzer, zum Beispiel durch Navigationsdienste.

Begriffe und Entwicklung

Für Geoinformatik gibt es mehrere Bezeichnungen, etwa Geographische Informationswissenschaft, Geoinformationswesen oder Geoinformationstechnik. Im deutschsprachigen Raum haben sich diese Begriffe laut Ehlers und Schiewe nicht wirklich durchgesetzt. Häufig wird auch GIS mit Geoinformatik gleichgesetzt. Das ist aber ungenau, weil GIS nur ein Werkzeug ist, wenn auch das wichtigste Werkzeug der Geoinformatik.

GIS wurden bereits in den 1960er und 1970er Jahren entwickelt; die Geoinformatik als Wissenschaft entstand erst später daraus. Das erste GIS war das Canadian Geographic Information System. Es wurde vom Geographen Roger Tomlinson erfunden, der auch als „Vater der GIS“ bezeichnet wird. Ziel war es, Geodaten systematisch zu verwalten und auszuwerten. Von der Kartographie unterscheidet sich die Geoinformatik dadurch, dass Kartographie schon immer vor allem Geoinformationen und die Erde auf Karten darstellte, auch künstlerisch. Es gibt aber Überschneidungen.

Der Begriff Geomatik wird teils synonym verwendet. Andere Autoren betonen damit stärker die technische Ausrichtung in Richtung Geodäsie. Im Berufsbild des Geomatikers zeigt sich dies: Er ist vor allem ein Geodät mit Schwerpunkt auf digitalen Informationsprozessen. Im Englischen wird neben Geoinformatics häufiger Geographic Information Science oder GIScience verwendet. In den 1990er Jahren forderten verschiedene Autoren, besonders Michael Goodchild, GIS nicht nur als Geographic Information System, sondern als Geographic Information Science zu verstehen. Damit sollte der Schritt von einer Technologie zu einer eigenen wissenschaftlichen Disziplin deutlich werden. In jüngerer Zeit ist außerdem der Begriff Spatial Data Science aufgetaucht. Er betont den Raumbezug bei Datenauswertungen und verfolgt grundsätzlich ähnliche Prinzipien wie die Geoinformatik.

Forschungsbereiche und Aufgaben

Goodchild nennt neun Forschungsbereiche der Geoinformatik: Datenerhebung und -messung, räumliche Statistik, Datenmodellierung, Datenstrukturen und -speicherung, Algorithmen und Prozessierung, Darstellung räumlicher Daten, analytische Werkzeuge wie Software, Entscheidungsfindung und Risikoanalyse mit räumlichen Daten sowie Interpretation und Wahrnehmung räumlicher Daten. Seine Grundidee ist, dass der Raumbezug der Daten in allen diesen Bereichen besondere Fragen und neue Perspektiven schafft.

Geoinformatik ist eine vergleichsweise angewandte Wissenschaft. Wichtige Aufgaben sind die Erfassung, Modellierung und Analyse von Geoinformationen, ihre Visualisierung, Kommunikation und Präsentation sowie ihre internetbasierte Verbreitung. Dazu gehören auch die Entwicklung von Software, Computerprogrammen und Geodatenhaltungskomponenten für Speicherung und Auswertung. Geodatenmanagement bezeichnet dabei die Verwaltung und Speicherung von Geodaten.

Wichtige Kontexte sind die GeoIT-Industrie, etwa Google Maps, Planet Labs oder TomTom, Volunteered Geographic Information wie OpenStreetMap sowie staatliche Dienste wie Kataster oder Open-Government-Data-Initiativen wie Copernicus. Neuere Aufgaben entstehen durch autonomes Fahren und die dafür nötigen Karten, mobile Standortdienste, Location-based Games, digitale Zwillinge, Building Information Modeling (BIM), Smart-City-Konzepte und die smarte Energiewende.

Teilbereiche und Anwendungen

Zu den heutigen Teilbereichen der Geoinformatik zählen angewandte Informatik, zum Beispiel Mobile Computing und Computergrafik, außerdem Bildverarbeitung, Fernerkundung, Geosemantik, Ingenieurmathematik, Internet-Technologien, Kartografie, Photogrammetrie, Raumbezugssysteme beziehungsweise Koordinatenreferenzsysteme, GeoIT-Komponenten und Standards, Urheberrecht, Vermessung und Geokommunikation.

Die Anwendungen sind sehr breit. Nach Ehlers gehören dazu Anlagenmanagement und Versorgungsnetzwerke, Business Geomatics und Geomarketing, 3D-Visualisierung und Augmented Reality, E-Commerce und elektronische Immobilienverwaltung, Geodatendienste wie Webservices und Geodateninfrastrukturen, Gesundheitswissenschaften mit epidemiologischen Analysen und Public Health, integriertes Verkehrsmanagement mit Verkehrsnavigation und Scheduling, Kartendesign, Kartenproduktion und Kataster.

Weitere Anwendungsgebiete sind Management natürlicher Ressourcen und Landnutzung, mobile Location Based Apps und Location Based Services, öffentliche Planung und Entwicklung, Risiko-Prüfung bei Katastrophen sowie anthropogenen oder natürlichen Gefährdungen, Standortanalyse und Standortplanung, Telekommunikationsplanung sowie Umweltstudien und Umweltverträglichkeit.

Studium und Masterinhalte

Geoinformatik kann als eigenständiger Studiengang oder in Kombination mit anderen Teilgebieten wie Informatik, Geodäsie und Geografie studiert werden. Angeboten wird sie als Bachelor-, Master- und postgraduales Studium an Fachhochschulen und Universitäten. Viele Studiengänge verbinden Geoinformatik mit anderen Fachrichtungen und unterscheiden sich danach, ob der Schwerpunkt stärker bei Informatik, Geodäsie oder Geographie liegt.

Ein zentraler Studieninhalt ist der Entwurf und die Entwicklung von GeoIT-Software-Komponenten. Diese unterstützen zum Beispiel Verbraucher-Navigation, autonomes Fahren oder klassische Kataster. Das Fach ist interdisziplinär: Es verbindet Informatik, erdwissenschaftliche und technische Disziplinen, außerdem mehrere Geowissenschaften, Raumplanung sowie Teile von Biologie und Umweltschutz. Seit Google Maps und OpenStreetMap stehen auch Endverbraucher über Web und Apps direkt oder indirekt stärker im Mittelpunkt.

Im Master, der im Artikel mit vier Semestern beschrieben wird, lernt man unter anderem die möglichst automatisierte Verarbeitung, Analyse und Verwaltung von Geodaten. Weitere Inhalte sind die kartographische, mediale oder interaktive Gestaltung und Präsentation der Daten unter Berücksichtigung von Mediendesign oder Storytelling, geographische Analysen für Problemstellungen etwa im Geomarketing oder in der Stadtplanung, GeoIT mit LBA, GDI und GIS, Fachinformationssysteme und Geodatenbanken. Dazu kommen Interoperabilität von Geodaten, Lizenzen wie Open Government Data, Dateiformate, Standards und Normen wie beim Open Geospatial Consortium, Geodateninfrastrukturen wie OpenStreetMap und EU INSPIRE, mobile Navigation mit Ortung und digitalen Karten auf Android oder iOS, satellitengestützte Navigation und Lagekoordinaten mit GNSS sowie digitale Datenerfassung im Gelände mit GNSS-Aufzeichnung oder Theodolit. Auch die Verarbeitung und Erzeugung von Fernerkundungsdaten wie optischen Satellitenaufnahmen, photogrammetrischen Aufnahmen oder Laserscanaufnahmen gehört dazu.