GeoForum MV 2024 (eBook)

Facetten aus 2 x 20 Jahren Geoinformation – Systeme, Daten und Anwendungen

Nguyen Xuan Thinh, Ulrich Schumacher

TU Dortmund, Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung (IÖR), Dresden und Universität Rostock nguyen.thinh@tu-dortmund.de, U.Schumacher@ioer.de

Abstract. Zum 20. Jubiläum des GeoForums MV möchten zwei Autoren, welche sich fast 20 Jahre gemeinsam mit Systemen, Daten und Anwendungen der Geoinformation befasst haben, historische Entwicklungen, Meilensteine und Entwicklungspfade reflektieren. Beide Autoren haben einen engen Bezug zur Professur für Geodäsie und Geoinformatik an der Universität Rostock. Zum Schluss wagen die Autoren einen Ausblick in die zukünftige Entwicklung der Systeme, Daten und Anwendungen der Geoinformation im Zeitalter der KI, IoT-Sensoren und digitalen Zwillinge.

1 Ausgangspunkt

In den 1980er Jahren wurde am Institut für Geographie und Geoökologie (IGG) der Akademie der Wissenschaften der DDR in Leipzig ein Konzept für den Aufbau des Digitalen Geographischen Datenspeichers (DIGG) entwickelt – dem ersten landesweiten GIS in der DDR auf Großrechnerbasis (im zivilen Bereich). Als theoretisches Grundgerüst diente ein allgemeingültiges Daten-Methoden-Modell für räumliche Analysen, welches als Datenquader darstellbar ist (Abbildung 1). Die Analysetechniken O/P, Q/R und S/T entsprechen einer faktorenanalytischen Herangehensweise, wo einzelne Matrizen („Scheiben“) des Datenquaders partiell betrachtet werden. Beim Aufbau des DIGG ging es um punkt- und rasterförmige Basisgeometrien für alle Gemeinden sowie um die Automatisierung raumbezogener Analyseansätze einschließlich einfacher kartographischer Darstellungsformen, wobei der Autor Ulrich Schumacher seit 1984 mitgewirkt hat. Ausgewählte Ergebnisse mit DIGG-Bezug wurden publiziert, z. B. eine GIS-Anwendung zum Potentialansatz in der Geographie am Beispiel des Bezirkes Leipzig (Schumacher 1989).

2 Die 1990er Jahre

Nach der Erlangung der deutschen Einheit wurden die Forschungsinstitute im Osten Deutschlands neu strukturiert, darunter das Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung (IÖR) in Dresden im Jahr 1992 gegründet. Die beiden Autoren gehören zum Gründungsteam des Geo-Informationssystems am IÖR. Beim Aufbau der Infrastruktur wurde großer Wert auf ein analytisch orientiertes GIS für alle Forschungsbereiche gelegt. Die Wahl fiel zunächst auf das quadtreebasierte System SPANS. Damit wurde das GIS-Pilotprojekt im IÖR bearbeitet: eine Erreichbarkeitsanalyse großer Städte in Sachsen auf Basis einer Bürgermeisterbefragung. Deren Auswertung im planerischen Kontext wurde im Rahmen der IÖR-Schriften publiziert (Wirth und Schumacher 1996). Danach erfolgte eine ausgedehnte Forschung von Raummustern und Entwicklung von Methoden zur Analyse umfangreicher Geodaten durch Verknüpfung von Mathematik, Geo- und Umweltinformatik, Städtebau und Stadtökologie. Hierzu gehört die Entwicklung von AML-Programmen in Arc/Info zur räumlichen Analyse der Flächennutzungsmuster von allen 116 kreisfreien Städten in Deutschland.

3 Die 2000er Jahre

Die Fortsetzung der letztgenannten Forschungs- und Entwicklungsarbeiten mündeten in die Habilitation von Nguyen Xuan Thinh an der Universität Rostock 2005 zum Thema „Entwicklung von mathematisch-geoinformatischen Methoden und Modellen zur Analyse, Bewertung, Simulation und Entscheidungsunterstützung in Städtebau und Stadtökologie“ (Thinh 2005). Es sollen hier zonen- und gitterbasierte Analysen multitemporaler Geodaten zur räumlichzeitlichen Charakterisierung und Operationalisierung von Leitbildern und Theorien der Stadtentwicklung (wie kompakte Stadt, fraktale Stadt oder zentrale Orte) hervorgehoben werden (Abbildung 2).

Zur Ressourceneffizienz von Siedlungsstrukturen als wichtiger Thematik in der ökologischen Raumforschung wurde am IÖR ein Forschungsschwerpunkt etabliert. Ein dazugehöriges GIS-Projekt fokussierte auf räumliche Zusammenhänge zwischen strukturellen Indikatoren auf Basis deutschlandweiter Geodaten – mit einer abschließenden Publikation zur Bewertung der Ressourceneffizienz von Siedlungsstrukturen mit Methoden der Geoinformatik und Statistik (Thinh und Schumacher 2011).

4 Die 2010er Jahre

An der Fakultät Raumplanung der TU Dortmund hat Nguyen Xuan Thinh den Anfang 2011 neu gegründeten Lehrstuhl für Raumbezogene Informationsverarbeitung und Modellbildung (RIM) aufgebaut und die GIS-Lehre für die Raumplanung nachhaltig in Theorie und Praxis geprägt. Entsprechend den allgemeinen Trends der Digitalisierung und Industrie 4.0 hat er rechtzeitig und umfassend moderne Technologien in Forschung und Lehre eingeführt und etabliert. So sind inzwischen Technologien wie 3D-Modellierung, 3D-Geoinformationssysteme und fortgeschrittene Fernerkundungsmethoden mit hochaufgelösten Satellitenbildern wie SPOT-Bilder feste Bestandteile in den Forschungsprojekten, Promotions-, Master- und Bachelorarbeiten sowie Lehrveranstaltungen von RIM geworden. Insbesondere die Einführung der Flugroboter-Technologie, Unmanned Aerial Vehicle (UAV) und 3DLaserscanning bietet neue Perspektiven in Forschung und Lehre der Fakultät Raumplanung.

Am IÖR wird der Monitor der Siedlungs- und Freiraumentwicklung (IÖR-Monitor) seit 2010 als räumlich hochauflösendes und offenes Informationssystem für die Entwicklung der Landbedeckung bzw. Landnutzung sowie der Landschaftsqualität in Deutschland auf Basis von ATKIS-Daten betrieben und regelmäßig aktualisiert. Das besondere Konzept des Monitorings durch GIS-gestützte topographische Datenanalyse wurde international publiziert (Krüger et al. 2013). Als aktuelles Kartenbeispiel aus dem IÖR-Monitor ist der Indikator „Anteil Siedlungs- und Verkehrsfläche an Gebietsfläche“ für Rostock und Umland auf Rasterbasis dargestellt (Abbildung 2).

5 Aktuelle Aspekte

Seit 2022 sind an der TU Dortmund die Thermalfotografie sowie IoT-Sensoren in Forschung und Lehre eingeführt worden, womit die Fakultät Raumplanung eine führende Rolle unter den Raumplanungsfakultäten in Deutschland bezüglich der modernen GIS-Technologien einnimmt. Mithilfe dieser Technologien konnte der Lehrstuhl mehrere Projekte zur Erforschung und Entwicklung von digitalen Zwillingen und 3D-Modellen, 3D-Simulationen sowie zur Erprobung von VR- und AR-Technologien erfolgreich initiieren und damit wertvolle Produkte erschaffen (Thinh 2022, Thinh et al. 2023).

Am IÖR wurde eine einheitliche urbane Maske für städtische Kernräume (Bebauung, innerörtlicher Verkehr und Siedlungsgrün) auf Basis europäischer Copernicus-Daten entwickelt. Damit konnten Analysen zur urbanen Zerschneidung sowie zu urbanen Grünstrukturen für europäische Großstädte durchgeführt werden. Eine inzwischen eingereichte Dissertation an der Universität Rostock (Schumacher 2024) zu dieser Thematik wurde auf dem 19. GeoForum MV bereits vorgestellt (Schumacher 2023).

6 Zusammenfassung und Ausblick

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über wesentliche GI-Systeme, Daten und Anwendungen aus 40 Jahren Praxis der Autoren.

Tabelle 1: GI-Systeme – Daten – Anwendungen

In den nächsten Jahren werden digitale Zwillinge für unterschiedliche Forschungsgegenstände entwickelt, um neue systemische Lösungswege für verschiedenartige Fragestellungen zu erarbeiten. Durch die Kombination umfangreicher Geodaten, Satelliten- und Luftbildaufnahmen sowie Radar- und Messdaten über das Internet der Dinge (IoT) werden Fragestellungen unterschiedlicher Skalen simuliert. Der digitale Zwilling dient beispielsweise der Entwicklung und Erprobung von KI-Methoden zur Kartierung von Flächennutzungen und Retentionsflächen, zu cloudbasierten und interaktiven Simulationen sowie zur Quantifizierung von Begrünungspotenzialen.

Literatur

Krüger, T., Meinel, G., Schumacher, U. (2013): Land-use monitoring by topographic data analysis. In: Cartography and Geographic Information Science (CaGIS), 40 (2013) 3, 220-228.

Margraf, O. (1985): Grundprinzipien für den Aufbau eines EDV-gestützten geographischen Informationssystems. In: Wiss. Mitt. Inst. f. Geogr. u. Geoökol. AdW d. DDR 15, Leipzig 1985, 23-40.

Schumacher, U. (1989): Zur Anwendung des Potentialansatzes in der Geographie. Dargestellt im Rahmen eines geographischen Informationssystems. In: Geographische...