Funktionsumfang der räumlichen Analyse

Welche Operationen gehören typischerweise zum Funktionsumfang der räumlichen Analyse in GIS? Die kompakteste Umschreibung liefert (1997, S. 15), der drei Typen von Funktionen unterscheidet:

• Attributabfragen (oder nicht-räumliche Abfragen)
• Räumliche Abfragen
• Generierung neuer Daten aus der ursprünglichen Datenbasis

In dieser Unterscheidung kommt zum Ausdruck, dass nur bei einem Teil der Operationen der RA auch wirklich neue Daten generiert werden, während die ersten beiden Typen sich auf reine Abfragen beziehen, bei denen das Resultat in einer Auswahl (= Untermenge) von Objekten einer Datenbasis besteht.
Weitere mögliche Klassierungen organisieren den Funktionsumfang der RA hinsichtlich der involvierten Datentypen (Punkte, Linien, Netzwerk, Polygone/Flächen, Oberflächen), hinsichtlich der vorherrschenden Datenstruktur (Raster vs. Vektor) oder hinsichtlich der Natur der modellierten Phänomene (RA-Methoden für diskrete räumliche Entitäten vs. kontinuierliche räumliche Felder; (Burrough et al. 1998)). Eine weitere Unterscheidungsmöglichkeit des Funktionsumfangs liegt im Grad der involvierten Dynamik: beispielsweise statische Daten (Punktverteilungen, Flächen usw.), Interaktionen zwischen räumlichen Objekten (z. B. Interaktionen zwischen ökonomischen Zentren) sowie die Analyse raum-zeitlicher Veränderungen; siehe (1995) und (1971). Je nach Blickwinkel und fachlichem Hintergrund wird die Organisation und Klassierung von RA-Funktionen durch verschiedene AutorInnen verschieden vorgenommen, was nicht weiter verwundert in einem interdisziplinären Feld wie der GIScience.
Zur Organisation der Lektionen in diesem Modul "Basic Spatial Analysis" wird ein gemischter Ansatz verfolgt: Während ein Unterscheidungskriterium sich an der Dichotomie zwischen diskreten und kontinuierlichen räumlichen Variablen ausrichtet, gehen die meisten Lektionen von speziellen Fragestellungen oder Anwendungen der RA aus wie Geländeanalyse, Erreichbarkeitsanalyse, Eignungsanalyse usw. Eine hübsche Klassierung von RA-Funktionen eines GIS liefert (1996); siehe nachstehende Abbildung. Seine Klassierung entstand im Bestreben, eine universelle Benutzerschnittstelle für ein GIS zu entwickeln. Damit hat diese Klassierung zwei entscheidende Vorteile. Erstens geht sie von der Benutzersicht aus und damit von den ans GIS gestellten Fragen (statt von technischen Aspekten); und zweitens ist es die wohl knappste Beschreibung von RA-Funktionen eines GIS, die trotzdem als vollständig gelten kann (zumindest für gängige kommerzielle GIS). Etwas irritierend ist allenfalls die Benennung einer spezifischen Kategorie "Spatial Analysis", die eigentlich nur eine Unterkategorie des Gesamtumfangs der RA darstellt und vielleicht besser mit "Musteranalyse" (Pattern Analysis) umschrieben würde.

Die folgende, sehr pragmatisch am typischen Funktionsumfang kommerzieller GIS orientierte Liste von Operationen der Datenanalyse stammt aus (1990) und wurde auf der Basis von (1987) entwickelt. Die Einträge dieser Liste sind wohl selbsterklärend und erfolgen daher ohne weitere Diskussion. Im Übrigen liefern verschiedene Lehrbücher – (1989), (1999), (1998), (1997) – ausgedehnte Übersichten und Besprechungen des typischen Funktionsumfangs der RA von GIS.

Datenanalysefunktionen nach Goodchild (1990)

Zählen und Messen:

• Zählen von Objekten in einer Klasse bzw. in einem Teilgebiet
• Berechnen der Distanz entlang gerader und gekrümmter Linien
• Bestimmen des Azimuths der Verbindung zwischen zwei Punkten
• Längenberechnung der Grenzlinie eines Polygons
• Flächenberechnung eines Polygons
• Berechnen von Volumen oder Höhendifferenzen in Geländemodellen

Funktionen der Raumanalyse:

• Überlagern von Polygonen mit Punkten und bestimmen, welche Punkte in welchen Polygonen liegen (point-in-polygon test)
• Überlagern von Polygonen mit Linien und Unterteilen der Linien bei Schnittpunkten von Linien mit Polygon­grenzen (line-on-polygon overlay)
• Überlagern von Polygonen und topologisch korrekte Überschneidung (polygon overlay)
• evtl. mit anschliessendem Entfernen von kleinsten Flächen (sliver polygon elimination)
• Bestimmen der nächsten Nachbarpunkte, -linien, -polygone
• Bestimmen der kürzesten Verbindung oder der Linie minimaler Kosten
• Bestimmen der Flächen, die gemeinsame Grenzlinien oder -punkte besitzen
• Bestimmen der Flächen oder Punkte, die mit andern Flächen oder Punkten durch lineare Elemente verbunden sind (connectivity analysis)
• Netzwerkanalysen (Bestimmen von Netzcharakteristiken, Simulation von Flüssen in Netzen etc.)

Statistische Analysefunktionen:

• Erstellen von Listen und Verzeichnissen über Objekte und Attribute
• Durchführen arithmetischer, algebraischer und logischer Operationen an Geometrie- und Attributdaten, einzeln und kombiniert
• Durchführung von deskriptiven oder analytischen statistischen Verfahren (statistische Tests)
• Vergleich von Zeitserien-Karten, Bestimmen von Unterschieden, Berechnung eines Veränderungs-Indexes etc. (complex correlation)

Geländemodellierung:

• Interpolation der Höhe in einem DGM an jedem beliebigen Punkt (spot heights)
• Höhenberechnung entlang Wasserlinien aus einem DGM
• Berechnung von Höhenkurven (contours) oder Isolinien aus einem unregelmässigen Punktnetz
• Berechnung von Höhenkurven mit gegebenen Intervallen aus einem DGM (Raster oder TIN)
• Berechnung von Wasserscheiden und Einzugsgebieten aus einem DGM und Gewässernetz
• Bestimmen der gegenseitigen Sichtbarkeit von Punkten, Teilen von Linien oder Flächen
• Berechnung der sichtbaren Flächen eines DGM von einem gegebenen Betrachtungspunkt aus (viewshed maps)
• Berechnen der Neigung entlang von Linien
• Berechnen der mittleren Neigung von Flächen
• Berechnen der mittleren Orientierung von Flächen
• Berechnen des Endpunktes einer Traverse ausgehend von Startpunkt, Richtung und Distanz

Komplexe Analysen:

• Kombinationen von obengenannten Analysefunktionen, z. B. Modellierung einer bestimmten Fragestellung durch Kombination verschiedener Operationen und Dateien mit unterschiedlicher Gewichtung (weighted modelling).