Visuelle Umsetzung der Planzeichenverordnung mit SLD im Rahmen des XPlanung-Projektes

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1 Visuelle Umsetzung der Planzeichenverordnung mit SLD im Rahmen des XPlanung-Projektes Markus U. MÜLLER Dieser Beitrag wurde nach Begutachtung durch das Programmkomitee als reviewed paper angenommen. Zusammenfassung In Deutschland werden Bauleitpläne graphisch auf Basis der Planzeichenverordnung 1990 (PlanzV 90) umgesetzt. Die Definition der Planzeichen stammt aus einer Zeit, als die digitale Verarbeitung von Geodaten noch nicht der Standard war. Die Erzeugung von Bebauungsplänen und Flächennutzungsplänen wird vorwiegend mit CAD-Systemen durchgeführt. Die konkrete Ausgestaltung der PlanzV 90 ist somit von Kommune zu Kommune recht unterschiedlich, was die Planung über die Grenzen einzelner Kommunen hinaus und das Flächenmanagement auf Basis von Bauleitplänen in Ballungsräumen erschwert. Im ME- Transfer Projekt XPlanung werden aus diesem Grund nicht nur semantische Modelle für Daten der Bauleitplanung erarbeitet, sondern auch standardisierte Darstellungsvorschriften auf Basis des OGC-Standards SLD. Daneben wird im Rahmen des Projektes eine Pilot-Software entwickelt, die das Veröffentlichen von BPlänen im Internet auf Basis des entwickelten Standards erlaubt Die aus XPlanung entstandenen Anforderungen an SLD gingen in die Weiterentwicklung des Standards im OGC mit ein. 1 Problemstellung Bauleitpläne werden in Deutschland auf kommunaler Ebene erfasst und müssen laut Baugesetzbuch die Vorgaben der Planzeichenverordnung von 1990 (PlanzV 90) umsetzen. Bebauungspläne und Flächennutzungspläne sind naturgemäß Geodaten, werden aber oft nicht als solche erfasst und geführt. Die Erzeugung von Bebauungsplänen erfolgt mit Graphik- Software, CAD-Systemen oder GI-Systemen. Wenn Austausch von Bebauungsplänen mit anderen Systemen gefordert ist, entstehen durch die heterogene Herstellungsweise oft Medienbrüche; Nachdigitalisieren vorhandener Daten oder fehlerhaftre Georeferenzierung sind die Folge hiervon (BENNER, KRAUSE & MÜLLER 2005). Das MEDIA@Komm Transfer Projekt XPlanung verfolgt das Ziel diese Problem mittels semantischer Modellierung von B-Plänen und F-Plänen und der Entwicklung digitaler, standardisierter Darstellungsvorschriften zu lösen. Das Problem des digitalen Austausches von Bauleitplänen wurde in BENNER, MÜLLER, KRAUSE (2005) beschrieben und der Prozess und die Ergebnisse der semantischen Modellierung in BENNER & KRAUSE (2006) zusammengefasst. Objektmodelle für BPläne und FPläne wurden entwickelt und GML-Anwendungsschemata (COX ET AL. 2005) abgeleitet,

2 Visuelle Umsetzung der Planzeichenverordnung mit SLD 485 die die Namen BPlanGML und FPlanGML tragen. Diese beschreiben den Inhalt von Bebauungsplänen ohne Aussagen über deren graphische Ausgestaltung zu machen. 1.1 Die Planzeichenverordnung 1990 Die PlanzV 90 unterteilt sich in verschiedene Gruppen von Zeichen für flächenhafte, linienhafte und punktförmige Objekte. Neben wirklichen geometrischen Objekten werden auch textliche Festsetzungen beschrieben. Ein Beispiel für flächenhafte Darstellungen ist in Abbildung 1 zu sehen. Abb. 1: Planzeichen für Gewerbeflächen in weiß, s/w und farbiger Ausführung Die in Abbildung 1 dargestellten Planzeichen sind vergleichsweise einfach Flächen werden mit Schraffuren oder Farben und textlichen Merkmalen versehen. Schon hier ist aber festzustellen, dass die farbliche Festlegung nicht eindeutig ist (beispielsweise in Form eines RGB-Wertes), was zu unterschiedlichen Ausprägungen führt. Abb. 2: Flächen für Aufschüttungen und Abgrabungen

3 486 M. U. Müller In Abbildung 2 sind zwei in Hinsicht auf die Darstellung komplizierte Planzeichen abgebildet. Problematisch sind hier zwei konstruierte Linien, eine nach innen und eine nach außen, als auch die Unregelmäßigkeit der Darstellung zur besonderen Berücksichtigung der Ecken. Die Folge dieser Probleme ist, dass die Bauleitpläne der verschiedenen Kommunen visuelle Unterschiede aufweisen, was die interkommunale Interpretation erschwert. 1.2 Styled Layer Descriptors (SLD) Der OGC-Standard Styled Layer Descriptor (SLD, LALONDE 2002) definiert ein herstellerunabhängiges Format für Zeichenvorschriften. SLD selbst ist eine XML-Sprache, die mittels definierter Tags die Darstellung von Flächen, Linien, Punkten und Annotationen festschreibt. Der SLD-Standard ist eng verbunden mit dem Web Map Service (WMS)-Standard des OGC (DE LA BEAUJARDIERE 2004). Über SLD-Funktionalität ist es möglich auf die Darstellung von Layern Einfluss zu nehmen, die durch einen WMS angeboten werden. Das Format kann aber daneben auch eingesetzt werden, um den Austausch von Zeichenvorschriften zwischen Desktop-Applikationen zu ermöglichen. Der SLD-Standard ist im Umfeld des Web Mapping entstanden und dementsprechend an den WMS-Standard gekoppelt. Ein so genannter SLD-WMS erlaubt es Geodaten auf Basis von SLD zu visualisieren. SLD definiert verschiedene Konstrukte zur Visualisierung von Geodaten. Es können Flächen, Linien, Punkte und Annotationen mit verschiedenen Farben, Strichstärken und Symbolen dargestellt werden. Für spezielle grafische Symbole ist es möglich, Pixelgrafiken (png, gif oder ähnliches) oder SVG-Grafiken einzubinden oder zu referenzieren. Den allgemeinen Erstellungsprozess digitaler Karten stellt Abbildung 3 dar. Abb. 3: Portrayal Model (aus CUTHBERT 1997)

4 Visuelle Umsetzung der Planzeichenverordnung mit SLD 487 Grundlage und Rohstoff für die Kartenerstellung sind verschiedene Datenquellen ( Data Source ). Dies sind Daten, die in Datenbanken mit raumbezogener Funktionalität vorliegen oder in Vektor- oder Rasterdateien gespeichert sind. Aus diesen Datenquellen und auf Basis bestimmter Anfragebedingungen ( Query Constraints ) wird eine Menge von Geoobjekten selektiert. Obwohl hier die OpenGIS Specification for Simple Features genannt wird, ist, ist diese Vorgehensweise generisch, die Erzeugung von Geoobjekten ( Features ) kann auch mittels anderer Schnittstellen oder Mechanismen wie dem Einsatz eines Web Feature Service (WFS) vor sich gehen. Die selektierte Menge von Geoobjekten wird nun durch Anwendung von Darstellungsinformationen ( Style ) zu Darstellungsobjekten umgewandelt ( Display Elements ). Darstellungsobjekte müssen keine weiteren Informationen enthalten, außer der Angabe wie sie gezeichnet werden müssen, sie bestehen also aus Geometrien, Farben, Strichstärken etc. Darstellungselemente können spezielle Objekte einer Programmiersprache oder API sein, aber auch beispielsweise SVG 1 -Elemente. Bei der Erstellung von Darstellungselementen kommt der Standard SLD ins Spiel, dieser definiert auf eine herstellerunabhängige Weise die benötigten Darstellungsinformationen. Darstellungselemente werden dann eingeschränkt durch Image Constraints gerendert, das heißt sie werden gezeichnet und können so für den Nutzer dargestellt werden. Die Trennung von Geoobjekten und ihren Darstellungsvorschriften, wie sie am Portrayal Model idealtypisch gezeigt wird bringt bestimmte Vorteile mit sich. Insbesondere können die Darstellungsvorschriften und Geoobjekte getrennt voneinander weiterentwickelt werden, wenn die Schnittstelle der beiden Komponenten wohldefiniert ist. Darüber hinaus wird hierdurch ermöglich, dass eine Darstellungsvorschrift auf verschiedene Mengen von Geoobjekten angewandt wird, ohne dass diese jedes Mal neu definiert werden müssen und es ist problemlos möglich, verschiedene Darstellungen aus einem Datensatz zu generieren. 2 Das Projekt XPlanung Die Aufstellung von Bauleitplänen wird in Deutschland von einer Vielzahl gesetzlicher Bestimmungen geregelt. Im Rahmen der egovernment Initiativen Deutschland Online und Media@Komm-Transfer wird im Projekt XPlanung unter der Federführung der Freien und Hansestadt Hamburg (Landesbetrieb Geoinformation und Vermessung) und des Kreises Segeberg in einer Arbeitsgruppe mit Vertretern aus kommunalen und hochschulnahen Institutionen versucht, ein geometrisch/semantisches Datenmodell und ein GML-3 konformes Austauschformat für die Festsetzungen und Regelungen der Bauleitplanung zu entwickeln. Ziel des Projektes ist es, die Interoperabilität der in der Bauleitplanung eingesetzten DV-Systeme zu verbessern, die Visualisierung der Pläne zu standardisieren, und automatisierte Auswerteverfahren für z.b. das Monitoring der Planumsetzung oder die Prüfung von Bauanträgen zu ermöglichen. Langfristig ist auch daran gedacht, den Prozess der Aufstellung, Genehmigung und Änderung von Bauleitplänen (BPlänen) durch entsprechende Datenmodelle zu standardisieren. 1 Scalable Vector Grapics, eine XML-Anwendung zur Beschreibung von Vektorinformationen.

5 488 M. U. Müller Die Projektgruppe hat zwei Arbeitsgruppen gebildet, von denen sich die erste mit der semantischen Modellierung von Bauleitplänen befasst, während die zweite Arbeitsgruppe sich mit der Visualisierung von Bauleitplänen und der Entwicklung einer Pilotanwendung befasst. Der Inhalt des vorliegenden Aufsatzes befasst sich mit den Ergebnissen der Arbeitsgruppe 2, deren Federführung bei der Gemeinsamen Kommunalen Datenzentrale (GKD) Ruhr liegt, während die Ergebnisse der Arbeitsgruppe 2 von BENNER & KRAUSE (2006) zusammengefasst werden. 2.1 Semantische Modellierung Ziel der Standardisierungsbemühungen ist der Entwurf interoperabler Objektmodelle für vorbereitende und verbindliche Bauleitpläne, um einen ungehinderten und uneingeschränkten Datenaustausch zwischen unterschiedlichen IT-Systemen (CAD, GIS, Web-GIS) zwischen verschiedenen Behörden, Behörden und privaten Büros bzw. Nutzern zu gewährleisten. Alle nach dem Baugesetzbuch möglichen Darstellungen eines Flächennutzungsplanes ( 5 BauGB) und alle Festsetzungen eines Bebauungsplan ( 9 BauGB) wurden als raumbezogene Objekte modelliert. Die Datensätze, die aus den Objektmodellen für vorbereitende und verbindliche Bauleitpläne abgeleitet werden, sind plattformunabhängig, d.h. können von jedem Softwaresystem gelesen werden, und beschreiben den Inhalt eines Bauleitplanes. Das entwickelte Objektmodell basiert dabei auf internationalen Standards zur Datenmodellierung (UML) und zur Beschreibung und Austausch raumbezogener Daten insbesondere auf der Geography Markup Language (GML) des OGC. Das spezifizierte Datenformat BPlanGML ist ein GML Anwendungsschema, das bedeutet, dass GML-Konstrukte benutzt wurden, um die Objekte des Anwendungsbereiches zu beschreiben. Analog zu dem Format für die Beschreibung der Inhalte eines Bebauungsplanes spezifizierte die Arbeitsgruppe ein Format zur Beschreibung der Inhalte eines Flächennutzungsplanes als Datenformat FPlanGML. 2.2 Visualisierung mit SLD Neben der semantischen Modellierung der Inhalte von Bauleitplänen befasst sich das Projekt gleichfalls mit der Entwicklung standardisierter Darstellungsvorschriften mit Hilfe von Styled Layer Descriptors. Hierzu ist es notwendig, dass für alle definierten Objekttypen in SLD beschriebene Regeln entwickelt werden. SLD benutzt Zeichenregeln, so genannte Rules, um Zeichenvorschriften zu definieren, die dann bestimmten Objekttypen (= Feature Types) zugeordnet werden. Ein Beispiel für eine im Rahmen von XPlanung entwickelte Rule ist im Folgenden dargestellt:

6 Visuelle Umsetzung der Planzeichenverordnung mit SLD 489 <Rule> </Rule> <ogc:filter> <ogc:propertyisequalto> <ogc:propertyname>app:artderbaulichennutzung</ogc:propertyname> <ogc:literal>allgemeine Wohngebiete</ogc:Literal> </ogc:propertyisequalto> </ogc:filter> <Name>Allgemeine Wohngebiete</Name> <PolygonSymbolizer> <Fill> <CssParameter name="fill">#fcb9a9</cssparameter> <CssParameter name="fill-opacity">1.0</cssparameter> </Fill> <Stroke> <CssParameter name="stroke">#000000</cssparameter> <CssParameter name="stroke-opacity">1.0</cssparameter> <CssParameter name="stroke-width">1.0</cssparameter> <CssParameter name="stroke-dasharray">1</cssparameter> </Stroke> </PolygonSymbolizer> Hier wird Flächenobjekten, deren artderbaulichennutzung Allgemeine Wohngebiete ist eine Füllfarbe (#fcb9a9 entspricht einem Rosa-Ton) und Liniendefinition zugeordnet, die zu einer vollständig eindeutigen Darstellung führt). Beispiele für einfache Visualisierungen sind in Abbildung 4a und 4b zu sehen. Dort werden Planzeichen für Gewerbegebiete dargestellt, in 4a die farbige Variante (es wurde eine Zeichnvorschrift gewählt, die farbig grau ist aus Gründen des Drucks) und in 4b die entsprechende schwarz-weiß Darstellung. Darstellungen dieser Art sind mit einem so genannten PolygonSymbolizer (siehe oben) einfach umzusetzen. Diese Visualisierungsvorschrift kann als stellvertretend für alle Planzeichen für die Art der baulichen Nutzung gelten. Die verschiedenen Flächensignaturen und deren Beschriftungen sind problemlos mit SLD darstellbar. Die einzige Problematik, die hier existiert ist dass die Annotationen beziehungsweise Symbole, so sie direkt auf ein Polygon angewandt werden, nur eingeschränkt verschiebbar sind. Es bleibt der jeweiligen Implementierung überlassen, wo das Planzeichen gesetzt wird, vorgeschlagen von Seiten des Standards wird die Benutzung des Zentroids oder eines vergleichbaren repräsentativen Punktes des Polygons. In der gerade in Entwicklung befindlichen nächsten Version des SLD-Standards wird dieses Defizit zumindest teilweise gelöst, man kann dort GraphicSymbols beliebig verschieben. Abbildung 4c und 4d zeigen komplexere Visualisierungen hinsichtlich der Zeichenvorschrift für die Außenbegrenzungen. Bei beiden Nutzungsarten, Flächen für Aufschüttungen und Hochwasserrückhaltebecken, wird die Liniensignatur durch ein sich wiederholendes Symbol definiert. Hier und insbesondere in 4c kann man erkennen, worin im Detail die Probleme liegen, die PlanzV mittels SLD zu visualisieren: Die korrekte Ausgestaltung von Ecken ist schwer umzusetzen.

7 490 M. U. Müller Abb. 4: Visualisierung verschiedener Nutzungsarten In Abbildung 5 ist aus Gründen der Anschaulichkeit das Problem noch einmal im Detail dargestellt. Komplexe Visualisierungsvorschriften für Linien werden bei SLD durch das wiederholte Zeichnen einer Pixelgrafik umgesetzt, die wieder und wieder aneinandergesetzt wird. Dies kann zu Lücken, Überschneidungen und teilweise gerundeten Ecken führen. Insbesondere die Ausgestaltung von Ecken, die durch die PlanzV sehr präzise vorgegeben ist, ist mit SLD im vorhandenen Status nicht möglich. Abb. 5: SLD-Visualisierung eines Hochwasserrückhaltebeckens

8 Visuelle Umsetzung der Planzeichenverordnung mit SLD 491 Ein weiteres Problem bei der akribischen Umsetzung der PlanzV ist die Darstellungsgröße der Signaturen, die maßstabsabhängig ist. Beispielswiese sollten spezielle Liniensignaturen im Maßstab 1: mm breit gezeichnet werden, im Maßstab 1:2000 aber nur in 1,5 mm Breite. SLD erlaubt die Definition von maßstabsabhängigen Zeichenvorschriften, wobei diese immer nur intervallweise definiert werden können. Durch diesen Mechanismus kann man für Standard-Maßstäbe dieses Problem in den Griff bekommen, es ist aber nicht möglich eine kontinuierliche Anpassung der Darstellungsgröße in Beziehung zum Maßstab zu definieren. Für die in XPlanung verwendeten SLDs wurden deshalb vier Maßstabsbereiche definiert, für die die Größen der Elemente festgesetzt wurden. Die beschriebenen Probleme führten dazu, dass ein im OGC so genannter Change Request von lat/lon abgesetzt wurde, der das Ziel hat, dass in der nächsten Version des SLD- Standards diese Probleme lösbar sind. 2.3 X3P: die XPlanung Publishing Platform Um die grundsätzliche Umsetzbarkeit des XPlanung-Standards zu demonstrieren, wurde eine pilothafte Implementierung entwickelt, deren Aufgab es ist BPlanGML (und später FPlanGML) über OGC Web Services und einen interaktiven Auskunftsplatz im Internet zu veröffentlichen. Abb. 6: Darstellung eines Bebauungsplanes von Bremen in X3P Die entwickelte Software, die den Namen XPlanung Publishing Platform (X3P) trägt, würde auf Basis des Freie Software/Open Source Projektes deegree ( und anderer Freier Software-Komponenten entwickelt.

9 492 M. U. Müller X3P besteht aus den Komponenten: Datenhaltunskomponente für BPlanGML, umgesetzt mit PostgreSQL/PostGIS Transaktionaler deegree Web Feature Service SLD-fähiger deegree Web Map Service Interaktiver Auskunftsplatz ( Portal ) auf Basis von deegree igeoportal In der Kombination dieser Komponenten ist es möglich BPlanGML (später auch FPlanGML) auf einfache Weise im Internet zu veröffentlichen. Der transaktionale Web Feature Service übenimmt hierbei die Aufgabe des Importes von GML-Dateien, die dann in PostGIS gespeichert werden. Der lesende Zugriff auf die Daten ist dann über WMS und WFS möglich oder mittels des Portales. In Abb. 6 ist das Portal von X3P dargestellt. X3P ist ein Angebot des Projektes XPlanung an jeden, der Interesse an der Umsetzung des XPlanung-Standards besitzt. Da X3P vollständig auf Freier Software basiert, wird es komplett kostenfrei zur Verfügung gestellt. 3 Ausblick 3.1 Weiterentwicklung des SLD-Standards Die Anforderungen die sich aus dem Projekt an SLD ergaben sind in den Weiterentwicklungsprozess des SLD-Standards mit eingeflossen. SLD wird in der Zukunft in zwei Teil- Standards unterteilt werden, die sich ergänzen. Der erste Teil des Standards wird die Beschreibung von Darstellungsvorschriften mit XML-Konstrukten umfassen und aus dem WMS-Kontext herausgelöst werden. Der Name diesen Dokumentes wird in Version 1.1 Symbology Encoding Implementation Specification (MÜLLER 2005) sein. Die Verknüpfung zwischen Symbology Encoding und dem WMS-Standard wird durch das Styled Layer Descriptor Profile of the Web Map Service Implementation Specification (MÜLLER & MACGILL 2005) hergestellt werden. Zeichenvorschriften, die auf Symbology Encoding 1.1 basieren werden in der Lage sein, die Probleme, die sich durch die PlanzV ergeben zu großen Teilen zu lösen. 3.2 SLD, XPlanung und X3P XPlanung hat inzwischen die Auszeichnung eines GDI-DE Modellprojektes erhalten (LENK 2006) und wird sich weiterentwickeln. Sowohl die erarbeiteten SLD-Definitionen als auch X3P wurden der Allgemeinheit zur Verfügung gestellt werden. Der wichtigste nächste Schritt ist aber, dass die Standards von XPlanung in den entsprechenden Fachschalensystemen der Bauleitplanung umgesetzt werden. X3P kann dann als Plattform zum Testen der Interoperabilität und zur Veröffentlichung von Bauleitplänen im Internet auf Basis eindeutiger Darstellungsvorschriften zum Einsatz kommen.

10 Visuelle Umsetzung der Planzeichenverordnung mit SLD 493 Danksagung Die Arbeit wurde im Rahmen der E-Government Projekte und Deutschland.Online durchgeführt. Der Autor dankt den Mitgliedern der Projektgruppe XPlanung für ihre Unterstützung. Literatur BENNER, J. & KRAUSE, K. (2006) Objektorientierte Datenmodelle für Bauleitpläne Das E-Government Projekt XPlanung. In diesem Band. BENNER, J, KRAUSE, K. & MÜLLER, M. (2005): Elektronische Planzeichenverordnung - Modellierung, Datenaustausch und Visualisierung von Bauleitplänen mit OGC- Standards. In: Proceeding of CORP 2005, COX, S, DAISEY, P, LAKE, R., PORTELE, C & WHITESIDE, A. (Hrsg.)(2004): OpenGIS Geography Markus Language (GML) Implementation Specification version Open- GIS Project Document r1, CUTHBERT A.: User interaction with geospatial data. OpenGIS Project Document , 1997, DE LA BEAUJARDIERE J. (Hrsg.) (2004): OpenGIS Web Map Service Version 1.3. OpenGIS Project Document , LALONDE W. (Hrsg.) (2002): Styled Layer Descriptor Implementation Specification OpenGIS Project Document , LENK, M. (2006): XPlanung, Modellprojekt für den Aufbau der Geodateninfrastruktur Deutschland. Dokumente_de/Veranstaltungen/X-Planung/Workshop-Dokument_2005,property= dokument.pdf MEDIA@Komm-Transfer: MÜLLER, M. (Hrsg.) (2005): Symbology Encoding Implementation Specification. OGC Project Document MÜLLER, M. & MACGILL, J. (Hrsg.) (2005): Styled Layer Descriptor Profile of the Web Map Service Implementation Specification. OGC Project Document