Raumkonzepte
Abstraktion, Datenmodelle und geodätische Referenzierung
Leitfrage der Sitzung
GIS bildet nicht einfach „die Welt“ ab.
GIS übersetzt Ausschnitte der realen Welt in Modelle, Datenstrukturen und Koordinatenbezüge.
Realwelt → Abstraktion → Datenmodell → Koordinatenbezug → Analyse
Der Kern der Sitzung ist deshalb nicht ein einzelnes Werkzeug, sondern die Frage:
Wie wird Raum so codiert, dass er digital gespeichert, kombiniert, gemessen und analysiert werden kann?
Lernziele
Nach der Sitzung sollten Sie erklären können,
- warum Geodaten immer Repräsentationen und nicht die reale Welt selbst sind,
- wie diskrete Geoobjekte und kontinuierliche Raumphänomene unterschieden werden,
- welche Rolle Geometrie, Dimension und Topologie in GIS spielen,
- wie Raster- und Vektordatenmodelle Raum unterschiedlich codieren,
- warum Koordinaten nur mit Bezugssystem, Datum und Projektion eindeutig interpretierbar sind.
Abstraktion: von der Realwelt zum Modell
Wenn wir reale Welt in Karten oder GI-Systemen abbilden, müssen wir auswählen und vereinfachen.
Ein Modell ist dabei keine Verfälschung, sondern eine zweckgebundene Repräsentation.
Was interessiert uns?
Welche Eigenschaften brauchen wir?
Welche Details dürfen wir weglassen?
Welche Datenstruktur kann das abbilden?
Modellierung heißt: Zielgerichtet reduzieren
Eine reale Situation kann als Vektormodell, Rastermodell oder Kombination aus beiden repräsentiert werden.
Die Wahl hängt nicht nur vom Objekt ab, sondern von der Fragestellung.
Diskrete Objekte und Raumkontinua
GIS muss zwei Grundformen räumlicher Phänomene abbilden:
Diskrete Geoobjekte
Straßen, Gebäude, Messstationen, Schutzgebiete.
Sie werden häufig als Punkte, Linien oder Flächen modelliert.
Raumkontinua
Höhe, Temperatur, Niederschlag, Strahlung, Schadstoffkonzentration.
Sie werden häufig als Raster oder kontinuierliche Felder modelliert.
Raum im GIS: Koordinaten
Der Raum in GIS wird für viele Operationen als euklidischer Raum behandelt.
Positionen werden über Koordinaten bestimmbar:
Dimensionen von Geoobjekten
- 0D: Punkte, z. B. Messstationen
- 1D: Linien, z. B. Straßen oder Flüsse
- 2D: Flächen, z. B. Stadtgebiete
- 3D: Körper, z. B. Gebäude oder Grundwasserkörper
Zusätzlich kommen Attribute und Zeit als weitere Informationsdimensionen hinzu.
Geometrie, Dimension und Topologie gehören zusammen
Eine Kreuzung in der Karte ist nicht automatisch eine Verbindung im Netzwerk.
Eine Brücke kann geometrisch wie eine Kreuzung aussehen, topologisch aber keine Verbindung sein.
Geometrie: Wo liegt etwas?
Dimension: Welche räumliche Ordnung hat es?
Topologie: Wie ist es mit anderen Objekten verbunden?
Datenmodelle als technische Raumkonzepte
Datenmodelle übersetzen geographische Abstraktion in digitale Struktur.
Sie legen fest,
- welche Objekte oder Felder gespeichert werden,
- welche Geometrie verwendet wird,
- wie Attribute zugeordnet werden,
- welche Operationen sinnvoll möglich sind.
Vektordatenmodell
Im Vektormodell wird Raum aus Punkten, Linien und Polygonen aufgebaut.
Es eignet sich besonders für diskrete Geoobjekte: Gebäude, Straßen, Flurstücke, Schutzgebiete.
Rasterdatenmodell
Im Rastermodell wird Raum in regelmäßige Zellen zerlegt.
Jede Zelle trägt einen Wert.
Das eignet sich besonders für kontinuierliche Phänomene: Höhe, Temperatur, Niederschlag, Landoberfläche.
Raster: impliziter und expliziter Raumbezug
Rasterzellen besitzen zunächst einen impliziten Raumbezug über Zeile und Spalte.
Geographisch nutzbar werden sie erst durch explizite Georeferenzierung: Ursprung, Zellgröße, Koordinatensystem und Projektion.
Raum-Zeit-Kodierung
GIS-Daten verknüpfen mindestens drei Ebenen:
Beispiel:
Messstation A
am 15.06.2026 um 14:00 Uhr
Temperatur = 31,2 °C
Ohne Ort ist der Messwert nicht räumlich analysierbar. Ohne Zeit ist er nicht dynamisch interpretierbar. Ohne Attribut gibt es nichts zu analysieren.
Zeit als Ordnungssystem
Zeit wird in GIS meist linear codiert: Zeitpunkte, Zeitintervalle, Zeitreihen.
Orte können unterschiedlich codiert werden
Nicht jede räumliche Referenz ist eine Koordinate.
Semantische Referenzierung
Ortsnamen, Adressen, Verwaltungseinheiten.
Metrische Referenzierung
Koordinaten, lineare Referenzierung, Katastergeometrien.
Die Genauigkeit und Nutzbarkeit hängt vom Zweck ab.
Namen und Orte
Ortsnamen sind verständlich, aber nicht eindeutig genug für viele GIS-Analysen.
Gleiche Namen, mehrsprachige Namen, historische Namen oder lokale Schreibweisen können unterschiedliche Orte bezeichnen.
Lineare Referenzierung
Eine Position kann auch entlang einer Linie codiert werden:
Straße A7, Kilometer 213,4
Fluss Lahn, Pegel bei km 124
Das ist für Verkehrs- und Leitungsnetze oft sinnvoller als reine x/y-Koordinaten.
Kataster und geometrisch exakte Lage
Katasterpläne codieren Eigentum, Grenzen und Flurstücke geometrisch und administrativ.
Sie sind nicht nur Kartenbilder, sondern rechtlich und technisch strukturierte Raumdaten.
Geographische Koordinaten
Geographische Koordinaten beschreiben Positionen auf einer gekrümmten Bezugsfläche.
Breite = Winkel nördlich/südlich des Äquators
Länge = Winkel östlich/westlich des Nullmeridians
Ellipsoid, Geoid und Datum
Koordinaten sind nie einfach nur Zahlen.
Sie beziehen sich auf ein geodätisches Modell der Erde.
- Ellipsoid: mathematisch geglättete Bezugsfläche
- Geoid: physikalische Höhen- und Schwerereferenz
- Datum / Referenzsystem: legt Bezug und Lagerung fest
Globales und regionales Bezugssystem
Ein globales Referenzsystem passt die Erde insgesamt an.
Ein regionales Datum kann für ein Gebiet besser passen.
Deshalb können ähnliche Koordinaten in unterschiedlichen Bezugssystemen verschiedene Orte meinen.
Projektionen: von der Erde zur Karte
Geographische Koordinaten liegen auf einer gekrümmten Bezugsfläche.
Viele GIS-Analysen brauchen aber ebene x/y-Koordinaten.
Datum / Referenzsystem → Ellipsoid → Projektion → Rechtswert / Hochwert
Kartenprojektionen erzeugen immer Verzerrungen
Keine Projektion ist gleichzeitig überall längentreu, flächentreu und winkeltreu.
Die passende Projektion hängt von der Fragestellung ab.
Warum das in QGIS wichtig ist
QGIS kann Layer mit unterschiedlichen Bezugssystemen oft gemeinsam anzeigen.
Das heißt aber nicht automatisch, dass Messungen und Analysen korrekt sind.
WGS 84
= Breite/Länge in Grad
ETRS89 / UTM Zone 32N
= Rechtswert/Hochwert in Metern
Für Distanzen, Flächen und Rasteranalysen sind metrische Projektionen meist notwendig.
Grad oder Meter?
Geographische Koordinaten
50.81, 8.77
Einheit: Grad
typisch: GPS, Webdaten
Projizierte Koordinaten
477000, 5630000
Einheit: Meter
typisch: lokale Analyse
Die Zahlenform allein reicht nicht. Entscheidend ist der vollständige CRS-Bezug.
Abschluss: kontrollierte Raumcodierung
GIS-Arbeit bedeutet kontrollierte Übersetzung:
Realwelt
→ Modell
→ Datenmodell
→ Geometrie / Topologie / Dimension
→ Koordinatenbezug
→ Projektion
→ Analyse
→ Interpretation
Der zentrale Satz:
Geodaten sind nicht einfach Daten über Raum. Sie sind technisch und fachlich codierte Raumrepräsentationen.
Arbeitsauftrag
Wählen Sie ein Ihnen bekanntes Beispiel aus QGIS oder einer Webkarte.
Beschreiben Sie kurz:
- Welches Phänomen wird repräsentiert?
- Handelt es sich eher um diskrete Geoobjekte oder ein Raumkontinuum?
- Welches Datenmodell liegt nahe: Raster oder Vektor?
- Welche Rolle spielen Koordinaten, Projektion und Topologie?
- Welche Information geht durch die Abstraktion verloren?
