Leitfaden für den Au/au und den Betrieb webbasierter Geodienste. Ein praktis er Leitfaden für den Au!au und den Betrieb webbasierter Geodienste

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2 Ein praktis er Leitfaden für den Au!au und den Betrieb webbasierter Geodienste 1

3 Vorwort Seit Veröffentli)ung der ersten Auflage von GEO-Dienste im Internet ein Leitfaden im Jahr 2006 hat si) die Web- und Geoinformationste)nologie rasant weiter entwi elt. Allein deshalb ist es notwendig geworden, eine überarbeitete 2. Auflage anzubieten. Aber ni)t nur die unau.altbar s)nelle Entwi lung der Te)nik hat uns dazu gebra)t, dieses He2 fortzuführen: die hohe Na)frage ist seit der ersten Veröffentli- )ungni)t abgerissen, sondern vielmehr stetig angestiegen. Au) diese Tatsa)en bestätigen die wa)sende Ausbreitung raumbezogener Informationssysteme auf Basis von Web-Te)nologien. Dementspre)end wä)st der Hunger na) praktis)en Informationen über diese no) junge Te)- nik und deren Einsatz. Die 2. Auflage des Leitfadens bietet genau in diesen Punkten Hilfestellung an. Er vermi*elt in den Abs)ni*en 1 und 2 die wi)tigsten te)nis)en Grundlagen über Web-Dienste im Allgemeinen und Geodienste im Speziellen. Im Abs)ni* 3, der weitgehend neu verfasst wurde, werden viele praktis)e Hilfestellungen im Hinbli auf Implementierungsstrategien und -varianten gegeben. Neu ist der enge Bezug der Empfehlungen zu übergreifenden Strukturen, wie z.b. der Europäis)en Ri)tlinie INSPIRE, der Geodateninfrastruktur Deuts)land und dem E-Government in Deuts)land. Der erste Leitfaden aus dem Jahr 2006 ist in der Verantwortung des Bundes entstanden. Die Länder und Kommunen haben dieses Ges)enk dankend angenommen und viele gute Erfahrungen damit gema)t. Die hier vorgelegte Auflage ist nunmehr ganz im Sinne der GDI-DE ein Produkt der Gemeins)a2sarbeit von Bund, Ländern und Kommunalen Spitzenverbänden. Deswegen sei an dieser Stelle allen Beteiligten herzli) gedankt! Sie als Leser und Nutzer sind allerdings au) gefordert. S)euen Sie si) ni)t, ein Feed-ba an die gemeinsame Koordinierungsstelle GDI-DE zu senden Gerne werden wir Ihre Kommentare und Ergänzungswüns)e aufgreifen und bei der tägli)en Arbeit berü si)tigen. Ihr Andreas S)leyer, Vorsitzender Lenkungsgremium GDI-DE 3

4 Inhalt 1. EINLEITUNG Ziel der Bros üre Motivation 7 2. GEODIENSTE Einführung Dienste im Internet GIS-Te)nologie Zusammenführung von Web- und GIS-Te)nologie Standards und Normen Standards und Normen in der GDI-DE Webbasierte Geodienste Web Map Service Web Feature Service Web Coverage Service Catalog Service Web Feature Service Gaze*eer Web Coordinate Transformation Service Web Terrain Service AUFBAU UND BETRIEB WEBBASIERTER GEODIENSTE Einführung Planung Datenhaltung Dezentrale Datenhaltung Zentrale Datenhaltung Mis)formen Datenhaltung für Metadaten Datenhaltung für Geodaten Au!au von Geodiensten Kartendienste Austaus)dienste Su)dienste Sonstige Dienste Nutzung von Geodiensten Geodatenre)er)e 42

5 Geodatenvisualisierung und -analyse Geodatenbearbeitung Geodatenvertrieb Au/au einer Geodateninfrastruktur Integration mit dem E-Government Weitergehende Anforderungen an Dienste Ges)ä2smodelle AUSBLICK Geodienste und Europa Geodaten in neuen Dimensionen Ausbli&e für die Zukun$ 61 LITERATURVERZEICHNIS 63 WICHTIGE LINKS 65 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 67 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 68 GLO#AR 71 IMPRE#UM 72 5

6 1. Einleitung S)ätzungen zufolge sind ca. 80% aller Ents)eidungen mit einem räumli)en Bezug verknüp2. Daten mit einer Ortsangabe, sei es eine Adresse, eine Flurstü snummer, ein Flusskilometer, oder einer geografis)en Koordinate (kurz Geodaten ), sind somit eine wi)tige Komponente bei nahezu allen Aufgabengebieten der öffentli)en Hand Ziel der Bros üre Der nunmehr in der 2. überarbeiteten Auflage vorliegende Leitfaden für den Au/au und den Betrieb webbasierter Geodienste liefert IT-Verantwortli)en, Ents)eidern und Koordinatoren in der öffentli)en Verwaltung, aber au) Personen bzw. Institutionen in Wirts)a2 und Wissens)a2 grundlegende Hinweise für den Umgang mit der automatisierten Geodatenbereitstellung. Es geht dabei weniger um Produktinformation für EDV-Lösungen, sondern vielmehr um Informationen über Einsatzmögli)keiten, Implementierung und Gesamtar)itektur. Ziel der Bros)üre ist es, den Stand der Te)nik im Geoinformationswesen zu vermi*eln, den Zusammenhang zu übergreifenden E-Government-Maßnahmen und Geodateninfrastrukturkonzepten herzustellen, praktis)e Implementierungshinweise mit auf den Weg zu geben, die Bedeutung der wi)tigsten Geostandards zu vermi*eln und darüber hinaus den hohen Nutzen interoperabel bereitgestellter Geodaten für automatisierte Verwaltungsprozesse deutli) zu ma)en. Die Koordinierungsstelle Geodateninfrastruktur Deuts&land (KSt. GDI-DE) mö)te mit diesem Leitfaden die s)ri*weise Entwi lung bzw. den Ausbau einer na)- haltigen und effektiven Infrastruktur unterstützen und den Leser auf aktuelle Entwi lungen in diesem Berei) aufmerksam ma)en. 6

7 1.2. Motivation Die Methoden der Datenbereitstellung und -verarbeitung im Geo-Sektor haben si) in den letzten Jahrzehnten ents)eidend geändert und weiterentwi elt. Mit der Einführung Geographis&er Informationssysteme (GIS) wurden bereits ab den 80er Jahren Begriffe wie Geodaten und Geoinformatik geprägt. Analoge Methoden der Datenerfassung, -verwaltung und -analyse in amtli)en Registern wurden damals dur) Geodatenbanken abgelöst. Digitale Geoinformationen, also Geodaten, konnten damit einfa)er integriert, deutli) effizienter und s)neller verarbeitet oder in digitalen Karten visualisiert werden, so z.b. bei Zusammenführung und Visualisierung unters)iedli)ster Fa)daten innerhalb einer thematis)en Karte. Mit der Verbreitung des Internets seit den 90er Jahren erhielt die rasante Entwi lung im Geoinformationswesen einen deutli)en Innovationss)ub. Solassen si) örtli) getrennt verwaltete Geodaten über das Internet unabhängig von ihrem Spei)erorteinfa) und s)nell miteinander kombinieren. Geodaten unters)iedli)er Herkun2 werden also ni)t mehr bilateral ausgetaus)t, gegebenenfalls konvertiert und mehrfa) gespei)ert, sondern stehen abholbereit für Fa)verwaltungen, Wirts)a2 oder Bürger online im Netz zur Verfügung. Der Nutzer hat damit die Mögli)keit, je na) Aufgabenstellung oder Interesse eigene Produkte dur) die Kombination der entspre)enden Daten selbst zu erzeugen. So wird z.b. bei der Planung von Verkehrswegen auf einfa)e Weise eine Naturs)utz-Umweltverträgli)keitsprüfung unterstützt, indem Natur- und Lands)a2ss)utzgebiete, Flora-Fauna-Habitat- und Vogels)utzgebiete etc. bereits während der Planungsphase über das Internet ermi*elt, kombiniert und dur) Überlagerung mit dem Berei) der geplanten Trassenführung visualisiert bzw. bewertet werden. Mögli) sind sol)e Szenarien, wenn Datenhalter und Datenverarbeiter die notwendigen organisatoris)en und te)nis)en Wei)en stellen. Hierzu müssen Geodaten auf standardisierte Weise und unabhängig vom jeweiligen Fa)verfahren oder Ges)ä2sprozess über das Internet bereitgestellt werden. Die Basis hierfür bildet eine Geodateninfrastruktur als integrierter Bestandteil eines modernen E-Government. 7

8 2. Geodienste Indiesem Kapitel werden zunä)st die Grundlagen zur Thematik Geodienste erläutert. Im Ans)luss werden konkret einzelne Dienste vorgestellt und hinsi)tli) ihres Zwe s und ihrer Nutzungsmögli)keiten bes)rieben Einführung Dienste im Internet Das Internet ist ein weltweiter Verbund aus zusammenges)lossenen Computernetzwerken, die na) einem standardisierten Verfahren Informationen austaus)en. Darauf aufgesetzte Dienste wie World Wide Web (WWW), und Telefonie nutzen das Internet als Übertragungsmedium. Das Internet und dessenverfügbare Dienste sind heute grundlegender Bestandteil unseres Alltags. Sie sind für Bürger, Wirts)a2 und Verwaltung ni)t mehr wegzudenken und, ähnli) der Telekommunikation, Teil der Infrastruktur unserer Informationsgesells)a2. Neben Austaus) und Veröffentli)ung von Medien, wie beispielsweise Texten und Bildern, sind über das Internet au) spezielle Dienstleistungen, wie Su)- mas)inen, Routenplaner oder Internetbanking nutzbar. Dahinter verbergen si) im Allgemeinen so genannte Webservices, die von allen glei)ermaßen verwendet werden, völlig unabhängig vom genutzten Betriebssystem oder von vorhandenen Anwendungen auf dem PC. Die öffentli)e Verwaltung nutzt diese Entwi lungen, indem sie mi*els einer modernen und innovativen IT-Infrastruktur Arbeitsprozesse vereinfa)t und bes)leunigt. Die Planung und Umsetzung der entspre)enden Konzepte wird als Electronic Government (E-Government) bezei)net und umfasst alle Prozesse der Ents)eidungsfindung, Leistungserstellung und Publikation aus Politik, Staat und Verwaltung. Zu den Kommunikationswegen gehören Dienstleistungen von Behörde-zu-Bürger (Government to Citizen, G2C), von Behörde-zu-Behörde (Government to Government,G2G) undvonbehörde-zu-wirts&a" (Government to Business, G2B). Der Abbau von Medienbrü&en spielt im gesamten E-Government eine wi)tige Rolle. Ein Medienbru) tri* immer dann auf, wenn innerhalb eines Prozesses physikalis) oder digital unters)iedli)e Formate aufeinander treffen. Beispielsweise stellt die Verarbeitung eines Dokuments in unters)iedli)en Dateiformaten während eines Arbeitsablaufs einen sol)en Bru) dar. Hier sind entspre)ende Abspra)en für si)ere und störungsfreie Verarbeitung notwendig GIS-Te nologie Die Bedeutung von Geographis&en Informationssystemen (GIS) nahm in den vergangenen Jahren in den Bundes- und Länderverwaltungen stark zu. Viele Ein- 8

9 ri)tungen der Verwaltung erfassen, spei)ern und verarbeiten Geodaten mit Hilfe eines GIS weiter. In den meisten Fällen werden die Geodaten au) kartographis) visualisiert. Dur) Verknüpfungen vers)iedener Datenquellen sind neue Informationen ableitbar, z.b. kann die Verknüpfung der Einzelinformationen von Daten zugeotopographie, Geologie, Landnutzung und Klima zueiner neuen Information über Übers)wemmungsgefahren führen. Mit Geodaten können weitere Informationen der realen Welt, sogenannte Sa)- daten, mit der Lage und Ausdehnung des Objektes im Raum, au) als Geometriedaten bezei)net, verknüp2 werden. Der Raumbezug ist entweder direkt dur) Koordinaten oder indirekt dur) relative Beziehungen, z.b. Straßen und Hausnummern, hergestellt. Betra)ten wir beispielsweise einen Baum in einem Baumkataster, so stellt dieser ein Objekt dar. Dieses Objekt ist )arakterisiert dur) eine Position im Raum und eine geometris)e Form (Geometriedaten). Informationen wie Baumart, Alter, Höhe, Pflegezustand usw. sind Sa)daten. Geodaten in einem GIS können als Raster- und Vektordaten strukturiert sein: Rasterdaten setzen si) aus einzelnen, glei) großen Bildelementen (Pixel) zusammen, die in Matrixform, d.h. in Zeilen und Spalten vorliegen. Jedes Pixel besitzt einen Informationswert, der auf einer Karte mit einer bestimmten Farbe wiedergegeben wird. Diese Information ist beispielsweise eine Höhenangabe, ein S)adstoffwert, ein Temperaturwert oder wie bei einem Foto einer Digitalkamera die numeris)e Codierung eines Farbwertes. Rasterbilddaten entstehen z.b. beim Scannen von Plänen oder Karten und in der Fernerkundung. Die Darstellung beliebiger Daten auf Bilds)irmen ist nur dur) vorherige Umwandlung in ein Rasterformat (Rendering) mögli). Letztli) sind Rasterdaten im GIS-Berei) digitale Kartenbilder, die si) über das Internet einfa) transportieren lassen. Im Unters)ied zu herkömmli)en Bildern weisen sie eine Georeferenzierung auf, d.h. eine räumli)e Referenzinformation mit geodätis)em Bezugssystem, die einmal zugeordnet und mit dem Kartenbild gespei- )ert wird. Ein Format hierfür ist das Geo Tagged Image File Format (GeoTIFF), in wel)em zusätzli) zu den Bildinformationen die räumli)en Referenzinformationen gespei)ert werden. Vektordaten bes)reiben Objekte anhand von Vektoren. Einfa) gesagt verbirgt si) dahinter eine Geometrie, die auf Stützpunkten basiert. Etwas mathematis)er betra)tet sind Vektoren Stre en mit definierter Länge, Ri)tung und Orientierung. Dur) die Aneinanderreihung einzelner Vektoren ergeben si) komplexere Geometrien. Informationen wie Sa)daten werden mit dem Objekt explizit verknüp2. Die Objekte unters)eiden si)anhand ihrer geometris)en Dimension in: 9

10 0D oder punktförmige Objekte, wie z.b. eine Pegelmessstation, 1D oder linienförmige Objekte, wie z.b. ein Flußlauf oder 2D oder flä)enförmige Objekte, wie z.b. ein Wassers)utzgebiet. Die digitale Erfassung einer Geometrie erfolgt vermessungste)nis) dur) Erzeugung von Koordinaten am realen Objekt oder mi*els Digitalisierung aus analogen Unterlagen in einer GIS-So2ware oder einer CAD-Anwendung (Computer Aided Design). Abbildung 1: Gegenüberstellung von Raster und Vektordaten in Anlehnung an Bill (2003) Die erstellten Datensätze bzw. Objekte werden in der Regel in einer Datenbank verwaltet. Hierfür ist eine Bes)reibung und Strukturierung der Objekte erforderli), ein so genanntes Datenmodell. Unters)iedli)e Datenmodelle, wie sie in den einzelnen Fa)verwaltungen von Bund, Ländern und Kommunen existieren, werden im Idealfall über so genannte Austaus)s)ni*stellen miteinander verknüp2. Hierfür sind fa)li)e und te)nis)e Vereinbarungen zu treffen. 10

11 Dann wird es mögli), getrennt voneinander erfasste und gepflegte Datenbestände effizient miteinander zu verknüpfen und diese in entspre)ende Fa)- verfahren zu integrieren Zusammenführung von Web- und GIS-Te nologie Die Integration der Daten in einzelne Fa)verfahren kann dur) die Zusammenführung von Internet-Te)nik und GIS-Funktionalitäten auf Basis eines webbasierten Geodienstes erfolgen. Geodienste können dur) das Internet vernetzt werden und die Nutzung von Geodaten vereinfa)en. Im Idealfall erlei)- tern sie den Zugang zu Geodaten aus vers)iedenen Quellen in harmonisierter, effizienter und fa)übergreifend integrierter Form. In vielen Berei)en der Wirts)a2, Wissens)a2 und der Verwaltung werden mi*lerweile im Internet unters)iedli)e, mit räumli)en Informationen in Verbindung stehende Dienstleistungen angeboten. Diese Entwi lung ist in annähernd allen Ländern der Welt, insbesondere in Europa, festzustellen. Werden Geodienste und die dazugehörigen Geodaten strukturiert und systematis) koordiniert sowie verwaltungsebenen- und fa)übergreifend angeboten, wird dies als Geodateninfrastruktur (GDI) bezei)net. Eine GDI besteht aus Geodaten eins)ließli) Metadaten zu deren Bes)reibung, Geodiensten und Netzwerken, die auf Grundlage eins)lägiger Re)tsnormen, te)nis)er Normen und Standards sowie Vereinbarungen über Zugang und Nutzung koordiniert werden Standards und Normen In der Standardisierung werden Normen (de-jure Standards) und Standards (au) Industriestandards,de-facto Standards) unters)ieden. DerUnters)ied liegt in der Entstehung und Verbindli)keit begründet. Standards werden meist nur von einer Institution erzeugt, d.h. es existiert dafür, anders als in der Normung, kein im öffentli)en Au2rag handelndes Abstimmungsgremium. Ein Standard wird ni)t offiziell international herausgegeben, wie dies bei Normen der Fall ist. Einen regulären Ablauf der Entstehung wie in der Normung gibt es ni)t. Das Open Geospatial Consortium (OGC) ist ein international tätiges Konsortium. Es ist ein Zusammens)luss von ca. 350 Vertretern aus Wirts)a2, Wissens)a2 und Verwaltung. Ziel des OGC ist es, Spezifikationen und Standards für den Austaus) und die Bereitstellung von Geodaten und Diensten über ein Netzwerk zu erstellen. Die Fähigkeit, Daten auf Basis von Standards und Normen medienbru)frei über Systemgrenzen hinweg auszutaus)en, wird au) als Interoperabilität bezei)net. Das OGC arbeitet eng mit dem Te&nical Commi#ee 211 (TC 211) der International Organization for Standardization (ISO) zusammen, wel)es die Entwi lung der Standardisierungsreihe ISO vorantreibt. In dieser Reihe werden Geoin- 11

12 formationen und Geodienste normiert und als ISO-Standard veröffentli)t. Dabei werden Internet-Standards berü si)tigt, die vom World Wide Web Consortium (W3C) erarbeitet werden. Auf europäis)er Ebene erlässt das Comité Européen de Normalisation (CEN) für Europa verbindli)e Normen. Diese Normen sind von Normungsinstituten der Mitgliedsstaaten zu übernehmen. Auf nationaler Ebene liegt die Zuständigkeit in Deuts)land beim Deuts&en Institut für Normung (DIN). Abbildung 2: Überbli$ über Standardisierungs- und Normungsgremien in Anlehnung an Plümer (2003) IETF: Internet Engineering Task Force OGC: Open Geospatial Consortium OMG: Object Management Group ITU: International Telecommunication Union W3C: The World Wide Web Consortium ISO: Internationale Organisation für Standardisierung IEC: International Electrote&nical Commission CEN: Comité Européen de Normalisation ETSI: European Telecommunications Standards Institute CENELEC: Comité Européen de Normalisation Electrote&nique ANSI: American National Standards Institute AFNOR: Association Française de Normalisation BSI: British Standards Institution JISC: Japanese Industrial Standards Commi#ee DIN: Deuts&es Institut für Normung SNV: S&weizeris&e Normen-Vereinigung ON: Österrei&is&es Normungsinstitut 12

13 Im Standardisierungsumfeld sind weitere nationale Organisationen tätig. Eine zentrale Stelle nimmt die IT-Steuerung des Bundes dur) das Bundesministerium des Innern (BMI)ein. Ihr obliegt die Publikation von Standards und Ar&itekturen für E-Government-Anwendungen (SAGA) für die Bundesverwaltung. Hierin finden si) Spezifikationen aus internationalen Vorgaben, wie ISO, W3C oder OGC wieder. Aber au) nationale Standardisierungsempfehlungen werden hier publiziert. Die Länder publizieren ebenfalls für ihre Verwaltungen verbindli)e E-Government-Standards, die mit dem Bund und den Kommunen abgestimmt sind. Im Kooperationsauss&uss Automatisierte Datenverarbeitung (KoopA ADV) werden Einsatz der Informations- und Kommunikationste&niken (IT) und wi)tige IT-Vorhaben in der öffentli)en Verwaltung abgestimmt. Diesem Gremium gehören der Bund, die Bundesländer und die drei kommunalen Spitzenverbände an. ImAu2rag der KoopA entwi elt die OSCI-Leitstelle (Online ServicesComputer Interface) das Protokoll OSCI-Transport weiter, wel)es einen vers)lüsselten und digital signierten Datenaustaus) ermögli)t. Zusammen mit der IT-Steuerung des Bundes koordiniert die OSCI-Leitstelle das Deuts)land-Online-Vorhaben Standardisierung Standards und Normen in der GDI-DE Die Normen und Standards der ISO und des OGC werden kontinuierli) weiterentwi elt, so dass mit der Zeit, ähnli) wie bei weit verbreiteter So2ware, unters)iedli)e Versionen genutzt werden. Zudem enthalten viele Standards Gestaltungsfreiräume. Dadur) erhöhen si) die Einsatzmögli)keiten der Standards. Glei)ermaßen wird jedo) die Interoperabilität zwis)en Geodiensten einges)ränkt. Die Gestaltungsfreiräume lassen si) am Beispiel der Koordinatenreferenzsysteme verans)auli)en. Viele Spezifikationentreffen keine Festlegung über die Verwendung eines bestimmten Referenzsystems. Sie sehen ledigli) die Verwendung eines beliebigen Referenzsystems vor. Im Ergebnis werden bei Diensten unter Umständen die glei)en Spezifikationen(Standards) verwendet, aber aufgrund der mögli)erweise unters)iedli)en Koordinatenreferenzsysteme wird ein interoperabler Geodatenaustaus) verhindert. Ein weiteres Problem besteht bei Anwendungsfällen, für die no) keine befriedigenden, spri) einsatzreifen Spezifikationen existieren. Beispielsweise gibt es seit Februar 2008 eine erste Spezifikation, namens GeoXACML (Geo extensible Access Control Markup Language). Für OGC Webservices, um Zugangskontrolle und Autorisierung zu gewährleisten, fehlen jedo) entspre)ende Dokumente, die aufzeigen, wie ein Einsatz von GeoXACML konkret funktioniert. Ebenso wird eine Anpassung bisheriger OGC-Standards notwendig werden. Derzeit werden Dienste proprietär abgesi)ert. Dabei geht der größte Nutzen, nämli) die Anbindung an andere Portale und somit der Datenaustaus) über die Systemgrenzen hinweg, verloren. 13

14 Innerhalb der Geodateninfrastruktur Deuts&land (GDI-DE) werden deshalb die Spezifikationen verfügbarer Lösungsansätze, insbesondere von OGC und ISO, bewertet und in Hinbli auf ihre Interoperabilität überprü2. Je na) Reifegrad wird eine Spezifikation der Kategorie GDI-DE-obligatoris&, GDI-DE-optional oder GDI-DE-zukün"ig zugeordnet. Abbildung 3: Kategorisierung von Standards anhand ihres Reifegrads Obligatoris)e Spezifikationen im Rahmen der GDI-DE sind national und international anerkannte Spezifikationen und Normen (GDI-DE-obligatoris)). Lösungsansätze, die einheitli) und weitverbreitet umgesetzt sind,aber no) ni)t endgültig von Standardisierungsgremien verabs)iedet wurden, werden der Kategorie GDI-DE-optional zugeordnet. Unter GDI-DE-zukün2ig sind Entwi - lungen zu Lösungsansätzen erfasst, die weder auf einer stabilen Spezifikation beruhen, no) si) im operationellen Einsatz befinden. Diese Entwi lungen werden im Rahmen der GDI-DE diskutiert und unterstützt. Im Dokument Ar&itektur der Geodateninfrastruktur Deuts&land sind alle relevanten Standards der GDI-DE aufgelistet, kategorisiert und im Hinbli auf ihre Anwendbarkeit bewertet. Betreiber von Geodatendiensten sind unter Berü - si)tigung der GDI-DE-Ar)itektur in der Lage, ein Hö)stmaß an te)nis)er Interoperabilität zu errei)en. Dabei ist zu bea)ten, dass das Ar)itekturdokument der GDI-DE kontinuierli) fortges)rieben wird. Die jeweils gültige Version ist auf der Homepage veröffentli)t. 14

15 Zum Zeitpunkt der Veröffentli)ung dieses Leitfadens ist die Ar)itektur der Geodateninfrastruktur Deuts)land in der Version 1.0 gültig (h#p://www.gdide.org/de/download/gdi_ar&itekturkonzept_v1.pdf) Webbasierte Geodienste Na)folgend werden wi)tige OGC-basierte und in der Ar)itektur der Geodateninfrastruktur Deuts)land referenzierte Geodienste bes)rieben. Die aktuelle Version kann der Ar)itektur der Geodateninfrastruktur Deuts)land entnommen werden Web Map Service Ein Web Map Service (WMS) ist ein webbasierter Kartendienst. Er generiert über verfügbare Geodaten einen Kartenauss)ni* und stellt ihn über das Web bereit. Die georeferenzierten Daten werden in ein Rasterbildformat, wie beispielsweise PNG, GIF oder JPEG umgewandelt und können so auf jedem gängigen Browser dargestellt und betra)tet werden. Gelegentli) können die Karten au) im Vektorformat als SVG bereitgestellt werden. Alle gängigen GIS bieten im Allgemeinen eine S)ni*stelle an, um WMS-Dienste direkt einzubinden und zu nutzen. Abbildung 4: Web Map Service 15

16 Der WMS-Standard definiert folgende drei Operationen: 16 Über die GetCapabilities-Operation wird na) dem Leistungsumfang des Dienstes gefragt. Als Antwort werden spezifis)e Metadaten zu den angebotenen Geodaten in Form eines XML-Dokumentes an den Benutzer zurü ges)i t. Neben allgemeinen Informationen über den Dienst, wie z.b. den Anbieter oder die Ausgabeformate des WMS, enthält die Antwort Angaben über die verfügbaren Layer, die Projektionssysteme und den Koordinatenauss)ni*. Der Bezug einer Karte erfolgt über die GetMap-S)ni*stelle des WMS. Hierfür muss eine Anfrage formuliert werden, die vom Dienst ausgewertet wird. Anhand dieser Auswertung liefert der WMS ein Kartenbild zurü. In der Anfrage lassen si) für eine individuelle Karte bestimmte Parameter wie u.a. Bildgröße, Bildformat, Koordinatenreferenzsystem, geografis)er Auss)ni* oder ausgewählte Kartenlayer setzen. Die optionale GetFeatureInfo-Operation dient dazu, festgelegte Sa)informationen, so genannte A*ribute, einzelner Objekte (engl. features) abzufragen. Ein WMS, der die beiden obligatoris)en Operationen GetCapabilities und GetMap anbietet, wird als basic WMS bezei)net. Bietet er zusätzli) die GetFeatureInfo-Operationen an, wird er als queryable WMS bezei)net. Der WMS ist im Verglei) zu anderen Geodiensten, wie z.b. zum WFS, te)- nis) einfa) realisierbar und bereits vielfa) implementiert. In Deuts)land wurde auf der Grundlage der WMS-Spezifikation des OGC ein deuts)landweit abgestimmtes Applikationsprofil erarbeitet und als Standard der GDI-DE verabs)iedet Web Feature Service Die Funktionalität eines WMS bes)ränkt si)auf die graphis)e Darstellung von Geodaten in Form von statis)en Karten oder Bildern. Dem Nutzer eines WMS-Dienstes steht somit nur soviel Information zur Verfügung, wie er visuell aus der Kartendarstellung ableiten kann. Für Anwendungen, die über eine reine Kartendarstellung hinausgehen, rei)t dieser Informationsgehalt ni)t aus. Mit dem Web Feature Service (WFS) besteht die Mögli)keit, über das Web auf die zugrunde liegenden Objekte zuzugreifen, also auf die Daten selbst. Ein WFS bezieht si) auss)ließli) auf Vektordaten. Diese Daten kann der Nutzer visualisieren, analysieren oder in anderer Form weiterverarbeiten. Neben einem lesenden Zugriff ist optional au) ein s)reiben-

17 der Zugriff mögli), d. h. Daten können sofort eingefügt, bearbeitet und entfernt werden. Ein voll ausgebauter, standardkonformer WFS 1.0 bietet vers)iedene Operationen, mit deren Hilfe man geographis)e Objekte einfügen, aktualisieren, lös)en, abfragen und finden kann. In Abhängigkeit von den unterstützten Operationen können WFS-Dienste in basic WFS oder transactional WFS unterteilt werden: Ein basic WFS muss die Operationen GetCapabilities, DescribeFeatureType und GetFeature unterstützen. Damit wird dem Nutzer ein lesender Zugriff auf das Datenangebot des WFS gewährt. Ein transactional WFS unterstützt über die Grundfunktionen des basic WFS hinaus au) die Operation Transaction und lässt damit s)reibende Zugriffe auf die Daten zu. Über die Lo$Feature-Operation können einzelne Feature-Instanzen mit Veränderungssperren belegt werden. Abbildung 5: Web Feature Service Der WFS 1.1 hat zusätzli) zu WFS 1.0 die Operation GetGmlObject. Neben der Unterteilung in basic und transactional wird hier die Erweiterung des basic WFS mit der Operation GetGmlObject als xlink WFS bezei)net. Diese Art von WFS kann vers)a)telte XLinks während einer GetFeature-Anfrage auflösen und die Elemente zurü liefern. Unter XLink wird eine in XML bes)riebene Ver- 17

18 knüpfung zwis)en Ressourcen verstanden, um Elemente in XML-Dokumente einzufügen. Neben einfa)en Links ähnli) HTML-Links werden au) fortges)ri*ene Links mit mehreren Zielen abgebildet Web Coverage Service Ein Web Coverage Service (WCS) liefert Geodaten, die Phänomene mit räumli)er Variabilität repräsentieren. Hierzu gehören beispielsweise Temperaturverteilung oder Höhenmodelle. Diese Daten können sehr detailliert und rei)haltig sein. Neben der Visualisierung können mit dem WCS thematis)e Daten bereitgestellt werden, beispielsweise zur Verwendung in komplexen Klima- oder Überflutungssimulationen. Die Ausgabe der WCS-Daten kann sowohl im Raster- als au) im Vektordatenformat erfolgen. Momentan ist die Spezifikation jedo) auf einfa)e, so genannte Grid Coverages begrenzt, d.h. die Daten werden in festen Abständen wie in einem Gi*er strukturiert. Ein WCS unterstützt drei Operationen: GetCapabilities, DescribeCoverage und GetCoverage Catalog Service Mit Hilfe eines Katalogdienstes kann ein Nutzer in einer Infrastruktur na) Geodaten und Geodiensten, z.b. WMS-Angebote, su)en. Hierzu werden ihre Bes)reibungen, die so genannten Metadaten, im Catalogue Service Web (CSW) angemeldet, um sie bei einer Su)e au) finden zu können. Diese Metadaten enthalten u.a. Informationen über die Lage, die Auflösung oder den Maßstab, die Qualität und Aktualität der Daten, den Anbieter und die Zugriffsmögli)- keiten. Metainformationssysteme ermögli)en in der Regel, Metadaten zu erfassen, zu spei)ern, auszuwerten und zu präsentieren. 18

19 Abbildung 6: Web Coverage Service Karte Abbildung 7: Catalog Service Web 19

20 Web Feature Service Gaze%eer Der Web Feature Service Gaze#eer (WFS-G) oder kurz Gaze#eer Service lehnt si) in seiner Funktion an den Web Feature Service an. Ein WFS-G s)a1 den Zugang zu raumbezogenen Daten über geographis)e Namensverzei)nisse (engl. Gaze*eer), d.h. er liefert zu einem geographis)en Namen die Koordinaten oder stellt das Objekt in einem passenden Kartenauss)ni* dar. Er kann somit als Su)dienst für Objekte (z.b. Hausadressen, Ortsnamen, etc.) genutzt werden. Abbildung 8: Web Feature Service Gaze#eer Anfangs wurde der WFS-G nur für digitale Namensverzei)nisse mit Punktkoordinaten eingesetzt. Mehr und mehr werden nun au) Objekte mit Linienoder Flä)engeometrien abgebildet. O2 ist es zwe mäßig, zu einem Objekt sowohl seine Mi*elpunkts- als au) seine Umringskoordinaten zu spei)ern, um flexibel in der Auswertung und der Darstellung zu sein. Ein WFS-G kann au) in der umgekehrten Reihenfolge verwendet werden, indem er zu einem Kartenauss)ni* die dazugehörigen geographis)en Namen liefert. Zum Zeitpunkt der Veröffentli)ung dieses Leitfadens ist der WFS-G no) kein verabs)iedeter OGC-Standard. 20

21 Web Coordinate Transformation Service Der Web Coordinate Transformation Service (WCTS) ist ein Webservice, der auf Grundlage von festgelegten Transformationsparametern Koordinaten zwis)en Referenzsystemen umre)net, z.b. von der Universalen-Transversalen-Mercator-Projektion in die Gauß-Krüger-Projektion. Notwendig ist dieser Service, da o2mals Geodaten aus vers)iedenen Quellen zusammengeführt werden müssen. Die Umre)nung erfolgt zur Laufzeit der Anfrage. Dadur) können Geodaten in Geodateninfrastrukturen in ihren originären Referenzsystemen gehalten werden. Auss)laggebend für eine Haltung der Daten in mehreren Referenzsystemen sind ansonsten besondere Anforderungen an die notwendige Genauigkeit und Performanz. Abbildung 9: Web Coordinate Transformation Service Der WCTS ist von der OGC no) ni)t als Standard verabs)iedet. Glei)wohl gibt es bereits eine Reihe funktionierender So2ware-Implementierungen. u.a. beim Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) Web Terrain Service Ein Web Terrain Service (WTS) orientiert si) sehr stark am Konzept des WMS aber ermögli)t zusätzli) eine 3D-Visualisierung von Geodaten. Auf Anfrage liefert der Dienst statis)e 3D-Karten als Bilder zurü. Grundlage dafür bilden die Höhenangaben digitaler Geländemodelle. WTS finden für unters)iedli)e Zwe e in Berei)en wie Geologie, Tourismus, Standortplanung, Raumsimulation und Stadtmarketing sowie in Untersu)ungen im Berei) der Naturwis- 21

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