CeBIT 2002 Geoinformatik – Erdmodellierung in Raum und Zeit

Mit der Entwicklung und Erprobung der informatischen Kerne für geowissenschaftliche Informationssysteme beschäftigt sich die Professur „Mathematische Geologie und Geoinformatik“ am Institut für Geologie der TU Bergakademie Freiberg.

Geographische Informationssysteme (GIS) sind das weithin sichtbarste Produkt der Geoinformatik. Populäre aktuelle Anwendungen sind die Darstellung der Abdeckungsgebiete von Mobilfunknetzen, Navigationssysteme in Autos mit einem Global Positioning System, Routenplanung für Speditionen und Logistik-Unternehmen, Katastrophenmanagement von Buschfeuern in Australien. Über das Internet kann der Nutzer in zunehmendem Maße interaktiv auf geographische Informationssysteme zugreifen.

Entstanden sind geographische Informationssysteme aus der Anwendung der Datenverarbeitung in der Geographie; im engeren Sinne könnten sie als kartenbasierte geographische Auskunftssysteme bezeichnet werden. Dabei wird die papierene Karte durch digitale Bildkarten auf Datenträgern oder im Display ersetzt. Bemerkenswert im Zusammenhang mit Geoinformationssystemen ist die Massierung und Kombination von Spitzentechnologien wie Satellitentechnik, hochauflösender Optik, Telematik und modernster Informations- und Kommunikationstechnologie mit engen Bezügen zu Multimedia.

Existierende geographische Informationssysteme verarbeiten Daten mit einem flächenhaften (zwei-dimensionalen) Ortsbezug, also einem zugeordneten Punkt auf der Erdoberfläche oder im erdnahen Raum, die in Form von Karten oder Plänen dargestellt werden können. Für Daten mit einem räumlichen (drei-dimensionalen) Ortsbezug sind sie zunächst ungeeignet, ebenso für dynamische Daten mit einem räumlich-zeitlichen (vier-dimensionalen) Orts- und Zeitbezug. Solche Daten werden bei der systematischen Überwachung (Monitoring) von Prozessen, die sich über, auf oder in der Erde ereignen, erfasst.

Beim Altlastenmonitoring geht es um räumlich-zeitliche Vorgänge der Schadstoffausbreitung. Es kommt darauf an, die Stoffausbreitung unter Berücksichtigung der hydrogeologischen Verhältnisse, der Grundwasserhydraulik und der Grundwasserchemie zu erfassen und langfristig zu prognostizieren, das Monitoring dadurch zielgerichtet zu konzipieren und die dabei gewonnenen Daten wiederum zu erfassen. Dabei ist auch die unvermeidbare Unsicherheit der hydrogeologischen Parameter zu berücksichtigen. Zur Bearbeitung solcher Daten und Prozesse bedarf es der Weiterentwicklung von rein geographischen zu allgemeineren geowissenschaftlichen Informationssystemen.

Dabei kommt der Zeit in einem verallgemeinerten räumlich-zeitlichen Geoinformationssystem (4D GIS) eine dreifache Qualität und Bedeutung zu, nämlich dass sich Geo-Objekte in der Zeit ändern, dass sich das im Informationssysteme repräsentierte Wissen in der Zeit ändert und dass inhaltliche Modelle die Veränderungen von Geo-Objekten in der Zeit beschreiben.

Ein 4D GIS muss dementsprechend in der Lage sein, Zeit mit ihren drei Aspekten in informatischen Modellen zu berücksichtigen. Bereits eine so einfache Abfrage „Steht neben meiner Baustelle ein Haus“ kann möglicherweise erst morgen richtig beantwortet werden, wenn dieses neue Haus im 4D GIS erfasst worden ist. Das Geo-Objekt Haus kann als ein (z, t) – extrudiertes Objekt mit unscharfer zeitlicher Erstreckung modelliert werden. Im gegebenen Neubaugebiet („Geo-Objekte ändern sich in der Zeit“) kann diese Anfrage erst nach („Aktualität“) der nächsten Vermessungskampagne („Wissen ändert sich in der Zeit“) mit Sicherheit richtig beantwortet werden. Ein einfaches inhaltliches Modell des Katasterwesens, dass nämlich Bauanträge häufig zu Gebäuden führen („Modell beschreibt Geo-Objekte in der Zeit“), könnte zumindest vermitteln, dass mit großer Wahrscheinlichkeit („Unschärfe“) ein Haus vorhanden ist oder sein wird, da für das Grundstück seit 2 Jahren ein genehmigter Bauantrag vorliegt.

Eine weitere Anwendung von 4D GIS mit einem großen Potential ist in der Bergbauplanung gegeben. Die räumliche Geometrie eines Bergwerks ändert sich in der Zeit gemäß einem Plan ständig und wird zeitnah, wenn auch nicht synchron erfasst. Der fortschreitende Abbau verursacht Senkungen, die mit Senkungsmodellen und mittels Kontrollmessungen anschließend beobachtet werden können. Für die Modellrechnungen werden die aktuelle Geometrie und Abbauplanung sowie die geologischen und geophysikalischen Senkungsparameter benötigt, die mit fortschreitendem Abbau immer besser bestimmt werden können und durch den Vergleich vohergesagter und beobachteter Senkungen für die Geologie über dem Abbau kalibriert werden können. Die Senkungsmodelle dienen schließlich dazu, den untertägigen Abbau so zu führen, dass Schäden an der Tagesfläche möglichst vermieden werden.

Geoinformatik – Erdmodellierung in Raum und Zeit wird vom 13.3. bis 20.3.2002 auf der CeBIT Hannover 2002 auf dem Gemeinschaftsstand Forschungsland Sachsen in Halle 11, Stand D 27 präsentiert.

Kontakt:
TU Bergakademie Freiberg
Institut für Geologie
Prof. Dr. Helmut Schaeben
Bernhard-von-Cotta-Str. 2
09599 Freiberg
Tel.: 03731/392784
E-Mail: schaeben@geo.tu-freiberg.de