Standardisierung von Geoinformationen

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1 Standardisierung von Geoinformationen Dr. Peter Korduan Dipl.-Ing. Martin Kofahl Institut für Management ländlicher Räume Universität Rostock 21. Februar 2008, Kalkscheune Berlin

2 Inhalt Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen Einleitung Standardisierung von Geodaten WMS WFS GML Geodateninfrastruktur für die Landwirtschaft Ausblick Sensor Netzwerke 2

3 Landwirtschaftliche Daten sind Geodaten Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen Die meisten Daten besitzen einen Raumbezug Sensordaten sind Geodaten Erfassung im Feld per GPS, Fernerkundung oder Karten Probleme Verschiedene Koordinatensystem Verschiedene Datenformate Verschiedene Programme Schlechte Zugänglichkeit Fehlende Metadaten Fehlende Austauschbarkeit Schlechte Erweiterbarkeit Quelle: LfL Sachsen 3

4 Automatisierte Erfassung Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen Standardisierte Erfassung von Prozessdaten auf den Geräten mit LBS bzw. ISO (ISOBUS) Geräteerkennung mit Implement Indicator (IMI) Einbindung verschiedener Sensoren möglich 4

5 Standardisierte Datenübertragung in der Landwirtschaft Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen ISOXML - von Maschine zum FMIS aus Teil 10 von ISO11783 agroxml - zwischen Betrieben sowie vor- und nachgelagerten Stellen In Entwicklung (KTBL) Quelle: und 5

6 6 agroxml Beispieldokument

7 Nutzung von Metainformationssystem Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen Grobauswahl: Region Kategorie Ergebnisanzeige: Allgemeine Metadaten, spezielle Metadaten Funktionen: Datensatzbestellung, Ändern, Dateianzeige, Aktualisierungshinweis bestätigen, GIS-View XML-Export, Löschen, Rechte anzeigen Detailauswahl: Betrieb Datenart Schlagart Zeitangabe Qualitätshinweise Mehr Details: Layout Schlag Format Koordinatensystem 7

8 8 Metadatenprofil für Precision Farming CSDGM => ISO 19115

9 9 Datenmodellierung in UML

10 10 Standardisierte Modelle Datenmodellierung

11 Standardisierte Modelle Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen Datenmodellierung Anwendungsfallmodellierung (Datensätzeansicht) 11

12 Standardisierte Modelle Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen Datenmodellierung Anwendungsfallmodellierung (Datensätzeansicht) Anwendungsfallmodellierung (Rollenansicht) 12

13 Standardisierte Modelle Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen Datenmodellierung Anwendungsfallmodellierung (Datensätzeansicht) Anwendungsfallmodellierung (Rollenansicht) Sequenzmodellierung 13

14 Standardisierte Modelle Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen Datenmodellierung Anwendungsfallmodellierung (Datensätzeansicht) Anwendungsfallmodellierung (Rollenansicht) Sequenzmodellierung Prozessmodellierung 14

15 Standardisierte Modelle Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen Datenmodellierung Anwendungsfallmodellierung (Datensätzeansicht) Anwendungsfallmodellierung (Rollenansicht) Sequenzmodellierung Prozessmodellierung Ein Gesamtmodell über Daten, Prozesse, Akteure,..., in einem Case-Tool 15

16 Open Geospatial Consortium (OGC) Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen Internationales Industriekonsortium gegründet Mitglieder aus Industrie, Regierung und Wissenschaft Freiwillige, auf Konsens ausgerichtete, Not-forprofit-Organisation Entwickelt öffentlich zugängliche Spezifikationen Nutzung in Webtechnologien Implementierung in GIS Software Zunehmend auch in landwirtschaftlicher Software Interoperable Lösungen geo-enable Web Geo Processing plug and play OGC Web Service Spezifikationen (OWS) Sensor Web Enablement (SWE) 16

17 OWS Daten Services Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen 17 WMS (Web Service 1.3) Zugriff auf Kartenbilder (GIF/PNG/JPG) GetCapabilities DescribeLayer Get GetFeatureInfo WFS (Web Feature Service 1.1) Zugriff auf Vektor-Geodaten (GML) GetCapabilities DescribeFeatureType GetFeature WCS (Web Coverage Service 1.1.0) Zugriff auf Raster-Geodaten GetCapabilities DescribeCoverage GetCoverage

18 Capabilities Dokument Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen 18

19 19 Viewer Client Web Browser Web s internet

20 Viewer Client Web Browser internet Web s ubeserv.cgi?version=1.1.0&service=wms&request=ge t&bbox= , , , &width=500&height=300&srs=E PSG:4326&layers=L7O_B743:CEOWARE2&format=i mage/gif&transparent=true&exceptions=application/ vnd.ogc.se_inimage&styles=default 20

24 Viewer Client Web Browser internet Web s ubeserv.cgi?version=1.1.0&service=wms&request=ge t&bbox= , ,- s&request=get&bbox= , , , &width=500&height=300&srs=E PSG:4326&layers=L7O_B743:CEOWARE2&format=i PSG:4326&layers=ROUTE_1:BNDT/NTDBmage/gif&transparent=TRUE&exceptions=application/ 250K&format=image/gif&transparent=TRUE&exceptio ns=application/vnd.ogc.se_inimage&styles=default 24

30 30

31 version=1.1.0&service=wms&request=get&srs=epsg:4326& bbox= , , , &width=500&height=300 &layers=l7o_b743:ceoware2&format=image/gif&transparent=true &exceptions=application/vnd.ogc.se_inimage&styles=default version=1.1.0&service=wms&request=get&srs=epsg:4326& bbox= , , , &width=500&height=300 &layers=route_1:bndt/ntdb-250k&format=image/gif&transparent=true &exceptions=application/vnd.ogc.se_inimage&styles=default 31

32 Viewer Client Web Browser internet Web s version=1.1.0&service=wms&request=get&srs=epsg:4326& bbox= , , , &width=500&height=300 &layers=l7o_b743:ceoware2&format=image/gif&transparent=true &exceptions=application/vnd.ogc.se_inimage&styles=default ubeserv.cgi?version=1.1.0&service=wms&request=ge t&bbox= , ,- s&request=get&bbox= , , , &width=500&height=300&srs=E PSG:4326&layers=L7O_B743:CEOWARE2&format=i PSG:4326&layers=ROUTE_1:BNDT/NTDBmage/gif&transparent=TRUE&exceptions=application/ 250K&format=image/gif&transparent=TRUE&exceptio ns=application/vnd.ogc.se_inimage&styles=default version=1.1.0&service=wms&request=get&srs=epsg:4326& bbox= , , , &width=500&height=300 &layers=route_1:bndt/ntdb-250k&format=image/gif&transparent=true &exceptions=application/vnd.ogc.se_inimage&styles=default 32

33 33 Google Daten mit WMS überlagern

34 34 Visualisierung von WMS in Google Earth

35 35 Überlagerung in Internet GIS kvwmap

38 Web Feature Service (WFS) Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen 38 Operationen GetCapabilities DescribeFeatureType GetFeature VERSION SERVICE REQUEST TYPENAME FILTER BBOX Die SQL Abfragedefinition: SELECT * FROM schlaege WHERE fruchtart = WW lautet in einem OGC:Filter: <Filter> <PropertyIsEqualTo> <PropertyName> fruchtart </PropertyName> <Literal>1</Literal> </PropertyIsEqualTo> </Filter> Geometrische Filtertypen möglich &TYPENAME=schlaege&BBOX=12.12,53.50,12.13,53.51

39 Geography Markup Language (GML) Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen GML ist der international Standard für XML-basierte Darstellung von räumlichen/geographische Daten entwickelt durch das Open Geospatial Consortium (OGC) basiert auf ISO Serien und andere Normen ist jetzt selbst als ISO-Norm vorgeschlagen OGC GML3.1 = ISO/CD Viele Organisationen nutzen GML, insbesondere Geobasisdaten-Hersteller DE: NAS - Normbasierte Austausch-Schnittstelle (AdV) UK: Mastermap (Ordnance Survey) 39

40 Probleme mit GML? Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen GML ist nur einen "Metaschema" man kann nicht einfach direkt "GML nutzen" man muß selbst ein GML-konformes "Applikationsschema" definieren, welches die nötigen Entitäten definiert GML ist kompliziert (aber deshalb sehr leistungsfähig und flexibel) GML-Dateien sind langatmig GML regelt wie man einen Schema definieren soll mögliche Unverträglichkeiten mit andere Regeln (z.b. die von ebxml/ubl) 40

41 Beispiel eines GML-Dokuments Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen 41 <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <gml:featurecollection xmlns:gml=" xmlns:ns="sample" xmlns:xsi=" xsi:schemalocation="ns schema.xsd"> <gml:boundedby> <gml:envelope srsname="epsg:4326"> <gml:coordinates> 0,0 10,10 </gml:coordinates> </gml:envelope> </gml:boundedby> <gml:featuremember> <ns:schlag gml:id="schlag42"> <ns:schlagname>beispiel</ns:schlagname> <ns:schlagnummer>42</ns:schlagnummer> <ns:flaeche> <gml:polygon srsname="epsg:4326"> <gml:outerboundaryis> <gml:linearring> <gml:coordinates> 0,0 10,0 10,10 0,10 0,0 </gml:coordinates> </gml:linearring> </gml:outerboundaryis> </gml:polygon> </ns:flaeche> </ns:schlag> </gml:featuremember> </gml:featurecollection> allgemeines Basiselement einschließendes Rechteck der FeatureCollection assoziatives Element Geometrie unterschiedliche Notation für Entitäten und Attribute Die Entitäten und ihre Rollen sind beide in separaten Elementen (=semantische Klarheit)

42 Beispiel eines GML-Dokuments Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen 42 <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <gml:featurecollection xmlns:gml=" xmlns:ns="sample" xmlns:xsi=" xsi:schemalocation="ns schema.xsd"> <gml:boundedby> <gml:envelope srsname="epsg:4326"> <gml:coordinates> 0,0 10,10 </gml:coordinates> </gml:envelope> </gml:boundedby> <gml:featuremember> <ns:schlag gml:id="schlag42"> <ns:schlagname>beispiel</ns:schlagname> <ns:schlagnummer>42</ns:schlagnummer> <ns:flaeche> <gml:polygon srsname="epsg:4326"> <gml:outerboundaryis> <gml:linearring> <gml:coordinates> 0,0 10,0 10,10 0,10 0,0 </gml:coordinates> </gml:linearring> </gml:outerboundaryis> </gml:polygon> </ns:flaeche> </ns:schlag> </gml:featuremember> </gml:featurecollection> allgemeines Basiselement einschließendes Rechteck der FeatureCollection assoziatives Element Feature mit ID Geometrie unterschiedliche Notation für Entitäten und Attribute Die Entitäten und ihre Rollen sind beide in separaten Elementen (=semantische Klarheit)

43 Beispiel eines GML-Dokuments Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen 43 <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <gml:featurecollection xmlns:gml=" xmlns:ns="sample" xmlns:xsi=" xsi:schemalocation="ns schema.xsd"> <gml:boundedby> <gml:envelope srsname="epsg:4326"> <gml:coordinates> 0,0 10,10 </gml:coordinates> </gml:envelope> </gml:boundedby> <gml:featuremember> <ns:schlag gml:id="schlag42"> <ns:schlagname>beispiel</ns:schlagname> <ns:schlagnummer>42</ns:schlagnummer> <ns:flaeche> <gml:polygon srsname="epsg:4326"> <gml:outerboundaryis> <gml:linearring> <gml:coordinates> 0,0 10,0 10,10 0,10 0,0 </gml:coordinates> </gml:linearring> </gml:outerboundaryis> </gml:polygon> </ns:flaeche> </ns:schlag> </gml:featuremember> </gml:featurecollection> allgemeines Basiselement einschließendes Rechteck der FeatureCollection assoziatives Element Feature mit ID Sachdaten Geometrie unterschiedliche Notation für Entitäten und Attribute Die Entitäten und ihre Rollen sind beide in separaten Elementen (=semantische Klarheit)

44 Beispiel eines GML-Dokuments Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen 44 <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <gml:featurecollection xmlns:gml=" xmlns:ns="sample" xmlns:xsi=" xsi:schemalocation="ns schema.xsd"> <gml:boundedby> <gml:envelope srsname="epsg:4326"> <gml:coordinates> 0,0 10,10 </gml:coordinates> </gml:envelope> </gml:boundedby> <gml:featuremember> <ns:schlag gml:id="schlag42"> <ns:schlagname>beispiel</ns:schlagname> <ns:schlagnummer>42</ns:schlagnummer> <ns:flaeche> <gml:polygon srsname="epsg:4326"> <gml:outerboundaryis> <gml:linearring> <gml:coordinates> 0,0 10,0 10,10 0,10 0,0 </gml:coordinates> </gml:linearring> </gml:outerboundaryis> </gml:polygon> </ns:flaeche> </ns:schlag> </gml:featuremember> </gml:featurecollection> allgemeines Basiselement einschließendes Rechteck der FeatureCollection assoziatives Element Feature mit ID Sachdaten geometrisches Attribut Geometrie unterschiedliche Notation für Entitäten und Attribute Die Entitäten und ihre Rollen sind beide in separaten Elementen (=semantische Klarheit)

45 Beispiele für die Umsetzung von agroxml in GML Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen die Elemente "Auftraggeber" und "Auftragnehmer" sind beide Attribute eines Auftrags und haben den Typ "UnternehmenType" in GML würden diese Elemente assoziative-elemente werden, mit einem unter-element "Unternehmen <Bodenuntersuchungsauftrag> <Auftragsgeber> <Adresse>... </Adresse> </Auftragsgeber>... GML <Bodenuntersuchungsauftrag> <auftraggeber> <Unternehmen> <adresse>... </adresse> </Unternehmen> </auftraggeber>... 45

46 Weitere Web Service Spezifikationen Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen Bepreisung Web Pricing and Ordering (WPOS) Authentifizierung Web Authentication and Authorization Services (WAAS) Prozessierung Coordinate Transformations Service (WCTS) Web Processing Services (WPS) Sensoren Sensor Observation Service (SOS) Sensor Markup Language (SensorML) Metadaten Catalogue Service Web (CS-W) Web Gazetteer Service (Gaz) 46

47 Aufbau einer Geodateninfrastruktur Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen Eine interoperable Geodateninfrastruktur für die Landwirtschaft (GDI-LW) wird aufgebaut, um die Geschäftsprozesse (Anwendungsfälle) zu unterstützen Schnittstellenstandards spezifizieren Nutzung von Datentransferstandards GML (Geographic Markup Language), agroxml Nutzung von internetbasierten Geodaten- und -dienstestandards OGC (Open Geospatial Consortium): z.b. WMS (Web Service), WFS (Web Feature Service) Nutzung von standardisierten Metadaten ISO <= CSDGM Specialist SDIs 47

48 Bedeutung von GDI für die Landwirtschaft Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen GDI nach OGC-Standards ist entscheidender Faktor für eine nachhaltige Integration von GI-Technologien in die Landwirtschaft. Nutzen von GDI für Akteure in Landwirtschaft: Bereitstellung von Geobasisdaten Veredelung von Geoinformation zu landw. Geofachinformation Einfacher Zugriff auf alle Geoinformationen Bessere Kommunikation Optimierter Datenaustausch Bei allen zukünftigen GI-Technologie-Integrationsprozessen in der Landwirtschaft, muss auf den Aufbau, den Ausbau und die Nutzung von GDI s sowie Geodiensten gesetzt werden. Forderung: Alle beteiligten Partner unterstützen und verfolgen praktisch die Entwicklung hin zu Geodiensten 48 Quellen: Positionspapier, KTBL-Workshop Geodateninfrastrukturen und Dienste

49 GDI für landwirtschaftliche Anwendungen LVermA Katasteramt Amt für Landwirtschaft Luftbilder Flurkarte WFS Schlaggrenzen WFS Topographische Karten WMS Karten +Bilder Geometrien +Sachdaten Geometrien +Sachdaten LUNG WFS Geometrien +Sachdaten OGC-fähige Schlagkartei/GIS Biotypkartierung Naturschutzgebiete Wie kriege ich aktuelle amtliche Daten? 49

50 GDI für landwirtschaftliche Anwendungen LVermA Katasteramt Amt für Landwirtschaft Luftbilder Flurkarte WFS Schlaggrenzen WFS Topographische Karten WMS Karten +Bilder Geometrien +Sachdaten Geometrien +Sachdaten LUNG WFS Geometrien +Sachdaten OGC-fähige Schlagkartei/GIS Biotypkartierung Naturschutzgebiete Wie kriege ich aktuelle amtliche Daten? 50

51 51 Projektbeispiele zur Nutzung von GDI Quelle: R. Überholz, Tagung GI-Technologien für die LW, Hannover 2007

52 52 Projektbeispiele zur Nutzung von GDI Quelle: R. Überholz, Tagung GI-Technologien für die LW, Hannover 2007

53 Preagro Szenario Desktop GIS Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen Verschiedene Datenquellen ständig aktuell verfügbar Die Datei wird zum Web-Dienst Modularer Aufbau: Daten, Algorithmen, Partner Umgesetzt im preagro Internet-GIS (nur Auskunft) Schläge und verknüpfte Daten Bodenkartierung, Niederschlag Ortho- und Sattelitenbilder 53

54 54 Preagro Szenario Bodenbeprobung Weiter automatisierte und optimierte Infrastruktur Portal fasst Komponenten der GDI zusammen Datenquellen katalogisiert und typisiert Portal Schläge, Probenahmedaten Benutzer- Interface Recherche URL Berechnungen

55 Sensornetzwerke Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen Schnelles auffinden von Sensoren - die eigene Anforderungen erfüllen Ort, Messwerte, Qualität, Programmierbarkeit Sensoren sollen selbst beschreibend sein Beziehen der Sensorinformation - in einem Standardformat, verständlich für mich und die Software Einfacher Zugriff auf Messwerte in Echtzeit über das Internet und entsprechend der Bedürfnisse Aufgaben an Sensoren stellen so messen wie man es braucht Fehlermeldungssystem Neue Sensoren automatisch lokalisieren und in die Berechnung mit einbeziehen 55 Quelle: OGC r2

56 56 Sensor Observation Service (SOS) Operationen GetCapabilities DescribeSensor GetObservation

59 Räumliche Datenbanken Korduan, Kofahl, Standardisierung von Geoinformationen Ergänzen Sachdaten um den Raumbezug Variable Referenzsysteme Koordinatentransformation on-the-fly GIS Funktion in der Datenbank Verteilte Datenhaltung Überlagerung über Raumbezug Standardisierte Bereitstellung OpenSource Produkte verfügbar (PostGIS) 59

60 60 Nutzen Sie den gemeinsamen Raumbezug!