Geodatenbankunterstützung für die geotechnische Bewertung von Massenbewegungen mit Hilfe eines Web Geological Feature Server (WGFS)

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1 Geodatenbankunterstützung für die geotechnische Bewertung von Massenbewegungen mit Hilfe eines Web Geological Feature Server (WGFS) Björn Broscheit Universität Osnabrück Institut für Geoinformatik und Fernerkundung 17. Juni 2008 Björn Broscheit 1 / 29

2 Ausblick Ausblick Teil I : Der Rahmen Teil II : Die 3D Geodatenbank Teil III : Auf dem Weg zum einem Web Geological Feature Server Björn Broscheit 2 / 29

3 Der Rahmen Teil I Der Rahmen 1 Das EGIFF-Projekt Ansatz Architektur 2 Osnabrücker Teilprojekt Ziele Ausblick Herausforderung Björn Broscheit 3 / 29

4 Der Rahmen EGIFF Ansatz Architektur Das EGIFF-Projekt Entwicklung geeigneter Informationssysteme für Frühwarnsysteme (EGIFF) gefördert vom BMBF im Rahmen des FuE-Programms GEOTECHNOLOGIEN Verbundprojekt Universität der Bundeswehr München Arbeitsgemeinschaft Geoinformationssysteme (AGIS) Institut für Bodenmechanik und Grundbau Neubiberg (IBGN) Karlsruhe Universität Karlsruhe (Institut für Fernerkundung und Photogrammetrie (IPF)) Forschungszentrum Informatik Karlsruhe (FZI) disy Informationssysteme GmbH Universität Osnabrück Björn Broscheit 4 / 29

9 Der Rahmen EGIFF Ansatz Architektur Der EGIFF Ansatz Frühwarnsystem für Massenbewegungen (langfristig) Aufbereitung und Analyse von Informationen zur Entscheidungsunterstützung bei Gefährdung durch Hangrutschungen. Durch Kombination von GIS, numerische Simulation, Spatial Data Mining, Geodatenbanken und linguistischer Methoden. Björn Broscheit 5 / 29

13 Der Rahmen EGIFF Ansatz Architektur Architektur von EGIFF Abbildung: geplante Architektur des EGIFF-Projektes Björn Broscheit 6 / 29

14 Der Rahmen Osnabrücker Teilprojekt Ziele Ausblick Herausforderung Osnabrücker Teilprojekt Geodatenbankunterstützung für die geotechnische Bewertung von Massenbewegungen Verantwortlich: Prof. Dr. Martin Breunig Mitarbeiter: Björn Broscheit und Paul Vincent Kuper Björn Broscheit 7 / 29

15 Der Rahmen Osnabrücker Teilprojekt Ziele Ausblick Herausforderung Ziele Geodatenbankunterstützung zur Vorhaltung von Daten und Abfragen für die geotechnische Bewertung von Massenbewegungen Verwaltung komplexer geologischer Modelle 3D-Visualisierung von Datenbank-Abfrageresultaten Verwaltung signifikanter Parameter für die geotechnische Bewertung von Massenbewegungen Geometrische / topologische und zeitabhängige Datenbank-Operationen Evaluierung der entwickelten Software anhand konkreter Szenarien (Isarhänge... ) Björn Broscheit 8 / 29

16 Der Rahmen Osnabrücker Teilprojekt Ziele Ausblick Herausforderung Ziele Geodatenbankunterstützung zur Vorhaltung von Daten und Abfragen für die geotechnische Bewertung von Massenbewegungen Verwaltung komplexer geologischer Modelle 3D-Visualisierung von Datenbank-Abfrageresultaten Verwaltung signifikanter Parameter für die geotechnische Bewertung von Massenbewegungen Geometrische / topologische und zeitabhängige Datenbank-Operationen Evaluierung der entwickelten Software anhand konkreter Szenarien (Isarhänge... ) Björn Broscheit 8 / 29

17 Der Rahmen Osnabrücker Teilprojekt Ziele Ausblick Herausforderung Zusammenwirken FE Modellierung und 3D-Geodatenbank Lose Kopplung von Finiten Elementen und Geodatenbank Verwaltung Parameter und Ergebnisse aus der Finite Elemente Modellierung Test der Datenbankstruktur und Operationen auf eine Eignung für die spezielle Anforderungen von Massenbewegungen Björn Broscheit 9 / 29

18 Der Rahmen Osnabrücker Teilprojekt Ziele Ausblick Herausforderung Die Herausforderung Verwaltung geologischer 3D Modelle in einer 3D Geodatenbank Bereitstellung der 3D Geodatenbank für die Projektpartner aus Karlsruhe und München Björn Broscheit 10 / 29

19 Der Rahmen Osnabrücker Teilprojekt Ziele Ausblick Herausforderung Die Herausforderung Verwaltung geologischer 3D Modelle in einer 3D Geodatenbank Bereitstellung der 3D Geodatenbank für die Projektpartner aus Karlsruhe und München Björn Broscheit 10 / 29

20 Der Rahmen Wofür eine 3D Geodatenbank? Wofür eine 3D Geodatenbank? Abbildung: Fiktives 3D Anfragebeispiel für Daten des Anwendungsgebietes Isarhänge, verwaltet vom 3D Geodatenbanksystem Björn Broscheit 11 / 29

21 Der Rahmen Wofür eine 3D Geodatenbank? Wofür eine 3D Geodatenbank? Abbildung: Workflow Björn Broscheit 12 / 29

22 Eine 3D Geodatenbank Teil II DB3D 3 DB3D Entstehung Features Systemarchitektur Datentypen Björn Broscheit 13 / 29

23 Eine 3D Geodatenbank DB3D Entstehung Features Systemarchitektur Datentypen Entstehung einer 3D Geodatenbank es begann 1995 im SFB 350 in Bonn Abbildung: GeoToolKit Abbildung: Geostore 2005 entstand DB3D aus den Erfahrungen von GeoToolKit und GeoStore Björn Broscheit 14 / 29

27 Eine 3D Geodatenbank DB3D Entstehung Features Systemarchitektur Datentypen Features Verwaltung geowissenschaftlicher Geometriemodelle 3D Volumenmodelle 4D zeitabhängige Modelle Speicherung und Anfragebearbeitung Komplexe Operationen auf Geometriemodelle Schnitte topologische Prädikate, etc. Björn Broscheit 15 / 29

28 Eine 3D Geodatenbank DB3D Entstehung Features Systemarchitektur Datentypen Systemarchitektur Abbildung: Systemarchitektur von DB3D Björn Broscheit 16 / 29

29 Eine 3D Geodatenbank DB3D Entstehung Features Systemarchitektur Datentypen unterstützte 3D-Datentypen Abbildung: unterstützte 3D-Datentypen: PointSets, Curves, Surfaces, Solid Björn Broscheit 17 / 29

30 WGFS Teil III Auf dem Weg zu einem Web Geological Feature Server (WGFS) 4 Idee Herausforderung erster Prototyp 5 Umsetzung warum deegree? Systemarchitektur Implementierung Björn Broscheit 18 / 29

31 WGFS Idee Herausforderung erster Prototyp Die Herausforderung Gocad und andere 3D Modellierungssoftware verwenden Dateien und keine Datenbank zum Speichern der geologischen Modelle Existierende Frameworks zum Entwickeln von Web basierte und Standard konforme räumliche Anwendungen unterstützen zur Zeit keine 3D geologische Modelle. räumliche Datenbanken sind überwiegend 2D Björn Broscheit 19 / 29

32 WGFS Idee Herausforderung erster Prototyp Ist die Idee neu? ab 2005 erster Prototype von einer kanadisches Forschergruppe um Jaynthe Pouliot entwickelt (GEOIDE Projekt (SLM_DFM#15)) Unterschiede? kanadischer Ansatz GOCAD-Client GML-Dokumente werden in einer objektrelationalen Datenbank (MySQL) verwaltet bisher nur Unterstützung von 3D Bounding Box Intersection Björn Broscheit 20 / 29 Osnabrücker Ansatz GIS-Klienten objektorientierte Datenbank db4o räumliche Operationen (bbox, intersects, contains,... ) raumzeitliche Operationen (snapshot, intersects, contains,... ) 3Dto2D-Service

33 WGFS Idee Herausforderung erster Prototyp Ist die Idee neu? ab 2005 erster Prototype von einer kanadisches Forschergruppe um Jaynthe Pouliot entwickelt (GEOIDE Projekt (SLM_DFM#15)) Unterschiede? kanadischer Ansatz GOCAD-Client GML-Dokumente werden in einer objektrelationalen Datenbank (MySQL) verwaltet bisher nur Unterstützung von 3D Bounding Box Intersection Björn Broscheit 20 / 29 Osnabrücker Ansatz GIS-Klienten objektorientierte Datenbank db4o räumliche Operationen (bbox, intersects, contains,... ) raumzeitliche Operationen (snapshot, intersects, contains,... ) 3Dto2D-Service

34 WGFS Umsetzung warum deegree? Systemarchitektur Implementierung Warum deegree? Implementierung des ISO spatial schema Implementation des WFS Spezifikationen Java (GNU GPL) Freie Software räumliche Nähe Björn Broscheit 21 / 29

39 WGFS Umsetzung warum deegree? Systemarchitektur Implementierung geplante Systemarchitektur Abbildung: geplante Systemarchitektur Björn Broscheit 22 / 29

40 WGFS Umsetzung warum deegree? Systemarchitektur Implementierung geplante Systemarchitektur Abbildung: geplante Systemarchitektur Der Web Feature Service (WFS) als Abfragesystem zwischen dem Klienten und dem Server. Technologie neutral räumliche 3D Daten (geologische Modelle) sollen über das Internet abgefragt werden 3D Daten sollen im GML Format geliefert werden (ISO Standard 19136) Björn Broscheit 23 / 29

41 WGFS Umsetzung warum deegree? Systemarchitektur Implementierung geplante Systemarchitektur Abbildung: geplante Systemarchitektur Der Server verwaltet die Anwendungslogik und den Datenzugriff Implementation des Spatial Schema ISO WFS-Applikation Bibliothek für raum-/zeitliche Operationen Datastores für die benötigten Datenquellen Björn Broscheit 24 / 29

42 WGFS Umsetzung warum deegree? Systemarchitektur Implementierung geplante Implementierung Abbildung: geplanter Datastore Ein spezieller Datastore wird gebraucht da in Deegree bisher keine Unterstützung für objektorientierte Datenbank db4o vorhanden bisher keine Unterstützung für die Verwaltung 3D Objekten Björn Broscheit 25 / 29

43 WGFS Umsetzung warum deegree? Systemarchitektur Implementierung geplante Implementierung Abbildung: Integrieren der 3D Bibliothek Integrieren der 3D Bibliothek für räumliche Operationen in deegree Björn Broscheit 26 / 29

44 Zusammenfassung Was wollen wir erreichen? Entwickeln eines freien und offenen System zum Verwalten von geologischen Modellen in der 3D Geodatenbank (erstellt in Gocad) der Ergebnisse aus der numerischen Simulation (aus Abaqus) Verfügbar machen der Daten für die Projektpartner über das Web Protokoll Nutzen der Vorteile eines Interoperablen Ansatzes Übernehmen von ISO und OGC Standards Integrieren der 3D Bibliothek für räumliche Operationen in deegree Implementieren eines Datastores für objektorientierte Datenbank db4o Aufsetzen eines Prototypen der dieses Konzept umsetzt Björn Broscheit 27 / 29

48 Ende auf dem Weg zum einem Web Geological Feature Server. Björn Broscheit 28 / 29

49 Ende Infos Wo gibt s mehr Infos? Björn Broscheit 29 / 29