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Timestamp: 2019-10-14 07:05:18+00:00

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GIS - Anwendungen für Flughäfen - Visualisierung und Analyse von ...
Magisterarbeit, 2000, 172 Seiten
2 Vorgehensweise und Einordnung in die Wissenschaften
2.2 Methodik und Arbeitsschritte
2.3 Einordnung in die Wissenschaften
3 Geo - Informationssysteme
3.1.1 Begriffsbestimmung Geo-Informationssystem - GIS
3.1.2 Digitale Informationssysteme
3.2 Struktur und Funktionalität eines Geo–Informationssystems
3.2.1 Entstehung und Entwicklung von GIS
3.2.2 Schwerpunktbildung in der weiteren Bearbeitung der Thematik GIS
3.3 Modellierung von Geoobjekten als Grundlage von Geodaten
3.3.1 Geoobjekte
3.3.2 Von der Datenmodellierung zur GIS-Anwendung
3.3.3 Geodaten – Strukturelle Basis der GIS-Anwendung
3.4 GIS-Komponenten Software, Hardware und Anwender
3.4.1 Funktionalität von GIS-Software
3.4.2 Hardwarekomponenten für GIS
3.4.3 Anwendungen und Anwender
3.5 GIS-Problemfelder und GIS-Trends
3.5.1 GIS-Problemfelder
3.5.2 GIS-Trends
4.1 Einleitende Betrachtung – Markttrends
4.1.1 Rahmenbedingungen im internationalen Luftverkehr
4.3 Funktionaler Aufbau und Flughafenbetrieb
4.3.1 Flugbetriebsflächen, Flughafenanlagen und landseitige Anbindung
4.3.2 Der Flughafen als Dienstleistungszentrum – neue Geschäftsfelder und Funktionen
4.4 Raumwirkungen des Komplexes Flughafen
4.4.1 Flughafen als Wirtschaftsfaktor – Flughafen als Standortfaktor
4.4.2 Negative Wirkungseffekte eines Flughafens
4.5 Wichtige Bewertungsgrößen für Flughäfen
4.5.1 Kennzahlen deutscher Flugplätze im nationalen und internationalen Vergleich
4.6 Trends und Problemfelder
5 GIS-Anwendungen für Flughäfen
5.2 GIS für Flughäfen - thematische und zeitliche Einordnung
5.2.1 Thematische Systematik
5.2.2 Zeitliche Einordnung
5.3 GIS und der Funktionsraum Flughafen
5.3.1 Hohe Bedeutung von Raumdaten als Basis der GIS-Anwendungen
5.3.2 Bauliche Dynamik erfordert digitale Bestandsdaten
5.3.3 Räumliches Informationsmanagement für verdichtete Verkehrsknoten
6 Empirische Datenerhebung zu GIS-Anwendungen für Flughäfen
6.1 Theoretische Grundlagen der Erhebung einer empirischen Datenbasis
6.1.1 Informationen zu der gewählten Datenbasis
6.1.2 Thesenformulierung
6.2 Auswertung der Befragung von deutschen Flughäfen zu Anwendungen Geographischer Informationssysteme
6.2.1 Zusammenfassung und Begutachtung der Thesen
7 Einzelanwendungen Geographischer Informationssysteme für Flughäfen
7.1 Anwendungsfeld Betrieb (Infrastruktur und Maintenance)
7.2 Anwendungsfeld Umwelt
7.3 Anwendungsfeld Marketing und Kommunikation
7.4 Allgemeine GIS-Anwendungen für Flughäfen
7.5 Systemstrukturen von GIS-Anwendungen für Flughäfen
7.5.1 Multi User – Multi-Applikationen GIS
7.5.2 Einbindung von GIS-Anwendungen in Informations- und Managementsysteme
7.6 Problemfelder von GIS-Anwendungen für Flughäfen
8 Visualisierung und Analyse von Marktdaten eines Flughafens
8.1 Marktdaten eines Flughafens
8.1.1 Systemtypen und Datenstrukturen für die Visualisierung und Analyse von Marktdaten
8.2 Anwendungsbeispiel Flughafen Düsseldorf International
8.2.1 Datengrundlage, Vorgehensweise und verwendete GIS-Software
8.2.2 Auswahl des Betrachtungsrahmens und Datenmodellierung zur Abbildung von geschäftlichen Markverflechtungen Flughafen Düsseldorf International
8.2.3 Geocodierung und die Verteilung der Standorte in NRW und in den USA
8.2.4 US-Gateways und eine Rangfolgenbildung der Businessdestinationen
Abbildung 1.1: Vorgehensweise der Magisterarbeit GIS-Anwendungen für Flughäfen
Abbildung 1.2: Methodik und Arbeitsschritte der Magisterarbeit
Abbildung 1.3: Hauptkomponenten der Wissenschaftlichen Systematik
Abbildung 3.1: Strukturelle und funktionale Komponenten eines Geo-Informationssystems
Abbildung 3.2: Entwicklungsphasen von Geo-Informationssystemen
Abbildung 3.3: Strukturierung der Einführung in GIS
Abbildung 3.4: Komponenten und Verfahrensschritte einer GIS-Anwendung
Abbildung 3.5: GIS-Datentypen, Vektorformat - Rasterformat
Abbildung 3.6: Rasterdarstellung, Luftbild Flughafen Atlanta Hartsfield (USA)
Abbildung 3.7: Thematische Layerstruktur in GIS
Abbildung 3.8: Verknüpfung von Datentypen in GIS
Abbildung 3.9: Mittel topologischer Analyse in GIS - Pufferbildung
Abbildung 3.10: Mittel topologischer Analyse in GIS - Verschneidung
Abbildung 3.11: Kategorisierung von Geo-Informationssystemen
Abbildung 3.12: GIS-Anwendungsfelder nach Bill
Abbildung 3.13: Drei-Schalen Modell zur GIS-Interdisziplinarität
Abbildung 3.14: Kostenpyramide für GIS-System Komponenten
Abbildung 4.1: Begriffliche Systematik für Flugplätze nach LuftVZO
Abbildung 4.2: Strukturschema eines Flughafens mit wichtigen funktionalen Elementen
Abbildung 4.3: System Flughafen aufgegliedert nach Teilsystemen
Abbildung 4.4: Lärmemissionen verschiedener Verkehrsmittel
Abbildung 4.5: Lärmkonturen von Kapitel 2 und Kapitel 3 zertifizierten Luftfahrzeugen
Abbildung 4.6: Kennzahlen des Verkehrsbetriebes der Internationalen Verkehrsflughäfen Passagierzahlen 1999 und Veränderung zum Vorjahr
Abbildung 4.7: Kennzahlen des Verkehrsbetriebes der Internationalen Verkehrsflughäfen Frachtumschlag und Flugbewegungen 1999
Abbildung 4.8: Passagierzahlen ausgewählter regionaler Verkehrsflughäfen und Landeplätze
Abbildung 4.9: Passagiere an europäischen Flughäfen 1999 und Veränderung zum Vorjahr
Abbildung 4.10: Frachtzahlen und Flugbewegungen an europäischen Flughäfen 1999
Abbildung 5.1: Systematik der GIS-Anwendungsfelder
Abbildung 5.2: Bauliche Dynamik an deutschen Flughäfen - Flughafen Düsseldorf International August 1999
Abbildung 5.3: Zusammenfassung von Faktoren, die für GIS-Anwendungen an Flughäfen sprechen
Abbildung 6.1: GIS-Nutzung und Planung von GIS-Anwendungen an deutschen Flughäfen
Abbildung 6.2: Auflistung ausgewählter deutscher Flughäfen nach den Passagierzahlen und Flugbewegungen 1999 sowie Einteilung in Gruppen A, B und C
Abbildung 6.3: Häufigkeit der GIS-Anwendung gruppiert nach Passagierzahlen 1999
Abbildung 6.4: Häufigkeit der GIS-Anwendung gruppiert nach Flugbewegungen
Abbildung 6.5: Aktuelle und geplante Einzelanwendungen an deutschen Flugplätzen 2000
Abbildung 6.6: Bewertung der zukünftigen Entwicklung von GIS am Flughafen
Abbildung 6.7: Geplante GIS-Anwendungen an deutschen Flughäfen nach Anwendungsfeldern
Abbildung 6.8: Computeranwendungen der Nicht-GIS Nutzer für Aufgaben, die in GIS integriert bearbeitet werden können
Abbildung 6.9: Intensität der GIS-Nutzung. Mitarbeiterzahlen für GIS-Anwendungen
Abbildung 6.10: Intensität der GIS-Nutzung. Anzahl der Computerarbeitsplätze für GIS
Abbildung 7.1: Anwendungsmöglichkeiten Geographischer Informationssysteme im Bereich Flughafenbetrieb
Abbildung 7.2: Beispiel für GIS-Anwendung – Digitale Bestandsdokumentation
Abbildung 7.3: Beispiel für GIS-Anwendung - Planung und Dokumentation von Baumaßnahmen
Abbildung 7.4: Beispiel für Endprodukt einer GIS-Anwendung – Verwaltung von Leitungsnetzen am Flughafen Köln-Bonn
Abbildung 7.5: Beispiel für Endprodukt einer GIS-Anwendung – Verwaltung und Verstandortung von technischer Infrastruktur
Abbildung 7.6: Beispiel für GIS-Anwendung – Verwaltung von Betriebsfahrzeugen
Abbildung 7.7: Beispiel für GIS-Anwendung – Analyse und Planung der Hindernisfreiheit
Abbildung 7.8: Beispiel für GIS-Anwendung – Verwaltung und Analyse der An- und Abflugrouten
Abbildung 7.9: Beispiel für GIS-Anwendung – Verwaltung und Analyse der Flächennutzung
Abbildung 7.10: Anwendungsmöglichkeiten Geographischer Informationssysteme im Bereich Umwelt
Abbildung 7.11: Beispiel für GIS-Anwendung – Verwaltung der Flächennutzung im Umland
Abbildung 7.12: Beispiel für Endprodukt einer GIS-Anwendung – Verwaltung der Lärmbelastung
Abbildung 7.13: Beispiel für GIS-Anwendung – Verwaltung von Lärmbeschwerden
Abbildung 7.14: Beispiel für Endprodukt einer GIS-Anwendung – Mähmanagement am Flughafen Köln/ Bonn
Abbildung 7.15: Anwendungsmöglichkeiten Geographischer Informationssysteme im Bereich Marketing und Kommunikation
Abbildung 7.16: Beispiel für Endprodukt einer GIS-Anwendung – Analysen des Luftverkehrsmarktes
Abbildung 7.17: Beispiel für GIS-Anwendung – Verwaltung und Analyse des Flugplanangebotes
Abbildung 7.18: Beispiel für Endprodukt einer GIS-Anwendung – Reichweitenanalysen Luft
Abbildung 7.19: Beispiel für GIS-Anwendung – Internet-GIS
Abbildung 7.20: Anwendungsmöglichkeiten aus reiner GIS-Funktionalität
Abbildung 7.21: Systemstrukturen einer Multi-User Multi-Applikationen Anwendung für Flughäfen
Abbildung 7.22: Beispiel für eine Multi-User Multiple-Application Systemstruktur nach McNerney
Abbildung 7.23: Beispiel für ein Multi-Application GIS - Capital Airport, Springfield, USA
Abbildung 8.1: Beispiel für Datensatz einer GIS-Anwendung Geomarketing
Abbildung 8.2: Systembausteine von GIS für Geomarketing
Abbildung 8.3: Vorgehensweise des Anwendungsbeispiels Flughafen Düsseldorf International
Abbildung 8.4: Sachdatenbank in GIS-Umgebung
Abbildung 8.5: Basisgeometrien dieser Anwendung - PLZ_5st. in Deutschland sowie Grenzen der Bundesstaaten und Zentroiden der ZIP-Codes_5st. in den USA
Abbildung 8.6: Visualisierte Unternehmensstandorte im Markt NRW
Abbildung 8.7: Visualisierte Unternehmensstandorte in den USA
Abbildung 8.8: Unternehmensstandorte in NRW innerhalb Buffer 50Km und Buffer100 Km
Abbildung 8.9: 22 wichtige US-Flughäfen
Abbildung 8.10: Bufferflächen von 100 Meilen um die US-Airports
Abbildung 8.11: US-Airports mit Bufferflächen von 100 Meilen und Unternehmensstandorte
Abbildung 8.12: US-Airports mit Bufferflächen und Unternehmensstandorte – Detailausschnitt
Abbildung 8.13: Räumliche SQL-Abfrage zur Ermittlung der Unternehmensstandorte innerhalb der 100 Meilen Airport Buffer
Abbildung 8.14: Anzahl der Unternehmensstandorte pro 100 Meilen Buffer um US-Airports
Abbildung 8.15: Ermittelte vier Zielregionen im Markt USA
Abbildung 8.16: Ermittelte Zielregionen mit US-Gateways
Abbildung A-1: Aufbau eines Geo-Informationssystems
Abbildung A-2: Die weltgrößten Flughäfen zum Vergleich– Passagierzahlen 1999
Abbildung A-3: Die weltgrößten Flughäfen zum Vergleich –Frachttransport 1999
Abbildung A-4: Die weltgrößten Flughäfen zum Vergleich –Flugbewegungen 1999
Abbildung A-5: Ausgewählte deutsche Flughäfen für die empirische Datenerhebung
Abbildung A-6: Thematische Karte des Betonflächenmanagement am Flughafen Salt Lake City International (ArcInfo/ESRI)
Abbildung A-7: Thematische Karte zur GIS-Anwendung Gewässerschutz (Glykolsicherung) am Flughafen Salt Lake City International (ArcInfo/ESRI)
Abbildung A-8: Fragebogen der eigenen empirischen Untersuchung ( 3 Seiten)
Flughäfen sind komplexe Funktionsräume. Im Zuge eines anhaltenden Positivtrends des Weltluftverkehrs müssen sie als bodenseitige Start- und Zielpunkte der Lufttransporte ihre Kapazitäten der wachsenden Verkehrsnachfrage anpassen.
Das weltweite Passagieraufkommen wird nach aktuellen Prognosen[1] jährlich um etwa 5 % zunehmen. Einzelne expansive Teilmärkte wie der Binnenverkehr Chinas (+11% p.a. bis 2003) werden sogar weitaus höhere Zuwachszahlen erreichen.[2] Zahlreiche Flughäfen erweitern daher sukzessive ihre Infrastruktur oder werden durch Neubauten ersetzt.
Planung und Management von Flughäfen sind durch die hohe bauliche und betriebliche Dynamik gekennzeichnet. Das Erschließen neuer Geschäftsfelder, der Wandel rechtlicher Rahmenbedingungen und ein wachsender Kostendruck im Kerngeschäft Luftverkehr machen zusätzlich eine effiziente und kostenoptimale Verwaltungsarbeit notwendig. Dazu werden Anwendungen der elektronischen Datenverarbeitung (EDV) als Hilfsmittel eingesetzt.
Digitale Informationssysteme dienen der Datenaufbereitung, um die Entscheidungsfindung zu verbessern. Sie stellen heute die zentralen EDV-Werkzeuge einer effektiven Planung und Verwaltung dar. Funktional stehen dabei die Erfassung, Speicherung, Analyse und Ausgabe von fachbezogenen Daten im Mittelpunkt.
Als besondere Ausrichtung von Informationssystemen verbindet die Kategorie der Geo- (-graphischen) Informationssysteme die Art der verwalteten Daten mit Angaben zu ihrer Raumlage. Zusätzlich können mit komplexen Schritten der räumlichen und sachbezogenen Datenanalyse neue Informationen generiert werden.
Anwendungen Geographischer Informationssysteme können gewinnbringend auch für Flughäfen durchgeführt werden. Informationen mit räumlichem Bezug haben für einen Flughafen betriebsbedingt eine hohe Bedeutung. Vermehrt finden sich daher EDV-Anwendungen zur Visualisierung und Analyse von Raumdaten und unterstützen damit ein effektives Flughafenmanagement.
Ausgehend von ersten Anwendungen Geographischer Informationssysteme für Flughäfen des amerikanischen Marktes haben auch deutsche Flughäfen mittlerweile Zugang zu dieser Technologie gefunden. Sie sind daher Inhalt einer empirischen Datenerhebung im Rahmen dieser Arbeit.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, einen möglichst umfassenden und aktuellen wissenschaftlichen Hintergrund der Thematik GIS-Anwendungen für Flughäfen, als einen jungen und derzeit expandierenden Anwendungsbereich Geographischer Informationssysteme , darzustellen. Dabei stehen die unterschiedlichen Anwendungsformen für Fragestellungen des Funktionsraumes Flughafen im Mittelpunkt.
Geo-Informationssysteme und der Funktionsraum Flughafen sind bislang selten in einer integrierten, wissenschaftlichen Betrachtung erarbeitet worden. Beide Bereiche bieten umfangreichen Forschungsbedarf, und sind in der vorliegenden Arbeit als gemeinsamer Themenkomplex zu betrachten.
Nach einer einleitenden Übersicht zu Methodik und zu den tangierten Fachdisziplinen dieser Arbeit werden die beiden Themenbereiche Geographische Informationssysteme und der Funktionsraum Flughafen in einzelnen Kapiteln erarbeitet. Hiermit wird eine Wissensbasis für die nachfolgende Zusammenführung geschaffen. Die Komplexität von GIS-Anwendungen sowie der des Flughafenraumes werden aufgezeigt und ermöglichen dann die detaillierte Bearbeitung des Kapitels GIS-Anwendungen für Flughäfen.
Dieses Kapitel stellt den inhaltlichen Kern der vorliegenden Arbeit dar. Zentrale Punkte der Ausarbeitung bilden die Analyse der eigenen empirischen Datenerhebung unter deutschen Flughäfen, die resultierende Gesamtübersicht von Anwendungsformen der GIS-Technologie an Flughäfen sowie die angewandte Betrachtung des Feldes Visualisierung und Analyse von Marktdaten eines Flughafens.
Mit der Bearbeitung der empirischen Datenbasis verbindet sich die Aufstellung von zwei Thesen, die es gilt anhand der Primärinformationen zu untersuchen. Der theoretischen Ausarbeitung und Systematisierung von GIS-Nutzung an Flughäfen folgt abschließend ein angewandter Abschnitt. Mit einem Anwendungsbeispiel aus dem Feld Visualisierung und Analyse von Marktdaten soll den theoretisch formulierten Beschreibungen ein konkretes Projekt gegenüber gestellt werden.
Die Vorgehensweise läßt somit eine Dreiteilung erkennen. Sie gliedert sich in den allgemein beschreibenden thematischen Teil (Kapitel GIS und Flughafen), die Bearbeitung der Thematik GIS-Anwendungen für Flughäfen, mit der Analyse der eigenen Primärdatenerhebung als Kern der Arbeit, sowie einem anwendungsorientiert ausgelegten dritten Teil. Diese Systematik wird mit Abbildung [1.1] nochmals verdeutlicht.
[Darstellung Timo von Wirth]
Inhalt der Magisterarbeit ist die Untersuchung von Anwendungsformen einer Technologie bzw. von Methoden der elektronischen Datenverarbeitung auf einen ausgewählten Funktionskomplex. Nicht Gegenstand der Arbeit ist hingegen die rein raumwissenschaftliche Betrachtung und Bearbeitung konkreter, abgegrenzter Raumausschnitte der Erdoberfläche.
Daher ist die Zuordnung einer spezifischen raumwissenschaftlichen Methodik wie der Systemanalyse oder des perzeptionsgeographischen Ansatzes nicht möglich. Vielmehr sollen hier die wesentlichen Arbeitsschritte als angewandter Teil des methodischen Vorgehens beschrieben werden.
Die Analyse von Fachliteratur ist ein wichtiges Element des gesamten Arbeitsprozesses. Sie dient insbesondere in den beiden ersten Kapiteln des fachspezifischen Hintergrundes zu Geographischen Informationssystemen und dem Funktionsraum Flughafen als Basis der wissenschaftlichen Aufbereitung und Darstellung.
Die Recherche und Strukturierung von Informationen aus dem World Wide Web (WWW) haben dazu beigetragen, ein umfassendes und vor allem aktuelles Bild der Thematik wiedergeben zu können. Die Möglichkeit des Vergleiches zu Sekundärdaten aus Befragungen amerikanischer Flughäfen wurde erst durch die Kommunikation über das Internet möglich.
Der rasant fortschreitende Stand der Hard- und Softwareprodukte insbesondere der GIS-Applikationen der vergangenen fünf Jahre erforderte den direkten Kontakt zu aktuellen Anwendern. Diese Vorgespräche und auch fortlaufende Kontakte während der Ausarbeitung haben eine enorm hohe Bedeutung für die Präzisierung von Aussagen zu den beschriebenen Anwendungen.
Die Wirtschaftsgeographie ist eine empirisch arbeitende Wissenschaft. Daher wurde als zentrales Forschungselement der Arbeit eine voll standardisierte, schriftliche Befragung gewählt.
Die Ergebnisse von Literaturrecherche, direkter Anwenderresonanz und den Informationen der eigenen Datenerhebung lassen eine Aggregation dieser Informationen zu. Dies führt letztlich dazu neue Erkenntnisse formulieren, und die Thematik GIS-Anwendungen für Flughäfen umfassend beschreiben zu können.
Die vorliegende Magisterarbeit weist einen interdisziplinären Charakter auf. Fachlich von der Wirtschaftsgeographie ausgehend werden Inhalte und Methoden der Fachbereiche Bauingenieurwesen und Geoinformatik nahezu gleichwertig einbezogen. Allerdings bildet die Wirtschaftsgeographie durchgehend die methodisch leitende Wissenschaft.
Innerhalb der Anthropogeographie wird die Verkehrsgeographie im Sinne von Maier/ Atzkern aufgegriffen. „ Verkehrsgeographie wird als Teildisziplin der angewandten Regionalforschung verstanden. Die angewandte Regionalforschung ist als Forschungsrichtung innerhalb der Raumwissenschaften durch ihren interdisziplinären Charakter und ihre Orientierung an den Bedürfnissen der raumplanerischen Praxis gekennzeichnet.“[3] Allerdings kommt die tatsächlich auf einen Raumausschnitt bezogene, angewandte Regionalforschung erst mit dem abschließenden Anwendungsbeispiel zum tragen.
Die Felder Verkehrswissenschaft und im speziellen Flughafenwesen aus dem Wissenschaftsfeld Bauingenieurwesen haben in den Arbeitsbereichen Planung und Prognose Berührungspunkte zur raumwissenschaftlichen Arbeit des Verkehrsgeographen. „ Die Verkehrsgeographie und somit auch der Teilbereich Luftverkehr sind demnach in ihren Forschungsinhalten sehr stark von der allgemeinen Entwicklung im Luftverkehr und luftverkehrsspezifischer Einrichtungen abhängig. “[4]
Insbesondere die technischen Aspekte des Funktionsraumes Flughafen sind für die Arbeit unerläßlich. Daher werden neben den Inhalten des Bereiches Flughafenwesen auch vereinzelt Informationen der Luft- und Raumfahrttechnik eingebunden.
Geoinformatik ist erst in den vergangenen fünf Jahren zu einer eigenständigen Fachrichtung und Wissenschaft entwickelt worden. Zunächst entstanden als fachübergreifendes Feld der Bereiche Geographie und Informatik, besteht in der neueren Fachliteratur Einigkeit über die Selbständigkeit dieses Fachgebietes. Streit ordnet Geoinformatik den Geowissenschaften zu. „ Die Geoinformatik ist ein sehr junges Fach innerhalb der Geowissenschaften. “[5]
Zusätzlich zu den drei angeführten Hauptkomponenten werden Teile der Arbeit auch durch weitere Wissensdisziplinen ergänzt. Insbesondere die Bearbeitung des Funktionsraumes Flughafen beachtet das Spannungsfeld zwischen den Komponenten Volkswirtschaft, Betriebswirtschaft, Ökologie, Recht, und Politik.
Neuere wirtschaftsgeographische Arbeiten erfordern vielfach eine Erklärung zu den raumwissenschaftlichen Komponenten der gewählten Thematiken. Dies ist bei der vorliegenden Arbeit nicht erforderlich. Die Untersuchung von GIS-Anwendungen für Flughäfen bringt eine direkte Auseinandersetzung mit Raumelementen sowie deren Abbildung in Datenstrukturen einer Software zur differenzierten, räumlichen Analyse mit. Es besteht somit für die gesamte Arbeit ein direkter raumwissenschaftlicher Bezug, der hiermit einmalig herausgestellt wird.
Der Begriff Geo-Informationssystem wurde bereits 1963 von R.F. Tomlinson für den Aufbau eines rechnergestützten Informationssystems in Kanada verwendet. Mit dieser Bezeichnung wurde erstmalig auf eine neue Technologie verwiesen, raumbezogene Informationen mit Methoden der elektronischen Datenverarbeitung digital vorzuhalten, und zu untersuchen.
Heutige Planungsaufgaben und -entscheidungen, die den Naturraum oder den zunehmend anthropogen verdichteten Lebens- und Wirtschaftsraum betreffen, weisen einen interdisziplinären Charakter und eine hohe Komplexität auf. Geo-Informationssysteme haben für nahezu alle raumbasierenden Planungs-, Überwachungs- und Managementaufgaben in unterschiedlichen Fachdisziplinen eine herausragende Bedeutung erhalten. Für die Analyse und Visualisierung von Informationen mit Raumbezug sind sie heute das dominierende EDV-Instrument.
Gründe für die Arbeit mit Geo-Informationssystemen liegen in angestrebten Effizienzsteigerungen und Rationalisierungseffekten sowie im Erschließen neuer Aufgaben und Geschäftsfelder in Verwaltung, Wirtschaft und Wissenschaft. Waren in der Vergangenheit vor allem das Vermessungswesen und der Umweltschutz klassische Anwendungsgebiete, so hat sich das Spektrum heutiger Anwendungen enorm ausgeweitet. Netzmanagement der Energieversorger und im Transportwesen, Funknetzplanung, Standortanalysen, Marketing, Lärmausbreitung, Facility Management und Fahrzeugnavigation stellen nur einen kleinen Ausschnitt von Arbeitsfeldern dar.
In zahlreichen Disziplinen mit hohem Anwendungspotential ist allerdings das Wissen über die Möglichkeiten und positiven Effekte dieser Technologie bislang noch nicht in vollem Maße vorhanden. Dazu zählt auch die Anwendung von Geo-Informationssystemen für raumbezogene Fragestellungen an Flughäfen.
Der Ausdruck Geo-Informationssystem (GIS) hat sich in einem unscharf abgegrenzten Begriffsfeld in Wissenschaft und Praxis etabliert. Gleichbedeutend wird der Begriff Geographisches Informationssystem verwendet. Auch im englischen Sprachkontext erscheint das Kürzel GIS für geographic information system. Vielfach findet sich in der Literatur auch eine synonyme Beschreibung dieser EDV-Systeme mit dem Begriff der Raumbezogenen Informationssysteme (RIS); engl. „spatial information systems“.
Es wird darauf hingewiesen, daß im Rahmen der vorliegenden Arbeit bewußt die einheitliche Kurzform GIS auch für plurale und genitive Satzausführungen eingesetzt wird.[6]
Geo-Informationssysteme ordnen sich in die Klasse digitaler Informationssysteme ein.
Daten stellen eine strukturierte, nach festgelegter Syntax aufgebaute Folge von Zeichen dar. Informationen sind an Zeichen gebunden und bestehen aus Daten, sowie einer diesen Daten zugeordneten Semantik, als Ebene der Bedeutung. Eine Information ist als zweckbezogenes Wissen aufzufassen, welches mit der Anwendung von Regeln und Anweisungen auf Daten entsteht.
Ein digitales Informationssystem erlaubt das rechnergestützte Behandeln und Analysieren von Daten und damit Informationen. Conzett (1980) beschreibt den Begriff des Informationssystems durch die nachfolgende Definition:
„Beschränkt sich die Funktion eines Systems auf die Aufnahme, Speicherung, Verarbeitung und Wiedergabe von Informationen, so ist es ein Informationssystem. Es besteht somit aus der Gesamtheit der Daten und Verarbeitungsanweisungen. Der Benutzer soll imstande sein, daraus ableitbare Informationen in einer verständlichen Form zu erhalten.“[7]
Digitale Informationssysteme integrieren demnach einzelne Schritte der Datenverarbeitung. Neben der Beobachtung und Erfassung der Daten stellen die Speicherung und Verwaltung, die Analyse und Nutzung der Daten für Prozesse der Entscheidungsfindung sowie die Wiedergabe zentrale Aufgaben dar.
Beispiele aus dem allgemeinen Begriffsfeld der Informationssysteme sind Flug-Informationssystem, Bank-Informationssystem, Bibliotheks-Informationssystem, Umweltinformationssystem oder das Geo-Informationssystem. Die angeführten Ausprägungen besitzen neben den beschriebenen funktionalen Merkmalen auch einen gleichen strukturellen Aufbau. Aus der Sicht der Informatik besteht ein Informationssystem aus den Komponenten:
[Quelle: Streit: Online Vorlesung Einführung in die Geoinformatik Version 2.2, Münster, 2000, S. 3]
Datenbanksysteme bilden die zentralen Software–Elemente für datenbezogene Operationen in einem Informationssystem. Im Unterschied zu einem Datenbank–Management System (DBMS) führt das Informationssystem verschiedene Datenbestände in einem übergeordneten thematischen Rahmen zusammen, Metadaten finden zur Recherche in umfangreichen Datenbeständen vermehrt Anwendung, und Methoden zur Auswertung und Visualisierung werden dem Nutzer bereit gestellt.
Als besondere Ausrichtung von Informationssystemen vereint die Kategorie der Geo-Informationssysteme die Art der verwalteten Daten unter Berücksichtigung ihres Raumbezuges sowie die Möglichkeit mit komplexen Schritten der räumlichen und sachbezogenen Datenanalyse, über eine Bestandsdokumentation hinaus, neue Informationen zu generieren.
Die funktionalen Hauptmodule eines GIS liegen neben der Erfassung und Verwaltung von Raumdaten insbesondere in der Modellierung, der Analyse und der Datenpräsentation. Dabei werden geometrische Primitive und thematische Eigenschaften (Attribute) von raumbezogenen Objekten in GIS integriert verarbeitet.
Bill definiert den Begriff Geo-Informationssystem als „ ein rechnergestütztes System, das aus Hardware, Software, Daten und den Anwendungen besteht. Mit ihm können raumbezogene Daten digital erfaßt und redigiert, gespeichert und reorganisiert, modelliert und analysiert sowie alphanumerisch und graphisch präsentiert werden. “ [8] Streit ergänzt diese Beschreibung der raumbezogenen Daten mit der Formulierung: „ Die zugrundeliegenden Geodaten beschreiben die Geometrie, Topologie, Thematik und Dynamik der Geoobjekte. “ [9]
[Darstellung Timo von Wirth, Quelle: Streit: Online Vorlesung Einführung in die Geoinformatik Version 2.2, Münster, 2000, Kap. 9.2, S.1]
Bereits 1989 präzisierte Hemenway die Eigenschaften von Geo-Informationssystemen: „A GIS is a computer system designed to allow users to collect, manage and analyze large volumes of spatially referenced and associated attribute data.“[10]
Der Begriff GIS wird mit Bezug auf Abbildung [3.1] sowohl für GIS-Software als auch für GIS-Projekte verwendet. Als GIS-Projekte definiert Stahl „alles, was für digitales, raumbezogenes Arbeiten notwendig ist, also Hardware, Software und vor allem Daten und Organisationsformen. Häufig werden auch schon Datensammlungen wie z.B. das ATKIS (Amtliches Topographisch-Kartographisches Informationssystem der Landesvermessungsämter) als GIS bezeichnet.“[11] Die GIS-Software stellt das Werkzeug dar, mit dem die Daten im Sinne der angeführten Definitionen bearbeitet werden können.
Geo-Informationssysteme sind aus technischer Sicht als Teil der Informationsverarbeitung zu verstehen. Die Informationstechnik hat daher in der Vergangenheit die Innovationszyklen der GIS-Entwicklung gesetzt. Die Entwicklungsprioritäten haben sich von zunächst rein technischen Innovationen in Richtung neuer Anwendungen und Methoden verschoben.
Mit ersten rechnergestützten Vektorgraphiken und einfachsten Anwendungen digitaler Bildverarbeitung (Rastertechnik) entstanden bereits um 1960 technische und methodische Grundlagen, die verbunden mit der „Idee der unabhängigen Datenebenen“[12] später zur Entwicklung von Geo-Informationssystemen führten. Zentrale Forschungs- und Entwicklungsstätten waren in den 60er und 70er Jahren das Harvard Laboratory for Computer Graphics and Spatial Analysis sowie die ETH Zürich, welche beide als Quelle heutiger kommerzieller GIS-Produkte gewirkt haben. Die Entwicklungen aus Harvard gingen unter anderem in der Firma ESRI (Environmental Systems Research Institute) und dem Produkt ARC/INFO auf.
[Darstellung Timo von Wirth, Quelle: Bill und Fritsch: Grundlagen der Geo-Informationssysteme, Bd. 1, Heidelberg, 1999, S. 18]
In den 80er Jahren sorgen insbesondere Fortschritte in der Leistungsfähigkeit von Hardwarekomponenten zu einem rasanten Anstieg der Nutzerzahlen. In Deutschland konzipieren Verwaltungen und Behörden der Gebietskörperschaften Netz-, Raum- und Umweltinformationssysteme, welche im Kern aus Geo-Informationssystemen bestehen. GIS dient primär als Erfassungs- und Kartographiewerkzeug.
Der vermehrte dezentrale Einsatz auf Workstation und PC-Systemen in einzelnen Fachabteilungen signalisiert zu Beginn der 90er Jahre die stärkere Konzentration auf die Anwendungen. Die Analyse der Geodaten und Einbindung von Modellen in GIS finden zunehmende Beachtung in der Software. Es folgt eine enorme Ausweitung des Anwendungsspektrums durch verfügbare digitale Daten. Ein eigenständiger Geodatenmarkt entsteht. In dieser Phase entstehen auch erste GIS-Anwendungen für amerikanische Flughäfen insbesondere in der Raum- und Umweltplanung. Einzelne deutsche Flughäfen befinden sich zu Beginn der 90er Jahre noch in einer experimentellen und vorbereitenden Zeit.
Ende der 90er Jahre ist ein Innovationsschub durch zunehmende Verarbeitung in Netzen (Interne Client-Server Strukturen, WWW, etc.) und eine Annäherung an 3D- und Multimediaelemente festzustellen. Der GIS-Anbietermarkt ist äußerst heterogen und es existieren zahlreiche Softwareprodukte mit sehr unterschiedlicher funktionaler Ausrichtung. Mit Zunahme der verfügbaren digitalen Geodaten und unterschiedlicher GIS-Software Anbieter wurden erste Anstrengungen einer Standardisierung von einsetzbaren Datenformaten und Erfassungsmethoden unternommen (OpenGIS, CEN, ISO).
Aus der Sicht der Anwender erfüllen Geo-Informationssysteme in erster Linie Dienstleistungsaufgaben, wobei die Geodaten als wichtigste Komponente anzusehen sind, von denen eine erfolgreiche Arbeit mit GIS unmittelbar abhängig ist.
Um die Komplexität der Thematik GIS einführend abdecken zu können, wird hier zunächst auf die Geodaten und ihre Abbildung im Geo-Informationssystem eingegangen. Dazu sind die Beschreibungen eng an wichtigen funktionalen Abläufen einer GIS-Anwendung orientiert. Aus den strukturellen Elementen eines Geo-Informationssystems wird im Bereich der Software insbesondere auf Möglichkeiten der räumlichen Datenanalyse und Abfrage eingegangen, was GIS-Systeme von nahestehenden EDV-Anwendungen wie Computer Aided Design (CAD) oder Computerkartographie (Desktop Mapping) abgrenzt. Es schließen sich zuletzt die Komponenten Hardware und Anwender an. Mit einem Ausblick auf bestehende Problemfelder und zukünftige Entwicklungen wird die Bearbeitung der Thematik Geo-Informationssysteme abgeschlossen.
Die beschriebene Vorgehensweise erlaubt die Abhandlung von wichtigen funktionalen Komponenten von GIS-Anwendungen aufgegliedert nach den strukturellen Säulen (Geodaten, Software, Hardware, Anwender). Das nachstehende Diagramm zeigt diesen Ansatz auf und erlaubt auch eine einfache Orientierung innerhalb der nachfolgenden Seiten.
Geo-Informationssysteme verarbeiten Informationen über Raumobjekte in Form von Geodaten. Die Modellierung von Geoobjekten und damit die digitale Abbildung von Elementen der realen Welt in ein GIS stellt eine wichtige theoretische Grundlage für das Verständnis der komplexen Struktur einer GIS-Anwendung dar. Dieser Vorgang findet unabhängig von einer Systementscheidung (z.B. über Software) statt und ist konzeptionell ausgerichtet, d.h. für jede fachspezifische Anwendung unterschiedlich.
Ein Geo- bzw. Raumobjekt ist nach Streit: „ein auf einen räumlichen Ausschnitt der Erde bezogenes reales oder gedankliches Objekt, das hinsichtlich seiner räumlichen Lage (Geometrie), seiner Lagebeziehungen zu anderen Geoobjekten (Topologie), seiner fachlich relevanten Eigenschaften (Thematik) und seiner zeitlichen Veränderungen (Dynamik) gegenüber anderen Geoobjekten unterschieden werden kann.“[13] Zum besseren Verständnis sind nachstehend Beispiele für Geoobjekte in einfachster Form aufgeführt.
Geoobjekt: „Straße zwischen zwei Orten“
Ein Geoobjekt ist demnach jede konkrete (aber auch virtuelle), abgrenzbare Einheit (Entität) der realen Welt (Haus, Baum, Leitungsstück, Gewerbefläche, etc.). Die geometrische, topologische und thematische Beschreibung der Entität mit ihren zeitlichen Variationen wird als die zugehörige Geoinformation zusammengefaßt.[14] Für das gleiche Geoobjekt können in Abhängigkeit der Anwendung und fachlichen Fragestellung unterschiedliche Geoinformationen bedeutsam sein und aufgenommen werden.
Das Anwendungsspektrum für Geographische Informationssysteme ist weitreichend. Jede Anwendung modelliert Geoobjekte in Form digitaler Datenelemente und bestimmt damit wesentlich die Leistungsfähigkeit eines GIS, da bereits im Rahmen der Modellbildung zu berücksichtigen ist, welche Informationen durch räumliche Abfragen und Analysen aus dem Datenbestand gewonnen werden sollen.
Eine fachspezifische Anwendung von GIS bedeutet eine Festlegung auf einen Ausschnitt der realen Welt (räumlich und inhaltlich). Anwender aus verschiedenen Sparten haben unterschiedliche externe Sichtweisen auf die Erscheinungen der Erde als Bezugsraum. Diese Sichtweisen zeichnen sich dadurch aus, daß aus der Gesamtheit aller Objekte der realen Welt jeweils nur diejenigen herausgefiltert und aufgenommen werden, die für die betreffende Anwendung relevant sind. Somit entsteht für jede Anwendungsform ein eigenes Datenmodell.
GIS-Nutzer im Bereich des Vermessungswesens konzentrieren sich etwa auf die Abbildung der Liegenschaften und die topographischen Zusammenhänge eines Raumausschnittes der Erdoberfläche. Ein Energieversorgungsunternehmen erkennt hingegen seine Betriebsmittel – den angebotenen Leitungsbestand – als wesentliche Datenelemente, die in einer GIS-Architektur graphisch und alphanumerisch verwaltet werden. In der Verkehrsplanung eingesetzte Systeme arbeiten mit Verkehrswegen und angrenzenden Flächen als abstrahierte Raumelemente. Die unbegrenzte Ausprägung von Datenmodellen läßt das grundsätzlich weite Nutzerspektrum von GIS-Anwendungen erahnen.
Die Modellierung der Geoobjekte erfolgt durch einen Abstraktionsprozeß mit unterschiedlichem Detaillierungsgrad. Dabei wird festgelegt, welche Objekte abgebildet werden, welche Eigenschaften der Elemente erfaßt werden müssen, und welche Beziehungen zwischen den Objekten bestehen. Gleichartige Objekte werden in (Objekt-) Klassen oder Gruppen zusammengefaßt. Schilcher bezeichnet das Resultat der anwendungsbezogenen Abstraktion auf einen Ausschnitt der Realwelt als das „konzeptionelle Modell“[15]. [vgl. Abb. 3.4]
Der GIS-Nutzer entscheidet nach der Erarbeitung des konzeptionellen Modells durch welche Datentypen die Geoobjekte beschrieben werden. Mit den Werkzeugen eines Datenbank-Management Systems wird das konzeptionelle Datenmodell in eine Datenbank der GIS-System Architektur eingegeben bzw. bei Fremddaten über Importschnittstellen eingelesen.
[Darstellung Timo von Wirth, Quelle: Schilcher, Kaltenbach und Roschlaub: Geoinformationssysteme – Zwischenbilanz einer stürmischen Entwicklung, Stuttgart, 1996, S. 365][16]
Vor der Integration der ausgewählten Geoobjekte in ein GIS-System können die Geodaten mit komplexen Methoden und Modellkomponenten bearbeitet werden. Unter komplexen Methoden versteht Schilcher beliebig umfangreiche Methoden der Datenverarbeitung, die nicht standardmäßig in einem GIS-Produkt enthalten sind. Beispiele hierfür sind geodätische Ausgleichverfahren, Raster-Vektor Konvertierung, Klassifikationsalgorithmen oder Berechnungsprogramme für Ver- und Entsorgungsnetze in umfassenden Netztopologien.[17]
Komplexe Modellkomponenten faßt Schilcher als fachspezifische, theoretische Modelle auf, die komplexe Vorgänge der realen Welt beschreiben. Die Modellkomponente dient der Analyse, Simulation und Prognose von Prozessen, wobei die Verarbeitungs- und Präsentationsmöglichkeiten der GIS-Technik verwendet werden.[18] Beispiele sind Modelle zur Schadstoffausbreitung, Verkehrsmittelwahl oder Flughafenwahl.
Die Abbildung [3.4] verdeutlicht das konzeptionelle Modell als Ausgangspunkt einer komplexen GIS-Anwendung. In Anlehnung an die Trennung in einen anwendungsbezogenen und einen systemabhängigen Teil nach Schilcher werden nun zunächst die typischen Eigenschaften von Geodaten erarbeitet. Hierbei steht vor allem im Mittelpunkt, in welchen Datentypen sie in einem GIS-System verwaltet und analysiert werden. Es schließen sich hiernach die Systemkomponenten Software und Hardware als Kern der rechten Darstellungsseite an.
Jedes Geoobjekt wird mit Bezug auf vorstehende Definition mit Hilfe von Geometriedaten, Topologiedaten und Sachdaten (Attribute) in GIS beschrieben.
Die Geometriedaten machen Angaben zur absoluten räumlichen Lage und Ausdehnung des Objektes auf der Basis eines räumlichen Bezugssystems (Koordinatensystems). Als räumliche Bezugssysteme werden zwei- oder dreidimensionale Koordinatensysteme (z.B. Geographische Koordinaten, Gauß-Krüger Koordinaten, „Nicht-Welt Koordinaten“ in Gebäuden, etc.) angenommen in denen Entfernungen in einer Metrik eindeutig definiert sind. Die Eigenschaften der geometrischen Informationen sind durch die Auswahl der Datenquellen, die Erfassungsmethoden, die räumliche Abgrenzung, den Erfassungsmaßstab, die Auflösung der Daten und die geodätische Referenz gegeben. Zur Beschreibung der Geometrie lassen sich in Geo-Informationssystemen mit der Vektor- und der Rasterdarstellung zwei Datentypen unterscheiden.
[1] Unter Vektordaten versteht man eine auf Punkten basierende Abbildung von Geoobjekten. Grundelemente sind der Punkt und die Linie. Hierüber lassen sich alle räumlichen Erscheinungen (auch komplexe Netzstrukturen) abbilden. Eine Fläche wird durch einen geschlossenen Linienzug beschrieben. Der Lagebezug kann direkt über Koordinatenangaben für Punkte eingebracht werden. Vektordaten sind in der gesamten Maßstabsskala erfaßter Raumeinheiten in GIS von Bedeutung. Im großmaßstäbigen Bereich von 1:50 bis 1:10.000 sind sie eindeutig dominant und der Rasterdarstellung vorzuziehen. Für die EDV-Bearbeitung ergeben sich hohe Erfassungszeiten (punktuelle Digitalisierung) bei geringerem Speicherbedarf und kurzen Rechenzeiten im Vergleich zur Rasterdarstellung.
[Darstellung Timo von Wirth, Quelle: Sauer und Behr: Geographische Informationssysteme. Eine Einführung, Darmstadt, 1997 S. 24-25]
[2] Rasterdaten unterscheiden sich im Vergleich zur vektoriellen Abbildung in ihrem direkten Bezug auf Flächen. Die Rasterzelle bzw. das Pixel (picture element) stellen das geometrische Grundelement, welches zeilen- und spaltenweise in einer Matrix gleichgroßer Rechtecke angeordnet ist. Die Genauigkeit der geometrischen Beschreibung ist daher im Rastermodell von der Rastergröße abhängig. Die Orientierung auf ein räumliches Bezugssystem erfolgt über eine Koordinatenzuweisung der Matrixelemente. Rasterdaten finden in Geo-Informationssystemen vor allem in mittleren und kleinen Maßstäben (1:10.000 bis 1:1.000.000) Anwendung.
Die Datengewinnung erfolgt durch das Scannen von Teilen der Erdoberfläche mittels satellitengetragener Kameras, Luftbildaufnahmen oder dem Wandeln analoger Kartenvorlagen. Daraus ergeben sich als Charakteristika eine einfache Datenerfassung mit kurzen Erfassungszeiten bei gleichzeitig großen Datenmengen und hohem Rechenaufwand der Systeme.
[Quelle: AGIT – Advanced Geo-Spatial Information Technology Team, Jeppesen (Hrsg.): Low visibility Airport surface movement, NASA – LVLASO project, o.O., 1998, S. 5]
Weitergehende Beschreibungen der in GIS verwendeten Datenmodelle Vektor und Raster können hier nicht erfolgen sind allerdings umfassend in der Standard GIS-Literatur vorhanden.
Entsprechend den angeführten Datentypen werden Geo-Informationssysteme als vektororientiert oder rasterorientiert bezeichnet, wenn sich durch die Systemfunktionalität ausschließlich Vektor- bzw. Rasterdaten als geometrische Elemente verarbeiten lassen. Können beide Datentypen in einem System behandelt werden, so bezeichnet man dieses als hybrides GIS.
Topologiedaten beschreiben die räumlichen, nicht-metrischen Beziehungen von einzelnen Geoobjekten zueinander. Die Topologie („ Nachbarschaftsbeziehung “) ist eine gemeinsame Eigenschaft von zwei oder mehreren Elementen. Sie wird auch als „Geometrie der relativen Lage bezeichnet.“[19] Beispiele topologischer Objekteigenschaften sind Umgebung (liegt an/ neben), Enthaltensein (liegt innerhalb/außerhalb), Nachbarschaft, Überschneiden, u.a. . Die Aufnahme topologischer Informationen ermöglicht die strukturierte Speicherung von Geodaten. Die geometrisch abgebildeten Elemente werden zu „intelligenten Daten“, welche räumliche Informationen über umliegende Objekte ‚mittragen‘. In abgebildeten Netzstrukturen sind komplexe Topologiedaten für Netzberechnungen (z.B. kürzester Weg, Bestimmung nachfolgender Netzelemente) etwa von Unternehmen der Energieversorgung unerläßlich.
Sachdaten umfassen alle fachlichen Informationen zu Geoobjekten. Die nach Streit als Thematik der Geodaten[20] bezeichneten Eigenschaften werden durch eine Menge von Attributen mit Attributwerten (Ziffern und Zeichen) wiedergegeben. Einfache Beispiele für die Gruppe der Sachdaten sind Name oder Meßwerte eines Geoobjektes. Die Möglichkeit Sachdaten mehrfach für Anwendungen zu nutzen stellt einen wesentlichen Vorteil Geographischer Informationssysteme dar. Abgebildete Raumelemente mit gleichen thematischen Eigenschaften werden häufig zu Objektklassen aggregiert und als einzelne thematische Ebenen verwaltet. Das Ebenen- oder Layerprinzip ist in zahlreichen GIS realisiert, wird allerdings zukünftig vermehrt von objektorientierten Klassenmodellen verdrängt werden.
Ein wichtiges Merkmal der Datenbehandlung in GIS-Systemen liegt darin, daß Geometrie-, Topologie- und Sachdaten miteinander verknüpft sind. Programmintern geschieht dies über eindeutige Identifikatoren bzw. Zeiger, welche graphische- und Sachdatenebene in der Datenbank koppeln. In Abbildung [3.8] erfolgt die Verbindung über die eindeutigen Bezeichner der Polygonobjekte (A,B,C).
[Eigene Darstellung, Quelle: AGIT – Advanced Geo-Spatial Information Technology Team, Jeppesen (Hrsg.): Low visibility Airport surface movement, NASA – LVLASO project, o.O., 1998, S.7]
Den wesentlichen Informationen zur Abbildung von Objekten in Datentypen einer GIS-Architektur als strukturierte Geodaten folgen die Komponenten Software, Hardware und Anwender von Geo-Informationssystemen.
Eine GIS-Anwendung stellt einen Verarbeitungsprozeß dar, der nach Schilcher [vgl. Abb. 3.4] erst durch die Integration von anwendungsbezogenen und herstellerabhängigen Komponenten vollzogen werden kann. Die rechte Hälfte der Abbildung zeichnet die Standardkonfiguration heutiger GIS-Systeme nach. Besondere Beachtung muß das funktionale Angebot der Software finden, das neben der Datenmodellierung die entscheidende Größe für die Qualität der Anwendung darstellt. Dies gilt insbesondere für die Analyse und Visualisierung der Geodaten.
Geographische Informationssysteme gehören zu den sehr komplexen Software-Systemen. Dies liegt u.a. daran, daß die vier funktionalen Klassen Geodatenerfassung, Datenverwaltung, Analyse und Modellierung sowie Visualisierung integriert werden müssen. Diese Funktionsbereiche sind zusätzlich den Datenstrukturen von Geometrie-, Topologie- und Sachdaten anzupassen.
In der Regel ist ein vollständig entwickeltes Datenbanksystem Bestandteil der GIS-Software. Geodaten einer externen Datenbank können zusätzlich über ODBC[21] Funktionalität integriert werden. Mehrheitlich werden heute relationale Datenbankmodelle verwendet. Objektorientierte oder objektrelationale Strukturen gewinnen gerade im Hinblick auf eine gemeinsame Verwaltung von Geometrie- und Sachdaten in einer Datenbank an Bedeutung (ESRI – SDE, Oracle - SDO, Informix – Data blades). Durch die Verwendung von DBMS stehen dem Anwender die Datenbanksprache SQL[22] mit Ihren Ausprägungen zur Datendefinition (DDL), Datenmanipulation (DML) und Datenkontrolle (DCL)[23] zur Verfügung.
Für die Speicherung von Geometrie- und Sachdaten haben sich in heutigen GIS-Systemen mehrheitlich zwei Möglichkeiten durchgesetzt. [A] Geometrie- und Sachdaten werden nach dem relationalen Datenbankmodell in Tabellenform abgebildet. [B] Lediglich die beschreibenden Sachdaten werden nach dem relationalen Datenmodell in einer Datenbank gespeichert. Die Geometrieinformationen werden für den Nutzer verborgen in herstellerspezifischen Strukturen abgebildet und in eigenen Dateien gespeichert. (Beispiel: MapInfo Professional) Das GIS-Produkt sollte neben der Verbindung zu externen Datenbanksystemen weitere Schnittstellen insbesondere zu anderen GIS-Systemen, Anwendungen der Bildverarbeitung und Computerkartographie, sowie CAD-Anwendungen für den Im- und Export von Daten bereit stellen.
Die wesentlichen Anforderungen an die Funktionalität von GIS-Software werden nach den vier Funktionsklassen geordnet tabellarisch aufgeführt. Für die Arbeitsphase Geodatenerfasssung können folgende Grundlagen formuliert werden.
- Vektorielles Digitalisieren von Kartenvorlagen (On-screen oder Digitalisiertableau)
- Integration von gescannten Rasterdaten aus Kartenvorlagen und Bildern in unterschiedlicher Auflösung und Größe
- Manuelle Eingabe von Sachdaten
- Schnittstelle für GPS-Daten
- Schnittstellen zum Import raumbezogener externer Daten (z.B. Geometriedaten aus CAD/ Kartographiesystemen/ anderen GIS- Sachdaten aus Datenbanksystemen)
Im Bereich der Datenverwaltung sind vergleichbare Grundfunktionen eines Datenbankmanagement Systems für Geometrie- und Topologiedaten bereit zu stellen. Dazu zählen vor allem:
- Geometrische, topologische und inhaltliche Suchoperationen (Selektionen)
- Aktualisierung der Datenbestände mit Versionsverwaltung
- Eindeutiges Indizieren und Grundfunktionalität zum Sichten von Daten (tabellarisches Auflisten, etc.)
- Sicherheitskontrollen beim Zugriff auf Daten
- Wahrung der Datenintegrität und Abgleich bei geänderten Geometrie- oder Sachdaten
- Herkömmliche Dateioperationen wie Kopieren, Einfügen, Löschen, etc.
Methoden und Techniken der Analyse und Modellierung von Geodaten bilden die zentrale Klasse der GIS-Funktionen. Es sind Funktionen, die insbesondere den Raumbezug der Daten in Kombination mit den gekoppelten Attributen ermitteln, verändern oder bewerten (was liegt wo mit welchen Eigenschaften in Beziehung zu welchen anderen Objekten). Sie machen den wesentlichen Unterschied zu anderen Software Systemen wie CAD[24], Computerkartographie und reinen DBMS aus. Grundlegende Methoden der Datenanalyse in GIS werden daher hier umfangreicher (sicher nicht vollständig) dargestellt. Mit Funktionen der Analyse ist immer eine Anfrage an Datenbanken verbunden, in denen die Geodaten verwaltet werden. Suchen und Selektieren von Geoobjekten nach geometrischen, topologischen oder sachlichen Kriterien bilden die ersten Schritte von Auswertungen. Beispielhaft ist eine Anfrage bzw. ein räumliches Analyseziel, das mit GIS-Systemen erarbeitet werden kann, aufgeführt.
- Zeige alle Meßpunkte in mehr als 3 Km Entfernung von der Flughafenfläche (Geometrie) , die in einem Wohngebiet liegen (Topologie) und zwischen Januar und März 2000 Einzelschallereignisse mit Werten über 70 dB(A) aufweisen (Attribute) .
Folgende Möglichkeiten zur Analyse zeichnen die Mehrzahl der GIS-Produkte aus.
[A] Geometrische Analysen:
- Geometrische Grundfunktionen: Berechnung von Länge, Umfang, Flächeninhalt, Distanzen oder Schwerpunkten von Geoobjekten,
- Identitätsoperatoren: Ermittlung von Flächengleichheit, Punktidentität
- Bestimmung von Schnittpunkten zwischen zwei Kanten, zwischen Kanten und geschlossenen Linienzügen (Polygone) sowie zwischen Polygonen,
[B] Topologische Analysen:
- Konnektivitätsprüfung, Aufsuchen des folgenden Geoobjektes in Netzstrukturen, „Kürzeste-Weg-Suche“
- Zusammenfassung von Objekten (join)
- Methoden der Pufferung (buffering), Analyse des Einflusses eines Geoobjektes auf seine Nachbarschaft, bzw. die Wirkung der Umgebung auf das Geoobjekt.
- Neubildung von Geoobjekten durch Verschneidung (overlay), Geoobjekte werden selektiert und neue Objekte aus der geometrischen Überlagerung generiert.
[Darstellung Timo von Wirth, Quelle: Streit: Online Vorlesung Einführung in die Geoinformatik Version 2.2, Münster, 2000, Kap. 9.2, S.7-9]
Die Bildung von Pufferobjekten muß um alle Geometrie - Formen von Geoobjekten erfolgen können und in Abhängigkeit der Fragestellung variabel in der Ausgestaltung der Pufferbreite sein. Beispielhaft sind in Abbildung [3.9] drei Pufferbildungen dargestellt. Über die erzeugten Pufferobjekte können dann nachfolgende Datenanalysen vollzogen werden (z.B. Abfrage liegt innerhalb/ liegt außerhalb von Pufferobjekt)
[Darstellung Timo von Wirth, Quelle: Quelle: Streit: Online Vorlesung Einführung in die Geoinformatik Version 2.2, Münster, 2000, Kap. 9.2, S.10-12]
Die Topologie und verbundene Attribute können nach einer Verschneidung wahlweise übernommen werden oder sind neu zu berechnen. Gerade die Verschneidung von Objekten unterschiedlicher thematischer Ebenen erlaubt das Erarbeiten neuer Rauminformationen. In Abbildung [3.10] sind die verschiedenen Arten der Verschneidung deutlich gemacht.
Basierend auf den verbundenen Sachdaten können [C] Statistische bzw. Inhaltliche Analysen vollzogen werden. Hierzu zählen statistische Methoden wie die Berechnung von Summen, Mittelwert, Standardabweichung, bis hin zu Korrelations- und Regressionsanalysen.
Hinsichtlich der Anzahl und methodischen Tiefe von Werkzeugen zur Analyse bestehen zwischen verschiedenen Software-Produkten erhebliche Unterschiede. Der im Zusammenhang mit der Datenanalyse zusätzlich angeführte funktionale Aspekt der Modellierung meint die Verknüpfung numerischer Simulations- und Prognosemodelle mit dem Geo-Informationssystem. Dieser Aspekt wird hier nicht weiter vertieft, da „ heutige GIS keine guten Voraussetzungen zur Einbindung fachspezifischer Modelle“[25] bieten. Dies liegt insbesondere daran, daß die für dynamische Modelle notwendige zeitliche Komponente nicht oder nur ansatzweise vorhanden ist.
Aus Anwendersicht ist die Visualisierung des Datenbestandes und von Analyseergebnissen eine wichtige Teilaufgabe von GIS. Im Sinne des einfachen Satzes „ ein Bild sagt mehr als tausend Worte “ werden große Datenmengen visuell abgebildet und analytisch komplexe Zusammenhänge graphisch aufbereitet. Eine thematische Karte ist dabei nur ein mögliches Ausgabemedium. Hinzu kommen z.B. Präsentationsgraphiken und Reports, wobei jedoch die interaktive Manipulation und visuelle Weiterverarbeitung der Daten im Vordergrund steht.
GIS-Software integriert für die graphische Präsentation Funktionen von CAD- und Graphikprogrammen sowie die Möglichkeiten der Computerkartographie, graphische Elemente unterschiedlicher räumlicher Bezugssysteme zu verwenden, und zwischen Ihnen zu wechseln. Der kartographische Systemteil dient der maßstabsvariablen Erstellung und Fortführung digitaler Karten. Ein GIS-Produkt sollte die folgenden Möglichkeiten der Datenvisualisierung anbieten:
- Alphanumerische Visualsierung in Form von Texten und Tabellen
- Graphische Visualisierung mit Diagrammen
- Kartographische Visualisierung als Plan bzw. Karte
- Integrierte multimediale Präsentation mit Einbindung von Text, Graphik, Bild, Karte, Audio, Video
Die Funktionalität von GIS-Software kann in allen neueren Produkten durch den Anwender ausgeweitet und verändert werden. Programm interne Makrosprachen (z.B. VisualBasic) und Programmiereditoren ermöglichen die Weiterführung und Anpassung der Applikationen sowie die Kopplung an externe Modelle und Programme.
Für die Anwendung Geographischer Informationssysteme ist eine Rechnerbasis (Workstation/PC) mit hoher Rechenleistung für komplexe Operationen notwendig. Dies bedeutet vor allem ausreichend leistungsfähige Hauptspeicher und Prozessoren. Eine sehr gute Grafikausstattung (Graphikprozessor) sollte ebenfalls Bestandteil der GIS-Hardware sein. Peripherie-Geräte der Rechnerbasis sind zur Eingabe (Digitalisiertableau/ Scanner) und graphischen Ausgabe (Drucker/Plotter) raumbezogener Daten wichtige Komponenten.
Erfolgt die Datenhaltung auf einem zentralen Rechner bei gleichzeitiger Vernetzung der GIS-Arbeitsplätze kann von Client-Server Strukturen gesprochen werden. Hierdurch werden insbesondere die Datenintegration sowie die Nutzung der Hardwareperipherie optimiert. Eine Abbildung im Anhang illustriert den Hardwareaufbau einer GIS-Systemarchitektur.
Die bereits erfolgte Abhandlung der Komponenten Geodaten, Software und Hardware erlaubt eine einfache Kategorisierung von Geographischen Informationssystemen skaliert nach zunehmender GIS-Funktionalität bei gleichzeitig steigendem Preis der strukturellen Komponenten.
[Darstellung Timo von Wirth, Quelle: Schilcher, Kaltenbach und Roschlaub: Geoinformationssysteme – Zwischenbilanz einer stürmischen Entwicklung, Stuttgart, 1996, S. 373]
Die Anwendungen von Geographischen Informationssystemen haben insbesondere in den vergangenen zehn Jahren rasant zugenommen. Allgemein läßt sich formulieren, daß GIS eingesetzt werden kann, wenn Daten mit Raumbezug verwaltet und analysiert werden müssen, und wenn Karten für die Planung, Dokumentation und Entscheidungsfindung genutzt werden.
Nicht jede einzelne Anwendung kann hier aufgeführt werden. Vielmehr soll auf das enorme zukünftige Potential der GIS-Technologie aufmerksam gemacht werden, da zahlreiche Marktbereiche für GIS noch nicht erschlossen sind. Auch Anwendungen von GIS für Flughäfen ist ein sehr junger Einsatzbereich. Das gesamte GIS-Anwendungsspektrum ist derart groß, daß mit der nachstehenden Abbildung nur nach übergeordneten Fachdisziplinen mit der Erde als Bezugsraum unterschieden wird.
[Darstellung Timo von Wirth, Quelle: Bill und Fritsch: Grundlagen der Geo-Informationssysteme, Bd. 2, Heidelberg, 1999, S. 211]
Zur Zeit dominieren noch Anwendungsgebiete, in denen Raumdaten und ergänzende sachliche Informationen zu Ihrer Bearbeitung auch in der Vergangenheit eine Rolle gespielt haben (Vermessungswesen, Umweltschutz, Raumplanung). Hier soll nur eine Unterscheidung in fünf wichtige GIS-Ausprägungen vorgenommen werden.
Landinformationssysteme (LIS) sind in der Regel im Vermessungs- und Katasterbereich aufgebaut und zielen mehrheitlich darauf ab, digitales Kartenwerk mit rechtsgültiger Genauigkeit vorzuhalten. Die Automatisierte Liegenschaftskarte (ALK) oder das ATKIS sind Beispiele für deutsche Basisinformationssysteme aus der Kategorie LIS.
Rauminformationsysteme (RIS) gelten auch als spezielle GIS-Ausprägung für Geographen, Raumplaner und Statistiker. Für meist kleinere Raumeinheiten als im LIS stehen Sachdaten der Bevölkerungsentwicklung, Wirtschaft und den Siedlungsflächen im Mittelpunkt. RIS sind vor allem Hilfsmittel für Infrastrukturplanung und Entwicklungsprogramme. Neben den Rauminformationssystemen stellen Umweltinformationssysteme (UIS) eine weitere große Gruppe dar. Umweltinformationssysteme sind erweiterte GIS deren Datensammlung der „ Beschreibung des Zustandes der Umwelt hinsichtlich Belastungen und Gefährdungen dient und Grundlagen für Maßnahmen des Umweltschutzes bildet. “[26]
Die angeführten Kategorien LIS, RIS und UIS befinden sich mehrheitlich bei öffentlich getragenen Großprojekten (Bsp. ALK und ATKIS unter Federführung der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder in Deutschland). Netzinformationssyteme (NIS) sind Instrumente zur Dokumentation und Verwaltung von Betriebsmitteln des Ver- und Entsorgungssektors (Netzbetreiber). Dabei kommen oftmals spezielle Fachschalen (Strom, Wasser, etc.) zum Einsatz. Umfangreiche Möglichkeiten zur Analyse von Netzwerktopologien werden vorausgesetzt.
Jede der beschriebenen GIS-Ausprägungen bildet aus Sicht der einzelnen Anwendungsdisziplin ein Fachinformationssystem (FIS). Eine große Gruppe Anwendungen läßt sich allerdings anhand ihrer thematischen und räumlichen Schwerpunkte nicht den zuvor aufgeführten vier Hauptkategorien zuordnen. Sie werden daher als FIS bezeichnet. Spezielle Fachinformationssysteme finden sich beispielhaft als GIS im Versicherungs- und Bankwesen, für Standort- und Kundenverwaltung, GIS für das Marketing, GIS im Bereich Telekommunikation, und nicht zuletzt GIS im Transport- und Verkehrswesen. GIS-Anwendungen für Flughäfen sind fachlich der Gruppe GIS im Transport- und Verkehrswesen zuzuordnen.
Anwender Geographischer Informationssysteme sind aber auch Forschungseinrichtungen. Hierbei sollte nach der Forschung über GIS und Untersuchungen mit GIS unterschieden werden. Grundsätzlich besteht in der Arbeit mit und auch über GIS eine fachliche Dreiteilung, die mit Abbildung [3.14] verdeutlicht wird. Informatik und Geo-Informatik (als eigene Fachdisziplin) steuern die technischen und theoretischen Grundlagen der Geo-Informationssysteme bei. Der jeweilige Fachanwender komplettiert ein interdisziplinäres Zusammenwirken für die GIS-Entwicklung und Anwendung.
[Darstellung Timo von Wirth, Quelle: Schilcher, Kaltenbach und Roschlaub: Geoinformationssysteme – Zwischenbilanz einer stürmischen Entwicklung, Stuttgart, 1996, S. 365]
Aus Anwendersicht stellt für den Aufbau eines Geo-Informationssystems die Verteilung der Kosten auf die einzelnen GIS-Komponenten eine wichtige Information dar. In den vergangenen Jahren ist ein rasanter Preisnachlaß für Hardware und teilweise auch für Softwarelemente festzustellen. Allerdings sind die Kostengrößen für Hardware und Software stark von der Anzahl der Arbeitsplätze und Lizenzen abhängig. Den eindeutig größten Anteil an den Kosten einer GIS-Investition haben die Geodaten. Erfassung und Modellierung einer Datenbasis können nach McNerney sogar bis zu 80 % der gesamten Aufbau-Kosten einnehmen[27]. Auch Schulung und Weiterbildung von Anwendern ist ein nicht zu vernachlässigender Kostenfaktor.
[Darstellung Timo von Wirth, Quelle: AGIT – Advanced Geo-Spatial Information Technology Team, Jeppesen (Hrsg.): Low visibility Airport surface movement, NASA – LVLASO project, o.O., 1998, S.7] Abschließend werden mit dem Kapitel GIS-Problemfelder Potentiale für Verbesserungen und Innovationen in der Thematik GIS aufgezeigt. Zusätzlich wird unter GIS-Trends versucht, einzelne zukünftige Entwicklungen für Geo-Informationssystemen zu nennen.
Das Aufzeigen von Problembereichen Geographischer Informationssysteme kann hier nur sehr eingeschränkt erfolgen, da Probleme oftmals produktbezogen (z.B. bei der GIS-Software) auftreten. Für den gesamten Komplex einer Anwendung formuliert Schilcher nachfolgende Problembereiche:
- es gibt keine maßstabslosen Geodaten
- es gibt keine universell einsetzbaren Geodaten
- es gibt keine universell einsetzbaren Herstellersysteme
- es gibt erhebliche Probleme beim Datenaustausch
- es gibt erhebliche Defizite in der Standardisierung und Normierung[28]
Zu den Thesen Schilchers läßt sich hinzufügen, daß aufgrund mangelnder Koordination und Kommunikation im europäischen Raum Geodaten mehrfach erfaßt werden und es zu kostenaufwendigen Redundanzen kommt. In den USA hingegen koordiniert eine Bundeskommission sämtliche Aktivitäten bezüglich umfangreicher Erfassungen von Raumdaten und stellt sicher, daß Doppelarbeiten vermieden werden, und Datenproduzenten und Nutzer zusammen arbeiten. Eine koordinierte Datenerfassung nach standardisierten Vorgaben muß auch in Deutschland zukünftig angestrebt werden.
Das Spektrum der GIS-Anwendungen wird sich in Zukunft weiter ausdehnen. Dies geschieht auch durch eine zunehmende Einbindung von einfachen GIS-Funktionalitäten in Standardprogramme der Büroanwendungen (Textverarbeitung/ Tabellenkalkulation). Zahlreiche Hersteller bieten neue „Low-Cost“ Varianten als Desktop-GIS mit verringertem Spektrum an Analysefunktionen an. GIS werden sich von „ einer Anwendung für Experten zu einem stückzahlorientierten Breitengeschäft für Endbenutzer“[29] entwickeln.
Eine bessere Verfügbarkeit von digitalen Geodaten verstärkt den Aufschwung weiterer Anwendungen. Neue Anwendungen generieren zusätzlich neue Daten, Personalbedarf und Nachfrage nach GIS-Produkten. Von einer eindeutig positiven Ausweitung des GIS Marktes ist auszugehen. Prognosen sehen in Europa für den Zeitraum 2000 – 2003 jährliche Wachstumsziffern von 12% für die Umsatzzahlen von GIS-Software.[30]
Netzwerk-Computing und der anhaltende Boom der Internetentwicklung erlauben zukünftig völlig neue GIS-Arbeitsstrukturen. Raum- und Sachdaten werden über das WWW vertrieben, vollständige Internet-GIS Applikationen können im Netz bereit gestellt werden. Bereits heute finden sich GIS-Server, die nicht nur GeoDaten bereitstellen, sondern auch GIS-Befehlsstrukturen zur Darstellung und einfachen Analyse online anbieten.
Die GIS-Systemfunktionalität wird sich zunehmend auf die Einbindung von Simulationen d.h. der stärkeren Berücksichtigung der zeitlichen Variation von Daten ausweiten. Die Einbindung objektorientierter Datenmodelle wird voran getrieben, um die heute noch übliche getrennte Verwaltung von Geometrie- und Sachdaten in der GIS-Architektur zu überwinden. Für objektorientierte Abfragen und Analysen raumbezogener Informationen in GIS werden spezielle Datenbanksprachen weiter entwickelt (GeoSQL). Auch die Einbeziehung der dritten Raumdimension (3D) gewinnt durch neue Anwender etwa aus dem Segment der Stadt- und Funknetzplanung aber auch im Bereich der Anwendungen von GIS für Flughäfen an Bedeutung.
Mit dem nachfolgenden Kapitel wird der komplexe Funktionsraum Flughafen erarbeitet. Es baut inhaltlich zunächst nicht auf die einleitende Abhandlung der Thematik GIS auf. Allerdings werden insbesondere mit der Betrachtung verschiedener Funktions- und Wirkungsbereiche eines Flughafens wichtige fachtheoretische Grundlagen für das spätere Aufzeigen der Anwendungsmöglichkeiten von GIS für Fragestellungen an und um Flughäfen beschrieben.
Nach einer einleitenden Zusammenstellung von Rahmenbedingungen und Entwicklungen im System Luftverkehr wird der Begriff Flughafen definiert. Die Betrachtung des Flughafenbetriebes, der Funktionsbereiche am Standort Flughafen, schließt sich an. Hiernach wird das Blickfeld auf Wirkungen des Komplexes Flughafen ausgeweitet. Ökonomische und ökologische Raumwirkungen auf das Umland werden zusammengefaßt.
Die Möglichkeiten der Bewertung und des Vergleiches von Airports werden aufgezeigt und anhand von deutschen Flughäfen beispielhaft quantifiziert. Ein kurzer Ausblick auf zukünftige Entwicklungen und Problemfelder schließt die theoretischen Grundlagen des Themenkomplexes Flughafen ab.
In Kapitel 4 der vorliegenden Arbeit werden als Beispiele mehrheitlich deutsche Flughäfen betrachtet. Dies liegt einerseits an einer umfassend vorliegenden Datenbasis; weiterhin dient es dazu die Gruppe deutscher Flughäfen zu beschreiben, die der empirischen Erhebung zu GIS - Anwendungen für Flughäfen zu Grunde liegen.
Der Lufttransport von Passagieren, Gütern und Post ist weltweit durch weiterhin anhaltende Zuwachsraten gekennzeichnet. Das Passagieraufkommen wird nach aktuellen Prognosen[31] jährlich um etwa 5 % zunehmen. Für verschiedene Teilmärkte liegen sogar weitaus höhere Schätzungen vor. So sieht der Flugzeughersteller Boeing[32] das jährliche Wachstum im Binnenverkehr Taiwans und Chinas bei 11 % allein bis zum Jahr 2003. Auch für das Verkehrsgebiet Europa ist mit einer anhaltend positiven Entwicklung zu rechnen, so daß hier bis zum Jahr 2010 eine Verdopplung des Passagieraufkommens angenommen wird.
Ungebremste Nachfrage nach Transportdienstleistungen im Luftverkehr bedingt Anpassungsvorgänge und Veränderungen bei Fluggesellschaften und in der Überwachung des Luftraumes, insbesondere aber Ausweitungen der Kapazitäten an den Flughäfen, als Ausgangs- und Zielpunkte der Verkehre.
Zahlreiche Internationale Airports (Amsterdam Schiphol, Paris Charles-de-Gaulle, u.a.) werden sukzessive erweitert oder durch Neubauten ersetzt, um der Marktnachfrage des internationalen Luftverkehrs gerecht zu werden. In der deutschen Flughafenlandschaft kann die begrenzende Bodenkapazität bislang nur vereinzelt aufgewertet werden (z.B. Köln/ Bonn – Terminal 2, Leipzig/ Halle – Nordbahn). Aufwendige und langwierige Planungs- und Genehmigungsprozesse erschweren eine raschere Anpassung des Flughafenangebotes in Deutschland. Gleichzeitig stellen exakte Bewertungen und Prüfverfahren zu Auswirkungen von Bauvorhaben einen notwendigen Verfahrensschritt dar. Dies gilt insbesondere für die Folgenabschätzung von negativen Effekten auf die Bevölkerung und den Natur- und Lebensraum im Umland des Flughafens.
Heutige Flughäfen befinden sich in einem dynamischen Wandel. Neue Funktionen werden übernommen, Non-Aviation Geschäftsfelder gewinnen zwangsläufig an Bedeutung. Flughäfen erscheinen nicht mehr als traditionelle „Luftbahnhöfe“, sondern treten als moderne intermodale Dienstleistungszentren am Markt auf.
Eine zunehmende Vernetzung des Luft- und Schienenverkehrs an Flughäfen bildet eine wichtige Größe in der Schaffung eines integrierten Gesamtverkehrssystems sowie zur Entlastung von Großflughäfen von Kurzstreckenverkehren. Allerdings stellt sie keine ausreichende Lösung bestehender Kapazitätsprobleme dar. Für das deutsche Flughafensystem erreicht die zu erwartende Entlastung durch Verkehrsverlagerungen auf die Schiene eine Größenordnung, die allenfalls dem normalen Verkehrswachstum von zwei Jahren entspricht. Diese marginalen luftseitigen Entlastungspotentiale machen eine Erweiterung der Flughafeninfrastruktur notwendig, insbesondere wenn die positiven ökonomischen Effekte eines Flughafens weit über seinen Standort hinaus gesichert bzw. weiter ausgebaut werden sollen. Durch eine optimale Verknüpfung der Verkehrssysteme können allerdings landseitig Teile des heutigen PKW-Zubringerverkehrs über kurze und mittlere Distanzen ersetzt werden.[33]
Die international operierenden Fluggesellschaften bauen auf das Konzept, ihre Verkehre an großen Drehkreuzflughäfen zu bündeln. Ein Ende der Konzentration auf wenige und gleichzeitig immer größere Drehkreuze mit einem dichten Netz von Zubringerflügen (Hub-and-Spoke System) ist derzeit nicht zu erkennen. Die Drehscheiben des internationalen Verkehrs brauchen einen starken Homecarrier; umgekehrt baut die Fluggesellschaft auf die Infrastruktur und Dienstleistung des Großflughafens. Hieraus ergeben sich enge Kooperationen, die für Flughafen wie Airline Kostenvorteile und Planungssicherheit mitbringen. Beispiele für strategische Allianzen zwischen Flughafen und Fluggesellschaft sind die Verträge zwischen Amsterdam Schiphol und der KLM-Group oder auch zwischen Frankfurt Rhein/ Main und der Lufthansa AG.
Die Beförderungsleistungen des Luftverkehrs sind wichtige Grundlagen heutiger Handelsbeziehungen. Der weiter fortschreitende Vorgang der Globalisierung der Wirtschaft mit internationaler Arbeitsteilung ist auch an die zeit- und raumüberwindenden Möglichkeiten des Luftverkehrs gebunden.
Die Rahmenbedingungen des internationalen Luftverkehrs sind mit den Schlüsselbegriffen Deregulierung, Globalisierung und Wettbewerb zu charakterisieren. Der Luftverkehr hat sich in den vergangenen 15 Jahren in Europa von einem regulierten nationalen Schutzbereich zu einem freien Markt hin entwickelt. Dieser bewirkt eine starke Konkurrenz der Fluggesellschaften untereinander, bei gleichzeitig zunehmender Oligopolisierung der Luftverkehrsanbieter. Die Airlines reagieren nach wie vor mit einer steigenden Zahl von strategischen Allianzen und Integration in global gespannte Airlinebündnisse. Dies hat Auswirkungen auf die Flughäfen. Der verstärkte Kostendruck unter den Transportunternehmen wird an die Flughäfen weiter gegeben. Flughäfen stehen nun selbst in einem zunehmenden Wettbewerb und müssen ihre Kunden wie Airlines, Passagiere und verladende Wirtschaft mit einem umfassenden und wettbewerbsfähigen Angebot bedienen.
Europäische Flughäfen müssen sich neuen EU-rechtlichen Rahmenbedingungen anpassen, die u.a. einen Wettbewerb unter den Anbietern von Bodenverkehrsdiensten auf den Vorfeldern vorsehen. Zusätzlich ist etwa der Wegfall des zollfreien Einkaufs in Duty-Free Geschäften zu kompensieren, und es erfolgen Preisauflagen durch die Europäische Union. Auch diese Maßnahmen erhöhen den Kostendruck auf die Flughafenbetreiber. Mit dieser Entwicklung verbindet sich die Notwendigkeit, neue Geschäftsfelder zu erschließen, und Funktionen zu kommerzialisieren. (Stichwort Privatisierung)
Flughäfen bilden zusammen mit den Fluggesellschaften und den Institutionen der Flugsicherung die Hauptelemente des Systems Luftverkehr.
Luftverkehr meint die Gesamtheit der Vorgänge, welche der Raumüberwindung bzw. der Ortsveränderung von Passagieren, Fracht und Post über den Luftweg dienen. Der Begriff Luftverkehr umfaßt dabei alle direkt und indirekt für die Ortsveränderung notwendigen Dienstleistungen.
Ein Flughafen kann anschaulich als „ großflächige Anlage zum Starten und Landen von Flugzeugen mit den notwendigen Nebeneinrichtungen zur Personen- und Güterabfertigung “[34] definiert werden. Eine einheitliche stärker funktional orientierte Definition des Begriffes Flughafen ist in der Literatur nicht gegeben.
Für die Untersuchung von GIS-Anwendungen für Flughäfen werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit mehrheitlich deutsche Flughäfen betrachtet. Daher wird als zusätzliche Definition die rechtliche Abgrenzung des Begriffes Flughafen in Deutschland aufgegriffen. Nach § 6 des Luftverkehrsgesetzes (LuftVG) ist die Definition eines Flughafens eng an den Oberbegriff des Flugplatzes gekoppelt. Die Bezeichnung Flugplatz vereint Flughäfen, Landeplätze und Segelfluggelände und meint in Anlehnung an die bereits aufgeführte Definition „ alle Arten von Luftverkehrseinrichtungen, die für den Zugang bzw. Abgang von Reisenden, Luftfracht und Luftpost sowie für die Versorgung, Wartung und Pflege der eingesetzten Flugzeuge benutzt werden “[35].
Ergänzend kann die rechtliche Vorgabe durch die Luftverkehrszulassungsordnung (LuftVZO) § 38, Abs. 1 betrachtet werden. Flughäfen sind demnach „ Flugplätze, die nach Art und Umfang des vorgesehenen Flugbetriebes einer Sicherung durch einen Bauschutzbereich[36] nach § 12 des Luftverkehrsgesetzes bedürfen[37] “. Die LuftVZO § 38, Abs. 2 differenziert in der Genehmigung von Flughäfen nach Flughäfen des allgemeinen Verkehrs (Verkehrsflughäfen) und Flughäfen für besondere Zwecke (Sonderflughäfen). Eine entsprechende Unterteilung wird auch für Landeplätze vorgenommen. Wesentliches Unterscheidungsmerkmal ist der Benutzerkreis des Flugplatzes. Sonderflughäfen stehen nur einem bestimmten Personenkreis offen. (Bsp. Werksflughafen)
[Darstellung Timo von Wirth, Quelle: Wolf: Vorlesung Bahnhofsanlagen und Flugplätze, Vorlesungsmanuskript, Aachen, 1997, o.S.]
Anlegung und Betrieb eines Flughafens sind genehmigungspflichtig nach § 6 Abs.1 und § 31 Abs. 2 LuftVG in Verbindung mit § 40ff LuftVZO. Die Genehmigung durch die zuständige Luftfahrtbehörde leitet sich aus dem Grundsatz des Flugplatzzwanges für Lufttransporte her.[38] Die Genehmigungspflicht stellt sicher, „ daß die geplanten Anlagen den flugsicherheits- und verkehrstechnischen Erfordernissen entsprechen und das in Aussicht genommene Gelände geeignet ist “[39]. Vor Erteilung einer Genehmigung ist zu prüfen, ob die geplante Anlage oder auch Kapazitätsausweitung eines Flughafens „ die Erfordernisse der Raumordnung, Landesplanung und des Städtebaus, des Naturschutzes und der Landschaftspflege sowie des Schutzes vor Fluglärm angemessen berücksichtigt “[40].
Die Arbeitsgemeinschaft Deutscher Verkehrsflughäfen (ADV) nimmt nach der Ausrichtung der angebotenen Flugverbindungen folgende Einteilung für Flughafentypen vor.
- Internationale Verkehrsflughäfen (IVF) mit mehrheitlich internationalem Luftverkehr
- Regionale Verkehrsflughäfen und Verkehrslandeplätze (RVV) mit überwiegend nationalem Verkehr
- Sonstige Flugplätze (z.B. Militärflugplätze, Segelflugplätze)
Die derzeitige Marktentwicklung läßt die Differenzierung der ADV unscharf erscheinen, da zahlreiche Flughäfen aus der Gruppe Regionale Verkehrsflughäfen und Verkehrslandeplätze internationale Flugverbindungen anbieten.
Eine zentrale Aufgabe von Flughäfen besteht darin, die Mobilitätswünsche der ansässigen Wirtschaft und die Verkehrsnachfrage der Bevölkerung in Zusammenarbeit mit den Luftverkehrsgesellschaften zu bedienen.
Der Flughafenbetrieb stützt sich auf drei elemantare Säulen. Der Betrieb und die Wartung von Gebäuden und Anlagen durch eine Betreibergesellschaft, die Sicherung und Lenkung des Flugverkehrs durch die Flugsicherung sowie die Abwicklung des Flugverkehrs durch Fluggesellschaften.[41] Primär ist ein Flughafen somit Anbieter von Infrastruktur, der einen schnellen und sicheren Wechsel der Verkehrsträger ermöglicht. Luftseitig werden Vorrichtungen und Bauten bereit gestellt, die das Starten, Landen, Rollen und Parken von Luftfahrzeugen ermöglichen.
Zu den Flugbetriebsflächen zählen die Start- und Landebahnen, die Rollwege sowie die Vorfeldflächen. Sie sind mit Rollführungssystemen sowie Andocksystemen für das Positionieren der Maschinen an den Terminals ausgestattet.
Die luftseitigen Einrichtungen werden durch Hallen und Werkstätten für die Flugzeugwartung, Betriebsanlagen und Bauten für die Flughafenverwaltung, sowie für die Navigation und Flugsicherung ergänzt. Navigation und Flugsicherung sind in Deutschland Aufgabe der Deutsche Flugsicherung GmbH (DFS). Auch Start- und Landevorgänge an den Flughäfen werden von der DFS geregelt. Teilweise liegen Rollvorgänge und das Positionieren auf dem Vorfeld in der Zuständigkeit des Flughafens.
Der Zu- und Abgang zum (bzw. vom) System Luftverkehr erfolgt über ein Terminal als Umschlagbereich. Terminal - Infrastruktur für Passagiere und Gepäck sowie für Fracht und Luftpost sind getrennte Funktionsräume. Ein öffentlicher Bereich des Passagierterminals bietet die Segmente der Passagier – Abfertigung und kommerzielle Einrichtungen. Nicht öffentliche Flächen sind der gesamte interne Betriebsbereich z.B. für Gepäckhandling oder die Flugvorbereitung, aber auch Lounges für ausgewählte Passagiergruppen. Behördliche Einrichtungen wie Paß-Kontrolle, Zoll-Kontrolle, Sicherheits- und Gesundheitskontrollen bestehen als Schnittstelle zwischen einem allgemein zugänglichen, landseitigen „Besucherbereich“ und einem sicherheits-geprüften, luftseitigen Fluggastbereich.
Das Frachtterminal ermöglicht großflächige Lagerung und Abfertigung, sowie unmittelbare Verladung über Truckdocks für den Straßentransport. Für die Zu- und Abfahrt von Passagieren, Fracht und Luftpost bestehen landseitig Verkehrsanlagen. Zu einer Straßenanbindung und den Vorrichtungen für den ruhenden Verkehr (Parkplätze, Vorfahrt) kommen vermehrt Schienenanbindungen für den Nah- und Fernverkehr hinzu. Am Flughafen Frankfurt Rhein/ Main besteht auch ein Bahnanschluß für den reinen Frachttransport.
Abbildung [4.2] zeigt modellhaft die wichtigen Funktionsbereiche des Flughafenbetriebes.
[Darstellung Timo von Wirth, Quelle: Daenzer in: Wolf: Vorlesung Bahnhofsanlagen und Flugplätze, Vorlesungsmanuskript, Aachen, 1997, Abschnitt Allgemeine Grundlagen, o.S.]
Der Gesamtkomplex Flughafen ist durch zahlreiche Netzstrukturen für die Ver- und Entsorgung, sowie die Kommunikation erschlossen. An die Kernbereiche eines Flughafens gliedern sich zudem flughafenaffine Gewerbe und Dienstleistungen an (Hotels, Kongreßzentrum, Büros).
Die in Abbildung [4.2] erkennbaren Hauptstrukturen lassen sich in einem Gesamtsystem Flughafen in weitere Teilbereiche aufgliedern. Hierzu zählt auch, daß der Flughafen in einem Subsystem Umfeld / Umwelt / Ökologie, als integrales Raumelement verstanden wird, daß Wirkungen im Umland erzeugt. Die Teilsysteme eines Flughafens finden sich auch farblich differenziert in der Abbildung wieder.
[Darstellung Timo von Wirth, Quelle: Kohse: Grundlagen des Projektmanagements zum Entwurf eines Flughafenterminals, Aachen, 1999, S. 46]
[1] vgl. Airbus Industries (Hrsg.): Global Market Forecast 1999, http://www.airbus.com/pdfs/media/GMF99.pdf, 2000, o. S.
[2] vgl. Boeing Inc. (Hrsg.): Current Market Outlook 1999, http://www.boeing.com/commercial/cmo/index.html, 2000, o. S.
[3] vgl. Maier und Atzkern: Verkehrsgeographie: Verkehrsstrukturen, Verkehrspolitik, Verkehrsplanung, Stuttgart, 1992, S. 13
[4] vgl. Beer und Paesler: Der Flughafen München 2, Abgrenzung des Passagiereinzugsgebietes in Abhängigkeit von luftverkehrsspezifischen Rahmenbedingungen, Regensburg, 1997, S. 32
[5] vgl. Streit: Online Vorlesung Einführung in die Geoinformatik Version 2.2, Münster, 2000, Kapitel 1.1, S. 8
[6] d.h. [...] die Geoinformationssysteme = die GIS; [...] eines Geoinformationssystems = eines GIS
[7] vgl. Conzett, 1980, in: Bill und Fritsch: Grundlagen der Geo-Informationssysteme, Bd. 1, Heidelberg, 1999, S. 2
[8] vgl. Bill und Fritsch: Grundlagen der Geo-Informationssysteme, Bd. 1, Heidelberg, 1999, S. 4
[9] vgl. Streit: Online Vorlesung Einführung in die Geoinformatik Version 2.2, Münster, 2000, Kap. 9.1, S. 3
[10] vgl. Hemenway, 1989, in: Stahl und Greve (Hrsg.): Das GIS-Tutorial Version 3.0, http://www.gis-tutor.de/start.htm , 1999, o.S.
[11] vgl. Stahl (Hrsg.), 1997, in: Das GIS-Tutorial Version 3.0, http://www.gis-tutor.de/start.htm, 1999, Teil 1: GIS – mehr als digitale Landkarten, o.S.
[12] „Idee der unabhängigen Datenebenen“ wurde in der Theorie bereits 1927 von Hettner entwickelt. Vgl. Stahl, 1997, ebenda, Teil 1: GIS-Historie, S.1
[13] vgl. Streit: Online Vorlesung Einführung in die Geoinformatik Version 2.2, Münster, 2000, Kap. 4.0, S.1
[14] vgl. ebenda, Kap. 4.0, S.3
[15] vgl. Schilcher, Kaltenbach und Roschlaub: Geoinformationssysteme – Zwischenbilanz einer stürmischen Entwicklung, Stuttgart, 1996, S. 367
[16] Abkürzung GUI in der Abbildung meint: Graphical User Interface (Graphische Benutzer-Oberfläche der GIS-Software)
[17] vgl. Schilcher, Kaltenbach und Roschlaub: Geoinformationssysteme – Zwischenbilanz einer stürmischen Entwicklung, Stuttgart, 1996, S. 367
[18] vgl. ebenda, S. 367
[19] vgl. Streit: Online Vorlesung Einführung in die Geoinformatik Version 2.2, Münster, 2000, Kap. 4.3, S.4
[20] vgl. ebenda, Kap 4.3, S.6
[21] ODBC: Open database connectivity
[22] SQL: structured query language, heute auch: standard query language
[23] DDL: Data definition language, DML: Data manipulation language, DCL: Data control language
[24] Es ist festzustellen, daß die ursprünglich bestehenden Grenzen zwischen GIS- und CAD-Applikationen zunehmend offener werden. Zahlreiche Anbieter von CAD-Software haben ihre Produkte mit GIS-Modulen zur Einbindung von Datenbanken und kartographischen Funktionen erweitert (z.B.: Autodesk, Intergraph). Gleichzeitig schließen GIS-Hersteller vermehrt reine CAD-Fähigkeiten an bestehende Systeme an. (z.B.: ArcCAD) Durch diese weiter anhaltende Entwicklung ist eine eindeutige Abgrenzung von CAD- und GIS-Systemen nicht sinnvoll.
[25] vgl. Streit: Online Vorlesung Einführung in die Geoinformatik Version 2.2, Münster, 2000, Kap. 9.2, S.10
[26] vgl. Bill und Fritsch: Grundlagen der Geo-Informationssysteme, Bd. 1, Heidelberg, 1999, S. 41
[27] vgl. McNerney: The use of Geographical Information Systems for Airport Engineering and Management, Austin, 1995, S. 47
[28] vgl. Schilcher, Kaltenbach und Roschlaub: Geoinformationssysteme – Zwischenbilanz einer stürmischen Entwicklung, Stuttgart, 1996, S.365
[29] vgl. ebenda, S. 373
[30] vgl. Streit: Online Vorlesung Einführung in die Geoinformatik Version 2.2, Münster, 2000, Kap. 9.4, S.3, Abb. 28
[31] vgl. Airbus Industries (Hrsg.): Global Market Forecast 1999, http://www.airbus.com/pdfs/media/GMF99.pdf, 2000, o. S.
[32] vgl. Boeing Inc. (Hrsg.): Current Market Outlook 1999, http://www.boeing.com/commercial/cmo/index.html, 2000, o. S.
[33] vgl. ADV (Hrsg.): Sicherung und Optimierung des Luftverkehrsstandortes Deutschland – Situationsanalyse und Beiträge zu Problemlösungen, Stuttgart, 1997, S. 4 (Abschnitt Management Zusammenfassung)
[34] vgl. Leser, Hartmut (Hrsg.): Wörterbuch Allgemeine Geographie, München, 1997, S. 216
[35] vgl. Beer und Paesler: Der Flughafen München 2, Abgrenzung des Passagiereinzugsgebietes in Abhängigkeit von luftverkehrsspezifischen Rahmenbedingungen, Regensburg, 1997, S. 26
[36] Im Bauschutzbereich gelten für ausgewiesene Flächen des Flughafenumlandes die Baubeschränkungen nach § 12 Abs. 2 und 3 LuftVG
[37] vgl. Wolf: Vorlesung Bahnhofsanlagen und Flugplätze, Vorlesungsmanuskript, Aachen, 1997, Abschnitt Allgemeine Grundlagen, S. 1-2
[39] vgl, ebenda, S. 2
[40] vgl. ebenda, [Im Genehmigungsverfahren für Flugplätze, die einer Planfeststellung bedürfen ist die Umweltverträglichkeit zu prüfen (UVP); die UVP entfällt, wenn Sie bereits im Raumordnungsverfahren berücksichtigt worden ist]
[41] vgl. Wagner: GIS – Anwendungen am Flughafen Stuttgart, Stuttgart, 1998, S. 24
Timo von Wirth (Autor)
V219884
flughafen geo-informationssystem gis-software luftverkehr raumplanung
, 2000, GIS - Anwendungen für Flughäfen - Visualisierung und Analyse von Marktdaten, Hamburg, Bedey Media GmbH, https://www.diplom.de/document/219884
Untersuchung des Nachhaltigkeitsindikatorensatzes "Indikatoren...

References: § 6
 § 38
 § 12
 § 38
 § 6
 § 31
 § 40
 § 12