Geografisch informatiesysteem

GvSIG

Een geografisch informatiesysteem (GIS) is een informatiesysteem waarmee (ruimtelijke) gegevens of informatie over geografische objecten, zogeheten geo-informatie kan worden opgeslagen, beheerd, bewerkt, geanalyseerd, geïntegreerd en gepresenteerd.

De plaats waar iets 'is' of 'gebeurt' is dus heel belangrijk. Tot het GIS in ruimere zin worden ook gerekend de procedures, de organisatie en het personeel en zeker niet op de laatste plaats, de data bij het toepassen van dit informatiesysteem. Een GIS-afdeling in een organisatie houdt zich dan ook vaak (bedrijfsbreed) bezig met wat men noemt de geo-informatie voorziening.

Een bijzonder soort op webservices gebaseerde GIS is een geo-portaal. Hierin wordt geo-informatie, afkomstig van meerdere organisaties, via geoservices gecombineerd.

Algemeen

Een GIS is een operationeel, ondersteunend informatiesysteem (information support system) waarbij de data een geografische dimensie hebben, zodat deze gerelateerd kunnen worden naar een bepaalde plek op aarde. Het heeft 3 praktische functies:

1. het omzetten van grote hoeveelheden topografische data in digitale vorm
2. het ontwikkelen van relationele database management systemen
3. het zorgt voor nieuwe vormen van uitvoer van computers zoals plattegronden, kaarten en grafieken

Het wordt vooralsnog vooral gebruikt door geografen en de publieke sector, maar er is veel potentieel om relevante applicaties te ontwikkelen voor de private sector.

De kracht van een GIS ligt in het vastleggen, combineren, analyseren en presenteren van gegevens met een ruimtelijke component om zo informatie te verkrijgen. Veel gegevens en informatie bevatten een ruimtelijke component zodat die gegevens en informatie over objecten op een landkaart kunnen worden weergegeven (geocoderen) en vervolgens ruimtelijk met elkaar in verband kunnen worden gebracht. Het vastleggen waar zich iets bevindt, gebeurt in een referentiestelsel, in Nederland bijvoorbeeld in coördinaten van de Rijksdriehoeksmeting (RD).

De term GIS wordt ook voor andere systemen genoemd of in combinatie met andere systemen gebruikt. Zo komt men termen als GIS tegen in combinatie met computer-aided design (CAD), remote sensing (RS), automated mapping (AM) en facility management (FM), land information systems (LIS), ruimtelijke informatiesystemen (RIS) en de populaire routeplanners.

Met een GIS zijn deze relaties bovendien herkenbaar zichtbaar te maken: visualiseren of "in kaart brengen". Dit visualiseren is de grootste en bekendste toepassing van een GIS.

• Voorbeelden (figuren) van met een GIS geproduceerde kaarten zijn o.a. in het artikel 'Thematische kaart' te zien; hoe met een GIS 'goede' kaarten te maken zijn, is te lezen in het artikel 'Kaart (cartografie)'.

Naast visualisatie van geografisch gebonden informatie is de analyse van geografisch gebonden informatie een belangrijke toepassing binnen een GIS. Door bewerkingen, berekeningen en analyses binnen een GIS, is het mogelijk om objecten waarvan hun ligging ruimtelijk bekend is beter te beheren. Zou alleen van administratieve databases gebruik worden gemaakt, dan moeten bepaalde geografische attributen handmatig worden ingevoerd. Stel bijvoorbeeld dat een beheerder van alle afzonderlijke zendmasten de gemeente moet kennen voor bepaalde calamiteiten of verlenging van de vergunning. De beheerder moet dan van alle zendmasten de gemeente invoeren. En dat moet hij dan nog wijzigen bij elke gemeentelijke herindeling. Wanneer de geografische puntlocaties van de zendmasten bekend zijn en ook de omtrekken en daarmee de ingesloten vlakken van de gemeenten ingevoerd zijn in een GIS-systeem, is 'met één druk op de knop' elke zendmast te koppelen aan de juiste gemeente.

Een GIS heeft een grote meerwaarde voor het beheer van geografisch gebonden objecten en objecten die daarmee een relatie hebben. De meerwaarde is terug te vinden in actualiteit, consistentie, invoerefficiëntie en beschikbaarheid van extra attributen en extra functionaliteit.

Gegevensbronnen: geo-informatie

In een GIS worden gegevens en informatie over geografische locatiegebonden objecten vastgelegd. Het kan daarbij gaan om reële objecten, zoals wegen, woningen en leidingen, en het kan gaan om virtuele objecten zoals bestuurlijke gebiedsindeling, eigendomsverhoudingen, bestemming.

De aanbieders van de voor GIS bruikbare basisgegevens vinden we bij: de overheid, de waterschappen, de universiteiten en profit- en non-profitorganisaties. Meestal moeten de gegevens eerst worden bewerkt om in een GIS gebruikt te kunnen worden. Gescande kaarten en luchtfoto moeten getransformeerd worden naar het gebruikte referentiesysteem (coördinatensysteem), we noemen dat registreren. Soms zijn de coördinaten al toegevoegd tijdens het meetproces met behulp van een global positioning system (GPS) of Location Based Services (LBS).

Vaak moeten data of attribuutwaarden worden gekoppeld aan een geografische positie of aan een geografisch object. We noemen dat ook wel geocoderen. Stel we hebben een ledenbestand op postcode en we hebben daarnaast een postcodebestand met de coördinaat van het zwaartepunt van zo'n gebied. We kunnen dan van alle leden via de postcode bepalen waar ze met al hun eigenschappen op een kaart geplot, verwerkt, geteld, geanalyseerd enz. moeten worden.

Voorbeelden van geografische gegevensbronnen zijn:

• Digitale bestemmingsplannen
• Digitale kaartbestanden van GIS Maatwerk en Advies/Afdeling GEO- informatie/Directie GEO/Kadaster (vestiging Zwolle) of Nutsbedrijven
• Luchtfoto's en satellietopnamen
• Actueel Hoogtebestand Nederland (AHN) met behulp van laseraltimetrie (zie LIDAR)
• Postcodebestand en de bestanden met alle postadressen.

Voorbeelden van locatiegebonden data zijn:

• Inventarisaties van flora en fauna per kilometervak
• Adressenbestanden en bevolkingsgegevens gekoppeld aan postcode
• Statistische gegevens van het Centraal Bureau voor Statistiek (CBS)
• Automatische waarnemingsstations van luchtkwaliteit en temperatuur.

Bij het combineren van gegevensbronnen dienen gebruiker en ontwerper van een GIS rekening te houden met het oorspronkelijke schaalniveau (dus ook: nauwkeurigheid) daarvan. Bij een goed GIS wordt niet elke gegevensbron met willekeurige schalen door elkaar gebruikt, omdat anders verkeerde conclusies over onderlinge ligging, afstand en relaties getrokken zouden kunnen worden. Dit geldt zowel voor (getalsmatige) analyses als voor kaartjes, producten die beiden door een GIS gefaciliteerd kunnen worden.

Referentiesysteem en coördinatenstelsel

Het is bij een GIS van belang te weten in welk referentiesysteem (coördinatenstelsel) er wordt gewerkt. GPS data wordt verzameld in het zogenaamde WGS84. Om deze data te combineren met data van bijvoorbeeld het Nederlandse Kadaster in RD/NAP moet een conversie of wel transformatie van de coördinaten worden uitgevoerd tussen WGS84 en het RD/NAP stelsel en het stelsel waar in men wil gaan werken in het GIS.

In Nederland worden voor GIS-systemen op nationaal niveau veelal de coördinaten van het rijksdriehoeksstelsel gebruikt. Zo is de positie van alle Nederlandse postcodes en de meer dan 7,4 miljoen postadressen (2003) bekend in dit coördinatenstelsel. Met behulp van deze adrescoördinaten kunnen adresgebonden gegevens automatisch op een kaart worden geplaatst. In België wordt op nationaal niveau Lambert72 gebruikt en in Duitsland Gauss-Krüger.

Geovisualisatie en analyse

Een GIS is meer dan wat het op het eerste gezicht (een 'kaartengenerator') misschien zou zijn.

Een GIS is meer dan een 'kaartengenerator' omdat de gebruiker niet alleen toegang heeft tot de kaart /uitdrukkingsvorm, maar ook tot het digitale visualisatie- en digitale landschapsmodel. Deze meerwaarde/functionaliteit boven 'gewone' kaarten is met rood aangegeven.

Doordat een gebruiker van een GIS toegang heeft tot het (digitale) geovisualisatiemodel en het landschapsmodel heeft hij invloed op:

• de uitdrukkingsvorm (bijvoorbeeld kaartsoort, outputformaat)
• het visuele model (bijvoorbeeld de classificatiegrenzen, kleuren en selecties)
• het landschapsmodel / de data (bijvoorbeeld andere analyses, selecties, meetwaarden)

Zie verder onder visualisatie.

De verschuiving van de invloed die een gebruiker op de kaart heeft, samen met het verbeterd ontsluiten van geo-informatie, wordt ook wel de democratisering van geo-informatie genoemd. Daar hoort in het ideale geval een verschuiving van de benodigde cartografische kennis van de cartograaf naar de gebruiker plaats te vinden. Dit is ook mogelijk door de stijgende GIS-kennis bij gebruikers (b.v. Google Earth) en verbeterde, gebruikersvriendelijkere GIS-ontsluitingsprogramma's. Was de gebruiker vroeger een GIS-expert, nu is dat een klant, scholier of gebruiker thuis.

Toepassingen voor consumenten

Voorbeelden van GIS-toepassingen voor consumenten zijn de routeplanners: op basis van de ligging van de postcode wordt automatisch de kortste of snelste route tussen twee locaties gezocht. Ook weerkaarten zijn een bekend voorbeeld van het gebruik van geografische informatie.

Sinds Google in 2005 Google Maps en Google Earth heeft geïntroduceerd en door het succes van routenavigatiesystemen neemt de GIS-awareness toe bij het grote publiek.

Dankzij de opkomst van open source software kunnen consumenten ook gemakkelijk gebruik maken van GIS. Veel sites hebben programma's waar de consument vele zaken mee kan weergeven.

Professionele toepassingen

GIS is stevig ingeburgerd binnen allerlei professionele organisaties en het aantal bedrijven en instellingen dat gebruik maakt van GIS is nog steeds stijgende. GIS wordt gebruikt door bedrijven en instellingen die de activiteiten omtrent ruimtelijke gegevens als hun corebusiness zien. Daarnaast wordt GIS gebruikt binnen bedrijven en organisaties die hun kernactiviteiten hebben liggen binnen gerelateerde werkterreinen, oftewel binnen de vakgebieden waarbij de ruimtelijke component een belangrijke rol speelt. In die gevallen wordt GIS toegepast binnen de productieomgeving van een bedrijf of organisatie. Maar er zijn ook tal van bedrijven en organisaties die GIS gebruiken als hulpmiddel op strategisch en/of tactisch niveau om zodoende meer inzicht te genereren in de bedrijfsvoering. Dergelijke toepassing van GIS voor monitorings- en beslissingsdoeleinden wordt Location intelligence genoemd.

Voorbeelden van professionele toepassingen

GIS wordt onder andere gebruikt in de planologie, de analyse van verkeer, vervoer, milieu en veiligheid, toepassingen in het vakgebieden van aardwetenschappen, defensie, economie en in marketing.

Informatie over geografische objecten kunnen met elkaar in verband worden gebracht en geanalyseerd. Men kan bijvoorbeeld een analyse maken van de invloed van een milieufactor zoals geluid en de effecten daarvan op bijvoorbeeld gezondheid. De koppeling vindt plaats geografische objecten die vastgelegd liggen met coördinaten. Binnen bijvoorbeeld de berekende geluidscontouren kan het aantal personen worden bepaald die te maken heeft met een bepaalde maatregel. Nadere analyse kan dan leren of er een statistisch relevant verband bestaat tussen een contourwaarde en de klachten die zich voordoen.

Veel organisaties hebben een adressenbestand, met daaraan gekoppeld allerlei gegevens. Bijvoorbeeld de leden van een vereniging, telefoonaansluitingen, te koop staande woningen, klanten met een klantenkaart et cetera. Door het afbeelden van de gegevens die bij de adressen horen kan interessante informatie worden zichtbaar gemaakt. Makelaars kunnen bijvoorbeeld het aanbod de ligging en de prijsontwikkelingen van koopwoningen zichtbaar maken.

Overheidsinstellingen en nutsbedrijven gebruiken GIS onder meer om de ligging van verschillende nutsvoorzieningen bij te houden (rioleringen, gas- en elektriciteitsleidingen, drinkwaterleidingen...). Een voorbeeld van het gebruik van een driedimensionaal GIS waarbij naast de plaats ook de hoogte van belang is, is de risicoanalyse in gebieden die gevaar lopen bij overstroming.

Ook de pers en televisie maken steeds meer gebruik van GIS om informatie te presenteren waarbij de plaats waar iets gebeurt van belang is. Denk bijvoorbeeld aan de presentatie van de uitslag van verkiezingen en de kaarten die het stemgedrag per gemeente weergeven.

GIS kan ook gebruikt worden om risico- en probleemgebieden op te sporen met bijvoorbeeld ongevallenkaarten of bereikbaarheidskaarten van het openbaar vervoer.

Een specifieke toepassing van GIS systemen is het maken van digitale Zeekaarten of ENC (Electronic Navigation Chart) voor toepassing in ECDIS (Electronic Chart Display) systemen. Hierbij staat het GIS aan boord van zeeschepen en heeft de stuurman direct de beschikking over gedetailleerde informatie die voor hem van toepassing is. Zo kan hij alleen die gebieden laten zien die te ondiep zijn voor zijn schip om te varen. Verder kan de kaart gecombineerd worden met de radarmetingen, zodat hij andere schepen "ziet" varen op de zeekaart.

Toepassingen voor commerciële bedrijven

Commerciële bedrijven kunnen hun klantgegevens combineren met sociodemografische gegevens en uitkomsten van consumentenonderzoek, om daar hun marktstrategie en marktbenadering op af te stemmen.

De integratie van GIS in de informatiesystemen van een organisatie is van vitaal belang voor het maximaal benutten van de informatiebronnen. Veel door bedrijven gebruikte data bevatten een geografische ondertoon, zoals het adressenbestand van klanten. Omdat de toepassingen van GIS blijven groeien, met name in de private sector, wordt het ook gebruikt voor strategische doeleinden. Een voorbeeld van een toepassing is een Intelligent Transportation System (ITS). Deze worden ontwikkeld om de veiligheid en efficiency van snelwegverkeer te verbeteren. Ook de trend naar globalisatie brengt een hoop verschillende organisatie ontwerpen met zich mee; die zowel business- als informatiemanagement uitdagingen creëren. Een GIS management strategie is daarbij vereist.

De componenten van een GIS management strategie zijn:

• een gecentraliseerde en/of gecoördineerde business/technology strategie die een data communicatie architectuur en standaarden vestigt;
• een gecentraliseerde en/of gecoördineerde data management strategie voor de creatie van bedrijfsdatabases en;
• groepering van global business en GIS management strategie.

Militair gebruik van GIS

Voor een militair commandant is GIS een hulpmiddel bij de voorbereiding en de uitvoering van een militaire operatie. Een GIS geeft een commandant inzicht in het operatiegebied:

• Hoe ziet het operatiegebied eruit: reliëf, bodemsamenstelling, begaanbaarheid, begroeiing.
• Hoe is de infrastructuur: transport, bruggen, verbindingen.
• Welke invloed heeft het terreinreliëf op de operatie?
• Wat zie ik en wie kan mij zien op een bepaald punt: vuurcontact, radar, zendapparatuur
• Waar zitten vriend en vijand?
• Waar liggen de strategisch belangrijke doelen

Afhankelijk van het doel kunnen geografische informatie selectief de benodigde informatie presenteren of gegevens analyseren. Geografische informatiesystemen zijn een hulpmiddel om militaire middelen efficiënt en effectief in te zetten.

De GIS-industrie

Rond GIS is een grote industrie ontstaan. Er zijn diverse GIS-leveranciers die gedurende de laatste jaren, in meer of mindere mate, het proces van file naar database georiënteerde GIS-producten hebben doorgemaakt. Ook binnen de opensourcegemeenschap wordt GIS-software ontwikkeld. Implementatie, configuratie, integraties, ondersteuning, maatwerkaanpassingen en hosting rond deze opensourceproducten worden door lokale dienstverleners in de markt opgepakt, net als bij de dienstverleners van gesloten systemen.

Zowel de gesloten als de open GIS-producten hebben de mogelijkheid om geografische en administratieve data op te slaan in een database. Door de open specificaties van het Open Geospatial Consortium, Simple Feature Access, zijn meerdere databasefabrikanten in staat gebleken hun database op eenduidige wijze voor geografische toepassingen toegankelijk te maken middels zogenaamde ´spatial extensions´ zoals onder andere Oracle Spatial (gesloten) en PostgreSQL/PostGIS (open). De beschikbaarheid, mogelijkheden en daarmee integratie van GIS in de primaire processen, en hun ondersteunende systemen, van zowel openbare instanties als commerciële bedrijven hebben hiermee een hoge vlucht genomen.

Ook neemt de publicatie van data een belangrijke plaats in; denk daarbij aan de door de overheid verzamelde informatie zoals door het CBS, en door het Kadaster met Kadaster Geo-Informatie.

Belangrijke gebruikers van GIS in Nederland zijn onder meer de Rijkswaterstaat, het Ministerie van LNV, het RIVM, het CBS, gemeentes, provincies, waterschappen, vele planologische diensten en adviesbureaus.

Literatuur

• P.A. Burrough, Principles of Geographical Information Systems for Land Resources Assessment, Oxford University Press: Oxford 1986, 1990
• Stan Geertman e.a. (red.), Praktijkboek GIS, Toepassingen van Geografische Informatietechnologie, NexpRI: Utrecht 1999
• D.J. Grimshaw, 'Geographical Information Systems: A Tool for Business and Industry?', International Journal of information Management 1989.9 (119-l 26), 1989
• D.J. Grimshaw, 'Geographical Information Systems as Part of the Corporate Information Strategy', International Journal of lnformation Management, p.292-297, 1991
• Fritz H. Grupe, 'Geographic Information Systems: An Emerging Component of Decision Support', The Journal of Information Systems Management, Vol. 7 – 1990, Iss. 3; p. 74-79', 1990
• P. Hendriks & H. Ottens (red.), Geografische Informatie Systemen in ruimtelijk onderzoek, Koninklijke Van Gorcum: Assen 1997.
• Jahangir Karimi & Benn R. Konsynski, 'Globalization and Information Management Strategies', Journal of Management Information Systems, Spring91, Vol. 7 Issue 4, p7-26, 20p, 1991
• Shashi Shekar, Mark Coyle, Brajesh Goyal, Duen-Ren Liu, Shyamsundar Sarkar, 'Data models in geographic information systems', Communications of the ACM, Volume 40, Issue 4 pp. 103-111, 1997
• Chris van Lith & Marc Vloemans (red.), Open Source Inside: Een inleiding tot open source en open standaarden voor geografische informatie systemen in Nederland, B3Partners: Utrecht 2008, ISBN 978-90-79966-01-1
• Chris van Lith & Marc Vloemans (red.), Organisatiebreed webGIS: Web based GIS voor medewerkers en externen met open standaarden en open source, B3Partners: Utrecht 2009, ISBN 978-90-79966-02-8

Bronnen, noten en/of referenties