Ein praktischer Leitfaden für Aufbau und Betrieb webbasierter Geo-Dienste in der öffentlichen Verwaltung

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1 Ein praktischer Leitfaden für Aufbau und Betrieb webbasierter Geo-Dienste in der öffentlichen Verwaltung Eine Informationsschrift des Interministeriellen Ausschusses für Geoinformationswesen (IMAGI) 1

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3 Inhaltsverzeichnis 1. EINLEITUNG 5 2. GEO-DIENSTE Was sind webbasierte Geo-Dienste? Dienste im Internet - Onlinedienste / Web-Services E-Government GIS-Technologie Webbasierte Geo-Dienste Wichtige webbasierte Geo-Dienste Katalog-Dienste Web Map Service Web Feature Service Web Coverage Service Web Gazetteer Service Web Coordinate Transformation Service Web Terrain Service Relevanz von Normen und Standards zum Aufbau von Geo-Diensten Wichtige Gremien zur Standardisierung von Geo-Diensten Bedeutung für die GDI-DE GeoPortal.Bund: Beispiel für die Umsetzung von GI-Diensten AUFBAU GDI-KONFORMER GEO-ONLINEDIENSTE Planung Metadaten-Onlinedienste Metadatenerfassung/ -haltung Standardisierte Katalogdienste Catalogue Services Geodatenkatalog und andere Geo-Suchdienste Szenario: Beispiel für einen Ablaufplan 44 3

4 3.3. Geodaten-Onlinedienste Auswahl eines Geo-Dienstes Geodatenhaltung Implementierung von Geodaten-Onlinediensten Überlegungen zur Performanz Aspekte zur Sicherheit WEITERFÜHRENDE INFORMATIONEN Fachliteratur / Literaturverzeichnis Wichtige Links Abkürzungsverzeichnis 61 Impressum 63 Anhang 63

5 1. Einleitung Die Erhebung und der Einsatz von Geoinformation ist Bestandteil staatlichen Handelns und zieht sich durch alle Aufgabengebiete der öffentlichen Hand. Beispiele für den Nutzen von Geoinformationen finden sich dementsprechend in vielen Bereichen, beispielsweise in der Raumplanung, der Bodenordnung, im Umwelt- und Naturschutz oder in der inneren Sicherheit. Mit Einführung von Geographischen Informationssystemen (GIS) wurden ab den 80er Jahren Begriffe wie Geodaten und Geoinformatik geprägt. Geodaten sind rechnerlesbare Geoinformationen, die unabhängig von der fachlichen Aussage (z.b. Planungszweck, Bodennutzung, Umweltqualität oder Verkehrslage) über einen Raumbezug verfügen. Der räumliche Bezug dieser Daten kann direkt über die geografische Lage (Koordinaten), als auch indirekt z.b. über eine Adresse oder die Kilometrierung eines Flusses definiert werden. Die automatisierte Bearbeitung von Geodaten mit speziellen GIS und die Entwicklung von Verfahren zur Analyse dieser Daten haben den Begriff der Geoinformatik geprägt. Die traditionell in Amtsblättern und Tabellen dokumentierten raumbezogenen Datenbestände werden heute in speziellen Geodatenbanken erfasst, verwaltet und analysiert. Im Ergebnis können Geodaten einfacher integriert und deutlich effizienter und schneller verarbeitet werden. Geodaten bilden somit die Grundlage für digitale Karten, bieten umfangreiche Visualisierungs- und Auswertemöglichkeiten und lassen sich einfach und verständlich in Form von Sachkarten (thematischen Karten) darstellen (... eine Karte sagt mehr als 1000 Tabellen). Mit der wachsenden Verbreitung des Internets seit den 90er Jahren, erhielt die rasante Entwicklung im Geoinformationswesen einen deutlichen Innovationsschub. Getrennt verwaltete Geodaten können inzwischen unabhängig von ihrem Speicherort einfach und schnell miteinander kombiniert werden. Der Vorteil dieser Entwicklung ist unbestritten: Geodaten unterschiedlicher Herkunft müssen nicht mehr bilateral ausgetauscht und mehrfach gespeichert werden, sondern stehen abholbereit für unterschiedliche Fachverwaltungen oder die Bürger online im Netz zur Verfügung. Der Nutzer hat nun die Möglichkeit, sich je nach Aufgabenstellung unterschiedliche Daten selbst zusammenzustellen. Die Herausforderung heute lautet Brücken zu schlagen, um die seit den 80er Jahren entstandenen Insellösungen auf der Grundlage technischer 1 5

6 und fachlicher Standards miteinander zu verbinden. Die Bundesregierung hat diese Aufgabe frühzeitig erkannt und mit der Einrichtung des Interministeriellen Ausschusses für Geoinformationswesen 1 (IMAGI) organisatorisch die Voraussetzung für den Aufbau einer gemeinsamen Geodateninfrastruktur Deutschland (GDI-DE) geschaffen. Ein Teil der Maßnahmen für die schrittweise Entwicklung einer nachhaltigen und effektiven Infrastruktur bildet dieser vom IMAGI erstellte Leitfaden für Aufbau und Betrieb webbasierter Geo-Dienste. Der Leitfaden liefert einen Überblick über die heutigen Nutzungsmöglichkeiten des Internets für das Geoinformationswesen, in dem Online-Dienste die Voraussetzung für ein vernetztes und verwaltungsübergreifendes Arbeiten schaffen. Insbesondere die webbasierten Geodienste und deren Zusammenspiel werden konkret an Beispielen, wie dem vom IMAGI realisierten GeoPortal.Bund, aufgezeigt. Damit wird auch deutlich gemacht, welche Dienste bereits einen technischen Reifegrad erreicht haben, der die konkrete Implementierung in Fachverfahren erlaubt. Für alle Fragen und Anregungen steht Ihnen die Geschäfts- und Koordinierungsstelle des IMAGI im Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) in Frankfurt jederzeit gerne zu Verfügung. Auf deren Internetseite finden Sie außerdem Hinweise wie eine Übersicht über aktuelle Geostandards und ein Glossar ( 6

7 2. Geo-Dienste 2.1 Was sind webbasierte Geo-Dienste? Dienste im Internet - Onlinedienste / Web-Services Das Internet ist ein weltweiter Verbund zusammengeschlossener Computer-Netzwerke, die nach einem standardisierten Verfahren miteinander kommunizieren. Es dient primär der Kommunikation und dem Austausch von Informationen auf der Grundlage von standardbasierten Onlinediensten. Der bekannteste Dienst ist das World Wide Web (WWW) zur Darstellung digitaler Informationen, die zwischen Servern und Clients übertragen werden. Bekannte Dienste für den Austausch von Daten sind oder File Transfer. Prinzipiell gelten die technischen Festlegungen des Internets auch für geschlossene Netzwerke (wie z.b. das Intranet innerhalb einer Behörde) und eines Extranet (z.b. innerhalb eines Behördenverbundes). Der Einfachheit halber beschränkt sich der Leitfaden auf den Begriff des Internets. Das Internet und dessen verfügbaren Dienste sind heute grundlegender Bestandteil unseres Alltags. Sie sind für Bürger, Wirtschaft und Staat nicht mehr wegzudenken und damit, ähnlich wie die Telekommunikation, Teil der Infrastruktur unserer modernen Informationsgesellschaft geworden. Neben der Online-Bereitstellung von Texten und Bildern, werden auch spezielle Dienstleistungen, wie z.b. Suchmaschinen, Routenplaner oder auch Internetbanking angeboten. Dabei steht die Bereitstellung einer Dienstleistung im Vordergrund, ohne dass der Nutzer sich um die Technik im Hintergrund zu kümmern braucht. Diese internetgestützten elektronischen Dienstleistungen werden als Web-Services (deutsch: Webdienste) bezeichnet. Charakteristisch für einen Web-Service ist die system- und plattformunabhängige technische Interaktion zwischen dem Service-Anbieter und dem Service-Nutzer (über eine Client-Software). Der Nutzer schickt hierbei eine standardbasierte Anfrage entweder direkt an den Anbieter des Dienstes oder an einen Broker, der diese als Makler an mehrere originäre Diensteanbieter weiterleitet. Die von den Anbietern auf die Anfrage zurückgegebenen Informationen können systemunabhängig (z.b. Mac, Linux, Windows) bereit gestellt werden. Diese Funktionalität wird durch eine vom Anbieter im Internet bereit gestellte, auf Standardbasierten Spezifikationen konzipierte Schnittstelle und interoperablen Übertragungsprotokollen ermöglicht. Damit eine benutzerfreundliche Anwendung im Internet entsteht, ist eine umfassende Planung im Vorfeld notwendig. Hierzu gehört die Berücksichtigung der für den Webdienst notwendigen Standards in der konkreten Anwendung. Dieser Leitfaden soll eine Hilfestellung für den Aufbau und Betrieb von speziellen Onlineanwendungen, den Geo-Webservices, bieten. 7

8 Leitfaden für Aufbau und Betrieb webbasierter Geo-Dienste Abb. 1: Netzknoten in der Bundesrepublik Deutschland 8

9 2.1.2 E-Government Electronic Government (E-Government) umfasst alle Prozesse der Entscheidungsfindung und Leistungserstellung in Politik, Staat und Verwaltung, soweit diese unter weitgehender Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnologien stattfinden. Hierunter sind nicht nur klassische Dienstleistungen von Behörde-zu-Bürger, wie z.b. die elektronische Einkommensteuererklärung zu verstehen (Government to Citizen G2C), sondern alle webbasierten Kommunikationsprozesse, die automatisiert von Behörden zu Behörden (Government to Government G2G) und zur Wirtschaft (Government to Business G2B) ablaufen. E-Government findet auf allen Ebenen der Verwaltung statt, egal ob im Virtuellen Rathaus einer Kommune oder in einer Bundesbehörde. Nutzen und Mehrwert für alle Beteiligten entsteht immer dann, wenn Arbeitsprozesse und abläufe vereinfacht und beschleunigt werden können und das sowohl beim Anbieter als auch beim Kunden der Dienstleistung GIS-Technologie Die Bedeutung von Geographischen Informationssystemen (GIS) hat in den vergangenen Jahren in den Bundes- und Länderverwaltungen stark zugenommen. Eine Befragung von zehn der zwölf Bundesministerien durch den IMAGI im Jahr 2004 hat ergeben, dass 69 Einrichtungen des Bundes mit Geodaten arbeiten, Tendenz zunehmend. In vielen dieser Einrichtungen werden Geodaten mit Hilfe eines GIS erfasst, gespeichert, weiterverarbeitet (z.b. mit anderen Geodaten kombiniert und verknüpft) und in vielen Fällen auch kartographisch visualisiert. 9

10 Leitfaden für Aufbau und Betrieb webbasierter Geo-Dienste D - Digitales Höhenmodell C - Klassifizierung von Verkehrswegen B - Schutzgebietsgrenzen A - Topographische Geobasisdaten Abb. 2: Überlagerung von topographischen Grundlagen (Geobasisdaten) und thematischen Geodaten (Geofachdaten) durch einheitlichen Raumbezug. Ein GIS besteht technisch aus Hard- und Software. Geodaten sind rechnerlesbare Geoinformationen, die z.b. Angaben über Gegenstände (Objekte), Geländeformen und technische Infrastrukturen mit Raumbezug enthalten. Durch einen gemeinsamen Raumbezug lassen sich verschiedene Geodaten (auch aus verschiedenen Datenquellen) miteinander verknüpfen, woraus insbesondere unter Nutzung der Funktionalitäten des GIS, neue Informationen abgeleitet werden können. Ein einfaches Beispiel stellt die Planung einer Umgehungsstraße dar. Die Berechnung möglicher Trassenführungen erfolgt unter anderem auf der Grundlage von Geofachdaten aus den Bereichen Landnutzung und Schutzgebiete. Mit einem GIS-System, das alle fachlich relevanten Objekte enthält, z.b. Schutzgebiete und Nutzungsflächen, kann die Berechnung möglicher Trassen automatisiert erfolgen. Mit Geodaten können demnach Informationen (Sachdaten) der Objekte der realen Welt mit der Lage und Ausdehnung des Objektes im Raum (Geometriedaten) verknüpft werden. Der Raumbezug wird entweder direkt durch Koordinaten oder indirekt durch relative Beziehungen (z.b. Straßen und Hausnummern) hergestellt. 10

11 Beispiel: Ein Baum in einem Baumkataster ist ein Objekt der realen Welt und besitzt bestimmte Eigenschaften, so genannte Attribute: Baumart, Alter, Höhe, Umfang, Pflegezustand, Datum der letzten Überprüfung usw. Diese Attribute charakterisieren die einzelnen Objekte (also alle im Kataster erfassten Bäume) und werden typischerweise in Tabellenform gespeichert. Mit Hilfe eines Identifikators (ID) sind die kartographischen Objekte mit den Attributdaten verbunden. Die Gesamtheit der Attribute ergeben die Sachdaten eines Objektes. Ebenso besitzt der Baum eine bestimmte Position im Raum (Mittelpunkt des Stammes) und eine geometrische Ausdehnung (Kronendurchmesser). Position und Geometrie werden ebenfalls als Attribute in einer Datenbank gespeichert; werden aber nicht direkt als Zahlenwert angezeigt, sondern dienen der Darstellung, also der Visualisierung auf einer Karte. Geodaten in einem GIS werden in Raster- und Vektordaten unterschieden, wobei der Begriff der Rasterdaten einer genaueren Unterscheidung in Rasterbilddaten und gerasterte Daten (Coverages) bedarf. Rasterbilddaten setzen sich aus einzelnen, gleich großen Bildelementen (Pixel) zusammen, die in Matrixform, d.h. in Zeilen und Spalten vorliegen. Jedes Pixel beinhaltet einen Informationswert, der auf einer Karte mit einer bestimmten Farbe wiedergegeben wird. Diese Information kann beispielsweise eine Höhenangabe, ein Schadstoffwert, ein Temperaturwert oder wie bei einem Foto einer Digitalkamera die numerische Codierung eines Farbwertes sein. Rasterbilddaten entstehen z.b. beim Scannen von Plänen oder Karten und in der Fernerkundung. Die Darstellung beliebiger Daten auf Bildschirmen ist nur durch vorherige Umwandlung in ein Rasterformat (Rendering) möglich. Letztlich sind Rasterdaten im GIS-Bereich digitale Kartenbilder, die sich über das Internet einfach transportieren lassen. Im Unterschied zu herkömmlichen Bildern weisen sie eine Georeferenzierung auf (räumliche Referenzinformation zu geodätischem Bezugssystem und Festlegung von Passpunkten), die einmal zugeordnet und zugleich mit dem Kartenbild gespeichert wird. Bekanntestes Format hierfür ist das GeoTIFF. In diesem Format werden in der TIFF-Datei zusätzlich zu den Bildinformationen die räumlichen Referenzinformationen gespeichert (siehe Kap ). 11

12 Leitfaden für Aufbau und Betrieb webbasierter Geo-Dienste Abb. 3: Beispiel Rasterkarte (in diesem Fall der Ausschnitt aus einer digitalen topographischen Karte) Coverages (gerasterte Daten) sind grundsätzlich Vektordaten. Technisch gesehen sind sie über ein regelmäßiges Gitter (engl. grid) von Punkten definiert. Zu jedem Rasterpunkt können beliebig viele Attribute gespeichert werden, was bei den oben beschriebenen Rasterbilddaten nicht möglich ist. Coverages können für die Bildschirmdarstellung durch ein Programm visualisiert werden. Sie eignen sich ideal für die Speicherung und Auswertung komplexer räumlicher Daten, z.b. für digitale Geländemodelle oder für multispektrale Fernerkundungsdaten. Vektordaten werden häufig als intelligente Daten bezeichnet, da hier nicht das Attribut einem Pixel zugeordnet wird, sondern die Möglichkeit besteht, eine Vielzahl verschiedener Attribute einem Objekt in einer bestimmten geometrischen Ausprägung zuzuordnen. Hierzu gehören auch die nachbarschaftlichen Beziehungen (Topologien) zwischen den einzelnen Objekten. 12

13 Objekte sind entweder punktförmig (z.b. eine Pegelmessstation) linienförmig (z.b. ein Abwasserleitungsnetz) oder flächenförmig (z.b. ein Flurstück). Die digitale Erfassung (Digitalisierung) einer Geometrie kann soweit sie nicht vermessungstechnisch im Feld erfasst wurde mittels der Eingabe von Koordinaten in eine Tabelle oder eines graphisch-interaktiven Arbeitsplatzes in Verbindung mit einer GIS-Software oder einer CAD-Anwendung, erfolgen. Die erstellten Datensätze bzw. Objekte werden in der Regel in einer Datenbank verwaltet. Hierfür stehen verschiedene Datenbanktechnologien zur Verfügung, die es ermöglichen, raumbezogene Daten abzufragen und zu verknüpfen. Für die Beschreibung und Strukturierung der Objekte ist außerdem ein Datenmodell erforderlich, das u.a. die Inhalte der Objekte, deren Beziehung untereinander und die Art der formellen Beschreibung festlegt. Als ein für verschiedene Anwendungen übergreifendes Datenmodell kann das AAA-Basisschema (AAA = AFIS-ALKIS-ATKIS) der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder (AdV) 2 angesehen werden, das entsprechende formelle Regeln, Definitionen und Funktionen einzelner Objektarten enthält. Objektarten sind hierbei zusammenfassende Bezeichnungen für thematisch gleichartige Objekte (z.b. Flüsse, Straßen o.ä.). Unterschiedliche Datenmodelle, wie sie in den einzelnen Fachverwaltungen von Bund, Ländern und Kommunen existieren, können im Idealfall über so genannte Austauschschnittstellen miteinander verknüpft werden. Hierfür müssen fachübergreifend fachliche und technische Vereinbarungen getroffen werden. Erst dann wird es möglich, getrennt voneinander erfasste und gepflegte Datenbestände effizient miteinander zu verknüpfen und diese dann in entsprechende Fachverfahren zu integrieren. 13

14 Abb. 4: Beispiel Vektorkarte (in diesem Fall einzelne Objekte aus dem Digitalen Landschaftsmodell) 2 Geoinfo.doc

15 2.1.4 Webbasierte Geo-Dienste Ein webbasierter Geo-Dienst ist die Zusammenführung von Internet- Technik und GIS Funktionalität. Geo-Dienste sind Anwendungen (Web- Services), die durch das Internet vernetzt werden können und gewissermaßen automatisiert miteinander kommunizieren. Sie vereinfachen die Nutzung von Geodaten und ermöglichen im Idealfall den Zugang zu Geodaten aus verschiedenen Quellen in harmonisierter, effizienter und fachübergreifend integrierter Form. In vielen Bereichen der Wirtschaft, Wissenschaft und der Verwaltung werden mittlerweile im Internet unterschiedliche, mit räumlichen Informationen in Verbindung stehende Dienstleistungen angeboten. Diese Entwicklung ist in annähernd allen Ländern der Welt, insbesondere in Europa, festzustellen. Werden Geo-Dienste und die dazugehörigen Geodaten strukturiert und systematisch koordiniert, sowie verwaltungsebenen- und fachübergreifend angeboten, spricht man allgemein von einer Geodateninfrastruktur (GDI). Die wirksamen Elemente einer GDI sind Geodaten, Transportnetze, Geo-Dienste sowie Web- und Geostandards. Damit ein webbasierter Austausch dezentral verteilter Geoinformationen möglich wird, ist es notwendig, dass die beteiligten Geodienste interoperabel sind. Um dies zu gewährleisten, werden Standards entwickelt und angewandt. Da interoperable Interaktionen zwischen dezentral verteilten, heterogenen Systemen komplexe technische Verfahrensweisen beinhalten, müssen verschiedene Standards der Webtechnologie aufeinander abgestimmt angewendet werden. Dies gelingt nur, wenn in einer Geodateninfrastruktur verbindliche Vereinbarungen über standardbasierte Verfahren getroffen werden. Als Beispiel sei der Geodatenkatalog ( als Metainformationsdienst, bzw. Geodatensuchdienst in der Geodateninfrastruktur Deutschland (GDI-DE) angeführt. Der Geodatenkatalog (siehe auch Kap ) funktioniert, da angeschlossene dezentrale Fachinformationssysteme verschiedener öffentlicher Einrichtungen auf der Grundlage einer gemeinschaftlich standardbasierten Spezifikation in Form einer Schnittstelle interoperabel miteinander kommunizieren können. Die zur Implementierung der Schnittstelle genutzten Standards stammen im Wesentlichen aus einzelnen technischen Spezifikationen des Open Geospatial Consortium (OGC), der International Organization of Standardization (ISO) und des World-Wide-Web-Consortium (W3C). 15

16 Abb. 5: Funktionsschema des Geodatenkataloges als Beispiel für einen webbasierten Geodienst (s.a. Typisierter Ablauf einer Suchanfrage) 16

17 Typisierter Ablauf einer Suchanfrage: 1) Der Nutzer gibt einen Suchbegriff in die Eingabemaske des Geodatenkataloges ein. Er kann die Anfrage u.a. mit Hilfe einer interaktiven Karte oder eines Begriffes auf ein Gebiet eingrenzen. 2) Der Suchbegriff wird über das Internet auf den Geodatenkatalog im Bundesamt für Kartographie und Geodäsie in Frankfurt (BKG) gesendet und von dort an die Fachmetainformationssysteme angeschlossener Behörden / Einrichtungen weitergeleitet. Alle angeschlossenen Einrichtungen verfügen über eine standardkonforme Schnittstelle für die Metadatensuche (Webservice). 3) Die Fachmetainformationssysteme werden mittels einer Datenbankabfrage auf den Suchbegriff durchsucht. Die gefundenen Treffer werden dann in eine standardisierte inhaltliche Form überführt und über die gleiche Schnittstelle über das Internet an den Geodatenkatalog des BKG gesendet. 4) Der Geodatenkatalog fasst die gefundenen Treffer der einzelnen Fachmetainformationssysteme tabellarisch zusammen und sendet die Zusammenfassung an den Nutzer. 5) Der Nutzer findet eine einheitliche Tabelle mit Informationen über Geodatensätze bei den angeschlossenen Einrichtungen, die mit seiner Suchanfrage in Zusammenhang stehen. 2.2 Wichtige webbasierte Geo-Dienste Katalog-Dienste Die Fülle und Unterschiedlichkeit der vorhandenen Geodaten ist ohne Katalog-Dienste nicht zu überblicken. Ein Catalogue Service Web (CSW) dient der elektronischen Publikation und der Abfrage von Metadaten über Geodienste und Geodaten. Er bildet die informationstechnische Voraussetzung für den Zugriff auf Geoinformationsressourcen. Über einen CSW bekommt der Nutzer eine Antwort auf die Frage: Wer hat welche Geoinformationen über ein bestimmtes Gebiet und/oder zu einem bestimmten Thema und wie kann ich auf sie zugreifen? Von Interesse sind auch Informationen über die Lage, die Auflösung oder den Maßstab, die Qualität der Daten (Wer hat wann und wie die Daten aufgenommen?), den Anbieter und die Zugriffsmöglichkeiten. Metainformationssysteme ermöglichen in der Regel, Metainformationen zu erfassen, zu speichern, auszuwerten und zu präsentieren. Der CSW ist technisch einfach zu realisieren und sehr häufig implemen- 17

18 tiert. In Deutschland wurde auf der Grundlage der Spezifikation CSW-2.0 des OGC ein deutschlandweit abgestimmtes Anwendungsprofil CSW-DE Version erarbeitet und als Standard der GDI-DE verabschiedet. Standards zu Geo-Metadaten: ISO Metadateninhalte (über Geodaten) ISO Metadaten über Dienste (Webservices) ISO Metadaten - XML Schema CSW-DE Version (Download: Web Map Service Ein Web Map Service (WMS) dient der Visualisierung von online verfügbaren Geodaten. Als Ergebnis der Visualisierung wird eine Karte als Bild präsentiert. Es werden also nicht Geometriedaten weitergegeben, sondern deren visuelle Präsentation als georeferenziertes Bild, sozusagen eine standardbasierte Internetkarte. Die Geodaten werden in ein einfaches Raster-Bildformat, wie beispielsweise PNG, GIF oder JPEG gewandelt und können daher auf jedem gängigen Browser zur Anzeige gebracht werden. Das Programm zur Visualisierung, Client oder Viewer genannt, kann entweder auf dem Rechner des Nutzers liegen oder auf einem Server des Anbieters. Server-basierte Clients zur Visualisierung sind mittlerweile üblich und häufig. Es ist also für das Betrachten von WMS-basierten Karten nicht notwendig, eine GIS-Software, die oft mit Lizenzen und entsprechenden Kosten verbunden ist, beim Nutzer zu installieren. Die Verwendung eines herkömmlichen Internetbrowsers genügt. Darüber hinaus ist es möglich, WMS-Dienste in eine moderne GIS-Software über eine WMS-Schnittstelle einzubinden und zu nutzen. 18

19 Abb. 6: Funktionsschema GeoPortal.Bund 19

20 Mit dem WMS wurde vom OGC ein Standard definiert, der sowohl die Syntax der Anfrage nach einem Kartenbild, als auch Format und Eigenschaften des Ergebnisses dieser Anfrage regelt. Der WMS-Standard kennt folgende drei Operationen: GetCapabilities: Hier wird nach dem Leistungsumfang des Dienstes gefragt. Welche Eigenschaften hat der WMS und welche Daten kann er bereitstellen? Als Antwort werden spezifische Metadaten zu den angebotenen Geodaten in Form eines XML 3 -Dokumentes an den Benutzer zurückgeschickt. Neben allgemeinen Informationen über den Dienst, wie z.b. den Anbieter des WMS oder die Ausgabeformate des WMS, enthält die Antwort Angaben über die verfügbaren Layer, die Projektionssysteme und den Koordinatenausschnitt. GetMap: Diese Anfrage fordert eine vom Benutzer zusammengestellte, georeferenzierte Karte an. Innerhalb der Anfrage können u.a. Optionen über die gewünschten Kartenlayer, die gewünschte Darstellung der Layer, das zugrunde liegende Koordinatensystem, den Kartenausschnitt, die Größe der Kartenausgabe und das Ausgabeformat angegeben werden. GetFeatureInfo: Diese Eigenschaft des WMS ist optional. Hier können festgelegte Informationen zu einzelnen Objekten (engl. features) abgefragt werden (Sachdaten: z.b. Name, Quelle, Verweise etc.). Ein WMS, der die beiden ersten Operationen GetCapabilities und GetMap beinhaltet, wird als Static oder Basic WMS bezeichnet. Ein Dynamic oder Queryable WMS besitzt zusätzlich noch die GetFeatureInfo Operation. Der WMS ist technisch einfach zu realisieren und bereits vielfach implementiert. In Deutschland wurde auf der Grundlage der WMS-Spezifikation des OGC ein deutschlandweit abgestimmtes Applikationsprofil erarbeitet und als Standard der GDI-DE verabschiedet. Standard für Internet-Karten (Web Mapping): WMS-DE Version 1.0 (Veröffentlichung im Herbst 2006) (Download: 3 XML (Extensible Markup Language) 20

21 2.2.3 Web Feature Service Die Funktionalität eines WMS beschränkt sich auf die graphische Darstellung von Geodaten in Form von statischen Karten oder Bildern. Zwar können, falls vorhanden, in einem WMS festgelegte Informationen zu einzelnen Geoobjekten abgefragt werden, die Analyse und Interpretation der Geodaten liegt aber beim Betrachter selbst. Ihm steht nur soviel Information zur Verfügung, wie er visuell aus der Kartendarstellung ableiten kann. In manchen Anwendungen reicht dieser Informationsgehalt aber nicht aus. Mit dem Web Feature Service (WFS) besteht die Möglichkeit, online auf die zugrunde liegenden Objekte zuzugreifen, also auf die Daten. Ein WFS beschränkt sich ausschließlich auf Vektordaten. Diese Daten kann der Nutzer dann visualisieren, analysieren oder in anderer Form weiterverarbeiten. Optional kann neben einem lesenden Zugriff auch ein schreibender Zugriff ermöglicht werden. Man spricht dann von einem Transaktionalen Web Feature Service, WFS-T. Ein voll ausgebauter, standardkonformer WFS bietet fünf verschiedene Operationen, mit deren Hilfe man geographische Objekte (Features) einfügen, aktualisieren, löschen, abfragen und finden kann. In Abhängigkeit von den unterstützten Operationen können WFS-Dienste in zwei Klassen 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 auch die Operation Transaction und lässt damit schreibende Zugriffe auf die Daten zu. Zusätzlich können die LockFeature-Operation bzw. die GetFeatureWithLock-Operation unterstützt werden, um einzelne Feature- Instanzen mit Veränderungssperren zu belegen. Der WFS ist technisch weitaus komplexer und daher nicht so häufig implementiert wie der WMS. Standard zu Geodatenzugriff (Download und Editieren von vektorbasierten Objekten): ISO WFS Standard (Web Feature Service) 21

22 2.2.4 Web Coverage Service Unter einem Coverage versteht man einen Rasterlayer, in dem die einzelnen Punkte nicht nur wie in einem Bild mit einer bestimmte Farbe ausgefüllt sind, sondern auch mit Attributen, die Werte oder Eigenschaften von geographischen Standorten beschreiben. Der Web Coverage Service (WCS) liefert ebenfalls Vektordaten. Er greift direkt auf gerasterte Datenbestände zu und stellt sie standardisiert zur Verfügung. Der WCS wurde insbesondere für die Bereitstellung mehrdimensionaler Datenbestände, z.b. Luft- und Satellitenbildern entwickelt, die sehr große Datenmengen enthalten. Ein WCS liefert die abrufbaren Daten gemeinsam mit deren genauer Beschreibung, erlaubt komplexe Abfragen dieser Daten und liefert die Daten anstatt als Bild in ihrer Rohform, die dann weiterverarbeitet oder visualisiert werden können. Ein WCS unterstützt drei Operationen: GetCapabilities, GetCoverage und DescribeCoverage. Standard zu gerasterten Geodaten (Coverages): OGC WCS - Web Coverage Service Implementation Specification (Dokumente: r6 und ) Web Gazetteer Service Der Web Gazetteer Service (WFS-G) ist zurzeit kein fertiger OGC Standard, sondern befindet sich in der Entwicklungsphase. Er lehnt sich in seiner Funktion an den Web Feature Service an. Ein WFS-G schafft den Zugang zu raumbezogenen Daten über geographische Namensverzeichnisse (engl. Gazetteer), d.h. er liefert zu einem geographischen Namen die Koordinaten oder stellt das Objekt in einem passenden Kartenausschnitt dar. Man kann ihn auch als Suchdienst für Objekte nutzen; war die Suche erfolgreich, wird das Objekt in einem Kartenausschnitt visualisiert. Anfangs wurde der WFS-G nur für digitale Namensverzeichnisse mit Punktkoordinaten eingesetzt. Mehr und mehr werden nun auch Objekte mit Linien- oder Flächengeometrien abgebildet. Oft ist es zweckmäßig, zu einem Objekt sowohl seine Mittelpunkts- als auch seine Umringkoordinaten zu speichern, um flexibel in der Auswertung und der Darstellung zu sein. Ein WFS-G kann auch in der umgekehrten Reihenfolge verwendet werden, indem er zu einem Kartenausschnitt die dazugehörigen geographischen Namen liefert. Bezug: OGC WFS-Gaz Gazetteer Dokument: r1, Status: Diskussionspapier 22

23 Abb. 7: Gazetteerservice - Ortssuche beim Geodatenzentrum des BKG ( 23

24 2.2.6 Web Coordinate Transformation Service Werden Geodaten aus verschiedenen Quellen zusammengeführt, ergibt sich häufig das Problem, dass den Quellen unterschiedliche räumliche Referenzsysteme (Koordinatensysteme) zugrunde liegen. Mit dem Web Coordinate Transformation Service (WCTS) wurde ein standardisierter Web Service entwickelt, der auf Grundlage von Transformationsparametern die Umrechnung von Koordinaten zwischen unterschiedlichen Referenzsystemen ermöglicht (z.b. Transformation von UTM zu Gauß-Krüger). Die Transformation erfolgt zur Laufzeit der Anfrage. Dadurch müssen Geodaten in Geodateninfrastrukturen nicht mehr beim Anbieter in mehreren Referenzsystemen vorgehalten werden und auch der Nutzer braucht nicht selbst umzurechnen. Der WCTS ist bislang von der OGC als Standard noch nicht verabschiedet. Gleichwohl gibt es bereits eine Reihe funktionierender Software-Implementierungen, u.a. beim BKG. Bezug: OGC WCTS - Koordinaten Transformation (Web Coordinate Transformation Service) (Dokument: , Status: Diskussionspapier) Abb. 8: Online-Koordinatentransformation des BKG-Geodatenzentrums ( 24

25 2.2.7 Web Terrain Service Ein Web Terrain Service (WTS) ermöglicht eine 3-D Visualisierung von Geodaten. Grundlage dafür bilden die Höhenangaben digitaler Geländemodelle. WTS finden für unterschiedliche Zwecke in Bereichen wie Tourismus, Standortplanung, Raumsimulation und Stadtmarketing und v.a. in wissenschaftlichen Untersuchungen im Bereich der Naturwissenschaften Anwendung. Standard zur 3D-Visualisierung: OGC WTS - 3D-Darstellung (Web Terrain Server) (Dokument: ) 25

26 Leitfaden für Aufbau und Betrieb webbasierter Geo-Dienste Abb. 9: 3D-Ansicht einer topographischen Karte im GeoPortal.Bund (das 3D-Kartenbild wird auf Anfrage des Nutzers auf der Grundlage des OGC Web Terrain Services im GeoPortal erzeugt bzw. modifiziert) 26

27 2.3 Relevanz von Normen und Standards zum Aufbau von Geo-Diensten Für den GIS-übergreifenden Austausch von Geodaten werden und wurden Standards entwickelt, die vor allem auf Schnittstellenspezifikationen von GI-Diensten abzielen. Standardisierte Schnittstellen liefern im Sinne eines klassischen Web-Services auf eine konkrete Nutzeranfrage (request) eine Antwort (response) an ein interoperables System zurück. Bei der Einrichtung von webbasierten Geo-Diensten in der öffentlichen Verwaltung müssen verschiedene Normen und Standards berücksichtig werden, um Interoperabilität der verschiedenen GI-Dienste zu gewährleisten und vielfältigen Nutzen aus der Kombination von GI-Diensten ziehen zu können. Da Normen (z.b. ISO) und Standards (z.b. OGC) weiter entwickelt werden, können sie im Laufe der Zeit in unterschiedlichen Versionen auftreten. Darüber hinaus bieten Normen und Standards auch Freiräume zur technischen Gestaltung (optionale Inhalte, Erweiterung um zusätzliche Funktionen,...). Diese Freiräume entstehen an Stellen, an denen oft bewusst keine verbindlichen Regelungen getroffen wurden. Dies hat zur Folge, dass die technische Interoperabilität zwischen zwei Geo-Webdiensten nicht zwingend gewährleistet ist, selbst wenn sie den selben Standard erfüllen. Um diese Problematik zu entschärfen, werden für die GDI-DE zwei Lösungsansätze kombiniert, um eine gewisse Investitionssicherheit zu erzielen und positive Entwicklungen weiterer Dienste zu befördern: Festsetzung der Gültigkeit einer Version eines Standards über einen längeren Zeitraum, für einen definierten Aufgabenbereich, eine Region oder Verwaltungseinheit. Einschränkung bei der Wahlfreiheit von Eigenschaften einer bestimmten Software-Implementierung. Unter Berücksichtigung unterschiedlicher Interessen werden die interpretierbaren und obligatorischen Elemente eines Standards diskutiert, ergänzt und festgeschrieben und somit die Wahlfreiheit deutlich eingeschränkt. Diese Ausformulierung eines Standards wird auch Applikationsprofil genannt. Die ISO hat für die Entwicklung eines Profils den Standard ISO entwickelt. Für die GDI-DE werden derzeit solche Applikationsprofile erarbeitet und verabschiedet. Der aktuelle Stand von Applikationsprofilen kann in der zuständigen Geschäfts- und Koordinierungsstelle der regionalen GDI- Initiative bzw. bei der GKSt. GDI-DE erfragt bzw. auf der Internetseite nachgeschlagen werden. 27

28 Weiterführende Informationen können auf den Webseiten der Organisationen bezogen werden, unter: Wichtige Gremien zur Standardisierung von Geo-Diensten Die Regeln für die Gestaltung der offenen und interoperablen Systeme werden von unterschiedlichen Gremien entwickelt, die sorgfältig darauf achten müssen, dass ihre Spezifikationen mit denen anderer Gremien harmonieren bzw. sich gegenseitig ergänzen. Im Bereich der Geo-Dienste gibt es im Wesentlichen 2 Organisationen, welche die wichtigsten Geo-Standards international abstimmen, pflegen und publizieren: International Organization for Standardization (ISO) und Open Geospatial Consortium (OGC). Beide Organisationen orientieren sich in ihren Spezifikationen wiederum an den Vorgaben des World-Wide-Web-Consortium (W3C), das für die Entwicklung von WWW-Standards zuständig ist. Im nationalen Maßstab sind die Vorgaben für E-Government Anwendungen wichtig, in denen sich wiederum Spezifikationen aus internationalen Vorgaben (z.b. ISO, W3C) wieder finden. An zentraler Stelle beim Bund ist hier die Koordinierungs- und Beratungsstelle der Bundesregierung für Informationstechnik in der Bundesverwaltung (KBSt) zu nennen. Die KBSt ist auch für die Publikation von Standards und Architekturen für E-Government-Anwendungen (SAGA) zuständig. Im Bereich der Länder und Kommunen ist zum einen der Kooperationsausschuss Automatisierte Datenverarbeitung (KoopA ADV) mit internationaler Interessenvertretung und die OSCI-Leitstelle für die Sicherheitsbelange der Städte und Kommunen im E-Government zu nennen. Die Organisationen werden ausführlich und aktuell auf dem nur online verfügbarem Anhang zum Leitfaden vorgestellt ( 28

29 2.5 Bedeutung für die GDI-DE Damit die Verwaltung den gewachsenen Anforderungen der Informationsgesellschaft gerecht werden kann, sind neue und effiziente Methoden erforderlich. Die in Kapitel 2.2 beschriebenen webbasierten Geo-Dienste können Werkzeuge einer Geo-Dienstleistung sein und schlagen als Bestandteil der Geodateninfrastruktur eine Brücke zwischen den Geodatenhaltern und -nutzern. Durch die Vereinbarung und Berücksichtigung national und international verbindlicher Regeln, Normen und Standards ist es möglich, Geodaten fachund ebenenübergreifend auszutauschen, diese als überlagerte Sicht zu einem Sachverhalt zu visualisieren bzw. sie im besten Fall integriert weiter zu verarbeiten. Dabei spielt die Nutzung des Internets für die Geodateninfrastruktur eine entscheidende Rolle. Erst durch dieses Medium wird es für den Anwender möglich, auf verteilte Daten tagesaktuell zuzugreifen und auf eine redundante Datenhaltung zu verzichten. Auch für den Datenanbieter ergeben sich Vorteile. Er wird nach der Einrichtung eines Dienstes den Aufwand für die Datenbereitstellung reduzieren können und erlangt mehr Transparenz und Kundenorientierung. Im Zeitalter der Internationalisierung haben webbasierte Geo-Dienste auch über die nationalen Grenzen hinaus hohe Bedeutung, was u.a. durch die Gesetzesinitiative INSPIRE (Infrastructure of Spatial Information in Europe) der Europäischen Kommission deutlich wird. INSPIRE soll die Mitgliedsländer verpflichten, nationale Geodateninfrastrukturen aufzubauen und diese in einem interoperablen Netzwerk der Europäischen Union insbesondere zur Unterstützung der Umweltpolitik bereitzustellen. Erst durch die Bereitstellung internetbasierter und standardisierter Geo-Dienste kann eine blattschnittfreie europaweite Gesamtdarstellung eines Fachthemas mit minimalem Zeitaufwand realisiert werden. ( 29

30 Leitfaden für Aufbau und Betrieb webbasierter Geo-Dienste 2.6 GeoPortal.Bund: Beispiel für die Umsetzung von GI-Diensten Die Mehrzahl der Spezifikationen von ISO und OGC für GI-Dienste sind heute bereits einsetzbar und leistungsstark. Dabei geht die Operationalisierung der Dienste über ein einfaches interaktives Web Mapping weit hinaus. GeoPortal.Bund ist ein Beispiel für die Verbindung verschiedener GI-Dienste der GDI-DE. Unter Nutzung verschiedener Protokolle und Dienste vernetzt das Portal die Meta- und Geodatendienste aus unterschiedlichen Quellen, integriert die Daten in vielfältiger Weise und bietet sie dem Anwender oder anderen (System-) Clients an. Die Suche nach Geodaten (Geodatenkatalog und CSW) ist vollständig in die Oberfläche des Portals integriert. Der Geodatenkatalog fungiert dabei als Broker, d.h. das Portal greift auf andere Metadatenkatalogdienste zurück und bietet so einen umfassenden und aktuellen Überblick über Geodatenbestände der Bundes-, Länder- und Kommunalverwaltungen. Abb. 10: Geodienst WMS dargestellt am Beispiel GeoPortal.Bund (Erläuterung Karteninhalt, z. B. Landnutzung des Bundesumweltamtes im Basisviewer, WMS-Dienst) 30

31 Der Viewer dient zur Anzeige von verteilten WMS. GeoPortal.Bund verfügt über ein vielfältiges Kartenangebot. Das Kartenangebot kann zusätzlich über die Eingabe einer bekannten URL ergänzt werden. Der Viewer besitzt verschiedene Funktionen wie Zoom oder Pan, die dem Nutzer die Möglichkeit bieten, individuell in einer Karte zu navigieren. Über die Sachdatenanzeige wird es dem Nutzer ermöglicht, sich verschiedene Informationen zu Geoobjekten anzeigen lassen. Darüber hinaus kann die Karte gespeichert oder ausgedruckt werden. GeoPortal.Bund greift auf verschiedene WMS- und WFS-Schnittstellen zu, wandelt die Daten in Rasterbilder um und stellt sie so dem Client zur Verfügung. Zukünftig ist geplant, dass mittels GeoPortal.Bund und WFS von der Portaloberfläche auch direkt auf Geoobjekte zugegriffen werden kann. 31

32 32 3. Aufbau GDI-konformer Geo-Onlinedienste 3.1 Planung Die Realisierung eines Geo-Dienstes hat Projektcharakter. Sie ist ein komplexes Vorhaben, das zeitlich befristet und meistens von fachübergreifender Zusammenarbeit geprägt ist. Durch die frühzeitige Beteiligung aller Betroffenen sollten im Rahmen einer Projektplanung alle Anforderungen rechtzeitig erkannt, diskutiert und definiert werden. Im Projekt Aufbau eines Geo-Dienstes müssen unterschiedliche Fragestellungen geklärt werden. Nachfolgend sind einige zentrale Fragestellungen formuliert, die nicht die Fülle aller möglichen Fragen oder individuellen Anforderungen abdecken können, aber einen ersten Anhaltspunkt zum Umfang der Überlegungen zu einem Geo-Dienst bieten. Allgemein sollte darauf geachtet werden, ausreichend Zeit für Abstimmungen und Diskussionen mit allen Beteiligten zu berücksichtigen. Mögliche Fragen zum Aufbau eines Geo-Dienstes: Wer ist am Projekt webbasierter Geo-Dienst beteiligt oder davon betroffen? Mit welchen Kapazitäten kann das Projekt Geo-Dienst in welcher Zeit umgesetzt werden? Welche Geodaten sollen im Geo-Dienst bereitgestellt werden und in welcher Form liegen sie vor? Werden Anpassungen der Geodaten erforderlich, um Standardkonformität zu erreichen (1. technische Harmonisierung, 2. semantische Harmonisierung, 3. geometrische Harmonisierung)? Bestehen für die zu integrierenden Geodaten Metadaten oder müssen diese erst erzeugt werden? Für welche Nutzer ist der Dienst beabsichtigt? In welcher Form sollen die Geodaten dem Nutzer bereit gestellt werden?

33 Welche Funktionalität sollte der Dienst mindestens bereitstellen? Soll eine Bestell- und Bezahlfunktion integriert sein? Welche Sicherheitsaspekte müssen beachtet werden? Sind besondere Copyright-Bedingungen zu berücksichtigen? Kann der Betrieb des Geo-Dienstes mit eigenen Mitteln gewährleistet werden oder wird für den Betrieb über einen externen Dienstleister nachgedacht? Besteht Schulungsbedarf für die Mitarbeiter? Sind lizenzrechtliche Fragen für Daten Dritter zu klären? Was wird die Realisierung eines Geo-Dienstes kosten? Welche Softwarelösung eignet sich für den Datenbestand und die Anforderungen des Betreibers? Sicherlich gibt es bei der Umsetzung eines Geo-Dienstes noch viele weitere Fragen, die jeweils auf die Wahl des Geo-Dienstes und die spezifischen Anforderungen des Datenangebots bezogen sein werden. Weitere Hilfestellungen und Anregungen sind in den nachfolgenden Kapiteln enthalten. 3.2 Metadaten-Onlinedienste Metadaten sind Daten über Daten (hier Geodaten) und beschreiben die (Geo-) Datensätze. Sie werden erstellt und gepflegt, um mit Hilfe von Katalogdiensten Geodaten recherchierbar zu machen und somit Transparenz über die Datenbestände zu schaffen (siehe auch Kap ). Neben den in den Metadaten steckenden Informationen über die Qualität der Daten, können auch Angaben über den Bestellvorgang und die Abgabebedingungen enthalten sein und damit den Vertrieb der Daten erleichtern. Dazu müssen in den Metadatensätzen u.a. Angaben über Bezugsquellen und Entgelte enthalten sein. Im besten Fall enthält der Metadatensatz den Link zu den Daten selbst bzw. zu der entsprechenden Vertriebsstelle. Als Medium für die Bereitstellung der Metadatendienste wird in der Regel das Internet verwendet. Die entsprechenden Anwendungen können auf zwei verschiedene Architekturen zurückgreifen. 33

34 a. Zentrale Metadatenhaltung/Architektur: Bei der zentralen Datenhaltung werden Metadaten aus verschiedenen Bereichen und/oder Räumen und/oder Verwaltungsebenen auf einer zentralen Datenbank zusammengeführt. b. Dezentrale Metadatenhaltung/Architektur: Bei der dezentralen Datenhaltung werden die Metadaten jeweils auf eigenen Datenbanken (in der Regel dort, wo die Geodaten erzeugt/verwaltet werden) gehalten. Oft gibt es auch Mischformen der Metadatenhaltung, indem z. B. über einen zentralen Metadatendienst ohne eigene Datenhaltung (Metadaten- Broker) auf dezentrale Metadatendienste zugegriffen wird. Bei der Bereitstellung der Metadaten an den Nutzer greifen Anwendungen (wie z.b. Geodatenkatalog, PortalU etc.) über Katalogdienste auf die Metadaten zu. Entscheidend ist dabei immer, dass der Katalogdienst eine standardkonforme Anfrage versteht und eine standardkonforme Antwort an die anfragende Anwendung zurückgibt (siehe Kap ). Hinweis: Die in den folgenden Kapiteln genannten Kosten und Zeitaufwände sind nicht verbindlich. Sie ergeben sich aus Erfahrungen sowie Schätzungen der Verfasser und sollen einen Eindruck über Kosten und Zeitaufwand vermitteln Metadatenerfassung/ -haltung, Architektur: Aus den unter Kapitel 3.2 dargestellten Varianten können sich für die Erfassung und Haltung der Metadaten unterschiedliche Ansätze ergeben. Zu a. Zentrale Metadatenhaltung/Architektur Da die Daten von mehreren Stellen aus auf einer zentralen Datenbank gepflegt werden, ist eine Internetanwendung für die Pflege am sinnvollsten. Entsprechende Datenpflegeanwendungen können kostenfrei (Open Source) verfügbar sein, aber auch bis zu ca kosten. Je nach (vorhandener) Datenbankstruktur sind noch Anpassungsarbeiten notwendig, die zu zusätzlichen Kosten führen können. Einige professionelle Anwendungen bieten zur Erleichterung der Metadatenerfassung Schablonen (templates) für das Editieren mehrerer ähnlicher Datensätze an. Des weiteren enthalten sie ein automatisiertes Qualitätsmanagement und prüfen, ob die eingegebenen Dateninhalte mit dem ISO (Standard für Metadateninhalte) konform sind. Je nach Datenumfang (Anzahl 34

35 der Datenfelder) können entsprechende Profile erstellt werden, unter einem Profil wird in diesem Zusammenhang die individuelle Beschreibungstiefe verstanden, die sich u.a. aus unterschiedlichen fachlichen Sichten ergibt. Ein Mindestbestand an Metadatenfeldern wird durch die im ISO Standard beschriebene Kernmenge vorgegeben. Diese Kernmenge definiert eine gemeinsame Schnittmenge an Metadatenfeldern, die für alle fachlichen Sichten gilt. Ein Übertragen und Weiterbearbeiten der Metadaten aus GIS-Programmen sollte mit geringem Anpassungsaufwand ebenfalls unproblematisch sein. Zu b. Dezentrale Metadatenhaltung/Architektur: Für die dezentrale Metadatenerfassung bieten sich verschiedene Möglichkeiten an. Je nach Bedarf kann eine einfache Datenbankanwendung (z.b. MS Access) ausreichend sein, oder aber eine der unter a) genannten Inter/- Intranet Anwendungen verwendet werden. Organisatorisch sollte aber berücksichtigt werden, dass auch die einfache Datenhaltung standardkonform aufgebaut wird. 35

36 Abb. 11: Metadateneditor des Geodatenkatalogs im GeoPortal.Bund Datenbanksystem: In beiden Fällen (zentral, dezentral) ist die Auswahl der Datenbank natürlich abhängig von der Menge der zu haltenden Daten. Prinzipiell kann jede Datenbank verwendet werden. Allerdings haben die Katalogdienste durchaus unterschiedliche Anforderungen an die Datenbank. Der für den Geodatenkatalog 4 entwickelte Katalogdienst setzt eine relationale, SQL-fähige Datenbank voraus. Andere benötigen den Zugriff auf XML-Daten. Am häufigsten werden relationale Datenbanken verwendet (siehe Abb. 14). Die Tabellen 1 und 2 informieren über die Erfordernisse an die Hardware und Software, wie sie für die Metadatenerfassung/-haltung benötigt werden

37 Tab. 1: Hardware für die Metadatenerfassung und -haltung Hardware Anforderung Variante a) und b) Computer-Arbeitsplatz Mit HTML-Browser Datenbank Computer / Server Abhängig vom Datenaufkommen und Datenbankanforderungen zu dimensionieren Computer für die Anwendung Kann mit Datenbankrechner zusammengelegt sein alternativ dezentrale Ein Computer für die Für wenige Metadaten, Variante b) Anwendung und die Datenbank Datenpflege durch wenige Personen Hinweis: Bei hohen Zugriffszahlen wird eine einfache Datenbanklösung wie MS Access nicht performant genug sein. MS Access ist beim schreibenden Zugriff (Metadateneingabe) außerdem nicht multiuserfähig. Software Anforderung Variante a) und b) HTML-Browser Datenbank Abhängig von geplantem Katalogdienst, i.d.r. SQL-fähige, relationale Datenbank Metadaten-Pflege-Software; zusätzlich Metadaten-Recherche- Software Inter-/Intranet Anwendung incl. Internet Server, Internet-Applikationsserver oder andere Oberfläche (z.b. Access), Betriebssystem, ggf. Java. 37

38 Tab. 2: Software für die Metadatenerfassung und -haltung Der Aufwand und die Kosten für die Bereitstellung einer Metadatenerfassungs- und -haltungssoftware sind von vielen Faktoren abhängig. Zu nennen sind: Anzahl der Metadatensätze, Anzahl der zu füllenden Metadatenfelder, also der Umfang der Metainformation (gemäß ISO 19115: ca. 15 bis über 400 Felder), eingesetzte Datenbank, angestrebte Ausfallsicherheit und Performance, Aufwand für den Datenzugriff (z.b. in geschützte Bereiche des Netzwerks) sowie ggf. das Vorhandensein einer Meta-Datenbank (daraus ergeben sich Anpassungsarbeiten für die Metadaten-Erfassungssoftware). Kosten: Nach Einschätzung der Verfasser können die Hardwarekosten für die Metadatenerfassung/ -haltung zwischen ca und liegen. Die Softwarekosten können sich zwischen 0. (Open Source Produkte ohne Kosten, die für die eventuell notwendige Anwendungsentwicklung notwendig sind) und ca (z.b. Lizenzkosten für Oracle Datenbank und ein kommerzielles Metadatenerfassungstool) bewegen. Der Zeitaufwand (Personalkosten) ist vor allem davon abhängig, ob eine Eigenentwicklung in der Einrichtung vorgenommen oder ein externer Auftragnehmer mit der Realisierung der Metadatenerfassung/-haltung beauftragt wird. Er ist somit sehr schwer einzugrenzen und kann dementsprechend in Abhängigkeit aller genannten Faktoren von wenigen Tagen bis mehreren Monaten variieren Standardisierte Katalogdienste Catalogue Services Wie bereits in Kapitel 3.2 erläutert, dienen Katalogdienste als Schnittstelle zwischen Internet-Metadatenanwendungen zur Recherche und Metadatenbanken. Die Rechercheanwendung (siehe Abb. 12) fungiert in der Regel als so genannter Broker, der eine standardkonforme Anfrage über Inter-/Intranet auf einen oder mehrere Katalogdienste verteilt. Die Katalogdienste setzen die Anfrage in eine Datenbankabfrage um. Das Ergebnis aus der Datenbank wird wiederum in der Schnittstelle in eine standardkonforme Antwort umgewandelt und an die Rechercheanwendung zurückgesandt. 38

39 Das Format von Anfrage und Antwort entspricht den Spezifikationen des ISO Es handelt sich dabei um ein XML-Format. Die notwendigen Dateninhalte werden im ISO (Metadaten über Daten) und im ISO (Metadaten über Dienste) beschrieben. Die Kommunikation zwischen Katalogdiensten und Anwendungen ist im OGC CSW 2.0 Standard 5 beschrieben. Da alle genannten Standards noch Interpretationsspielräume zulassen, besteht das Risiko, dass im konkreten Anwendungsfall die angestrebte Interoperabilität zwischen den Metadatenbanken nicht funktioniert. Hier müssen die jeweiligen Akteure in fachlichen oder administrativen Netzwerken (z.b. GDI-DE) zusätzliche Vereinbarungen treffen und die jeweiligen Interpretationsspielräume der internationalen Standards durch Anwendungsprofile verringern. In Deutschland hat der Arbeitskreis Metadaten ein nationales Profil entwickelt, das inzwischen vom OGC als Empfehlung ISO 19115/19119 Application Profile for CSW 2.0, Version angenommen wurde. Dieses Anwendungsprofil wurde im Oktober 2005 für 1,5 Jahre von den Vertretern der meisten und größten Geodatenanbieter und Anwendungsentwickler in Deutschland als nationales DE-Profil verbindlich festgeschrieben. Auch das Lenkungsgremium GDI-DE aus Bund, Ländern und Kommunalen Spitzenverbänden empfiehlt die Implementierung des genannten Anwendungsprofils. Um Interoperabilität bzw. das reibungslose Funktionieren der Kommunikation zwischen verschiedenen Katalogdiensten und Metadatenanwendungen zu gewährleisten, empfiehlt die Geschäfts- und Koordinierungsstelle des IMAGI, die genannten Standards bzw. das genannte DE-Anwendungsprofil beim Einrichten eines Katalogdienstes zu berücksichtigen. Weitere Informationen sind unter und auf der Webseite des GeoPortal.Bund dokumentiert. Kosten: Entsprechende Katalogdienstsoftware ist zwischen 0. (Open Source) und ca erhältlich. Oft ist die Kombination von Katalogdienst und Metadatenpflegeanwendung in der Anschaffung deutlich günstiger. Die Angaben sind naturgemäß etwas unscharf; im Einzelfall ist bei den Anbietern insbesondere zu erfragen, ob arbeitsplatzbezogene Lizenzkosten anfallen