Konzeption und Entwicklung eines komponentenbasierten Frameworks für die automatische Generierung von Kartendiensten

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1 Konzeption und Entwicklung eines komponentenbasierten Frameworks für die automatische Generierung von Kartendiensten Bachelor Thesis WS 2004/2005 von Michael Neppl Mat. Nr Fachhochschule Karlsruhe University of Applied Sciences Fachbereich Informatik Betreuer: Prof. Dr. Dirk Hoffmann Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg

2 Erklärung Hiermit versichere ich, dass ich die vorliegende Arbeit selbständig und ohne unerlaubte fremde Hilfe verfasst habe, und dass alle wörtlich oder sinngemäß aus Veröffentlichungen entnommenen Stellen dieser Arbeit unter Quellenangabe einzeln kenntlich gemacht sind. Karlsruhe, den Michael Neppl Danksagung: An dieser Stelle möchte ich mich bei Herrn Prof. Dr. Dirk Hoffmann für die Betreuung dieser Arbeit bedanken. Bedanken möchte ich mich auch bei Herrn Biologiedirektor M. Müller, Dipl.-Ing. (FH) W. Schillinger, und allen weiteren Mitarbeitern der LfU und der Firma AHK für die fachliche und technische Betreuung. Ein Dankeschön auch an Peter Meier, Diana Szczes und Frank Eberspächer für das ausdauernde Korrekturlesen. Ganz besonderen Dank gilt meiner Familie, die mich während meiner Studienzeit unterstützt hat. Michael Neppl, Karlsruhe, den

3 Inhaltsverzeichnis: 1 EINLEITUNG ÜBERBLICK UND AUFGABENSTELLUNG VORGEHENSWEISE GEOGRAPHISCHE INFORMATIONSSYSTEME (GIS) GRUNDLAGEN DEFINITION DES BEGRIFFS GEOGRAPHISCHE INFORMATIONSSYSTEME GIS IM INTRANET UND INTERNET ORGANISATION DER GEO-DATEN DAS UMWELTINFORMATIONSSYSTEM BADEN-WÜRTTEMBERG (UIS) DAS RÄUMLICHE INFORMATIONS- UND PLANUNGSSYSTEM (RIPS) TECHNIKEN IM INTERNET BENUTZERSCHNITTSTELLEN EINES KARTENDIENSTES ZIELSETZUNG DIESER AUSARBEITUNG ANFORDERUNGEN MÖGLICHKEITEN ENTSCHEIDUNG ANALYSIEREN DER KARTENDIENSTE KARTENDIENSTE AUS DEM OPENSOURCE BEREICH UMN MapServer MapIt! degree MapBender VORHANDENE KARTENDIENSTE DER LFU Kartendienste mit ArcIMS TESTPHASE DES ARCGIS SERVERS DER FIRMA ESRI FAZIT EINFÜHRUNG ARCGIS SERVER DER FIRMA ESRI INSTALLATION UND KONFIGURATION DES ARCGIS SERVER

4 6.2 ARCGIS SERVER UND XML DIE OGC WMS SPEZIFIKATION PROGRAMMIERUNG MIT DEM ARCGIS SERVER ENTWICKLUNGSUMGEBUNG VISUAL STUDIO.NET NET in einem Satz ARCGIS SERVER APPLICATION DEVELOPER FRAMEWORK ESRI.ArcGIS.Servers Namespace ESRI.ArcGIS.Server.WebControls Namespace ESRI.ArcGIS.Server.WebControls.Design Namespace ESRI.ArcGIS.Server.WebControls.Tools Namespace PROGRAMMIERUNG DER TEMPLATES ENTWURF EINER WEBSEITE VERWENDUNG DER MAP CONTROL OBJECTS ENTWURF NEUER KOMPONENTEN Programmierung eines User Controls Einbindung eines User Controls Erweitern des Toolbar-Menus WEBSERVICES UNTER.NET Beispiel: TerraServer ein öffentlicher Webservice von Microsoft JAVASCRIPT Tooltip Bounding-Box ZUSAMMENFASSUNG ZUSAMMENFASSUNG ERGEBNIS AUSBLICK REFERENZEN LINKS ZUM THEMA ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS TABELLENVERZEICHNIS

5 13 ABBILDUNGSVERZEICHNIS ANHANG CLASS DIAGRAM KEY VON ESRI - TEIL CLASS DIAGRAM KEY VON ESRI - TEIL

6 1 Einleitung Das informationstechnische Zentrum (ITZ) der Landesanstalt für Umweltschutz (LfU) in Karlsruhe ist für die Erfassung, Speicherung und Bereitstellung sämtlicher umweltrelevanter und geobezogener Daten innerhalb Baden-Württembergs verantwortlich. Außerdem wird die Entwicklung der Fachanwendungen der LfU und der Umweltdienststellen im ganzen Land unterstützt. Um die Umweltdaten schnell und aktuell auszuliefern werden diese unter anderem per Internet graphisch in einem Kartendienst dargestellt. Die Verbreitung der geographischen Daten auf diese Weise hat den Vorteil, dass die Benutzer, die überwiegend aus dem öffentlichen und gewerblichen Bereich stammen, keine besondere Software einsetzen müssen, da zum Betrachten ein normaler Browser ausreicht. Außerdem wird dadurch eine aktuellere Datenauslieferung möglich und somit werden in manchen Bereichen sogar die herkömmlichen Printmedien ersetzt. 1.1 Überblick und Aufgabenstellung Die vorhandenen Kartendienste der LfU sind teilweise in unterschiedlichen Programmiersprachen erstellt und im Design und in der Bedienung ebenfalls nicht durchgehend einheitlich gestaltet. Aufgabe dieser Bachelor Thesis ist es nun ein komponentenbasiertes Framework zu entwickeln, um das Erstellen einheitlicher Kartendienste zu erleichtern. Aufbauend auf dem ArcGIS Server von ESRI 1, welcher für die serverseitige Generierung der Karten durch Zusammensetzung der verschiedenen Layer verantwortlich ist, sind nun in der Entwicklungsumgebung Visual Studio.NET 2 die verschiedenen Komponenten eines Kartendienstes zu programmieren. Diese sollen den unterschiedlichen Ansprüchen, die jedes einzelne Umweltthema mit sich bringt, angepasst werden können. 1 Environmental Systems Research Institute, Redlands, California 2 Copyright Microsoft Corporation 6

7 1.2 Vorgehensweise Der erste Teil dieser Ausarbeitung besteht aus dem Analysieren bereits bestehender Kartendienste. In Betracht kommen die vorhandenen Kartendienste der LfU sowie aus dem OpenSource Bereich. Hierbei soll entschieden werden inwiefern diese als Grundlage dienen können, welche Komponenten in einem Kartendienst vorhanden sein müssen und wie diese angeordnet werden sollen. Es soll eine Übersicht über den momentanen Stand der Technik auf dem Gebiet gegeben werden, bewährte Programmiertechniken sollen übernommen und ungeeignete Techniken verbessert bzw. ersetzt werden. 2 Geographische Informationssysteme (GIS) 2.1 Grundlagen Dieses Kapitel erklärt die Begriffe GIS und WebGIS und gibt einen Überblick über die verschiedenen Anwendungen und Einsatzgebiete. Die Datenstrukturen dieser Systeme werden erläutert und das Umweltinformationssystem Baden-Württemberg (UIS) sowie das Räumliche Informations- und Planungssystem (RIPS) werden detailliert vorgestellt. Es wird auf die Technologien zur Veröffentlichung der Webkarten eingegangen, dazu werden einige OpenSource Produkte und kommerzielle Software kurz vorgestellt, und im speziellen die genutzten Programme der LfU beschrieben. 2.2 Definition des Begriffs Geographische Informationssysteme Folgende Definition aus dem Fachbuch Grundlagen der Geo-Informationssysteme [BiFr94] 3 soll das Wesentliche kurz zusammenfassen: Ein Geographisches Informationssystem (GIS) ist ein rechnergestütztes System, das aus Hardware, Software, Daten und Anwendungen besteht. Mit ihm können 3 Bill, Ralf und Dieter Fritsch (1994): Grundlagen der Geo-Informationssysteme. Band 1. Hardware, Software und Daten. 2.Auflage, Herbert Wichmann Verlag, Heidelberg 7

8 raumbezogene Daten digital erfasst und redigiert, gespeichert und reorganisiert, modelliert und analysiert, sowie alphanumerisch und graphisch repräsentiert werden. Raumbezogene Daten, auch Geodaten genannt, beschreiben einzelne Objekte der Landschaft, wie Gegenstände, Geländeformen und andere Strukturen an der Erdoberfläche, mit Hilfe von Geometrie- und Sachdaten. Geometriedaten sorgen für den Raumbezug sowie die geometrische Definition eines raumbezogenen Objekts, wohingegen Sachdaten, auch Attributdaten genannt, durch nichtgeometrische Daten den thematischen Inhalt dieses Objekts wiedergeben [BiZe01]. Geoinformationssystemen liegen Geometriedaten in zwei verschiedenen Datenformaten vor: - Zur Speicherung von Geometriedaten als Rasterdaten werden raumbezogene Objekte äquidistant diskretisiert und quantisiert, d.h. mit Hilfe eines Zeilen- Spaltensystems in quadratische Zellen gleicher Größe (Pixel) aufgeteilt [BiZe01]. In einem GIS sind Rasterdaten meist georeferenzierte Bilddaten (Rasterbilder). Beispiele für Geometriedaten, die als Rasterdaten vorliegen, sind gescannte topographische Kartenwerke, Orthophotos sowie Luft- und Satellitenbilder. - Vektordaten hingegen beschreiben Geometriedaten mit Hilfe kartesischer Koordinaten, also einer Reihe von Punktkoordinaten, so dass jedes Geo-Objekt durch eine Liste geordneter x,y-koordinaten repräsentiert wird. Am Bildschirm werden Vektordaten mit Hilfe von Vektorgrafik visualisiert. Dazu werden Geo- Objekte durch die geometrischen Grundelemente Punkt, Linie und Fläche repräsentiert, auf die dann Zeichenvorschriften angewendet werden [BiZe01]. 8

9 Abbildung 1: Geographische Informationssysteme (GIS) [ESRI04b] 2.3 GIS im Intranet und Internet GIS-Anwendungen im Intranet und Internet machen Geoinformationen für eine große Zahl von Anwendern zugänglich, sind plattformunabhängig und erfordern keine Installation kostenintensiver Desktop-GIS-Software. Zur Anzeige der GIS-Anwendungen ist lediglich ein Internet-Browser erforderlich. Schon diese Aspekte verdeutlichen das immense Potential von WebGIS-Anwendungen. Mit zunehmender Geschwindigkeit und Entwicklung der Technik wird das Auslagern von GIS-Funktionalität in den normalen Webbrowser ohne lokale Installation und Lizenzkosten immer interessanter. Von der technischen Seite aus betrachtet stellt sich die Frage: Wie kriegt man ein gewünschtes Kartenbild, das in mehreren verschiedenen Datenformaten und auf verschiedenen Datenquellen vorhanden sein kann, in ein kompaktes internettaugliches Bildformat? In der Regel übernimmt ein spezieller Server die Aufgabe der Verwaltung dieser Daten und kann bei einer Anfrage aus dem verteilten Kartenmaterial einen Kartenausschnitt generieren. WebGIS bedeutet letztenendes, dass der Nutzer zumindest eine dynamische Karte sieht, sich in dieser frei bewegen kann und diese selbst, aufgrund einer bestimmten Auswahl an Themen, frei gestalten kann. Dies bedeutet generell, dass eine serverseitige Architektur aufgebaut werden muss. 9

10 Diese Architektur sieht im einfachsten Fall so aus, dass ein Webserver und ein Kartenserver aufgesetzt werden und ihr Zusammenspiel erlaubt, dass der Nutzer an einer Benutzeroberfläche dem Client navigiert, diese Anfrage an den MapServer geschickt wird, dieser eine neue Karte produziert und diese an den Client zurücksendet. Abbildung 2: Einfache WebGIS Client Server Architektur [ESRI04a] Bekannte WebGIS-Anwendungen die von einer breiten Masse genutzt werden sind z.b. Routenplaner und Stadtpläne im Internet. Ein Zustelldienst kann den Weg einer Lieferung per Internet verfolgen und die verschiedenen Stationen per Karte anzeigen lassen, damit der Kunde weiß, wo sich sein Auftrag gerade befindet. Man kann sich Restaurants und andere Lokalitäten der näheren Umgebung anzeigen lassen; aktuelle Verkehrs- und Wettermeldungen können graphisch aufbereiten werden. Aber auch für öffentliche Institutionen und Firmen gibt es eine große Anzahl an WebGIS-Anwendungen, wie z.b. Hochwassergefahrenkarten oder Immobilienauskünfte. Auf manchen Gebieten verdrängen hierbei Webkarten als Informationsmedium sogar die konventionellen Printkarten. Die Nutzung innovativer Technologien erlauben es, dass zahlreiche GIS-Funktionen über das Internet ausgeführt werden können und so die Karten nicht nur betrachtet, sondern auch analysiert und bearbeitet werden können. 10

11 Abbildung 3: ArcGIS Server [ESRI04b] Einige interessante WebGIS-Links: aktuelle Satelliten-Daten der NASA: öffentlicher WebGIS Server von Microsoft: Organisation der Geo-Daten Die Daten bilden den Kern aller Geoinformationssysteme (GIS), sie beschreiben reale und abstrakte Objekte unserer Umwelt und sind in einer Datenbank zusammengefasst. Sie geben die strukturellen, topographischen und thematischen Eigenschaften der Objekte wieder und werden Geodaten oder Umweltdaten genannt. Der größte Teil der Geodaten wird aus Plänen digitalisiert oder gescannt und danach nochmals überarbeitet. Ein Problem stellt die dadurch bereits durchgeführte kartographische Bearbeitung, die für einen bestimmten Zweck gemacht wurde und deren Genauigkeit für die aktuellen Umstände eventuell bei der Erfassung nicht ausreichend beachtet wurde. 11

12 Um die Geodaten bearbeiten zu können, müssen für ein komplettes GIS eine Reihe von Werkzeugen (Programmen) zur Verfügung stehen. Digitale Topographische Karten sind Rasterdaten, die durch Scannen der originalen Kartenblättern oder durch Digitalisieren der topographischen Kartenwerke erzeugt werden. Die Gesamtheit aller Karten nennt man Geobasisdaten. Diese Daten, in Form von Rasterund Vektordaten, bilden eine räumliche Bezugsgrundlage und sind im einzelnen eine wichtige Vorraussetzung für die Kartierung der geothematischen Sachverhalte und Detailinformationen. Die Geobasisdaten sind in verschiedenen Maßstabsbereichen von der TK25 4 bis zur TÜK und teilweise einfarbig und farbig vorhanden. Somit sind sie in flexibler und vielfältiger Weise in verschiedenen Fachbereichen anwendbar. Vor allem die Rasterdaten der TKs eignen sich als Hintergrundinformation für eine Überlagerung mit den spezifischen Themen. Zur Darstellung eines Kartenausschnittes werden die unterschiedlichen Datenquellen schichtweise in so genannten Layern, übereinander gelegt. (siehe folgende Abbildung) Abbildung 4: Darstellung der verschiedenen Layer einer Karte [ESRI04a] 4 Topographische Karte mit Maßstab 1: Topographische Übersichtskarten mit Maßstab 1:

13 2.5 Das Umweltinformationssystem Baden-Württemberg (UIS) Das Umweltinformationssystem Baden-Württemberg (UIS) dient zur Verarbeitung sämtlicher Umweltinformationen, wie Wasser, Luftqualität, Abfall oder Natur und Landschaft des Landes unter Regie des Ministeriums für Umwelt und Verkehr (UVM). Damit werden Messwerte, Erkenntnisse und Daten vieler Experten aus den unterschiedlichen Fachabteilungen der Umweltbehörden zusammengeführt. Mit Hilfe des UIS kann auf diese unterschiedlichen Datenbestände zugegriffen werden. Einheitliche Standards und Formate stellen den Zugang und die Verwendbarkeit der Daten für verschiedene Stellen sicher. Alle Landesbehörden haben, je nach datenschutzrechtlichen Vorgaben, direkten Zugriff auf die Daten des UIS. Eine der wichtigsten Datenquellen ist die LfU in Karlsruhe. Hier wird auch die informationstechnische Infrastruktur des UIS bereitgestellt. 2.6 Das Räumliche Informations- und Planungssystem (RIPS) Die Nutzung und der Austausch der Geodaten im UIS wird durch das Räumliche Informations- und Planungssystem (RIPS) koordiniert. Hierbei handelt es sich um eine Komponente des ressortübergreifenden Umweltinformationssystems (UIS) Baden- Württemberg. Neben der Bereitstellung raumbezogener Daten bietet es folgende GIS- Werkzeuge für verschiedener Geodatendienste: - ein Meta-Auskunftssystem für Geodaten - Benutzeroberflächen zur Geodatenerfassung - spezielle Viewer für Präsentationen Betreiber des Informationssystems ist die Landesanstalt für Umweltschutz (LfU), Referat 53, Sachgebiet 53.2 Räumliche Informationssysteme. Darüber hinaus dient der RIPS-Pool als Geo-Datenhaltungssystem für raumbezogene Fach- und Basisdaten. Die Datenbestände im UIS werden einerseits in Geo- und Sachdaten, sowie in Fach- und Basisdaten andererseits eingeteilt. Basisdaten sind alle von der Vermessungsverwaltung geführten geometrischen Daten. In der folgenden Tabelle werden diese mit den vorhanden Maßstäben aufgelistet. 13

14 Basisdaten Maßstab Digitales Landschaftsmodell (ATKIS DLM 25 BW) 1: Digitales Landschaftsmodell (ATKIS DLM 1000) 1: Digitales Höhenmodell (DHM 50) Digitale Topographische Karten (TK25, TK50, TK100) Digitale Topographische Übersichtskarten (TÜK200) Auflösung 50 m 1: : : : Digitale Übersichtskarte (ÜK 500) 1: Digitale Übersichtskarte (ÜK 1000) 1: Digitale Orthophotos (DOP) 1: ALK (Amtliches Liegenschaftskataster) 1:500 bis 1:2500 Tabelle 1: Basisdaten im RIPS-Pool Zu den geometrischen Fachdaten zählen z.b. Fließgewässer, Wasser- und Naturschutzgebiete in Form von Vektor- und Rasterdaten. Teilweise sind diese Datenbestände im Informationstechnischen Zentrum (ITZ) der LfU aufgenommen und digitalisiert worden. Bei den Fachdaten wird zwischen den Bereichen Naturschutz und Landschaftsökologie (Tab. 2), sowie Technosphäre, Wasser, Boden und Luft (Tab. 3) unterschieden. Naturschutz und Landschaftsökologie Maßstab Biotopkartierung nach 24a 1: NATURA 2000-Gebiete 1: Waldschutzgebiete (Bann- und Schonwälder) 1: Natur- und Landschaftsschutzgebiete 1: : Landschaftszerschneidung 1: Naturräumliche Gliederung 1: Tabelle 2: Daten aus Natur und Landschaft im RIPS-Pool (Auszug) 14

15 Technosphäre, Wasser, Boden und Luft Maßstab Gewässernetz 1: : : Flussgebiete (Gewässereinzugsgebiete) 1: Wasser- und Quellschutzgebiete 1: Grundwasserlandschaften 1: Wasser- und Bodenatlas BW 1: Bodenübersichtskarte (BÜK200) 1: Geotope, Bodendenkmale 1: Verkehr (Straßen- und Schienennetz) 1: Schallimmissionspläne 1:1.500 Tabelle 3: Daten zu Technosphäre, Wasser, Boden, Luft im RIPS-Pool (Auszug) 15

16 3 Techniken im Internet Die Techniken, um Inhalte im Internet zu veröffentlichen haben sich seit den Anfängen stark entwickelt. Die erreichten Übertragungsraten lassen Datenverkehr in Form von Graphiken und sonstigen Multimediadaten zu. Alles wird bunter und dynamischer. Durch Scriptsprachen, Plug-In s und Applets wird den Seiten Funktionalität verliehen. Dadurch können komplexe Anwendungen programmiert werden und der Besuch einer Seite ist nicht mehr nur auf das Betrachten der Inhalte beschränkt. Der Seitenbesucher kann mit der Seite kommunizieren, Formulare ausfüllen und Anwendungen steuern. Auf Grund der verbesserten Übertragungsgeschwindigkeiten können im GIS-Bereich Karten mit immer besserer Qualität im Internet veröffentlicht werden. Dennoch ist abzuwägen, welche Karten-Qualität und somit Größe in Kilobyte die jeweiligen Bildformate haben sollen, um auch Internet-Benutzern mit langsamen Zugang (Modem) eine akzeptable Benutzung der Seite zu ermöglichen. Bestimmte Funktionen eines Kartenviewers, wie z.b. das Auseinanderziehen einer Bounding-Box zum Hinein-Zoomen in eine Karte müssen von der Client-Seite ausgeführt werden. Als kleinster gemeinsame Nenner zum Ausführen dieses Miniprogramms bietet sich JavaScript an, da alle Browser in der Lage sind dessen Code zu interpretieren. Zusätzliche Möglichkeiten bietet der Einsatz von Plug-In s, wie z.b. der Flash-Player von Macromedia oder eines SVG-Viewers. Da Plug-In s aber nicht standardmäßig in den Browsern vorhanden sind und ein großer Benutzerkreis von dessen Installation absieht, scheidet die Nutzung dieser Möglichkeit in dieser aus. 3.1 Benutzerschnittstellen eines Kartendienstes Ein Kartendienst soll den Benutzern eine einfache und übersichtliche Handhabung bieten. Die Schaltflächen der Funktionen sollen aussagekräftig sein und eine intuitive Nutzung unterstützen, da man den Besuchern einer Webseite keine Einarbeitungszeit zumuten darf. Im Laufe der Zeit haben sich Standardwerkzeuge für die Bedienung durchgesetzt, wie z.b. das Vergrößern eines Kartenteils durch eine Bounding-Box, wobei ein Rahmen des 16

17 gewünschten Ausschnittes aufgezogen wird. Wichtig für die Bedienbarkeit und Benutzerfreundlichkeit ist ebenfalls eine übersichtliche Präsentation dieser Funktionen auf der Webseite. In diesem Kapitel werden nun die grundlegenden Elemente eines Kartendienstes aufgeführt und deren Benutzung kurz beschrieben. Kartenfenster Steuerungselemente Legende Layerliste Maßstab Übersichtskarte Statusbalken Abbildung 5: Rips-Viewer Kartenfenster: Das Kartenfenster ist das Hauptelement eines Kartendienstes, darin wird der ausgewählte Kartenausschnitt angezeigt. Für die Ausdehnung ist eine geeignete Größe zu wählen einerseits kann eine zu kleine Karte nicht sehr viel Informationen bereitstellen, andererseits fehlt bei einer Übergröße der nötige Platz für die anderen Komponenten. 17

18 Abbildung 6: Kartenfenster, Quellen: RIPS-Web, Natura 2000 Übersichtskarte: Neben dem Kartenfenster, oder im Kartenfenster integriert, kann in einer kleinen Übersichtskarte abgebildet werden, wo sich der aktuelle Kartenausschnitt in der gesamten Karte befindet. Übersichtskarten sind meistens wegklickbar und werden nur bei Bedarf vom Benutzer aktiviert, zum Wiederherstellen verbleibt ein kleines Icon an der Stelle der Übersichtskarte. Abbildung 7: Übersichtskarten, Quellen: RIPS-Web, Natura 2000 Steuerungselemente: Durch die Steuerungselemente kann der Benutzer durch den Kartenausschnitt navigieren und sich den gewünschten Ausschnitt zusammenstellen, den Kartenausschnitt bearbeiten, Teile darin markieren oder Informationen abrufen. Die folgenden Steuerungselemente sind 18

19 von oben nach unten aufgrund ihrer Wichtigkeit für einen Kartendienst angeordnet. So sind die oberen Steuerelemente wie Zoom in oder Pan ein unbedingtes Muss, wobei die weiter unten zu findende Funktion 3D-Image generieren nur in speziellen Anwendungen zu finden ist. Menü- Ikon Funktion Zoom in Zoom out Pan Auf volle Ausdehnung zoomen Stop Loading Refresh map Hilfe Informationen / Identifizieren Legende anzeigen zum letzten Kartenausschnitt zum vorigen Kartenausschnitt Beschreibung vergrößert einen Kartenausschnitt, den man mit einer Bounding-Box markiert verkleinert einen Kartenausschnitt hierdurch kann man eine Karte anfassen und frei in eine beliebige Richtung verschieben hierdurch kann man auf die volle Ausdehnung, (also größten Maßstab) der Karte zoomen wird zum Abbrechen eines Ladevorganges benötigt dient zum erneuten Laden der Karte, z.b. wenn ein neuer zusätzlicher Kartenlayer ausgewählt wurde listet Beschreibungen zu den einzelnen Elemente des Kartenviewers auf bei aktiviertem Button wird nach Selektieren eines Objekts in der Karte ein Fenster geöffnet, welches Informationen zum ausgewählten Objekt anzeigt dienst zum Ein- und Ausblenden der Legendenanzeige ermöglicht es, sich den letzten Kartenausschnitt wieder anzeigen zu lassen ermöglicht es, sich den vorigen Kartenausschnitt wieder anzeigen zu lassen, falls der letzte Kartenausschnitt -Button betätigt wurde 19

20 Bookmark Suchfunktion Print Strecke messen Fläche messen Layer-Dialog 3D-Image generieren Einstellungen und Layer-Auswahl können hiermit gespeichert werden hiermit kann man anhand von Gemeinden, Flurstücksnummern oder Längen- und Breitengraden bestimmte Punkte im Kartenfenster anzeigen lassen ausdrucken des aktuellen Kartenausschnitts durch das Anklicken von zwei oder mehreren Punkten wird die reale Entfernung dieser entstandenen Strecke errechnet durch das Eingrenzen einer Fläche wird der reale Flächeninhalt dieser Auswahl berechnet es erscheint ein Dialogfeld, in dem man die verschiedenen Layer auswählen kann, die angezeigt werden sollen falls Höhendaten zu den einzelnen Punkten der Karte vorhanden sind, lässt sich hiermit ein 3D-Image generieren Tabelle 4: Funktionen eines Kartenviewers Statusbalken beim Laden des Kartenausschnittes: Das Generieren und Übermitteln des Kartenbildes kann je nach Komplexität und Qualität des Bildmaterials mehrere Sekunden beanspruchen. Um den Benutzern zu signalisieren, dass im Hintergrund diese Vorgänge laufen, werden in der Regel Statusbalken während dieser Zeit angezeigt. Dies sind meistens Graphiken, in denen der Zeitablauf anhand eines animierten blinkenden Balkens dargestellt wird. 20

21 Abbildung 8: Statusbalken, Quellen: RIPS-Web, Natura 2000 Anzeige des Zoom-Faktors: Mit der Anzeige des Zoom-Faktors kann man den Benutzer darauf aufmerksam machen, wie weit er noch in die Karte hinein- bzw. hinauszoomen kann. Abbildung 9: Zoom-Faktor-Anzeigen, Quellen: RIPS-Web, Natura 2000 Nordpfeil: Durch den Nordpfeil soll die Ausrichtung der Karte angezeigt werden. Die Richtung der Pfeilspitze soll sich also mit der Karte entsprechend bewegen falls diese gedreht wird. Da die Karten oft nicht gedreht werden können, und man grundsätzlich davon ausgehen kann, dass diese eingenordet sind, wird häufig auf den Nordpfeil verzichtet. Abbildung 10: Nordpfeile, Quelle: [ESRI04a] 21

22 Maßstab: Die Anzeige des Maßstabes wird durch ein horizontales Lineal mit den entsprechenden Zahlenwerten dargestellt. Das Lineal wird in der Regel am unteren Rand des Kartenausschnittes positioniert. Abbildung 11: Maßstäbe, Quellen: RIPS-Web, Natura 2000 Copyright-Schriftzug: Die Kartenausschnitte müssen teilweise aus rechtlichen Gründen mit einem Copyright- Schriftzug versehen werden, um auf den Urheber aufmerksam zu machen. Dies wird durch einen kleinen Schriftzug am unteren Rand der Karte realisiert. Abbildung 12: Copyright-Schriftzug, Quelle: Natura

23 Layerauswahl / Themenauswahl: Durch eine Liste mit den zur Verfügung stehenden Layern bzw. Themen einer Karte kann der Benutzer hier auswählen, welche Informationen sein Kartenausschnitt beinhalten soll. Abbildung 13: Layerlisten, Quellen: Gefahrenatlas Mosel, Umweltatlas Hessen 23

24 Legende: Die Legende listet die Bedeutungen der Symbole und der unterschiedlichen Einfärbungen der verschiedenen Flächen der Karte auf. Oft wird dies erst auf Wunsch des Benutzers in einem extra Fenster eingeblendet, da dessen Umfang viel Platz verbrauchen kann und somit die Benutzerfreundlichkeit mindert.. Abbildung 14: Legenden, Quellen: Strukturatlas Köln-Rheinland, RIPS-Web 24

25 4 Zielsetzung dieser Ausarbeitung 4.1 Anforderungen Das Thema dieser Ausarbeitung heißt Konzeption und Entwicklung eines komponentenbasierten Frameworks für die automatische Generierung von Kartendiensten. Erreicht werden soll, dass ein Bausatz für das zukünftige Erstellen der erforderlichen Kartendienste für die LfU zur Verfügung gestellt wird. Bei der künftigen Programmierung von Kartendiensten soll nicht immer bei Null angefangen werden, bzw. Quellcode von vorhandenen Kartendiensten mühevoll entnommen werden. Während dieser Bachelor Thesis sollen essentielle Teile eines Kartendienstes entwickelt werden, die leicht zu integrieren sind und so ein Fundament für angehende Projekte bieten soll. 4.2 Möglichkeiten Durch das Testen und Analysieren vorhandener Kartenviewer ist zu entscheiden, in welcher Form die Erstellung eines komponentenbasierenden Frameworks erreicht werden soll. Zur Auswahl stehen hierbei folgende drei Möglichkeiten: - Entsprechend bereits vorhandener Kartendienste der LfU, welche in PHP und Java programmiert vorliegen, soll nun ein komplettes Kartendienst-Framework programmiert werden, das diese Ansprüche erfüllt. - Kartendienste aus dem OpenSource-Bereich sollen als Grundlage dienen, um darauf basierend das Framework zu entwickeln. - Aufbauend auf den kommerziellen GIS-Server der Firma ESRI sollen Templates und einzelne Komponenten programmiert werden. Hierfür wurde von der LfU eine dreimonatige Testlizenz erworben. Das Analysieren dieser Möglichkeiten wird in Kapitel 5 ausführlich beschrieben. 25

26 4.3 Entscheidung Die Entscheidungsphase wird ebenfalls im nächsten Kapitel detailliert dargestellt und begründet. Hier wird nun kurz zusammenfassend aufgezeigt, welche Variante gewählt wurde und welche Richtung diese Ausarbeitung damit einschlägt. Von der kompletten eigenständigen Programmierung wurde abgesehen, da dies zum einem zu umfangreich wäre und sich andererseits das Erstellen von übersichtlichem und anpassfähigem Programmcode für die unterschiedlich komplexen Kartendienste der LfU als schwierig erweisen würde. Die OpenSource-Produkte als Basis des Frameworks hatten überwiegend den Nachteil, dass die vorhandenen Dokumentationen sehr unzureichend waren und die Programmierung schnell unübersichtlich wird, da man oft nur über Umwege bestimmte Funktionen implementieren kann. Insbesondere wurde bei den OpenSource Produkten bemängelt, dass, obwohl sich diese an OGC 6 Standards halten, sich eine Integration in die vorhandene GIS- Umgebung als schwierig erwies. So fiel die Entscheidung auf die dritte Möglichkeit. Aufbauend auf den ArcGIS Server von ESRI sollen nun Templates mit grundlegenden Eigenschaften eines Kartenviewers erstellt werden. Zusätzlich sollen einige spezielle Komponenten programmiert werden, durch welche diese Vorlagen ergänzt werden können. ArcGIS Server hat den Vorteil für die LfU, dass sich dieser in die vorhandene GIS- Umgebung, die hauptsächlich aus ESRI-Produkten besteht, einfacher als die anderen getesteten Alternativen einbinden lässt. Darüber hinaus verspricht man sich von dem mitgelieferten Application Developer Framework die größten Möglichkeiten in Bezug auf die Programmierung spezieller GIS-Anwendungen. Als Programmiersprachen werden hierbei ASP.NET und C# gewählt. Funktionen, die auf Seiten des Clients ausgeführt werden müssen, werden in JavaScript implementiert. 6 OpenGIS Consortium 26

27 5 Analysieren der Kartendienste Im folgenden werden die Möglichkeiten, die vorhandene Kartendienste bieten, genauer getestet und bewertet. Als besonders wichtig wurden hierbei die folgenden Punkte beurteilt: - Integration in das GIS-Umfeld der LfU - übersichtliche Programmierbarkeit - Performance und Erweiterbarkeit - Bedienbarkeit und Benutzerfreundlichkeit 5.1 Kartendienste aus dem OpenSource Bereich Geoinformationssysteme haben auch Einzug in die OpenSource-Welt gehalten und so gibt es eine große Anzahl an Kartenviewern für das Internet, von denen hier einige näher betrachtet werden. Aus dem großen Angebot aus diesem Bereich wurden die vier Kartendienste UMN MapServer, MapIt!, degree und MapBender zum Testen gewählt, da diese anhand der vorliegenden Dokumentationen die gewünschten Eigenschaften am besten erfüllten. Sich ein Urteil über die Performance dieser Kartendienste zu bilden war insofern schwierig, da die Integration in das vorhandene GIS-Umfeld der LfU anhand eines knapp gesetzten Zeitlimits für diese Testphase nicht immer zur vollsten Zufriedenheit gelang. Eine Meinung über die Bedienbarkeit und Benutzerfreundlichkeit ließ sich durch das Testen der zahlreichen Referenzseiten dieser Kartendienste bilden UMN MapServer 7 Der UMN MapServer ist eine CGI-basierte Anwendung um dynamische GIS Funktionen über das Internet durchzuführen. Eine Reihe von eigenständigen Werkzeugen sind im Paket 7 Homepage: besucht am

28 enthalten. Zugriff auf die Entwicklungsumgebung des UMN MapServers ist über Java und verbreitete Scriptsprachen möglich, darunter Perl, Python, PHP und Tk/Tcl. Abbildung 15: OpenSource GIS UMN MapServer [UMN05] Beurteilung: Beurteilungspunkte: Beurteilung: Integration in das GIS-Umfeld der LfU Der UMN MapServer verfügt über die empfohlenen Standardschnittstellen und unterstützt auch spezielle ESRI- Formate. Einige Referenzseiten können eine gelungene Integration in eine ESRI-Umgebung vorweisen. 28

29 Übersichtlichkeit der Programmierung Da die vorhandenen Funktionen in mehreren verschiedenen Programmiersprachen vorliegen, leidet die Übersichtlichkeit der Quellcodeverwaltung darunter. Positiv zu vermerken ist, dass viele Templates für das Entwickeln eines Kartenviewers vorhanden sind und auf der Produkt-Homepage sich eine große Anzahl an Dokumentationen zu den einzelnen Features findet. Performance und Erweiterbarkeit Es gibt zahlreiche Erweiterungen um spezielle Funktionen zu integrieren. In diesem Punkt schneidet der UMN MapServer im Vergleich zu den anderen hier aufgeführten Mapviewern am besten ab. Durch die große Verbreitung und Anzahl von Entwicklern, die ihren Code frei für dieses Softwareprojekt zu Verfügung stellen, wird man hier auch zukünftig von neuen Features profitieren können. Bedienbarkeit und Benutzerfreundlichkeit Das Erscheinungsbild lässt sich sehr flexibel gestalten. Tabelle 5: Beurteilung des UMN MapServer MapIt! 8 MapIt! ist eine Web-Anwendung, die es erlaubt via Web-Browser auf Rasterkarten zu navigieren, hinein- und herauszuzoomen sowie darzustellende Objekte auszuwählen und auf der Karte zu identifizieren. MapIt! ist komplett in Python programmiert und für die Betriebssysteme Windows und Linux einsetzbar. 8 Homepage: besucht am

30 Abbildung 16: OpenSource GIS MapIt! [MapIt05] Beurteilung: Beurteilungspunkte: Beurteilung: Integration in das GIS-Umfeld der LfU Die Möglichkeit MapIt! in das GIS-Umfeld zu integrieren, ist als schwierig zu bewerten. Es gibt keine speziellen Schnittstellen für ESRI-Formate. 30

31 Übersichtlichkeit der Programmierung MapIt! ist durchgehend in Python programmiert. Es ist keine große Anzahl von Templates vorhanden, was bedeutet, dass für individuelle Designs und Funktionen viel Programmierarbeit zu investieren ist. Performance und Erweiterbarkeit Erweiterungen müssen in Python programmiert werden. Es sind kaum vorgefertigt Plug-Ins für spezielle Funktionen vorhanden. Bedienbarkeit und Benutzerfreundlichkeit Das Erscheinungsbild lässt sich flexibel gestalten. Tabelle 6: Beurteilung MapIt! degree 9 Unter degree verbirgt sich ein freies Softwareprojekt, dass sowohl Desktop- als auch Internet-Anwendungen im GIS-Bereich entwickelt. Die gesamte Architektur richtet sich streng nach den Standards der Open GIS Consortium und lässt sich daher in andere, auch kommerzielle Produkte, integrieren. 9 Homepage: besucht am

32 Abbildung 17: OpenSource GIS degree [deg05] Beurteilung: Beurteilungspunkte: Beurteilung: Integration in das GIS-Umfeld der LfU Der degree Mapviewer verfügt über die empfohlenen Standardschnittstellen. Einige Referenzseiten können eine gelungene Integration in eine ESRI-Umgebung vorweisen. 32

33 Übersichtlichkeit der Programmierung degree hat sich aus einer GIS-Desktop Anwendung heraus entwickelt. Es sind viele Templates für das Entwickeln eines Kartenviewers vorhanden. Performance und Erweiterbarkeit Da hier die gesamte Architektur auf OGC-Spezifikationen und Konzepte basiert, lassen sich standardisierte Erweiterungen des OpenSource-Bereichs und anderer Anbieter problemlos integrieren. Es sind viele ausführliche Dokumentationen vorhanden. Bedienbarkeit und Benutzerfreundlichkeit Das Erscheinungsbild lässt sich sehr flexibel gestalten. Tabelle 7: Beurteilung degree MapBender 10 Mapbender ist einer der anspruchsvollsten Internet-Viewer aus dem OpenSource GIS- Bereich, der in vielen Internet-Stadtkarten Verwendung findet. Hierbei handelt es sich um ein webbasiertes GIS-Frontend, implementiert als PHP-basierte Umgebung für das WMSkonforme Management der Darstellung, Wartung, Navigation und Abfrage. 10 Homepage: besucht am

34 Abbildung 18: OpenSource GIS MapIt! [MapBe05] Beurteilung: Beurteilungspunkte: Beurteilung: Integration in das GIS-Umfeld der LfU MapBender verfügt über die empfohlenen Standardschnittstellen und unterstützt auch spezielle ESRI-Formate. Einige Referenzseiten können eine gelungene Integration in eine ESRI-Umgebung vorweisen. 34

35 Übersichtlichkeit der Programmierung Der gesamte Kartenviewer wurde in PHP implementiert. Es sind viele Templates für das Entwickeln eines Kartenviewers vorhanden und auf der Produkt-Homepage lässt sich eine große Anzahl an Dokumentationen finden. Performance und Erweiterbarkeit Es gibt einige Erweiterungen für spezielle Funktionen. Bedienbarkeit und Benutzerfreundlichkeit Das Erscheinungsbild lässt sich sehr flexibel gestalten. Tabelle 8: Beurteilung MapBender 5.2 Vorhandene Kartendienste der LfU Die LfU stellt eine umfangreiche Sammlung verschiedenster Geodaten für öffentliche Einrichtungen und Bürger per Internet in Form von Kartendiensten bereit. Je nach Zweck und Informationsinhalt unterscheiden diese sich in Gestaltung und Funktionalität. So wird z.b. ein Kartendienst für Höhendaten des Landes Baden-Württemberg angeboten, der mehrere Milliarden Höhendaten abrufbar macht. Andere Kartendienste müssen Informationen über Wasser, Altlasten oder sonstige Umweltdaten darstellen. Im Folgenden werden einige vorhandene Kartendienste aufgeführt und die verschieden Programmiertechniken kurz beschrieben Kartendienste mit ArcIMS Der Internet Map Server ArcIMS der Firma ESRI ist ein Beispiel für ein Internet GIS mit dem Geodaten in Form digitaler Karten oder interaktiver Anwendungen zentral aufbereitet werden können und für andere Nutzer sowohl in einem Intranet als auch über das Internet zugänglich gemacht werden können [ESRI03a]. 35

36 ArcIMS basiert auf dem Drei-Schichten-Modell. Eine schematische Darstellung der Architektur zeigt Abbildung Die Präsentationsschicht besteht aus den ArcIMS Viewern. Diese Clients stellen eine Benutzeroberfläche bereit und ermöglichen den interaktiven Zugriff auf Karten und Geodaten. Spezielle Werkzeuge stellen einfache Funktionen zur Anzeige, Analyse und Verarbeitung der Daten bereit. - Die Verarbeitungsschicht enthält die Komponenten, die zur Verarbeitung von Client-Anfragen und zur Produktion von Karten benötigt werden. Sie beinhaltet die ArcIMS Application Server Connectoren, den ArcIMS Application Server und den ArcIMS Spatial Server. Der Spatial Server bietet verschiedene Dienste zur Kartenerstellung an. Mit dem ArcIMS Management werden zusätzlich Werkzeuge zur Administration von ArcIMS bereitgestellt. Der Administrator ermöglicht die Verwaltung der ArcIMS Services und des Spatial Servers, mit dem Author lassen sich Karten zusammenstellen und der Designer bietet eine Möglichkeit zur interaktiven Erstellung der ArcIMS Viewer. - Die Datenschicht beinhaltet alle Datenquellen, die von ArcIMS unterstützt werden. Abbildung 19: ArcIMS Architektur [ESRI03b] 36

37 ArcIMS bietet die Möglichkeit, die Geodaten anhand eines einfachen HTML-Viewers darzustellen. Dieser lässt sich aber nur schwer und unübersichtlich an eigene Wünsche, speziell der Funktionalität betreffend anpassen. Die LfU nutzt beim ArcIMS hauptsächlich den Spatial Server, der für die Verwaltung der Geodaten zuständig ist, als Grundlage, um von einer selbst entwickelnden Benutzeroberfläche auf diese generierten Daten zuzugreifen. Hierbei wird von den Viewern eine Anfrage an ArcIMS mit den geforderten Kartendaten, wie Kartengröße und gewählte Layer gestellt. Mit diesem Request generiert der ArcIMS Spatial Server einen Kartenausschnitt und liefert diesen im gewünschten Format (gif, jpeg oder png) zurück RIPS-Web, Natura 2000 Dieser Kartendienst baut auf ArcIMS aus dem Hause ESRI auf und wurde mit PHP, JavaScript und HTML programmiert und findet Einsatz im Internet sowie im Intranet der LfU. Abbildung 20: RIPS-Web, Natura

38 5.3 Testphase des ArcGIS Servers der Firma ESRI Der ArcGIS Server ist das neuste Softwareprodukt der Firma ESRI. Durch ihn sollen die vorhandenen GIS Anwendungen aus dem Desktop-Bereich ergänzt werden. Besonders interessant ist die Integration der GIS Entwicklungsumgebung in Visual Studio.NET (siehe folgende Abbildung). Im Kapitel 6 wird der ArcGIS Server nochmals ausführlich beschrieben. Abbildung 21: ESRI's GIS Entwicklungsumgebung in Visual Studio.NET integriert 38

39 Die Testphase bestand aus dem Installieren und Konfigurieren des ArcGis Servers und dem Kennenlernen der Entwicklungsumgebung. Es wurden anhand der Templates einige einfache Webanwendungen erstellt und die Integration in das vorhandene GIS System bewertet. Beurteilung: Die Installation und Konfiguration war anhand der mitgelieferten Dokumentationen sehr übersichtlich. Die Integration des ArcGis Servers in das vorhandene GIS System erfolgte ohne größere Schwierigkeiten und war stets durchschaubar. Beim anschließenden Anlegen der Server-Objekte mussten allerdings viele Einstellungen in der Benutzerverwaltung durchprobiert werden, bis das gewünschte Ergebnis erzielt wurde. Die Programmierung in der Entwicklungsumgebung von Visual Studio.NET erweist sich als sehr komfortabel. Einfache kleinere Anwendungen, die sich an den vorhandenen Templates ausrichten, lassen sich relativ leicht erstellen. Die Programmierung spezieller Funktionalitäten erweisen sich jedoch anfangs als sehr mühsam, da das Umgehen mit dem umfangreichen Application Developer Framework (ADF) viel Einarbeitungszeit benötigt. Der ArcGIS Server ist erst seit kurzer Zeit auf dem Markt. Darauf lassen sich wohl einige der festgestellten Bugs zurückführen. So waren z.b. einige Komponenten nicht in den aktuellen Versionen vorhanden, die von den Templates gefordert wurden. Abhilfe sollte hier das Installieren eines neuen Service-Paketes schaffen. Die folgende Tabelle stellt diese drei Varianten nochmals kurz gegenüber: Beurteilungs- OpenSource Vorhandene ArcGIS Server von Punkte Produkte Kartendienste der ESRI LfU Integration in das bei den meisten individuell anpassbar lässt sich problemlos GIS-Umfeld der LfU Produkten nur schwer integrieren zu erreichen übersichtliche teilweise teilweise übersichtlich, da Programmierbarkeit unübersichtlich unübersichtlich Visual Studio.NET als Programmierumgebung 39

40 Skalierbarkeit bei den meisten teilweise übersichtlich, da die Produkten nur schwer unübersichtlich Serverkonfiguration zu erreichen über eine extra Bedienumgebung verfügt Erweiterbarkeit die bekannteren durch fremde und durch selbst - Produkte bieten viele selbstprogrammierte programmierte, Plug-Ins Komponenten fremde und ESRI- möglich Komponenten möglich Bedienbarkeit und flexible Gestaltung flexible Gestaltung flexible Gestaltung Benutzerfreundlich- möglich möglich möglich keit Tabelle 9: Gegenüberstellung der analysierten Kartendienste 5.4 Fazit Die Benutzerschnittstellen aller getesteten Kartenviewer lassen sich so anpassen, das eine gute Bedienbarkeit erzielt werden kann. Erreicht wird dies aber mit unterschiedlichen Anstrengungen und ist teilweise nur durch Erlernen spezieller Programmiersprachen erreichbar. Im Bereich Performance und Skalierbarkeit waren die Möglichkeiten dieser Systeme undurchsichtig und so wird mit viel Aufwand in diesem Sektor gerechnet. Die Integration in das GIS-Umfeld der LfU, das überwiegend aus GIS-Komponenten der Firma ESRI besteht, erweist sich bei den OpenSource-Kartendiensten oft als schwerfällig. Vorzug wird hier dem ArcGIS Server von ESRI gegeben. Für diese Entscheidung spricht zum einem die reibungslose Integration in das vorhandene GIS System. Die übersichtliche und gut strukturierte Architektur lässt eine gute Skalierung und flexible Anpassung an Änderungen des eigenen GIS-Systems zu. Den größten Vorteil sieht man in der mitgelieferten Entwicklungsumgebung, welche das Implementieren aller gängigen GIS Funktionalitäten erlaubt und vor allem für größere Softwareprojekte eine gute Basis bietet. 40

41 6 Einführung ArcGIS Server der Firma ESRI Der ArcGIS Server der Firma ESRI stellt eine Plattform zum Erstellen anspruchsvoller Geographischer Informationssysteme bereit. Hierbei bietet der ArcGIS Server Funktionen zur Verwaltung geographischer Ressourcen sowie ein Application Developer Framework (ADF), welches in Microsoft Visual Studio.NET integriert ein mächtiges Programmierwerkzeug darstellt. Dadurch ist es möglich, durch einen zentralen Server GIS-Funktionalität an verteilte Anwender, die diesen Service über einen herkömmlichen Browser nutzen können, bereit zu stellen. Abbildung 22: ArcGIS Server von ESRI [ESRI04a] 41

42 Der ArcGIS Server von ESRI besteht aus mehreren Komponenten, die im folgenden näher beschrieben werden 11 : - GIS Server: Der GIS Server ist verantwortlich für das Hosting und Verwalten der Server Objects. Er besteht aus Anwendungen und Dienste die es ermöglichen, ArcObjects Komponenten auf einem Server einzusetzen. Der GIS Server beinhaltet einen Server Object Manager (SOM) und einen oder mehrere Server Object Container (SOC). - Server Object Manager (SOM): Der SOM ist ein Windows-Dienst, der eine Anzahl von Server Objects verwaltet. Wenn eine Anwendung eine Verbindung zu einem ArcGIS Server herstellt wird dies über den SOM geregelt. - Server Object Container (SOC): Ein SOC ist ein Prozess, in welchem ein oder mehrere Server Objects laufen. SOC Prozesse werden vom Server Object Manager gestartet und beendet. Jede Container Maschine kann mehrere SOC hosten. - Server Objects: Ein Server Object ist eine Komponente, welche die verschiedenen Programmiermodelle bereitstellt, um Geodaten aufzubereiten. Server Objects haben eine SOAP Schnittstelle, die es ermöglicht, einen Webservice für das Internet bereitzustellen. - Web Server: Der Web Server hostet die Webanwendung und die Webservices, die mit dem ArcGIS Server erstellt wurden. - Application Developer Framework (ADF): Das ADF ist eine Sammlung von Web Controls, Klassen und Schnittstellen zur Programmierung von Geo-Anwendungen für Webseiten sowie auch für den Desktop-Bereich (eine ausführliche Beschreibung folgt im Kapitel 7.3). 11 Vgl. Environmental Systems Research Institute (ESRI) (2004): ArcGIS Server Administrator and Developer Guide, Redlands, California 42

43 Abbildung 23: Geodaten werden von ESRI als ArcObjects verwaltet [ESRI04a] 6.1 Installation und Konfiguration des ArcGIS Server Das Installieren des ArcGIS Server wird bei einem Windows-Betriebssystem über eine komfortable Installationsroutine durchgeführt. Anschließend müssen in den zwei nun angelegten Benutzergruppen in der Systemverwaltung festgelegt werden, welche Personen als normale Benutzer oder Administratoren Zugang zu dem nun installierten Server haben. Mitglieder dieser Benutzergruppen können nun über das Programm ArcCatalog Verbindung zum Server aufnehmen und Server Object Container anlegen, welche die Geodaten repräsentieren. Hierbei werden Datenquellen, die sich auf einem oder mehreren Rechnern befinden können, mit dem Server verlinkt, vorausgesetzt, dass sowohl die durchführende Person sowohl auch der Server-Rechner die nötigen Zugriffsrechte zu den Datenquellen besitzt. Als Kritik anzumerken ist hier, dass das Anlegen der Server Objekte nur mit Hilfe des ArcCatalog möglich ist, somit also ArcGIS Desktop auf dem Rechner installiert sein muss, obwohl durch dieses Anlegen nur eine kleine XML-Datei mit den festgelegten Einstellungen angelegt wird. 43

44 Folgende Parameter müssen beim Anlegen von Server Objects spezifiziert werden: - Name des Server Objects Ein aussagekräftiger Name muss hier festgelegt werden, über den dieses Server Object später angesprochen werden kann. - Server Object Type Zwischen zwei Typen wird hierbei unterschieden: der MapServer stellt die Carto Library dar; der GeocodeServer hingegen die Location Library. - Initialisierungsdaten und Parameter Ressourcen und andere Parameter müssen mit dem Server Object referenziert werden. - Server Object Pooling Zur Generierung der Server Object Container steht nun die Auswahl pooled und unpooled zur Verfügung. Bei Wahl der Option unpooled wird durch den Server Object Manager das Server Object erst generiert, wenn der erste Zugriff darauf erfolgt. Dies kann allerdings, abhängig von den Datenbankverbindungen, die aufgebaut werden müssen und der Komplexität der Geodaten, insbesondere der Anzahl der Layer, bis zu 10 Sekunden in Anspruch nehmen. Bei der Option pooled wird hingegen unverzüglich ein Server Object generiert, bevor dieses überhaupt genutzt wird. Somit werden Daten mit bis zu 30 Mega-Byte pro Server Object ständig im Arbeitsspeicher gehalten, ohne dass diese möglicherweise genutzt werden. Dies muss aber in Kauf genommen werden, da man keinem Benutzer die Wartezeit von bis zu 10 Sekunden beim ersten Zugriff auf einen Kartendienst zumuten will. Somit wird bei allen Kartendienste die Option pooled gewählt, da hier der Kundenservice und somit Performance Vorrang vor Ressourceneinsparungen hat. - Server Object Isolation Als nächste wichtige Option muss man den Grad der Server Object Isolation wählen. Beim auswählen von Low Isolation wird pro Server Object nur ein Prozess angelegt, was zur Einsparung von Ressourcen führt. High Isolation führt dazu, das für jedes einzelne Server Object ein extra Prozess gestartet wird 44

45 und somit der Arbeitsspeicher schnell ausgelastet ist. Beim Testen wurden keine merkbaren Performanceeinbußen bei Auswahl des ressourcensparenden Isolationsgrades festgestellt, weshalb hier nun grundsätzlich diese Variante gewählt wird. - Server Object Recycling Durch Wahl der Recycling Option übernimmt der Server das Bereinigen und Auffrischen der Server Objects und gibt somit Ressourcen wieder frei. Hierbei wird zyklisch getestet, ob ein benutztes Server Object korrupt und unbrauchbar geworden ist und dementsprechend neu gestartet werden muss. 6.2 ArcGIS Server und XML 12 Der ArcGIS Server hält sich bei seinen Schnittstellen an die Standards aus der GIS Welt. Konfigurations- und Dokumentationsdateien basieren durchgehend auf XML, wofür eine ArcXML Data Type Definition (DTD) vorhanden ist. In dieser DTD werden die Struktur- Regeln für Elemente und Attribute in ArcXML definiert und die Bedingungen für gültige Dokumente festgelegt. Für eine genaue Beschreibung wird auf die Dokumentationsschrift ArcXML Programmer s Reference Guide von ESRI verwiesen. Beispiel: Konfigurationsdatei für ein Server Object Speicherort: C:\Programme\ArcGIS\cfg <ServerObjectConfiguration> <Description>ServerObject für dgm-viewer</description> <Properties> <FilePath>E:\mxd-files\dgm.mxd</FilePath> <OutputDir>E:\mxd-files\output</OutputDir> <VirtualOutputDir>E:\mxd-files\output</VirtualOutputDir> <SupportedImageReturnTypes>URL</SupportedImageReturnTypes> <MaxRecordCount>500</MaxRecordCount> <MaxBufferCount>100</MaxBufferCount> <MaxImageWidth>2048</MaxImageWidth> <MaxImageHeight>2048</MaxImageHeight> </Properties> 12 Extended Markup Language 45

46 <Recycling> <Start>00:00</Start> <Interval>36000</Interval> </Recycling> <IsPooled>true</IsPooled> <MinInstances>2</MinInstances> <MaxInstances>4</MaxInstances> <WaitTimeout>60</WaitTimeout> <UsageTimeout>600</UsageTimeout> <Isolation>high</Isolation> <StartupType>automatic</StartupType> </ServerObjectConfiguration> Um Daten für eigene Anwendungen aus einem XML-Dokument auszulesen, muss ein Objekt der Klasse XmlTextReader erzeugt werden. Der folgenden Quellcode-Ausschnitt zeigt das Auslesen eines Host-Name und Service-Name. //Daten aus XML-File auslesen System.Xml.XmlTextReader xmltextreader1 = new System.Xml.XmlTextReader( "C:\\Inetpub\\wwwroot\ \Accessing_ArcIMS_service\\CSharp\\KartenDaten2.xml"); while (xmltextreader1.read()) { if((xmltextreader1.name=="host") && (hostnameausxml_file=="")) hostnameausxml_file = xmltextreader1.readstring(); } if((xmltextreader1.name=="servicename") && (servicenameausxml_file=="")) servicenameausxml_file = xmltextreader1.readstring(); xmltextreader1.close(); Das dazugehörige XML-Dokument hat folgenden Inhalt: <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <configuration> <servicename>dgm</servicename> <host>ripsweb</host> <serverobject></serverobject> </configuration> 46