The ever increasing demand of our information society for reliable Geographic Information (GI) is the moving power for the development and maintenance of Spatial Data Infrastructures (SDI). Consequently, an SDI works to full benefit of its users if the SDI data collection is accessible and can be efficiently used by all users in spatial problem solving and decision-making. Current development and use of SDI focuses on handling geospatial data entirely by means of information technology. Thereby, low awareness seems to be paid to a user-friendly and understandable presentation of geospatial data. Based on the understanding that GI is the result of human geospatial information processing, it is argued that cartography is essential in the SDI context in order to achieve the objectives of SDI. Specifically, the thesis aimed at exploring the concept of user-oriented map design in relation to SDI and elaborating a methodology for creating effective cartographic representations for SDI relevant user types. First of all, the SDI concept, its objectives and principles are explored using the example of the current European SDI initiatives as to the human aspect of an SDI. Secondly, in order to determine the role and task of cartography in the SDI context, the conceptual framework of contemporary cartography is reviewed to provide the theoretical and technological framework for a user-oriented map design. Given this, the SDI environment is assessed in relation to cartography with respect to the services providing access to the SDI data collection. Further, an SDI map production framework is elaborated utilising Spiess’ concept of the graphic filter as a model for the transformation of SDI data into useful cartographic representations. Besides, the map design strategy by Grünreich provides the starting point for developing the process of map production. The main tasks are detailed and justified taking into consideration the semiotic-cognitive and action-related concepts underpinning contemporary cartography. The applied research encompasses a case study which is performed to implement and, thus, evaluate the proposed methodology. It starts from a use case scenario where an international spatial planning team requires getting familiar with the overall geographic characteristics of a European cross-border area. Following the process steps of user-oriented map design in the SDI environment, a map design specification is elaborated and implemented under real world conditions. The elaborated methodology for creating user-friendly and understandable cartographic representations of geospatial data in the SDI environment is based on theoretical and technological foundation of contemporary cartography. Map design in the SDI context, first of all, means to establish a graphic filter that determines the parameters and rules of the cartographic transformation process to be applied. As both an applied art and engineering the design of the graphic filter is a creative process developing a map design solution which enables SDI users to easily produce their map. It requires on the one hand an understanding of map use, map user and map use situation, and on the other hand insight into the data used as the source. The case study proves that the elaborated methodology is practicable and functional. Cartographic reverse engineering provides a systematic and pragmatic approach to the cartographic design task. This way, map design solutions can be built upon existing cartographic experience and common traditions as suggested by the INSPIRE recommendation for portrayal. The resulting design solution constitutes a prototype of a European Reference Map at medium scale built upon existing cartographic experience and common traditions. A user-friendly, understandable and comparable presentation of geospatial data in Europe would support the human and institutional potential for cross-border cooperation and collaboration. Besides that, the test implementation shows that tools are available which make it technically feasible and viable to produce a map from geospatial data in the SDI data collection. The research project raises awareness to the human aspect of SDI inherit in its objective to support end users to derive GI and knowledge from the geospatial data gathered in the SDI data collection. The role and task of cartography in the SDI context is to contribute to the initiation, creation, and maintenance of portrayal services to facilitate a comprehensive access to the underlying geospatial data by means of a user-friendly and understandable graphic interface. For cartography to take effect in the SDI development and use, cartographic design knowledge has to be made explicit and operational. It is the responsibility of cartographic professionals to prepare the map design. The wide range of map use contexts requires a great flexibility of design variants depending on the dimension of human-map interaction. Therefore, the design of the maps needs to be user-driven to enable an efficient map use in the user’s task. Besides their function as a graphic interface, maps facilitate a common understanding of the depicted geographic features and phenomena when sharing GI between SDI users. In other words, map design can be regarded a measure to establish interoperability of geospatial data beyond the technical level. The research work is in the scope of communication cartography, a research domain seeking to deepen the understanding of the role of cartographic expressions when understanding and communication of GI is involved. / Der wachsende Bedarf unserer Wissensgesellschaft an zuverlässigen Informationen über räumliche Strukturen und Sachverhalte ist die treibende Kraft bei Aufbau und Einsatz von Geodateninfrastrukturen (GDI). Eine Geodateninfrastruktur wirkt zum vollen Nutzen der Gesellschaft, wenn die Daten in der GDI zugänglich sind und effektiv für Erkenntnis- und Entscheidungsprozesse genutzt werden können. Die gegenwärtige Entwicklung von GDI setzt auf moderne Informationstechnologien bei der Geodatenverarbeitung. Dabei, wird einer bedarfsgerechten und nutzerfreundlichen Präsentation von Geodaten in ansprechender visueller Form wenig Aufmerksamkeit zuteil. Da Geoinformation erst durch die Interaktion des Nutzers mit den Geodaten entsteht, ist es Aufgabe der Kartographie, bedarfsgerechte Kartendarstellungen zu gestalten und an der Schnittstelle zwischen einer Geodateninfrastruktur und ihren Nutzern bereitzustellen. Ziel der vorliegenden Dissertation ist es, eine Methodik für den Kartenherstellungsprozess in einer GDI-Umgebung zu entwickeln und beispielhaft zu erproben. Zunächst, werden Konzept, Ziele und Prinzipien von Geodateninfrastruktur beispielhaft anhand der Europäischen GDI-Initiativen dargestellt und hinsichtlich des Bedarfs an kartographischen Darstellungen untersucht. Danach wird, ausgehend von der Forderung nach verständlichen und gut interpretierbaren Geoinformationen, die Rolle der Kartographie im GDI-Kontext bestimmt. Dabei werden zunächst Funktion und Aufgaben der Kartographie sowie die tragenden Konzepte und Grundlagen einer nutzerorientierten Kartengestaltung dargelegt. Der Vergleich der bestehenden Geodatenzugangsdienste zur Funktion der Kartographie ergibt eine Lücke, die es zu schließen gilt, um den Nutzeranforderungen gerecht zu werden. Dazu wird der Gesamtprozess für die Herstellung von Karten im GDI-Kontext beschrieben. In diesem Prozess kommt dem Graphikfilter von Spiess (2003) besondere Bedeutung als Modell eines wissensbasierten Systems zur Aufstellung und Umsetzung von kartographischen Gestaltungsregeln zu. Den Ausgangspunkt für die Ausarbeitung der Teilprozesse bieten die von Grünreich (2008) vorgeschlagenen Teilaufgaben der Kartographie im Rahmen der GDI. Mittels eines Anwendungsfalls im Europäischen Kontext wird der vorgeschlagene Gesamtprozess erprobt. Dieses Beispiel geht davon aus, dass eine internationale Planungsgruppe im Zuge der Konzeption einer grenzüberschreitenden Verkehrsverbindung eine anschauliche Beschreibung der Landschaft in Form einer einheitlich gestalteten und flächendeckenden Karte benötigt. Durch Anwendung des kartographischen Reverse Engineering anerkannt gut gestalteter Karten werden die Vorgaben für die Kartengestaltung ermittelt. Einschließlich der Anwendung auf konkrete GDI-Daten wird der zuvor entwickelte Herstellungsprozess ausgeführt und diskutiert. Die entwickelte Methodik für den Kartenherstellungsprozess in der GDI-Umgebung basiert auf den semiotisch-kognitiven und handlungstheoretischen Konzepten der modernen Kartographie. Kartengestaltung im Kontext von Geodateninfrastrukturen bedeutet die Entwicklung eines Graphikfilters, der eine optimale bedarfsgerechte Visualisierung der Geodaten mittels nutzerspezifischer Parameter und Gestaltungsregeln ermöglicht. Wie das Fallbeispiel zeigt, ist es die durch die entwickelte Methodik möglich, brauchbare und nützliche Kartendarstellungen zu gestalten. Die Anwendung des kartographischen Reverse Engineering erlaubt es, Kartendarstellungen zu entwickeln, die - wie von INSPIRE empfohlen - bewährten kartographischen Erfahrungen und allgemeinen Traditionen entsprechen. Das Ergebnis des Anwendungsfalls ist ein Prototyp einer Europäischen Referenzkarte im Maßstab 1: 250,000. Die einheitliche und somit vergleichbare Darstellung über Grenzen hinweg unterstützt das Planungsteam in seiner Arbeit. Die praktische Umsetzung der Karte zeigt zudem, dass funktionsfähige Werkzeuge und Technologien für die regelbasierte Kartenherstellung aus GDI-Daten vorhanden sind. Die Dissertation trägt dazu bei, das Bewusstsein für den menschlichen Aspekt der Nutzung einer Geodateninfrastruktur zu schärfen. Der Beitrag der Kartographie zur Nutzung der Geodaten einer GDI besteht in der Initiierung, Gestaltung und Pflege von Darstellungsdiensten, da die Nutzbarkeit der Geodaten am besten gewährleistet ist, wenn die Gestaltungsmethoden der Kartographie angewendet werden. Dabei liegt es in der Verantwortung der Kartographen, die nutzerseitigen Aspekte dieser graphischen Schnittstelle unter Berücksichtigung der modernen kartographischen Konzepte zu betreuen. Gemäß INSPIRE-Richtlinie werden auf Karten gestützte Informationen bei zahlreichen Tätigkeiten verwendet. Für eine effektive visuelle Informationsverarbeitung durch den Nutzer ist daher eine nutzerorientierte Kartengestaltung in Abhängigkeit von der geplanten Interaktion (z.B. Kommunikation oder Analyse) unerlässlich. Neben der Funktion als Schnittstelle machen kartographische Darstellungen räumliche Strukturen verständlich. Daher ist die Kartenherstellung im GDI-Kontext eine Maßnahme, um Interoperabilität von Geodaten über die technische Ebene hinaus auf menschlicher Ebene zu ermöglichen. Die Relevanz dieser Forschungsarbeit liegt im Bereich der Kommunikationskartographie, die die Effektivität und Verbindlichkeit der Kommunikation über räumliche Strukturen und Sachverhalte zu vertiefen sucht.

Im Bereich der städtebasierten siedlungsstrukturellen Analysen spielen Gebäudedaten mit Informationen zur Gebäudenutzung und dem Gebäudetyp eine wichtige Rolle. Auf diesen Daten basiert die Modellierung von demografischen und sozioökonomischen Kenngrößen, welche bei Aufgaben der Siedlungsentwicklung oder in der Infrastrukturplanung zum Einsatz kommen. Vonseiten der amtlichen Vermessungsanstalten stehen kleinräumige und flächendeckende Daten zur Gebäudenutzung nur in begrenztem Umfang zur Verfügung. Eine darauf aufbauende Bevölkerungsabschätzung ist aus diesem Grund nur eingeschränkt möglich. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Integration von nutzergenerierten Geodaten aus dem OpenStreetMap (OSM) Projekt für den Einsatz zur Abschätzung gebäudebasierter Bevölkerungs- und Wohnungszahlen zu untersuchen. Der Fokus liegt dabei besonders auf der Abgrenzung von Wohn- und Nichtwohnnutzung innerhalb von Gebäuden. Diese Informationen sind in den amtlichen Geobasisdaten nicht zu finden, können jedoch aus OSM Punkt- und Polygondaten extrahiert werden. Hauptgegenstand der Untersuchung ist die Entwicklung eines Modells zur Integration der Nichtwohnnutzungsinformationen aus OSM, welches Gewerbeinformationen anhand der OSM-Tags analysiert. Dazu war neben einer geeigneten Typologie, die Festlegung von Regeln zur Verarbeitung mehrerer Gewerbe in einem amtlichen Gebäude notwendig. Über räumliche Verschneidungen der Datensätze erfolgt die eigentliche Datenintegration. Zur Umsetzung des Modells wurden drei Python-Skripte erarbeitet, welche alle notwendigen Vorverarbeitungsschritte und anschließenden Modellberechnungen automatisiert durchführen. Zusätzlich zur Bestimmung des Nichtwohnnutzungsanteiles in den Gebäuden, fand eine Wohnung- und Bevölkerungsabschätzung mittels gebäudetypischer Kenngrößen auf Gebäudebasis statt. Mittels der Abschätzungsergebnisse ohne und mit OSM-Gewerbeinformationen, konnte eine Bewertung dieser Methode erfolgen. Eine Beurteilung der Qualität des Modells im Vergleich zur Realität benötigt geeignete Validierungsdaten. Diese wurden in Form von baublockbezogenen statistischen Einwohner- und Wohnungszahlen von der Stadt Dresden bereitgestellt und zur Ergebnisdiskussion herangezogen. Regionale Unterschiede konnten anhand von Übersichts- und Detailkarten sowie statistischen Analysen herausgearbeitet werden. / Building data with information of building uses and building types play an important role for city-based settlement structure analyses. The estimation of demographic and socio-economic parameters is based on this data. They were used in the field of settlement development or in infrastructure planning. The availability of area-wide and small-scale data of building uses from surveying authorities is limited. For this reason, the estimation of population based on this data cannot be realised sufficiently. Therefore, it was the aim of this research paper to analyse the integration of user-generated geodata from OpenStreetMap (OSM)-project for estimating building-based population and housing units. The research focuses on the separation of residential and non-residential usage within buildings. Not being detected in official geodatasets, the information can be retrieved from OSM-point and polygondata. The development of a model for the integration of non-residential information from OSM is the main subject of this research. It contains the analyses of commercial information out of the OSM Tags. Besides an appropriate typology specifications are necessary to process multiple businesses within one official building. The actual data integration occurs with the help of spatial intersections between the datasets. The implementation of the model is based on three Python-scripts, executing all pre-processing and following calculation steps automatically. In addition to the identification of non-residential building-parts, an estimation of population and housing units per building, based on typical building parameters took place. By means of the estimation results with and without OSM-information it was possible to valuate this method. Validation data is necessary to measure the quality of the model in comparison to reality. This datasets was provided by the City of Dresden, consisting of statistical population and building unit numbers based on building blocks, and used for the discussion of the results. To describe regional differences, maps with overview and detailed scales as well as statistical schemata where used.

Mobile applications are becoming more and more important in the daily life and offer interesting and completely new aspects to the field of cartography. The technological possibilities provided by computer science have had a large impact on cartography and therefore cartographers must be familiar with the development of software to present geographic information and make it accessible. With the recent rise of mobile devices like smartphones, it is inevitable that this has to include mobile platforms as well. The main focus of this Bachelor thesis is on the conceptual design and implementation of tutorials to teach the development of mobile applications or 'apps' for the Android platform. The tutorials are going to be part of exercises in a practical course that accompanies the lecture 'Mobile Cartography' held at the Institute of Cartography at the Dresden University of Technology. Five exercises have been created covering key aspects of Android programming with Java. The theoretical part of this thesis starts with providing definitions of important terms of mobile computing and mobile cartography that will play an important role throughout the thesis. After that possibilities of interaction with mobile and web applications are introduced and discussed briefly. Location-based services and their usage in the context of social networks are discussed in the following section before the sensors of mobile devices are analyzed. A brief discussion of the potential for augmented reality applications is also given. The following second section deals with mobile software platforms and focuses on the Android operating system for mobile devices. Within this section, the features of the Android framework are described and some specific characteristics of software development are explained. The third section is all about the conceptual design and implementation of the tutorials. Considering the requirements for the practical course and different aspects of learning, the pedagogical approach is described. Additionally the ECLASS model which has evolved in the context of E-Learning is explained as it provided the structure of the exercises. After that, the content of the five exercises which include basics, layout, internal interaction of components, database access and the integration of maps is reflected. Finally, a brief outlook on further possible exercises is given.

Tetrahedral meshes are becoming more and more important for geo-modeling applications. The presented work introduces new algorithms for efficient visualization and modeling of tetrahedral meshes. Visualization consists of a generic framework that includes the extraction of geological information like stratigraphic columns, fault block boundaries, simultaneous co-rendering of different attributes and boolean operations of Constructive Solid Geometry with constant complexity. Modeling can be classified into geometric and implicit modeling. Geometric modeling addresses local mesh refinement to increase the numerical resolution of a given mesh. Implicit modeling covers the definition and manipulation of implicitly defined models. A new surface reconstruction method was developed to reconstruct complex, multi-valued surfaces from noisy and sparse data sets as they occur in geological applications. The surface can be bounded and may have discontinuities. Further, this work proposes a new and innovative algorithm for rapid editing of implicitly defined shapes like horizons based on the GeoChron parametrization. The editing is performed interactively on the 3d-volumetric model and geological constraints are respected automatically.

Fundamentale Voraussetzung für alle professionellen Kartendienste ist die Möglichkeit zur Kontrolle der grafischen Präsentation. Aus diesem Grund besteht ein starker Bedarf an der visuellen Darstellung von Geodaten. Diese transformiert rohe Informationen in wichtige und entscheidungstragende Werkzeuge. Der Feature Portrayal Service (FPS) hat die Aufgabe, diese Anforderungen umzusetzen und damit wesentlich zur kartographischen Interoperabilität in Geodateninfrastrukturen beizutragen. Der Dienst entstammt dem internationalen Standard SLD 1.1.0 (Styled Layer Descriptor). Es handelt sich um einen Darstellungsdienst, der die interoperable Nutzung von Vektor-Daten, also von so genannten Features, ermöglicht. Dieser spezielle Web Map Service hat die Aufgabe, Geodaten von beliebigen Web Feature Services sowie rohe GML-Daten in einer gewünschten grafischen Ausprägung zu präsentieren. Dabei ist der jeweilige Nutzer in der Lage, eigene Darstellungen zu definieren und auf einen beliebigen Datenbestand anzuwenden. Datenquellen, Darstellungsvorschriften und der Feature Portrayal Service selbst sind insofern unabhängig voneinander, dass diese drei Komponenten auf verschiedenen und voneinander unabhängigen Servern liegen können. Diese Art der Implementierung bezeichnet man als Component WMS.

Hydrological modelling is a powerful tool for hydrologists and engineers involved in the planning and development of integrated approach for the management of water resources. With the recent advent of computational power and the growing availability of spatial data, RS and GIS technologies can augment to a great extent the conventional methods used in rainfall runoff studies; it is possible to accurately describe watershed characteristics in particularly when determining runoff response to rainfall input. The main objective of this study is to apply the potential of spaceborne SAR data for soil moisture retrieval in order to improve the spatial input parameters required for hydrological modelling. For the spatial database creation, high resolution 2 m aerial laser scanning Digital Terrain Model (DTM), soil map, and landuse map were used. Rainfall records were transformed into a runoff through hydrological parameterisation of the watershed and the river network using HEC-HMS software for rainfall runoff simulation. The Soil Conservation Services Curve Number (SCS-CN) and Soil Moisture Accounting (SMA) loss methods were selected to calculate the infiltration losses. In microwave remote sensing, the study of how the microwave interacts with the earth terrain has always been interesting in interpreting the satellite SAR images. In this research soil moisture was derived from two different types of Spaceborne SAR data; TerraSAR-X and ALOS PALSAR (L band). The developed integrated hydrological model was applied to the test site of the Gottleuba Catchment area which covers approximately 400 sqkm, located south of Pirna (Saxony, Germany). To validate the model historical precipitation data of the past ten years were performed. The validated model was further optimized using the extracted soil moisture from SAR data. The simulation results showed a reasonable match between the simulated and the observed hydrographs. Quantitatively the study concluded that based on SAR data, the model could be used as an expeditious tool of soil moisture mapping which required for hydrological modelling.

Der Einfluss sogenannter nutzergenerierter Inhalte im Web hat in den letzten Jahren stetig zugenommen. Auf Plattformen wie Blogs, sozialen Netzwerken oder Medienportalen werden durch Anwender kontinuierlich Textnachrichten, Bilder oder Videos publiziert. Auch Inhalte, die aktuelle gesellschaftliche Ereignisse, wie beispielsweise den Euromaidan in Kiew dokumentieren, werden durch diese Plattformen verbreitet. Nutzergenerierte Inhalte bieten folglich das Potential, zusätzliche Hintergrundinformationen über Ereignisse direkt vom Ort des Geschehens zu liefern. Diese Arbeit verfolgt die Vision einer Nachrichtenplattform, die unter Verwendung von Methoden des Information Retrievals und der Informationsextraktion Nachrichtenereignisse erkennt, diese automatisiert mit relevanten nutzergenerierten Inhalten anreichert und dem Leser präsentiert. Zur Suche nutzergenerierter Inhalte kommen in dieser Arbeit maßgeblich geographische Entitäten, also Ortsbezeichnungen zum Einsatz. Für die Extraktion dieser Entitäten aus gegebenen Nachrichtendokumenten stellt die Arbeit verschiedene neue Methoden vor. Die Entitäten werden genutzt, um zielgerichtete Suchanfragen zu erzeugen. Es wird gezeigt, dass sich eine geounterstützte Suche für das Auffinden nutzergenerierter Inhalte besser eignet als eine konventionelle schlüsselwortbasierte Suche.

Das Projekt OpenStreetMap als freie Wiki-Weltkarte gewinnt als Quelle von Geodaten für unter-schiedlichste Bedürfnisse innerhalb der Geowissenschaften, des Geomarketings und auch im Alltag immer mehr an Bedeutung. Die kostenlosen, von Freiwilligen einer Community gesammelten geo-graphischen Daten, sogenannte nutzergenerierte Daten, dienen heute vielen Anwendern als Daten-grundlage und stehen in der Konkurrenz zu proprietären Geodaten von kommerziellen Anbietern. Neben Straßendaten sind zahlreiche zusätzliche Daten innerhalb OpenStreetMap verfügbar. Die aktuelle Technologie des Webmapping 2.0 und die dafür zahlreich verfügbaren Open Source GIS Systeme erlauben dem Anwender eine Vielzahl von Möglichkeiten zu Bearbeitung von Geodaten. Die freie Verfügbarkeit von Daten und Software machen die Nutzung und Verarbeitung von Geoda-ten somit auch für kleinere Unternehmen und Privatnutzer bezahlbar. Die vorliegende Studienarbeit stellt ein Verfahren vor, welches es ermöglicht aus OpenStreetMap-Daten Postleitzahlgebiete zu erstellen. Postleitzahlgebiete sind für viele Bereiche der Wirtschaft sehr wichtige Planungsstrukturen. Als Datengrundlage werden OSM-Adressdaten genutzt, aus denen, unter Nutzung von Open Source GIS Software, die Postleitzahlgebiete erzeugt werden. Die Generie-rung ist dabei automatisierbar und ohne die Nutzung grafischer Benutzeroberflächen möglich. Sie liefert als Ergebnis die Postleitzahlgebiete Deutschlands. Diese werden anschließend, unter Berück-sichtigung der ISO-Normen für Geoinformation, mit einem kommerziellen Datensatz verglichen und auf ihre Nutzbarkeit für Geomarketing und andere nützliche Anwendungen hin überprüft. / The OpenStreetMap project as the Free Wiki World Map as a source of gains for a wide variety of geospatial data needs within the geosciences, the geomarketing and in everyday life is becoming increasingly important. The free, a community of volunteers gathered geo-graphical data, so-called user-generated data, now serve many users as basic data and are in competition with proprietary spatial data from commercial providers. In addition to road data within OpenStreetMap numerous additional data is available. The current technology of the Web Mapping 2.0 and the many available Open Source GIS systems provide the user with a variety of options for managing spatial data. The free availability of data and software make the use and processing of geospatial data thus affordable for small businesses and home users. The current work presents a method that allows to create postcode areas from OpenStreetMap data. Postcode areas are very important planning structures for many areas of the economy. The OSM address data are used as data base, out of which the zip code areas are produced by taking advan-tage of Open Source GIS software. The creation is automated and without the use of graphical user interfaces. It provides as result the postal code areas of Germany. Taking into account the ISO stan-dards for geoinformation, the postal code areas are later compared with a commercial data set and their usability for geomarketing and other useful application is tested.

Biosphärenreservate bilden Modelllandschaften, in denen überprüft werden soll, mit welchen Methoden und Mitteln nachhaltige Entwicklung möglich sein kann. Neben dem Schutz, der Pflege und der Entwicklung der geschützten Kulturlandschaften sind gleichrangig sogenannte logistische Funktionen wesentlicher Bestandteil der Aufgaben eines Biosphärenreservates. Innerhalb dieser Funktionen bilden die Umweltbildung und das Umweltmonitoring eine zentrale Rolle. Die Aufgabe dieser Arbeit bestand darin festzustellen, inwieweit der Einsatz von GI-Technologien in der Umweltbildung möglich ist. Dazu wurden Analysen auf unterschiedlichen Ebenen durchgeführt. Der Einsatz solcher Technologien setzt die Bereitschaft der verantwortlichen Mitarbeiter in den einzelnen Biosphärenreservaten voraus. Die Untersuchungen zeigen, dass eine solche Bereitschaft grundsätzlich vorhanden ist. Die dafür notwendigen und derzeit häufig noch einschränkenden Randbedingungen wurden erörtert. Neben den Biosphärenreservaten, die als Anbieter von Bildungsmaßnahmen in Schulen verstanden werden können, ist ebenfalls ein Blick auf die Schulen selbst und die dort tätigen LehrerInnen notwendig, um auch deren Bereitschaft zur Nutzung von GI-Technologien zu analysieren. In diesem Schnittbereich zwischen dem Angebot externer Anbieter von Umweltbildung und der Nachfrage – im Sinne der Bereitschaft an den Schulen, solche Angebote auch zuzulassen – besteht die Möglichkeit des Einsatzes von GI-Technologien. Das Ziel dieses Einsatzes liegt dabei vordergründig nicht in der neuen, interessanteren Ausgestaltung des Unterrichtes. Die Nutzung von GI-Technologien muss sich an den zu vermittelnden Kompetenzen orientieren. Welche Rolle Kompetenzen in diesem Zusammenhang spielen, wird in der Arbeit ausführlich dargestellt. Es werden die Ergebnisse der Analyse der drei Elemente: • Umweltbildung / Bildung für nachhaltige Entwicklung • Geoinformationen / GI-Technologien • Biosphärenreservate vorgestellt und miteinander in Beziehung gesetzt. Daraus leiten sich sowohl Zielstellungen als auch notwendige Maßnahmen ab. Als Schritt zur Umsetzung der erarbeiteten Vorschläge wurde in den Jahren 2008 bis 2010 an zwei Mittelschulen das Konzept „Umweltmonitoring an Schulen – Kulturlandschaftsentwicklung in Biosphärenreservaten“ realisiert. Dabei stand nicht nur im Vordergrund, die Nutzung von GI-Technologien in den Unterricht von Schulen zu bringen und damit SchülerInnen aktiv an Forschungsarbeit teilhaben zu lassen, es war auch die Aufgabe, diese Bildungsmaßnahmen einer empirischen Forschung zuzuführen. Damit ist es das zentrale Anliegen dieser Initiierungsphase, Forschungsarbeit zum Bildungsgegenstand zu machen und gleichzeitig diese Bildungsarbeit zum Forschungsgegenstand werden zu lassen.

Die Usability von Webanwendungen in Geodateninfrastrukturen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Eine große Anzahl von Webanwendungen stellt einem heterogenen und wachsenden Nutzerkreis Geoinformationen auf verschiedene Weise über das Web zur Verfügung. Diese Nutzergruppen benötigen robuste und nutzerfreundliche User-Interfaces. Die Usability der verfügbaren Webanwendungen variiert stark, wobei sich eine unzureichende Usability nicht nur auf die Akzeptanz der Webanwendung, sondern vielfach auf die Akzeptanz der bereitgestellten Geoinformationen bzw. auf die der ganzen Geodateninfrastruktur auswirkt. Die Behebung von Usability-Problemen aus Webanwendungen in Geodateninfrastrukturen (GI-Webanwendungen) ist derzeit mit einem hohen Aufwand verbunden. Ein Grund dafür ist die fehlende Strukturierung wiederkehrender Usability-Probleme, die zur Folge hat, dass Usability-Probleme stets durch Usability-Evaluierungen neu erkannt werden müssen. Strukturierte Usability-Probleme lassen sich durch Lösungsmuster beheben. Die Vielzahl der verfügbaren GI-Webanwendungen lässt darauf schließen, dass für die grundlegenden wiederkehrenden Probleme bereits Lösungen in anderen GI-Webanwendungen existieren. Bisher werden die Lösungen jedoch für jede Anwendung neu entwickelt und implementiert. Es fehlt an Methoden und Konzepten die (häufig) auftretenden Usability-Probleme in GI-Webanwendungen strukturiert zu erfassen und durch Lösungsmuster zu beheben. Die Beiträge der vorliegenden Arbeit bestehen unter anderem in einer Auseinandersetzung mit dem Themengebiet der Usability für Webanwendungen in Geodateninfrastrukturen. Ein Ergebnis der Arbeit besteht in der interdisziplinären Grundlagenbetrachtung zur Usability im Softwareentwicklungsprozess und zu Kernaspekten von Geodateninfrastrukturen und darin verfügbaren Webanwendungen. Im Rahmen der Arbeit erfolgte ebenfalls eine Systematisierung bisheriger Forschungsarbeiten zur Usability in GI-Webanwendungen. Diese zeigte, dass das Bewusstsein für die Bedeutung der Usability in der GI-Domäne bereits vorhanden ist, es zum Teil aber noch an detaillierten Untersuchungen fehlt. Daher wurden in verschiedenen eigenen Usability-Studien Untersuchungen zur Usability in der GI-Domäne durchgeführt. Die daraus resultierende strukturierte Sammlung von Usability-Problemen in GI-Webanwendungen bildet ein Usability-Grundwissen für zukünftige Neuentwicklungen oder Überarbeitungen von GI-Webanwendungen. Die gesammelten Usability-Probleme lassen sich teilweise auch in anderen Anwendungen der Domäne finden, und bilden somit auch für deren Entwicklung bzw. Redesign eine sinnvolle Wissensbasis. Für die strukturierte Erfassung von Usability-Problemen aus GI-Webanwendungen und entsprechende Lösungsvorschläge wird das Konzept der Usability-Patterns für GI-Webanwendungen vorgeschlagen. Durch die Integration des GIDomänenwissens in die Patternstruktur, können Usability-Probleme der Domäne entsprechend spezifischer beschrieben und passende Lösungen aufgefunden werden. Neue Patterntypen und -relationen mit Regeln zur Kombinierbarkeit der Typen und Relationen ermöglichen die Vermeidung mehrfach auftretender Usability-Probleme, wie z. B. des Mangels eines konsistenten Design- und Interaktionskonzepts. Aufbauend auf einem komplexen Anwendungsfall wird die Umsetzbarkeit des Konzepts der Usability-Patterns für GI-Webanwendungen gezeigt. In einer selbst entwickelten Anwendung zur Exploration und Visualisierung wissenschaftlicher GI-Ressourcen werden dazu Beispielpatterns umgesetzt und evaluiert. Die Anwendung implementiert neuartige Visualisierungs- und Interaktionskonzepte für die Exploration von GI-Ressourcen, zeigt aber auch die Übertragbarkeit von Lösungskonzepten aus anderen Domänen. Ein sogenannter Patternbrowser veranschaulicht, wie die Recherche und Exploration von Patterns einer Patternsammlung auf Basis der Patternmerkmale erfolgen kann. Die Webanwendung stellt damit ein Werkzeug für die projektübergreifende Arbeit interdisziplinärer Teams dar. Eine Formalisierung der wesentlichen Patternmerkmale bildet die Grundlage für die vielfältige Nutzung des neuen Konzepts, z. B. in verschiedenen Softwareanwendungen wie GUI-Buildern, und damit verbundene weiterführende Forschungsarbeiten.