GIS - Vertiefung

GIS in der Archäologie

Geographische Informationssysteme (GIS) dienen der Aufnahme, Verwaltung, Darstellung und Auswertung raumbezogener (Sach- und Geometrie-) Daten. In der Regel beschreibt der Terminus GIS die Gesamtheit eines GIS-Projektes, d.h. ein Gesamtsystem, das alle fuŐąr die digitale, raumbezogene Arbeit erforderlichen Werkzeuge (Hardware, Software) und Daten (arch√§ologische Basisdaten, geographisch - naturr√§umliche Daten) umfasst. Seltener beschr√§nkt sich der Terminus GIS lediglich auf die Software mit der Aufnahme, Verwaltung, Darstellung und Auswertung raumbezogener Daten.

Den Datenbestand eines GIS k√∂nnte im Kern bereits eine digitale Liste mit Keramikfunden einer Ausgrabung bilden, unverzichtbar sind dabei Informationen zur Lage der Funde. Daraus lassen sich mit Hilfe von GIS-Software Karten erstellen, die verschiedene Informationen zu den Keramikfunden wiedergeben (Verbreitung der Verzierungsmotive, Typen, Menge der Scherben usw.). Viele Nutzer beschr√§nken sich beim Gebrauch eines GIS auf die computergestuŐątzte Kartographie. Der entscheidende Vorteil eines GIS besteht aber in den daruŐąber hinausgehenden vielf√§ltigen M√∂glichkeiten der Datenanalyse. Derartige Analysen setzen in der Regel Berechnungen zum Raumbezug voraus, wie die Abst√§nde zwischen den Funden, die Gr√∂√üe der ausgegrabenen Fl√§chen oder der entsprechenden Ausgrabungsbefunde. Solche Daten lassen sich mit geringem Aufwand mit Hilfe eines GIS automatisch erheben und in Bezug zueinander setzen. Damit er√∂ffnen sich neue Wege, die Verteilungen des Fundmaterials mit statistischen Methoden zu vergleichen, h√§ufig werden hier Funddichteberechnungen durchgefuŐąhrt, wie die Verteilung von Scherbenanzahl oder -gewicht.

Maßstabsebenen

Die Aufnahme, Verwaltung, Darstellung und Analyse raumbezogener Daten mit einem GIS ist auf verschiedenen Ma√üstabsebenen arch√§ologischer Arbeit sinnvoll. In diesem kurzen Ratgeber wird vor allem der Einsatz innerhalb einer Ausgrabung thematisiert. GIS-Anwendungen sind jedoch auch fuŐąr die Auswertung gr√∂√üerer Landschaftsausschnitte attraktiv. Der Fundplatz, den man ausgr√§bt, ist eingebettet in eine Umgebung, die arch√§ologisch teils durch fruŐąhere Arbeiten bekannt ist, teils durch eigene Oberfl√§chenbegehungen weiter untersucht wird. Dies ist das Niveau von ‚ÄěSiedlungskammer‚Äú oder ‚ÄěSchluŐąsselgebiet‚Äú. Die naturr√§umlich - geographischen Daten stehen auf diesem Niveau meist im Ma√üstab 1:25.000 oder 1:50.000 zur VerfuŐągung. Die Gr√∂√üe solcher Mikro-Regionen betr√§gt typischerweise zwischen wenigen 10km2 und wenigen 100km2. Auf dieser Ma√üstabsebene ist es m√∂glich, alle Nachbarpl√§tze inklusive Fundstoff selbst zu uŐąberschauen und man kann Vollst√§ndigkeit anstreben.

Auf der nächst höheren Maßstabsebene, der der Regionalstudien, bewegt man sich in einer Größenordnung von wenigen 1.000km2. Wenn man die archäologischen Daten einer solchen Region selbst erfassen will, muss mit einem Arbeitsaufwand in der Größenordnung eines Dissertationsprojektes gerechnet werden. Bei Maßstäben ab 1:500.000 und einigen 10.000km2 oder gar größer muss man sich auf die Richtigkeit von Angaben aus der Literatur verlassen und es ist unmöglich, die Vollständigkeit des archäologischen Datensatzes zu gewährleisten.

Trotzdem ist auch die Betrachtung dieser Ma√üstabsebenen notwendig, denn Fragen zu kulturellen Diffusionsprozessen, zu Migrationen, zu Tausch und Handel, zur Mensch-Umwelt-Beziehung und auch zur Lage des selbst ausgegrabenen Fundplatzes in Bezug zu kulturellen Zentren sowie peripheren Regionen usw. sind nicht in Ma√üstabsebenen zu beantworten, die nur die Darstellung von wenigen 100km2 erlauben. GIS-Anwendungen erlauben theoretisch einen gleitenden √úbergang von einer Skalenebene zur anderen. Die arch√§ologischen Konsequenzen der eben beschriebenen, scheinbar trivialen Zusammenh√§nge steht in der Arch√§ologie erst ganz am Anfang. L√∂sungen sind nur vom Einsatz derjenigen Rechenverfahren zu erwarten, die GIS-Programme mit anbieten und fuŐąr die sich Arch√§ologen bisher nur am Rande interessiert haben. Da man sich nicht darauf verlassen kann, dass auf einer Karte, die ein Gebiet von mehreren 10.000km2 Gr√∂√üe darstellt, alle arch√§ologischen Fundpunkte vorhanden sind, muss man an dieser Stelle eben von der Punkt- zur Schraffurdarstellung uŐąbergehen. Allerdings sollte der schraffierte Bereich, in dem die meisten Fundpunkte liegen, nach nachvollziehbaren Kriterien bestimmt sein. Es liegen bereits Vorschl√§ge vor, welche Methoden man zu diesem Zweck verwenden sollte.

Aber natuŐąrlich gewinnt auch der Einsatz von GIS auf Ausgrabungen eine zunehmende Bedeutung. Umso mehr, da mit h√∂herer Komplexit√§t der erhobenen Daten (Funde, Architekturbefunde, naturwissenschaftliche Daten) die Schwierigkeit w√§chst, diese Informationseinheiten in ihrer Gesamtheit zu erfassen und die vielf√§ltigen Beziehungen zwischen ihnen auswerten zu k√∂nnen.

Datenmodell eines GIS

Man unterscheidet allgemein zwischen Sach- und Geometriedaten. Um beim Beispiel der Liste der Keramikfunde zu bleiben, handelt es sich bei diesen Informationen um Sachdaten. Aus Geometriedaten besteht der ins GIS eingebundene digitalisierte Grabungsplan. Er könnte beliebig viele geometrische Objekte enthalten, wie die Flächen von Häusern oder Pfostenlöcher.

Den Kern des GIS bilden die Sachdaten, die in unterschiedlich komplexen Datenbanken organisiert werden. Diese Sachdaten sind in Abhängigkeit von der archäologischen Fragestellung zu strukturieren. Unverzichtbar sind Informationen zur Lage der Funde. Das sind zumeist x,y-Koordinaten und Tiefenangaben, häufig aber auch Angaben des entsprechenden Quadranten mit der horizontalen Auflösung von 1x1m bei Nennung des jeweiligen Planums.

Geometriedaten stehen in zwei verschiedenen Klassen zur VerfuŐągung. Man unterscheidet zwischen Vektor- und Rasterdaten. Vektordaten erm√∂glichen eine exakte Abbildung r√§umlicher Objekte, z. B. der Grenze einer Hausgrube oder einen Flusslauf. Jedes Objekt besteht dabei aus einer variablen Menge von Koordinatenpaaren, die gewisserma√üen Knotenpunkte in diesem System darstellen. Die Knotenpunkte k√∂nnen zu beliebigen Strukturen kombiniert werden. Auf diese Weise lassen sich Punkte, LinienzuŐąge oder Fl√§chen abbilden. Die Kombination der Knotenpunkte zu Fl√§chen oder zu Linien ergibt sich aus Zusatzinformationen. Ein Pfostenloch kann in einem Grabungsplan als Objekt dargestellt werden, das aus fuŐąnf oder mehr Knotenpunkten besteht. Die Zusatzinformationen beschreiben die Zusammengeh√∂rigkeit der Knotenpunkte und die Eigenschaft des Objektes als Fl√§che. Die Geometriedaten werden im GIS dann mit Sachdaten verknuŐąpft. FuŐąr das Objekt Pfostenloch k√∂nnten dies Daten zur H√∂he bzw. Tiefe der Unterkante des Pfostenloches sein oder Informationen zu dem hier vorgefundenen Keramikmaterial.

Rasterdaten bestehen aus nur einem geometrischen Grundelement - der Rasterzelle. Die in der Regel quadratischen Rasterzellen werden in Zeilen und Spalten angeordnet. Die Zellgr√∂√üe bestimmt die Aufl√∂sung der so entstehenden Karte. Jeder Zelle wird dann ein Attributwert zugewiesen. Das h√§ufigste Anwendungsbeispiel fuŐąr eine Rasterdatei ist ein Digitales Gel√§ndemodell (DGM), in der jede Zelle die Information des H√∂henwertes enth√§lt. Am bekanntesten duŐąrfte das weltweit kostenlos zur VerfuŐągung stehende SRTM-H√∂henmodell (Shuttle Radar Topography Mission ) aus dem Jahr 2000 mit einer Rastergr√∂√üe von ca. 90x90m sein. In einer Rasterdatei l√§sst sich auch die Verteilung der Scherbenanzahl oder des Scherbengewichts in einer Grabungsfl√§che mit Rasterzellen von 1x1m Quadraten veranschaulichen.

In einem GIS-Projekt lassen sich je nach Fragestellung Raster- und Vektordaten integrieren. FuŐąr die Umwandlung von Rasterdaten in Vektordaten oder umgekehrt stehen dabei in den meisten GIS Standardwerkzeuge zur VerfuŐągung. Dabei gilt es zu bedenken, dass Rasterdateien in der Regel gr√∂√üer sind als Vektordateien vergleichbarer Aufl√∂sung, sie bieten aber beim Verschneiden mit Hilfe von Basisrechenverfahren einige Vorteile.

Letzte Änderung: 17. Februar 2014