Fachhochschule Wiesbaden Fachbereich Informatik. Diplomarbeit Zur Erlangung des akademischen Grades Diplom-Informatiker/in(FH)

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1 Fachhochschule Wiesbaden Fachbereich Informatik Diplomarbeit Zur Erlangung des akademischen Grades Diplom-Informatiker/in(FH) Entwicklung und Implementierung webbasierter Techniken für die kartografische Darstellung und Auswertung von Statistikdaten auf der Basis des Scalable-Vector- Graphics-Formates (SVG) vorgelegt von am 12. Oktober 2004 Frank Hellwig Referent: Korreferent: Prof. Dr. Linn Dr. Martin Szibalski

2 Eidesstattliche Erklärung Hiermit versichere ich, dass ich die vorliegende Diplomarbeit selbständig und unter Verwendung der angegebenen Hilfsmittel und Literaturquellen verfasst habe. Frank Hellwig Wiesbaden, 12. Oktober 2004

3 Verbreitungsformen Hiermit erkläre ich mein Einverständnis mit den im Folgenden ausgeführten Verbreitungsformen dieser Diplomarbeit Verbreitungsform Ja Nein Einstellung der Arbeit in die Bibliothek der FHW Veröffentlichung des Titels der Arbeit im Internet Veröffentlichung der Arbeit im Internet X X X Frank Hellwig Wiesbaden, 12. Oktober 2004

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5 Vorwort An dieser Stelle möchte ich mich bei allen Personen bedanken, die mich bei der Erstellung dieser Arbeit unterstützt haben. Ein besonderer Dank gilt meinem Korreferenten Herrn Dr. Martin Szibalski, der mit sehr viel Engagement, guten Ideen und unermüdlichem Einsatz meine Diplomarbeit betreut hat. Ebenfalls bedanken möchte ich mich bei meinem Referenten Herrn Prof. Dr. Linn, der stets für mich ansprechbar war und mir die Freiheit gelassen hat, die Arbeit nach eigenen Vorstellungen zu entwickeln. Bedanken möchte ich mich auch bei allen Mitarbeitern des Statistischen Bundesamtes, besonders denen der Gruppen IID und IC, die mit Ihrer Arbeit zum gelingen des Projektes Online-Atlas beigetragen haben. Großer Dank gebührt auch meiner Freundin Michaela Blaudow, die während des letzten halben Jahres auf viel gemeinsame Zeit verzichten musste und stets ein offenes Ohr für mich hatte.

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7 Inhaltsverzeichnis I Inhaltsverzeichnis Seite Inhaltsverzeichnis...I Abbildungsverzeichnis...VI Tabellenverzeichnis... VII Kapitel 1 Einleitung Hintergrund Zielsetzung der Arbeit Aufteilung der Arbeit... 2 Kapitel 2 Technische und fachliche Grundlagen Client-Server-Technologie Thematische Karten im World Wide Web Rasterformate Vektorformate Extensible Markup Language (XML) XML Linking Language (XLink) XML-Namensräume (XML-NS) Dokumententypdefinition (DTD) HTML Hypertext Markup Language Scalable Vector Graphics (SVG) Aufbau einer SVG-Datei Koordinatensysteme Basis-Elemente Rechtecke, Kreise, Ellipsen Pfade Text... 17

8 II Inhaltsverzeichnis Elemente gruppieren Transformationen Symbole Einbinden von externen Grafiken Styling Präsentations-Attribute Style-Vorschrift Cascading Style Sheets (CSS) Farbverläufe Filter und Effekte Document Object Model (DOM) Interaktion mit dem Nutzer GUI-Elemente in HTML GUI-Elemente in SVG Event-Modell in SVG Grundlagen der clientseitigen Skriptierung Datenbanken Relationales Datenbankmodell Terminologie Normalisierung MySQL Webserver Hypertext Preprozessor (PHP) PHP als Bindeglied zu Statistikdaten und Metainformationen PEAR-DB Reduktion der Ladezeiten durch Komprimierung Begriffe der amtlichen Statistik und Klassifizierungsmethoden Klasseneinteilung Gleiche Häufigkeiten Gleiche Wertespannen Landkreise und kreisfreie Städte...38 Kapitel 3 Anforderungsanalyse Anforderungskatalog an den Client aus Nutzersicht Anforderungskatalog an den Client aus Anbietersicht Anforderungskatalog an den Server aus Nutzersicht...41

9 Inhaltsverzeichnis III 3.4 Anforderungskatalog an den Server aus Sicht des Anbieters Kapitel 4 Diskussion der Möglichkeiten für die Realisierung Einleitung Bestandteile der Anwendung Der Server Der Client Marktsituation SVG Viewer und Plugins Das SVG-Plugin von Adobe Browser Visualisierung statistischer Daten über eine thematische Karte Komplett serverseitige Generierung Einbetten aller relevanten Daten in clientseitige Skripte Dynamische Bereitstellung von Statistikdaten getrennt von den Geometrien Versorgung des Clients mit Statistikdaten Popup-Fenster Active-X Skript-Engine des Adobe SVG-Plugins Die Karte mit dem Client verbinden Karte in den Client einbinden Karte und Client gemeinsam in ein HTML-Dokument einbinden Laden der Karte nach Start des Clients Darstellung der Statistikdaten durch Angabe der Werte Graphical User Interface, Usability HTML GUI-Elemente Dynamic Scalable Vector Graphics GUI-Elemente zeichnen GUI-Elemente dynamisch über Skripting erzeugen Auswahl verschiedener Statistiken über unterschiedliche Jahre Wahl unterschiedlicher Klassifizierungen Visualisierung von Zusatzinformationen in Diagrammform Diagramm der Werteverteilung Navigation innerhalb der Karte inklusive der Möglichkeit zu zoomen Server, Client und Datenbank - das Rückrat der Anwendung... 63

10 IV Inhaltsverzeichnis Kapitel 5 Beschreibung der Implementierung Einleitung Erstellen der Karte Start der Anwendung Initiierung Laden der Karte Erstmaliges Laden von Statistikdaten Weiterer Ablauf User-Interface Combo-Boxen mit dynamischen Abhängigkeiten Karteikasten Automatisch umbrechender Text Dynamische Radio-Button-Funktion Einfärbung Klassifizierungsmethoden Klasseneinstellungen fixieren Eingabefelder Diagramm der Werteverteilung Diagramme für Detail- und Zusatzinformationen Navigation Klassifikation der Statistiken Datenbankmodell Füllen der Datenbank Dynamische Erläuterungstexte Offline-Version...87 Kapitel 6 Erfüllungsstand der Anforderungen Anforderungskatalog an den Client aus Nutzersicht Anforderungskatalog an den Client aus Anbietersicht Anforderungskatalog an den Server aus Nutzersicht Anforderungskatalog an den Server aus Sicht des Anbieters...94 Kapitel 7 Funktionstests Funktionstests unter Windows...97

11 Inhaltsverzeichnis V 7.2 Funktionstests unter Linux Funktionstests unter MacOS Abfangen von Fehlern Kapitel 8 Ausblick Erweiterung im Programmdesign Erweiterte Funktionalität Die neue Spezifikation 1.2 im Überblick SVG und XAML Fazit Kapitel 9 Bewertung von SVG Entwicklungsumgebungen SVG als Nutzerschnittstelle SVG als Grafikformat für thematische Karten SVG in datenbankgestützten Anwendungen Open-Source Kapitel 10 Zusammenfassung Literaturverzeichnis Weblinklinkverzeichnis

12 VI Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Seite Abbildung 1: Koordinatensystem von SVG...14 Abbildung 2: Client-Server Anwendung nach erweiterter Three-Tier Architektur...43 Abbildung 3: Zugriff auf XML-Daten...52 Abbildung 4: Detaillierte Darstellung des Grunddesigns...65 Abbildung 5: Start der Anwendung in sequentieller Form...68 Abbildung 6: Screenshot der Anwendung...72 Abbildung 7: Combo-Box...73 Abbildung 8: Automatisch umbrechender Text...76 Abbildung 9: Auswahl...77 Abbildung 10: Eingabefelder...79 Abbildung 11: Diagramm der Werteverteilung...80 Abbildung 12: Darstellung von Detaildaten...81 Abbildung 13: Navigation...82 Abbildung 14: Datenbankrelationen mit refenzieller Integrität...85

13 Tabellenverzeichnis VII Tabellenverzeichnis Seite Tabelle 1: Populäre Rasterformate... 6 Tabelle 2: Populäre Vektorformate... 8 Tabelle 3: Gängige Style-Attribute Tabelle 4: Event-Attribute Tabelle 5: Proprietäre Event-Handler von Adobe Tabelle 6: Von PEAR-DB unterstützte Datenbanken Tabelle 7: SVG-Implementierungen Tabelle 8: Die europäische Browserverteilung für Januar - April 2004 in Prozent Tabelle 9: Einige angepasste Punkte des Avenue-Scripts "shp2svg" Tabelle 10: Neue Funktionalitäten der SelectionLists Tabelle 11: Klassifikationscode für das Sachgebiet Tabelle 12: Klassifikationscode für den Berichtszeitpunkt /-raum Tabelle 13: Funktionstest unter Windows XP Tabelle 14: Funktionstests unter Linux Tabelle 15: Funktionstests unter MacOS Tabelle 16: Fehlermeldungen... 99

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15 Kapitel 1 Einleitung 1 Kapitel 1 Einleitung 1.1 Hintergrund Das Statistische Bundesamt ist im Verbund mit den Statistischen Ämtern der Länder die zentrale Instanz in der amtlichen Statistik Deutschlands. Statistische Daten werden aufgrund gesetzlicher Vorschriften erhoben, ausgewertet und veröffentlicht. Die amtliche Statistik liefert mit ihren Daten den Medien, der Politik und anderen interessierten Nutzern eine Grundlage für strategische Entscheidungen und die Analyse gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Prozesse in Deutschland und Europa, ohne selbst diese Daten zu interpretieren. Anders als beispielsweise bei privaten Meinungsforschungsinstituten basiert jede Statistik auf einer gesetzlichen Grundlage. Für Befragte, wie z.b. Privatpersonen, existiert neben den freiwilligen Erhebungen ein breites Spektrum an Erhebungen mit Auskunftspflicht. Dabei werden neben Privatpersonen insbesondere Firmen und andere Behörden zur Datengewinnung herangezogen. Einzelne statistische Daten werden in der Regel kostenfrei zugänglich gemacht. Komplexe Zusammenstellungen, wie beispielsweise der Atlas zur Regionalstatistik [L7] oder etliche Angebote aus der Datenbank Genesis-Online [W1], werden kostenpflichtig vertrieben. Statistikdaten werden in der Regel in tabellarischer Form vertrieben. Diese Art der Darstellung ist von großem Vorteil bezüglich der Genauigkeit und Einheitlichkeit des Layouts. Aufgrund dieser eher trockenen Darstellung wird allerdings meist nur ein gezieltes Fachpublikum angesprochen. Eingesetzte Online-Lösungen für die Bereitstellung amtlicher Statistikdaten sind zurzeit entweder in ihrer Datenmenge begrenzt oder nur unzureichend visualisiert.

16 2 Kapitel 1 Einleitung 1.2 Zielsetzung der Arbeit Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll, angelehnt an das Druckwerk Atlas zur Regionalstatistik [L7], ein zeitgemäßes, interaktives Onlineprodukt zum Abruf im World Wide Web entstehen, im weiteren Verlauf Online-Atlas genannt. Dabei soll eine Vielzahl statistischer Daten optisch ansprechend visualisiert und im Rahmen der Kundenorientierung ein breiterer Kundenkreis erreicht werden. Dieser Online-Atlas entsteht im Rahmen des föderalen Verbundes der Statistischen Ämter des Bundes und der Länder. Es soll aufgrund der Konzeption als kostenfreies Produkt nicht in direkte Konkurrenz zu bestehenden kostenpflichtigen Produkten gestellt werden. Aufgrund dieser Vorgabe wird die Anzahl abrufbarer Erhebungen zwar breit gefächert sein, allerdings nicht den vollen Umfang des Gesamtkataloges verfügbarer Statistiken [W2] erreichen. Da es sich bei der Darstellung der Daten um thematische Karten handeln soll, werden nur Daten auswählbar sein, die sinnvoll über eingefärbte Flächen einer Kartengeometrie (Landkreise und kreisfreie Städte) dargestellt werden können. Dies sind insbesondere Daten, die einen eigenen Flächenbezug haben oder Absolutwerte, die nicht direkt abhängig von der Flächengröße sind. Ansonsten wäre eine Fehlinterpretation der Statistikdaten nicht auszuschließen. Die Auswahl der kartografisch darzustellenden Daten erfolgt auch im Hinblick darauf, dass es sich bei dem anvisierten Nutzerkreis um interessierte Laien handelt. Darüber hinaus werden Analysefunktionen nur in eingeschränktem Maße implementiert. Vielmehr liegt der Fokus auf einer hohen Aktualität der Daten, der leichten Bedienbarkeit sowie der leicht zu erfassenden Visualisierung. Diese Diplomarbeit geht in ihrer Gesamtheit über das Projekt Online-Atlas der Regionalstatistik hinaus. Deshalb kann das Produkt als grundsätzliches Visualisierungswerkzeug für kartographisch darstellbare Daten betrachtet werden. Durch Trennung von Karte, Nutzer-Schnittstelle, Logik und Daten kann der Online- Atlas als eine von vielen denkbaren Anwendungen abgeleitet werden. Die erstellte Anwendung kann also auch genutzt werden, um Statistikdaten mit anderen Karten und Datenmengen zu visualisieren. 1.3 Aufteilung der Arbeit Die nachfolgende Arbeit unterteilt sich in insgesamt zehn Kapitel. Im Kapitel 2 Technische und fachliche Grundlagen werden die notwendigen technischen

17 Kapitel 1 Einleitung 3 Grundlagen vorgestellt, die zur Entwicklung des Online-Atlasses notwendig sind. Dabei nimmt die Vorstellung des Scalable Vector Graphics Formates (SVG) einen breiteren Raum ein. Das Kapitel 3 Anforderungsanalyse definiert die an den Online-Atlas gestellten Anforderungen aus Sicht des Nutzers und aus Sicht des Anbieters. Kapitel 4 Diskussion der Möglichkeiten für die Realisierung wird detailliert auf die einzelnen Technologien und die Untersuchung ihrer Eignung zur Umsetzung des Online-Atlasses eingegangen. Kapitel 5 Beschreibung der Implementierung erläutert die wichtigsten Aspekte der Implementierung und geht auf Besonderheiten bei der Umsetzung ein. Im Kapitel 6 Erfüllen der Anforderungen werden die Anforderungen aus Kapitel 3 Anforderungsanalyse bezüglich Ihrer Erfüllung nochmals aufgegriffen. Danach gibt das Kapitel 7 Funktionstests einen Überblick über stattgefundene Tests der Funktionalitäten unter unterschiedlichen Bedingungen. Daraufhin gewährt Kapitel 8 Ausblick einen Blick auf die möglichen Entwicklungen der nächsten Monate. Im Kapitel 9 Bewertung von SVG 1.1 wird die Eignung von SVG als Werkzeug für die Visualisierung von Statistikdaten und als Nutzerschnittstelle gesondert betrachtet. Das Kapitel 10 Zusammenfassung fasst die gewonnenen Erkenntnisse zusammen und vermittelt einen Überblick über die entstandene Anwendung Online-Atlas. Verweise innerhalb des Textes sind unterschiedlich formatiert. So werden Verweise zu eigenen Kapiteln, Abbildungen oder Tabellen im fließenden Text benannt oder in runden Klammern angegeben. Verweise zu weiterführender Literatur oder im Falle von Zitaten werden in eckigen Klammern dargestellt. Innerhalb dieser Klammern wird der Buchstabe L, als Synonym für Literatur, und eine Nummer, die zu der entsprechenden Literaturangabe im Literaturverzeichnis führt, angegeben. Alle Verweise zu Webseiten, aus denen nicht zitiert wird, werden ebenfalls mit einer eckigen Klammer dargestellt, wobei der Nummerierung der Buchstabe W, für Weblink, vorangestellt wird.

18 4 Kapitel 1 Einleitung

19 Kapitel 2 Technische und fachliche Grundlagen 5 Kapitel 2 Technische und fachliche Grundlagen 2.1 Client-Server-Technologie Grundlage jeder webbasierten Anwendung ist die Client-Server-Technologie im Sinne der klassischen Zwei-Schichten-Architektur. Der Server besteht aus einem Webserver und den entwickelten Server-Anwendungen, der Client aus einem Browser und der entwickelten Client-Anwendung. Dabei arbeiten ein oder mehrere Server die Anfragen des Clients ab und liefern die gewünschten Seiten und Inhalte. Trennt man auf der Seite des Clients die Darstellungsebene von der Programmebene, kann man auch von einer Three-Tier-Anwendung im Sinne von [L5] sprechen. Der Online-Atlas soll über das Internet, genauer über das World Wide Web (WWW), abrufbar sein. Als Protokoll wird im Internet TCP/IP verwendet. Das WWW ist heute der Inbegriff des Internets schlechthin. Dabei ist es interessant zu wissen, dass das WWW neben FTP, und Telnet nur ein Dienst im Internet ist [L34]. 2.2 Thematische Karten im World Wide Web Basis einer digitalen thematischen Karte ist die Kartengeometrie. Diese kann entweder in einem Raster- oder Vektorformat vorliegen. Die Areale der Kartengeometrie können z.b. eine administrative Gliederung des Gebietes darstellen. Im Fall des Online-Atlasses wird die Karte der Bundesrepublik Deutschland in 439 Kreise und kreisfreie Städte unterteilt. Nachfolgend werden verschiedene mögliche Dateiformate für eine solche Karte dargestellt.

20 6 Kapitel 2 Technische und fachliche Grundlagen Rasterformate Bei Rasterformaten handelt es sich nach [L21] um Bilder, die aus einer Anhäufung von Punkten bestehen. Jeder Punkt hat eine Positionszuweisung in einem Koordinatensystem. Diese Punkte werden Picture Elements kurz Pixel genannt, wobei mehrere in einer Matrix angeordnete Pixel eine Rastergrafik ergeben. Nachfolgend ein kurzer Überblick über die populärsten Rasterformate (Tabelle 1): Tabelle 1: Populäre Rasterformate Format BMP GIF JPEG JFIF PNG TIF Kurzbeschreibung Das BMP-Grafikformat wird ausschließlich von Microsoft Windows als so genanntes "Device-Independant-Bitmap (DIB)" Format verwendet. Es kann komprimierte und unkomprimierte Bildinformationen speichern. BMP-Dateien können sowohl Palettenorientierte- als auch RGB-Bildinformationen aufnehmen [L26]. GIF steht für graphics interchange format und wurde von der Firma CompuServe entwickelt. Grafiken im GIF-Format können mit verschiedenen Farbtiefen abgespeichert werden, wobei jedoch maximal acht Bit pro Pixel und damit maximal 256 Farben verwendet werden können. Daraus ergibt sich, dass Grafiken im GIF-Format sich nicht für fotorealistische Ausgaben eignen, sondern eher für einfachere Grafiken wie Diagramme oder Logos. Es wird Transparenz und Interlacing unterstützt. Einzelne GIF-Dateien lassen sich zu animated GIFs zusammensetzten, wodurch sie als Bildsequenz abspielbar sind [L39]. JPEG steht für joint photographic expert group und bezeichnet die Gruppe, die dieses Format, beziehungsweise den zugehörigen Komprimierungsalgorithmus, nach ISO-Standard entwickelt hat. Das eigentliche Format ist das JPEG File Interchange Format (JFIF). Es ist für fotorealistische Darstellungen in 24 Bit Farbtiefe, was 16,7 Millionen Farben entspricht, ausgelegt [L54]. PNG steht für Portable Network Graphics. Es stellt einen lizenzfreien Ersatz für das GIF-Format dar. Darüber hinaus stellt es Grafiken bis zu einer Farbtiefe von 16 Bit je Farbkanal, also 48 Bit für das gesamt Bild, dar [L55]. Das tagged image format wurde von der Firma Aldus entwickelt und später von Adobe erworben. Es ist maschinenunabhängig und in der Lage RGB und CMYK Farbwerte zu speichern. Darüber hinaus können mehrere Versionen des gleichen Bildes in einer Datei abgelegt werden [L4]. Gängige Rasterformate können vom Browser direkt dargestellt werden und bedürfen daher keines speziellen Plugins. Die Datenmenge eines Rasterformats hängt von den Exporteinstellungen des Bearbeitungswerkzeuges ab. Sie ist im Vergleich zu Vektorformaten in der Regel erheblich höher. Für den Speicherbedarf sind nach [L35] drei Faktoren entscheidend:

21 Kapitel 2 Technische und fachliche Grundlagen 7 (1) Die Anzahl der Bildpunkte in horizontaler Richtung (2) Ihre Anzahl in vertikaler Richtung (3) Die Farbe der einzelnen Pixel Meist ist die hohe Anzahl von Bildpunkten ursächlich für einen hohen Speicherbedarf. Dies ist bei zoombaren Karten auch nötig, da sich sonst die Darstellungsqualität verschlechtert. Interaktivität ist in Rasterdatenformaten nur sehr bedingt realisierbar, da eine zusammenhängende Geometrie als solche nicht erkannt wird. Animationen sind durch die Verwendung von animierten GIF-Dateien grundsätzlich realisierbar. Allerdings steigen bei komplexen Animationen die damit verbundenen Ladezeiten erheblich, da jeder Animationsschritt als Einzelbild vorliegen muss. Neben den in Tabelle 1 vorgestellten Bildformaten werden in so genannten Geografischen Informationssystemen (GIS) auch spezielle Rasterformate verarbeitet und für raumbezogene Analysen genutzt, die sich jedoch für die direkte Darstellung im Internet nur sehr begrenzt eignen und z.b. mit der SVG-Technologie nicht kombinierbar sind Vektorformate Bei Vektorformaten werden nach [L35] nicht einfach alle Bildpunkte aufgezeichnet, sondern Bildelemente beschrieben. Diese Datein bestehen also aus Informationen über die anzuzeigende Grafik. So wird eine Linie durch einen Anfangs- und einen Endpunkt beschrieben. Linien, die ein geschlossenes Polygon bilden, definieren eine Fläche. Die Strecke zwischen diesen Punkten wird von Programmen, beispielsweise dem Browser, Grafikprogramm oder Viewer, errechnet und zur Anzeige gebracht. Der große Vorteil von Vektorformaten liegt darin, dass sie ohne Qualitätsverlust unter anderem vergrößert oder gedreht werden können. Zudem können nur bei Vektorformaten die einzelnen Objekte eindeutig identifiziert und manipuliert werden [L35]. Vektorformate können Rasterbilder beinhalten und diese mit Vektorinformationen kombinieren, wobei für den Rasterbildteil die üblichen Einschränkungen der Rasterformate, besonders bezüglich der Möglichkeit auf qualitativ hohem Niveau in die Grafik zu zoomen, gelten. Für Web-Anwendungen

22 8 Kapitel 2 Technische und fachliche Grundlagen setzten sich, gerade im Geoinformationssektor, zusehends Vektorformate, welche mit Rasterdaten angereichert sind, durch. (Tabelle 2) Tabelle 2: Populäre Vektorformate Format CGM PS SVG SWF WMF Kurzbeschreibung CGM steht für Computer Graphics Metafile. Dabei handelt es sich um einen international gültigen Standard [L19]. PostScript (PS) ist eine Seitenbeschreibungssprache, die 1985 von der Firma Adobe entwickelt wurde. PostScript-Dateien sind reine ASCII-Dateien 1 und lassen sich daher mit einem Editor jederzeit erzeugen oder modifizieren, obwohl dies im Allgemeinen ein Grafikprogramm übernimmt [L3]. SVG steht für Scalable Vector Graphics. Es ist eine universelle, textorientierte, XML basierte Auszeichnungssprache. SVG wurde vom W3C standardisiert. Zur Darstellung wird in der Regel ein Plugin benötigt. SVG beherrscht RGB- Farbwerte, Transparenzen und Animationen [L40]. SWF steht für SchockWave Flash und beruht auf der Entwicklung von Jonathan Gay aus dem Jahre Mittlerweile wird Flash von Macromedia vertrieben. Wie SVG benötigt auch Flash ein Viewer oder Plugin. Es ist im Gegensatz zu SVG allerdings ein binäres Filmformat. Es existiert eine sehr umfassende Entwicklungsumgebung, um auch sehr anspruchsvolle mit Video und Ton versehende Animationen zu entwickeln [L25]. Das Windows-Meta-File-Format wird in der Regel nur von Windows selbst oder seinen Programmen genutzt. Die Dateien liegen binär vor [L28]. 2.3 Extensible Markup Language (XML) XML [L58], die Extensible Markup Language, wurde 1998 als ein weit reichendes Subset der Standard Generalized Markup Language (SGML) [L61] geschaffen, das speziell für die Anforderungen in Netzwerken, wie z.b. dem Internet, entwickelt wurde. Mittlerweile liegt XML in der Version 1.1 als Recommendation vor [L59]. Es verfügt über die Fähigkeit, Informationen strukturiert in einem systemunabhängigen Format zu modellieren und ist deshalb für den Datenaustausch in solchen Netzwerken besonders geeignet [L6]. 1 7-Bit-Zeichensatz, der von praktisch jedem Computerhersteller unterstützt wird, um Buchstaben, Zahlen und Sonderzeichen darzustellen. Standardisiert von ANSI (American National Standart Institute).

23 Kapitel 2 Technische und fachliche Grundlagen XML Linking Language (XLink) Die XML Linking Language, kurz XLink genannt, passt die aus HTML bekannten Link-Verfahren auf XML an. XLink stellt per Namensraumkonvention (vgl. Kap XML-Namensräume (XML-NS) ) spezielle globale Attribute zur Verfügung. Mittels dieser Attribute kann jedes Element eines XML-Dokuments Ausgangspunkt eines Links werden [L68]. Ein XLink ist damit eine explizite Beziehung zwischen Ressourcen oder Teilen von Ressourcen. Der Begriff Ressource hat im World Wide Web eine universelle Bedeutung. Wie in [L18] beschrieben, ist eine Ressource eine adressierbare Informations- oder Diensteinheit. Ressourcen sind z.b. Dateien, Bilder, Dokumente, Programme und Anfrageergebnisse. Mittel zur Adressierung einer Ressource ist eine Uniform Resource Identifier Reference (URI-Referenz). Das Attribut, welches die Information liefert, mit der eine XLink-Anwendung eine entfernte Ressource finden kann, heißt href. Das folgende Beispiel zeigt einen einfachen XLink vom Typ Verweis : <doc xmlns:xlink=" <para xlink:type="simple" xlink:href= " Hier finden Sie weitere Informationen. </para> </doc> Es ist auch möglich einen Teil einer Ressource zu adressieren. Wenn es sich bei der gesamten Ressource z.b. um ein XML-Dokument handelt, könnte der nützliche Teil dieser Ressource ein bestimmtes Element innerhalb des Dokuments sein [L65]. Auf diese Weise können nicht nur Links zu Elementen erstellt werden, sondern auch Elemente in das eigene Dokument einbezogen und wieder verwendet werden. Ressourcen sind in der Regel externe Dokumente. Es können aber auch lokale, dokumentinterne Ressourcen angegeben werden XML-Namensräume (XML-NS) XML-Namensräume bzw. XML-Namespaces bieten eine einfache Möglichkeit, um Element- und Attributnamen, die in XML-Dokumenten verwendet werden können, eindeutig zu benennen. Die Element- und Attributnamen werden mit Namensräumen verknüpft, die durch eine URI-Referenz identifiziert werden. Mit XML-

24 10 Kapitel 2 Technische und fachliche Grundlagen Namensräumen werden Kollisionen von gleichen Elementnamen verhindert, indem ihnen ihr Namensraum, mit einem Doppelpunkt versehen, vorangestellt wird. Die Namensraum-Deklaration gilt für das Element, in dem sie angegeben ist, und für alle Elemente im Inhalt dieses Elements, es sei denn, sie wird durch eine andere Namensraum-Deklaration überschrieben [L62]. Mehrere Namensraum-Präfixe können als Attribute eines einzelnen Elements deklariert werden, wie in diesem Beispiel beschrieben: <?xml version="1.0"?> <!-- beide Namensraum-Präfixe sind durchgängig verfügbar --> <bk:book xmlns:bk='urn:loc.gov:books' xmlns:isbn='urn:isbn: '> <bk:title>cheaper by the Dozen</bk:title> <isbn:number> </isbn:number> </bk:book> Dokumententypdefinition (DTD) Eine DTD ist eine Definition für die Auszeichnungen eines XML-Dokuments, die neben den Tags bzw. Elementen auch deren Interpretation enthält. XML ist die Basis vieler bekannter Auszeichnungssprachen wie XHTML, MathML, XForms oder SVG. Erst durch die DTD wird aus XML eine XML-Applikation, also beispielsweise eine neue Auszeichnungssprache. Eine DTD begrenzt und spezifiziert daher die Möglichkeiten. Es kann auch eine eigene DTD erstellt werden, um eine eigene XML-Applikation zu spezifizieren. Dies ist beispielsweise beim Datenaustausch zwischen eigenen Anwendungen hilfreich. XML-Dokumente können ihre DTD in sich oder einen Verweis auf eine externe DTD enthalten [L23]. Ein XML-Dokument gilt als well-formed oder wohlgeformt, wenn die Syntax im Sinne der XML-Spezifikation aufgebaut ist. Das bedeutet unter anderem, dass alle Elemente korrekt verschachtelt und geschlossen sind. Valid oder gültig ist ein XML- Dokument, wenn es zusätzlich konsistent mit der deklarierten DTD ist, also beispielsweise alle genutzten Elemente und Attribute korrekt geschrieben sind [L69]. 2.4 HTML Hypertext Markup Language Die am weitesten verbreitete Auszeichnungssprache für Web-Anwendungen ist HTML [L60], bzw. XHTML [L64], eine Neuformulierung von HTML als eine

25 Kapitel 2 Technische und fachliche Grundlagen 11 XML-Applikation. Aus Gründen, die im Laufe dieser Arbeit diskutiert werden, wird im Rahmen des Projektes Online-Atlas auf die Verwendung von HTML verzichtet. Daher soll hier nicht weiter darauf eingegangen werden. 2.5 Scalable Vector Graphics (SVG) Die im Rahmen dieser Arbeit erstellte Anwendung soll mit SVG realisiert werden, um das vorgegebene Anforderungsprofil erfüllen zu können. Sie ist also nicht eine Anwendung um die vielfältigen Möglichkeiten von SVG zu demonstrieren. Aus diesem Grund wird auf eine vollständige Beschreibung von SVG verzichtet und stattdessen nur eine allgemeine Einführung in SVG gegeben, sowie weitestgehend nur die auch tatsächlich genutzte Technik vorgestellt. Das Kürzel SVG steht für Scalable Vector Graphics und verweist schon hier auf das Ziel, skalierbare Grafiken auf der Basis von Vektoren darstellen zu können. SVG ist nicht einfach ein weiteres Dateiformat für Grafiken. Vielmehr ist SVG eine XML- Applikation, also eine von XML abgeleitete textorientierte Auszeichnungssprache, um zweidimensionale, skalierbare Grafiken zu beschreiben. Dabei können sowohl einfache kleine Grafiken als auch komplexe Gebilde erstellt werden. Umfangreiche Animationen sind ebenfalls möglich. Da es sich um ASCII-Dateien handelt, kann man SVG-Dateien ohne weiteres mit einem normalen Editor laden und bearbeiten. Die erste Version 1.0 wurde am 4. September 2001 vom World Wide Web Consortium (W3C) als offizieller Standard verabschiedet. Die zurzeit aktuelle Version 1.1 [L40] existiert seit dem 14. Januar Die nächste Aktualisierung ist bereits weit fortgeschritten aber noch nicht verabschiedet (vgl. Kap. 8.3 Die neue Spezifikation 1.2 im Überblick ). SVG-Dateien können in jeder Auflösung mit bester Qualität ausgedruckt werden, sie werden nach [L22] niemals pixelig. Um SVG-Grafiken in einem Browser anzeigen zu können, wird ein Viewer als Plugin benötigt, falls der Browser die Darstellung von SVG nicht nativ beherrscht. Daneben gibt es auch eigenständige Produkte, die SVG-Dateien anzeigen, wie sie in Kapitel SVG Viewer und Plugins kurz beschrieben werden. SVG ist kompatibel mit den folgenden Technologien: