QGIS ist die eierlegende Wollmilchsau unter den geografischen Informationssystemen, lässt sich aber trotzdem auch von Laien sinnvoll nutzen.

Geografische Informationssysteme (GIS) lassen sich inzwischen vor allem aus der Forschung, aus öffentlichen Institutionen, aber auch aus der Industrie kaum mehr wegdenken. Sie kommen überall dort zum Einsatz, wo es darum geht, räumliche Daten zu erfassen, darzustellen, zu analysieren und zu erforschen. Dabei arbeiten die Systeme mit Vektor- und Rasterdaten, eine Datenbank dient als Backend.

Für Linux gibt es zahlreiche GIS-Lösungen, von denen QGIS [1], ehemals Quantum-GIS, mit einer kontinuierlichen Entwicklung seit 2002 eine der dienstältesten Lösungen darstellt. Das unter der GPL v2 stehende Programm steht für mehrere Plattformen zur Verfügung.

Als Backend nutzt QGIS die objektrelationale Datenbank PostgreSQL mit der Erweiterung PostGIS, die geografische Elemente erfasst. Der modulare Aufbau der Software erlaubt die Installation zusätzlicher Plugins. Schnittstellen bestehen zu Statistikprogrammen, OpenStreetMap, aber auch zu GRASS GIS. Das System kommt mit allen gängigen Vektor- und Rastergrafikformaten zurecht.

Durch eine einfache Bedienerführung und ausgereifte Anzeigefunktionen etablierte sich QGIS vor allem im Bereich öffentlicher Institutionen. Hinzu kommt eine ausgezeichnete mehrsprachige Dokumentation und Tutorials, sodass sich die Software auch von Einsteigern schnell produktiv nutzen lässt.

Installation

Obwohl QGIS eine feste Größe im Segment der Geoinformationssysteme darstellt und sich daher entsprechende vorkompilierte Pakete in den Repositories aller größeren Distributionen finden, empfiehlt sich das manuelle Einrichten des Programms aus dessen eigenen Repositories. Nur so stellen Sie sicher, eine möglichst aktuelle Version zu erhalten. Dazu steht auf der Projektseite eine ausführliche Dokumentation zur Integration der QGIS-Softwarearchive in verschiedene Systeme bereit [2].

Beachten Sie unbedingt die Hinweise zu den unterstützten Betriebssystemversionen, da sich aufgrund teils fehlender Abhängigkeiten nicht jede Programmversion unter allen Varianten einer Distribution installieren lässt. Bei manchen Debian-Derivaten müssen Sie zunächst aus den Software-Repositories das Paket apt-transport-https installieren, da die QGIS-Repositories mit SSL-Verschlüsselung arbeiten.

Um QGIS zu laden, klicken Sie im Startmenü auf QGIS Desktop. Zunächst erscheint ein Konfigurationsfenster, das es erlaubt, Datenbestände aus einer Vorgängerversion zu übernehmen. Nach dem Anklicken einer der angebotenen Optionen öffnet sich das eigentliche Programmfenster, das bei Neuinstallationen ohne importierte Daten weitgehend leer erscheint (Abbildung 1). Die Programmoberfläche des Hauptfensters gliedert sich in fünf Bereiche: Oben finden Sie eine umfangreiche Menüleiste sowie eine Schalterleiste. Links erscheinen untereinander angeordnet ein Browser- und ein Layer-Bereich, rechts eine Liste kürzlich bearbeiteter Projekte.

Abbildung 1: Schon das noch leere Programmfenster lässt die Fülle an Möglichkeiten erahnen, die QGIS bietet.

Laden Sie nach dem Anlegen neuer Karten eines Ihrer Projekte, so erscheint im rechten Fensterbereich die Kartenansicht. Der Browser- und der Layer-Bereich zeigen die jeweiligen Elemente in einer Baumansicht an. Im Browser erscheinen dabei Datenträger sowie verknüpfte Geodatenbanken und Kartendienste, die Layer bilden die unterschiedlichen Ebenen einer Karte ab. Dabei visualisiert die Software diese hierarchisch, sodass ein Verschieben oder (De-)Aktivieren der einzelnen Layer innerhalb der Hierarchie auch das Kartenbild entsprechend verändert. Ganz unten horizontal im Fenster liefert eine Statuszeile Angaben zu Koordinaten, Maßstab und Vergrößerung der jeweils angezeigten Karte.

Individuell

Die Oberfläche lässt sich flexibel an Ihre Vorstellungen anpassen. So schafft etwa das Minimieren der Layer- und Browseransicht mehr Platz für die Karte. Einzelne Fenstersegmente platzieren Sie durch Ziehen an der Titelleiste bei gedrückter linker Maustaste wahlfrei an anderer Stelle. Um die Fenstersegmente komplett ein- und auszuschalten, nutzen Sie den Dialog Bedienfelder im Menü Ansicht.

Auch die Werkzeugleisten und einzelne Werkzeuge darin lassen sich wahlfrei konfigurieren. Die Schalterleiste setzt sich aus einzelnen Werkzeuggruppen zusammen, die Sie einzeln an die Seitenränder des Programmfensters verlegen und dabei vertikal anordnen können. Über Ansicht | Werkzeugkästen schalten Sie im Bedarfsfall komplette Werkzeuggruppen zu oder ab.

Um einzelne nicht benötigte Buttons aus den Werkzeugleisten zu entfernen, öffnen Sie das Menü Einstellungen | Oberflächenanpassungen… und setzen hier im überlagernden Fenster ein Häkchen vor der Option Anpassungen einschalten. Anschließend navigieren Sie durch die einzelnen Menühierarchien und deaktivieren nicht benötigte Optionen durch Entfernen des dazugehörigen Häkchens (Abbildung 2). Um die Änderungen zu übernehmen, starten Sie die Software neu.

Abbildung 2: In einem Dialog aktivieren beziehungsweise deaktivieren Sie die Bedienelemente.

Für Freunde von Tastenkürzeln bietet QGIS im Menü Einstellungen | Tastenkürzel die Möglichkeit, individuelle Tastenkürzel für verschiedenste Funktionen zu definieren. Im Dialog Einstellungen | Optionen passen Sie zudem die Schrift- und Icon-Größe an Ihre Wünsche an. Insbesondere bei sehr hochauflösenden Bildschirmen erweist sich diese Funktion als sinnvoll, da die voreingestellte Größe der Icons und Schriften auf Bildschirmen jenseits von FHD-Auflösungen (1920 x 1080 Pixel) häufig zu klein wirken und dadurch die Lesbarkeit beeinträchtigen.

Datensalat

Inzwischen stellen viele öffentliche Institutionen im In- und Ausland Daten zu unterschiedlichsten Themen kostenfrei auf ihren Webseiten zum Herunterladen bereit. In Deutschland finden Sie zahlreiche Geodaten auf den Seiten der Landesvermessungsverwaltungen, meist unter dem Stichwort Open Data. Zusätzlich stehen geografische Daten oft in Gestalt von WMS-Dateien (“Web Map Service”) auf den Servern öffentlicher Institutionen zur Verfügung.

Um solche Daten in ein neues oder bestehendes QGIS-Projekt zu laden, gibt es verschiedene Vorgehensweisen. In der Menüleiste finden Sie im Menü Layer | Layer hinzufügen verschiedenste Optionen zur Anlage einer neuen Kartenebene. Je nach Datenformat müssen Sie dabei zwischen Vektor- und Rasterdaten unterscheiden. Auch Datenbanken lassen sich in die Software integrieren, wobei Sie diese Daten anschließend in einem kleinen Dateimanager auf dem lokalen Massenspeicher lokalisieren und laden können. Dabei unterstützt die Software mehrere gängige Datenbankformate. Die Daten erscheinen anschließend links im Layerbereich.

Eleganter erledigen Sie diese Aufgabe über den Browserbereich, der ebenfalls einen kleinen Dateimanager enthält. Von dort übernehmen Sie die Datenbestände mittels Drag & Drop. Befinden sich mehrere Geodateien im entsprechenden Verzeichnis, klicken Sie die gewünschte mit der rechten Maustaste an und wählen Gewählte(n) Layer zur Karte hinzufügen aus. (Abbildung 3).

Abbildung 3: Karten bestehen aus mehreren, voneinander unabhängigen Layern, welche die Software links unten auflistet.

Online

Möchten Sie Ihre eigenen Projekte durch Daten ergänzen, die Sie von einem WMS-Server beziehen, so müssen Sie dessen URL kennen. Die finden Sie in der Regel auf den Webseiten der Anbieter und kopieren sie zunächst in die Zwischenablage. Dann öffnen Sie in QGIS den Dialog Layer | Layer hinzufügen | WMS. Im neuen Fenster tragen Sie die URL in das gleichnamige Eingabefeld ein und geben der Karte einen aussagekräftigen Namen. Ein abschließender Klick auf OK übernimmt die Daten (Abbildung 4).

Abbildung 4: Auch Karten von Online-Diensten lassen sich problemlos in QGIS integrieren.

Die auf dem WMS-Server bereitgestellten Daten lassen sich meist in der Größe Ihren Bedürfnissen anpassen, indem Sie unterhalb des Kartenbereichs einen entsprechenden Wert im Auswahlfeld Vergrößerung einstellen. Allerdings lädt das Programm dabei die Karten jedes Mal neu vom Server. Komplexe Projekte erfordern also eine schnelle Internet-Verbindung. Die Integration großer Karten mit hoher Auflösung in ein Projekt beansprucht zusätzlich auch den Rechner stark, da er sehr große Datenbestände rendern muss. Es kann je nach Hardware mehr als zehn Sekunden Dauern, bis eine Karte neu erscheint.

Geodaten, die Sie von einem WMS-Server beziehen und in Ihr Projekt integrieren, lassen sich zudem nicht modifizieren. Die WMS-Daten fügen Sie wie lokal gespeicherte Raster- und Vektordaten jeweils als Layer in Ihr Projekt ein (Abbildung 5).

Abbildung 5: Von WMS-Servern bezogene Daten zeigt die Software nahtlos an.

Problemkind

QGIS gestattet auch das Einbinden externer Daten von OpenStreetMap und anderen Diensten. Dabei ergab sich jedoch beim Wechsel von Version 2.18 “Las Palmas” auf die neue Version 3.0 “Girona” eine gewisse Verschlimmbesserung.

Bei den älteren QGIS-Versionen ließ sich über den Dialog Erweiterungen | Erweiterungen verwalten und installieren… ein Plugin mit der Bezeichnung QuickMapServices in das Programm integrieren, das anschließend über das Menü Web einen komfortablen Zugriff auf einschlägige Dienste bot. Für die neue Version steht dieses Plugin nicht mehr zur Verfügung. Dasselbe gilt übrigens auch für diverse weitere Addons, die es bislang noch nicht für die neue Version gibt. Die Entwickler vervollständigen jedoch sukzessive die Plugin-Liste.

Bis dahin müssen Sie solche Daten über Tile-Server in Ihre Installation integrieren. Die Tile-Server stellen dabei Kacheln mit Rasterdaten bereit [3]. Sie kopieren zunächst die gewünschte URL in die Zwischenablage. Anschließend öffnen Sie in QGIS den Dialog XYZ Tiles im Browsersegment durch einen Rechtsklick darauf und nachfolgendes Anklicken der Option Neue Verbindung…. Im sich nun öffnenden Dialog kopieren Sie die URL ins entsprechende Eingabefeld. Damit das Programm die URL korrekt aufrufen kann, entfernen Sie alle $-Symbole daraus.

Eigenbau

Um eigene Daten in Karten einzufügen, generieren Sie Dateien im Shape-Format und füllen diese anschließend mit den gewünschten Rohdaten. Diese Dateien speichert die Software als einzelne Layer, die sich ein- oder ausblenden lassen. Als Daten dafür kommen beispielsweise die Koordinaten von Straßen, Eisenbahnlinien, Gewässern oder Gebäuden infrage.

Um eine Shape-Datei anzulegen, wählen Sie im Menü Layer | Layer erstellen die Option Shapedatei-Layer anlegen…. Im Dialog geben Sie zunächst den Datentyp und das Koordinatensystem an. Achten Sie bei Eingabe des Koordinatensystems darauf, dass es der Basisebene entspricht. Anschließend geben Sie noch die Felder an, wobei hier verschiedene Typen zur Auswahl stehen. Beachten Sie dabei, dass QGIS keine deutschen Sonderzeichen kennt.

Danach klicken Sie auf den Schalter Zur Feldliste hinzufügen und übernehmen damit das neue Feld in die Liste unten im Fenster. Mit OK schließen Sie das Fenster und öffnen in den älteren Programmversionen den Dateimanager zum Abspeichern der Shape-Datei. Mit dem Speichern übernimmt die Software das File mit dem wahlfrei vergebenen Namen in das Layer-Segment.

Anschließend füllen Sie die Shape-Datei mit den gewünschten Daten. Dazu markieren Sie zunächst die fragliche Ebene und aktivieren danach den Editiermodus, indem Sie auf den Schalter Bearbeitungsmodus umschalten oben links im Programmfenster klicken. Dann klicken Sie auf den Button Objekt hinzufügen und wählen nun in der Kartenansicht rechts im Programmfenster ein entsprechendes Objekt aus.

Mit einem Mausklick auf das gewünschte Objekt öffnet sich ein Attributfenster, in dem Sie die verschiedenen Eigenschaften des Objekts anhand der vordefinierten Shape-Dateien eingeben. Die Eingabe schließen Sie mit OK ab. Die Software übernimmt damit das neue Objekt in die Kartenansicht; ein Klick auf das untere Diskettensymbol (Layeränderung speichern) oben links in der Buttonleiste sichert das Ergebnis.

Symbolisches

QGIS bietet mächtige Instrumente zum Darstellen von Daten in den einzelnen Layern. Um Anpassungen vorzunehmen, klicken Sie doppelt auf die entsprechende Ebene, was ein Fenster zur Modifikation der Geodaten öffnet. Der Layer kann dabei ein Punkt-, Linien- oder Polygon-Layer sein.

Im geöffneten Dialog Darstellung finden Sie verschiedenste Anpassungsmöglichkeiten für Symbole, wobei sich auch Kategorien von Symbolen berücksichtigen lassen. QGIS bringt dazu Bibliotheken verschiedener vorgefertigter Symbole mit, zwischen denen Sie via Bibliothek öffnen wechseln.

Neben der eigentlichen Darstellungsform des Symbols erlaubt das Programm es auch, die Farbe, Transparenz, Größe und Ausrichtung zu ändern. Da manche Symbole aus mehreren Schichten bestehen, bietet dieser Dialog außerdem die Option, einzelne Schichten anzulegen und Ihren Wünschen gemäß anzupassen. Der gesamte Einstellungsdialog leidet allerdings in QGIS 3.0 noch etwas unter der mangelhaften deutschen Lokalisierung (Abbildung 6).

Abbildung 6: Der Dialog Layereigenschaften erlaubt das Modifizieren von Symbolen.

Beim Sichern übernimmt QGIS das individuelle Symbol in die jeweils aktive Bibliothek. Zusätzlich lassen sich auch SVG-Vektordateien mit Symbolen aus dem Netz herunterladen, in die Software integrieren und anschließend wie die voreingestellten Symbole modifizieren.

Durch die Kategorisierung von Attributen bietet QGIS zudem die Möglichkeit, einzelne Attribute in einem einzigen Durchlauf anzupassen. Dazu definieren Sie eine Spalte der Attributtabelle eines Layers als Kategorie im Einstellungsdialog Layereigenschaften. Anschließend weisen Sie dieser Kategorie ein Symbol aus den vorhandenen Bibliotheken zu, sodass das Tool alle Daten mit diesem Attribut durch das gewählte Symbol einheitlich darstellt. Bei Bedarf lässt sich das Symbol optisch modifizieren.

Möchten Sie bestimmte Attribute abhängig von bestehenden Werten ändern, so kann QGIS auch regelbasiert Modifikationen vornehmen. Diese Art der Modifikation kann beispielsweise für Baumkataster relevant sein, wenn Sie den unterschiedlichen Durchmesser von Bäumen oder deren Höhe optisch umsetzen möchten.

Dazu steht ein Ausdruckseditor bereit, der anhand von vorgegebenen Werkzeugen die Definition von Ausdrücken erlaubt. Hier lassen sich auch Operanden wie und und oder einsetzen, um Verknüpfungen zwischen einzelnen Attributen herzustellen. Da der Editor über eine Validierungsfunktion verfügt, über die er die neu angelegten regelbasierten Ausdrücke auf ihre Korrektheit prüft, sehen Sie vor Übernahme der Regel etwaige Fehler (Abbildung 7).

Abbildung 7: Im Ausdruckseditor legen Sie Regeln für die Anzeige von Objekten fest.

Durch die zahlreichen Gestaltungsoptionen lohnt es sich vor allem für Einsteiger, die einzelnen Werkzeuge zunächst auszuprobieren, um später im Praxiseinsatz aussagekräftige Karten zu erhalten. Über die entsprechende Speicherfunktion lässt sich jede Regel auch für die Verwendung in anderen Projekten als QGIS-Layerstildatei speichern.

Maskenball

Insbesondere bei sehr umfangreichen Projekten, die viele einzelne Eingaben erfordern, erleichtern individuelle Eingabemasken die Datenerfassung enorm. QGIS bietet auch dazu in den Dialogen der Layereigenschaften viele Optionen, über die Sie Ihre eigenen Eingabemasken anlegen und optimieren. Dabei können Sie nicht nur Reiter mit Gruppen von Eingabefeldern anlegen, sondern auch Kontrollkästchen, Dreh- und Schieberegler sowie Datumsfelder integrieren.

Pflichtfelder wie auch optional einzugebende Daten öffnen, falls erforderlich, kontextsensitiv zusätzliche Eingabefelder. Die Software gestattet dabei das Festlegen von Bereichen, um unsinnige und somit verfälschende Eingaben zu verhindern. QGIS nagelt Sie dabei nicht auf die Reihenfolge der Attribute in der Attributtabelle fest: Sie modifizieren die Abfolge, indem Sie Eingabefelder per Drag & Drop in die gewünschte Reihenfolge bringen.

Datenübertragung

QGIS bietet vereinfachte Routinen an, um Daten von einem Layer in einen anderen zu übertragen. Über das Menü Erweiterungen installieren Sie dazu das Plugin refFunctions, das in der Schalterleiste im Hauptfenster einen orangefarbenen Kreis mit der Bezeichnung Ref generiert.

Mithilfe des Feldrechners, den Sie in der oberen Buttonleiste rechts neben der Schaltfläche für die Anzeige der Attributtabelle finden, führen Sie anschließend die beiden Attributspalten aus den unterschiedlichen Layern zusammen. Dazu öffnen Sie das Merkmal Reference in der Feldliste und wählen darin die Option geomwithin. Diese Option übernehmen Sie in die linke Spalte und fügen in runden Klammern und jeweils durch Kommas getrennt die einzelnen Spaltenbezeichnungen aus den Attributtabellen ein. Diese müssen Sie dabei in einfache Anführungszeichen setzen.

Anschließend übernehmen Sie diese Funktion in den Bearbeitungsdialog des Layers und sichern sie. QGIS führt dabei eine automatische Validierung aus und zeigt eventuelle Fehler als Meldung in roten Buchstaben an. Wenn Sie nun in einem der beteiligten Layer ein neues Symbol setzen, übernimmt die Software in der Eingabemaske automatisch die Daten aus dem verknüpften Layer (Abbildung 8).

Abbildung 8: Mithilfe des Feldrechners führen Sie Daten zusammen.

Objektives

Um in QGIS einzelne Objekte in Layern zu bearbeiten, müssen Sie diese durch Anklicken markieren. Um mehrere Objekte gleichzeitig zu markieren, erfassen Sie diese durch das Aufziehen von geometrischen Formen wie einem Rechteck oder einem Kreis. Bei unregelmäßig angeordneten Objekten, etwa Bäumen in einem Baumkataster, markieren Sie den gewünschten Bereich mithilfe der Funktion Objekte über Polygon wählen, die Sie durch den Markierungsknopf in der Schalterleiste aktivieren. Darüber lassen sich im Auswahlmenü auch freihändige, kreisförmige und rechteckige Markierungen vornehmen.

Polygone erzeugen Sie durch Anklicken der Eckpunkte mit der linken Maustaste, wobei Sie den Abschluss durch einen Klick auf die rechte Maustaste signalisieren. QGIS markiert dann alle innerhalb des gewählten Polygons befindlichen Objekte des aktiven Layers. Bei der freihändigen Markierung halten Sie die linke Maustaste gedrückt und definieren durch Ziehen und Schieben der Maus einen unregelmäßig geformten Bereich auf der Karte. Durch das Loslassen der Maustaste markieren Sie die Objekte im gesamten eingeschlossenen Bereich. Sowohl in der Attributtabelle als auch im Layer erscheinen die markierten Objekte farbig hervorgehoben.

Befinden sich in einem Layer viele unregelmäßig angeordnete Objekte mit verschiedenen Eigenschaften und möchten Sie Objekte mit einer ganz bestimmten Eigenschaft daraus markieren, so erledigen Sie das über den Schalter Objekte über Ausdruck wählen. Der danach geöffnete Ausdruckseditor ermöglicht die Auswahl des gemeinsamen Merkmals und kann zudem der Markierung einzelne Objekte hinzufügen oder sie daraus löschen. Er erlaubt auch die Angabe mehrerer Merkmale und deren Kombination. Achten Sie dabei aber darauf, dass QGIS die neu definierten Merkmale der jeweiligen Auswahl hinzufügt. Nach dem Abschluss erscheinen die markierten Objekte auch in der Attributtabelle farbig hervorgehoben.

Kommunikativ

QGIS beherrscht neben diversen Verknüpfungsroutinen auch den Im- und Export von Geodaten. Da solche üblicherweise in Tabellen oder Datenbanken vorliegen, können Sie auch einzelne Verknüpfungen zu solchen externen Datenbeständen anlegen. Um einen Layer in einer Datenbank zu speichern, müssen Sie diese nicht gesondert anlegen. Sie erreichen die Anlage des Layers über ein Geopackage, das eine SQLite-Datenbank enthält.

Um ein neues Geopackage anzulegen, klicken Sie links oben in der Schalterleiste auf Neuer GeoPackage-Layer… oder wählen die gleichnamige Funktion aus dem Menü Layer | Layer erstellen. Im folgenden Dialog tragen Sie den Namen der Datenbank, der Datentabelle, den Feldnamen sowie Typ und Länge des Felds ein. QGIS übernimmt die einzelnen Felder dann im Listenbereich unten im Fenster in die Attributtabelle. Nach einem Klick auf OK legt die Software die entsprechende Datenbank an und erstellt den Layer in der Ebenenansicht.

Über den in QGIS integrierten Datenbank-Manager, den Sie über die Schaltfläche Datenquellenverwaltung öffnen erreichen, lassen sich die Datenbanken verwalten (Abbildung 9). Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Attributtabellen mit Tabellen aus einer Bürosuite zu verknüpfen. Das erweist sich vor allem bei kodierten Spalten in der Attributtabelle als sinnvoll, wenn etwa eine LibreOffice-Calc-Tabelle die Codes auflöst. Hierzu müssen Sie 1:1- oder n:1-Beziehungen zwischen den Spalten der Calc-Tabelle und der Attributtabelle in QGIS herstellen.

Abbildung 9: Über Geopackages binden Sie Datenbanken in QGIS ein.

Sie fügen die Calc-Tabelle als eigenen Vektor-Layer hinzu und doppelklicken anschließend auf die neue Ebene. Daraufhin öffnet sich das Fenster Layereigenschaften, in dem Sie im Reiter Verknüpfungen das Verknüpfungs- und Zielfeld angeben.

Fazit

QGIS präsentiert sich als die eierlegende Wollmilchsau unter den geografischen Informationssystemen. Die Software stellt einen enormen Funktionsumfang bereit und lässt sich damit universell einsetzen. Aufgrund der logisch durchdachten und eingängigen Bedienoberfläche eignet sich QGIS durchaus auch für Hobby-Geografen. Als einziges Manko fiel im Test die in der neuesten Version 3.0 teils noch unvollständige deutsche Lokalisierung auf. Auch die Liste der verfügbaren Plugins wirkt noch recht mager, doch die Entwickler arbeiten bereits an ihrer Vervollständigung.