Einsatz der QGIS-Verarbeitungsmodellierung zur Erzeugung von Thiessen Polygonen

Kleine Warnung im Vorfeld: Der nachfolgende Blogbeitrag befasst sich mit einer sehr speziellen, komplexen Thematik im Geomarketing und ist für einige damit vielleicht zu technisch geprägt. Allen anderen sei das Lesen aber herzlichst empfohlen.

Eine der größten Stärken von ArcGIS ist der vergleichsweise einfach zu bedienende, aber dennoch mächtige ModelBuilder. Dieser erlaubt die (iterative) Ausführung komplexer, zum Teil ineinander verschachtelter Geoverarbeitungsmodelle, welche aus den zahlreichen Geoverarbeitungswerkzeugen zusammengestellt werden können. Einige typische Geoverarbeitungsoperationen wie die Erzeugung von Thiessen-Polygonen, die synonym auch mit dem Begriff Voronoi bezeichnet werden kann, sind jedoch nur in der ArcGIS Advanced-Version verfügbar. Hier lohnt sich deshalb der Blick auf kostenfreie Alternativen. Dabei ist jedoch nicht nur die Verfügbarkeit und Umsetzung der benötigten Operationen wichtig, sondern vor allem auch deren Nutzbarkeit in umfangreichen Modellen, die Komplexität der Modellerstellung, die Modellhandhabbarkeit und Fehlerprotokollierung.

QGIS als OpenSource-GIS Alternative

Als starke Opensource-Alternative zu ArcGIS bietet sich das ständig weiterentwickelte, mittlerweile sehr umfangreiche QGIS an (bei Erstellung des Blogbeitrags in der Version 3.8.1). Dort stehen bei der OSGeo4W-Installation nicht nur die QGIS eigenen Geoverarbeitungswerkzeuge zur Verfügung, sondern unter anderem auch die von GRASS und SAGA GIS. Je nach Bedarf erlaubt dies den flexiblen Einsatz des für bestimmte Teilaufgaben jeweils am besten geeigneten Werkzeugs. Das QGIS Pendant zum ArcGIS ModelBuilder ist die Verarbeitungsmodellierung. Sie erlaubt das Erstellen komplexer Geoverarbeitungsmodelle, wobei im Gegensatz zum ModelBuilder eine gewünschte Iteration erst unmittelbar vor Modellstart bei der Layerauswahl aktiviert werden kann.

Erzeugung von Thiessen-Polygonen auf Basis geokodierter Ortsteile

Zum Ausloten der Verarbeitungsmodellierungsmöglichkeiten wird nachfolgend beispielhaft die Nutzung des SAGA GIS Geoverarbeitungstools „Thiessen polygons“ innerhalb eines Modells, welches der Erzeugung von Thiessen Polygonen bei geokodierten Ortsteilpunkten innerhalb von PLZ in Deutschland dient, gezeigt. Dazu wird ein Feature-Layer mit geokodierten Ortsteilen sowie ein vollständiger PLZ-Feature-Layer benötigt. Ein neues Modell lässt sich über den Button Modelle im Bedienfeld Verarbeitungswerkzeuge generieren. Im nachfolgend beispielhaft beschriebenen und abgebildeten Modell werden für diese beiden zuvor genannten Feature-Layer als Platzhalter die Modelleingangsgrößen PLZ und Ortsteile verwendet. Das Modell besteht neben den Eingangsgrößen aus den vier aufeinander aufbauenden Arbeitsschritten „Nach Position extrahieren“, SAGA GIS „Thiessen polygons“, „Zuschneiden“ und „Apend features to layer“. Dabei werden zunächst alle in einer PLZ liegenden Ortsteile selektiert, für diese dann die korrespondierenden Thiessen-Polygone erzeugt, diese wiederum in den Randbereichen auf den selektierten PLZ-Umriss zugeschnitten und das Ergebnis des Zuschnitts an eine vor Modellstart auswählbare Feature-Klasse angehängt. Zur Nutzung des letzten Schritts muss die QGIS-Extension „Apend features to layer“ aus dem QGIS-Erweiterungsrepositorium installiert sein. Nach Erstellung des Modells kann durch Druck auf den „Modell ausführen“ der Layerauswahldialog vor Modellstart geöffnet werden. Hier werden den verwendeten Platzhaltern die gewünschten verfügbaren Layer des entsprechenden Typs zugeordnet und die Iteration über den PLZ-Layer durch Aktivierung des Kreispfeilsymbols neben dem PLZ-Layer aktiviert, ohne die das Modell nicht lauffähig ist. Der Zustand vor und nach der Modellausführung sind unter der Modellabbildung für die PLZ 97688 beispielhaft dargestellt.

Im direkten Vergleich mit dem ArcGIS ModelBuilder fallen einige Unterschiede auf. Die Modellerstellung in der QGIS Verarbeitungsmodellierung funktioniert weniger intuitiv als im ModelBuilder. So fehlt zum Beispiel die Möglichkeit verwendete Eingangsgrößen sowie Verarbeitungswerkzeuge komfortabel miteinander zu verknüpfen oder die unterschiedlich farbige Darstellung der verschiedenen Modellbestandteilen. Außerdem ist die Dokumentation der Funktionen, Parameter und Limitationen von Modellwerkzeugen per Online-Suche schwieriger zu finden und teilweise unvollständig. Dies wird jedoch durch die Möglichkeit die Implementierungen verschiedener OpenSource-GIS nutzen zu können wiederum etwas aufgewogen. Die Einstellung der Iteration erst bei der Layerauswahl ist gewöhnungsbedürftig und erlaubt keine Modelle mit ebenfalls iterativen Submodellen. Hierfür kann auf die Nutzung von python Scripting zurückgegriffen werden, was jedoch weitergehende Kenntnisse voraussetzt. Die Protokollierung der Modelausführung funktioniert in QGIS ziemlich gut, allerdings sind die Fehlermeldungen in Folge von Modellabrüchen nicht leicht verständlich, so dass sich die Fehlersuche und -korrektur nicht immer ganz einfach gestaltet.

Abschließend kann man festhalten, dass QGIS mit der Verarbeitungsmodellierung ein Modellerstellungswerkzeug besitzt, dass zwar noch nicht ganz den Umfang und die Bedienbarkeit des ModelBuilders erreicht, dafür aber bei der Nutzung zahlreicher in ArcGIS nicht in allen Versionen frei verfügbaren und ständig weiterentwickelten Verarbeitungswerkzeugen sowie der Möglichkeit verschiedene Implementierungen nutzen zu können punkten kann und sich dadurch in zunehmenden Maße zu einer echten Alternative entwickelt hat.