GeoBIT 5/98, S. 26-27. Herbert Wichmann Verlag, Hüthig Gmbh, Heidelberg, 1998.

Die zu lösenden raumbezogenen Fragestellungen, welche mit GIS bearbeitet, verwaltet und nach kartographischen Methoden visualisiert werden, beziehen sich auf die Erdoberfläche, die Erdkruste sowie die Atmosphäre. Der Mensch orientiert und bewegt sich hierbei an der Position relativ zur Erdoberfläche, an deren Form sowie der Lotrichtung. Der Betrachter trennt dabei die Lokalisierung von Objekten und Erscheinungen nach deren Lage (Richtung, Distanz) und deren Höhe.

Zur quantitativen Orientierung im Raum, der Festlegung von absoluter und relativer Position, beruft man sich auf die Mathematik und verwendet hierzu Längen-, Winkel- und Zeitmasse, welche durch die Einführung von Koordinaten-, Bezugs- und Maßsystemen realisiert und umgesetzt werden.

Die beschriebene kognitive Trennung von Lage und Höhe findet sich auch in der Geodäsie wieder, welche u.a. nationale und internationale Lage- und Höhensysteme als Infrastruktur aufbaut, unterhält und zur Verfügung stellt. Ursachen für die getrennte Betrachtung von Lage und Höhe liegen in den unterschiedlichen Anforderungen, Voraussetzungen und physikalischen Gegebenheiten zur Einführung von Bezugssystemen:

Für die Formbeschreibung und die Referenzierung der Position relativ zur Erdoberfläche werden verschiedene Rotationsellispoide verwendet, welche eine streng mathematische Form besitzen. Beispiele für Ellipsoide: Bessel 1841, Hayford 1909 (Internationales 1924), GRS80.

Solch eine Fläche genügt den Anforderungen an die Höhe nicht, da erstere sich nicht den lokalen Gegebenheiten des Schwerefeldes anpaßt. Aus diesem Grund wird für die Höhenmessung als Bezugsfläche das Geoid verwendet. Dieses ist physikalisch definiert und von komplexer geometrischer und mathematischer Form. Es bewirkt jedoch, daß Wasser auch numerisch (im hierfür eingeführten Koordinatensystem) von oben nach unten fließt.

Das Berechnen von Winkeln, Flächen und Distanzen auf einem Rotationsellipsoid ist komplex und aufwendig. Aus diesem Grund wird die auf die Referenzfläche projizierte Lageinformation durch eine Kartenprojektion in die Ebene abgebildet, um darauf die Gesetze der klassischen euklidischen Geometrie anzuwenden.

Beispiele von Kartenprojektionen sind: Gauß-Krüger- Abbildung, UTM, Schiefachsige Mercatorabbildung, konforme Kegelabbildung von Lambert, etc.

Sowohl Bezugssysteme als auch Kartenprojektionen sind historisch und politisch gewachsen, wobei deren Verwendung für zuvor festgelegte Gebiete optimiert werden, und berücksichtigen dabei zumeist nationale, internationale oder institutionelle Interessen.

Neue technologische Entwicklungen, welche eine immer stärkere Verbreitung finden, wie z.B. Fernerkundung oder GPS, liefern Daten in einem weltweit einheitlichen Koordinatensystem, dem WGS84 (World Geodetic System 1984), welches im Erdschwerpunkt gelagert ist. In diesem Koordinatensystem werden internationale Festpunktfelder eingemessen, z.B. ITRF (International Terrestrial Reference Frame) oder ETRF (European Terrestrial Reference Frame), welche es ermöglichen, die bestehenden nationalen Koordinaten- und Bezugssysteme an das übergeordnete Koordinatensystem anzuschließen und die Transformationen zwischen den Systemen zu bestimmen und durchzuführen.

Infolge dieser neuen Entwicklungen werden nun in vielen Ländern neuen Bezugssysteme eingeführt, welche global gelagert sind und keinen Wechsel des Bezugssystems mehr notwendig machen. Für Deutschland beispielsweise ist das ETRS89 System von der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen (AdV) 1995 beschlossen worden. Diesem Beschluß angegliedert ist die Einführung der UTM-Kartenprojektion, welche die bestehenden Gauß-Krüger-Koordinaten ablösen wird.

Die Integration von Geodaten kann bedeuten, daß diese in unterschiedlichen Koordinatensystemen vorliegen. Der Nutzen von zusammengeführten Geodaten ist jedoch erst gewährt, wenn die Geodaten in einem einheitlichen Koordinatensystem vorliegen. Die Homogenisierung der Koordinaten verlangt die Kenntnis der Projektion inklusive deren Parameter, die des zugrundeliegende Referenzellipsoid sowie dessen Lagerung (Datum) und Orientierung im Raum.

Beispiel: Im Grenzgebiet Deutschland-Österreich sollen amtliche Daten, z.B. Liegenschaftskarten, der beiden Länder zusammengeführt werden. Beide Länder benutzen die Gauß-Krüger-Projektion auf dem Besselellipsoid für große und mittlere Maßstäbe, jedoch sind es nicht dieselben Koordinatensysteme - das Besselellipsoid ist in beiden Ländern unterschiedlich gelagert (Datum Rauenberg für Deutschland, Datum Hermannskogel für Österreich), und auch die Projektion ist nach anderen Kriterien parametrisiert.

Bei der Integration von Geodaten ist es wichtig, daß das Koordinatensystem vollständig spezifiziert ist und im Datenformat mitgeliefert wird. Dies ist notwendig, um in Zukunft ein automatisiertes Koordinatensystemmanagement bei der Datenintegration zu ermöglichen. Heutzutage verbreitete Formate vernachlässigen diese Information (z.B. DXF, EDBS), bilden nur die Datenstruktur eines Programmes mit dessen Referenzmodell ab (z.B. das Arc/Info-Export-Format E00 von ESRI), oder verwenden kodierte Informationen eines Geodätischen Referenzmodells (z.B. GeoTIFF für Rasterdaten).

Das Koordinatensystemmanagement gehört zur leistungsfähigen Funktionalität einer Schnittstelle, um die Koordinatentransformation bei der Datenintegration zu ermöglichen. Die Schwierigkeit des Koordinatensystemmanagements liegt in der Vielzahl der unterschiedlichen Modellierungen, des unterschiedlichen Umfangs der Modellierung und der Programmfunktionalität der Schnittstelle. Insbesondere ist es nicht möglich, aus einem ohne Koordinatensystemdefinition gelieferten Datensatz das Koordinatensystem eindeutig zuzuweisen. Zudem liegt ein verbreitetes Problem in der Beschaffung der Transformationsparameter, selbst wenn das Koordinatensystem bekannt ist.

Damit das Koordinatensystemmanagement bei der Datenintegration gewährleistet ist, damit es in unterschiedlicher Software und für unterschiedliche Datenformate möglich ist, muß ein zugrundeliegendes Referenzmodell zur Verwaltung von Koordinatensystemen sowie zu deren Transformation aufgebaut werden. Auf internationaler Ebene laufen hierfür z.B. Bestrebungen bei ISO und CEN in der Normierung und beim OpenGIS Consortium, welches Interoperabilität auf technischer Ebene anstrebt. Es findet dabei eine Kooperation zwischen diesen Gremien statt.  

MapRef - die Sammlung nationaler Kartenprojektionen und Referenzsysteme