A GIS software program is a computer program to support the use of a geographic information system, providing the ability to create, store, manage, query, analyze, and visualizegeographic data, that is, data representing phenomena for which location is important.[1][2][3] The GIS software industry encompasses a broad range of commercial and open-source products that provide some or all of these capabilities within various information technology architectures.[4]

History

The earliest geographic information systems, such as the Canadian Geographic Information System started in 1963, were bespoke programs developed specifically for a single installation (usually a government agency), based on custom-designed data models.[5] During the 1950s and 1960s, academic researchers during the quantitative revolution of geography began writing computer programs to perform spatial analysis, especially at the University of Washington and the University of Michigan, but these were also custom programs that were rarely available to other potential users.

The thematic map types that could be generated by SYMAP.

Perhaps the first general-purpose software that provided a range of GIS functionality was the Synagraphic Mapping Package (SYMAP), developed by Howard T. Fisher and others at the nascent Harvard Laboratory for Computer Graphics and Spatial Analysis starting in 1965. While not a true full-range GIS program, it included some basic mapping and analysis functions, and was freely available to other users.[6] Through the 1970s, the Harvard Lab continued to develop and publish other packages focused on automating specific operations, such as SYMVU (3-D surface visualization), CALFORM (choropleth maps), POLYVRT (topological vector data management), WHIRLPOOL (vector overlay), GRID and IMGRID (raster data management), and others. During the late 1970s, several of these modules were brought together into Odyssey, one of the first commercial complete GIS programs, released in 1980.

During the late 1970s and early 1980s, GIS was emerging in many large government agencies that were responsible for managing land and facilities. Particularly, federal agencies of the United States government developed software that was by definition in the public domain because of the Freedom of Information Act, and was thus released to the public. Notable examples included the Map Overlay and Statistical System (MOSS) developed by the Fish & Wildlife Service and Bureau of Land Management (BLM) starting in 1976;[7] the PROJ library developed at the United States Geological Survey (USGS), one of the first programming libraries available; and GRASS GIS originally developed by the Army Corps of Engineers starting in 1982.[8] These formed the foundation of the open source GIS software community.

The 1980s also saw the beginnings of most commercial GIS software, including EsriARC/INFO in 1982;[9]Intergraph IGDS in 1985, and the Mapping Display and Analysis System (MIDAS), the first GIS product for MS-DOS personal computers, which later became MapInfo.[10] These would proliferate in the 1990s with the advent of more powerful personal computers, Microsoft Windows, and the 1990 U.S. census, which raised awareness of the usefulness of geographic data to businesses and other new users.

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.

Softwarearten

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

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 .

Open-Source-Software

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.

Desktop-GIS

Capaware rc1 0.1
GRASS GIS 6.4
gvSIG 1.0
IDRISI Taiga 16.05
SAGA-GIS v. 2.0.3

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

  • GRASS GIS – Geospatial data management, vector and raster manipulation - developed by the U.S. Army Corps of Engineers
  • gvSIG – Mapping and geoprocessing with a 3D rendering plugin
  • ILWIS (Integrated Land and Water Information System) – Integrates image, vector and thematic data.
  • JUMP GIS / OpenJUMP ((Open) Java Unified Mapping Platform) – The desktop GISs OpenJUMP, SkyJUMP, deeJUMP and Kosmo all emerged from JUMP.[13]
  • MapWindow GIS – Free desktop application with plugins and a programmer library [14]
  • QGIS (previously known as Quantum GIS) – Powerful cartographic and geospatial data processing tools with extensive plug-in support
  • SAGA GIS (System for Automated Geoscientific Analysis) – Tools for environmental modeling, terrain analysis, and 3D mapping
  • uDig – API and source code (Java) available.

Besides these, there are other open source GIS tools:

  • Generic Mapping Tools – A collection of command-line tools for manipulating geographic and Cartesian data sets and producing PostScript illustrations.
  • FalconView – A mapping system created by the Georgia Tech Research Institute for Windows. A free, open source version is available.
  • Kalypso – Uses Java and GML3. Focuses mainly on numerical simulations in water management.
  • TerraView – Handles vector and raster data stored in a relational or geo-relational database, i.e. a frontend for TerraLib.
  • Whitebox GAT – Cross-platform, free and open-source GIS software.

Other geospatial tools

Apart from desktop GIS, many other types of GIS software exist.

Web map servers

Spatial database management systems

  • PostGIS – Spatial extensions for the open source PostgreSQL database, allowing geospatial queries.
  • ArangoDB – Builtin features available for Spatial data management, allowing geospatial queries.
  • SpatiaLite – Spatial extensions for the open source SQLite database, allowing geospatial queries.
  • TerraLib – Provides advanced functions for GIS analysis.
  • OrientDB – Integrierte Funktionen für die Verwaltung räumlicher Daten ermöglichen georäumliche Abfragen.

Softwareentwicklungsframeworks und -bibliotheken (für Webanwendungen)

  • GeoBase (Telogis GIS-Software) – Geodatenkartierungssoftware , erhältlich als Software Development Kit .
  • OpenLayers – Open-Source -AJAX- Bibliothek für den Zugriff auf geografische Datenebenen aller Art, ursprünglich entwickelt und gefördert von MetaCarta .
  • Leafletjs – Open-Source-JavaScript-Bibliothek für mobile, interaktive Karten
  • xeokit – Open-Source JavaScript SDK für die leistungsstarke 3D-Visualisierung von BIM- und Ingenieurmodellen in Webbrowsern mit Unterstützung für Formate wie IFC, CityJSON und LAS/LAZ, mit globalen Koordinaten und doppelter Genauigkeit, geeignet für GIS-Anwendungen.

Softwareentwicklungsframeworks und -bibliotheken (nicht webbasiert)

Katalogisierungsanwendung für raumbezogene Ressourcen

  • GeoNetwork Open Source – Eine Kataloganwendung zur Verwaltung raumbezogener Ressourcen
  • pycsw – pycsw ist eine in Python geschriebene OGC CSW- Serverimplementierung.

Andere Werkzeuge

Kommerzielle oder proprietäre GIS-Software

Desktop-GIS

Hinweis: Fast alle der unten aufgeführten Unternehmen bieten Desktop-GIS- und WebMap-Server-Produkte an. Einige, wie beispielsweise Manifold Systems und Esri, bieten auch Produkte für räumliche Datenbankmanagementsysteme (SDB) an.

Unternehmen mit hohem Marktanteil

Unternehmen mit einem geringen, aber dennoch bemerkenswerten Marktanteil

  • 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.

GIS als Dienstleistung

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:

Spatial DBMS

  • Boeing's Spatial Query Server – Spatially enables Sybase ASE.
  • IBM Db2 – Allows spatial querying and storing of most spatial data types.
  • Informix – Allows spatial querying and storing of most spatial data types.
  • MySQL – Allows spatial querying and storing of most spatial data types.
  • Microsoft SQL Server (2008 and later) – GIS products such as MapInfo and Cadcorp SIS can read and edit this data while Esri and others are expected to be able to read and edit this data at some point in the future.
  • Oracle Spatial – Product allows users to perform geographic operations and store spatial data types in an Oracle environment. Most commercial GIS packages can read and edit spatial data stored in this way.
  • 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.

Geospatiales Internet der Dinge

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ Clarke, KC, 1986. Fortschritte bei geographischen Informationssystemen, Computern, Umwelt und städtischen Systemen, Band 10, S. 175–184.
  2. ^ Maliene V, Grigonis V, Palevičius V, Griffiths S (2011). „Geographisches Informationssystem: Alte Prinzipien mit neuen Möglichkeiten“. Urban Design International . 16 (1): 1–6 . doi : 10.1057/udi.2010.25 . S2CID  110827951 .
  3. ^ Kent, Alexander James; Vujakovic, Peter (2020). The Routledge Handbook of Mapping and Cartography . Abingdon: Routledge. ISBN 9780367581046Die
  4. ↑ „GIS-Software – Eine Beschreibung in 1000 Worten“ , S. Steiniger und R. Weibel
  5. ^ Tomlinson, Roger F.; Calkins, Hugh W.; Marble, Duane F. (1976). Computergestützte Verarbeitung geographischer Daten . UNESCO Press.
  6. ^ Chrisman, Nicholas R. (2006). Kartierung des Unbekannten: Wie Computerkartierung in Harvard zu GIS wurde . Esri Press. ISBN 978-1-58948-118-3Die
  7. ^ Greenlee, David D.; Guptill, Stephen C. (1998). „GIS-Entwicklung im US-Innenministerium“. In: Foresman, Timothy W. (Hrsg.). Die Geschichte der Geographischen Informationssysteme: Perspektiven der Pioniere . Prentice Hall. S.  191–198 . ISBN 0-13-862145-4Die
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  10. ^ Xuan, Zhu (2016). GIS für Umweltanwendungen: Ein praktischer Ansatz . ISBN 9780415829069OCLC  1020670155 .​
  11. ^ Bolstad, Paul (2019). GIS Fundamentals: A First Text on Geographic Information Systems (6. Aufl.). XanEdu. ISBN 978-1-59399-552-2Die
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  31. ^ „SAP HANA® beschleunigt die räumliche Verarbeitung und Analyse für Echtzeit-Einblicke“ . Directions Magazine . Abgerufen am 7. Juli 2016 .