Software für Geoinformationssysteme

Eine GIS-Software ist ein Computerprogramm zur Unterstützung eines Geoinformationssystems (GIS) . Sie ermöglicht das Erstellen, Speichern, Verwalten, Abfragen, Analysieren und Visualisieren von Geodaten , also Daten, die Phänomene darstellen, bei denen der Standort eine wichtige Rolle spielt. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} Die GIS-Softwarebranche umfasst eine breite Palette kommerzieller und Open-Source-Produkte, die einige oder alle dieser Funktionen in verschiedenen IT- Architekturen bereitstellen. ^{[ 4 ]}

Die ersten Geoinformationssysteme, wie beispielsweise das 1963 gestartete kanadische Geoinformationssystem , waren maßgeschneiderte Programme, die speziell für eine einzelne Einrichtung (in der Regel eine Regierungsbehörde) auf Basis individuell entwickelter Datenmodelle erstellt wurden. ^{[ 5 ]} In den 1950er- und 1960er-Jahren begannen Wissenschaftler im Zuge der quantitativen Revolution in der Geographie , insbesondere an der University of Washington und der University of Michigan , Computerprogramme zur räumlichen Analyse zu entwickeln. Auch diese Programme waren jedoch individuell angepasst und standen anderen potenziellen Nutzern selten zur Verfügung.

Die erste universelle Software mit einem breiten Spektrum an GIS-Funktionen war vermutlich das Synagraphic Mapping Package (SYMAP), das ab 1965 von Howard T. Fisher und anderen am neu gegründeten Harvard Laboratory for Computer Graphics and Spatial Analysis entwickelt wurde . Obwohl es kein vollwertiges GIS-Programm war, enthielt es einige grundlegende Kartierungs- und Analysefunktionen und stand anderen Nutzern kostenlos zur Verfügung. ^{[ 6 ]} In den 1970er-Jahren entwickelte und veröffentlichte das Harvard Lab weitere Pakete zur Automatisierung spezifischer Operationen, darunter SYMVU (3D-Oberflächenvisualisierung), CALFORM ( Choroplethenkarten ), POLYVRT ( topologische Vektordatenverwaltung), WHIRLPOOL ( Vektorüberlagerung ), GRID und IMGRID ( Rasterdatenverwaltung ) und andere. Ende der 1970er-Jahre wurden mehrere dieser Module in Odyssey zusammengeführt, einem der ersten kommerziellen Komplett-GIS-Programme, das 1980 veröffentlicht wurde.

In den späten 1970er und frühen 1980er Jahren etablierte sich GIS in vielen großen Regierungsbehörden, die für die Verwaltung von Land und Anlagen zuständig waren. Insbesondere Bundesbehörden der Vereinigten Staaten entwickelten Software, die aufgrund des Informationsfreiheitsgesetzes (Freedom of Information Act) per Definition gemeinfrei war und somit der Öffentlichkeit zugänglich gemacht wurde. Zu den bekanntesten Beispielen zählen das Map Overlay and Statistical System (MOSS), das ab 1976 vom Fish & Wildlife Service und dem Bureau of Land Management (BLM) entwickelt wurde ^{[ 7 ]} ; die PROJ- Bibliothek des United States Geological Survey (USGS), eine der ersten verfügbaren Programmierbibliotheken; und GRASS GIS, das ab 1982 vom Army Corps of Engineers entwickelt wurde ^{[ 8 ].} Diese bildeten das Fundament der Open-Source-GIS-Software-Community.

In den 1980er Jahren entstanden auch die meisten kommerziellen GIS-Softwareprodukte, darunter Esri ARC/INFO im Jahr 1982 ^{[ 9 ]} , Intergraph IGDS im Jahr 1985 und das Mapping Display and Analysis System (MIDAS), das erste GIS-Produkt für MS-DOS -PCs, das später zu MapInfo wurde ^{[ 10 ]} . Mit dem Aufkommen leistungsstärkerer PCs, Microsoft Windows und der US-Volkszählung von 1990 , die das Bewusstsein für den Nutzen geografischer Daten für Unternehmen und andere neue Nutzer schärfte, verbreiteten sich diese Programme in den 1990er Jahren rasant.

In den späten 1990er-Jahren zeichneten sich mehrere Trends ab, die das GIS-Software-Ökosystem bis heute maßgeblich veränderten und über die traditionelle, vollumfängliche Desktop-GIS-Anwendung hinausgingen. Die Entwicklung objektorientierter Programmiersprachen ermöglichte die Veröffentlichung von Komponentenbibliotheken und Anwendungsprogrammierschnittstellen (APIs) – sowohl kommerziell als auch Open Source –, die spezifische GIS-Funktionen kapselten und es Programmierern erlaubten, räumliche Fähigkeiten in ihre eigenen Programme zu integrieren. Zweitens schuf die Entwicklung räumlicher Erweiterungen für objektrelationale Datenbankmanagementsysteme (ebenfalls Open Source und kommerziell) neue Möglichkeiten der Datenspeicherung für traditionelle GIS-Systeme und ermöglichte gleichzeitig die Integration räumlicher Funktionen in unternehmensweite Informationssysteme , einschließlich Geschäftsprozessen wie dem Personalwesen . Drittens entwickelte sich mit dem Aufkommen des World Wide Web die Webkartierung schnell zu einer der beliebtesten Anwendungen. Dies führte zur Entwicklung serverbasierter GIS-Software, die dieselben Funktionen wie ein traditionelles GIS-System ausführen konnte, jedoch an einem vom Client entfernten Ort, der lediglich einen Webbrowser benötigte. All diese Faktoren zusammen haben dazu beigetragen, dass neue Trends in der GIS-Software entstehen, wie beispielsweise die Nutzung von Cloud Computing , Software as a Service (SaaS) und Smartphones , um die Verfügbarkeit räumlicher Daten, deren Verarbeitung und Visualisierung zu erweitern.

Von der Softwarekomponente eines traditionellen Geoinformationssystems wird erwartet, dass sie ein breites Spektrum an Funktionen zur Verarbeitung räumlicher Daten bereitstellt: ^{[ 11 ] : 16}

• Datenmanagement , einschließlich der Erstellung, Bearbeitung und Speicherung geografischer Daten sowie Transformationen wie die Änderung von Koordinatensystemen und die Konvertierung zwischen Raster- und Vektormodellen .
• Räumliche Analyse , einschließlich einer Reihe von Verarbeitungswerkzeugen, von einfachen Abfragen bis hin zu fortgeschrittenen Algorithmen wie Netzwerkanalyse und Vektorüberlagerung
• Output , insbesondere kartografische Gestaltung .

Das moderne GIS -Software-Ökosystem umfasst eine Vielzahl von Produkten, die mehr oder weniger dieser Funktionen beinhalten, sie in einem einzigen Programm vereinen oder über das Internet verbreiten . Diese Produkte lassen sich in folgende Hauptkategorien einteilen:

Desktop-GIS-Anwendung

Die traditionelle Form von GIS-Software wurde zunächst für Großrechner und Minicomputer, dann für Unix- Workstations und schließlich für PCs entwickelt . Ein Desktop-GIS-Programm bietet einen umfassenden Funktionsumfang, wobei einige Programme modular aufgebaut sind und Erweiterungen separat erworben werden können.

Server-GIS-Anwendung

Ein Programm, das auf einem entfernten Server (üblicherweise in Verbindung mit einem HTTP-Server ) läuft, übernimmt viele oder alle der oben genannten Funktionen, nimmt Anfragen entgegen und liefert Ergebnisse über das World Wide Web . Der Client greift daher typischerweise mit einem normalen Webbrowser auf die Serverfunktionen zu. Frühe Serversoftware konzentrierte sich speziell auf Webmapping und umfasste lediglich die Ausgabephase, während moderne Server-GIS-Systeme den vollen Funktionsumfang bieten. Diese Serversoftware bildet das Herzstück moderner Cloud-basierter Plattformen wie ArcGIS Online .

Geodatenbibliothek

Eine Softwarekomponente , die einen fokussierten Satz dokumentierter Funktionen bereitstellt, die Softwareentwickler in ihre eigenen Programme integrieren können. In modernen objektorientierten Programmiersprachen wie C# , JavaScript und Python werden diese typischerweise als Klassen mit einer dokumentierten Programmierschnittstelle (API) gekapselt.

räumliche Datenbank

Eine Erweiterung für bestehende Datenbanksoftware (meist ein objektrelationales Datenbankmanagementsystem ), die einen Geometrie-Datentyp erstellt. Dadurch können Geodaten in einer Tabellenspalte gespeichert werden. Gleichzeitig stellt sie Abfragesprachen wie SQL neue Funktionen zur Verfügung , die viele Verwaltungs- und Analysefunktionen von GIS umfassen. Dies ermöglicht Datenbankmanagern und Programmierern, GIS-Funktionen ohne herkömmliche GIS-Software auszuführen.

Die heutige Softwarebranche besteht aus einer Vielzahl konkurrierender Produkte beider Kategorien, sowohl als Open-Source- als auch als kommerzielle Software. Viele davon sind unten aufgeführt; einen direkten Vergleich der Eigenschaften einiger dieser Produkte finden Sie unter Vergleich von Software für Geoinformationssysteme .

Die Entwicklung von Open-Source-GIS-Software hat – im Hinblick auf die Softwaregeschichte – eine lange Tradition ^{[ 12 ]} , die mit dem Erscheinen eines ersten Systems im Jahr 1978 begann. Zahlreiche Systeme sind verfügbar, die alle Bereiche der Geodatenverarbeitung abdecken.

Die folgenden Open-Source-Desktop-GIS-Projekte werden in Steiniger und Bocher (2008/9) besprochen: ^{[ 13 ]}

• GRASS GIS – Geodatenmanagement, Vektor- und Rastermanipulation – entwickelt vom US Army Corps of Engineers
• gvSIG – Kartierung und Geoverarbeitung mit einem 3D-Rendering-Plugin
• ILWIS (Integrated Land and Water Information System) – Integriert Bild-, Vektor- und thematische Daten.
• JUMP GIS / OpenJUMP ((Open) Java Unified Mapping Platform) – Die Desktop-GIS-Systeme OpenJUMP, SkyJUMP, deeJUMP und Kosmo sind alle aus JUMP hervorgegangen. ^{[ 13 ]}
• MapWindow GIS – Kostenlose Desktop-Anwendung mit Plugins und einer Programmiererbibliothek ^{[ 14 ]}
• QGIS (früher bekannt als Quantum GIS) – Leistungsstarke Werkzeuge zur Verarbeitung kartografischer und georäumlicher Daten mit umfangreicher Plug-in-Unterstützung
• SAGA GIS (System für automatisierte geowissenschaftliche Analysen) – Werkzeuge für Umweltmodellierung, Geländeanalyse und 3D-Kartierung
• uDig – API und Quellcode (Java) verfügbar.

Darüber hinaus gibt es weitere Open-Source-GIS-Werkzeuge:

• Generische Kartierungswerkzeuge – Eine Sammlung von Kommandozeilenwerkzeugen zur Bearbeitung geografischer und kartesischer Datensätze und zur Erstellung von PostScript-Illustrationen.
• FalconView – Ein vom Georgia Tech Research Institute entwickeltes Kartensystem für Windows . Eine kostenlose Open-Source-Version ist verfügbar.
• Kalypso – Nutzt Java und GML3. Konzentriert sich hauptsächlich auf numerische Simulationen im Bereich Wassermanagement.
• TerraView – Verarbeitet Vektor- und Rasterdaten, die in einer relationalen oder georelationalen Datenbank gespeichert sind, d. h. ein Frontend für TerraLib .
• Whitebox GAT – Plattformübergreifende, kostenlose und quelloffene GIS-Software.

Neben Desktop-GIS existieren viele weitere Arten von GIS-Software.

• GeoServer – Geschrieben in Java und basiert auf GeoTools . Ermöglicht Benutzern das Teilen und Bearbeiten von Geodaten.
• MapGuide Open Source – Läuft unter Linux oder Windows, unterstützt Apache- und IIS-Webserver und verfügt über APIs (PHP, .NET, Java und JavaScript) für die Anwendungsentwicklung.
• Mapnik – C++/Python-Bibliothek für die Darstellung – wird von OpenStreetMap verwendet .
• MapServer – Geschrieben in C. Entwickelt von der University of Minnesota .

• PostGIS – Räumliche Erweiterungen für die Open-Source -Datenbank PostgreSQL , die Geodatenabfragen ermöglichen.
• ArangoDB – Integrierte Funktionen für die räumliche Datenverwaltung ermöglichen georäumliche Abfragen.
• SpatiaLite – Räumliche Erweiterungen für die Open-Source -Datenbank SQLite , die Geodatenabfragen ermöglichen.
• TerraLib – Bietet erweiterte Funktionen für die GIS-Analyse.
• OrientDB – Builtin features available for Spatial data management, allowing geospatial queries.

• GeoBase (Telogis GIS software) – Geospatial mapping software available as a software development kit.
• OpenLayers – Open source AJAX library for accessing geographic data layers of all kinds, originally developed and sponsored by MetaCarta.
• Leafletjs – Open source JavaScript Library for Mobile-Friendly Interactive Maps
• xeokit – Open-source JavaScript SDK for high-performance 3D visualization of BIM and engineering models in web browsers with support for formats like IFC, CityJSON, and LAS/LAZ, with global coordinates and double-precision rendering suitable for GIS applications.

• GeoTools – Open source GIS toolkit written in Java, using Open Geospatial Consortium specifications.
• GDAL / OGR
• Orfeo toolbox

• GeoNetwork opensource – A catalog application to manage spatially referenced resources
• pycsw – pycsw is an OGC CSW server implementation written in Python

Note: Almost all of the companies below offer Desktop GIS and WebMap Server products. Some such as Manifold Systems and Esri offer Spatial DBMS products as well.

• Autodesk – Products that interface with its AutoCAD software package include Map 3D, Topobase, and MapGuide.
• Bentley Systems – Products that interface with its MicroStation software package include Bentley Map and Bentley Map View.
• ENVI – Utilized for image analysis, exploitation, and hyperspectral analysis.
• ERDAS IMAGINE – Products include Leica Photogrammetry Suite, ERDAS ER Mapper, ERDAS ECW/JP2 SDK (ECW (file format)) and ERDAS APOLLO.
• Esri – Products include ArcMap, ArcGIS, ArcSDE, ArcIMS, ArcWeb services and ArcGIS Server.
• Intergraph – Products include G/Technology, GeoMedia, GeoMedia Professional, GeoMedia WebMap, and add-on products for industry sectors, as well as photogrammetry.
• MapInfo – Desktop GIS MapInfo Professional.
• Smallworld

• Cadcorp – Zu den Produkten gehören Cadcorp SIS, GeognoSIS, mSIS und Entwicklerkits.
• Caliper – Zu den Produkten gehören Maptitude , TransModeler und TransCAD.
• Conform von GameSim – Software zur Fusion und Visualisierung von Höhen-, Bild-, Vektor- und LiDAR-Daten. Die fusionierte Umgebung kann in 3D-Formate für Spiele, Simulationen und Stadtplanung exportiert werden. ^{[ 15 ]}
• Dragon/ips – Fernerkundungssoftware mit GIS-Funktionen.
• Geosoft – GIS- und Datenverarbeitungssoftware für die Rohstoffexploration .
• GeoTime – Software für die visuelle 3D-Analyse und Berichterstellung von Standortdaten im Zeitverlauf; eine ArcGIS-Erweiterung ist ebenfalls verfügbar.
• Global Mapper – GIS-Softwarepaket, das derzeit von Blue Marble Geographics entwickelt wird ; ursprünglich basierend auf dem USGS dlgv32 Quellcode.
• Golden Software – GIS- und wissenschaftliche Software. Zu den Produkten gehören Surfer für Rasterung und Konturierung, MapViewer für thematische Kartierung und räumliche Analysen, Strater für Bohrlochprotokollierung und Querschnitte, Voxler für echte 3D-Bohrloch- und Komponentenkartierung, Didger für Digitalisierung und Koordinatenkonvertierung sowie Grapher für 2D- und 3D-Grafiken.
• Kongsberg Gallium Ltd. – Zu den Produkten gehören InterMAPhics und InterView.
• MapDotNet – Ein in C#/.NET geschriebenes Framework zum Erstellen von WPF-, Silverlight- und HTML5-Anwendungen.
• Manifold System – GIS-Softwarepaket.
• RegioGraph von GfK GeoMarketing – GIS-Software für Geschäftsplanung und -analysen; das Unternehmen bietet auch kompatible Karten und Marktdaten an.
• RemoteView
• SuperMap Inc. – ein GIS-Softwareanbieter, der Desktop-, Komponenten-, Web- und mobile GIS-Lösungen anbietet.
• TerrSet (ehemals IDRISI) – GIS- und Bildverarbeitungsprodukt, entwickelt von Clark Labs an der Clark University .
• TNTmips von MicroImages – ein System, das Desktop-GIS, fortschrittliche Bildverarbeitung, 2D-3D-Stereo-Visualisierung, Desktop-Kartografie, Geodatenbankverwaltung und Webkartenveröffentlichung integriert.

Viele Anbieter bieten mittlerweile neben oder anstelle von herunterladbarer Software und/oder Daten auch internetbasierte Dienste an. Diese können kostenlos, werbefinanziert oder kostenpflichtig im Abonnement sein und lassen sich in drei Bereiche unterteilen:

• SaaS – Software as a Service: Software, die als Dienstleistung im Internet verfügbar ist.
  • ArcGIS Online – Esris cloudbasierte Version von ArcGIS ^{[ 16 ]}
  • CartoDB – Online-Kartierungsplattform, die ein Open-Source-Cloud-basiertes SaaS-Modell anbietet ^{[ 17 ]}
  • Google Earth#Google_Earth_Engine ; Bietet Algorithmen und einen großen Katalog öffentlicher Daten für räumliche Berechnungen im globalen Maßstab.
  • Mapbox – Anbieter von benutzerdefinierten Online-Karten für Websites ^{[ 18 ]}
  • MapTiler – Anbieter von anpassbaren Karten für Anwendungen und Websites. ^{[ 19 ]}
  • Maptitude Online – Calipers cloudbasierte Version von Maptitude ^{[ 20 ]}
• PaaS – Platform as a Service: Geokodierung oder Analyse-/Verarbeitungsdienste
  • ArcGIS Online ^{[ 16 ]}
  • FME Cloud ^{[ 21 ]}
  • Google Maps JavaScript API Version 3 ^{[ 22 ]}
  • Hier verwendet die Maps JavaScript API Version ^{[ 23 ]}
  • Microsoft Bing Geocode Dataflow API ^{[ 24 ]}
  • US Census Geocoder ^{[ 25 ]}
• DaaS – Data as a Service: Daten- oder Inhaltsdienste
  • ArcGIS Online ^{[ 16 ]}
  • Apple Maps ^{[ 26 ]}
  • Google Maps ^{[ 27 ]}
  • Hier Karten ^{[ 28 ]}
  • OpenStreetMap ^{[ 29 ]}
  • Microsoft Bing Maps ^{[ 30 ]}

• Boeings Spatial Query Server – Spatially ermöglicht Sybase ASE.
• IBM Db2 – Ermöglicht räumliche Abfragen und die Speicherung der meisten räumlichen Datentypen.
• Informix – Ermöglicht räumliche Abfragen und die Speicherung der meisten räumlichen Datentypen.
• MySQL – Ermöglicht räumliche Abfragen und die Speicherung der meisten räumlichen Datentypen.
• Microsoft SQL Server (2008 und höher) – GIS-Produkte wie MapInfo und Cadcorp SIS können diese Daten lesen und bearbeiten, während Esri und andere voraussichtlich in der Lage sein werden, diese Daten zu einem späteren Zeitpunkt zu lesen und zu bearbeiten.
• Oracle Spatial ermöglicht es Benutzern, geografische Operationen durchzuführen und räumliche Datentypen in einer Oracle-Umgebung zu speichern. Die meisten kommerziellen GIS-Pakete können so gespeicherte räumliche Daten lesen und bearbeiten.
• SAP HANA ermöglicht es Benutzern, gängige Geodatentypen zu speichern, Geodatendateien in den Formaten WKT (Well-Known Text) und WKB (Well-Known Binary) zu laden und räumliche Datenverarbeitung mittels SQL durchzuführen . Die OGC-Zertifizierung (Open Geospatial Consortium) erlaubt Drittanbietern von GIS-Software die Speicherung und Verarbeitung von Geodaten. GIS-Produkte wie ArcGIS von Esri sind mit HANA kompatibel. ^{[ 31 ]}
• Teradata – Teradata Geospatial ermöglicht die Speicherung und räumliche Analyse von ortsbezogenen Daten, die mithilfe nativer Geodatentypen innerhalb der Teradata-Datenbank gespeichert werden.
• VMDS – Versionsverwalteter Datenspeicher von Smallworld.

• SensorUp – SensorUp bietet Cloud-Hosting und SDKs auf Basis des SensorThings API- Standards des Open Geospatial Consortium .

• Vergleich von Geoinformationssystem-Software
• GIS Live DVD
• Open Source Geospatial Foundation (OSGeo)