Topologie (Geographie)

Geodaten sind digitale Informationen, denen auf der Erdoberfläche eine bestimmte räumliche Lage zugewiesen werden kann (Geoinformationen, Geobezug). Sie können unmittelbar gewonnene Primärdaten oder weiter bearbeitete Sekundärdaten sein. Von besonderer Bedeutung für Geodaten sind Metadaten, die die eigentlichen räumlichen Daten zum Beispiel hinsichtlich eines Zeitbezugs oder der Entstehung beschreiben. Geodaten gliedern sich in die Geobasisdaten, die in der Regel von den Vermessungsverwaltungen der Länder oder der Kommunen bereitgestellt werden und den Geofachdaten, die aus unterschiedlichen raumbezogenen Fachdatenbanken stammen. Sie werden in einem Geoinformationssystem geführt.

Eine weitverbreitete Objektmodellierung in Geoinformationssystemen (GIS) ist es, derartige Objekte einerseits mit ihrer geometrischen Form (shape), andererseits mit der zugehörigen Sachinformation (Attribute) abzulegen. Letztere können sich auch mit einer Referenz auf das geometrische Objekt beziehen. Theoretisch gibt es keine Beschränkung in der Dimension der geometrischen Form. Auch die Zeit wird oft als Dimension verwendet, etwa bei Messreihen oder Fernerkundungsdaten verschiedener Zeitpunkte.

Modellierung von Geodaten

Es werden in der Regel die geometrischen Formprimitiven Punkt, Linie und Fläche unterschieden. Flächen werden häufig lediglich als Polygon modelliert. In anspruchsvollen Anwendungen reicht dies aber nicht; hier sind auch krummlinige Flächenbegrenzungen notwendig und Flächen mit Löchern (Enklaven) wie auch Flächen mit räumlich getrennten Teilen (Exklaven) können vorkommen. Seit dem ausgehenden 20. Jahrhundert wird angestrebt, Geodaten nach internationalen Normen und Standards zu modellieren. Im Normenwerk ISO191xx der Internationalen Organisation für Normung gibt es die Norm ISO 19107 Geographic Information – Spatial Schema, die genau diesen Bereich normt.

Dimension

Datendimensionen im GIS

• zweidimensional (2D): Jeder Punkt hat eine x- und eine y-Koordinate. Linienverbindungen oder Flächen, die auf die Punkte aufbauen, liegen also in einer Ebene (xy-Ebene) vor. Dies entspricht der normalen Kartendarstellung und der Datenhaltung im Kataster.
• zwei-plus-eins-dimensional (2+1D): Jedes Objekt hat zusätzlich eine attributive Information über die Höhe (zum Beispiel eine Gebäudehöhe am Gebäude). Diese Form findet sich in einigen Katasterdaten wieder.
• zweieinhalbdimensional (2,5D): Jeder Punkt der Grundrissdarstellung hat zusätzlich zur x- und y-Koordinate eine Höhe. Damit ist die Höhe jedoch nur eine Funktion der Lage, d. h. es gibt immer nur genau einen Höhenwert zu einer Lagekoordinate (x,y). In dieser Form liegen die meisten digitalen Geländemodelle vor. Senkrechte Wände und Überhänge sind auf diese Weise nicht modellierbar.
• dreidimensional (3D): Alle Punkte haben x-, y- und z-Koordinate (bzw. Höhe). Linienverbindungen sind räumliche Linien, die nicht in einer Ebene liegen. Wenn Kreisbögen als Verbindungen vorkommen, werden diese streng genommen Ellipsenabschnitte, die in einer geneigten Ebene liegen; oder sie müssen durch Linienzüge mit entsprechend kurzen Segmenten angenähert werden. Flächenobjekte sind nur dann ebene Flächen, wenn sie durch genau 3 Punkte begrenzt werden, ansonsten sind es gekrümmte Raumflächen.
• vierdimensional (4D): Zusätzlich zu den 3 Koordinaten im Raum wird eine vierte Information mitgeführt, die sich aus dem zeitlichen Ablauf ergibt. Das wird zum Beispiel durch Verwendung eines Zeitstempels für jedes Objekt ermöglicht. Damit kann abgefragt werden, zu welchem Zeitpunkt ein Objekt existiert hat oder nicht. Aus diesen Daten können dann Darstellungen der Vergangenheit kreiert werden (zum Beispiel: Wie sah das Ortsbild am 15. Februar 2002 aus, bevor der Neubau errichtet wurde); auch zeitabhängige Animationen können erzeugt werden (zum Beispiel der Fortschritt des Kohleabbaus in einem Bergwerk).

Auch wenn die Objekte nur zweidimensionale Formen haben, lassen sie sich in den dreidimensionalen oder zweidimensionalen Raum einbetten. Das heißt zum Beispiel für einen Punkt, dass drei Koordinaten (x,y,z) oder zwei Koordinaten (x,y) gespeichert werden.

Topologie

Neben der Form der Objekte wird auch die Topologie zwischen den Objekten modelliert. Hierzu dienen die topologischen Grundformen Knoten, Kante und Masche. In einfachen Systemen entsprechen den Punkten die Knoten, den Linien die Kanten und den Flächen die Maschen. In diesen Fällen kann ggf. auf die explizite Modellierung der Topologie verzichtet werden, denn topologische Sachverhalte können aus den geometrischen abgeleitet werden. Ein Beispiel wo dies ggf. nicht ausreicht, ist die Modellierung eines großen Platzes in einer Stadt als Fläche. Da der Platz auch eine topologische Verbindungsfunktion zu den abgehenden Straßen hat, ist es ggf. sinnvoll, ihn zusätzlich topologisch als Knoten zu modellieren (und nicht als Masche, was ja bereits aus der Flächeneigenschaft abgeleitet werden könnte).

Qualität von Geodaten

Die Qualität vnon Daten kann nur auf Basis der Qualitätsmerkmale im Hinblick auf eine konkrete Fragestellung beurteilt werden. Als Datenqualität kann die Menge von Datenmerkmalen bezeichnet werden, die den Einsatz der Daten für eine konkrete Aufgabe ermöglichen. Diese Datenmerkmale sollten in den entsprechenden Metadaten dokumentiert sein. Die Qualitätsparamter der ISO-Norm ISO 19113 sind ^[1] :

• Vollständigkeit (completeness): Präsenz oder Fehlen von Objekten, ihrer Attribute und Beziehungen
  • Datenüberschuss (comission): Datensatz hat zusätzliche Informationen
  • Datenmangel (omission): Datensatz enthält weniger Daten als angegeben

• Logische Konsistenz (logical consistency): Einhaltung von logischen Regeln der konzeptionellen, logischen und physikalischen Datenstruktur
  • Konzeptuelle Konsistenz (conceptual consistency): Einhaltung des konzeptuellen Schemas, zum Beispiel bei Aktualisierungen
  • Wertekonsistenz (domain consistency): Einhaltung des Wertebereichs, zum Beispiel keine negativen Werte bei einer Bevölkerungskartierung
  • Formatkonsistenz (format consistency): Übereinstimmung des Datensatzes mit der physikalischen Datenstruktur
  • Topologische Konsistenz (topological consistency): Richtigkeit der kodierten topologischen Charakteristika, zum Beispiel Nachbarschaftsbeziehungen müssen erhalten bleiben
  • Geometrische Konsistenz (geometrical consistency): Inwieweit stimmt der Geodatensatz mit den geometrischen Bedingungen der zugehörigen Spezifikation überein, zum Beispiel keine doppelten Digitalisierungspunkte

• Positionsgenauigkeit (positional accuracy): Genauigkeit der Lage von Objekten
  • Absolute (äußere) Genauigkeit (absolute or external accuracy): Übereinstimmung festgestellter Koordinatenwerte mit wahren Koordinatenwerten
  • Relative (innere) Genauigkeit (relative or internal accuracy): Übereinstimmung relativer Positionen von Objekten zueinander mit wahren relativen Positionen
  • (Rasterdatengenauigkeit (gridded data position accuracy): Übereinstimmung von Rasterdatenpositionswerten mit wahren Werten

• Zeitliche Genauigkeit (temporal accuracy): Genauigkeit der Zeitangaben und der zeitlichen Beziehungen von Objekten
  • Genauigkeit von Zeitmessungen (accuracy of a time measurement): Angabe zu einem Datensatz über die Genauigkeit der zeitlichen Angabe, zum Beispiel minutengenau, taggenau
  • Zeitliche Konsistenz (temporal consistency): Richtigkeit der zeitlichen Ereignisse und Abfolgen, zum Beispiel Reihenfolge der Landnutzung
  • Zeitliche Gültigkeit (temporal validity): Inwieweit stimmt der Datensatz in Bezug auf den geforderten Zeitpunkt, zum Beispiel Zeitangabe vom Typ: Jahr-Monat-Tag

• Thematische Genauigkeit (thematic accuracy): Genauigkeit von quantitativen Attributen und von nicht-quantitativen Attributen - Zuordnung von Objekten zu Objektklassen und Richtigkeit der Beziehungen
  • Richtigkeit der Klassifikation (classification correctness): Stimmen Objekte, oder ihre Attribute mit den zugewiesenen Klassen überein, zum Beispiel Zuordnung zu Fluss, statt zu Weg
  • Richtigkeit nichtquantitativer Attribute (non-quantitative attribute correctness): zum Beispiel Nutzungsart von Grundstücken
  • Genauigkeit quantitativer Attribute (quantitative attribute correctness): zum Beispiel Fläche von Grundstücken

Rechtlicher Rahmen für Geodaten

→ Hauptartikel: Rechte an Geoinformationen

Ob und wann frei oder für staatliche Stellen allgemein zugängliche Geodaten mit dem Datenschutz für personenbezogene Daten kollidieren können, ist noch weitgehend ungeklärt. Erste Anstrengungen, das Thema Geodaten und Datenschutz intensiver zu beleuchten wurden durch die Kommission für Geoinformationswirtschaft gemacht. Diese und das Bundesministerium für Wirtschaft gaben dazu Studien beim Unabhängigen Landeszentrum für Datenschutz Schleswig-Holstein in Auftrag. Letzteres kam in der im September 2008 veröffentlichten Studie zu dem Ergebnis, dass derzeit sowohl die Interessen der an einer Nutzung interessierten Stellen als auch die datenschutzrechtlichen Belange mit den bestehenden gesetzlichen Regeln nur unzureichend in Ausgleich gebracht werden können. Insbesondere der auch auf der EU-Ebene angestoßene INSPIRE-Prozess erfordert ein modernes Geodatenrecht, welches auch mit den Geodatenzugangsgesetzen des Bundes und der Länder (zum Beispiel dem am 1. August 2008 in Bayern in Kraft getretenen Geodateninfrastrukturgesetz) nicht geschaffen wird. Diese Gesetze greifen vielmehr auf hergebrachte Zugangsregelungen zurück und reagieren nicht auf die neuen Herausforderungen für eine Nutzung von Geodaten und dem Schutz der Persönlichkeitsrechte Einzelner.

Da Geodaten auch staatliche Sicherheitsinteressen berühren können, sind insoweit entsprechende Gesetzeseinschränkungen des freien Zugangs geplant.

In Deutschland trat 2009 das Geodatenzugangsgesetz (Gesetz über den Zugang zu digitalen Geodaten - GeoZG) in Kraft. Das Gesetz dient dem Aufbau einer nationalen Geodateninfrastruktur. Es schafft den rechtlichen Rahmen für den Zugang zu Geodaten, Geodatendiensten und Metadaten von geodatenhaltenden Stellen ("geodatenhaltende Stellen des Bundes und der bundesunmittelbaren juristischen Personen des öffentlichen Rechts") sowie die Nutzung dieser Daten und Dienste, insbesondere für Maßnahmen, die Auswirkungen auf die Umwelt haben können.

Einzelnachweise

1. ↑ Grundlagen der Datenqualität. Christian Müllegger, Uni Wien. Abgerufen am 3. Mai 2009.

Siehe auch

Beispiele für Geodaten

• Daten von ATKIS
• Digital Chart of the World (DCW), durch VMAP-Daten ersetzt
• GTOPO30 Höhendaten
• SRTM-Daten
• Rasterbilder von Landsat
• Daten der Normbasierten Austauschschnittstelle
• OpenStreetMap

Weiteres

• Geoobjekt
• raumbezogenes Objekt
• Geoinformation
• Rechte an Geoinformationen
• WikiProjekt Georeferenzierung

Weblinks

Freie Geodaten

• Listen/einzelne Geodatenbanken:
  • freegis.org
  • gis-news.de – Geodaten, Testdaten, Datenlieferanten
  • opengeodb.de – Freie Geokoordinaten-Datenbank für MySQL, PHP-Klasse
  • Linksammlung zumeist freier Geodaten im GISWiki
  • Geodaten auf OSGeo.org
• Kataloge/Geodaten-Suchmaschinen:
  • geolocationdb.myemotions.ch – Geodaten Webservice frei nutzbar für Entwickler
  • geodata.grid.unep.ch – UNEP’s GEO Data Portal
  • www.GEOcatalog.de – GEOcatalog des Center for Geoinformation
  • geometa.info – Suchmaschine für Geodienste, Geodaten und Online-Karten
  • geonames.org – Webservice für Orts- und Ländernamen

Rechtlicher Rahmen von Geodaten

• Geodaten sind nicht personenbezogen, sondern sachbezogen. Kostenloses Gutachten des Instituts für Rechtsinformatik der Universität Hannover, März 2009
• Geodaten sind nicht persönlich, 1. Dezember 2008
• Materialien des Unabhängigen Landeszentrums für Datenschutz Schleswig-Holstein (ULD) zum Thema Geodaten und Datenschutz, u.a. Rechtsgutachten bekannt als "Ampelstudie", 2007/2008
• Satellitendatensicherheitsgesetz (Amtlicher Text des deutschen Gesetzes)