OpenSource GIS - das alternative geogovernment?

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1 OpenSource GIS - das alternative geogovernment? 1. Einleitung Das Thema OpenSource ist seit geraumer Zeit in aller Munde. In verschiedenen Staaten Europas wird inzwischen laut über die Ablösung von Windows durch Linux als Betriebssystemplattform nachgedacht, bzw. sind bereits erste Schritte unternommen worden. Dies führt dazu, dass auch die Frage nach OpenSource GIS gestellt werden muss. Welche Möglichkeiten bestehen, einzelne Komponenten oder gar komplette Systemumgebungen in der öffentlichen Verwaltung durch OpenSource GIS Software zu ersetzen und konzeptionell in die Strukturen des Unternehmens einzubinden? Welche Risiken entstehen dadurch? Der Beitrag ist ein Bericht aus der Praxis im Schweizer Kanton Solothurn. Er soll eine Übersicht über die derzeit verfügbaren und operationell einsetzbaren OpenSource GIS Komponenten geben und Möglichkeiten skizzieren diese in bestehende GIS Stukturen einer Verwaltung einzubinden. 1.1 OpenSource Lizenz - General Public License Alle in diesem Beitrag angesprochenen OpenSource Softwarekomponenten werden unter der sogenannten General Public License (GPL) betrieben. Das auf den ersten Blick prominenteste Merkmal dieser Lizenz - sie ist gratis. Ist dies kurzfristig gesehen von Bedeutung, so muss die rechtliche Situation der GPL langfristig betrachtet werden. Die GPL garantiert das unbeschränkte Recht die Software zu nutzen und den Source Code zu analysieren, da dieser grundsätzlich offen zur Verfügung steht. Weiterhin ist es erlaubt, den Source Code der Software jederzeit zu modifizieren, den Code oder die Software beliebig zu verteilen und den Code oder die Software zu publizieren, unter der Voraussetzung, dass die Urheber des Codes genannt werden. Eine Vorgehensweise, wie sie bei wissenschaftlichen Publikationen die Regel ist. 1.2 Vorteile von OpenSource/OpenSource GIS Software Die Vorteile, die sich aus der GPL ergeben liegen auf der Hand. Durch den offenen Quellcode ist die Weiterentwicklung oder die Anpassung der Software nach den eigenen Bedürfnissen möglich. Da die Software in der Regel von einer breiten Entwicklergemeinde gepflegt wird, kann sehr schnell auf Bedürfnisse der Benutzergemeinschaft und auf die allgemeine Entwicklung des GIS reagiert werden, ohne dass die Anwender selber über fundierte Programmierkenntnisse verfügen müssen. OpenSource Software hält sich in der Regel streng an offene Spezifikationen. Im Bereich OpenSource GIS werden konsequent die Spezifikationen des Open GIS Consortiums (OGC) umgesetzt. Dies führt, ganz im Sinne der OGC, zu einem systemübergreifenden Set von Funktionalitäten der OpenSource GIS Komponenten.

2 Die Kommunikation zwischen den Beteiligten, sowohl Entwickler als auch Anwender der OpenSource GIS Komponenten, erfolgt über das Internet. Über Mailing Lists ist es möglich an der Diskussion über die weitere Entwicklung der Systeme teilzunehmen, Bugs zu melden oder direkt mit den jeweiligen Entwicklern persönlich in Kontakt zu treten. Dies ist ein nicht zu unterschätzender Vorteil gegenüber proprietären Systemen. Jede der betrachteten OpenSource GIS Komponenten verfügt über eine eigene Mailing List über die, in der Regel, Problemlösungen ausserordentlich schnell abgewickelt werden können. 1.3 Professioneller Support Eine häufig geäusserte Angst ist, dass es keinen professionellen Support für OpenSource GIS Systeme gibt und das die Anwneder über grosse Programmiererfahrung verfügen müssen. Weiterhin wird befürchtet, dass OpenSource GIS nicht der hohen Qualität proprietäter Systeme gerecht werden kann, da es nicht sein kann, dass etwas, was nichts kostet, Qualität hat. Genauer betrachtet können diese Befürchtungen entkräftet werden. Mit zunehmender Verbreitung von OpenSource GIS Komponenten entsteht auch professioneller Support, der in verschiendenen Formen angeboten wird. Diese Support Angebote reichen vom generellen Supportvertrag über die Entwicklung von Komplettlösungen auf OpenSource GIS Basis bis hin zur Erweiterung von vorhandenen OpenSource GIS Lösungen um spezielle Komponenten, die durch die allgemeine Entwicklung der Software nicht gedeckt sind. Allerdings ist das Angebot z.b.in der Schweiz z.zt. noch in der Entwicklung. Mit zunehmendem Einsatz und Nachfrage von OpenSource GIS wird sich auch hier der Markt entwickeln. Das Interesse ist gross, aber es müssen noch Hemmschwellen abgebaut werden. Im Moment sind insbesondere Kanadische Firmen stark vertreten, und aus der Sicht des Kantons Solothurn ist die Zusammenarbeit mit diesen Firmen sehr erfolgreich. 1.4 Interoperabilität OpenSource GIS Komponenten bieten sich an zur Kombination verschiedener verteilter und proprietäter Systeme. Da kein Interesse der Entwickler und User besteht die Software an ein proprietäres System zu binden, wird eine grosse Offenheit angestrebt. Das Fundament dazu bilden u.a. die Spezifikationen der OGC. Die genannte Offenheit bezieht sich insbesondere auf das breite Spektrum der unterstützten Datenformate. Standardisierte Datenschnittstellen ermöglichen diese Offenheit. Die zentrale Library dazu stellt die GDAL/OGR Library dar, die eine Vielzahl von Raster und Vektordaten austauscht und konvertiert (siehe unten). Open- Source GIS Komponenten unterstützen direkt eine breite Anzahl von offenen Spezifikationen wie z.b. OGC, WebMapService (WMS), MapServer, GeoTools, OGC Simple Features und OGC Simple Features for SQL, OGR und PostGIS. Mit diesen sowohl Spezifikationen als auch Software Komponenten lassen sich praktisch sämtliche geogovernment Anforderungen auf der Basis OpenSource GIS realisieren.

3 2. OpenSource GIS Komponenten im strategischen Einsatz Die im folgenden bescheibenen OpenSource GIS Komponenten können sowohl auf UNIX/Linux als auch auf Windows Systemen betrieben werden. Sie werden neben den proprietären Systemen ArcGIS und ArcView, operationell im Kanton Solothurn eingesetzt. Zur Datenhaltung und GIS Analyse wird PostgreSQL mit der Erweiterung PostGIS betrieben. Der Datenaustausch zwischen den Systemen erfolgt mit der GDAL/OGR Library und visualisiert werden die Informationen über eine Anwendung auf der Basis des UMN MapServers. Die Bewirtschaftung der einzelnen GIS Informationsebenen wird über die Systeme ArcGIS und ArcView geleistet. 2.1 PostGIS Die zentrale und redundanzfreie Speicherung raumbezogener Informationen ist eines der zentralen Probleme in einem Geo Informationsnetzwerk. Werden, wie immer noch weit verbreitet, raumbezogene Informationen File basiert gehalten, z.b. als Shapes, ist eine Redundanzfreiheit nicht zu erreichen. In einer Vielzahl von Informationslayern werden Informationen wie z.b. die Gemeindezugehörigkeit eines Objektes, parallel abgelegt. Eine umfassende Nachführung bei einer Änderung der Gemeindegrenzen ist praktisch nicht möglich. Es entsteht das, was GIS grundsätzlich beseitigen soll, Entscheidungsunsicherheit. Werden die räumlichen Informationsebenen auf einem relationalen Datenbank Management Server (RDBMS) zentral gehalten, kann die Redundanzfreiheit realisiert werden. Dazu muss das RDBMS in der Lage sein sowohl Geometrien zu speichern, als auch funktional zu verwalten. Im proprietären Sektor werden Systeme wie ArcSDE oder Oracle Spatial angeboten. Mit OpenSource GIS Komponenten kann das Objektrelationale RDBMS PostgreSQL verwendet werden. Mit der Erweiterung PostGIS können von PostgreSQL geographische Objekte verwaltet werden. Die beliebige Kombination der Objekte erfolgt via SQL und über den Raum selber. PostGIS hält sich streng an die Spezifikation "OGC Simple Features for SQL (Project Document )". Diese definiert einerseits das Geometrie Objekt Modell und andererseits die funktionalen Komponenten, um mit dem Geometrie Objekt Modell zu arbeiten. PostGIS hat in der aktuellen Version noch nicht den vollen Funktionsumfang der Spezifikation. PostGIS nutzt ausserordentlich effiziente räumliche Indizes, die einen sehr schnellen Zugriff auch auf grosse Datenmengen ermöglicht. Von der PostGIS development group ist angekündigt, dass bis Mitte 2003 die OGC Spezifikation der räumlichen Operatoren zur GIS Analyse über SQL fertig gestellt ist. Die Algorythmen stehen in der Java Topology Suite (JTS) bereits heute zur Verfügung und werden nach C++ übertragen. 2.2 Geospatial Data Abstraction Library (GDAL/OGR) Der Wert einer OpenSource GIS Datenbank Konfiguration steigt mit der Anzahl zu importierender externer Datenformate. Unterstützen proprietäre Systeme in erster Linie ihre eigenen

4 proprietäten Formate können OpenSource GIS Komponenten aus oben erwähnten Gründen wesentlich offener sein. Eine zentrale Schnittstelle zwischen der PostGIS DB und den Clients ist die GDAL/OGR Library. Die in C++ geschriebene Library ermöglicht einen transparenten Zugriff auf eine Vielzahl verschiedener Vektor- (12) und Raster-Formate (37), die gelesen und geschrieben werden können. Über diese Library werden sowohl Daten in die PostGIS DB überspielt als auch extrahiert. Die GDAL/OGR Library unterstützt z.z. 12 Vektorformate zum Import. Als die wichtigsten sind zu nennen: Arc/Info Binary Coverage, ESRI Shapefile, FMEObjects Gateway, Mapinfo File, Microstation DGN, Oracle Spatial, PostGIS, GML etc. Bis auf Arc/Info Binary Coverage und Microstation DGN können alle Formate auch gegeneinander geschrieben werden. Die Transparenz dieser Schnittstelle ermöglicht eine einfache Intergration in übergeordnete Anwendungen wie Browser oder HighEnd GIS Systeme. 2.2 WebClient, GIS Browser, WebMapping Die beschriebene Konfiguration stellt Methoden zur Datenhaltung sowie für den Grossteil der in der Verwaltung geforderten Anwendungen ausreichende Analysefunktionen zur Verfügung. Die Schnittstelle und damit die Kommunikation zwischen den Komponenten ist definiert. Bisher haben die Anwender/Kunden des Systems noch keinen Nutzen daraus ziehen können. Zum Abschluss muss deshalb die Schnittstelle zwischen den Anwendern und dem beschriebenen System definiert werden. Da die raumbezogenen Informationen in einem RDBMS abgelegt sind und funktional verwaltet werden, ist zur Abfrage und einfachen Analyse keine weitere spezielle GIS Software notwendig. Die Informationen aus der Datenbank können von jedem beliebigen Client, der in der Lage ist mit dem RDBMS via SQL zu kommunizieren, abgefragt werden. Deshalb ist es nicht zwingend nötig einen GIS Client zu verwenden. Abfragen wie z.b. "wie weit liegt die nächstgelegene Mobilfunkantenne bezogen auf eine ausgewählte Adresse entfernt?" enthalten im Kern eine GIS Analyse, sind aber für den Anwender rein numerischer Natur. Mit den beschriebenen Komponenten ist diese Frage ohne weiteres zu beantworten. Vielmehr sind solche Clients sehr einfach gehalten, da sie ausschliesslich die Grössen einer Frage aufnehmen, via SQL an den Server weiterleiten und das vom RDBMS produzierte Ergebnis wieder darstellen sollen. Karten und visuelle räumliche Interaktionen können auf Grundlage des UMN MapServers im Intra-/Internet realisiert werden (siehe Abbildung 1). Grundsätzlich ist der UMN MapServer in der Lage alle durch GDAL/OGR unterstützte Datenformate und ArcSDE zu lesen und darzustellen. Dies stellt eine enorme Offenheit dar, wenn man im Vergleich die Möglichkeiten proproprietärer Systeme mit gleicher Zielsetzung betrachtet.

5 Abbildung 1: Die Gewässersutzkarte im SO!GIS MapServer 2.2 Strategischer Einsatz der OpenSource GIS Komponenten im Kanton Solothurn Im Kanton Solothurn begann vor rund zwei Jahren mit der Abkehr von einem monolithischen System eines Herstellers hin zu einer Komponenten basierten Architektur die Entwicklung und Umsetzung einer neuen GIS Strategie auf der Grundlage von OpenSource GIS Komponenten. Durch diesen Schritt stehen heute sehr vielfältige Möglichkeiten offen. Ausgehend von einem heterogenen Datenraum, in dem mit verschiedenen Systemen, ob proprietär oder OpenSource GIS, Daten produziert und gepflegt werden, wird über die GDAL/OGR Schnittstelle eine OGC Kompatible RDBM Server Farm beliefert (siehe Abbildung 2). Den Kern dieser Datenbank bilden sowohl PostgreSQL/Postgis als auch Oracle Datenbank Server. Die Clients werden über zwei funktionale Ebenen mit Informationen beliefert. Mit PHP/Java können via SQL reine Sach-/Raumdatendatenabfragen erfolgen und im Web Browser dargestellt werden. Räumliche Abfragen, Visualisierungen und Interaktionen werden ebenfalls über SQL kommuniziert und mit einer UMN MapServer Applikation dem Anwender im Web Browser angeboten. Die zweite funktionale Ebene ist die Kommunikation proprietärer Systeme, wie z.b. ArcView, mit dem Datenstamm. Hier erfolgt der Austausch der Geometrie Informationen über GDAL/OGR. Gekoppelt an diese strategische Ausrichtung wird GIS im Kanton Solothurn zunehmend prozessorientiert eingesetzt. Den Anwendern wird nicht mehr ArcView in die Hand gedrückt und

6 dann friss oder stirb, sondern es werden Applikationen zur Prozessunterstützung - geogovernment - entwickelt. Dies sind funktional konfektionierte DB Anwendungen auf der Grundlage des Intranets, die neben der reinen Sachdatenauskunft auch Auskünfte zum betreffenden Raum erteilen können und diese funktional verarbeiten. Spezielle GIS oder Software Kenntnisse sind in den aller meisten Fällen für die allgemeinen Anwender nicht mehr erforderlich. Abbildung 2: Strategisches Konzept des GIS im Kanton Solothurn 3. Schlussfolgerungen Die Erfahrungen der letzten zwei Jahre im Kanton Solothurn zeigen, dass Open Source GIS Komponenten heute für den operationellen Einsatz sowohl verfüg- als auch brauchbar sind. Insbesondere zeigt sich, das die konsequente Anwendung von offenen Standards wie OGC oder WMS zielführend und zukunftssicher ist. Die Risiken, die im Einsatz dieser Komponenten liegen sind unseres Erachtens nicht grösser, als dies beim Einsatz von proprietären Systemen der Fall wäre. Entscheidend für die Auswahl der Open GIS Komponenten ist deren Verbreitung sowie der professionelle Support. Professionelle Open GIS Komponenten wie PostGIS, GDAL/OGR und UMN MapServer verfügen heute über eine sehr grosse, weltweite Verbreitung und Anwendung. Es besteht also ein breites Interesse diese Systeme auch Zukunftsgerichtet weiter zu entwickeln und zu betreiben. Die Gefahr, dass diese Produkte einfach vom Markt verschwinden ist nicht grösser als dies bei proprietären Systemen der Fall ist. Auch ESRI versucht ArcView 3.x vom Markt zu nehmen, scheiterte aber mit diesem Vorhaben bisher an der weiten Verbreitung dieser Software.

7 Die Befürchtung, dass keiner bis ungenügender professioneller Support existiert ist ebenfalls unbegründet. Einerseits bietet das Internet und der direkte Kontakt zum jeweiligen Entwickler schnellen und ausgezeichneten Support, andererseits entwickeln sich, entsprechend der Marktentwicklung, zunehmend Firmen, die diesen professionellen Support anbieten. 4. Links OpenSource.org: Open GIS Consortium FreeGIS.org: PostgreSQL: PostGIS: GDAL/OGR: UMN MapServer: Der SO!GIS MapSever: DM Solutions Kanada: postgis.refractions.net mapserver.gis.umn.edu

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