Dateibasierte geographische Informationssysteme

Bei dem herkömmlichen Einsatz von geographischen Informationssystemen werden sowohl die geographischen Objekte wie Flächen, Linien und Punkte als auch deren Attribute auf dem Dateisystem des Computers abgelegt.

Vorteile:

• Einfache Handhabung bei kleineren Projekten und einem Nutzer

Nachteile:

• Mehrbenutzerbetrieb umständlich
• Dedizierte Vergabe von Rechten umständlich
• Sperrung der geographischen Objekte nur auf Dateiebene
• Keine einheitliche Datenbasis
• Änderung der Attributdaten umständlich

Geographische Infromationssysteme mit externer Attributdatenbank

Abb. 1: GIS mit externer Attributdatenbank

Vorteile:

• Vereinheitliche Datenbasis für die Attribute
• Mehrbenutzerbetrieb bei Bearbeitung der Attributdaten
• Einfache Änderung der Attributdaten auf der Datenbank

Nachteile:

• Große Projekte werden schnell unübersichtlich
• Große Datenbestände müssen abschnittweise in das GIS geladen werden (Blattschnitt)
• Dedizierte Vergabe von Rechten auf geographischen Daten umständlich
• Sperrung der geographischen Objekte nur auf Dateiebene

Das Prinzip von Geodatenbanken

Spezielle Managementsysteme für geographische Daten vereinigen alle Vorteile moderner relationaler Datenbank-Managementsysteme mit erweiterter Funktionalität. Die unter Bezeichnungen wie "Spacial Database" oder "Geodatabase Extension" bekannten Systeme erweitern die Möglichkeiten der GIS-Datenbank-Kopplung, in dem auch Vektordaten wie Flächen, Punkte und Linien auf relationale Datenbanken abgebildet werden, wie in Abb. 2 gezeigt wird.

Abb. 2: GIS mit Geodatenbank-Kopplung

Der gesamte geographische Datenbestand liegt zusammen mit den dazugehörigen Attributdaten als blattschnittfreie Gesamtsicht vor, so daß beim "Information Retrieval", dem Suchen bestimmter Informationen, die gesamten Daten auf einmal gefiltert werden. Ferner werden Teile der Funktionalität wie bestimmte Verschneidungsoperationen von Vektordaten schon auf der Datenbankseite ausgeführt, was zu einer erheblichen Verbesserung der Performance in Client-Server-Systemen führt. Anstatt die zu verschneidenden Objekte (Flächen) zum Client (GIS) zu übertragen und die gewünschte Operation dort auszuführen übernimmt die Geodatenbank diese Aufgabe und überträgt nur das im allgemeinen kleinere Ergebnis der Berechnung zum Client. Damit wird das Netz entlastet und die Rechenzeit vom Client auf den Server verlagert.

Vorteile:

• Blattschnittfreie Gesamtsicht
• Transaktionsmanagement auf Objektebene
• Vereinheitlichter Datenbestand
• Zentrales Backup und Recovery
• Gutes Laufzeitverhalten

Nachteile:

• Schwer zu administrieren
• Intensives und häufiges Datenbank-Tuning erforderlich

Empfehlung

Die Ökologische Forschung in der Stromlandschaft Elbe sollte sich nicht mit einer Metadatenbank begnügen, die nur Verweise auf die Quellen der erhobenen Daten enthält. Wir haben in vergangenen Projekten die Erfahrung gemacht, daß mit dem Ende eines Projekts und dem Wechsel der Bearbeiter wichtige Informationen über die Daten oder sogar die Daten selbst verloren gehen. Wir sind der Meinung, daß eine zentrale Datenhaltung angestrebt werden muß, die allein jedoch noch nicht ausreicht: Ein Stapel loser Blätter ist auch eine zentrale Datensammlung ohne erkennbare Semantik. Vielmehr muß der logische Zusammenhang der Daten modelliert werden. Welche Daten sind wie aus anderen hervorgegangen? Sind die Daten vergleichbar, wenn man ihre räumliche und zeitliche Auflösung und die verschiedenen Methoden, mit denen sie erhoben wurden, berücksichtigt? Man sollte sich, wenn möglich, auf Standards in den Koordinatensystemen von Zeit und Raum einigen. Wenn diese Daten schließlich in eine Geodatenbank übernommen werden, steht ein leistungsfähiges und extrem flexibles System zur Verfügung, mit dem Daten leicht selektiert und schnell analysiert werden können. Aufgrund der vorhandenen Programmierschnittstellen sind Geodatenbanken offene Systeme für Applikationsanbindungen beliebiger Art, so daß nicht nur GIS und Visualierungswerkzeuge, sondern auch spezielle selbst entwickelte Programme auf die Daten zugreifen können. Es ist allerdings bei allen potentiellen Vorteilen solcher Geodatenbanken zu beachten, daß diese Werkzeuge zum Teil sehr neu und deshalb noch fehlerhaft sind und einige wichtige Funktionen erst gerade implementiert werden. Aufgrund der großen Nachfrage seitens der Wirtschaft wird die Entwicklung jedoch schnell vorangetrieben und die Fehler und Unzulänglichkeiten mit der Zeit beseitigt. Doch selbst bei tadelloser Funktionsfähigkeit ist der administrative Aufwand für ein solches System erheblich. Jede der drei Hauptkomponenten GIS, Geodatenbankerweiterung und relationale Datenbank erfordern viel Know-How und Pflege. Trotzdem glauben wir aufgrund unserer Beobachtung des Marktes (Stichwort "Data Warehouse"), daß bei entsprechend intensiver Nutzung die Produktivitätssteigerung in der Analyse geographischer Daten durch ein solches Werkzeug die Investition und die laufenden Kosten wett macht.

Testaufbau

Das Institut für Wasserwirtschaft und Kulturtechnik der Universität Karlsruhe hat gemeinsam mit dem Rechenzentrum der Universität eine Testlizenz der Spacial Database Engine (SDE) der Firma ESRI angeschafft, um die Eignung eines solchen Geodatenservers für die Belange der Elbe-Ökologie zu testen. Wir werden an geeigneter Stelle in ELISE über die Fortschritte und Erfahrungen mit diesem System berichten.