GGInA, das Geoportal der BfG Veröffentlichen, Erschließen und Analysieren von gewässerkundlichen Geofachdaten Sven TSCHIRNER und Klaus FRETTER Zusammenfassung Im föderalen System der Bundesrepublik Deutschland teilen sich verschiedene Behörden von Bund und Ländern die Zuständigkeiten für Gewässer. Als Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) beraten wir die Bundesministerien (BMVBS 1, BMU 2 u.a.) sowie die Wasserund Schifffahrtsverwaltung (WSV) in Bezug auf die Nutzung und Bewirtschaftung der Bundeswasserstraßen. Als Bundesoberbehörde im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) angesiedelt, ist es unsere Aufgabe, zur Realisierung eines leistungsfähigen und umweltverträglichen Verkehrssystems beizutragen. Durch unsere jahrzehntelange hydrologische Praxis und die Tätigkeiten an den Wasserstraßen des Bundes ist ein wertvoller Bestand an Umweltinformationen entstanden. Wir haben das Portal GGInA (Gewässerkundliches Geographisches Informations- und Analysesystem) entwickelt, um einen zentralen, web-gestützten Zugang zu diesem Geofachdaten-Pool zu ermöglichen und den Austausch von Geodaten untereinander und mit unseren Partnern zu erleichtern. Die BfG betreibt mit GGInA eine moderne Geodateninfrastrukur mit Karten- und Katalogdiensten und dazugehörigen Browser-Clients. Sie kann damit auf effiziente Art und Weise insbesondere den gesetzlichen Informations- und Veröffentlichungspflichten nachkommen, die im Zuge des UIG 3, IFG 4 und INSPIRE 5 auf sie zu kommen. Die Kommunikation und Integration in die relevanten übergeordneten GDI- Knoten GDI-DE, PortalU und zukünftig WISE 6 wird mittels marktreifer GI-(Prä)- Standards (WMS, WFS und CSW) über Web-Schnittstellen sichergestellt. Fachdaten mit und ohne Raumbezug werden in der BfG physisch und semantisch heterogen vorgehalten. Diese Heterogenität wird in einer Auswertedatenbank konsolidiert und integriert. Dadurch wird die Bereitstellung von zentralen Diensten entkoppelt von der Technologie und der Organisation der Quelle. Die Fachdaten können dort in gewohnter Weise und mit den etablierten Anwendungen fortgeschrieben werden. Die Fachleute entscheiden, welche Datenbestände über das Geoportal für andere Personen bereitgestellt werden sollen, wann und wie oft diese Daten in die Auswertedatenbank transferiert werden sollen und nicht zuletzt, für wen der Zugriff freigegeben werden soll. Beim Überführen der Fachdaten in die Auswertedatenbank lassen sich Geo- und verknüpfte Sachdaten dank einheitlicher 1 2 3 4 5 6 Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit. UmweltInformationsGesetz (seit 14.02.2005). InformationsfreiheitsGesetz (seit 01.01.2006). Infrastructure for Spatial Information in Europe. Water Information System of Europe, auf Grundlage der europ. Wasserrahmenrichtlinie.
GGInA, das Geoportal der BfG 815 Schlüssel- und Codelisten Themen übergreifend abgleichen und optimal für den Einsatz in WebServices vorbereiten. Jede Ressource, die mittels GGInA für andere bereitgestellt werden soll, muss mit Metadaten beschrieben werden. Der Metadaten-Autor entscheidet, für wen die Metadaten freigegeben werden und wer auf die Ressource zugreifen darf. Die Katalogsuche bildet in GGInA die Brücke zwischen dem Bereitsteller und dem Anwender: Der Zugriff (bind gemäß des publish-find-bind-paradigmas 7 ) auf eine Ressource wird per Knopfdruck aus der Trefferliste einer Recherche angestoßen. Ein Rollen-basiertes Sicherheitskonzept schützt hierbei alle im Portal registrierten Funktionen und Daten. 1 Datenmanagement: Integrationsansätze Das Projekt GGInA verfolgt das Ziel, das Management von Daten mit direktem und indirektem Raumbezug innerhalb der BfG zu vereinfachen, zu vereinheitlichen und die Koordination von Datenanfragen zu unterstützen. Zu diesem Zweck werden in GGInA drei Integrationsansätze kombiniert: Spatial Layer (ArcSDE bzw. Oracle Spatial), Auswertedatenbank und WebServices. Der GGInA-Datenpool besteht technisch gesehen aus zwei Quellen: einem Datei-Server und einer Auswertedatenbank. (siehe Abbildung 1). Die Auswertedatenbank kommt für alle strukturierten Datenquellen zum Einsatz, die entweder als objekt-relationale Fachdatenbanken zentral zugänglich sind oder in lokalen Datenbanken, z.b. im Format Microsoft- Access, vorliegen. Mit Hilfe von ETL-Prozessen (= Extraction, Transformation, Loading) werden Daten in geregelten Zeitabständen aus den Quelldaten extrahiert, in diversen Schritten zur Aufbereitung von Geometrie- und zugehörigen Sachdaten transformiert und in das Datawarehouse eingelagert. Die BfG bedient sich je nach Art der Primärdaten zweier ETL- Werkzeuge, dem Oracle Warehouse Builder (OWB) und der FME-Software von SAFE. Für die Manipulation und Homogenisierung von Sachattributen setzen wir bevorzugt den OWB ein, der mit grafischer Unterstützung die Definition komplexer Umsetzungsprozesse zulässt. Diese Transformationen werden vom OWB in PL/SQL-Prozeduren gespeichert und arbeiten direkt in der Datenbankinstanz. Sofern geometrische Operationen, Koordinatentransformationen oder Speicherformatumwandlungen durchgeführt werden müssen, kann die FME-Software ihre Stärken ausspielen und z.b. Vektordaten in das Zielformat SDO (Oracle Locator/Spatial) überführen. Die Stärken der jeweiligen Werkzeuge können auch kombiniert werden, wenn beide ETL-Automaten parallele Transformationsprozesse starten und die Ergebnisdaten über Primärschlüssel zusammenführen. Die Primärdaten werden weiterhin in ihren Quelldatenbanken erfasst und gepflegt und nur dann in das GGInA-Warehouse überführt, wenn sie als Datengrundlage für Webdienste oder für Homogenisierungen der BfG-weiten Umweltdatenbestände benötigt werden. Beispiele für Homogenisierungen sind z.b. Schlüssel für administrative Einheiten, Gewässer und deren Einzugsgebiete, Messmethoden, Messparameter und -einheiten. Aber auch häufig verwendete und Fachanwendungs-übergreifende Datenquellen, wie beispielsweise Pegelstammdaten und Gewässernetzgeometrien sind darunter zu verstehen. 7 Vgl. MÜLLER & PORTELE (2004).
816 S. Tschirner und K. Fretter Die andere wichtige Stütze im GGInA-Datenmanagement ist ein Datei-Server, der innerhalb des BfG-Intranets erreichbar ist. Dort werden zum Beispiel die Projektdateien gespeichert, auf deren Basis WMS-Dienste angelegt werden. Der Datei-Server dient auch als Metadata-Repository für datei-basierten Ressourcen, wie zum Beispiel.pdf-Dokumente oder ESRI ArcGIS Layer-Dateien. Abb. 1: Architektur des GGInA-Portals 2 Publizieren von Umweltinformationen mit GGInA Gewässerkundliche Umweltinformationen (Ressourcen) werden im GGInA-Portal mit dem SmartEditor in Metadaten-Dokumenten nach ISO 19115/19119 erfasst. Die Webapplikation SmartEditor gruppiert alle ISO-verpflichtenden und im BfG-Profil relevanten Metadaten übersichtlich in die Themengebiete Identifikation, Ausdehnung, Kontakt und Verwendung. Der SmartEditor verspricht für den Anwender Einfachheit und Ergonomie in der Bedienung, indem z.b. Vorbelegungen der Kontaktdaten aus dem Benutzer- Login gewonnen werden und kontrolliertes Wortgut wie Schlagworte oder Fachkategorien per Knopfdruck zur Verfügung steht. Da Aufträge an die BfG häufig mit einem indirekten Lagebezug in der Form an der Bundeswasserstrasse Rhein, von km x bis km y formuliert werden, kann diese Information ebenfalls attributiv in den Metadaten beschrieben und im Modus Experten-Suche genutzt werden. In GGInA sind Metadaten für folgende Ressourcen-Typen vorgesehen: Geofachdaten (Datei-basiert, DB-basiert): z.b. Digitale Bundeswasserstraßen-karte (DBWK), Wasserschutzgebiete Tabelle: (DB-basiert) z.b. Pegelstände, Gütedaten, Sedimentologische Messungen Dokument: z.b. Gutachten im Rahmen einer Umweltverträglichkeitsprüfung Dienst: z.b. Kartendienst deutscher Wasserschutzgebiete ab Maßstab 1:20.0000 Anwendung: z.b. der Webauftritt eines Projektes oder die Beschreibung einer bestimmten Modellierungs-Software Soll eine Ressource vom Typ Dokument (ISO-Vokabular: nongeographicdataset ) beschrieben werden, so lässt sich diese Datei direkt mit den Metadaten verknüpfen, indem sie an das Portal hochgeladen wird. Der Weg zu den Ressourcen-Typen Dienst und An-
GGInA, das Geoportal der BfG 817 wendung erfordert die Angabe einer gültigen Web-Adresse, wenn vorhanden. Wenn der Metadaten-Autor eine Ressource vom Typ Geofachdaten oder Tabelle in das System einspielen möchte, kann er beim Erfassen von Metadaten die Betreiber des Geoportals damit beauftragen. Dieser Auftrag wird implizit beim Speichern der Metadaten per E-Mail versendet. Damit wird die Brücke zwischen Metadaten und den zugehörigen Ressourcen geschlagen, die in dem zuletzt genannten Fall der manuellen Administration bedarf, im Fall einfacher Dokumente jedoch vollautomatisiert durch die RessourceRegistry organisiert wird. Für die Suche im Metadaten-Katalog stehen drei Anwendungen zur Verfügung, deren einfachste Variante Schnellsuche die Volltextsuche über alle Metadatenelemente anstößt. Die Expertensuche lässt den Benutzer eine gezielte Recherche über ausgewählte zeitliche, räumliche und fachliche Elemente ausführen. Eine weitere Alternative ist der Themenbrowser, in dem der Anwender in einem Baum von sogenannten Fachkategorien einen oder mehrere Begriffe auswählen kann. Mit dieser Auswahl wird das zugehörige Metadatenelement durchsucht. In allen drei Varianten ist die Option enthalten, die Suche auf andere CS-W 2.0-konforme Katalogdienste wie Geoportal.BUND, PortalU oder WSV-Datenkatalog zu verteilen. 3 Einfach von den Metadaten zur Ressource Leitmotiv bei der Realisierung von GGInA war es, möglichst einfach aus der beschreibenden Welt der Metadaten auf das weitaus interessantere Objekt, die beschriebene Ressource, zugreifen zu können. Das verbindende Element zwischen Metadaten und Ressourcen ist die Trefferliste einer Katalogsuche geworden. Aus ihr heraus können flexibel je nach Berechtigung und Ressourcen-Typ u.a. folgende Aktionen gestartet werden (siehe Abbildung 2): WMS-Dienst in den MapExplorer, den WMS-Client von GGInA, laden WMS-Dienst in GoogleEarth laden: Transformation in das Google-eigene Geoformat KML ausführen und GoogleEarth, wenn vorhanden, lokal starten In den Warenkorb : Geofachdaten oder Tabellendaten bestellen In ArcGIS öffnen : ESRI-Kartenprojekte am Arbeitsplatz öffnen Dokument herunterladen Abb. 2: Erschließen von Ressourcen aus der Trefferliste
818 S. Tschirner und K. Fretter Wählt man die Warenkorb -Aktion, so verbirgt sich dahinter die Bestellkomponente von GGInA, mit der sich je nach Ressourcen-Typ ein Datensatz für eigene Zwecke konfektionieren lässt: Geodaten können manuell durch ein Rechteck oder vordefinierte Referenzgeometrien ausgeschnitten und in ein neues Koordinatensystem transformiert werden. Tabellendaten können mit einem grafisch unterstüzten SQL-Client gefiltert werden. Hat der Benutzer eine Wahl getroffen und den Bestellvorgang ausgelöst, wird dieser durch den GGInA-Produktionsdienst asynchron abgearbeitet und der Benutzer nach Fertigstellung per E-Mail benachrichtigt. 4 Authentifizierung und Autorisierung Für ein technisches Instrument wie GGInA, das sowohl für die Erfüllung von Berichtspflichten nach aussen, als auch zur Erleichterung interner Arbeitsabläufe innerhalb der BfG eingeführt wurde, sind vielseitige Berechtigungen zu vergeben und Sicherheitsmechanismen einzuplanen. Für die persönliche Identifikation und Anmeldung im Portal wird die LDAP-Schnittstelle der zentralen Benutzerverwaltung der WSV genutzt. Sofern ein manueller Login unterbleibt, wird der Anwender aufgrund einer IP-Filterung den allgemeinen Benutzergruppen BfG, WSV und Jedermann zugeordnet. Die Authentifikation in GGInA geschieht als Single-Sign-On, ist demnach für alle GGInA-Clients und angeschlossenen Fachanwendungen gültig. Abhängig vom Benutzer und seiner Mitgliedschaft in Benutzergruppen werden mit dem SecurityManager Berechtigungen vergeben. Nachfolgend sind die Ebenen genannt, auf denen in GGInA Zugriffskontrollen angesiedelt sind: Zugriff auf OGC-Dienste und Dienst-Layern (gemäß den im Zuge der GDI-NRW entwickelten Spezifikationen WAS, WSS 8 ) Zugriff auf Portal-Applikationen: z.b. Fachapplikationen oder Administrationskomponenten zur Metadaten-Editierung oder Rechtevergabe Zugriff auf Aktionen innerhalb einer Applikation: z.b. getrennte Berechtigungen zur Metadatensuche und Metadatenerstellung Zugriff auf Ressourcen und Metadaten: Wer darf welche Metadaten sehen? Wer darf welche Ressourcen bestellen 5 Fachanwendungen in GGInA Existierende geo-relevante Webanwendungen der BfG sollen gebündelt und die in GGInA realisierten Konzepte in weiteren Projekten genutzt werden. In das Portal werden sukzessive Fachanwendungen Karten-gestützt und Web-basiert eingebunden, so zum Beispiel für die Anaylse von sedimentologischen Messungen an Bundeswasserstraßen (SedDB). Für diesen Zweck wurde der generische MapExplorer durch spezielle Funktionen erweitert: a) Stammdaten abrufen b) Messungen abrufen c) SedDB-Anwendung starten. Die SedDB- 8 Web Authentification Service und Web Security Service.
GGInA, das Geoportal der BfG 819 Anwendung ist in diesem Fall eine eigenständige Web-Applikation, die unabhängig von GGInA realisiert und auf Dienste -Ebene integriert wurde. Weitere Impulse für das Informationsmanagement innerhalb der BfG ergeben sich aus der Metadaten-Thematik. Die Herangehensweise, ein kontrolliertes Wortgut aufzubauen und für die Verschlagwortung von Metadaten einzusetzen, ist förderlich für die einheitliche Interpretation und führt zu besseren Rechercheergebnissen. Abstimmungspotenzial über Abteilungsgrenzen hinweg besteht auch in der Verortung mit Hilfe geographischer Begriffe und insbesondere in der einheitlichen Verwendung von Gewässernamen. Die Bundeswasserstraßendaten wurden für diese Belange linear-referenziert, d.h. die Angabe der Bundeswasserstraße plus Kilometer können nun in Koordinaten und vice-versa aufgelöst werden. Um GGInA zukunftssicher zu gestalten bzw. in der Realisierung auf Nachhaltigkeit zu trimmen, beteiligen wir uns an den deutschen Arbeitskreisen der GDI-DE zu den Themen Architektur, WMS und dem Pilotprojekt Schutzgebiete sowie der europäischen SDIC WISE. Die dort gewonnenen Erkenntnisse fließen direkt in GGINA ein und helfen, die technische Infrastruktur fachlich gewinnbringend für ein ganzheitliches BfG- Datenmanagement auf dem Stand neuester IT-Technik einzusetzen. Literatur ARCHITEKUR DER GDI-DE VERSION 1.0 beta (2007): Ergebnispapier des AK-Architektur der GDI-DE. MÜLLER, M.U. & C. PORTELE (2004): GDI-Architekturmodelle. In: BERNARD, L., FITZKE, J. & R.M. WAGNER (Hrsg.): Geodateninfrastrukturen Grundlagen und Anwendungen. Heidelberg, S. 83-91.