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Samstag, 25.03.2017
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GEOTECHNOLOGIEN im Focus

GIS: Sammlerin im Datenreich - Interview

Seit 2002 läuft MARGIS ("Marines Geo-Informationssystem zur Visualisierung und Auswertung meereswissenschaftlicher Daten"), ein im Rahmen des Programms Geotechnologien gefördertes Projekt. Dr. Angela Schäfer, Wissenschaftlerin am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) ist an diesem Projekt beteiligt. Wir haben sie dazu befragt. g-o.de:
Ziel von MARGIS ist es, ein spezielles GIS zu entwickeln, mit dem man meereskundliche Daten unterschiedlichster Herkunft vereinen und auswerten kann. Was für Daten sind das? Und wie liegen sie jetzt vor?

Schäfer:Um ein marines GIS aufzubauen fingen wir naheliegender Weise mit der Einarbeitung flächendeckender Daten zur Wassertiefe an. Einerseits, weil die Wassertiefe einen Hauptparameter für viele wichtige Zusammenhänge in marinen Systemen darstellt und andererseits, weil mit guten bathymetrischen Modellen schon einmal der räumliche Rahmen (wo liegt was genau?) aufgespannt wird.

Dass diese Aufgabe allein sich schon schwierig gestalten würde, war uns anfangs nicht klar. Es gibt nämlich kein bestehendes digitales bathymetrisches Model für die Nordsee in guter regionaler Auflösung, nicht einmal für die Deutsche Bucht. Wir starteten daher eine Datenrecherche bei verschiedenen nationalen und internationalen Behörden und Instituten und erhielten Stückwerke von Rohdaten unterschiedlicher Genauigkeit und zeitlicher Bearbeitung.

Mit Hilfe verschiedener Import- und Export-Software und mehrerer Editierungsprozessen integrierten wir diese Bruchstücke in GIS und bauten sie selber zu einem digitalen Geländemodell zusammen. Die Vorarbeiten gingen soweit das wir sogar analoge (Papier-) Seekarten mit tausenden bathymetrischen Tiefenpunkten in mühseliger Kleinarbeit eindigitalisieren mussten, um bestehende Lücken zu füllen. Dieses nun sehr gut auflösende Bathymetriemodell bildet eine wichtige Grundlage um weitere Parameter im GIS daran koppeln zu können.


Nun wurden Kartenwerke zu Sedimenttypen der gesamten Nordsee gesammelt, digitalisiert und mit punktuellen Sedimentdaten aus internationalen Datenbanken ergänzt. In erster Linie bemühen wir uns möglichst flächendeckende und zeitgleiche Datensätze zu erfassen, da dies eine wichtige Vorraussetzung zur weiteren Verschneidung und räumlichen Analyse mit Hilfe geostatistischer Verfahren ist.

Mitunter ist das nicht immer möglich und wir müssen Kompromisse eingehen. Langwierige Anfragen, Datenrecherchen und Klärung der Nutzungs- und Urheberrechte seitens der Behörden und Institute erweisen sich als häufige Hindernisse, die leicht den Rahmen eines dreijährigen Projektes sprengen können.

g-o.de: Warum ist es gerade bei marinen Daten so schwer, alle miteinander zu verknüpfen? Worin unterscheiden sie sich von Daten, wie sie beispielsweise bei GIS-Anwendungen auf dem Land genutzt werden?

Schäfer: Marine Daten für ganze Meeresregionen weisen häufig eine ungenügende räumliche Abdeckung auf, da sie meist Ergebnis lokaler bzw. nationaler Studien sind. Datensammlung findet daher meist einmalig entlang linearer Schiffspassagen statt oder es handelt sich um zeitlich besser auflösende Daten weniger lokaler Stationen. Vor allem die Tiefen des Ozeans und der Meeresboden sind für uns schwer zugänglich.

Da marine Forschung und die damit verbundene relativ teure Datenerhebung eher projektbezogen finanziert wird, werden die unterschiedlichsten Parameter je nach Schwerpunkt einmalig und nicht kontinuierlich über mehrere Jahre hinweg gemessen. Sowohl die unregelmäßige räumliche und zeitliche Verteilung als auch eine unvollständige Erfassung aller nötigen Parameter machen den Vergleich und eine direkte Interpolation mariner Messdaten über große Meeresbereiche hinweg schwierig. Interpolationen und Hochrechnungen sind jedoch nötig um großräumige Bilanzen erstellen zu können, die für uns wichtige klima- und umweltrelevanten Aussagen und Vorhersagen ermöglichen.

g-o.de:Wie genau ist der konkrete Ablauf bei diesem Projekt, wie gehen Sie vor? Sammeln Sie erst alle Daten und überlegen dann, wie sie "unter einen Hut" gebracht werden können, oder gibt es erst das GIS, und die Daten kommen dann nach und nach?

Schäfer:Unsere Vorhergehensweise ist mehrgleisig. Wir recherchieren natürlich in erster Linie Daten bei denen man auf Grund von Erfahrungswerten von einem Zusammenhang ausgehen kann. Eine große Anzahl von Parametern lassen sich auch voneinander ableiten und in neue Bezüge stellen. Das ist einerseits ein gezieltes Vorgehen und andererseits auch ein intuitives. Oftmals lässt sich allein durch die visuelle Überlagerung in GIS ein Zusammenhang ersehen, den man vorher so nicht erwartet hat.

Das GIS im eigentlichen Sinne entsteht erst durch das Integrieren von Daten und deren kluge Verknüpfung in Form von relationalen Datenbanken. Wenn man unter GIS die bestehenden Softwarepakete, deren Funktionalitäten und das Datenbankmanagementsystem versteht, so gibt es diese natürlich schon. Welche der vielen GIS-Techniken allerdings angewandt und kombiniert werden, um die angestrebten Ziele zu erreichen, steht offen. Meiner Ansicht nach ist das ein dynamischer Prozess von Anwenden, Ausprobieren und neue Wege gehen. Das führt bis zum Programmieren und Etablieren neuer Anwendungsbereiche mit GIS und geht in andere Bereiche über wie der interaktiven Karten- bzw. Datenbankpräsentation im Internet.

g-o.de: Wer wird das neue MARGIS einsetzen können? Wem nützt es?

Schäfer: Im Großen und Ganzen führt das MARGIS-Projekt zu einer definierten wissenschaftlichen Beschreibung, Erfassung und Kartierung von Meeresregionen, die einen aktuellen Bezugsrahmen für planerische und wissenschaftliche Belange in der Nordsee bilden sollen, d.h. für Politiker, Behörden, Wissenschaftler, Studenten und andere interessierte Personenkreise. Weitere Aspekte können der Aufbau einer GIS- und servergestützten Plattform zum Datenaustausch oder Metadatentransfer für wissenschaftliche Partner oder die Präsenz gegenüber dem Geldgeber und der Öffentlichkeit sein.

g-o.de: Im Mittelpunkt des Interesses steht bei diesem Projekt die Nordsee - warum?

Schäfer: Die Nordsee ist ein wichtiger Wirtschaftsraum für Deutschland und weist als seichtes Schelfmeer ein empfindliches Ökosystem auf, dessen Nutzungsdruck immer stärker wird. Somit müssen wir Wege finden die Nordsee in erhaltenswerter Weise richtig zu nutzen. Dazu bedarf es einer gründlichen Erfassung und Kartierung der komplexen natürlichen und anthropogenen Zusammenhänge. Dahingehend sind über viele Jahre enorme Mengen an Daten von allen Anreiherländern erhoben und ausgewertet worden. Es gibt daher speziell für die Nordsee eine Fülle guter Daten, die bestens dazu geeignet sind, um in ein marines GIS integriert zu werden um mit neuen Methoden weitere Erkenntnisse aus ihnen ziehen zu können.

g-o.de: Gibt es schon vergleichbare Projekte in anderen Ländern bzw. für andere Meeresbereiche?

Schäfer: Mittlerweile wird GIS vielfach in marinen Projekten eingesetzt. Man muss nur einmal die Suchbegriffe "marine GIS" in eine Internetsuchmaschine eingeben und bekommt zahlreiche interessante Links. Ein gutes Beispiel, das ebenfalls eine marine Typisierung als Zielsetzung hat, allerdings auf globaler Ebene, ist das "Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone (LOICZ) Project" des International Geosphere-Biosphere Programms (http://www.nioz.nl/loicz/).

g-o.de: Gibt es schon erste Ergebnisse? Welche Daten konnten Sie schon "unter einen Hut" bringen? Oder steht jetzt zunächst die Systementwicklung im Vordergrund?

Schäfer: Ein Großteil der Daten ist bereits in das marine GIS integriert worden und kann nun statistisch ausgewertet werden. Erste Ergebnisse lassen sich im Zusammenhang mit bestimmten Tiervergesellschaftungen am Meeresboden, Sedimenttypen und Wassertiefe erkennen, die auch schon in anderen Studien aufgezeigt wurden und von uns nun räumlich analysiert werden und statistisch und kartographisch dargestellt werden. Dazu läuft eine vielversprechende Arbeit, in der die Wahrscheinlichkeit des Auftretens bestimmter Tiergruppen flächendeckend erstmals für die Deutsche Bucht ausgearbeitet wird.
(Angela Schäfer/AWI, 27.10.2003 - NPO)
 
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