GIS: Unterschied zwischen den Versionen

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Version vom 30. Mai 2007, 22:44 Uhr

Inhaltsverzeichnis

Pixel-GIS: Das Diagnose-Tool

Bei Pixel-GIS handelt es sich um ein reines Raster-GIS ohne Vektor-Funktionen.

"GIS" Was versteht man darunter? Was macht man damit?

  • Ein Geographisches Informations-System wird mit "GIS" abgekürzt. Ein GIS zeigt Informationen in ihrem geographischen Raumbezug. Es handelt sich also um geographisch zugeordnete Informationen. Die topographische Karte in analoger oder digitaler Form ist das Grundbeispiel.
  • Die digitale Informationstechnik ermöglicht die interaktive Abfrage von raumspezifischen Informationen. Man sucht und wählt mit der Maus am Bildschirm und erhält Landschaftsinfos, Bilder oder Adressen zu weiterführenden Angeboten.
  • Beispiele:
    • [1] ist ein weltweiter Atlas mit Bildern des Sensors MODIS, Orthofotos und Landkarten.
    • [2] ist ein Atlas aus farbigen Orthofotos zu Bayern.
    • [3] ist ein Atlas von Quicklooks von Landsat 7 aus 5 Jahren.
    • Der Quicklook-Atlas mit Aufgaben [4]
      • mit ausgewählten MODIS-Bildern (weltweit) und
      • mit ausgewählten Quicklooks von Landsat 7 zu Europa
    • Unser Angebot von Klimadiagrammen
  • Die Möglichkeit des Ein- und Ausblendens von Informationen und des Festlegens des Anzeigebereichs von Zahlenwerten in einer Karte (z.B. Anzeige nur von Werten über 50 Einwohner/qm) bedarf einer erweiterten Menüführung. Man bestimmt das 'Kartenthema' in einem eigenen Auswahlenü zu den Möglichkeiten und die Art der Darstellung der Information über eine Werkzeugleiste. Funktionen wie Zoom, Messen u.ä. finden sich hier.
    • [7] zeigt u.a. Online-Angebote zu Klimadaten von Deutschland.
    • [8] zeigt verschiedene WebGIS-Angebote des österreichischen Umweltbundesamtes.
  • Die Fülle an Web-GIS Angeboten wächst ständig, eine Google-Suche zum Begriff 'webgis' fördert unübersehbar viele Treffer. Die Nutzung von Web-GIS-Angeboten ist die kostengünstigste Variante bei GIS.
  • Diese Abfragesysteme lassen sich mit Gestaltungskomponenten ergänzen. Damit werden GIS-Systeme zum Werkzeug im Umgang mit Geodaten. Derzeit sollte man schulisch zwei Grundtypen von GIS-Werkzeugen unterscheiden:
  1. Wer Kartenumrisse liebt, der braucht ein Vektor-GIS. Schul-GIS, FinView, ESRI-Produkte sind unterschiedliche Software-Produkte dafür.
  2. Wer den realen Bezug zur Landschaft sucht, der braucht Pixel-GIS bzw. LeoWorks oder Multispec.
  • GIS-Software sucht vielfach den Brückenschlag zwischen den beiden GIS-Ansätzen, Weltanschauungen und User-Typen. Das Produkt Idrisi der Clark-University zeigt dies in allen Phasen seiner Entwicklung. Das Hauptproblem ist dabei die sog. Georeferenzierung der Satelliten- bzw. Flugbilddaten. Beim Georeferenzieren werden die unterschiedlichen Geometrien von Rasterdaten und Vektordaten aufeinander angepasst. Dies ist wegen der Flugbahndaten bei Satelliten und Flugzeugen, der atmosphärischen Störfaktoren, der GEOID-Eigenschaften der Erde und der unterschiedlichen Kartenprojektionen kein triviales Problem. Schulisch ist ein Brückenschlag nur im Ansatz möglich.

Pixel-GIS als Diagnose-Tool zu einer Landschaft

Ein Pixel-GIS ist ein Geographisches Informationssystem (= GIS), das primär Satellitenbilder benutzt, d.h. beim Pixel-GIS werden Lichtintensitäten ausgewertet, die von Sensoren der Erdbeobachtungssatelliten gemessen wurden. Die kleinste Dateneinheit ist ein Bildpunkt (= Pixel, daher der Name "Pixel-GIS"). Bei Messdaten des amerikanischen Satellitensystems "Landsat" hat jeder Original-Bildpunkt eine Auflösung von 30 m. Unsere Untersuchungsgebiete umfassen einen Ausschnitt von der Größe 12km x 12km. Ältere Original-Bilddaten von Landsat 5 und Landsat 7 sind über das Internet von jedem Punkt der Erde für Schulen kostenlos und lizenzfrei abrufbar, so lohnt es sich, sich mit Satellitenbildern intensiver zu beschäftigen.

Die Software "Pixel-GIS" von Herrn Duttke und die darauf abgestimmten Webtools verfolgen wichtige schulische Ziele. Sie unterstützen

  • den naturwissenschaftlichen Unterricht über die Untersuchung der von der Erde reflektierten Sonnenstrahlung,
  • den geographischen und den naturkundlichen Unterricht zum Nahraum der Schule (Ausschnitt 12km x 12km),
  • den handlungsorientierten Unterricht unter Einbeziehung der digitalen Medien, insbesondere von Internet, Webtechnik und Bildverarbeitung,
  • die Bildung zur nachhaltigen Entwicklung über den ganzheitlichen Ansatz "Landschaft" und über die erlebnisorientierte Wahrnehmung im Nahraum der Schule, die die Beschäftigung mit einem Pixel-GIS automatisch initiiert.

Die Verwendung eines Pixel-GIS im Vergleich zu einem üblichen Vektor-GIS bietet außerdem einen nicht zu unterschätzenden didaktischen Vorteil. Ein Satellitenbild (=Pixel-GIS) ist der multispektrale Blick auf eine Landschaft von oben, genau so wie bei einem Orthofoto aus dem Flugzeug, nur die Auflösung ist geringer. Je nach verwendeter "Brille" (= Wahl der Sensoren) lassen sich unterschiedliche Landschaftselemente besonders gut erkennen. Der individuelle Zugang zu solch einem digitalen "Foto" geschieht intuitiv und ist unkompliziert, so dass auch Kinder mit Bildern zum Nahraum der Schule viel anfangen können. Je nach Alter und Vorerfahrung wird ein Satellitenbild recht unterschiedlich in verschiedenen Lernprozessen genutzt. Nicht das Satellitenbild, sondern die Aufgaben zum Satellitenbild bestimmen den altersgerechten Einsatz.

Satellitenbilder dienen primär nicht zur Illustration (assoziative Nutzung), Satellitenbilder sind Gegenstand forschenden Lernens (interpretative Nutzung). Damit auch Kinder und Jugendliche diese Vorteile eines Satellitenbildes nutzen können, muss die notwendige Software entsprechend nutzerfreundlich gestaltet sein. Sie muss den professionellen Zugang zu Satellitenmessdaten in einer Weise ermöglichen, dass größere technische Schulungen für Lehrer bzw. Schüler entfallen können. Es geht um Inhalte, nicht um die PC-Technik. Herr Duttke aus Herborn, Lehrer für Mathematik und Physik, hat für seine Schüler eine Software mit diesem Anspruch entwickelt.

Und das leistet die Software von Herrn Duttke:

  • Pixel-GIS erlaubt die professionelle dialogorientierte Auswertung von Strahlungsmesswerten von Satelliten. Die Farbbilder einer Landschaft (sog. Komposite) entstehen analog zur digitalen Luftbild-Aufnahme.
  • Pixel-GIS ermöglicht die automatisierte Erstellung von Verbreitungskarten zu erkannten Objekten, wie Nadelwald, Schilfzone, Wasserfläche, versiegelte Fläche etc. Überwachte Klassifikation (von Bildpunkten) heißt diese Anwendung.
  • Pixel-GIS erzeugt Karten zum Vegetationsindex und zu anderen Rechenergebnissen, die aus Strahlungsdaten abgeleitet werden können.
  • Pixel-GIS enthält eine automatisierte Faktorenanalyse, die Karten mit den Kernaussagen zur Landschaft liefert. Der Aussagegehalt einer solchen Faktorenkarte (Hauptkomponentenkarte) muss erst über eine Interpretation gewonnen werden. Eine Faktorenkarte liefert gleichsam einen neuartigen, zuerst unbekannten Blick auf die Landschaft. Dies ist als methodischer Ansatz in höheren Klassen besonders erfolgversprechend, weil recht unterschiedliche Vernetzungen eingebracht werden müssen.
  • Pixel-GIS ermöglicht die Eingabe und Einarbeitung ergänzender Daten: Messwerte, Grenzen, Strukturlinien. Zusätzliche Software ist hier nicht notwendig.
  • Pixel-GIS ermöglicht die digitale Bildanalyse auch von farbigen Landschafts-/Orthofotos.
  • Im Pixel-GIS können Fotos und Orthofotos (soweit verfügbar) positionsgerecht aus einem angezeigten Satellitenbild (Hotspots im Satellitenbild, virtuelle Exkursionen bzw. Fotosafaris) abgerufen werden. Damit soll die Interpretation erleichtert werden. Die Fotos müssen zuvor über Fotosoftware geeignet aufbereitet und abgelegt sein.
  • Pixel-GIS erlaubt den Export von Satellitenbildern, Farbkompositen, Klassifikationen (= thematische Karten), Karten der Faktorenanalyse direkt in die Webtools (z.B. Pixel-GIS-Viewer) zum Zweck der erleichterten Interpretation, Dokumentation und Präsentation.
  • Im Webtool "Pixel-GIS-Viewer" können vorbereitete Aufgaben für die Geländearbeit (sog. Lernparcours) zu beliebigen Geländepunkten abgerufen und generiert werden. Die Geländepunkte und die zugehörigen Umgebungskärtchen werden über die Pixel-GIS-Lupe bestimmt.
  • Das zu Pixel-GIS gehörige Hilfe-System ist als HTML-Anwendung gestaltet. Es ist damit parallel zum Programm "Pixel-GIS" benutzbar.
  • Die verschiedenen Webtools sollen die unterschiedlichen Arbeitsergebnisse zum Nahraum der Schule bündeln und Präsentationen auf dem Hintergrund eines Satellitenbild-GIS vereinfachen. Das Satellitenbild-GIS mit integrierten Hotspots wird über die Pixel-GIS-Lupe generiert.
  • Die Seiten der Webtools können mit Word weiter bearbeitet werden.

Weitere Beiträge zu diesem Thema:

  • Die Schulumgebung über Satelliten erkunden, ein ganzheitlicher GIS-Ansatz beim Lernen mit Geodaten: [9]
  • Grundsatzdiskussion: Pixel-GIS kontra Vektor-GIS:[10]

Siehe auch