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Das Geoweb Potenziale digitaler Kartografie für Kommunikation und E-Business

Thesis zur Erlangung des Grades Master of Science von Holger Neub geboren am 16.02.1982 in Emmendingen

betreut durch Dr. Benedikt Schulz (Virtual Identity AG)

Magic is dead, and it’s a beautiful thing - Daniel Madison

1. Prüfer: 2. Prüfer:

Prof. Martin Kirn (Hochschule Pforzheim) Prof. Dr. Thomas Greiner (Hochschule Pforzheim) Eingereicht im April 2009


Location, they say, is everywhere. Everyone has one, all of the time – Ben Ward (Engineer YDN), 2008


Erklärung Hiermit erkläre ich, dass die vorliegende Arbeit von mir selbständig und nur unter Verwendung der aufgeführten Hilfsmittel erstellt wurde. Alle Stellen, die ich wörtlich oder sinngemäß aus veröffentlichten Schriften entnommen habe, wurden als solche gekennzeichnet. Diese Arbeit wurde weder als Ganzes noch in Auszügen für eine andere Prüfung angefertigt.

Freiburg, 28. April 2009

Unterschrift:

III


Kurzfassung Das Internet ist bereits heute das für die Verbreitung von Informationen und Dienstleistungen am häufigsten verwendete System und gilt somit als de facto-Standard für die globale Kommunikation [Yeung/Hall, 2007, S. 367; Stefanakis/Peterson, 2006, S. 6]. Mit Google Earth1 und Google Maps2 als prominente Beispiele hat die Geografie Einzug in das Internet und in das Bewusstsein der Öffentlichkeit erhalten. Das geschärfte Verständnis für die Bedeutung von Geodaten in der Bevölkerung stellt auch Unternehmen vor neue Herausforderungen. Es gilt die Frage zu beantworten, wie das Geoweb dazu beitragen kann, bisherige Infrastrukturen, Schnittstellen und Abläufe weiter zu verbessern, und wie Geowebanwendungen dabei helfen können, einen wirtschaftlichen Vorteil zu erlangen. Besonders deutlich wird die Notwendigkeit von Antworten auf diese Fragestellungen vor dem Hintergrund der allgemein als gültig angesehenen Aussage, dass 80% aller Entscheidungen im öffentlichen und privaten Leben einen räumlichen Bezug haben [Peyke, 2004; Scharl/Tochtermann, 2007; IMAGI, 2008]. Diese Arbeit zeigt, dass Methoden und Werkzeuge des Geowebs eine Reife ereicht haben, die es Unternehmen erlaubt, Geowebanwendungen zur Steigerung des Geschäftserfolg einzusetzen. Die Arbeit untersucht Strukturen des Geowebs und bespricht dessen technisches Fundament. Den Schwerpunkt bilden dabei konkrete Formate wie das bekannte Visualisierungsformat KML, ebenso wie konzeptionelle Element im Geoweb. Begriffe wie Geodateninfrastruktur, Geo Webservices und auch Geoweb werden hinsichtlich unterschiedlicher Definitionen untersucht und Methoden für die webbasierte Präsentation von Geodaten, beispielsweise in Kartendiensten, dargestellt. Über eine Bestandsaufnahme bereits heute existierender Geowebanwendungen in unterschiedlichen Bereichen werden die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten gezeigt. Die Arbeit präsentiert anschließend ein Ordnungssystem für die modulare Zerlegung aktueller und zukünftiger Geowebanwendungen, welches erlaubt, diese einfacher zu sortieren, zu klassifizieren und zu vergleichen. Eine Potentialbetrachtung des Geowebs anhand einer Analyse von Chancen und Risiken zeigt exemplarisch an generellen und konkreten Szenarien, wie Unternehmen durch den Einsatz von Mitteln des Geowebs Potentiale in den Bereichen E-Business und Kommunikation erschließen können. Gleichzeitig untersucht die Arbeit Faktoren, die für den langfristigen Erfolg des Geowebs maßgeblich sind, reflektiert den aktuellen Stand der Entwicklung und bewertet diesen.

Stichworte: Geoweb, Web Mapping, Web 2.0, E-Business, GDI, WebGIS, LBS

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http://www.google.com/earth http://www.google.com/maps

IV


Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 1.1 Zielsetzung .............................................................................................. 1.2 Aufbau der Arbeit ...................................................................................

1 2 2

2 Grundlagen und verwandte Arbeiten 2.1 Literaturlage............................................................................................ 2.2 Basiswissen Geodäsie ............................................................................... 2.2.1 Geografische Kodierung ................................................................ 2.2.2 Geoid, Ellipsoid und Bezugssysteme.............................................. 2.2.3 Kartenprojektionen ....................................................................... 2.3 Geografische Informationssysteme ........................................................... 2.3.1 Begriffsbestimmung im Wandel der Zeit ........................................ 2.3.2 Datenbanksysteme mit räumlichen Daten...................................... 2.3.3 Geodaten und Datentypen ............................................................ 2.3.4 Digitale Kartografie ..................................................................... 2.4 Methoden der Positionsbestimmung ......................................................... 2.4.1 Grundlegende Verfahren zur Standortberechnung .......................... 2.4.2 Satellitengestützte Systeme ........................................................... 2.4.3 Zellbasierte Funknetze .................................................................. 2.4.4 Positionsbestimmung durch IP Location Lookup ...........................

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3 Das Internet als Medium für die Verbreitung und Verwendung von Geodaten 3.1 Das Geografische Internet ....................................................................... 3.1.1 Begriffsbestimmung „Geoweb“ ..................................................... 3.1.2 Quellen geografischer Daten .......................................................... 3.1.3 Benutzergruppen und Peripherie ................................................... 3.2 Formate zur Geokodierung und Georeferenzierung .................................. 3.2.1 Modellierungs- und Datenaustauschformate .................................. 3.2.2 Geografische Kodierung textueller Informationen .......................... 3.2.3 Bildformate mit Geoinformationen ............................................... 3.2.4 Geolocation API für die standardisierte Positionsabfrage............... 3.3 Webservices für Geodienste ..................................................................... 3.3.1 Geo Webservices nach dem OpenGIS Standard ............................ 3.4 Infrastrukturen für den Zugang zu Geodaten .......................................... 3.4.1 Definition, Ziele und Aufgaben...................................................... 3.4.2 Infrastrukturen am Beispiel........................................................... 3.5 Kartendienste und virtuelle Globen ......................................................... 3.5.1 Virtuelle Globen ...........................................................................

20 20 20 21 23 24 24 29 32 36 38 40 42 42 44 45 46

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Inhaltsverzeichnis

3.5.2 3.5.3

Kartendienste ............................................................................... 47 Anwendungsgebiete....................................................................... 50

4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung 4.1 Querschnitt durch Geowebanwendungen - Eine Bestandsaufnahme .......... 4.1.1 Basisdienste und Frameworks........................................................ 4.1.2 Nachrichtenkarten......................................................................... 4.1.3 Fotomapping................................................................................. 4.1.4 Auskunftsysteme und Geo-Zentrische Webseiten ........................... 4.1.5 Navigation und Assettracking ....................................................... 4.1.6 Analyse, Marketing und Werbung ................................................. 4.1.7 Mobile Applikationen und Location Based Services LBS ............... 4.1.8 Content Dynamisierung über Location Tracking............................ 4.1.9 Präsentation und Visualisierung.................................................... 4.2 Bestandteile von Geowebanwendungen - Eine Zerlegung .......................... 4.2.1 Komponentensicht: Webanwendung............................................... 4.2.2 Komponentensicht: Technisch/Infrastruktur .................................. 4.2.3 Zusammenfassung und Bewertung des Schemas.............................

53 53 54 55 56 57 59 61 63 65 66 69 70 77 79

5 Chancen für Geowebanwendungen und Faktoren für den langfristigen Erfolg 5.1 Mehrwertpotentiale am Beispiel .............................................................. 5.1.1 Potentiale für das E-Business und Kommunikation im Allgemeinen 5.1.2 Marketing und Akquise von Daten ................................................ 5.1.3 Harmonisierung in Geschäftsprozessen und Verwaltung ................. 5.1.4 Verbesserung der Informationsversorgung und Kommunikation durch Mittel des Geoweb .............................................................. 5.1.5 Location Aware Webbrowsing ....................................................... 5.1.6 Migration von Virtualität und Örtlichkeit ..................................... 5.2 Katalysatoren und Risiken ...................................................................... 5.2.1 Mobiles Internet und Positionsbestimmung als Schlüssel für ortsbezogene Dienste .......................................................................... 5.2.2 Über Standardisierung, Harmonisierung und Kooperation ............. 5.2.3 Schutz von Daten und Datenschutz ..............................................

84 84 84 85 86 87 88 89 91 91 92 95

6 Zusammenfassung und Ausblick 98 6.1 Zusammenfassung ................................................................................... 98 6.2 Ausblick ................................................................................................. 101 Literaturverzeichnis

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Anhang

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1 Einleitung Das Internet ist bereits heute das für die Verbreitung von Informationen und Dienstleistungen am häufigsten verwendete System und gilt somit als de facto-Standard für die globale Kommunikation [Yeung/Hall, 2007, S. 367; Stefanakis/Peterson, 2006, S. 6]. Mit Google Earth1 und Google Maps2 als prominente Beispiele hat die Geografie Einzug in das Internet und in das Bewusstsein der Öffentlichkeit erhalten und löste in der Webgemeinde einen Trend des Geotaggings3 aus. Dieser Trend führte dazu, dass eine Vielzahl von Informationen nunmehr geografisch sortiert werden können. Die punktgenaue Beschreibung von Informationen über räumliche Koordinaten eröffnet eine neue Dimension der Betrachtung und erlaubt es, neue Schlüsse zu ziehen, da viele Informationen über Ressourcen „erst durch ihre Zuordnung zu einem definierten Ort [. . . ] einen Nutzen“ [Vogel, 2002, S. 1] bringen. Frei verfügbare Kartendienste bieten Schnittstellen für die externe Verwendung an. Über diese lassen sich geografisch kodierte Informationen hinzuzufügen, in sogenannten Mash-Ups mit anderen Anwendungen kombinieren und als neuartige Browseranwendungen mit geografischem Bezug im Internet anbieten [Maguire, 2008]. Auch vereinfacht die Öffnung monolithischer Geoinformationssysteme (GIS) in Form von Webschnittstellen den Zugriff auf geografisch kodierte Informationen, als unmittelbare Konsequenz der globalen Vernetzung und interdisziplinären Nutzung von Geoinformationen [Bernard/ Crompvoets/Fitzke, 2005, S. 5; Stefanakis/Peterson, 2006, S. 6]. Das geschärfte Verständnis für die Bedeutung von Geodaten in der Bevölkerung stellt auch Unternehmen vor neue Herausforderungen. Es gilt die Frage zu beantworten, wie das Geoweb dazu beitragen kann, bisherige Infrastrukturen, Schnittstellen und Abläufe weiter zu verbessern, und wie Geowebanwendungen dabei helfen können, einen wirtschaftlichen Vorteil zu erlangen. Besonders deutlich wird die Notwendigkeit von Antworten auf diese Fragestellungen vor dem Hintergrund der allgemein als gültig angesehenen Aussage, dass 80% aller Entscheidungen im öffentlichen und privaten Leben einen räumlichen Bezug haben [Peyke, 2004; Scharl/Tochtermann, 2007; IMAGI, 2008].

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http://www.google.com/earth http://www.google.com/maps 3 Geotagging beschreibt die Zuordnung einer Geografischen Position zu einem Datensatz, wie Text-, Bild-, Video- oder Audiodaten 2

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1 Einleitung

1.1 Zielsetzung Übergeordnetes Ziel dieser Arbeit ist es, aufzuzeigen, dass Methoden und Werkzeuge des Geowebs eine Reife ereicht haben, die es Unternehmen erlaubt, Geowebanwendungen zur Steigerung des Geschäftserfolgs einzusetzen. Die Arbeit konzentriert sich dabei auf folgende Teilziele: • Schaffung einer präzisen, konsistenten und vollständigen begrifflichen Basis, • Analyse bestehender Geowebanwendungen und Schaffung eines modularen Ordnungssystems zur Klassifikation bestehender und zukünftiger Geowebanwendungen, und • Potentialbetrachtung des Geowebs anhand einer Analyse von Chancen und Risiken.

1.2 Aufbau der Arbeit Die vorliegende Arbeit ist thematisch in drei Blöcke unterteilt: Eine Einführung in die Geografie und Untersuchung des technischen wie konzeptionellen Fundaments des Geowebs geben die Kapitel 2 und Kapitel 3. Sie stellen Grundlagen der digitalen Kartografie, der Geografie und der Positionsbestimmung vor. Anschließend untersuchen sie Strukturen des Geowebs und besprechen Formate, die eine Geokodierung erlauben und für den Einsatz im Web geeignet sind. Außerdem beschreiben sie Ansätze für den einheitlichen Zugriff auf Geodaten und der Präsentation im Webbrowser. Eine Bestandsaufnahme von Anwendungen im Geoweb und Beschreibung eines Schemas für die Zerlegung von Geowebanwendungen umfasst das darauf folgende Kapitel 4. Es reflektiert den Stand verfügbarer Geowebanwendungen und präsentiert ein Schema für deren modulare Zerlegung. Erfolgsfaktoren des Geowebs und Potentiale von Geowebanwendungen in Kommunikation und E-Business untersucht Kapitel 5, indem es anhand von abstrakten und konkreten Beispielen zeigt, wie Unternehmen in Hinblick auf Kommunikation und das E-Business Werkzeuge des Geowebs zu ihren Gunsten einsetzen können. Gleichzeitig bespricht das Kapitel Faktoren, die für den langfristigen Erfolg des Geowebs und dessen Anwendungen maßgeblich sind. Die Arbeit schließt mit einer übergreifenden Betrachtung und einem Ausblick in Kapitel 6.

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2 Grundlagen und verwandte Arbeiten Anwendungen im Geoweb setzen digitalen Karten ein und verwenden so Produkte und Werkzeuge der Geografie. Die geografische Verortung von Punkten stützt sich auf Methoden, um Positionen auf der Erde zu bestimmen. Dieses Kapitel vermittelt in Abschnitt 2.2 die nötigen Grundlagen für den Umgang mit digitalen Karten im Internet. Anschließend führt Abschnitt 2.3 den Begriff des Geografischen Informationssystems und dessen Bestandteile ein. Ein Blick auf gängige Verfahren zur Positionsbestimmung und deren Anwendung in Abschnitt 2.4 schließt das Kapitel.

2.1 Literaturlage Die Entwicklung von GIS Anwendungen blickt auf eine lange Historie zurück. Dementsprechend existiert ein großer Literaturbestand zu verschiedensten Themen mit theoretischer und praktischer Ausrichtung. Auch einige Werke zu WebGIS befinden sich darunter. Hierbei liegt der Fokus meist auf den Einsatz in der GIS Domäne. Diese Sammlungen geben einen Einblick in den Entwicklungsprozess von monolithischen GIS Systemen zu verteilten WebGIS Anwendungen, befassen sich jedoch nicht mit der neuartigen Verwendung von georeferenzierenden Multimediadaten und deren Einsatz in Anwendungen ausserhalb der GIS Domäne. Ausnahme bildet hierbei [Stefanakis et al., 2006]. Die Sammlung bespricht verschiedene Anwendungsformen von geografisch kodierten Mediadaten. In diversen Beiträgen zu Grundlagen, Quellen und konkreten Anwendungen legt das Werk den Fokus zwar auf geografische Hypermedia im Generellen, es ist jedoch stark GIS geprägt und die enthaltenen Fallbeispiele betreffen meist Projekte, die im Rahmen von Forschungsarbeit entstanden sind. Siekierska/McCurdy (2008) haben eine Sammlung herausgegeben, die den Stand der Technik in Web-Kartendiensten jeglicher Art reflektiert. In Beiträgen mit Schwerpunkten technische Realisierung, Anwendungsentwicklung und Konzeption bespricht diese Sammlung sowohl theoretische als auch praktische Aspekte. Die Kombination aus Forschungsberichten und Praxisbeispielen zeigt aktuelle Trends und Paradigmenwandel auf und führt zu einer Verwendung von Geodaten in nicht fachspezifischen Anwendungen hin. Ähnlich reflektiert auch [Scharl/Tochtermann] den aktuellen Stand der Forschung und Anwendung. Neben technischen Grundlagen liegt der Fokus vor

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2 Grundlagen und verwandte Arbeiten

allem auf Anwendung und ökonomischen Wandel durch Geobrowser und durch das Geoweb. Weitere Literatur über den Nutzen von Geowebstrukturen, speziell im Hinblick auf Kommunikation und das E-Business, ist der Recherche zu Folge nicht existent. Der Grund hierfür liegt vermutlich in der noch recht jungen Disziplin bezüglich dem Einsatz von Geowebanwendungen in Unternehmen und der Zurückhaltung und beim Einsatz von Web 2.0 Werkzeugen in der Wirtschaft. Ein weiterer Faktor für das Fehlen derartiger Literatur birgt das fehlende Referenzmaterial. Zwar herrscht ein Konsens über den Nutzen von Geodaten über das Internet, wie sich dieser Nutzen manifestiert und wie welche Potentiale erschlossen werden können, ist noch ungeklärt [Fornefeld/Oefinger/ Jaenicke, 2004, S. 4], so dass konkrete Nutzenanalysen und Bewertungen in der Literatur rar sind. Diese Arbeit kombiniert daher Fachliteratur verschiedener Domänen und stellt diese zur Beantwortung der Zielsetzung in einen gemeinsamen Kontext. Auch verwendetet die Arbeit eine Reihe von Studien und Prognosen namhafter Quellen für die zukünftige Entwicklung des Geowebs und dessen Komponenten, die im Laufe der Arbeit behandelt werden.

2.2 Basiswissen Geodäsie 2.2.1 Geografische Kodierung Zur exakten Beschreibung von Positionen auf der Erdkugel dienen verschiedene Systeme. Grundlegend und international universell ist ein sphärisches Koordinatensystem aus Längengraden (Meridiane) und Breitengraden [Goodchild, 2007, S. 7]. Hierbei bilden der Nullmeridian (durch Greenwich) und der Äquator die Achsen des Koordinatensystems. Meridiane verlaufen zwischen den Polen in Nord-Süd Ausrichtung und unterteilen die Erdkugel in 360 Längen(halb)kreise. Ausgehend von dem Nullmeridian werden jeweils 180 Längenkreise in östlicher und westlicher Richtung gezählt. Der 180te Längenkreis östlicher bzw. westlicher Länge ist identisch. Er verläuft dem Nullmeridian gegenüber und bildet mit diesem die Grenze zwischen Ost- und Westhalbkugel. Orthogonal zu den Meridianen verlaufen die Breitenkreise. Der Äquator, als Breitengrad mit maximalem Umfang, teilt die Erde in eine Nord- und Südhalbkugel mit je 90 Breitenkreisen von dem Äquator zu den Polen, wobei von nördlicher bzw. südlicher Breite gesprochen wird. Länge und Breite werden in Bogengraden ausgedrückt, die sich weiter unterteilen lassen. Die granulare Einteilung zeigt Formel 2.1. 1° (Grad) = 600 (Bogen) Minuten 10 (Bogen) Minute = 6000 (Bogen) Sekunden

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(2.1)


2 Grundlagen und verwandte Arbeiten

Der Erdradius beträgt gerundet etwa 6370 km. Somit ergeben sich bei einem Umfang von circa 40 000 km für die mittlere Ausdehnung eines Bogengrades ungefähr 111 km und einer Bogenminute 1.825 km1 . Für Längengrade gilt die Aussage aufgrund der Bündelung an den Polen nur unmittelbar am Äquator und cos(Breitengrad) × 111.325 km sonst. Über ein Tupel aus Längen- und Breitengrad ist jede Position auf der Erde geografisch hinreichend exakt beschreibbar [Leser/Schneider-Sliwa, 1999].

2.2.2 Geoid, Ellipsoid und Bezugssysteme Als einfachste Form eines Erdmodells dient die Kugel mit dem Erdradius von 6372 km. Tatsächlich lässt sich die Erde präziser durch ein über zwei Radien eindeutig definiertes Rotationsellipsoid beschreiben. Eine solche Approximation der Erdform wird Sphäroid genannt. Beispiele die bis heute in der Geodäsie eingesetzt werden sind das „Bessel 1840“, das „GRS80“ oder das „WGS84“ Ellipsoid. [Hennermann, 2006]. Die tatsächliche Erdgestalt, bezogen auf die einheitliche Normalschwere2 bildet das Geoid ab und ist für eine genaue Vermessung von Bedeutung. Diese Gestalt, die aufgrund variierender Materialdichte und -beschaffenheit eine gewellte Oberfläche besitzt, gilt es mit Hilfe eines Späroid als geometrisches Gebilde anzunähern. Über Variation der Ellipsenradien, aber auch über eine zusätzliche Verschiebung des spärischen Zentrums der Erde sind sie global (Erdellipsoid) oder lokal (Referenzellipsoid) einsetzbar. Ein Bezugssystem (auch Datum)3 besteht aus den für die elliptische Approximation des Geoid verwendeten Parametern, sowie der Lokalisation auf der Erde, also der Verschiebung des Zentrums. Dabei wird eine mit dem Massenschwerpunkt der Erde konforme Lagerung als geozentrisch bezeichnet [Hennermann, 2006]. Beispiele für Bezugssysteme sind: ITRS : Einen einheitlichen weltweiten Standard mit Fixpunkten, die in regelmäßigen Abständen neu veröffentlicht werden, bildet das International Earth Rotation Service (IERS) Terrestrial Reference System (ITRS). WGS84 : Als Grundlage für die GPS Positionierung dient das WGS84 mit dem gleichnamigen geozentrischen Ellipsoid. ETRS89 : Das European Terrestrial Reference System 1989 (ETRS89) ist für die eurasische Kontinentalplatte als fixes Referenzsystem angesehen. Es kann für dieses geografische Gebiet als konform mit dem WGS84 angesehen werden. Bezugsellipsoid ist das geozentrisch gelagerte GRS80 Ellipsoid.

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Die mittlere Distanz einer Bogenminute von 1.825 km entspricht genau einer Seemeile (Nautic Mile, N M ) und erleichtert so das Messen von Entfernungen auf Seekarten. 2 Die Normalschwere entspricht einer Schwerkraft von 9, 81 sm2 3 Anstelle von Bezugssystem findet sich auch die Verwendung des Begriffs Kartendatum, als sprichwörtliche Übersetzung des englischen „map datum“.

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2 Grundlagen und verwandte Arbeiten

Aufgrund unterschiedlicher elliptischer Systeme kann so eine tatsächliche Position auf der Erde auf identischem Ellipsoid durch unterschiedliche Lagerung abweichende Koordinaten aufweisen. Da die Kartenprojektion von einem Referenzellipsoid projiziert, ist die Nennung des zugrundeliegenden Datums ein wichtiger Parameter. Die Abweichung zwischen Geoid und Referenzellipsoid an einer bestimmten Stelle bezeichnet man als Geoidundulation.

2.2.3 Kartenprojektionen Eine Kartenprojektion ist eine mathematische Transformation, die Daten aus der sphärischen Geometrie (Erdkugel) in die euklidsche Geometrie (Ebene) abbildet [Hennermann, 2006, S. 94]. Unterschiedliche Anwendungsbereiche und Einsatzzwecke stellen verschiedene Anforderungen an die Beschaffenheit von Projektionen. Die am häufigsten genannten geometrischen Eigenschaften, deren Erhalt Projektionen erfüllen können sind [Mitchell, 2008, S. 382-383; Hennermann, 2006, S. 99, und andere]: Winkeltreue : Von einer winkeltreuen (konformen) Abbildung wird gesprochen, wenn Winkel auf der Projektion im kleinsten Bereich denen des Urbildes gleich sind. Flächentreue : Die Proportionalität von Projektionsflächen mit Flächen auf dem Urbild gilt. Somit werden Flächen maßstabsgetreu abgebildet. Man spricht hierbei von einer äquivalenten Abbildung. Längentreue : Die Abstände zu beliebigen Punkten von dem Zentrum der Projektion aus sind bei einer längentreuen (aquidistanten) Abbildung proportional zu den tatsächlichen Abständen auf dem Urbild. Die genannten Kriterien werden durch gängige Projektionstypen in unterschiedlichem Maße angenähert. Eine Projektion, die sämtliche Kriterien erfüllt, gibt es nicht. Die folgenden Projektionstypen dienen als Grundlage von heute verbreiteten Projektionen [Kraak/Ormeling, 2003, S. 70-75; Mitchell, 2008, S. 383-384; Hennermann, 2006, S. 96]: Konische Projektion (Kegelprojektion) : Um eine Kegelprojektion zu erzeugen, wird auf die Kugel ein Kegel gesetzt. Entlang der Berührkante von Kegel und Kugel ist diese Projektion am genauesten. Zylinderprojektion : Bei einer Zylinderprojektion wird die Projektionsfläche in Form eines Zylinders um die Kugel gelegt und anschließend auf diesen abgebildet. Entlang der Berührkante von Zylinder und Kugel ist die Projektion verzerrungsfrei. Die bekannteste Zylinder Projektion ist die Mercator Projektion, die Grundlage für die Universal Transverse Mercator (UTM) (→Abschnitt 2.2.3).

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2 Grundlagen und verwandte Arbeiten

Azimutalprojektion (Ebenenprojektion) : Bei der Azimutal- oder Planarprojektion berührt die Projektionsfläche, den Globus in nur einem Punkt. Entweder an einem der Pole (polständige Projektion) oder an einer Stelle zwischen den Polen (zwischenständige Projektion). Die Projektion nimmt mit zunehmendem Abstand vom Berührpunkt an Verzerrung zu und findet hauptsächlich für Karten der Polargebiete Anwendung. Abbildungen 2.1(a)–(c) zeigen die Ergebnisse mit den vorgestellten Projektionsarten.

(a) Kegelprojektion

(b) Zylinderprojektion

(c) Azimutalprojektion

Abbildung 2.1: Methoden zur Projektion aus der spärischen in die euklidsche Geometrie (Quellen: Wikipedia (Fotograf: Stefan Kühn))

Vor dem Hintergrund einer weit verbreiteten Verwendung [Hennermann, 2006, S. 102], vor allem auch in Kartendiensten im Internet, beschreiben die nächsten Abschnitte die UTM Projektion, sowie das Koordinatensystem im UTM-System.

Universelle Transversale Mercator Projektion Die transversale Mercatorprojektion ist eine Zylinderprojektion, bei der die Achse des Projektionszylinders in der Äquatorebene liegt. Die Mercator Projektion im Allgemeinen hat die Eigenschaft einer zunehmenden Verzerrung, je weiter Projektionsfläche von dem Ellipsoid entfernt ist. Bei der klassischen Mercator Projektion ist dieses an den Polen der Fall und in der transversalen Version entsprechend am Äquator. Um diese Verzerrung zu minimieren bildet die UTM Projektion, welches als Ellipsoid das WGS84 verwendet, im Streifensystem mit 6° breiten Streifen ab. Anstelle einer singulären Abbildung von Urbild auf Projektionsfläche, besteht die Projektion dadurch aus einer Vielzahl von einzelnen Projektionen von Segmenten des Urbilds. Jedes Segment besitzt als Referenz einen Zentralmeridian. So ergeben sich im UTM-System 60 Zonen mit einer Breite von je 6 Grad. Nördlich des Äquators liegende Zonenbereiche kennzeichnet ein nachgestelltes N und südliche ein S. Aufgrund der Konvergenz der Meridiane an den Polen, ist die UTM Projektion nur zwischen 84° nördlicher und 80° südlicher Breite repräsentativ. Dort ist die Geoindulation vernachlässigbar und die Punkte des Erdellipsoids werden „hinreichend verzerrungsfrei wiedergegeben“ [Hennermann, 2006, S. 103].

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2 Grundlagen und verwandte Arbeiten

Das Koordinatensysteme des UTM-Systems Für die Verortung von Positionen, die auf der Erdkugel über Winkelkoordinaten (Längengrade und Breitengrade) effizient angegeben werden, eignen sich in der Ebene metrische Koordinatensysteme. Dies gilt speziell für nahezu verzerrungsfreie Projektionen, da es eine metrische Strecken- und Flächenmessung ermöglicht [Hennermann, 2006]. Das UTM ist ein metrisches Koordinatensystem für Karten Die UTM Abbildung auf dem WGS84 Datum bildet die Grundlage des UTM System. Auf jede der durch die UTM-Projektion entstandenen Zonen wird ein eigenes metrisches Koordinatensystem gelegt. Der jeweilige Referenzpunkt befindet sich am Schnittpunkt von Zentralmeridian und Äquator. Eine geodätische Position wird durch die Zone, sowie Hoch- und Rechtswerte, die Werte für die Abweichung vom Referenzzentrum nach Norden respektive Osten, eindeutig angegeben. Zur Vermeidung negativer Werte bei Punkten westlich des Zentralmedians erhält dieser den Wert 5 000 000 m. Dieses Verfahren nennt sich False Easting. Für Koordinaten in den südlichen Bereichen der Zonen erfolgt eine Wertzuweisung am Äquator von 10 000 000 m (False Northing). Eine gültige Koordinate im UTM-System lautet zum Beispiel: Zone 33N Rechtswert 4 420 356.7 m Hochwert: 5 398 659.8 m Eine Abwandlung des UTM Koordinatensystems ist das Military Grid Reference System (MGRS). Bei diesem findet eine weitere Unterteilung der Zonen in 8° breite Bänder statt, die alphabetisch von C-X 4 belegt werden.

2.3 Geografische Informationssysteme Dieser Abschnitt führt in die digitale Kartografie und Geografische Informationssysteme GIS ein und beschreibt strukturelle Bestandteile auf dem Gebiet der digitalen Verarbeitung geografischer Daten.

2.3.1 Begriffsbestimmung im Wandel der Zeit Ein GIS ist ein „rechnergestütztes System, das aus Hardware, Software, Daten und den Anwendungen besteht. Mit ihm können raumbezogene Daten digital erfaßt und redigiert, gespeichert und reorganisiert, modelliert und analysiert sowie alphanumerisch und graphisch präsentiert werden“ [Bill/Fritsch, 1991, S. 5]. Für die Anwendung bedeutet dies, dass „digitale Geoinformationen [. . . ] einfacher integriert, deutlich effizienter 4

Die Buchstaben I und O wurden aufgrund der leichter Verwechselung mit 1 und 0 nicht verwendet

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2 Grundlagen und verwandte Arbeiten

und schneller verarbeitet oder in digitale Karten visualisiert werden“ [GDI-DE, 2008] können. Mithilfe von GIS lassen sich nach den vorgestellten Definitionen also Problemstellungen mit geografischem Bezug beantworten, visualisieren, und als unterstützendes Werkzeug in Entscheidungsprozessen einsetzen. Gezielte Gruppen von Geoinformationen lassen sich dabei beliebig in unabhängigen Datenschichten überlagern und so komplexe, vielschichtige Probleme, effizient darstellen. Die Idee der geschichteten Überlagerung (Layerprinzip) findet seinen Ursprung in Hettner (1927). Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten in Projekten beschreiben Buhmann/Wiesel (2003, S. 18): GIS „lässt sich nutzbringend in allen Phasen eines Projekts einsetzen - von der Planung und Konzeption, bis hin zu Betrieb und Wartung der Infrastruktur“. Damit identifizieren sie GIS als wichtigen Bestandteil in unterschiedlichen Prozessketten, wobei die Anwendung nicht auf klassische GIS Domänen, wie das Vermessungswesen oder die Straßenplanung beschränkt ist. GIS findet so über das ursprünglichen Einsatzgebiet hinaus Verwendung. Diesen Paradigmenwechseln in den vergangen Jahrzehnten beschreibt [Bartelme, 2005] über das GIS-Evolutionsmodel. Es kennzeichnet die Entwicklungsstufen von GIS. Auf dieses Modell aufsetzend beschreibt Feix (2007, S. 50) die aktuelle Epoche als Zeit der Konsolidierung und Services „in der sich GIS nunmehr in sämtlichen Branchen verbreitet hat“. Das kombinierte Modell zeigt Abbildung 2.2. Deutlich erkennbar in dieser Darstellung ist die Fokusverschiebung von einer ursprünglich rein von Funktionalität geprägten Expertentechnologie hin zu einer Kundenorientierung und Integration über standardisierte Geoservices. Zeit der Konsolidierung und Services: OGC-konforme Geo-Services, Open Source

Zeit der Integrierten Lösungen: Freier Markt, Großprojekte

Zeit der Nutzer: Entwicklung modularen Systemen. Anpassungen an Nutzerwünsche, Fachschalen

Zeit der Firmen: GIS-Markt entsteht, leistungsfähige Hardware, Umstellung von Großrechnern auf Workstation

Zeit der Behörden: Entwicklung von Konzepten, Umstellung Basisdaten in digitaler Form, GIS als Erfassungswerkzeug

Zeit der Pioniere: Individuelle isolierte Lösungswege

Abbildung 2.2: Evolution von GIS (Quelle: nach Feix (2007, S. 50))

Informationen, die sich über ein GIS ableiten, aggregieren und visualisieren lassen, dienen heute als Grundlage oder als unterstützendes Mittel für strategische Entschei-

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2 Grundlagen und verwandte Arbeiten

dungen in Belangen, die geografische Informationen berücksichtigen. Die Abgrenzung zu herkömmlichen Informationssystemen erfolgt über die Räumlichkeit der Daten.

2.3.2 Datenbanksysteme mit räumlichen Daten Für die Speicherung und Verwaltung großer Datenbestände bietet sich der Einsatz von Datenbankensystemen an. Durch die räumliche Dimension unterscheiden sich Geodaten von herkömmlichen Daten, so dass auch an die Datenbanksysteme spezielle Ansprüche zur Speicherung gestellt werden. Datenbanken mit räumlicher Erweiterung sind in der Lage geometrische Formen, wie Punkte, Linien oder Polygone und 3D Objekte zusammen mit weiteren Informationen vorzuhalten und diese anzufragen. Für die Verwendung im professionellen Umfeld existieren verschiedene Lösungen wie die kostenpflichtige Oracle Spatial5 Erweiterung einer Oracle Datenbank, ArcSDE des Marktführers ESRI im Bereich GIS als Erweiterung für verschiedene Datenbanksysteme, oder die Open Source Implementatierung PostGIS6 Erweiterung für PostgreSQL Datenbanken. Ein Grund für die Verwendung spatialer Datenbanksysteme für Geografische Daten liegt in der umfangreicheren Abfragesprache. Sie ist gegenüber Datenbankabfragesprachen um spatiale Funktionen wie Tests auf Überschneidung, Einschluss oder das Suche nächstgelegener Objekte (Nearest-Neighbour) erweitert. Informationen mit geografischem Bezug bilden die Arbeitsgrundlage eines GIS und werden in den folgenden Abschnitten eingeführt.

2.3.3 Geodaten und Datentypen Geodaten bilden die Grundlage für Anwendungen mit geografischem Bezug, denn sie beschreiben Daten zu Objekten, die sich direkt oder indirekt auf die Erdoberfläche beziehen [Vogel, 2002]. Es wird dabei zwischen drei Datentypen unterschieden [Vogel, 2002; LV BW]. Grundlegend und primär anwendungsneutral sind die Geobasisdaten. Dazu gehören Aufnahmen und Modelle der Erdoberfläche. Darauf bauen Geofachdaten auf, die in Bezug eines bestimmten Verwendungszweckes eine besondere Bedeutung aufweisen und an sich dadurch nicht mehr anwendungsneutral einzustufen sind. Ein Beispiel für Geofachdaten sind Informationen über Bevölkerungsdichten. Zusätzlich zu den genannten Typen existiert die Gruppe der Geo-Metadaten. Metadaten enthalten Daten über Daten und beschreiben so Geodaten mit Hilfe von Attributen näher. Solche können zum Beispiel Informationen zu Aktualität, Zuverlässigkeit, Genauigkeit, Vollständigkeit, Herkunft, Preis oder Einsatzmöglichkeiten der Geofachdaten sein.

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http://www.oracle.com http://postgis.refractions.net

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2 Grundlagen und verwandte Arbeiten

Bei der digitalen Repräsentation von Geodaten unterscheidet man zwischen zwei Typen: Vektordaten : Vektordaten beschreiben verschieden dimensionale geografische Phänomene über eine Menge von Vektoren. Hierzu gehören Punkte (konkreter Ort), Linien (Straßen, Flüsse,. . . ) und Flächen (Gebiete, Grundrisse,. . . ). Die Kodierung über Vektoren ermöglicht das Rechnen mit den Objekten, so dass Abfragen über Schnittflächen oder Überschneidungen mit anderen Objekten und andere Funktionen wie Einschlusstests konkret berechnet werden können. Rasterdaten : Rasterdaten beschreiben geografische Informationen über Mengen einzelner Punkte, die in einem Gitter angeordnet werden. Jeder Bildpunkte ist durch Position und eine Eigenschaft (Farbwert, Datenwert, . . . ) spezifiziert. Vor allem für Satellitenbilder und Luftaufnahmen kommt das Rasterformat zum Einsatz. Vektordaten besitzen im Vergleich zu Rasterdaten eine Reihe Vorzüge. Durch die mathematische Beschreibungen sind Vektordaten unabhängig von Maßstäben7 und lassen sich mit anderen Daten beliebig überlagern. Darüber hinaus ist der Speicherbedarf im Vergleich mit Rasterdaten reduziert. Nachteile von Vektordaten liegen in der aufwändigen Erstellung und einer letztendlichen Approximation tatsächlicher Formen. Tabelle 2.1 stellt die beiden Formate und die Kodierung von n-dimensionalen Objekten dar. Basierend auf den dort gezeigten 0- bis 2-dimensionalen Formen lassen sich für Geoobjekte weitere Klassen definieren [Rase, 1998]: 2,5-dimensionale Geoobjekte : Objekte dieser Kategorie weisen additiv zu der Ebene noch Höhenangaben auf. Dadurch entstehen gefaltete Ebenen, die unter anderem für die Darstellung von Oberflächen und Geländemodellen eingesetzt werden. Da diese Formen nicht räumlich abgeschlossen sind, jedoch eine dreidimensionale Gestalt haben, spricht man von 2,5 Dimensionen. 3-dimensionale Geoobjekte : Körper mit räumlicher Ausdehnung sind dieser Kategorie zuzuordnen. Unterscheiden lassen sich solide Körper (Volumenkörper) und Polyeder (Grenzflächen-Körper). 3D Stadtmodelle beruhen auf 3-dimensionalen Geoobjekten, die mit Texturen versehen werden, um die Realität abzubilden. 4-dimensionale Geoobjekte : Additiv zu den drei Koordinaten für die räumliche Darstellung, speichern 4D Geoobjekte zeitliche Informationen. Die Traversierung von Objektenhistorien ist so über dynamische Objekte möglich. Die Relation einzelner Objekte zueinander drücken topologischer Beziehungen oder Klassenhierarchien aus und erweitern so die geometrischen Formen um semantischen

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Gemeint ist hierbei, dass die Schärfe der dargestellten Strukturen invariant gegen Skalierung ist. Die Beschränkung definiert sich bei Vektordaten über die Präzision, Detailtreue und Auflösung bei der Erfassung.

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2 Grundlagen und verwandte Arbeiten

Element

Vektordarstellung

Rasterdarstellung

Punkt

x,y-Koordinate

Pixel

Linie

x,y-Koordinatenfolge

Pixel

Fläche

geschlossene x,y-Koordinatenfolge

Pixel

Tabelle 2.1: Vektordaten und Rasterdaten im Vergleich (Quelle: In Anlehnung an [GDI-DE, 2008; Bill/Fritsch, 1991]

Kontext [Kolbe, 2008, S. 3]. Dieses vereinfacht Antworten auf Fragestellungen der Gestalt „Ist Objekt A in Objekt B enthalten?“ über Plausibilitätsprüfungen auf semantischer Ebene. Die tatsächliche geometrische Lage und Ausdehnung ist dabei erst in der weiteren Berechnung relevant. Die vorgestellten Datentypen und Formen der Repräsentation stellen die Grundlage von GIS Anwendungen dar, die auf diesen Berechnungen durchführen und die Ergebnisse soweit gefordert über digitale Karten aufbereiten.

2.3.4 Digitale Kartografie Unter einer Karte8 versteht die Geodäsie eine verkleinerte Abbildung der Erde oder Teilen davon, die maßstäbig ist und dem Zweck der Erläuterung bestimmter geografischer Begebenheiten wie Straßenkarten oder Erhebungskarten dient [Hennermann, 2006, S. 6]. Die Kartografie dagegen beschreibt einen Prozess, der sämtliche Stadien von der Aufbereitung bis hin zu der letztendlichen Verwendung bei der Erstellung von Karten und georeferenzierenden Produkten enthält [Taylor, 1991]. Dieser umfasst sowohl die Organisation und Verbreitung von Geoinformationen, als auch die Präsentation 8

aus lat. charta = Urkunde

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2 Grundlagen und verwandte Arbeiten

und letztendliche Verwendung. Entsprechend beschreibt die digitale Kartographie die Kartografie in der digitalen Umgebung und ist heute als nahezu synonyme Bedeutung anzusehen. Im Rahmen dieser Arbeit versteht sich die digitale Kartografie als die Verarbeitung und Aufbereitung von Geodaten jeglicher Art mit dem Ziel der Visualisierung von Antworten geographischer Fragestellungen. Die Verwendung digitaler Karten erstreckt sich heutzutage weit über die Grenzen von GIS hinaus. In Navigationssystemen dienen sie als Orientierungshilfe und in Webanwendungen als Leinwand für die Präsentation zusätzlicher georeferenzierender Daten. Beide genannten Einsatzgebiete verwenden geografische Koordinaten als Mittel der Ausrichtung mit digitalen Karten, so dass Wege für die Bestimmung der Position notwendig sind. Der folgende Abschnitt stellt verschiedene Methoden vor dieses zu erreichen.

2.4 Methoden der Positionsbestimmung Bei der Positionsbestimmung wird mittels verschiedener Techniken der Standort eines Empfängers bestimmt. Hierbei differenziert man zwischen Eigenortung und der Fremdortung [Mansfeld, 2004, S. 1]. Während im ersten Fall der Empfänger vorhandene Signale dazu verwendet seine eigene Position zu bestimmen, wird im letzten der Standort durch eine dritte Instanz berechnet. Für eine Ortung ist daher ein entsprechender Rückkanal für die Übertragung von Parametern notwendig. Im Rahmen der Arbeit wird der Begriff Positionsbestimmung als Synonym sowohl für die Fremd- als auch die Eigenortung verwendet. Dieser Abschnitt stellt bewährte und neue Methoden für die Positionsbestimmung vor, wobei es sich dabei letztlich um eine Positionsapproximation handelt, die Genauigkeiten von weniger als 10 Metern bis hin zu 2km Abweichung aufweisen kann [Wealands, 2006, S. 140]. Die Bestimmung des Standortes ist zum einen für die Orientierung grundlegend, jedoch auch für die Realisierung von Anwendungen, die den Aufenthaltsort des Anwenders berücksichtigen. Diese sogenannten Location Based Services (LBSs) sind kontextsensitiv und generieren ortsbezogenen Inhalt mit dem Ziel Zugriff auf lokale Informationen zu gewähren. Ein LBS beantwortet Fragestellungen mit geografischem Bezug und kann daher als spezialisiertes Geographisches Auskunftssystem für eine breite Anwendung gesehen werden. Durch die Beschränkung auf bestimmte Fragestellungen sind LBS skalierbar und performant, was sie deutlich von GIS unterscheidet [Yeung/Hall, 2007, S. 493]. GIS dient hierbei entsprechend Abbildung 2.3 zusammen mit dem Internet und dem Mobilfunk als infrastrukturelle Voraussetzung für LBS. Auch die Positionsbestimmung stellt eine Voraussetzung für diese Dienste dar.

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2 Grundlagen und verwandte Arbeiten

GIS/ Spatiale Databanken (SDB)

Mobile GIS/SDB

Internet/ Web GIS LBS

Mobile/ Drahtlose Rechner

Mobiles/ Drahtloses Internet

Internet/ WWW

Abbildung 2.3: Schlüsseltechnologien und Infrastrukturen für Location Based Services (Quelle: [Yeung/Hall, 2007, S. 493])

2.4.1 Grundlegende Verfahren zur Standortberechnung Distanz- und winkelbasierte Verfahren Empfängt ein zu lokalisierendes Gerät Signale mehrerer bekannter Fixpunkte, so kann der Empfänger seine Position anhand von Signaleigenschaften selbstständig berechnen. Zum Einsatz kommen die Verfahren der Angulation und Lateration. Abbildung 2.4 veranschaulicht die Verfahren: Lateration : Bei der Lateration werden die Entfernungen von den bekannten Fixpunkten ermittelt und daraus die eigene Position berechnet. Angulation : Für die Standortberechnung dienen die Winkel zwischen den Fixpunkten und dem Empfängner als Referenz für die Berechnung. Anhand dieser Informationen wird die Position berechnet. Die Genauigkeit des Verfahrens korreliert mit der Anzahl vorhandener Fixpunkte für die Winkelberechnung. Für eine genaue Positionsbestimmung auf der Erde sind bei der Lateration vier Fixpunkte notwendig, wobei der Erdemittelpunkt selbst als Fixpunkt dienen kann, so dass für die Positionierung auf der Erdoberfläche bereits drei zusätzliche Fixpunkte ausreichen. Um die Entfernung und Winkel für Lateration respektive Angulation zu berechnen, kommen unterschiedliche Methoden, die unterschiedliche Signaleigenschaften verwenden, zum Einsatz. Zu den bekanntesten zählen die Folgenden: Time of Arrival (ToA): ToA verwendet für die Berechnung die Verzögerung ankommender Signale. Je weiter ein Fixpunkt entfernt ist, desto länger benötigt ein Signal um den Weg zwischen Empfänger und Sender zu überbrücken. Dieses Verfahren fordert für eine genaue Standortbestimmung eine hoch präzise zeitliche Synchronisation. Ist dieser Umstand gegeben, so kann das Verfahren mit jedem Signalempfänger ohne zusätzliche Hardware durchgeführt werden. Eine Erweiterung des ToA stellt die Time Difference of Arrival (TDoA) Methode dar, welche

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2 Grundlagen und verwandte Arbeiten

θa

Gerät

Gerät θb

Abbildung 2.4: Prinzip der Lateration und Macnaughtan/Scott, 1998])

Angulation

(eigene

Darstellung,

[Drane/

die Differenz zweier Signale von einer Quelle verwendet um die Distanz zu bestimmen. Dieses Verfahren ist präziser als ToA, erfordert jedoch eine Installation auf dem Endgerät um das zweite andersfrequente Signal zu empfangen. Received Signal Strength Indicator (RSSI): RSSI verwendet die Stärke des ankommenden Signals, welche quadratisch zu der Distanz abnimmt, um auf die Entfernung des Senders zu schließen. Diese Methode ist ohne weitere Installation auf Empfängerseite realisierbar und daher eine kostengünstige Methode. Aufgrund von Störquellen oder Hindernissen werden Signale verfälscht, so dass die RSSI Methode im Vergleich mit anderen Methoden ungenau ist. Angle of Arrival (AoA): Das Verfahren berechnet den Winkel eines eintreffenden Signales durch eine spezielle Antenne oder ein Antennencluster, so dass aus Empfängerseite entsprechende Hardware vorausgesetzt wird. Das Verfahren liefert die für eine Angulation nötigen Daten, ist jedoch ungenauer als andere Verfahren. Mobilfunk ist für eine bidirektionale Kommunikation ausgelegt, in der die Basisstation und das Endgerät als Sender und Empfänger agieren können. Die vorgestellten Verfahren eignen sich daher sowohl für Einsatz in der Eigenortung als auch Fremdortung. Bei der Fremdortung ist eine Kommunikation zwischen den Basisstationen (Fixpunkte) notwendig um die empfangenen Signale abzugleichen und die Fremdortung durchzuführen.

Das Cell ID Verfahren In Netzen, die aus dem Verbund mehrerer Zellen bestehen und Teilnehmer über entsprechende Basisstationen mit dem Netz kommunizieren, kann das CellID oder Cell of Origin (COO) Verfahren eingesetzt werden. Für die Position des Endgerätes werden die Koordinaten der Basisstation angenommen, bei der das Endgerät eingebucht ist.

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Da diese Methode keiner zusätzlichen Hardware bedarf, ist sie technisch mit geringem Aufwand realisierbar. Die Genauigkeit des Verfahrens korreliert unmittelbar mit der Ausdehnung der Zellgröße. Diese ist bisweilen unterschiedlich, so dass es je nach Anwendungszweck nur eingeschränkt einsetzbar ist. In der gängigen Praxis werden Lösungen eingesetzt, die verschiedene der vorgestellten Verfahren verwenden und dieses kombinieren.

2.4.2 Satellitengestützte Systeme GPS und Galileo sind zwei Systeme, die eine Eigenortung mit Hilfe von Satellitensignalen erlauben. Geeignete Endgeräte sind in der Lage mit Hilfe empfangener Daten von mindestens drei Satelliten ihre Position metergenau zu bestimmen. Zum Einsatz kommt hierbei das zuvor vorgestellte Verfahren der (Tri)lateration, bei dem die Satelliten als Fixpunkte fungieren. Während Global Positioning System (GPS) bereits seit Mitte der 70er Jahre im Einsatz ist, befindet sich Galileo noch im Aufbau. Ein weiteres System ist das russische Global Navigation Satellite System (GLONASS), das wie auch GPS unter militärischer Kontrolle steht. GPS und Galileo werden im Folgenden kurz vorgestellt, um die Unterschiede wie Gemeinsamkeiten zu verdeutlichen.

Global Positioning System GPS ist weltweit verfügbar und wird von der US Regierung bzw. dem Militär verwaltet und kontrolliert. Konzipiert wurde GPS System mit 21+3 (Reserve) Satelliten, die in 20 000 km Höhe die Erde jeweils zwei mal pro Tag orbitieren. Aus Gründen den Sicherheit wurden für den zivilen Gebrauch des Satellitensystems lange die Signale künstlich verfälscht. Diese künstliche Verfälschung, auch als „Selective Availability“ bezeichnet, bewirkte Ungenauigkeiten im 100m Bereich und machte das System für verlässliche Messungen unbrauchbar. Dieses Reglement wurde am 02. Mai 2000 fallengelassen und GPS liefert für den zivilen Sektor seitdem unverfälschte Daten.

Galileo Als Alternative und Ergänzung zu GPS wird das europäische Galileo System gesehen. Es soll seinen Dienst 2010 aufnehmen. Galileo wird aus 30 GPS kompatiblen Satelliten bestehen und unter ziviler Administration betrieben werden. Dadurch sichert es die Unabhängigkeit von Regierung und Militär. Das technische Konzept lässt sich in etwa mit dem von GPS und GLONASS vergleichen [Mansfeld, 2004, S. 280]. Im Gegensatz zu den amerikanischen System, ist Galileo jedoch aus Interessen der Wirtschaft entstanden

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2 Grundlagen und verwandte Arbeiten

und bietet ein Lizenssystem für unterschiedliche Diensttypen als zentralen Bestandteil der Galileo Spezifikation [Agency]: Open Service (OS) : Der kostenlose Dienst zur Positionsbestimmung vergleichbar mit dem standard GPS Dienst. Commercial Service (CS) : Zusätzliche Signale ermöglichen einen höheren Datendurchsatz und eine Erhöhung der Genauigkeit. Safety-of-Life (SoL) : Dieser Dienst erweitert den Open Service um einen Rückmeldekanal, der bestimmte Integritätsbedingungen – zum Beispiel die Präzision – überwacht. Public Regulated Service (PRS) : Dieser Dienst richtet sich an Personen, die auf hohe Ausfallsicherheit und Verschlüsselung angewiesen sind. Systeme wie GPS oder Galileo sind abhängig von den Signalen der Satelliten im Orbit. Besonders innerhalb Gebäuden wie Bürogebäuden und zwischen hohen Häusern, wie es im Stadtgebiet häufig der Fall ist, lassen sich diese Signale jedoch nicht oder nur unzuverlässig empfangen. Dadurch ist eine Positionsbestimmung nur beschränkt möglich oder sogar gänzlich unmöglich. Eine Ergänzung oder Alternative hierzu bildet die Positionsbestimmung innerhalb zellbasierter Funknetze.

2.4.3 Zellbasierte Funknetze Eine Alternative zur Positionsbestimmung in Gebieten in denen satellitengestützte Systeme nicht anwendbar sind, ist es sich auf Funknetze wie Wireless Lan (WLAN) oder Mobilfunknetze (Universal Mobile Telecommunication System (UMTS)) zu stützen. Der Vorteil dieser Signale liegt in der Verfügbarkeit in Innenräumen. Die Infrastruktur von Mobilfunknetzen stellt einen Verbund aus adjazenten Zellen dar, die in der Kombination eine flächendeckende Wabenstruktur ergeben. Eine Zelle ist hierbei der Funkbereich eines Sendemasten im ungefähren Zentrum der Zelle. Diese Art von Netzwerken mit bekannten Fixpunkten eignet sich in erster Linie für die Positionsbestimmung über das CellID Verfahren. Die zuvor angesprochene Ungenauigkeit aufgrund von differenter Zellgröße beispielsweise durch Zellatmung9 erlaubt keine genau Berechnung. Das CellID Verfahren in Verbindung mit AoA oder ToA berücksichtigt weitere Parameter wie Abstrahlwinkel der Basisstation (Zellensektorisierung) und kombiniert die Verfahren für zu eine erhöhte Präzision. Basisstationen in WLANs dienen als Zugriffspunkt, an dem sich Teilnehmer, je nach Zugangsberechtigung anmelden können. Dabei sendet ein WLAN auf definierten Frequenzbändern und kann von geeigneten Empfängern gefunden werden. Beim Vergleich 9

Zellatmung beschreibt die dynamische Ausdehnung und Verkleinerung von Zellen, die durch die Anzahl der eingebuchten Mobilgeräte und verwendeter Signalstärke begründet wird.

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2 Grundlagen und verwandte Arbeiten

mit dem Global System for Mobile Communications (GSM) Netz wird ersichtlich, dass ein einzelnes WLAN mit einer Zelle korreliert und in Verbindung mit anderen WLANs eine zellbasierte, teils überlappende Infrastruktur bildet. Eine hohe Dichte weisen solche Verbundnetze in urbanen Gebieten auf. Dort finden sich nach aktuellen Schätzungen bis zu tausend WLAN Basisstationen pro Quadratkilometer [Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS]. Aufgrund der geringen Ausdehnung einzelner WLANs erreicht Cell of Origin (COO) in Verbindung mit dem RSSI Verfahren Positionierungsgenauigkeiten von zehn Metern außerhalb und von bis zu drei Metern im Inneren von Gebäuden erreichen. Die WLAN Positionierung stellt eine Ergänzung zu GPS dar, da es genau die Schwachstellen von GPS, nämlich die Genauigkeit in Gebäuden und städtischen Bereichen, abdeckt und GPS in ländlichen Gegenden, in denen die WLAN Positionierung versagt, gewinnt [List, 2008]. Erste Geräte, wie das iPhone verfügen über entsprechende Ausstattung, die beide Technologien verwenden kann. Die Positionsbestimmung mittels WLAN stützt sich auf Datenbanken, in denen Zugangsstationen kartiert gespeichert werden und entsprechende Signalcharakteristika realen Orten zugewiesen sind. Bei der Positionsbestimmung erfolgt ein Abgleich sichtbarer Netze und deren Signalstärken, die kombiniert einen Fingerprint ergeben, mit den Datenbankeinträgen. Anhand der dort gespeicherten Koordinaten wird die Position approximiert. Aufgrund einer hohen Dynamik und Fluktuation von WLAN Netzen ist eine permanente Pflege der Datenbankeneinträge notwendig. Da bei der Positionsbestimmung eines Gerätes unter Umständen neben bekannten auch neue Netze übermittelt werden, handelt es sich um lernfähige Systeme, die vorliegende Daten stetig erweitern und verfeinern [Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS].

2.4.4 Positionsbestimmung durch IP Location Lookup Die bis dato vorgestellten Verfahren setzen für die Positionsbestimmung auf die Verfügbarkeit von Signalen über eine Luftschnittstelle . Eine Möglichkeit der Positionsbestimmung, die auf Hierarchie und Heuristiken beruht stellt das IP Location Lookup Verfahren dar. Eingesetzt wird die Methode in Netzen, die wie beispielsweise das Internet auf dem Internet Protocol (IP) basieren. Eine IP Adresse ist eine Binärzahl, die einen Computer in einem Netzwerk eindeutig identifizieren, so dass Datenpakete als Informationsträger zwischen Server und Klient korrekt geroutet werden können. Die Vergabe der Adressen erfolgt über die Internetprovider, die Adressen in einem bestimmten Bereich vergeben dürfen. In der initialen Version IPv4 besteht eine solche Adresse aus 32 Bits. Ipv6 erweitert den auf 232 Werte limitierten Adresseraum auf 128 Bits. Da Standortinformationen von Providern verfügbar sind, lassen sich Rückschlüsse über den Aufenthaltsort des zu ortenden Computers ziehen. Die in diesem Prozess

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2 Grundlagen und verwandte Arbeiten

durchgeführte Suche setzt auf umfangreiche Datenbanken, die Standortinformationen in Verbindung mit entsprechendenden IP Adressbereichen vorhalten und im Rahmen der Ortung eines Teilnehmers angefragt werden. Da eine Manipulation der IP Adresse möglich ist und Serverstandorte nicht unmittelbar in Verbindung mit dem Standort des Endgerätes stehen muss, stellt der IP Location Lookup keine sichere Methode dar. Analysen innerhalb der USA ergaben jedoch signifikante Resultate von einer 81 prozentigen Genauigkeit mit einer Ungewissheit eines 25 Meilen Radius’. Es wird geschätzt, dass bis zu 99 Prozent der IP Location Lookup Anfragen auf Länderebene korrekt sind [WhatsMyIP, 2008].

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3 Das Internet als Medium für die Verbreitung und Verwendung von Geodaten Die bereits in den neunziger Jahren entstandene Diskussion, ob und wie sich das Internet für die Verbreitung von Karten und Verarbeitung von Geodaten anbietet und eignet [Harbeck, 2003; Kraak/Ormeling, 2003], wurde spätestens durch die Schöpfung und Etablierung der Begrifflichkeit des Geoweb, als zutreffend beantwortet. Über das Geoweb als Integration von Internet und GIS erfährt das inhaltliche Spektrum von GIS eine Erweiterung und wird für eine breite Öffentlichkeit zugänglich und interessant [Peyke, 2004, S. 10]. Dieses Kapitel beleuchtet verschiedene Entwicklungen zum und im Geoweb, bespricht die infrastrukturellen Komponenten und gängige Datenformate, die eine geografische Referenzierung vorsehen.

3.1 Das Geografische Internet Dieser Abschnitt diskutiert verschiedene Definitionen des Geowebs, die sich sowohl widersprechen als auch komplementieren. Anschließend stellt der Abschnitt grundlegende Komponenten des Geowebs vor.

3.1.1 Begriffsbestimmung „Geoweb“ Für den Begriff Geoweb gibt es in der Literatur eine Vielzahl von Beschreibungen. Konsens einer einheitlichen Definition ist dabei nicht erkennbar. Eine Definition für das Geoweb als ein System aus Systemen, mit der gemeinsamen Grundlage der Geografie gibt Maguire (2008, S. 3). Verfeinernd schreibt Maguire (2008, S. 1): „GeoWeb, or geographic web, is a relatively new term that describes all the geographic content and application services that are currently available on the World Wide Web“. Hierzu gehören Anwendungen für die dynamische Anzeige von Geodaten, direkt nutzbare Web Services und Mashups aus diesen, Geodatenportale und standardisierte Protokolle. Erkennbar in dieser Definition ist die starke Orientierung an der wörtlichen Bedeutung des Wortes Geoweb - „Geo“1 als Indikator für geografischen Bezug und „Web“2 als Synonyme Abkürzung für World Wide Web. Sie geht jedoch ungenügend auf technische 1 2

griechisch: Erde, Land englisch: Netz

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3 Das Internet als Medium für die Verbreitung und Verwendung von Geodaten

Strukturen ein, die ein Fundament bilden und den Rahmen für geografische Daten im Internet geben. Das Open Geospatial Consortium (OGC), eine Vereinigung mit dem Ziel Standards für die internetgestützte Verarbeitung von Geodaten zu etablieren, schreibt auf seiner Webseite3 : „The Geospatial Web is about the complete integration and use of location at all levels of the internet and the web. This integration will often be invisible to the user. But at the end of the day, the ubiquitous permeation of location into the infrastructure of the internet and the web is being built on standards“ [Reed, 2007]. Die Wechselwirkungen auf allen Ebenen und die Bekenntnis zu standardisierten Verfahren bilden in dieser Definition den Fokus. Zu den integrativen Bestandteilen des Geowebs gehören daher nicht nur Daten, sondern auch Methoden und Paradigmen, die bei der Präsentation, der Bereiststellung oder dem Zugriff eingesetzt werden. Mit Fokus auf infrastrukturelle Aspekte und die Verwendung in einem dienstorientierten Umfeld gibt ESRI (2006, S. 2) eine weitere Definition: „The GeoWeb is continuously available geoinformation content (e.g., spatial data, functions, and location-aware devices/sensors) and geospatial capabilities accessed through a services-based interface“. Die Notwendigkeit über den Zugang zu aktuellen und präzisen geografischen Informationen aus verschiedenen Teilen der Welt sieht Lake et al. (2004, S. 7) als treibende Größe hinter der Entwicklung des Geoweb. Die vorgestellten Definition zeigen die Vielschichtigkeit des Geoweb. Zum einen sind es die Daten selber, zum anderen Anwendungen, die diese verwenden und auch vermittelnde Dienste, die den Zugriff und die Verbreitung erlauben. Weitere andere unterstützende Dienste, wie die Positionsbestimmung („location-aware devices“) geben dem Geoweb seine Form. Im Rahmen dieser Arbeit wird das Geoweb wie folgt definiert: „Das Geoweb vereint die Erzeugung, Bereitstellung, Verarbeitung, Manipulation und Präsentation von geografischen und georeferenzierenden Daten über Dienste und Anwendungen im Internet, Modelle zur Beschreibung von Geodaten, und für Anwendungen zuträgliche strukturelle Entitäten und Endgeräte“.

3.1.2 Quellen geografischer Daten Geografische Informationen bilden die Grundlage des Geoinformationswesens und des Geowebs im Speziellen. Behördliche Institutionen wie Landesvermessungs-/ oder Katasterämter liefern seit Jahren aktuelle und detaillierte Geodaten mit verschiedensten Schwerpunkten wie Straßen, Baumbestände, Liegenschaften usw. Diese Daten lagern in speziellen Datenbanken und bilden die Grundlage klassischer GIS Anwendungen.

3

http://www.opengeospatial.org

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3 Das Internet als Medium für die Verbreitung und Verwendung von Geodaten

Darüber hinaus erheben private Anbieter wie der GIS Marktführer ESRI4 , Tele Atlas5 oder Navteq6 Geodaten, um sie ihren Kunden entsprechend aufbereitet anzubieten. Diese professionell erhobenen Daten sind qualitativ hochwertig und haben entsprechend aufbereitet hohen Marktwert. Die Erfassung der zum Beispiel sich ständig ändernden Straßennetze erfolgt händisch, indem speziell ausgestattete Fahrzeugflotten die Straßennetze abfahren und Änderungen so in die Datenpools der Anbieter aufgenommen werden. Zusätzlich zu der Vermessung über GPS werden zunehmend gleichzeitig Fotoaufnahmen von den abgefahrenen Strecken aufgezeichnet. Bis vor etwa vier Jahren bildeten wissenschaftliche Projekte und behördliche Bemühungen die treibenden Größen hinter der Erschließung eines geografischen Internet, wobei die Motivation stark auf der Etablierung von Spezifikationen für den standardisierten Geodatenzugriff und -austausch lag. Der zunehmende Bekanntheitsgrad von frei verfügbaren Kartendiensten wie Google Maps bewirkte ein öffentliches Interesse an einem Geoweb. Nicht länger liegt so der Fokus auf technischen Konzepten, sondern vielmehr auf der gemeinschaftlichen Aktivitäten und den Einsatz von Geoinformationen in Webprojekten [Rouse/Bergeron/Harris, 2007, S. 155]. Das Web 2.0 nach O’Reilly (2005) ist geprägt von Interaktion, Partizipation und kollektivem Arbeiten und hat so die Rolle des Internetbenutzers von Zuschauer zu Teilnehmer verändert. In persönlichen Weblogs, kollaborativen Wissensportalen oder durch Taggen7 von Inhalten interagiert und kommuniziert die Webgemeinde [Huber, 2008]. Durch diesen User Generated Content (UGC), also Inhalte, die von Benutzern erstellt werden, wächst die Datenmenge im Internet rasant – nicht zuletzt als ein Produkt der zunehmenden Interaktionsmöglichkeiten [Goodchild, 2007, S. 6]. Vermehrt spielt das Erzeugen geografisch kodierter Informationen eine Rolle und als Substitut für User Generated Content (UGC) mit geografischem Bezug hat sich der Begriff der Volunteered Geographical Information (VGI) etabliert [Dangermond, 2008; Goodchild, 2007]. Unterscheiden lässt sich zwischen der Generierung von Geodaten an sich und der Verortung von medialen Daten, dem Geotagging, welches besonders in der Verortung von Bildern Anwendung findet [Torini/Battle/Cyzer, 2007, S. 159]. Im Gegensatz zu Geodaten, stehen bei einem Objekt mit Geotag die Daten im Vordergrund und die geografische Kodierung ist lediglich ein Attribut zu diesen. Obwohl diese Art der Geodaten größtenteils von geografischen Laien erzeugt wird und dadurch die Richtigkeit und Genauigkeit nicht garantierbar ist, bildet die Gesamtheit der Sache ein innovatives Konzept, dass GIS und vor allem das öffentliche Verständnis für Geodaten nachhaltig beeinflusst [Goodchild, 2007, S. 2].

4

http://www.esri.com http://www.teleatlas.com 6 http://www.navteq.com 7 Verschlagwortung von „Dingen“ 5

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3 Das Internet als Medium für die Verbreitung und Verwendung von Geodaten

Über offizielle und Web 2.0 generierte Daten hinaus, bedient auch die automatisierte Geokodierung die Menge geografischer Daten im Internet. Die Durchsicht und Analyse von Dokumenten nach geografischen Inhalten (geoparsing), die nicht explizit maschinenlesbar geografisch beschrieben sind, und die anschließende Kodierung der entsprechenden Koordinaten (geocoding) ist eine Aufgabe der Informationsgewinnung [Scharl, 2007, S. 6]. Der Prozess der automatischen Annotation setzt bereits auf vorhandene grundlegende Geodienste. Beispielsweise sind Datenbanken mit Koordinaten zur Schlagworten oder zu Adressen Voraussetzung für die automatisierte Geokodierung. Da hierfür vorhandene Dienste notwendig sind, kann bereits von einer auf einem spatialen Rahmen basierenden Anwendung, für die geografische Veredelung von Dokumenten, gesprochen werden [Scharl, 2007, S. 7].

3.1.3 Benutzergruppen und Peripherie Geodatenverwender lassen sich in die zwei Gruppen Nutzer und Dienstanbieter unterteilen. Während Benutzer das Ende der Verarbeitungs- und Wertschöpfungskette darstellen bilden Dienstanbieter ein Bindeglied zwischen zwei Ketten. Sie veredeln Geodaten und geben diese in geeigneter Form, unter Generierung von Mehrwert, an weitere Geodatennutzer weiter, die ihrerseits Nutzer oder Dienstanbieter sein können. Durch den Abruf von Geodiensten und Anwendung angebotener Software in verschiedenen Umgebungen und mit unterschiedlicher Intention, sichern Geodatennutzer einen kontinuierlichen Markt. Für nachhaltigen Erfolg bei dem Handel mit Geodaten und Produktderivaten aus diesen, spielt daher eine engmaschige Überprüfung der Nachfrage und die Fähigkeit, Produkte innerhalb kürzester Zeit auf momentane Konstellationen anzupassen, eine zentrale Rolle. Die Schnittstelle zwischen digitalen Diensten und Endverbrauchern stellen die Endgeräte wie Computer dar. Technologischer Fortschritt und die Verbreitung leistungsstarker Geräte erlauben neue Anwendungen. Laptops und stationäre Computer liefern für Anwendungen über das stetig weiterentwickelnde Internet die nötige Rechenkapazität. Parallel zum rasanten Wandel des Internet erlebt auch die Mobilfunkindustrie eine Wende. Smartphones, die in ihrer Funktionalität bereits viel mit einem Computer gemein haben, bevölkern den Markt. Beispiele hierfür sind das iPhone von Apple oder das Google G1. Die kontinuierliche Entwicklung leistungsstärkerer Geräte geht einher mit dem Ausbau der Infrastrukturen. Durch die Einführung neuer Netze wie das UMTS Netz oder in naher Zukunft High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) werden immer schnellere Datenverbindungen in das Internet möglich. Dadurch sind moderne Mobiltelefone potentielle Endgeräte für komplexe Anwendungen im Internet.

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3 Das Internet als Medium für die Verbreitung und Verwendung von Geodaten

3.2 Formate zur Geokodierung und Georeferenzierung

Die Kommunikation von geografischen Informationen und Informationen mit geografischer Referenzierung über das Internet findet über geeignete Datenformate statt. Vielfältige Anwendungszwecke und eine Bandbreite unterschiedlicher Medientypen wie Bilder oder Texte stellen differente Ansprüche an jeweilige Datenformate. Dieser Abschnitt stellt mit dem Fokus auf Anwendungszweck de facto und de jure Standards für die geografische Kodierung im Web vor.

3.2.1 Modellierungs- und Datenaustauschformate Die Modellierung von geografischen Formen spielt eine zentrale Rolle bei der Modellierung von Gebäuden und Städtemodellen sowie in wissenschaftlichen Anwendungen. Dort werden Formate benötigt, die in der Lage sind komplexe Strukturen und Sachlagen en Detail auszudrücken. Bei der Visualisierung dagegen ist eine semantische Beschreibung der Sachverhalte nicht notwendig und andere Aspekte finden den Fokus.

Geography Markup Language (GML) GML ist eine auf XML basierende Beschreibungssprache für geografische Objekte jeglicher Art. Weiterentwickelt und gepflegt von dem Open Geospatial Consortium (OGC), einem internationales Konsortium aus 386 Vertretern aus Industrie, Regierungsbehörden und Universitäten, ist GML seit 2002 ein Standard der ISO [Lake et al., 2004, S. 9] und liegt derzeit in Version 3.1 vor. Das OGC verfolgt das Ziel offene Standards für den Austausche und den Zugriff auf geografische Daten im Internet zu erarbeiten und zu etablieren. Objekte in GML basieren auf dem feature-Typ. Als grundlegender Bausteine zur Repräsentation der realen Welt, enthalten diese Objekte geografische Eigenschaften, wie Position und Ausdehnung und weitere beschreibende Eigenschaften wie Farbe, Dichte oder Material [Lake et al., 2004, S. 3]. Über die Angabe eines Zeitpunktes oder einer Zeitspanne lässt sich einem feature ein Gültigkeitszeitraum zuweisen und ermöglicht die Modellierung dynamischer Objekte. Für die Beschreibung geometrischer Eigenschaften eines Objektes definiert die Spezifikation die grundlegenden Formen Point, LineString und Polygon. Mit Hilfe dieser Typen lassen sich die in Abschnitt 2.3 vorgestellten Typen von Geodaten hinreichend kodieren. Als Beispiel sei hier die Erfassung

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3 Das Internet als Medium für die Verbreitung und Verwendung von Geodaten

<e l e m e n t name=" B r i d g e " t y p e=" a p p : B r i d g e T y p e " /> <complexType name=" B r i d g e T y p e "> <c o m p l e x C o n t e n t> < e x t e n s i o n b a s e=" g m l : A b s t r a c t F e a t u r e T y p e "> <s e q u e n c e> <e l e m e n t name=" s p a n " t y p e=" i n t e g e r " /> <e l e m e n t name=" h e i g h t " t y p e=" i n t e g e r " /> <e l e m e n t name=" m a t e r i a l " t y p e=" s t r i n g " /> </ s e q u e n c e> </ e x t e n s i o n> </ c o m p l e x C o n t e n t> </ complexType> <B r i d g e g m l : i d=" b r i d g e 1 "> <s p a n>400</ s p a n> <h e i g h t>0</ h e i g h t> < m a t e r i a l>wood</ m a t e r i a l> <b r i d g e T y p e x l i n k : h r e f =" h t t p : //www . e x a m p l e . com/ t r a n s p o r t a t i o n . xml#b r i d g e _ t y p e 1 /> </B r i d g e >

Quelltext 3.1: Fluss-Feature Type und Anwendung als GML Spezifikation (Quelle: Lake et al. (2004, S. 23f))

eines Schemas für die Kodierung von Brücken genannt, wie in Quelltext 3.1 dargestellt. Eine Reihe weiterer Datentypen wie MultiPolygon erleichtern den Umgang mit Objekten. Die GML Spezifikation dient als Framework für sogenannte Application Schemata, die die benötigten Objekttypen in Sinne eines Vokabulars festlegen. Die Erweiterung des Frameworks um benutzerdefinierte Typen als Bestandteil eines Application Schemas gilt als zentraler Bestandteil von GML [Lake et al., 2004, S. 31, 287]. Neben dem Basistyp feature ist auch das XLink 8 Schema Bestandteil des Frameworks. Die dadurch vorhandenen Methoden zu der Referenzierung externer Objekte, ermöglicht die Erzeugung verteilter Datensätze und geografischer Objekte über Systemgrenzen hinaus. GML findet aufgrund der Erweiterbarkeit und dadurch universellen Einsatz sowie der Möglichkeit des ressourcenübergreifenden Modellierens primär Einsatz im professionellen Web GIS Bereich. Verschiedene Profile basierend auf GML sind bereits durch das OGC definiert und teilweise als Standard der ISO 19100er-Normen verabschiedet. Eines davon ist CityGML, ein Profil für die Modellierung von 3D Städtemodellen über 3D-Geometrie, 3D-Topologie und semantische Deskriptoren. Der letzte Punkt ist besonders hervorzuheben. Semantische 3D-Stadtmodelle sind von besonderer Gestalt, dadurch „dass Informationen über den städtischen Raum in Form von klassifizierten Objekten mit räumlichen und nicht-räumlichen Eigenschaften strukturiert sind und damit auch die Be8

XLink ist eine Spezifikation für Definition von Hyperlinks in XML Dokumenten, um Referenzen zwischen verschiedenen Ressourcen herzustellen [DeRose/Maler/Orchard, 2002].

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deutung, Einordnung sowie physikalische und funktionale Eigenschaften repräsentiert werden“ [Kolbe, 2008, S. 3]. Hiervon profitiert eine Reihe von Anwendungsgebieten wie die Stadtplanung, das Immobilienmanagement, die Umweltsimulationen, das Katastrophenmanagement, sowie auch das Facility Management, da dort die Beziehung zwischen einzelnen Objekten beschrieben werden kann [Kolbe, 2008, S. 2].

Keyhole Markup Language (KML) Das gerade vorgestellte GML legt den Schwerpunkt auf die Modellierung von Daten über komplexe Strukturen, nicht jedoch auf die Visualisierung der entsprechenden Daten. Dieses ist die Domäne von der Keyhole Markup Language (KML). Die Sprache dient vornehmlich der Beschreibung von geometrischen Formen und Informationen zu diesen und eine Kodierung auf semantischer Ebene findet nicht statt. KML wurde von der durch Google akquirierten Firma Keyhole entwickelt und stellt das von Google global propagierte und verwendete spatiale Datenformat dar. KML wurde von Google freigegeben und ist, mittlerweile in Version 2.2, seit April 2008 eine OGC Spezifikation für die Beschreibung von Objekten zur Visualisierung in 2D und 3D Kartenanwendungen [Wilson, 2008]. Die Verbreitung von KML Konstrukten erfolgt über kml Dokumente, die in geeigneten Anwendungen, wie Google Earth geladen werden können. Ein solches Dokument kann in sich abgeschlossen sein, oder weitere externe Ressourcen über URLs einbinden. Auch die Manipulation von Daten ist über spezielle Code Fragmente möglich. Zentral hierfür sind die Elemente (update, delete und change), welche zu manipulierende Elemente über eindeutige IDs ansprechen. KML setzt für die visuelle Gestaltung von Objekten Style Elemente ein, die zentral im Dokument definiert werden können. KML erlaubt die Einbettung von Rasterdaten über sogenannten Overlays, die über Koordinaten entsprechend auf der Erdkugel platziert werden. Der grundlegende Typ in KML ist der Feature-Typ. Ähnlich zu GML bildet er den Behälter für Objekte mit geometrischen Formen, die in KML Placemark genannt werden. Wie auch in GML existieren Elemente für Punkte, Linienzüge und Polygone. Über ein Model Element lassen sich detaillierte 3D Modelle einbinden. Generell finden sich eine Reihe von GML Elementen und Methoden in KML wieder. Die Visualisierung in KML bezieht sich sowohl auf die Modellierung geometrischer Strukturen als auch auf die Strukturierung der Inhalte über Ordnerstrukturen, die Google Earth in einer separaten Navigation anzeigt. Über unterschiedliche Stile (Auswahlboxen, Exklusive Listen,. . . ) ist das Aussehen der Navigationsstruktur steuerbar. Ein einfaches Beispiel eines (Placemarks) als Element in einem Ordner (Folder) zeigt Quelltext 3.2. KML bietet weitere Möglichkeiten zur Steuerung der Anzeige, darunter

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<? xml v e r s i o n=" 1 . 0 " e n c o d i n g="UTF−8" ?> <kml x m l n s=" h t t p : // e a r t h . g o o g l e . com/ kml / 2 . 2 "> <Document> <name>Messen</name> < S t y l e i d=" m y S t y l e "> < L i n e S t y l e>< c o l o r>b 2 f f a a 5 5</ c o l o r></ L i n e S t y l e> <P o l y S t y l e>< c o l o r>b 2 f f a a 5 5</ c o l o r></ P o l y S t y l e> </ S t y l e> <F o l d e r> <name>Messen</name> < d e s c r i p t i o n>Messen</ d e s c r i p t i o n> <P l a c e m a r k> <name>Messe F r e i b u r g</name> < s t y l e U r l>#m y S t y l e</ s t y l e U r l> <P o l y g o n> <o u t e r B o u n d a r y I s> <L i n e a r R i n g> < c o o r d i n a t e s> ... </ c o o r d i n a t e s> </ L i n e a r R i n g> </ o u t e r B o u n d a r y I s> </ P o l y g o n> </ P l a c e m a r k> </ F o l d e r> </ Document> </ kml>

Quelltext 3.2: Ein KML Dokument

Parameter um den Blickwinkel auf die Erde oder die Betrachtungshöhe zu beeinflussen. Um den Transfer von Datenvolumen zu minimieren, bietet KML Mechanismen an, Daten in Abhängigkeit des Detailgrades und der momentan angezeigten Region dynamisch nachzuladen. Eine Einführung mit einer Vielzahl an Beispielen und die Spezifikation an sich findet sich unter http://earth.google.de/kml/. GML de jure wissenschaftlich komplex Offen und flexibel Modellierung Profile und Schemata mächtig, teilweise unterstützt

Kriterium Standard Hintergrund Komplexität Erweiterbarkeit Inhalte Schema Modellierung

KML de facto anwendungsorientiert semi-simpel nahezu geschlossen Visualisierung keine Schemata eingeschränkte Möglichkeiten

Tabelle 3.1: Vergleich von KML und GML anhand zentraler Merkmale (Quelle: Shi, 2007)

Die OGC Spezifikationen KML und GML unterscheiden sich grundlegend in Anwendungszweck und ergänzen sich gegenseitig in den jeweiligen Schwachstellen. So ist GML als mächtige aber schwergewichtige Sprache in der Datenschicht einsetzbar, während an der Schnittstelle der Visualisierung KML seine Stärken ausspielt und zum „HTML geografischer Inhalte“ avanciert ist [Dangermond, 2008]. KML ist aufgrund von Google Earth als Visualisierungsapplikation und der einfachen Verwendbarkeit der de facto

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Standard des Internets für die Visualisierung und Verbreitung geografisch kodierter Informationen vieler Art und Weise [Weiss-Malik, 2008]. Tabelle 3.1 stellt die beiden verbreiteten XML Derivate gegenüber.

GPS Exchange Format (GPX) Das GPS exchange Format

(GPX) liegt in Version 1.1 vor und ist ein auf XML

basierendes Format. Nach Aussagen der offiziellen Webseite9 , dient es seit 2001 als de facto Standard für den leichtgewichtigen Austausch von Geodaten. Die Implementierung von GPX beschränkt sich dabei auf die Kodierung von Wegpunkten (wpt), Routen (rte) sowie Tracks (trk). Darüber hinaus ist es möglich generelle Informationen (metadata, person, . . . ) zu kodieren. Somit eignet sich GPX für das Aufzeichnen von Wegstrecken oder Markierungen, wie es Fahrtenschreiber durchführen. Das GPX Schema definiert nur wenige Kernelemente, erlaubt aber die benutzerspezifische Erweiterung in dem dafür vorgesehenen extensions Element. Das offizielle GPX Schema findet sich unter http://www.topografix.com/gpx/1/1/gpx.xsd (Abruf: 15.10.2008). Die Notation der geografischen Koordinaten erfolgt dezimal und nicht wie in Abschnitt 2.2.1 vorgestellt in Bogeneinheiten. Als Referenzellipsoid dient das WGS84 Datum. <? xml v e r s i o n=" 1 . 0 " e n c o d i n g="UTF−8" s t a n d a l o n e=" no " ?> <gpx x m l n s=" h t t p : //www . t o p o g r a f i x . com/GPX/1/1 " v e r s i o n=" 1 . 1 " x m l n s : x s i=" h t t p : //www . w3 . o r g /2001/XMLSchema−i n s t a n c e " x s i : s c h e m a L o c a t i o n=" h t t p : //www . t o p o g r a f i x . com/GPX/1/1 h t t p : //www . t o p o g r a f i x . com/GPX/1/1/ gpx . x s d "> <m e t a d a t a> <a u t h o r>H o l g e r Neub</ a u t h o r> < t i t l e >S t a n d o r t d e r F r e i b u r g e r Messe</ t i t l e > </ m e t a d a t a> <wpt l a t=" 4 8 . 0 1 7 0 3 5 " l o n=" 7 . 8 3 9 9 9 0 "> < e l e>0</ e l e> <t i m e>2008−10−15 T 1 2 : 0 2 : 1 0 Z</ t i m e> <name>Messe F r e i b u r g</name> <sym> b u i l d i n g</sym> </ wpt> </ gpx>

Quelltext 3.3: Position der Messe Freiburg im GPX Format

9

http://www.topografix.com/gpx.asp

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GeoJSON JavaScript Object Notation (JSON) ist ein für Menschen und Maschinen lesbares Datenaustauschformat, welches im Gegensatz zu den meisten Formaten für die geografische Kodierung nicht auf XML aufbaut. In Verbindung mit einer kompakten Schreibweise und durch einfache Strukturen kommt JSON im Allgemeinen mit wenig Overhead aus. JSON ist hierbei nicht limitiert auf JavaScript, findet jedoch doch dort in Verbindung mit Ajax häufig Einsatz um Daten zwischen Klient und Server zu übertragen und diese auf Klientenseite wieder in ein Objekt zu überführen. GeoJSON ist auf JSON aufsetzende Spezifikation, die eine Reihe von Datenstrukturen definiert, um geografische Objekte zu kodieren. Zu diesen gehören [Butler et al., 2008]: Point

MultiPoint

LineString

MultiLineString

Polygon

MultiPolygon

GeometryCollection Quelltext 3.4 zeigt die das zuvor schon mehrfach verwendete Beispiel der Messe Freiburg in GeoJSON (GeoJSON) Notation. Die Spezifikation von GeoJSON findet sich unter http://geojson.org/geojson-spec.html. { " type " : " Feature " , " properties " : { " name " : " Messe F r e i b u r g " , " a d r e s s " : { " s t r e e t " : " E u r o p a p l a t z 1 " , " z i p " : " 79108 " , " c i t y " : " F r e i b u r g " } } " geometry " : { " type " : " Point " , " c o o r d i n a t e s " : [ 4 5 . 2 5 6 , −110.45] , " c r s " : { " t y p e " : "OGC" , " p r o p e r t i e s " : { " u r n " : " u r n : o g c : d e f : c r s : O G C : 1 . 3 :CRS84 " }} } }

Quelltext 3.4: Position der Messe Freiburg im GeoJSON Format

3.2.2 Geografische Kodierung textueller Informationen Das World Wide Web in seiner ursprünglichen Form besteht aus einem Netzwerk von Hypertext Dokumenten. Diese klassischen Inhalte können mit Hilfe verschiedener Methoden mit geodätischen Informationen angereichert werden [Lake, 2007]. Vor dem Hintergrund, dass 80% aller Informationen einen örtlichen Bezug aufweisen, wird deutlich, dass Formate für die Geokodierung von Textfragmenten wesentlich zu der Menge an Informationen im Geoweb beitragen.

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Geo Encoded Objects for RSS Geographically Encoded Objects for RSS feeds (GeoRSS) ist eine Empfehlung für die geografische Kodierung von Real Simple Syndication (RSS) Feeds und Web Inhalten mit dem Fokus auf Simplizität und dennoch ausreichender Aussagekraft [Reed et al., 2006, S. 3]. Der Begriff Feed kann definiert werden als „Daten in einem bestimmten Datenformat, das nicht für Menschen bestimmt ist, sondern von Programmen gelesen und aufbereitet werden kann“ [Alby, 2008, S. 48f]. GeoRSS unterscheidet zwei Spezifikationen. In einer in Funktionalität reduzierten Version GeoRSS-Simple können grundlegende Informationen kodiert werden. Hierzu gehören Punkte, Linien, Polygone und eine Bereichsbox. Radiale Bereiche lassen sich durch einen Radius in Verbindung mit dem Point Element beschreiben. Auch Höhenangaben sind möglich. Als Referenzsystem dient das WGS84. [Reed et al., 2006, S. 6-8] < g e o r s s : p o i n t>4 8 . 0 1 7 0 3 5 7 . 8 3 9 9 9 0</ g e o r s s : p o i n t> <GeoRSS:where> <g m l : P o i n t> <g m l : p o s>4 8 . 0 1 7 0 3 5 7 . 8 3 9 9 9 0</ g m l : p o s> </ g m l : P o i n t> </ GeoRSS:where>

Quelltext 3.5: Kodierung einer Position mit GeoRSS Simple und GML GeoRSS

Weitaus umfangreicher in Funktionalität ist die GML GeoRSS Spezifikation, die Elemente eines GML Version 3.1.1 Profils verwendet. Soweit nicht anderweitig spezifiziert sind Koordinaten im WGS84 und dezimal zu verstehen [Reed et al., 2006, S. 9]. Quelltext 3.5 zeigt exemplarisch die Kodierung eines Punktes in Simple GeoRSS und GML GeoRSS. Historischer Vorgänger, jedoch für die Anwendung nicht mehr empfohlen, ist das W3C Basic Geo Vokabular10 .

Metainformationen in HTML Dokumenten Das Geotagging von HyperText Markup Language (HTML) Inhalten kann über spezielle Meta Tags im Header der Dokumente erfolgen. Das Meta Tag (<meta>) verfügt im Allgemeinen über das name bzw. http-equiv und das content Attribut, wobei das erste den Schlüssel und das zweite den Wert enthält. Für die Angabe von Standortinformationen wird zwischen zwei Varianten unterschieden. Zum einen erlaubt das Taggen nach dem ICBM Standard die Kodierung der Lage über Breiten und Längengrad als Semikolon separiertes Tupel mit Werten im WGS84 Datum. Zum anderen definiert der GeoTag Entwurf einzelne Schlüssel (name-Werte) Einträge für die Position (geo.position), 10

http://www.w3.org/2003/01/geo

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für das Land (geo.country), sowie weitere Einträge der Form geo.<civic>. Dabei repräsentiert <civic> einen Schlüssel für die Adresskodierung nach dem RFC477611 . Ein Anwendungsbeispiel zeigt Quelltext 3.6. Weiterführende Informationen zu den GeoTags finden sich direkt auf GeoTags.com12 oder als Internet-Draft auf den Webseiten der IETF13 . <meta <meta <meta <meta <meta <meta <meta

name="ICBM" c o n t e n t=" 4 8 . 0 1 7 0 3 5 ; 7 . 8 3 9 9 9 0 " /> name=" geo . p o s i t i o n " c o n t e n t=" 4 8 . 0 1 7 0 3 5 ; 7 . 8 3 9 9 9 0 " /> name=" geo . c o u n t r y " c o n t e n t="DE" /> name=" geo . a1 " c o n t e n t="BW" /> name=" geo . a3 " c o n t e n t=" F r e i b u r g " /> name=" geo . z i p " c o n t e n t=" 79108 " /> name=" geo . nam" c o n t e n t=" Messe F r e i b u r g " />

Quelltext 3.6: Position der Messe Freiburg in Geo Tags für HTML Ressourcen

Mikroformat „geo“ Mikroformate sind Markup-Formate, die Informationen in einen semantischen Zusammenhang einbetten. Diese Markupelemente besitzen eine festgelegte Bedeutung, die die enthaltene Information klassifizieren und diese Semantik dadurch maschinenlesbar wird. Die Kodierung der Informationen verwendet HTML als Beschreibungssprache und die enthaltene Information wird über das class-Attribut deklariert. Eines dieser Formate stellt das Geo-Mirkoformat dar und ist in Form eines Beispiels in Quelltext 3.7 veranschaulicht [Çelik, 2008]. <d i v c l a s s=" geo ">Messe F r e i b u r g : <s p a n c l a s s=" l a t i t u d e ">4 8 . 0 1 7 0 3 5</ s p a n> , <s p a n c l a s s=" l o n g i t u d e ">7 . 8 3 9 9 9 0</ s p a n> </ d i v> <a b b r c l a s s=" geo " t i t l e =" 4 8 . 0 1 7 0 3 5 ; 7 . 8 3 9 9 9 0 " ">Messe F r e i b u r g </abbr>

Quelltext 3.7: Das Microformat „geo“ bettet geo Koordinaten in einen semantischen Kontext ein.

Als eigenständiges Mikroformat, wird es auch in anderen Mikroformates wie hCard oder hCalendar

14

eingesetzt. Das geo Mikroformat erwartet die Koordinaten im WGS84

11

Eine Spezifikation für die Adresskodierung im Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP). (→http://tools.ietf.org/html/rfc4776) 12 http://geotags.com/geo/ 13 http://tools.ietf.org/html/draft-daviel-html-geo-tag-08 14 hCard und hCalendar sind ein microformat um Inhalte elektronischer Visitenkarten und Kalendereinträge zu beschreiben. Es ist in der Namesgebung angelehnt an die ursprünglichen Formate iCard und iCal.

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Datum. Alternativ zu der getrennten Angabe über die Schlüssel Longitude und Latitude ist die kombinierte mit Semikolon separierte Schreibweise in einem <abbr>Element.

3.2.3 Bildformate mit Geoinformationen Satelliten und Luftaufnahmen in Form von Rasterdaten bilden seit Jahren das Fundament für Karten. Eine hohe Auflösung und Detailreichtum und ein gleichzeitig schneller Zugriff sind zwei konzeptionelle und anwendungsorientierte Parameter, die zwingend notwendig sind. Das große Datenvolumen effizient geografisch zu referenzieren, zu organisieren und zu instrumentalisieren stellt eine vielschichtige Problematik dar. Die Möglichkeit der Einbettung von geografischen Informationen in Bilddaten erlaubt eine vereinfachte Integration in digitale Landkarten und adressiert den Aspekt der Datenorganisation [Gerlek/Fleagle, 2007, S. 27].

GeoTIFF GeoTIFF erweitert das Tagged Image File Format (TIFF). TIFF ist ein besonders im GIS Bereich verbreitetes proprietäres Rasterformat, welches Informationen in Tag Strukturen speichert [Ritter/Ruth, 2000]. GeoTIFF wurde entwickelt um die geografische Lage, sowie das zugrunde liegende Referenzsystem zusammen mit den Nutzdaten zu speichern und so die im Rahmen eines Datenaustausch nötigen Zusatzinformationen in die Datei einzubetten [Mahammad/Ramakrishnan, 2003]. Die GeoTIFF Spezifikation definiert eine Menge an TIFF Tags für eine Vielzahl an Informationen, die für eine kartografische Weiterverarbeitung von Karten, 2.5D Modellen, Satellitenaufnahmen und Geofachdaten notwendigen sind. Sechs verschiedene Meta Tags mit Schlüsseln aus dem für benutzerspezifische Definition von Schlüsseln vorgesehenem Bereich überhalb von 32768 sind offiziell beschrieben und kapseln über diese die gesamte Erweiterung, so dass keine Kompatibilitätsprobleme mit der eigentlichen TIFF Spezifikation entstehen. Folgende Tags sind Bestandteil der Erweiterung: ModelPixelScaleTag Das Tag gibt die Skalierung eines Pixels im TIFF Bild in x, y und z Richtung an um die Größe eines Pixels und in Einheiten des Zielmodels (Koordinatensystem) anzugeben. Da in den meisten Fällen ein 2-dimensionales Modell vorliegt, ist der Wert des z Parameters dann 0. ModelTiepointTag Das Tag speichert Passpunkte, mit deren Hilfe Koordinaten für jedes Pixel berechnet werden können. In Verbindung mit dem ModelPixelScaleTag können die Rasterdaten exakt in den Vektorraum des Zielmodels überführt werden.

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Sollte keine Informationen über Skalierung verfügbar sein, erfolgt eine Interpolation entsprechend. Alternativ kann auch das unterhalb beschriebene ModelTransformationTag eingesetzt werden. ModelTransformationTag Über eine 4x4 Matrix kann eine Transformation, die auch Scherung oder Drehung berechnet, angegeben werden. GeoKeyDirectoryTag Das Tag enthält Header Informationen über Version des Schlüsselsatzes, Anzahl der verwendeten Schlüssel (n) für die Kodierung von georelevanten Daten. Zusätzlich speichert es die n Schlüssel/Wert Paare („GeoKeys“). Das GeoKeyDirectoryTag entspricht dem TIFFEntry Schlüssel 34735. Ein Schlüssel/Wert Paar hat dabei folgende in Gleichung 3.1 dargestellte 4-Tupel Struktur, die mit der generellen TIFFTag Struktur übereinstimmt: KeyEntry = {KeyID, T IF F T agLocation, Count, V alue_Of f set}

(3.1)

KeyID repräsentiert den Schlüssel Wert in Form einer ID zwischen 0 und 65535 [Ritter/Ruth, 2000]. TIFFTagLocation spezifiziert das TIFF Tag, welches den zugehörigen Wert enthält und Count die Anzahl der Werte des Schlüssels an sich. Value_Offset gibt den Datenindex innerhalb des über TIFFTagLocation identifizierten Wertcontainers an. Sollte die TIFFTagLocation den Wert 0 vorweisen, so steht der Wert des aktuellen Wert/Schlüssel Paares unmittelbar in dem Value_Offset Feld. GeoDoubleParamsTag Das Tag subsumiert alle GeoKey Werte vom Typ Double. Der TIFF Schlüsselwert ist 34736 GeoAsciiParamsTag Das Tag mit dem TIFF Schlüssel 34736 bildet den Behälter für alls ASCII Werte vorhandener GeoKeys. Ein konkretes Beispiel für GeoTIFF Einträge eines TIFF Bildes, welches Bilddaten aus einer Projektion im UTM Grid enthält, zeigt Quelltext 3.8. Das ModelTiepointTag bildet die obere linke Ecke des Bildes (0,0) auf ein Easting beziehungsweise Northing von 350807 und 5316081 ab. ModelTiepointTag = (0 , 0 , 0 , 350807 , 5316081 , 0) ModelPixelScaleTag = (1000 , 1000 , 0) GeoKeyDirectoryTag =(1 ,1.2 ,3 , 3072 , 0 , 1 , 32633 , 1026 , 34737 ,12 ,0 , 3073 , 34737 , 25 ,0 ) G e o A s c i i P a r a m s T a g ( 3 4 7 3 7 ) =("UTM Zone 33 N w i t h WGS84 | " )

Quelltext 3.8: GeoTIFF erweitert das TIFF Format um spezielle Tags für die Speicherung von georeferenzierenden Metadaten.

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Die Skalierung ist durch das ModelPixelScaleTag angegeben und beträgt 1000 Meter/Pixel in der xy-Ebene. Innerhalb des GeoKeyDirectoryTag bedeutet beispielsweise die Zeile 3072, 0, 1, 32660, das Koordinationsystem der Projektion (ProjectedCSTypeGeoKey, 3072) der UTM mit dem WGS84 Kartendatum entspricht und die Daten innerhalb der Zone 33N liegen (PCS_WGS84_UTM_zone_33N, 32633). Eine semantische Beschreibung des Zielkoordinatensystems erfolgt in der Zeile 3073, 34737, 25, 0. Der hierfür entsprechende GeoKey PCSCitationGeoKey (3073) referenziert den Wert des GeoAsciiParamsTag (34737) Arrays beginnend von Anfang an (Offset=0) mit einer Länge von 25 Byte. Das ergibt UTM Zone 33 N with WGS84, wobei das letzte Byte „|“ das Ende signalisiert und als NULL interpretiert wird.

GML in JPEG2000 JPEG2000 ist ein auf der Wavelet Transformation basierender Standard (ISO 15444) für die Kompression von Bilddaten. Bei der Wavelet Transformation werden die Bilddaten nicht wie beispielsweise bei der Fourier Transformation in einem Durchgang, sondern durch iteratives Anwenden von Hoch- und Tiefpassfiltern, sogenanntes Subbandcoding komprimiert. Jeder Iterationsschritt zerlegt das Bild in immer gröbere Bildstrukturen und entfernt jeweils die Hälfte der Spalten und Zeilen, so dass das Bild pro Iteration um Faktor vier verkleinert wird. Durch Verschiebung und Anpassung der Iterationsschritte, sowie der Auswahl entsprechender Filterergebnisse für das letztendliche Bild ist ein stufenlose Kompression möglich [Gerlek/Fleagle, 2007, S. 31]. Das Format unterstützt durch den inkrementellen Bildaufbau das Streamen der Bilddaten über das JPEG 2000 Interactive Protocol (JPIP) und eignet sich für den Einsatz in Webseiten. Aus bereits geladenen Daten wird eine niedrig auflösende Voransicht generiert, die mit zunehmender Datenmenge an Details zunimmt. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass aus einem Quellbild, welches eine Größe von mehreren Gigabyte besitzen kann, Bilder in unterschiedlicher Auflösung „on-the-fly“ generiert werden können [Gerlek/Fleagle, 2007, S. 30]. Im Vergleich zu JPEG erreicht das Format eine bis zu 30% höheren Kompressionsgrad bei wahrnehmbar besserer Qualität. JPEG2000 unterstützt auch ungleiche Kompressionsstufen innerhalb eines Bildes um bestimmte Bereiche detaillierter darzustellen und weniger relevante Bereiche stärker zu komprimieren. Der Einsatz von GML in JPEG2000 verfolgt das Ziel das Format um ein Schema zu erweitern, welches notwendig ist um georeferenzierende JPEG Bilder zu erstellen [Kyle et al., 2006]. Da der JPEG2000 Datenkontainer die Einbettung von XML Dokumenten erlaubt, eignet sich GML für den Einsatz. Die Struktur einer JPEG2000 Datei mit GML zeigt Abbildung 3.1.

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JPEG 2000 Datei Coverage Beschreibung

Coverage Geometrie Coverage Werte Features, Metadaten,... Coverage Wertebeschreibung

Bilddaten

Abbildung 3.1: Aufbau einer JPEG2000 Datei mit GML

Die Bilddaten beschreibt eine GML Coverage Description, die sich aus folgenden Bestandteilen zusammensetzt [Kyle et al., 2006]: • Informationen zu der Geometrie des Coverage Description • Beschreibung der Daten der Coverage. Beispielsweise können diese Fachdateninformationen oder Erhebungswerte sein, sofern die Geometrie der Coverage ein Höhenmodell festlegt. • Features, Annotationen und weitere Metadaten, die die GML Spezifikation vorsieht. • Die Daten der Coverage an sich. Diese stellen eine Referenz auf die eigentlichen Bilddaten des JPEG2000 Bildes dar. Durch die Möglichkeit GML Daten dem Bild in Form von Vektordaten hinzuzufügen und Applicationchemata zu definieren, ist eine visuelle Gestaltung und dadurch informationelle Aufwertung des Bildes ohne Manipulation der eigentlichen Bilddaten möglich. Bild und GML Daten können von unterschiedlichen Quellen über entsprechende Webservices dynamisch kombiniert und weiterverarbeitet werden [Gerlek/Fleagle, 2007, S. 35].

EXIF und IPTC für Metainformationen zu Photos Das Exif Format ist ein Dateiformat zum Speichern von Metainformationen zu Bilddaten, welches durch den „Digital Still Camera Image File Format“ Standard definiert wird [JEITA, 2002]. Dieser Standard definiert wie Digitalkameras Meta Informationen zu Bild- und Audiodateien kodieren sollen, und legt eine Struktur für die Speicherung im TIFF und JPEG Format fest. In TIFF folgt die Struktur dem TIFF Standard. Über das Exif Image File Directory (IFD) Attribut im ersten IFD der TIFF Datei werden

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die Exif Attribute referenziert. Das Exif IFD Tag verwendet den Schlüssel 34665, welcher aus dem Wertebereich für proprietäre Schlüssel stammt, die der TIFF Standard definiert. Die Einbettung der Metadaten in JPEG Dateien erfolgt in APP1 und APP2 Markern entsprechend dem JPEG Standard. Für die Kodierung der Einträge definiert das Format Schlüssel für verschiedene Bildeigenschaften wie die Brennweite, der ISO-Wert oder die Belichtungszeit. Exif Daten werden in das Bildformat integriert und sind durch entsprechende Programme abrufbar. Für die geografische Referenzierung definiert der Standard das GPS IFD Tag (34853) und darin 27 verschiedene Schlüssel. Hierzu gehören neben der grundsätzlichen Georeferenzierung über Längen- (GPSLongitude), Breiten- (GPSLatitude) und Höhengrad (GPSAltitude) weitere Parameter wie das verwendete Kartendatum (GPSMapDatum) oder auch die Blickrichtung (GPSDestBearing) bei der Aufnahme. Über diese GPS*Tags ist eine detallierte Beschreibung der geografischen Informationen möglich. Exif Dateien können von gängigen Bildbearbeitungsprogrammen gelesen werden. Auch das Schreiben der Daten ist mit frei verfügbaren Werkzeugen möglich. Eine Erweiterung zu Exif bildet der IPTC-NAA-Standard kurz IPTC, der von dem International Press Telecommunications Council (IPTC) und der Newspaper Association of America (NAA) verwaltet und gepflegt wird. Wie auch Exif zielt IPTC auf die Speicherung textueller Informationen zu Bilddaten, wobei IPTC erweiterbar ist, so dass anwenderspezifische Tags angelegt werden können. Auch inhaltlich unterscheiden sich die beiden Standards. Während Exif die automatisierte Speicherung technischer Details vorsieht, dient der IPTC Standard der semantischen Beschreibung der Bilder im Rahmen der Nachbearbeitung, so dass diese über Suchterme gefunden werden können und die Verwaltung von Bildern vereinfacht. Einen XML basierten Ansatz verfolgt die von Adobe Extensible Metadata Platform (XMP) Spezifikation. Aufgrund einer im Vergleich mit IPTC und Exif vergleichbar geringen Relevanz wird an dieser Stelle lediglich auf die Spezifikation verwiesen: [Adobe, 2005].

3.2.4 Geolocation API für die standardisierte Positionsabfrage Die Möglichkeit einer Positionsbestimmung wird in naher Zukunft ein allgemein üblicher Dienst sein. Die Geolocation API soll als Standard dafür dienen, dass bei der Entwicklung von Webanwendungen, auf diese Funktionalität zugegriffen werden kann. Derzeit noch im Status eines Entwurfes, soll diese API in Zukunft nativ in Webbrow-

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ser integriert werden und über das DOM/JavaScript Navigator 15 Objekt Webseiten zur Verfügung gestellt werden, um den Zugriff auf Ortsinformationen zu gewähren. Die dadurch gewonnene Information kann dann beispielsweise als Grundlage für eine dynamische Inhaltgenerierung dienen. Generell ergeben sich für die Anwendungsentwicklung neue Perspektiven. So ist es dann möglich Navigationssysteme und LBS, die auf eine kontinuierliche Kenntnis der Position angewiesen sind, plattformunabhängig in einem Webbrowser auszuführen und so zum Beispiel Echtzeitnavigation über das Internet anbieten. Im Wesentlichen besteht die Schnittstelle derzeit aus einem Geolocation Interface, welches die folgenden Methoden definiert: getCurrentPosition liefert asynchron über eine übergebene Callback-Methode die aktuelle Position des Endgerätes. Die Methode erlaubt die Übergabe von verschiedenen Callback-Methoden sowie die Angabe von weiteren Attributen, für die Angabe von beispielsweise Timeout-Werten. watchPosition stößt eine Prozess an, der entsprechende Callback Methoden immer dann aufruft, wenn das Endgerät eine neue Position feststellt. Die Methode gibt die ID des „watch“ Prozess’ zurück. Die kontinuierliche oder diskrete Positionsbestimmung obliegt dem Endgerät und soll so die Entwicklung von Anwendungen mit Hilfe der Geolocation API vereinfachen. Auch soll durch den Callback Mechanismus das Datenaufkommen reduziert werden. clearWatch erlaubt es einen Prozess, der über watchPosition angestoßen wurde über die Prozess ID, zu beenden. Alle Methoden enden unmittelbar nach dem Aufruf und kommunizieren ausschließlich über die Callback Methoden. Des Weiteren ist es möglich über die Abfrage des Feldes Geolocation.lastPosition – ohne dadurch eine erneute Positionsbestimmung anzustoßen – auf die zuletzt bekannte Position zuzugreifen [Popescu, 2008]. Die exemplarische Verwendung der API zeigt Quellcode 3.9. var geolocation = navigator . geolocation geolocation . getCurrentPosition ( s u c c e s s C a l l b a c k , e r r o r C a l l b a c k , { maximumAge:600000 } ) ; function successCallback ( position ) { // D i e P o s i t i o n s t e h t i n d e r p o s i t i o n // V a r i a b l e z u r V e r f ü g u n g } function errorCallback ( error ) { // E i n F e h l e r i s t a u f g e t r e t e n }

Quelltext 3.9: Beispiel für die Verwendung der Geolocation API 15

Bei dem Navigator Objekt handelt es sich um ein automatisch zur Laufzeit generiertes JavaScript Objekt, welches Informationen zu verwendetem Browser, Version und weitere Parameter enthält. (Quelle: http://de.selfhtml.org/javascript/objekte/navigator.htm)

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3.3 Webservices für Geodienste Ist im Internet die Rede von Diensten, so bezieht sich das entweder auf Anwendungen, die eine Benutzerinteraktion erlauben oder auf nicht unmittelbar sichtbare Web Services. Web Services erlauben es Anwendungsfunktionalität von Systemen, über Schnittstellen im Internet anzubieten. Geo Web Service sind Web Services mit GIS-Bezug, im Folgenden synonym mit Geoservices beziehungsweise Geodienst verwendet. Die Bandbreite möglicher Funktionalität von Geodiensten fasst folgende Aufflistung zusammen [Lake et al., 2004, S. 5; Kralidis, 2007, S. 223]: • Zugang zu geografischen Informationen in Datenbanken • Auswertung und Berechnung geographischer Fragestellungen • Durchführung komplexer Berechnungen auf einer Menge von Objekten mit unterschiedlichem räumlichen und zeitlichen Bezügen. • Bereitstellung und Übermittlung von Daten mit geografischem Bezug in unterschiedlichen Formen, wie Textdaten, numerische Daten oder geografisch kodierte Objektrepräsentationen. • Visualisierung von Geodaten Über Web Services im Allgemeinen und Geo Web Services im Speziellen lassen sich „örtlich getrennt verwaltete Geodaten über das Internet unabhängig von ihrem Speicherort einfach und schnell miteinander kombinieren“ [GDI-DE, 2008]. Die getrennte Verwaltung einzelner Services, Unabhängigkeit von Hintergrundtechnologie und die damit verbundene Möglichkeit der losen Kopplung in einer Service Oriented Architecture (SOA) sind die wesentlichen Vorteile bei einem Zugriff auf Ressourcen über Web Services [Chappell/Jewell, 2002]. Dieser Abschnitt stellt Webservice Verfahren vor.

REpresentational State Transfer Architecture (REST) Die Representational State Transfer Architecture (REST) beschreibt ein Architekturstil für Hypermediasysteme, wie es das Internet darstellt [Fielding, 2000]. Es basiert dabei auf folgenden Prinzipien: • Eindeutige Beschreibung von Objekten • Verknüpfung von Objekten • Verwendung standardisierter und weit verbreiteter Protokolle • Veränderliche Ressourcen • Zustandslose Kommunikation

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Für die Implementierung von REST hat sich im Internet das HTTP und die Verwendung von URLs etabliert. Für den Zugriff und die Manipulation von Ressourcen sind gemeinhin gültige Bedeutungen der HTTP Methoden definiert [Bayer, 2002]: GET : GET liefert die Repräsentation des referenzierten Objektes im aktuellen Zustand (Beispiel: Häuser in einer Straße einer Stadt). POST : Über die POST Methode kann ein Objekt verändert oder erweitert werden (Beispiel: Hinzufügen von Stockwerksanzahl in einem Haus). PUT : Mit PUT lassen sich neue Ressourcen erzeugen. Rückgabewert ist eine URL, die auf die neue Ressource zeigt. Gleichnamige Ressourcen werden mit dem neuen Inhalt ersetzt (Beispiel: Anlegen einer neuen Haus Ressource). DELETE : Das Löschen von Ressourcen erfolgt mit Hilfe der DELETE Methode (Beispiel: Das Löschen eines Hauses). Da REST ausschließlich die URL Kodierung und HTTP Methoden verwendet, sind keine weiteren Protokolle notwendig, die die Kommunikation zwischen Dienstschnittstelle und Klienten genauer beschreiben müssen. Zusätzlich wirkt sich die zustandslose16 Kommunikation positiv auf Skalierbarkeit aus und vereinfacht die Verwendung von verteilten Ressourcen. XML als Auszeichnungssprache definiert das XLINK Attribut, welches auf weitere Ressourcen zeigt und von Maschinen weiterverarbeitet werden kann. In Kombination mit REST lassen sich hierdurch verschachtelte Strukturen erzeugen, in denen tatsächliche Positionen der Ressourcen in den Hintergrund rücken. Eine umfassende Einführung zum Thema REST konforme Webservices gibt [Ruby/Richardson, 2007].

SOAP Webservices, die auf SOAP basieren verfolgen den Ansatz eines Remote Procedure Call (RPC), also der Ausführung entfernter Funktionalität. Dabei dient der Service lediglich zur Übermittlung von Parametern, die für den Aufruf einer Funktion über die Webservice Schnittstelle in Form einer URL nötig sind. Die Parameter werden in einem gemäß Spezifikationen kodierten XML Dokument dem Service übermittelt. Da das Ergebnis einer Anfrage daher von den im sogenannten SOAP Envelope gesendeten Daten abhängt und sich diese nicht in der Universal Ressource Identifier (URI) des Services widerspiegeln, können bestimmte Ressourcen nicht wie bei REST eindeutig adressiert werden. Für die Beschreibung eines SOAP Webservices dient eine Webservice Description Language (WSDL) Datei, die die nötigen Parameter, und weitere Informationen wie die Beschreibung des Rückgabeformat enthält. 16

Bei einer zustandslosen Kommunikation, hält der Server keinerlei Informationen über frühere Anfragen eines Klienten. Dadurch sind Anfragen vollkommen unabhängig von einander.

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Ob ein Webservice über SOAP oder im REST Stil implementiert wird, hängt von Einsatzgebiet oder Diensttyp ab und ist primär eine Designfrage. Den Vorteil einer losen Kopplung weisen beide Ansätze auf.

3.3.1 Geo Webservices nach dem OpenGIS Standard Verschiedene Parteien beteiligen sich an dem Handel und dem Einsatz von Geodaten. Dezentrale Organisation und Vernetzung über bestehende Infrastrukturen des Internet im Kombination mit mannigfaltigem Datenangebot stellen besondere Anforderungen an eine strukturierte Kommunikation und geregelten Datenaustausch. Damit diese Form der Interoperabilität langfristigen Erfolg aufweisen kann, müssen Standards entwickelt und eingesetzt werden [Wagner/Gartmann, 2002, S. 1]. Das OGC adressiert die Standardisierung mit dem Ziel offen zugängliche Spezifikationen zu erarbeiten. Diese werden unter der eingetragenen Marke OpenGIS® veröffentlicht und sollen den Umgang mit geografischen Daten im Internet über HTTP erleichtern. Die Wesentlichen Spezifikationen für Geowebservices werden im Folgenden vorgestellt. Auf optionale Schnittstellen der Spezifikationen wird an diese Stelle nicht näher eingegangen. Für weiterführende Informationen wird auf die frei verfügbaren offiziellen Spezifikationen17 verwiesen. Die Arbeit des OGC erfolgt in enger Zusammenarbeit mit dem Technical Commitee 211 (TC211), welches als ein Teil der International Organization for Standardisation (ISO) tätig ist und de jure Standards im Bereich digitaler geografischer Informationen verabschiedet. Die Normen erscheinen in der ISO 19100 Reihe. Hierzu gehören neben Normen für Geoinformationen auch solche für Geodienste, für eine standardisierten Austausch von Geodaten. Die Zusammenarbeit erfolgt über den gegenseitigen Austausch mit dem Ziel, OGC Spezifikationen und entsprechende ISO-Normen anzugleichen. So wurde die im Folgenden vorgestellten OpenGIS Web Map Service (WMS) Implementierungen bereits unter ISO 19128 und die Web Feature Service (WFS) unter ISO 19142 in den ISO Standard aufgenommen. Auch GML ist ab der Version 3.x konform mit der ISO 19136.

Web Map Service (WMS) Der WMS ist ein „webbasierter Kartendienst“. Eine Implementierung der Webservice Spezifikation „generiert über Geodaten einen Kartenausschnitt und stellt ihn bereit“. Die so erstellte Karte wird an die aufrufende Stelle als Bild zurückgegeben. Üblich liegt

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http://www.opengeospatial.org/standards

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dieses Bild in einem Rasterformat vor, es können jedoch auch Ausgaben in Vektorformaten angeboten werden [GDI-DE, 2008]. Ein konformer WMS muss folgende Funktionen realisieren: • Eine Beschreibung der Bestandteile eines Service liefert die Funktion GetCapabilities in Form eines XML Dokument mit Metadaten über den Dienst. Dazu gehören sämtliche Informationen, wie die Beschreibung der einzelnen Features und darauf mögliche Operationen, die für die tatsächliche Verwendung des Dienstes notwendig sind. • Die GetMap Schnittstellte erlaubt es, Kartenausschnitte anzufordern. Eine solche Anfrage setzt sich aus verschiedenen Parametern zu Auflösung, Bildformat, Ausschnitt und anderen Eigenschaften zusammen. Exemplarisch zeigt Quelltext 3.10 eine Anfrage, die das in Abbildung 3.2 dargestellte Rasterbild generiert. h t t p : //wms1 . c c g i s . de / c g i −b i n / m a p s e r v ?map=/d a t a /umn/ germany / germany . map&VERSION←=1.1.1&REQUEST=GetMap&SERVICE=WMS&LAYERS=G re n z e , B u n d e s l a e n d e r , S t a e d t e&SRS=←EPSG:31467&BBOX= 3 1 0 5 8 8 1 . 5 3 8 4 6 1 5 3 8 5 , 5 2 4 8 2 6 0 , 4 0 8 8 8 0 8 . 4 6 1 5 3 8 4 6 1 5 , 6 3 0 0 1 3 0 &WIDTH←=512&HEIGHT=512&FORMAT=image / png

Quelltext 3.10: Aufruf der GetMap Methode eines WMS

Abbildung 3.2: Resultat der in Quelltext 3.10 dargestellten Anfrage an einen WMS

Web Feature Service (WFS) Während ein WMS Daten im Form von Bildern und Karten ausliefert und die Auswertung darin enthaltener Informationen einer visuellen Inspektion bedarf, kann über einen WFS auf die zugrundeliegenden Vektordaten zugegriffen werden. Diese Daten sind in valider GML Syntax kodiert (→Abschnitt 3.2) und können dadurch nicht nur angezeigt sondern auch für weitere Berechnungen herangezogen werden. Über diesen „Basic WFS“ hinaus, erlaubt ein erweiterter „Transaction WFS (WFS-T)“ die auf

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dem Server befindlichen Daten zu manipulieren18 [GDI-DE, 2008, S. 16]. Ein OpenGIS konformer Basic WFS muss mindestens drei Methoden bereitstellen [Vretanos, 2005]: GetCapabilities Eine Beschreibung des Services und seine angebotenen Leistungen liefert die GetCapabilities Funktion. Wie bei der WMS Spezifikation, erfolgt die Beschreibung als XML Dokument. DescribeFeatureType Detaillierte Beschreibungen einzelner Feature Typen lässt sich über die Funktion DescribeFeatureType abfragen. GetFeature Diese Methode liefert einzelne Features im Sinne von GML in einem Vektorformat zurück. Das Rückgabeformat wird der Anfrage über den outputFormat Parameter mitgeteilt. Das Standard Rückgabeformat ist GML 3.1.1. Der WFS-T bietet zur Manipulation die Methoden Transaction, LockFeature und GetFeatureWithLock an. Ein weiterer „XLink WFS“ erweitert den Basis WFS um die Möglichkeit, GML Objekte zu erhalten, die XLink Attribute mit Referenz auf externe GML Ressourcen enthalten können.

3.4 Infrastrukturen für den Zugang zu Geodaten

Wie auch für den Begriff des Geowebs (→Abschnitt 3.1) existiert auch für den Begriff Geodateninfrastruktur (GDI) keine einheitliche Definition [Fornefeld/Oefinger/ Jaenicke, 2004, S. 7]. Vielmehr bietet die Literatur unterschiedliche sich teils überschneidende und teils ergänzende Aussagen über die Inhalte und Merkmale einer GDI. Dieser Abschnitt untersucht verschiedene Definitionen für ein einheitliches Verständnis über Kern und Aufgaben.

3.4.1 Definition, Ziele und Aufgaben Eine GDI19 ist eine Anwendung, die die Suche in einer Sammlung geografischer Webdienste erlaubt und darüber hinaus den Zugriff auf diese ermöglicht, lautet eine allgemeine Definition von Maguire (2008). Eine GDI umfasst einerseits Geodaten, Metadaten, Dienste und die für den Zugriff nötigen Netze, andererseits Rechtsnormen, technische Standards und Richtlinien über den Zugang und die Nutzung als Instrumente für die Regulation und Koordination des Netzwerkes [GDI-DE, 2008]. Auch IMAGI (2008, S. 14) betont die Notwendigkeit einer „Organisations- und Managementstruktur“, die 18

Hierzu gehören die aus Datenbanksystemen bekannten Funktionen UPDATE, INSERT und DELETE 19 Häufig wird auch der englische Begriff Spatial Data Infrastructure (SDI) verwendet

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sowohl auf lokaler, regionaler, nationaler als auch transnationaler Ebene koordinierend arbeitet. Infrastruktur und Organisation als Stützpfeiler einer GDI dienen im Grunde dem Zweck eines Marktplatzes für den Austauschs von Daten zwischen anbietenden und verbrauchenden Nutzern [Rajabifard/Feeney/Williamson, 2002]. Hiermit differenzieren sie zwischen einer statischen Struktur und dynamischen Inhalten mit Anwendern als Bestandteile. Den Einbezug der Anwender sieht auch IMAGI (2008, S. 14) und definiert GDI als „benutzerfreundliche Bereitstellung von Geoinformationen durch Dienste, die ebenen- und fachübergreifend auf verteilte Geodaten zugreifen“. Im Aufbau einer GDI und deren Interaktion spielt das Internet als weltweites Datennetz eine zentrale Rolle. Auch die Spezifikationen des OGC (→Abschnitt 3.3) setzen für den Zugang zu Geodaten auf Internetprotokolle und -formate. Die Suche nach Geodiensten in Metadatenkatalogen erfolgt meist über eine webbasierte Schnittstelle, dem Geodatenportal. Es bildet den zentralen Einstiegspunkt und die regulierende Instanz einer GDI [Maguire, 2008]. Irland, USA, Indien, Schweiz und andere Länder und Gemeinschaften betreiben bereits solche Portale oder sind im Aufbau derselben. Motiviert durch diverse Gruppen, wie kommunale, nationale und internationale Behörden, Unternehmen der Geo-Branchen oder internationale gemeinnützige Gremien sind auch Erwartungen an eine einheitliche GDI mit Blick auf Aufgaben und Nutzen unterschiedlich. Der Bestand von Geodaten, vor allem in der Verwaltung und Behörden, lagert dezentral in isolierten Anwendungen [Reindl, 2005, S. 1]. Die Bereitstellung und Vereinheitlichung von Geodaten bewirkt zwar weiterhin eine „dezentrale Organisation von Geodaten und den aufsetzenden GI-Diensten“, ermöglicht aber gleichzeitig diese für den Ad-hoc Zugriff vorzuhalten. Dieses führt für Umgang mit Geoinformationen zu gesteigerter Effizienz und Qualität [Bernard/Crompvoets/Fitzke, 2005, S. 4]. Daher motivieren Kommunen und Bund eine GDI über die Erschließung und Vernetzung dieser Ressourcen [Reindl, 2005, S. 2; Weichert, 2007]. Das langfristig verfolgte Ziel sei die Beantwortung aktueller und kommender Fragestellungen mit geografischem Bezug und die Fähigkeit auf sich ändernde Anforderungen schnell reagieren zu können [AK WMS, 2006]. Mit dem Blick auf das Internet als Kommunikations- und Vertriebsmedium für digitale Daten, hat eine GDI die Aufgabe „Geoinformationen [. . . ] über Internet-Dienste öffentlich und verfügbar zu machen“ um „Anwendung von Geoinformationen entsprechend den Bedürfnissen der Wirtschaft zur Verfügung stehen“ [Vogel, 2002, S. 1,6]. Pragmatischer benennt [LV BW] das Potenzial, welches durch eine erleichterte Nutzung von Geodaten und als weitere bisher nicht genannte Facette die Ausdehnung auf ein „größeres Anwendungs- und Anwenderspektrum“ ausgedrückt wird. Entsprechend betont auch IMAGI (2008, S. 14) den fachübergreifende Zugriff. Für Unternehmen, die planen, Geodaten für bestimmte Zwecke einzusetzen, sinkt der ökonomische Nutzen einer Eigenerhebung je mehr Daten von anderen Anbietern gegen marktgerechte Prei-

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se angeboten werden [Schröder, 2000]. Somit gehören entsprechende Preismodelle, die wirtschaftlich gerechtfertigt und transparent gestaltet sind, auch in das Aufgabenfeld einer GDI, die „eine Voraussetzung für den sich entwickelnden Geoinformationsmarkt“ darstellt [Fornefeld/Oefinger/Jaenicke, 2004, S. 1]. Eine GDI ist nicht als Substitut für lokale GIS zu sehen, sondern besitzt durch das leicht zugängliche Internet ergänzenden Charakter [Maguire, 2008]. Dennoch liegt auch der Vorteil für Anwender genau darin, dass ein lokales GIS oder der Besitz von lokalen Geodaten nicht mehr länger Voraussetzung ist, um über eine GDI von GIS Technologien zu profitierender [Fornefeld/Oefinger/Jaenicke, 2004, S. 11; Wagner/Gartmann, 2002, S. 3; Bernard/Crompvoets/Fitzke, 2005, S. 6]. Rajabifard/Feeney/Williamson (2002) weisen darauf hin, dass die Verwirklichung einer GDI vielschichtig auf Ebenen der Kommunen, der Länder, des Bundes und auf globaler Ebene geschieht, weshalb eine intensive Kommunikation und Vereinheitlichung durch die Einführung von Standards ein zentrales übergreifendes Thema darstellt. Unterschiede in Interessenschwerpunkten zwischen regionalen und überregionalen Daten, zeigen deutlich die Komplexität und Herausforderung dieser Problematik [Yeung/Hall, 2007, S. 505]. Eine unzureichende Integration wird den Effekt von Insellösungen hervorrufen und die Geoweb Entwicklung negativ beeinflussen. Daher sollte die aktuelle Entwicklung den Fokus darauf legen, gemeinsame Ziele und Erwartungen an eine Geodateninfrastruktur in Kooperation zu erarbeiten.

3.4.2 Infrastrukturen am Beispiel Der Aufbau einer behördlichen GDI in Deutschland ist bereits angestoßen und unterliegt der Aufsicht des Innenministeriellen Ausschuss’ für Geoinformationswesen (IMAGI), welcher bereits 1998 mit dem Ziel einer Verbesserung der Koordination des Geoinformationswesens in Deutschland gegründet wurde. Für den Ausbau der GDI-DE entwickelte dieser Ausschuss einen drei Phasen Plan. Dieser besteht aus dem Aufbau eines dezentralen und bundesweiten Informationsystems, welches Metainformationen zu Geodiensten enthält, der Harmonisierung von Daten sowohl in technischer als auch semantischer Hinsicht, und als dritte Stufe dem Aufbau eines Geoportals, welches den Zugriff auf die nationale Geodatenbasis ermöglicht [Bock/Grünreich/Lenk, 2005, S. 50; IMAGI, 2008, S. 14,16]. Die im Rahmen der GDI-DE eingesetzten Geodienste sind entlang der Spezifikationen des OGC ausgerichtet [GDI-DE, 2008]. Das Geoportal der GDI-DE (GeoPortal.Bund20 ) stellt „aktuell über 500 Einzellayer (Karten) und über 30.000 Metadateneinträge aus vielen verschiedenen Geobereichen zur Verfügung“ [BKG, 2008].

20

http://geoportal.bkg.bund.de

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Die Entwicklung einer GDI für Deutschland ist durch die „INSPIRE-Richtlinie“ (Richtlinie 2007/2/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 14. März 2007 zur Schaffung einer Geodateninfrastruktur in der Europäischen Gemeinschaft) gesetzlich verbindlich geregelt. Sie sieht eine Schaffung einer auf europäischer Ebene harmonisierten Geodateninfrastruktur, der Infrastructure for Spatial Information in the European Community (INSPIRE), vor. Der Richtlinie entsprechend obliegt es allen EU Staaten, Geodaten über einen Katalogdienst zum Auffinden der jeweils verfügbaren WMS und WFS Dienste bereitzuhalten. Als Verfahren für die Umsetzung der Geodienste wird SOAP eingesetzt [NSDT, 2008, S. 13]. Für Umsetzung der Richtlinie in nationales Recht ist eine Zeitspanne von zwei Jahren vorgegeben [LV BW]. Der Entwurf und die Verabschiedung des GeoZugangGesetzes (GeoZG)21 kommt dieser Auflage bereits weitgehend nach. INSPIRE selbst wird auf EU Ebene über das INSPIRE Geoportal vermittelnde Rolle spielen [NSDT, 2008, S. 13]. Dem offiziellen Ausbau einer transparenten und standardisierten Infrastruktur für den Zugriff auf Geodaten, stehen die Bestrebungen der großen Suchmaschinenbetreiber, wie Google oder Microsoft entgegen. Sie indizieren kontinuierlich Daten und haben so Zugriff auf gewaltige Mengen von Informationen, die explizit und implizit geografische Informationen aufweisen. Diese Daten bieten sie über ihre in Kartendienste integrierten Lösungen an und stellen in sich geschlossene GDIen und somit Insellösungen dar. Ökonomisch betrachtet ist der Aufbau eines Monopols eine logische Konsequenz, zugleich jedoch konträr zu dem Gedanken einer auf Servicen basierenden Infrastruktur für den transparenten Zugriff auf Geodienste über standardisierte Schnittstellen. Um langfristig von einem „browsing the world“ [Castelli et al., 2007, S. 67] sprechen zu können, sollten Bestrebungen nach Standards und einheitlichen Schnittstellen im Vordergrund stehen.

3.5 Kartendienste und virtuelle Globen Web Mapping Dienste und virtuelle Globen sind die Flagschiffe des Geowebs im Internet. Als Produkt am Ende einer langen Produktionskette vermitteln sie zwischen Benutzer und der spatialen Hintergrundanwendung [Lake/Farley, 2007, S. 15]. Da geographische Lagen in Form von Breiten und Längengraden oder sogar in UTM Koordinaten den wenigsten Internet Benutzern bekannt sind, liefern diese Benutzerschnittstellen Grundfunktionalitäten, wie die visuelle Selektion und damit verbundene implizite Geokodierung und ermöglichen so den gemeinschaftlichen Ausbau des Geowebs [Goodchild, 2007, S. 7]. Geovisualisierungsanwendung gruppieren sich in Virtuelle Globen und Kartendienste. Als Schnittstelle zwischen Geodaten und dem Betrachter stellen sie eine 21

Der von der Bundesregierung vorgelegte Gesetzentwurf kann unter der Adresse http://dip21.bundestag.de/dip21/btd/16/105/1610530.pdf eingesehen werden

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zentrale Instanz dar. Methoden für den Export in das KML Format aus professionellen GIS Anwendungen heraus ist eine gängige angebotene Funktionalität. Auch freiverfügbare Konvertierungsskripte spiegeln den Bedarf eines Datenaustausches mit derartigen Applikation wider [Buhmann/Wiesel, 2003, S. 23].

3.5.1 Virtuelle Globen Virtuelle Globen, auch Geobrowser genannt, bilden die Erde nach und stellen diese als dreidimensionales Modell dar. Im Vergleich mit Kartendiensten führen solche Anwendungen, bedingt durch die Dreidimensionalität, komplexere Berechnungen durch. Dadurch entsteht ein erhöhter Rechenaufwand, weshalb Virtuelle Globen meist eine lokale Installation voraus setzen. Neben den Funktionen, die auch Kartendienste bieten, wie das Zoomen und das Verschieben der Betrachtungsebene, bieten diese Anwendungen auch eine Orientierung in der dritten Dimension. So ist neben der Rotation, also der Ausrichtung der Himmelsrichtungen, auch die Möglichkeit den Blickwinkel, also die Neigung zu verändern, möglich. Durch die drei vorhandenen Freiheitsgrade können Höhenprofile oder 3D Modelle von Gebäuden dargestellt werden. Da das Kartenmaterial als essentieller Bestandteil der Anwendung von Internetservern bezogen wird, stellen diese lokal installierten Anwendungen Thick Clients dar. Der bekannteste virtuelle Globus ist „Google Earth“22 , der von der 2004 durch Google akquirierten Firma Keyhole entwickelt wurde und in unterschiedlichen Versionen erhältlich ist. Neben einer kostenlosen Funktion, bietet Google weitere Versionen mit erweiterten Funktionen wie Druck, Export oder auch Serverfunktionalität lizenzpflichtig an. Alle Versionen propagieren das bereits vorgestellte und standardisierte KML Format. Entsprechende Daten lassen sich entweder in Form von Dateien direkt in das Programm laden oder von entfernten Servern einbinden und dynamisch aktualisieren. Weitere bekannte virtuelle Globen sind „NASA World Wind“ und „Microsoft Virtual Earth“ [Maguire, 2008]. In Virtual Earth findet Ausführung der Kartendienstanwendung, wie auch des virtuellen Globus’ ausschließlich im Web Browser statt. Wenn auch für die 3D Version eine lokale Installation vorausgesetzt wird. Konträr zu Geobrowsern mit lokaler Installation hat die Firma Poly923 mit dem Produkt FreeEarth einen virtuellen Globus entwickelt, der ohne lokale Installation auskommt und somit eine reine Webanwendung darstellt. Das Hinzuladen von Rasterdaten und digitalen Geländemodellen, sowie das Einbinden standardisierter WMS und WFS ist in allen gängigen Applikationen möglich [Buhmann/Wiesel, 2003, S. 23].

22 23

http://earth.google.de/ http://freeearth.poly9.com

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3.5.2 Kartendienste Kartendienste sind vergleichbar mit klassischen Landkarten, die in einem Webbrowser angezeigt werden. Ein Kartendienst kommt ohne lokale Installation aus und je nach Dienst sind die Kartendaten in einer Benutzerumgebung eingebettet, die eine Interaktion wie Zoom oder das seitliche Verschieben (Pan) erlauben. Für das Nachladen benötigter Kartendaten verwenden die meisten solcher dynamischen Anwendungen eine spezielle Technik, die im Folgenden Abschnitt vorgestellt wird und bei entsprechender Anbindung eine flüssige Navigation erlaubt. Allgemein bekannt sind „Google Maps“, „Microsoft Virtual Earth“ oder „Yahoo! Maps“. Als reines Framework ohne eigene Kartendaten findet „OpenLayers“ als Open Source Alternative zunehmend Verbreitung. Statische Anwendungen dagegen generieren anhand von verschiedenen Parametern Kartenausschnitte, die lediglich angezeigt werden [Mitchell, 2008, S. 8-9]. Grundlegen für die Kartenanzeige in beiden Typen sind Web Mapping Dienste, wie der statische WMS nach OGC. Die Dynamik entsteht durch den Einsatz von Ajax und dem Prinzip der Kachelung.

Dynamische Anzeige in Webseiten mittels Ajax Ermöglicht hat die Integration von eigenständigen Fremdanwendungen, wie es Kartendienste sind, in Webseiten vor allem JavaScript und der Ajax Programmierstil, der von „den traditionellen Wechsel zwischen Benutzeraktivität und Serververarbeitung“ abstrahiert [Döbler, 2007]. Ajax beschreibt einen Architekturstil für Webseiten, bei dem Teile von HTML Seiten (Teile des DOM Baumes) neu geladen werden können, ohne die gesamte Seit komplett aktualisieren zu müssen. Möglich ist das durch Absetzen HTTP Anfragen im Hintergrund, die für den Benutzer nicht unbedingt wahrnehmbar sein müssen. Häufig werden JavaScript und XML24 bei der Umsetzung eingesetzt und HTML Seiten verändert, andere Script Sprachen wie ActionScript und die Manipulation von Flashseiten sind aber auch möglich. Durch die Asynchronität der Anfragen, kann der Benutzer parallel zum Ladevorgang, der für diesen transparent abläuft, weiterhin mit der Anwendung interagieren, im Gegensatz zu synchronen Anfragen, wie sie klassische Hyperlinks auslösen. Ajax ist eine grundlegende Methode für eine flüssige Anzeige von Kartendiensten in Webbrowsern. Neben der Umsetzung im Ajax Stil ist auch das Prinzip der Kachelung ein Paradigma, welches in Webkartendiensten angewendet wird.

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Ajax stand initial als Akronym für Asynchronous J avaScript And X ML. Da jedoch JavaScript und XML nicht zwingend für die Umsetzung des Stils erforderlich sind, versteht sich Ajax nicht mehr länger als ein Akronym.

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Das Prinzip der Kachelung für die Anzeige in Kartendiensten Dynamische Kartendienste, wie sie zuvor beschrieben wurden, sind in der Lage Kartendaten „on-the-fly“ nachzuladen. Dazu bieten sich zwei Vorgehensweisen an: • Nachdem der Benutzer eine Aktion, wie Zoom oder Pan ausgeführt hat, fordert das Programm den neuen benötigten Ausschnitt über den Server an und lädt diesen in die Anzeige. Für dieses Verfahren eignet sich zum Beispiel der durch das OGC spezifizierte WMS in Kombination mit einem Container mit Navigationsleiste für die Anzeige. Das Erzeugen von Bildausschnitten mit frei wählbaren Begrenzungen ist ein aufwändiger Prozess. Je nach Detailgrad müssen zur Generierung eines Kartenausschnittes eine Vielzahl an Datensätzen zusammengefügt werden, um ein einziges Bild zu generieren. Nachteilig ist dieses Verfahren dadurch, dass der Nutzer bisweilen Wartezeiten von mehreren Sekunden ausgesetzt ist und in diesem Zeitraum keine Interaktion möglich ist. • Ein weiterer Ansatz liegt darin, Karten in Kacheln zu unterteilen, diese auf einem Server vorzuhalten und benötigte Kartenbereiche dynamisch nachladen. Diese Technik wird von einer Vielzahl von Kartendiensten (Google Maps, Yahoo! Maps, Microsoft Virtual Earth, . . . ) eingesetzt. Die Vorteile des Verfahrens und das Prinzip an sich wird jetzt erläutert. Das sogenannte Tiling Prinzip basiert darauf Bilddaten in Regionen zu zerteilen und für die Präsentation als Mosaik zusammenzusetzen. In der Praxis wird dieses umgesetzt, in dem Kacheln vorgefertigter Größe auf Servern vorgehalten und bei Bedarf ausgeliefert werden. Auf Anfrage eines bestimmten Kartenbereiches, bestimmt ein Service die zur Anzeige nötigen Kacheln und sendet diese an den im Webbrowser des Nutzers laufenden Kartendienst. Der Prozess des Ladens läuft im Hintergrund und ist für den Benutzer transparent. Die Anzeige der gelieferten Kartenkacheln in Webseiten ermöglicht der zuvor beschriebene Ajax Stil. In Verbindung mit der Zoom Funktionalität lässt sich das Verfahren um die rekursive Zerlegung von Bilddaten unterschiedlicher Auflösungen erweitern. Exemplarisch wird jetzt das Quadkey Verfahren – eine Methode für die rekursive Zerlegung von zweidimensionalen (Bild)daten – beschrieben. Abbildung 3.3 zeigt ein Bild unterteilt in Kacheln quadratischer Größe mit 256 Pixel Seitenbreite. Die Karte hat eine Gesamtbreite und Höhe von 512 Pixel25 . Die Verwendung einer Binärpotenz erleichtert die rekursive Zerlegung und findet Anwendungen in den meisten Geobrowsern. Gemäß der Abbildung läuft die rekursive Zerlegung ab. Jedes Zoomlevel halbiert die Skalierung und verdoppelt die Auflösung. In Pixel bedeutet dies eine Verdoppelung jeder Kachel in Breite und Höhe. So wird zum Beispiel Kachel 2 aus Zoomlevel 1 in Zoomlevel 2 durch die 4 Kacheln 20,21,22 und 23 repräsentiert. 25

Im Falle von Karten, die nicht von sich aus quadratisch sind, werden fehlende Spalten und Reihen entsprechend aufgefüllt

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Abbildung 3.3: Visualisierung des Quadkeyverfahrens (Quelle: http://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb259689.aspx)

Dadurch ergibt sich eine Gesamtheit von 16 Kacheln auf Zoomlevel 2 und 64 Kacheln auf Zoomlevel 3. Allgemein lässt sich bei einer Zerlegung der Ausgangskarte in k 2 Kacheln Gleichung 3.2 für die Berechnung der Kacheln in Abhängigkeit des Zoomlevels n heranziehen. Die letztendliche Referenzierung der einzelnen Kacheln ist unterschiedlich, meist jedoch angelehnt an die Quadkeys Methode. fk : Zoomlevel → Kacheln fk (n) = k 2n , ∀n ≥ 1

(3.2)

Das Laden von Bilddaten über Kacheln erlaubt eine bessere Lastverteilung auf verschiedene Kachel-Server, so dass das Flaschenhalsproblem bei hoher Beanspruchung schon bei der Anfrage minimiert wird. Außerdem können Kacheln, die einen angezeigten Bildausschnitt angrenzen im Vorfeld geladen werden, was zu einer flüssigen Interaktion mit der Karte beiträgt. Nachteilig an Kacheln ist, dass sie bereits vorgefertigt auf den Servern vorliegen, ein erneutes Rendern, je nach Detailtreue einen hohen Rechenaufwand bedeutet und so Diskrepanzen zwischen angezeigten und tatsächlich erfassten Daten entstehen können. In Anlehnung an den Web Map Service des OGC entstand durch die Arbeit der Open Source Geospatial Foundation (OSGeo26 ) eine Spezifikation für einen Tile Map Service (TMS)27 . Diese Spezifikation zielt auf einen standardisierten Zugriff auf gekachelte Bilddaten über WMS ab, wurde jedoch noch nicht als Standard durch das OGC verab26 27

http://www.osgeo.org http://wiki.osgeo.org/wiki/Tile_Map_Service_Specification

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schiedet. Die Referenzierung der einzelnen Kacheln erfolgt hierbei im REST Stil, so dass es möglich ist, die Kacheln als Bilddateien gemäß der Spezifikation auf einem Server zu hinterlegen und unmittelbar verwendet werden kann. Die Generierung eines solchen TMS konformen Webservices aus einer Bilddatei, erlaubt Gdal2Tiles28 , als Bestandteil der Geospatial Data Abstraction Library (GDAL) Bibliothek29 , die eine Vielzahl an geospatialen Funktionen bündelt und frei verfügbar ist. Bei der Generierung der Daten für den TMS werden auch KML Dateien für die spätere Einbindung in Software wie Google Earth oder Google Maps erstellt. Eine grafische Benutzeroberfläche zu der Bibliothek soll MapTiler30 bieten, ist jedoch derzeit noch im Entwicklungsprozess. Entsprechende Funktionalität für die Integration mit Virtual Earth bietet die Software MSR MapCruncher31 . Im Hinblick auf die Verwendung von Kartendiensten in mobilen Applikationen, spielt das zu übertragende Datenvolumen eine besondere Rolle. Aufgrund der eingeschränkten Bildschirmgröße und im Vergleich mit Computerbildschirmen geringeren Auflösung, sind Kacheln der Größe von 512 Pixel ungeeignet. Google oder Cloudmade32 bieten ihre Dienste bereits mit Kacheln von 64x64 Pixel an, als Lösung zu dieser Problematik. Dadurch wird zum einen das Kachelprinzip optimiert, die zu übertragende Datenmenge sinkt und Ladezeiten werden deutlich verkürzt.

3.5.3 Anwendungsgebiete Die Stärken der vorgestellten Kartendienste und Geobrowser liegen in der schnellen und einfachen Bereitstellung dynamischer digitaler Karten. Darüber hinaus eignen sie sich nicht für anspruchsvollere geographische Anwendungen, wie sie GISe leisten [Dangermond, 2008]. Ihr Erfolg im Web, vor allem bei Laien auf dem Gebiet der Geographie, belegt jedoch, dass eine Nachfrage nach Geoanwendungen existiert, die den Schwerpunkt gerade nicht auf GIS Funktionalität legt, sondern vielmehr die benutzerfreundliche Visualisierung präferiert. Die neue Generation der Geobrowser zeichnen sich durch intuitive Bedienbarkeit und hohe Performanz aus und unterscheiden sich so von bisherigen GIS-Viewern [Ebert/Mallinger-Hohensinn/Sykora, 2006]. Für die Verwendung in virtuellen Globen sind eine Vielzahl an Städten bereits als 3D Modelle kostenlos für Google Earth verfügbar [Kolbe, 2008]. Solche Projekte zeigen die Relevanz dieser Geobrowser für Kommunen als Präsentationsmedium für touristischen sowie wirtschaftliche Geodienste. Den Fokus liegt dort auf Informationen zu Landschaft, Gebäuden, Vegetation und dem Transportwesen [Gruber/Menard/Schachinger, 2008, S. 67-69]. Für 28

http://www.klokan.cz/projects/gdal2tiles http://www.gdal.org/ 30 http://www.maptiler.org 31 http://dev.live.com/virtualearth/mapcruncher 32 http://www.cloudmade.com 29

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API

Anzahl Mashups

Google Maps Microsoft Virtual Earth Yahoo Geocode AOL Mapquest Mapping Mashups gesamt Mapping APIs

1549 159 122 5 178934 71

Tabelle 3.2: Mashup Applikationen mit Mapping APIs (Quelle: http://www.programmableweb.com/scorecard, 31.10.08)

die Erstellung dieser 3D Modelle bieten sich kostenlose Programme, wie zum Beispiel SketchUp33 an. Die verschiedenen Kartendienstanwendungen bieten zwar ähnliche Funktionalität und setzen für die Entwicklung auf JavaScript, dennoch unterscheiden sie sich oft deutlich auf programmatischer Ebene. Differente Klassen- und Funktionsnamen und Parametertypen bewirken hohe Heterogenität. Im Hinblick auf Harmonisierung ist diese Heterogenität ein zu adressierendes Anliegen. Einen Ansatz der Vereinheitlichung bildet die Mapstraction35 API. Sie stellt eine Meta API für diverse Kartendienste dar, so dass der letztendlich eingesetzte Dienst im Entwicklungsprozess eines entsprechenden Mashups eine untergeordnete Rolle spielt. Eine Besonderheit an MapStraction stellt die zukünftige Einbindung von Daten aus dem OpenStreetMap Projekt dar. In Kombination mit Open Layers als Kartenbrowser sind Entwickler so in der Lage vollständig Open Source Produkte zu verwenden, so dass keinerlei Lizenzprobleme auftreten. Quelltext 3.11 zeigt die Verwendung der Mapstraction API. Ein Methodenaufruf auf dem Mapstraction Objekt führt die entsprechenden Funktionen auf der tatsächlichen API des verwendeten Kartenbrowsers aus, so dass diese zusätzlich eingebunden werden müssen. Den Grad der Abstraktion verdeutlicht die hinterlegte Funktion Mapstraction.swap(div,api), welche im Beispiel von Google Maps nach Yahoo! Maps umschaltet. Aktuell unterstützt Mapstraction elf verschiedene Kartendienste36 . Seit der Veröffentlichung diverser APIs, die es erlauben bestehenden Kartendiensten wie Google Maps oder ArcGIS Explorer zu erweitern, ist die Anzahl von Geo-Mashups stark gewachsen. Mashups stellen Anwendungen dar, die bestehende Anwendungen kombinieren und erweitern um vorzugsweise unter Generierung von Mehrwert neue Anwendungen zu entwickeln. Sie bilden den Großteil der Anwendungen, die auf Geodiensten basieren [AK WMS, 2006, S. 11]. Solche Mashups werden in Zukunft eine große Rolle in der Erstellung von verteilten GIS Anwendungen spielen, sowohl im Bereich privater 33

http://www.sketchup.com http://www.mapstraction.com 36 Eine aktuelle Auflistung der unterstützten APIs und den Grad der Unterstützung findet sich auf den Seiten von Mapstraction (→http://www.mapstraction.com) 35

51


3 Das Internet als Medium für die Verbreitung und Verwendung von Geodaten

<!−−i n c l u d e a l l n e e d e d a p i s ( G o o g l e Maps , Yahoo ! Maps . . . −−> < s c r i p t t y p e=" t e x t / j a v a s c r i p t " s r c=" h t t p : // m a p s t r a c t i o n . com/ m a p s t r a c t i o n − j s /←m a p s t r a c t i o n . j s "></ s c r i p t> var mapstraction ; function i n i t () { m a p s t r a c t i o n = new M a p s t r a c t i o n ( ’ m a p s t r a c t i o n ’ , ’ g o o g l e ’ ) ; m a p s t r a c t i o n . add Con trol s ({ pan: true , zoom: ’ l a r g e ’ , map_type:true }) ; v a r myPoint = new L a t L o n P o i n t ( 4 8 . 0 2 5 2 5 9 , 7 . 8 3 3 9 6 ) ; m a p s t r a c t i o n . setCenterAndZoom ( myPoint , 1 5 ) ; } </ s c r i p t> </ head> <body onLoad=" i n i t ( ) ; "> <d i v i d=" m a p s t r a c t i o n " s t y l e =" p o s i t i o n : r e l a t i v e ; h e i g h t : 400 px ; w i d t h : 100%←"> </ d i v> <a h r e f="#" o n c l i c k=" m a p s t r a c t i o n . swap ( ’ m a p s t r a c t i o n ’ , ’ yahoo ’ ) ; r e t u r n ←f a l s e ; ">Swap t o Yahoo ! Maps</ a> </ body> </ h t m l> <d i v i d="map" s t y l e =" w i d t h : 400 px ; h e i g h t : 400 px ; "></ d i v>

Quelltext 3.11: Beispiel für die Verwendung der Mapstraction API

Anwendungen als auch als Mittel der Integration von GIS und IT Anwendungen auf Unternehmensebene [Dangermond, 2008]. Tatsächlich sind 38% der Mashups Mapping Applikationen37 , die sich wie in Tabelle 3.2 gezeigt, aufschlüsseln.

37

Dieser Wert bezieht sich auf den Webseiten von programmableweb registrierten Anwendungen (→http://www.programmableweb.com/mashups).

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung Es existieren bereits eine Vielzahl verschiedener Anwendungen mit geografischem Bezug im Internet deren Einsatzgebiete sich von privaten Anwendungen bis hin zu Lösungen auf Unternehmensebene erstrecken [Maguire, 2008]. Dieses Kapitel reflektiert in Abschnitt 4.1 die Ergebnis einer Recherche zu Anwendungen im Geoweb, die im Rahmen der Arbeit durchgeführt wurde. Dabei geht es nicht um eine vollständige Auflistung aller Anwendungen, vielmehr wird ein systematischer Überblick verschiedener Anwendungstypen gegeben. Die vorgestellten Anwendungen dienen anschließend als Grundlage für ein entwickeltes Schema, welches Geowebanwendungen in einzelne Funktionskomponenten zerlegt.

4.1 Querschnitt durch Geowebanwendungen - Eine Bestandsaufnahme Geowebanwendungen beschreiben solche Anwendungen, die über das Internet aufgerufen werden und in einem geeigneten Webbrowser ausgeführt werden. Die Standortplanung oder das visuelle Data Mining sind schon lange in GIS vorhanden und finden vielfach Anwendung. Durch die Webkartografie und Geowebservices ist dies auch ohne aufwändiges lokales GIS erreichbar. Diese Art der Anwendungen verwenden das Web als reines Präsentations- und Kommunikationsmedium. Hierzu gehören auch Geschäftsanwendungen wie SAP ERP oder SAP CRM, die geografische Anwendungskomponenten wie die Adresskonsolidierung besitzen, der Webbrowser aber nicht als exklusives Zugriffsmittel dient. Der Schwerpunkt der im Folgenden vorgestellten Anwendungen liegt auf neuartigen Produkten und Lösungen, die gerade durch das Internet möglich und interessant sind. Da die Transformation von Anwendungen besonders im Hinblick auf ASP-Lösungen (Application Service Provider) ein hohes Potential birgt, wird der Bereich in der exemplarischen Potentialdarstellung in Abschnitt 5.1 wieder aufgegriffen.

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

4.1.1 Basisdienste und Frameworks Die Wichtigkeit von Methoden der Positionsbestimmung wurde bereits in Kapitel 2 gezeigt. Auf dem Gebiet der Standortbestimmung über Funksignale hat sich das Unternehmen Skyhook Wireless1 spezialisiert. Das US amerikanische Unternehmen entwickelte das XPS System, welches als Hybridsystem die Ortung über GPS-, Wi-Fi- und Mobilfunk kombiniert. Die Genauigkeit der Postitionsbestimmung durch den Dienst liegt bei 10-20 Meter Abweichung im Außenbereich urbaner Gegenden. Nach eigenen Angaben besitzt Skyhook Wireless derzeit Kenntnis über 23 Millionen Access Points2 in den USA und 16 Millionen in Europa, die bei der Wi-Fi Positionsbestimmung abgefragt werden. Skyhook setzt neben eigenen Mitarbeitern für das Auffinden neuer Access Points auch auf die Unterstützung der Web Community. Über die Webseite3 lassen sich neue Access Points auf einer Karte verorten. So verwendet Skyhook selbst ein Mashup um den angebotenen Positionierungsdienst zu verbessern. Unter dem Namen Loki4 betreibt die Firma eine Erweiterung für Webbrowser, die es Webseiten erlauben soll, automatisch auf die Position von Benutzern zuzugreifen. Eine weitere Applikation der von Skyhook eingesetzten Technologie findet sich in einer intelligenten Speicherkarte (Eye-Fi 5 ), die Photos automatisch mit Geokoordinaten anreichert und diese sogar automatisch an Computer oder Fotodienste im Internet senden kann. Im Bereich der Positionsbestimmung über IP finden sich eine große Anzahl von Anbietern. Die Dienste werden kommerziell oder auch als freie Webservices angeboten. Als Beispiel soll der Anbieter HostIP dienen, der über einen kostenlosen Webservice die Positionsbestimmung erlaubt und das Ergebnis in Form eines GML Dokumentes zurückgibt. Quelltext 4.1 zeigt die Anfrage und einen Ausschnitt der gelieferten Daten, die aufgrund der Kodierung maschinell weiterverarbeitet werden können. Das mit EPSG4326 angegebene geografische Referenzsystem6 ist die offizielle Bezeichnung für das WGS84 Karten Datum. Eine weitere grundlegende Aufgabe beim Umgang mit georeferenziertem Material besteht im Auffinden und der anschließenden Indexierung der Daten. Als proprietäre Diensteanbieter führen Suchmaschinen das globale Mining durch und ermöglichen über entsprechende Schnittstellen das Suchen in ihrem Suchindex. Vermehrt rückt hierbei die Karte als Präsentationsmedium in den Mittelpunkt. Intelligente Suchalgorithmen führen eine Vorverarbeitung der Daten durch, um Suchergebnisse zu verbessern. Die Umwandlung von indirekten Ortsreferenzen wie Städtenamen in Geokoordinaten als Beispiel, stellt einen Weg der geografischen Vereinheitlichung von Suchanfragen dar. 1

http://skyhookwireless.com Ted Morgan, CEO skyhook im Interview 3 http://www.skyhookwireless.com/howitworks/submit_ap.php 4 http://loki.com 5 http://www.eye.fi/ 6 SRS steht für Spatial Reference System 2

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

h t t p : // a p i . h o s t i p . i n f o ? i p = 1 9 5 . 2 2 6 . 1 0 8 . 2 5 4 <H o s t i p> <gml:name>F r e i b u r g</ gml:name> <countryName>GERMANY</ countryName> <c o u n t r y A b b r e v>DE</ c o u n t r y A b b r e v> <i p L o c a t i o n> <g m l : P o i n t P r o p e r t y> <g m l : P o i n t srsName=" h t t p : //www . o p e n g i s . n e t / gml / s r s / e p s g . xml #4326 "> < g m l : c o o r d i n a t e s>1 6 . 2 5 , 5 0 . 9 1 6 7</ g m l : c o o r d i n a t e s> </ g m l : P o i n t> </ g m l : P o i n t P r o p e r t y> </ i p L o c a t i o n> </ H o s t i p>

Quelltext 4.1: Ergebnis eine IP Lookup Anfrage an HostIP

Weitere Anwendungen wie Mapufacture7 oder metacarta8 bieten Indexierungsdienste und die Organisation von Unternehmensdaten über geografische Sortierung als Softwarelösungen an. Geo Webservices für den Zugriff auf hochqualitative Geofachdaten sind der wichtigste Teil des Geowebs [Maguire, 2008]. Anbieter sind zum einen Unternehmen mit Fokus auf die geografische Erkundung und Expertisen im Bereich von GIS, wie ESRI oder TeleAtlas. Ergänzend zu diesen Anbietern sind freie Dienste weit verbreitet. So bietet beispielsweise GeoNames9 eine Bandbreite von Basisdiensten im Bezug auf Geodaten an. Aktuell offerieren Content Management Systeme wie Joomla!, Drupal oder Wordpress bereits Schnittstellen an, über die die Anwendung in Form von Plugins um Funktionalität erweitert werden kann. Im Rahmen der Entwicklung hin zum Geoweb wurden dementsprechend Plugins entwickelt, die Geofunktionen in die CMS Anwendungen einbetten. Als Beispiele unter vielen seien hier das GeoRSS Modul für Drupal, GeoPress für Wordpress, GeoRSS Extension für MediaWiki sowie der Joomla GeoVisitor genannt. Letzterer lokalisiert die Besucher einer Webseite anhand von IP Location Lookup Diensten, visualisiert diese auf einer digitalen Karte und kann als eine einfache Analysefunktion genutzt werden.

4.1.2 Nachrichtenkarten Nachrichten oder journalistischer Text an sich lassen sich inhaltlich abstrakt durch die „5W’s des Journalismus“ beschreiben. Diese sind „Wer? Was? Wo? Wann? Warum?“. Geografie im Allgemeinen enthält stets den Aspekt des „Wo?“, so dass Nachrichten 7

http.//mapufacture.com http://metacarta.com 9 http://geonames.org 8

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

für die Einbettung in eine Karte prädestiniert sind. Die Washington Post betreibt eine Anwendung namens TimeSpace10 für die geografische Visualisierung von Nachrichten. Abbildung 4.1 zeigt die Abbildung zu einem zufälligen Zeitpunkt.

Abbildung 4.1: TimeSpace der Washington Post kombiniert Nachrichten mit geografischer Lage und zeitlichem Bezug

Um eine Überfüllung der angezeigten Karte durch eine große Anzahl Icons zu entgegnen, werden in der Anwendung Nachrichten regional gebündelt und erst bei entsprechenden Zoomlevels einzelnen angezeigt. Zusätzlich zu der Platzierung der Nachrichten als Ebene auf einer digitalen Kare, berücksichtigt dieser Dienst die zeitliche Komponente und so das „wann“ als einen weiteren der „5W’s des Journalismus“. Im Vergleich mit anderen Nachrichten Mapping Anwendungen hebt sich die zeitliche Komponente deutlich ab. Sämtliche Nachrichten sind mit einem Zeitpunkt oder einer Zeitspanne versehen, in der sie gemeldet wurden oder gültig sind. Eine Zeitleiste erlaubt es dem Anwender ein Zeitfenster zu spezifizieren und so einen zeitlichen Filter auf verfügbare Meldungen zu legen.

4.1.3 Fotomapping Anwendungen, die das Geotagging von Fotos erlauben und diese entsprechend der Position kartieren finden im Internet eine weite Anwendung. Ein Beispiel hierfür unter vielen ist der Anwendung Flickr11 , eine Foto Sharing Community im Internet, welche seit August 2006 die Verortung von Bildern ermöglicht und mittlerweile mehrere Millionen mit Geotags versehene Bilder vorhält. Bereits am Tag der Einführung des

10 11

http://specials.washingtonpost.com/timespace/world/ http://www.flickr.com

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

Dienstes wurden 1.2 Millionen Bildern eine geografische Lage zugewiesen und aktuell steigt die Anzahl der „geografischen Bilder“ um 2.6 Millionen Bilder pro Monat. Die geografische Zuordnung der Bilder erfolgt auf zwei mögliche Arten. Entweder über Drag&Drop Funktionalität auf eine Karte oder durch automatisches Extrahieren der Koordinaten aus dem Exif Header des Bilder. Abbildung 4.2 zeigt das GeoTaggen eines Bildes.

Abbildung 4.2: Flickr organisiert Fotos automatisch über Geokoordinaten auf einer digitalen Karte

Anstatt die Geokodierung als eine Erweiterung anzubieten, stellen andere Anwendungen und Projekte die Generierung von VGI in den Vordergrund der Anwendung. Beispiele sind das Wikimapia12 Projekt, welches nach dem Wiki Prinzip13 eine Plattform bietet, um Objekten mit geografischem Bezug Informationen zuzuweisen. Ein weiteres Projekt, das auf die Mitarbeit der Web 2.0 Gemeinde setzt ist OpenStreetMap14 . Ziel des Projektes ist es freie Geodaten anzubieten, um sich „aus der Abhängigkeit von Google und anderen“ [Drösser, 2007] zu befreien. Generiert werden die Karten durch die Zusammenführung von Beiträgen der Mitglieder in Form von annotierten GPS Routen. Anwendungen wie das OpenStreetMap erleichtert es diesen, auch als Neogeographen bezeichneten Anwendern, das Erstellen von georeferenzierenden Informationen [Turner, 2006].

4.1.4 Auskunftsysteme und Geo-Zentrische Webseiten Zu den klassischen Aufgaben eines GIS gehört es Auskunft über geografische Fragestellungen zu geben. Unternehmen mit einer großen Anzahl an Kundenschnittstellen setzen Kartendienste als Auskunftsysteme ein. Die Deutsche Post setzt hierfür auf den Google Maps Kartendienst, um Briefkasten, Filialen und weitere Standorte zu visualisieren. Über Formulare und Drop-Down Menüs spezifiziert der Anwender die gewünschten Informationen. Der Dienst, wie er in Abbildung 4.3 gezeigt ist, berücksichtigt die eingegebene Adresse des Anwenders und zeigt zusätzlich zu den sogenannten Point of 12

http://wikimapia.org http://de.wikipedia.org/wiki/Wiki 14 http://openstreetmap.org 13

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

Abbildung 4.3: Über ein Google Maps Mashup zeigt die Deutschen Post Briefkästen, Filialen und weitere Standorte an.

Interests (POIs) als textuelle Information die Luftlinienendistanz von Startpunkt zu Ziel an. Die Sortierung, Strukturierung und Präsentationen von Informationen mit dem Fokus auf geografische Lage bietet sich generell in Szenarien mit vornehmlich ortsbezogener Information an. Die Hotellerie, den Tourismus und die Immobilienbranche werden als diejenigen Marktsegmente genannt, die primär „durch das Geoweb profitieren“ [Reich, 2007] und hohe Potentiale bergen [Gruber/Menard/Schachinger, 2008, S. 67]. Die Webseite bergfex15 ist ein Portal für Wintersport Aktivitäten. Es nähert sich der Thematik einer geografischen Navigation auf Webseiten zweigleisig. So kann der Benutzer entscheiden, ob eine Karte für die Navigation eingeblendet werden soll, die nach Bedarf in Größe anpassbar ist. Auch hier werden über unterschiedliche Symbole Orte und Wintersportgebiete visuell geordnet, die zu weiterführenden Informationen leiten. Zusätzlich erleichtern statische Karten auf Übersichtseiten die geografische Zuordnung der einzelnen Zielgebiete, wie in Abbildung 4.4 abgebildet. Der Webauftritt bedient sich durchgängig Geowebtechnologien und wird dadurch intuitiv navigierbar. Der anpassbare Kartenbrowser gibt dem Benutzer die volle Kontrolle über die Art der Webseitennavigation. Durch diese individuelle Navigation hebt sich die Seite deutlich von anderen Geowebanwendungen ab. Zusätzlich zu der kartenzentrischen Oberfläche finden sich auch im Quellcode der Seite entsprechende HTML GeoTags, die es Indexierungsdiensten erlaubt eine geografische Zuordnung durchzuführen.

15

http://www.berfex.at

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

Abbildung 4.4: Bergfex gibt dem Benutzer Entscheidungsfreiheit zwischen Karten oder HTML basierter Navigation

Somit stellt die Seite keine isolierte Geowebanwendung dar, sondern setzt vielmehr auf eine globale Verfügbarkeit im Geoweb. Über das Angebot eines Geoportals hinaus, geht der Webauftritt des Tourismusverband des Bayrischen Wald16 . Parallel zu der Webseiten Version des Angebotes, steht eine Version für Google Earth bereit. Touristische Ausflugsziele, Sehenswürdigkeiten, Wandertouren aber auch Pensionen sind dort verzeichnet. Hierbei werden freie Pensionen hervorgehoben und Hyperlinks in Detailbeschreibungen führen zu Webseiten, auf denen das betrachtete Objekt direkt gebucht werden kann.

4.1.5 Navigation und Assettracking Professionell durch Unternehmen erhobene Geodaten, bieten hohe Qualität und Präzision zum Zeitpunkt der Erhebung. Sie ist jedoch durch den Betrieb eigener Fahrzeugflotten oder Satelliten mit hohen Kosten verbunden. Dem gegenüber warten Geodaten, als Bestandteil von VGI mit geringen Kosten auf. In puncto Qualität sind diese jedoch klar hinter den erstgenannten anzusiedeln. Unabhängig von der erhebenden Instanz ändern sich Geofachdaten, wie das Straßennetz laufend. Eine zunehmende globale Vernetzung und der infrastrukturelle Ausbau verschärfen die Problematik der Datenveraltung. Professionelle Geodatenerzeuger bieten bereits entsprechende Hybrid Lösungen an. Dieser Trend zeichnet sich besonders in der Auto und Fußgänger Navigation ab. Beispiele sind MapReporter

17

von Navteq oder MapInsight18 von TeleAtlas (Abbildung 4.5. Darin

16

http://www.bayerischer-wald.org/googleearth/ http://mapreporter.navteq.com/ 18 http://mapinsight.teleatlas.com 17

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

können Benutzer Inkonsistenzen zwischen den auf Navigationssystemenen verfügbaren Geodaten und Realität melden. TomTom integriert diese Feedback Funktionalität bereits in die Software der Endgeräte. Eingepflegte Änderungen werden dann über das Internet mit einer gemischten Datenbasis zu einem späteren Zeitpunkt synchronisiert und stehen so als Aktualisierung allen Systemnutzern global zur Verfügung. Die wesentlichen Funktionen bezüglich der Manipulation von Geoinformationen in den genannten Anwendungen sind Sperrungen hinzufügen/entfernen, POI ändern/anlegen, Straßennamen und Verkehrsrichtung ändern.

Abbildung 4.5: Kartendienstanbieter setzen vermehrt auf die Integration von VGI, hier am Beispiel von Tele Atlas’ MapInsight und Nutzen so das Potential der Masse.

Das kontinuierliche Synchronisieren vermeidet veraltete Daten und nutzt effektiv die Vorteile von VGI, nämlich die hohe Manpower der generierenden Gruppe und die kollektive Präsenz, um die angebotenen Kartendaten zu präzisieren. Diese Art der Anwendung verdeutlicht die starke Motivation für die Integration der Anwender und den Trend zu „community-integrated GIS“ oder „Participatory GIS (PGIS)“ [Rouse/Bergeron/ Harris, 2007, S. 154]. Die logistische Koordination von Außendienstarbeitern oder einer Fahrzeugflotte, sowie die Verfolgung von Gütern sind weitere klassische Anwendungtypen im GIS Bereich. Durch Geowebanwendungen entfällt die Notwendigkeit einer lokalen Installation und unterstützt die Reduktion von Kosten. Vollständig webbasierte Anwendungen sind durch digitale Kartendienste in Rich Internet Applications (RIAs) möglich geworden. Einen solchen Dienst für das Flottenmanagement bietet Mecomo19 an. Die in Abbildung 4.6 gezeigte Anwendung FLEET Web unterstützt die GPS- und Handyortung. Neben allgemeinen Werkzeugen wie Reporting mit Standortdaten und 19

http://www.mecomo.de/

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

Abbildung 4.6: Mecomo bietet über die Anwendung FLEET Web ein vollständig webbasiertes System für das Flottenmanagement an.

weiteren Parametern, einer Benutzerverwaltung und Workflowmanagement bietet die Anwendung Gruppenortungen, Routenvisualisierung und Geofencing20 an. Die Anwendung erlaubt den Zugriff auf unterschiedliche digitale Karten für die Visualisierung der Geofunktionalitäten.

4.1.6 Analyse, Marketing und Werbung Demographische Information in Verbindung mit realer Position liefert Informationen, die eine Typisierung und Kategorisierung erlauben. Diese Informationen erlauben Unternehmen Kundenprofile zu erstellen, so dass die Bedürfnisse und Anforderungen der Kunden greifbarer werden. Das Wissen über potentielle oder vorhandene Kunden erlaubt eine zielgerichtete Marketing Aktivität mit verbesserten Ergebnissen gegenüber einer unspezifischen Marketing Kampagne. Die Kundenbindung im Internet ist durch geringe Homing-Kosten geringer als an realen Standorten, so dass gerade dort gezielte Maßnahmen Unternehmen zu Vorteilen verhelfen können. Im Internet stellt die Webseite die Schnittstelle zwischen Unternehmen und Kunden dar und die Verweildauer21 auf Webseiten ist daher von besonderer Bedeutung. Quova22 legt den Schwerpunkt ihres Produktportfolio auf Geoinformationen über Be20

Das Geofencing beschreibt eine Überwachungsmethode für sich bewegende Objekte. Hierzu wird ein Gebiet definiert, in welchem sich das geortete Objekt frei bewegen darf. Überschreitet es die Grenzen (Geofence) des Gebietes, erfolgt eine Alarmierung des überwachenden Systems. 21 Laut laufender Analysen von nielson beläuft sich die durchschnittliche Verweildauer in den Monaten August und September 2008 auf 49 beziehungsweise 48 Sekunden. (Quelle: http://www.nielsen-online.com/resources.jsp?section=pr_netv&nav=1) 22 http://quova.com

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

sucher von Webseiten und bietet darauf basierend eine breite Produktpalette an. Gesammelte Informationen können für Betrugsprävention, Zugangsregulierung aufgrund vorherrschender Rechtslagen und Marketing Aktivitäten wie die Einblendung von ortsbezogener Werbung herangezogen werden. Die Betrugsprävention über Geolokalisierung ist besonders für finanzielle Transaktionen im Rahmen des E-Business eine aufstrebende Disziplin um im Vorfeld verdächtige oder auffällige Aktivitäten zu erkennen.

Abbildung 4.7: Geowebanwendung als Mittel des Marketings auf der Webseite von Coca Cola

Dass Werkzeuge des Geowebs im Bereich des Marketing nicht nur als Analysemittel, sondern auch Präsentationsmittel eingesetzt werden können, zeigt eine Kampagne der Firma Coca-Cola. Im Rahmen einer vorweihnachtlichen webbasierten Kampagne bildete ein digitaler Kartendienst den Präsentationsrahmen. In einem Google Maps Mashup konnten Besucher der Webseite ihr Haus auf einer Weltkarte mit Lichtern schmücken. Erreicht wurde damit eine erhöhte Verweildauer und dadurch eine bewusstere Wahrnehmung der Marke selbst. Diese Anwendung zeigt deutlich die vielfältige Anwendungsbandbreite von digitalen Karten mit unterschiedlichen Intentionen und verfolgten Zielen. Abbildung 4.7 zeigt die Webseite der Werbekampagne.

Abbildung 4.8: Lat49 blendet Werbung in Kartendiensten in Abhängigkeit von Zoomlevel und Bereich an. Hier am Beispiel Google Maps

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

Ein typisches Anwendungsszenario für ortsgebunde Werbung ist die Einblendung von Werbebannern basierend auf der aktuellen Position eines Benutzers [Kölmel/Alexakis, 2002] oder begleitend dargestellt als Ergebnis einer Suchanfrage. Hierbei wird anhand von Suchtermen und über Ortungsmethoden die Zielposition bestimmt und entsprechende Werbung eingeblendet. Google AdWords oder AdMob als Plattform für das mobile Advertisement setzen diese Techniken ein. Einen anderen Weg der ortsbezogenen Werbung verfolgt Lat4923 . Anstatt den Fokus auf Aufenthaltsort des Anwenders zu legen, dient das Interesse an einer Gegend als Grundlage für eingeblendete Werbung. Der in Abbildung 4.8 gezeigte Dienst betreibt ein neues Werbemodell, welches Lat49 als Mapvertisement bezeichnet und Werbepartnern erlaubt, Sektionen auf einer Karte zu bewerben. Die Schaltung der Werbung hängt ab von Zoomlevel und angezeigtem Kartenausschnitt und wird technisch als Overlay direkt auf der Karte realisiert. Der Dienst integriert sich in die gängigen freien Kartendienste im Internet.

4.1.7 Mobile Applikationen und Location Based Services LBS Eine LBS Anwendung besteht aus einem CMS, welches in der Lage ist Daten mit Ortsbezug zu verwalten, einem Endgerät mit entsprechender Ausrüstung für die Positionsbestimmung, einer Netzwerkverbindung um auf den Dienst zuzugreifen und einer Benutzeroberfläche, die die benötigten Interaktionselemente stellt und Anwendungsdaten anzeigt. LBS entfalten erst in Verbindung mit mobilen Geräten ihr wahres Potential, da dort die geografische Lage als dynamische Information von zentraler Bedeutung ist und Wissen nicht mehr nur in-time sondern auch in-place abrufbar ist. Dieser Abschnitt stellt verschiedene Anwendungen vor, die das Gerüst eines LBS verwenden.

Abbildung 4.9: Wikitude überlagert das Kamerabild eines Smartphone mit georeferenzierten Informationen

Die Relevanz von VGI für Unternehmen zeigten die Beispiele zu Navigationssystemen. 23

http://www.lat49.com

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

In den vorgestellten Anwendungen unterliegen die Daten letztendlich der Kontrolle des Anbieters und die Interaktion mit den Anwendern hat eine korrigierende Funktion. Die mobile Applikation Wikitude AR Travel Guide setzt im Kontrast dazu vollständig auf VGI als Datenquelle. Wikitude verwendet Daten aus frei verfügbaren Sammlungen von georeferenzierten Daten wie Wikipedia, Wikimap oder Panoramio, um Informationen zu geografischen Lagen zu aggregieren. Die Anwendung überlagert diese Daten anschließend mit dem Echzeitkamerabild des mobilen Endgerätes. Neben der Position, die über GPS oder andere Methoden bestimmt wird, ist auch der Neigungswinkel, wie die Ausrichtung in Himmelsrichtung des Gerätes ein Parameter, der bei der Ausführung des Dienstes einfließt und die angezeigten Informationen filtert. Die Anwendung wurde für das Google G1 Smartphone entwickelt, welches die genannten Sensoren zur Verfügung stellt. Eine Momentaufnahme dieser Augmented Reality (AR) Anwendung, also die virtuellen Verknüpfung von Echtzeit(bild)daten mit Informationen, zeigt Abbildung 4.9. Das Printmagazin Gala Style listet und bespricht Mode und Trendprodukte verschiedener Hersteller. Über die Anwendung Gala Style Locator werden diese redaktionellen Daten des Printmagazins mit digitalen Inhalten verbunden. Die für das iPhone entwickelte Anwendung stellt die in dem Magazin beworbenen Produkte in einen ortsbezogenen Kontext. Sortiert nach Marke oder Produkttyp erhält der Anwender zu jedem Artikel eine Beschreibung und zusätzlich eine Liste von Vertriebspartnern, die das Produkt anbieten. Die Anwendung berechnet den nächstgelegenen Laden und zeigt den Standorte auf einer Karte an. Bei Bedarf unterstützt eine Routingfunktion die Navigation dorthin. Auch Übersichtskarten von verzeichneten Shops einer Marke sind über den Dienst abrufbar. Findet der Dienst keinen lokalen Laden, bietet er ausweichend Onlineshops an, die das Produkt führen. Der in Abbildung 4.10 gezeigte mobile Dienst ist derzeit für 20 Großstädte verfügbar und soll dort Kunden beim Shopping unterstützen.

Abbildung 4.10: Gala Style Locator lokalisiert Konsumgüter und dient als persönlicher virtueller Einkaufsführer

Soziale Netzwerk sind zentraler Bestandteil des Web 2.0 um in einem virtuellen Netzwerk soziale Kontakte zu pflegen. Location Based Social Networks (LBSNs) erweitern

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

diese Netzwerke und projizieren das virtuelle Netzwerk auf die Realität. Eine Vielzahl von Mehrwertdiensten, wie das Auffinden von Bekannten in der unmittelbaren Umgebung, oder die Planung von Verabredungen, aber auch zusätzliche LBS als Bestandteil sind Beispiele der Anwendung. Eine solche Community stellt Qiro dar. Der Telekomdienst erlaubt die Selbstlokalisation, hilft nahe Freunde (Buddies) zu finden und mit Ihnen zu kommunizieren und integriert verschiedene LBS und POI Dienste in sein Anwendungsportfolio. Hierzu gehören unter anderem virtuelle Städtetouren als Location Based Audio Guides, das Auffinden von Geldautomaten, Kinos und Restaurants oder der Fahrradmietdienst der Deutschen Bahn Call-a-Bike24 . Zum Schutz der Privatsphäre erlaubt es der Dienst die Sichtbarkeit des derzeitigen Aufenthaltsortes Freunden vorzuenthalten oder gänzlich zu verbergen. Der Anwender kann ortsbezogene Bookmarks erstellen, Informationen zu Plätzen hinzufügen und diese dem Kollektiv im Netzwerk preiszugeben. LBSNs erfreuen sich großer Beliebtheit und entsprechend lang ist die Liste solcher Plattformen.

4.1.8 Content Dynamisierung über Location Tracking Die Inhalte von Webseiten werden zunehmend dynamischer und personalisierbar. Wissen über die geografische Position eines Anwenders lässt sich nicht nur für ein effizienteres Werben sondern auch für die Aufwertung von Dienstleistungen im Web heranziehen, da sie den Parameter der geografischen Lage respektieren. Eine Umsetzung für dieses Location Based Websurfing bietet Eventful25 . Die Webseite informiert über Kulturveranstaltungen, Konzerte und weitere Events. Der Dienst verwendet die Schnittstelle zu der zuvor vorgestellten Browsererweiterung Loki um auf die Position eines Besuchers zuzugreifen. Die Inhalte der Webseite und angezeigten Informationen werden ohne weitere Benutzerinteraktion an den Standort des Anwenders angepasst (vgl. Abbildung 4.11). Versagt der Dienst und ermittelt inkorrekte Daten, so besteht weiterhin die Option der händischen Selektion der gewünschten Stadt über eine Auswahlliste. Auf den Einsatz von digitalen Karten als zentrales Werkzeug bei der Präsentation einer Schnittstelle zu einem leistungsstarken GIS setzt die Anwendung „In My Backyard“26 . Die Webseite bietet für die USA eine Anwendung, mit der der Nutzen und die Potenziale eines lokalen Solar- oder Windkraftwerkinstallation berechnet werden können. Der Dienst verwendet ein spartanisches, jedoch ausreichendes Interaktionsinterface, bestehend aus einem Kartenbrowser, einem textuellen Formular und einem Dienst für Berechnungen. Hierbei dient der Kartenbrowser als Leinwand um Umrisse des Areals,

24

http://www.callabike.de http://www.eventful.com 26 http://mercator.nrel.gov/imby/ 25

65


4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

Abbildung 4.11: Eventful passt die Inhalte der Webseite dynamisch an den Standort des Users an.

auf dem eine Installation vorgenommen werden soll, zu zeichnen. Den möglichen Parametern zufolge ist es anzunehmen, dass ein leistungsstarkes GIS, welches über die entsprechenden Geofachdaten verfügt für die Berechnung herangezogen wird. Die Verwendung der Karte als Zeichenbrett erleichtert zum einem dem Benutzer die Bemaßung genau anzugeben, zum anderen sind gleichzeitig durch die Kenntnis der genauen Lage der Fläche dienstseitig genauere Berechnungen möglich. Weiter wird dem Benutzer die händische Bemessung der verfügbaren Fläche abgenommen und erleichtert so den Einstieg in den Berechnungsprozess. Derzeit handelt es sich bei diesem Projekt um ein reines Informationssystem ohne angebundenes Vertriebsmodell. Abbildung 4.12 zeigt die Webseite des Dienstes. Die Vorzüge der Anwendung liegen darin, dass ein Benutzer bei der Eingabe bereits eine Vielzahl nötiger Informationen preisgibt. Weiterhin können Geofachdaten über Bodenbeschaffenheit oder Witterungsbedingungen, die bei der Konstruktionsplanung berücksichtigt werden müssen, bereits im Vorfeld in den Prozess einbezogen werden um frühzeitig Fehlplanungen und Probleme zu erkennen und entsprechende handeln zu können.

4.1.9 Präsentation und Visualisierung Eine Kerndisziplin von GIS stellt die visuelle Aufbereitung von raumbezogenen Informationen dar und unterstützt so Führungspersonal in bei der Strategieentwicklung in Form einer „Multi-kriterielle Entscheidungsunterstützung“ [Voss, 2005, S. 278]. Ein Vorteil der Visualisierung geografischer Kontextinformation liegt darin, dass relevante Informationen effizienter erschlossen und Alternativen schneller entwickelt werden können [Scharl (2007, S. 4), Voss (2005, S. 278)]. Mit der allgemeinen Verwendung der digitalen Kartografie im Internet ist so diese Mehrwertgenerierung auch für private

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

Abbildung 4.12: Die Anwendung „In My Backyard“ ermöglicht es freie Flächen für den Aufbau von Solar- und Windkraftanlagen auf der Karte einzuzeichnen und darauf basierende Produktionsschätzungen berechnen zu lassen.

Anwender in verschiedenen Situation erreichbar. Verschiedene Anbieter nutzen bereits diese Mittel um ihren Kunden und Interessenten Informationen aufgewertet zu präsentieren.

Abbildung 4.13: Ryanair visualisiert die Flugrouten auf einer Karte in Abhängigkeit eines ausgewählten Startflughafens

Die Fluggesellschaft Ryan Air Route Map27 setzt eine digitale Karte ein, um Flugrouten und Verbindungen zu visualisieren. Ein zuvor ausgewählter Flughafen zeigt sämtliche Verbindungen zu anderen Flughäfen über Verbindungslinien an und blendet übrige Teile der Karte für eine bessere Lesbarkeit der Informationen ab. Der Doppelklick auf 27

http://www.ryanair.com/

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

einen Flughafen führt zu weiterführenden lokalen Informationen auf einer neuen Seite. Die Art und Weise der Darstellung über eine Karte hat deutlich Vorteile gegenüber einer tabellarischen Darstellung, da zum einen die Übersichtlichkeit erhöht wird und die Lage der Flugziele implizit vermittelt wird. Abbildung 4.13 zeigt die Anwendung bei Visualisierung von Flügen ab Düsseldorf.

Abbildung 4.14: Der Dienstanbieter Snoovel kombiniert 3D Ansichten in Google Earth mit HTML Inhalten

Eine weiteres Visualisierungsfeld ist die 3D Modellierung von Gebäuden zum Beispiel für die Anzeige in Google Earth. Verschiedene Städte wie Hamburg oder Stuttgart sind bereits zu großen Teilen kostenlos im Internet verfügbar. 3D Modelle von Gebäuden und Arealen stellen für die Immobilienbranche eine neue Art der Produktpräsentation dar, so dass Interessenten die Möglichkeit gegeben wird Objekte im Vorfeld zu betrachten und bewusster zu selektieren. Da besonders bei neueren Gebäuden im Zuge der Planung des Bauvorhabens Grundrisse und teilweise 3D Modelle für eine Stadtbildanalyse entstehen, ist eine Transformation mit entsprechend verringertem Aufwand erreichbar. Gerade im Bereich der Unternehmenspräsentation unterstützen 3D Modelle und virtuelle Rundflüge die Nachhaltigkeit. Das Unternehmen Snoovel28 kombiniert klassische HTML Inhalte mit 3D Modellen und geografischen Inhalten. Zum Einsatz kommt Google Earth eingebettet über das Browser Plug-In, das die Einbettung des Geobrowsers in eine Webseite erlaubt. In Abhängigkeit der angezeigten Webinhalte ändert sich auch der in Google Earth angezeigte Bereich. Die Kombination von virtuellen Globen eingebettet in eine Webseite, mit umgebenden Textinformation als multimediales Produkt soll vor allem Unternehmenspräsenzen im Internet aufwerten. Abbildung 4.14 zeigt eine solche Multimedia Präsentation.

28

http://www.snoovel.de

68


4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

4.2 Bestandteile von Geowebanwendungen - Eine Zerlegung

Die im vorherigen Abschnitt 4.1 vorgestellten Anwendungen wurden thematisch gruppiert vorgestellt. Innerhalb dieser Gruppen unterscheiden die einzelnen Anwendungen mitunter stark in Anwendungszweck und eingesetzten Instrumenten, so dass über die Thematik hinaus keine tatsächliche Sortierung erreicht wurde. Unabhängig von der themenorientierten Gruppierung weisen alle vorgestellten Geowebanwendungen eine Reihe identischer Strukturen wie Geobrowser oder Geodienste, sowie klassische Webinhalte wie statische Texte, Bilder und Formulare auf. Dieser Abschnitt stellt ein Zerlegungsschema vor, mit Hilfe dessen Geowebanwendungen unabhängig von Thematik in einzelne Module unterteilt werden können. Das Ziel ist es darüber Geowebanwendungen klassifizieren und ordnen zu können. Bei dieser Zerlegung liegt der Fokus zum einen zwar auf der Abstrahierung von technischen Aspekten, zum anderen sollen einzelne Module jedoch spezifisch genug sein, um eine klar erkennbare Aufgabe bzw. Kerndienst aufzuweisen. Für die Implementierung von Webanwendungen ist die 3-Schichten-Architektur weit verbreitet [Goodyear, 1999]. Die Architektur unterscheidet zwischen einer Präsentationschicht als visuelle Schnittstelle auf dem Client, einer Logikschicht, die Benutzereingaben verarbeitet und den Programmfluss steuert, sowie der Datenschicht als Quelle darzustellender Anwendungsdaten. Für die Zerlegung von Geowebanwendungen in einzelne Bestandteile ist diese Darstellung geeignet und sogar gefordert, da im Geoweb Schnittstellen auf allen drei Ebenen vorhanden sind [GDI-DE, 2008, S. 27]. Neben der geografischen Kodierung von Webinhalten stellt die aktuelle Position eines Anwenders eine notwendige Information für Geowebanwendungen dar [Mitchell, 2008, S. 13]. Besonders bei ortsbezogenen Diensten wie beispielsweise LBS ist dies sofort erkennbar. Hierfür sind neben dem Internet als globales Kommunikationsnetz an sich weitere Infrastrukturkomponenten für die genannte Positionsbestimmung oder Sensoren für eine Datenakquise nötig. Die 3-Schichten-Architektur wird daher für die weitere Besprechung zusätzlich vertikal in Infrastruktur und Anwendung unterteilt. Das Zerlegungsschema zeigt Abbildung 4.15 und wird im Folgenden beschrieben und erläutert. Ein Großteil der Literatur zu der Geowebbewegung ist englischsprachig und auch in deutschsprachigen Beiträgen werden häufig englische Begriffe verwendet. Das Schema entstand aus einer Kombination von Analyse vorhandener Literatur und der Untersuchung von Geowebanwendungen. Um die thematische Zuordnung der Module des Schemas mit Literaturbeiträgen zu vereinfachen, verwendet auch das Schema englische Begriffe.

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Präsentation/Client

4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

Geographic Hypermedia

Position Determination

Geographic Web Content

User Interface

Map Toolset

Webbrowser

Data Input

Virtual Globe Viewer

Web Content

Geocontent Provider Raw Geodata Exchange

Location Broker

Spatial Data Formats

Spatial Querying

Location Estimation

Common Geo Toolset

Data Transport

Logik/Web

Map Browser Provider

Daten/Server

Webapplication Toolset

Spatial Services

Location Management

Geodata Services

X Server

Utility Services

Spatial Storage Systems

Mapdata Services Webanwendung

Technisch/Infrastruktur

Abbildung 4.15: Komponenten von Geowebanwendungen im Querschnitt dargestellt anhand einer 3-Schichten Architektur und zusätzlicher Trennung von Webanwendungsund Infrastrukturkontext

4.2.1 Komponentensicht: Webanwendung Für das Design von Geowebanwendungen untergliedern Tsou/M-Curran (2008) diese in aufeinander aufbauende Komponenten. Die Klassifikation setzt auf ein Vorhandensein einer grafischen Benutzerschnittstelle (Surface). Dieser Konvention schließt auch die im Folgenden vorgestellte Komponentensicht an, so dass eine Anwendung deshalb stets Bestandteile aus allen Schichten aufweisen muss. Dienste wie Geowebservices, die auf lediglich einer Ebene zu finden sind, können daher nicht als eigenständige Anwendungen verstanden werden.

Webanwendung: Präsentationsschicht Die Präsentationschicht bildet die Schnittstelle zwischen System und Benutzer. Auf dieser Ebene sind folgende Dienste anzusiedeln (GDI-DE (2008, S. 59), Maguire (2008),

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

Zipf (2005, S. 225), NSDT (2008, S. 9), Bychowski et al. (2008)): • Anzeige von Geofachdaten als Überlagerung auf Geodaten • Visualisierung von Karten (Geodaten) • Steuerung von Layern und Anzeige von Legendeninformationen • Die Navigation in digitalen Karten durch Zoom und Pan entweder implizit über Maus- und Tastatureingaben oder über eingeblendete Bedienelemente als Bestandteil eines Geobrowser Gerüsts. Additiv zu der „geo“ orientierten Ansicht sind HTML Elemente und weitere in einem Webbrowser darstellbare Daten einzugliedern. Unter Berücksichtigung der genannten Anforderungen kristallisieren sich die in dem Schema dargestellten Komponenten heraus, die nun inhaltlich erläutert werden.

Web Content Webseiten bestehen aus Texten, Bildern und andere Multimedia Daten, die über HTML/Cascading Style Sheets (CSS), Flash und sonstige Elemente und Spezifikationen strukturiert, visualisiert und verknüpft werden. Die Komponente Web Content umfasst diese statischen Inhalte, die für den geografischen Teil der Anwendung keinen unmittelbaren Nutzen haben, jedoch als Bestandteile der Anwendung zu zählen sind.

Data Input Voraussetung für eine Benutzerinteraktion sind Schnittstellen, die es erlauben textuelle Daten einzugeben oder anderweitig Informationen zu übermitteln. In Webanwendungen bieten Eingabemasken diese Funktionalität über Textfelder, Auswahllisten oder Checkboxen an. Auch Mausereignisse, wie das „Klicken“ auf einen bestimmten Bereich stellt eine Form der Informationspropagation dar. Dieses Modul liefert die nötigen Elemente für eine Kommunikation von Eingaben über Schnittstellen.

Map Toolset Ein Großteil der Geowebanwendungen setzt digitale Karten in jeglicher Form ein, um geografisch referenzierte Daten zu präsentieren. In dieser Komponente sind visuelle Elemente zu finden, die die Darstellung von Karten/Globen ermöglichen. Canvas Presentation Bei der Anzeige von Kartendaten können verschiedene Ansätze verfolgt werden. Diese reichen von der Präsentation als Bild, beispielsweise unter Verwendung eines WMS Dienstes hin zu Kartenbrowsern und virtuellen Globen eingebettet in den Webbrowser. Die Wahl der Präsentation ist eng mit dem Einsatzzweck verknüpft und hängt auch von Designaspekten ab. Die verschiedenen Lösungen subsumiert diese Gruppe.

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

Map Data Digitale Karten, die in einer Geowebanwendung die Funktion von Geobasisdaten einnehmen, bilden die Grundlage für eine visuelle geografische Präsentation von georeferenzierenden Daten, weisen darüber hinaus keine weitere semantische Funktionalität auf. Solche Daten repräsentiert diese Gruppe. Structural Element Symbole, Linien und weitere Elemente, die keine semantische Nutzinformationen enthalten, jedoch für die Strukturierung geografisch referenziert eingesetzt werden, umfasst diese Gruppe. Im Hinblick auf den „geo“ Anteil der Anwendung haben diese Daten unterstützenden Charakter. Navigation Allen Kartendiensten und Geobrowsern gemein ist die logische und strukturierte Gruppierung der Steuerelemente innerhalb der Karte. Die Platzierung auf der Leinwand hat den Vorteil, dass sie schneller als Werkzeug der Interaktion erkannt werden, da sie als Begrenzung die Aufmerksamkeit bündelt [Räber/Jenny, 2003, S. 61]. Die Navigation in einem Kartendienst ist ein Schlüssel für die intuitive Bedienbarkeit, da es sich bei den Benutzern nicht um GIS Experten handelt [Tsou/M-Curran, 2008, S. 303]. Zu bewerkstelligen sind die grundlegenden Funktionen des Zoomens in den Kartendaten und des Verschiebens des angezeigten Bereiches. Virtuelle Globen erweitern die Liste der Funktionen entsprechend um die die Möglichkeit zur räumlichen Navigation. Darüber hinaus bilden Elemente für das Umschalten von Layern und weiteren speziell kartenspezifischen Funktionen die Bestandteile der Navigation Gruppe. Auch externe Navigationselemente, die über Schnittstellen der Kartenanwendung die Navigation steuern, sind Bestandteil dieses Gruppe.

Geographic Hypermedia

Das Modul Geographic Hypermedia subsumiert die verschie-

denen Medienformate, die geografische Informationen enthalten und anhand dieser referenziert werden. Die in Abschnitt 3.2 vorgestellten Formate sind Beispiele für Bestandteile des Moduls. Gemeinsamer Parameter dieser Formate ist die geografische Referenz, so dass Elemente dieses Moduls eine Geowebanwendung zusammenhalten.

Geographic Web Content Zusätzlich zu Elementen, die in einem geografisch referenzierendem Format vorliegen, enthalten Geowebanwendungen Daten mit einer Georeferenz auf semantischer Ebene. Eine solche ist beispielsweise bei Zusatzinformationen zu einer Georeferenz in Google Maps gegeben. Die Daten dieses Moduls sind nicht geografisch referenziert, semantisch besteht jedoch eine indirekte Referenz, so dass eine Abgrenzung zu Bestandteilen des Geographic Hypermedia Moduls besteht. Das Vorhandensein einer impliziten Georeferenz, erlaubt jedoch die Transformation in ein entsprechendes Format mit Georeferenz. Diese Tatsache zeigt deutlich die Disjunktheit dieses Moduls mit dem Modul Web Content.

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

Webanwendung: Logikschicht Auf der Logikschicht wird die Anwendung gesteuert und der Programmfluss koordiniert. Dadurch liegt der Fokus auf Bausteinen, die komplexe Funktionalität anbieten und gegebenenfalls über Dienstschnittstellen zur Verfügung gestellt werden.

Webapplication Toolset Eine Webanwendung verwendet Fremdanwendungen, Frameworks und Bibliotheken für verschiedene Aufgaben. Zu nennen sind Dienste für die Administration von Webseiten, Anbieter von Webinhalten, Dienste für die Bereitstellung von Webangeboten auf verschiedenen Plattformen und auch klientenseitige Scriptsprachen wie JavaScript. Die Komponente Webapplication Toolset fasst diese Dienste zusammen und abstrahiert sehr stark von dem eigentlichen Inhalt. Ansätze für eine granulare Unterteilung wurden bereits vielfach an anderen Stelle vorgestellt und sind daher nicht Bestandteil dieser Arbeit (vgl. Bauer (2008), und andere). Im Wesentlichen liefert eine solche Komponente ein Grundgerüst für eine Webapplikation, die um geografische Komponenten erweitert werden kann.

Common Geo Toolset

Das Common Geo Toolset umfasst verschiedene Dienste mit

geografischer Funktionalität. Diese Dienste bilden das wichtige Bindeglied zwischen Informationen auf semantischer Ebene wie Ortsbezeichnungen und geografischen Informationen, in maschinenlesbarer Form. Weiterhin vereinfachen sie den Umgang mit geografischen Informationen in unterschiedlichen Systemen und Informationskanälen. Im Folgenden werden eine Auswahl solcher Geodienste vorgestellt. Sie bilden die Basis für die Entwicklung für Anwendungen mit Geo-Fokus [GDI-DE, 2008, S. 38–45; GDI-DE, 2008, S. 59; Maguire, 2008; Zipf, 2005, S. 225; Kraak/Ormeling, 2003, S. 8f; Bychowski et al., 2008; Yeung/Hall, 2007, S. 495; eigene Darstellung]: Gazetteer : Eine Georeferenzierung über konkrete Koordinaten stellt eine Voraussetzung für Eindeutigkeit dar, so dass Methoden für die Umwandlung einer indirekten Georeferenzierung in eine konkrete in Form von Koordinaten einer geodätischen Systems notwendig sind. Das Mapping einer Adresse oder eines Ortes mit Eigennamen wie „Freiburger Münster“ in Geokoordinaten sind zwei Szenarien, bei denen eine Gazetteerdienst eingesetzt wird. GeoNames29 hält eine umfassende Datenbank mit mehreren Millionen Einträgen und ist über Webservices angefragt werden. Auch Kartendienste wie Google Maps oder der Bund30 oder andere kostenpflichtige Anbieter bieten diese Funktionalität an. Die Anforderungen an einen Gazetteerdienst sind Bestandteil der ISO 1900er Serie. 29 30

http.//geonames.org http://www.do-geodaten.nrw.de/gazetteer_service/gazetteer_service.htm

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

(Reverse) Geocoding : Geocoding bezeichnet die Überführung einer Adresse in geografischen Koordinaten und bildet den grundlegenden Dienst für die Generierung von georeferenzierten Daten. Reverse Geocoding kehrt dieses Prozess um. So kann ein Reverse Geocoding Dienst beispielsweise die Postleitzahl zu bestimmten Geokoordinaten berechnen. Das bereits zuvor benannte GeoNames bietet auch hier verschiedene Webservices an. Geo Information Extraction : Das Extrahieren von geografisch referenzierenden Daten aus semistrukturierten Rohdaten ist eine komplexe Aufgabe. Vor allem die Überführung von impliziten geografischen Informationen in explizite erfordert intelligente Algorithmen und Strategien. Eine Reihe Anbieter haben sich auf die Umsetzung dieser Prozesse spezialisiert. Die Anwendungspalette erstreckt sich von der Transformation eines RSS Feed in ein GeoRSS Dokument hin zu der vollständigen Indexierung großer Datenbestände. Der bereits mehrfach genannte Anbieter GeoNames bietet auch auf diesem Gebiet Dienste an, die sich jedoch auf das ad-hoc Umwandeln beziehen. Dem entgegen übernimmt Metacarta31 die geografische Verwaltung und Indexierung von Datenbeständen und baut einen durchsuchbaren geografischen Index auf. Dienste wie die vorgestellten, unterscheiden sich in Mächtigkeit, weisen aber den für Dienste dieser Komponente nötigen gemeinsamen Zweck der Geoinformationsextraktion auf. Format Transformation : GML als Kodierungsformat der OGC Geo Webservices, KML als de facto-Webstandard für die Modellierung spatialer Objekte oder GeoRSS als geografisches Nachrichtenformat basieren auf XML und sind somit maschinenlesbar. Mit Hilfe von Transformationsvorschriften können diese Formate ineinander überführt werden. Aufgrund unterschiedlichem Detailgrad der einzelnen Formate gehen bei diesem Prozess Informationen verloren. Die Ursache hierfür liegt im Anwendungszweck der Formate und ist gewollt. Unterschiedliche freie und kommerzielle Dienste sind im Internet als Webservices oder auch als Anwendungsbibliotheken verfügbar, die bei der Service Entwicklung Anwendung finden. Geotransformation : Zwar verwendet ein Großteil der gängigen Kartendienste die UTM Projektion mit dem WGS84 Kartendatum, jedoch liegen gerade die von behördlicher Seite erhobenen Geodaten und Geofachdaten in unterschiedlichen Referenzsystemen vor. Diese Datensätze korrekt ineinander zu überführen, schafft die nötige Kompatibilität und die Basis für einen Medienbruch freien Einsatz von Geodaten [NSDT, 2008, S. 10]. Aufgrund der mathematischen Transformation erfolgen keine Qualitätseinbußen im Transformationsprozess. Entscheidend ist die Präzision der Geodaten und der geografischen Kodierungsparameter, wie etwa das Kartendatum. Webmap Retrieval : Vorherige Abschnitte stellten Verfahren und Techniken für die Auslieferung von digitalen Karten vor. Statische Karten über den WMS der OGC 31

http://www.metacarta.com

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

Spezifikationsreihe oder proprietäre Lösungen von Google und Yahoo, sowie weitere wie der freie Entwurf für die gekachelte Auslieferung über REST konforme URL zeigen die Diversität dieses Komponente. Letztendlich kann diese Komponente eingesetzt werden um auf digitales Kartenmaterial zuzugreifen. Somit stellt sie einen Schlüsseldienst dar, insbesondere aufgrund der Verwendung in jedem Kartendienst. Corridor Search : Eine Corridor Search beschreibt eine Blindsuche nach Informationen zu einem bestimmten Ort. Spezifiziert durch in Geokoordinaten überführbare Eingabewerte liefert der Dienst sämtliche ihm verfügbare relevante Informationen. Inhaltlich kommt der Corridor Search Dienst einer Suchmaschine gleich. Point of Interest Scan : Eine Spezialform der Corridor Search stellt der POI Scan dar. Hierbei liegt die Beschränkung auf einem Thema von Interesse [Freckmann, 2001]. Ein häufig verwendetes Beispiel ist die Suche nach Tankstellen in einer Region. Der POI Scan bildet zusammen mit der Positionsbestimmung die Kerndienste von LBSs. Routing : Routing Dienste erlauben die Beantwortung der Frage „Wie komme ich von A nach B?“ [Kraak/Ormeling, 2003, S. 8f; Freckmann, 2001]. Hierfür wird ein optimaler Pfad zwischen einem Start- und einem Endpunkt in unterschiedlich komplexen Szenarios berechnet. Während im grundlegenden Fall keine weiteren Bedingungen vorherrschen, berücksichtigen fortgeschrittene Routingdienste Einschränkungen bei der Wegberechnung. Die Restriktion auf bestimmte Straßentypen, die Beschränkung auf öffentliche Verkehrsmittel, aber auch zeitliche Angaben sind Beispiele für Routingconstraints. Eine spezielle Klasse der Routingdienste ist in der Lage den optimalen Pfad dynamisch und kontinuierlich zu berechnen. Dies erlaubt es auf Echtzeitfaktoren wie Staus, Umweltbedingungen und andere Ereignisse zu reagieren.

Spatial Querying

Geo Webservices, die über das Geo Common Toolset hinaus gehen,

gehören zu dieser Komponenten. Meistens sind das spezielle Dienste, die für bestimmte Anwendungen implementiert werden und kein allgemeines Interesse daran besteht. Nachbarschaftsabfragen, Erreichbarkeitsabfragen aber auch die Analyse von Geodaten sind nur einige Beispiele einer breiten Anwendungspalette [GDI-DE, 2008, S. 38–45, 59; Maguire, 2008; Kraak/Ormeling, 2003, S. 8f; Freckmann, 2001] Location Broker Location Tracking Dienste wie Yahoo! FireEagle32 stellen Schnittstellendienste dar, die dem Anwender erlauben eine Position zu übermitteln. Diese Position steht dadurch zentralisiert zur Verfügung. Andere Anwendungen haben je nach

32

http://fireeagle.yahoo.net/

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

Konfiguration des Location Brokers Zugriff auf die Positionsdaten, um diese weiterzuverwenden. Location Broker erhalten ihre Informationen in der Regel initiiert von Klientenseite. Auch zukünftige Webbrowser, die mit einer API entsprechend der in Abschnitt 3.2 vorgestellten Geolocation API aufwarten, übernehmen die Aufgabe eines Location Brokers. Die beiden dargestellten Szenarien unterscheiden sich im Kern in der Zugriffsart. So ist die erste Variante als Webservice global verfügbar, während die zweite Variante sich auf eine unmittelbare Kommunikation der Position konzentriert. Die Präferenz sollte im Hinblick auf Aktualität und damit Relevanz der Positionsdaten klar auf eine direkte Kommunikation fallen.

Map Browser Provider Die Verwendung von Kartendienstes wie Google Maps erfolgt durch Einbindung der JavaScript API in den Quellcode der Webseite. Das integriert diese eigenständigen Anwendungen, die von Drittanbietern bereit gestellt werden. Diese Komponente stellt die Funktionalität und das Framework, das für die dynamische Anzeige von digitalen Karten notwendig ist. Das bedeutet eine Trennung von tatsächlichem Inhalt, der als Bestandteil des WebMap Retrievel Dienste im Common Geo Toolset bereitgestellt wird. Deutlich sichtbar wird die Notwendigkeit dieser Unterteilung am Beispiel von OpenLayers, welches keine eigenen Kartendaten, sondern ausschließlich die Funktionalität der Benutzeroberfläche bereitstellt. Map Browser Provider Elemente stellen die Funktionalität, die Bestandteile des Moduls Map Tool auf der Präsentationsschicht verwenden.

Geocontent Provider Geocontent Provider stellen Quellen medialer Inhalte mit geografischer Referenz dar. Hierbei steht der Inhalt im Vordergrund und die Georeferenz ist ein zusätzliches Attribut. Anbieter wie YourStreet33 oder Flickr34 sind Beispiele für solche GeoContent Provider mit einem umfangreichen Datenpool. Eine wesentliche Eigenschaft der in diesem Modul enthaltenen Objekte ist das Vorhandensein von Schnittstellen um auf die Inhalte zugreifen und in diesen geografisch Suchen zu können.

Webanwendung: Datenschicht Auf der Datenschicht finden sich Dienste für den Zugriff auf Daten und für den Zugriff auf weitere Funktionalität, die durch Prozesse auf einem Server berechnet werden.

33 34

http://www.yourstreet.com http://www.flickr.com

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

Mapdata Services

WMS und andere Dienst für die Bereitstellung von Kartendaten

sind Bestandteil sich in dieser Komponente. Alle Services dieses Moduls gewähren ausschließlich den Zugriff auf Kartenmaterial.

Utility Services Sämtliche Webanwendungsdienste, die nicht geografischen Kontext besitzen, jedoch für die Funktionalität der Webanwendung nötig sind, fallen in diese Kategorie. Beispiele sind die Nutzeranmeldung, die Auslieferung von CMS und weitere klassische Dienste in einer Webanwendung. Die Komponente Utility Services, das Webapplication Toolset auf der Logikschicht und Web Content für die Präsentation weisen im Verbund die in einer klassischen Webanwendungen nötigen Bestandteile auf.

Geodata Services

Die Auslieferung von medialen Inhalten in entsprechendem Daten-

formaten, die geografisch referenzieren, findet durch Dienste in diesem Modul statt.

Spatial Services Als vermittelnde Schnittstelle zwischen GIS und anwendungsbezogenen spatialen Funktionen, die für Berechnung auf GIS Daten zugreifen müssen, agieren Dienste in dieser Komponente.

4.2.2 Komponentensicht: Technisch/Infrastruktur Technisch/Infrastruktur: Client Webbrowser

Der Webbrowser dient als Container für die Anzeige von Webanwen-

dungen und bildet die Schnittstelle zum Web. Unterschiedliche Hersteller und Funktionalitäten haben Einfluss auf die letztendliche Anzeige und Performanz, was bei dem Anwendungsdesign berücksichtigt werden sollte.

Virtual Globe Viewer Anwendungen wie Google Earth oder Microsoft Virtual Earth erfordern auf Anwenderseite eine eigene Installation und stehen im Kontrast zu einer reinen Webapplikation, die über einen gewöhnlichen Webbrowser aufgerufen werden kann. Da virtuelle Globen jedoch sehr eng mit Geowebanwendungen verknüpft sind und die verwendeten Daten auf den Definitionsbereich des Geowebs stammen, erlaubt diese Komponente auf lokale Installationen von Geobrowsern zurückzugreifen. Auch die Verfügbarkeit von Plugins für die Darstellung von Geobrowsern in einem Webbrowser motivieren diese Komponente weiter.

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

User Interface

Ein entscheidender Faktor von Geowebanwendungen ist die Gestal-

tung der Benutzeroberfläche. Unterschiedliche Auflösungen und Displaygrößen, insbesondere im Vergleich von PC Monitoren und Mobilen Applikationen verdeutlichen die Notwendigkeit, Endgeräte bei der Implementierung von Geowebanwendungen zu berücksichtigen. Die Rolle des Endgerätes kann also als beeinflussender Parameter oder als integraler Bestandteil der Anwendung gesehen werden.

Position Determination

Positionsbestimmungsverfahren unterscheiden sich in ein-

gesetzter Hardware und in Verfahren. Um hiervon zu abstrahieren, steht das Modul Positionsbestimmung Pate für Dienste, Technologien und Methoden deren Ausführung eine geografische Position in Form einer bestmöglichen Approximation liefert.

Technisch/Infrastruktur: Web Data Transport Die Transport Komponente repräsentiert die verschiedenen möglichen Übertragungskanäle, nämlich Mobilfunk (GSM, UMTS,. . . ), WiFi (WLAN) sowie weitere Netzwerkverbindungen, die nötig sind um Anwendungsdaten erfolgreich zu übertragen. Während für verschiedene Anwendungen eine Verbindung mit hohen Datenrate vorausgesetzt wird, sind Navigationsdienste und auch LBS auf Funkverbindungen wie WLAN angewiesen.

Location Estimation

Dienste, die die Position approximieren für den Fall das der

Anwender keine Information diesbezüglich liefert oder aufgrund fehlender Technologien liefern kann, enthält diese Komponente. Ein Beispiel hierfür ist das Ip Location Lookup Verfahren.

Spatial Data Formats KML, GML, GeoRSS und andere Formate für geokodierten Inhalt eignen sich unterschiedlich gut für jeweilige Anwendungszwecke und sind im Einzelfall festzulegen. Die Datenformate beziehen sich hierbei auf Formate, die als gängige und taugliche Internetformate angesehen werden. Datenbankspezifische Formate sind auf der Datenschicht am Server angesiedelt.

Raw Geodata Exchange

Den Austausch von Geodaten in datenbanknahen Formaten

für den Informationsaustausch ohne Anwendungszweck bieten Dienste dieser Komponente. Dadurch entsteht eine Schnittstelle um auf die für Datenbankupdates benötigten Rohdaten zugreifen zu können. Der WFS Dienst des OGC stellt einen solchen Dienst dar [NSDT, 2008, S. 10].

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

Technisch/Infrastruktur: Server X Server Der X Server übernimmt zum einen die Auslieferung von Geodaten und zum anderen für Anwendungen notwendige Ressourcen. Der Begriff des X Server wird stellvertretend für die Gesamtheit beteiligter Serverinstallationen wie DB-/Web- oder Applicationserver verwendet. Speziell für den Bereich Geodaten sind ESRI ArcGIS Server, UMN Map Server35 oder GeoServer36 als verfügbare Lösungen am Markt zu nennen.

Spatial Storage Systems

Systeme dieser Komponente halten Geodaten jeglicher Art

vor. Die tatsächliche Form der Datenhaltung ist nicht näher spezifiziert. Überlicherweise übernimmt diese Aufgabe ein spatiales Database Management System (DBMS). Je nach Umfang einer Anwendung bietet sich auch die Speicherung auf Dateiebene an, wobei dann im Hinblick auf die Ausführung spatialer Abfragen Limitationen entstehen. Auch Datenbanken von GIS Systemen sind Bestandteil dieser Komponente.

Location Management Systems

Systeme für die Verwaltung von Objektpositionen,

beispielsweise Datenbanken mit Georeferenz zu WLAN Zugangspunkten, oder Datenpools für beispielsweise Gazetteerdienste umfasst diese Komponente. Im Gegensatz zu Bestandteilen der Spatial Storage Systems Gruppe ist hier eine spatiale Datenhaltung nicht erforderlich, wenngleich gespeicherte Daten spatialen Charakter besitzen.

4.2.3 Zusammenfassung und Bewertung des Schemas Das vorgestellte Schema wurde im Rahmen der Arbeit erarbeitet. Es basiert auf den Ergebnissen einer Untersuchung und Zerlegung der in Abschnitt 4.1 vorgestellten Anwendungen und einer Analyse vorhandener Literatur zum Thema Anwendungen im Geoweb. Es beruht daher sowohl auf empirischen Daten als auch auf literaturgestützten Erkenntnissen. Die Korrektheit und Vollständigkeit des Schemas lässt sich aufgrund der Nichtabgeschlossenheit der Menge der Geowebanwendungen zwar nicht formal beweisen, jedoch mit Hilfe der empirischen Induktion plausibilisieren. Das Schema wird hierfür auf eine heterogene Testgruppe, die Anwendungen verschiedener Themengruppen umfasst, angewendet. Zusätzlich zu der vertikalen Heterogenität der Testanwendungen wurden diese so gewählt, dass sie sich auch in weiteren Parametern wie Endgerät, Software oder Zielgruppe unterschieden, so dass sich eine höhere Vielfältigkeit ergibt. Die 35 36

http://www.mapserver.org/ http://www.geoserver.org

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

Ergebnisse der empirischen Überprüfung des Schemas auf die Testgruppe fasst Tabelle 4.1 in Form der identifizierten Komponenten zusammengefasst dar. Sie beschränkt sich auf die Schichten Präsentation/Client und Logik/Web im Kontext der Webandwendung. Für eine Überprüfung auf der Daten/Server-Schicht sind weitere Kenntnisse über angebundene Systeme und Anwendungsdesign nötig. Diese lassen sich durch webbasierte Analyse nicht oder nur ungenau determinieren und konnten daher im Rahmen dieser Arbeit nicht erhoben werden. Ähnliches gilt für den Anwendungskontext Technisch/Infrastruktur, da dort Funktionalität angelagert ist, die infrastruktureller Natur ist und nicht durch die webbasierte Analyse bestimmt werden kann. Exemplarisch zeigt der folgende Abschnitt die Herleitung der Zerlegung in Module des

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Webapplication Toolset

Common Geo Toolset

Spatial Querying

Location Broker

Map Browser Provider

Geocontent Provider

Web Content

Data Input

• •

Map Toolset

Geographic Web Content

Deutsche Post Standortsuche Washington Post TimeSpace Tele Atlas MapInsight Mecomo Fleet Web Coca Cola Christmas Lights Snoovel Guided Tours Ryanair Flugrouten In My Backyard Wikitude AR Travel Guide Gala StyleLocator Bergfex.at Flickr.com Eventful.com

Geographic Hypermedia

Schemas am Beispiel der Anwendung Deutsche Post Standortsuche.

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Tabelle 4.1: Modulare Zerlegung vorgestellter Geowebanwendungen. (Symbolbedeutung: •= Komponente vorhanden, ◦= keine Aussage möglich)

Beispielhafte Zerlegung des Dienstes Deutsche Post Standortsuche Das Beispiel „Deutsche Post Standortsuche“ (Abbildung 4.16) zeigt die Geowebanwendung im einem Zustand nach einer Suche. Die initiale Darstellung der Anwendung zeigt keine Karte, so dass der präsentierte Zustand zu Demonstrationszwecken gewählt wurde. Die im Webbrowser dargestellte Anwendung der Standortsuche wird schematisch in

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

Abbildung 4.16: Die Standortsuche der Deutschen Post wird exemplarisch in Komponenten zerlegt

die zwei Bereiche Suche (oben) und Suchresultate (unten) unterteilt.

Suche

Der Bereich Suche setzt sich aus verschiedenen Formularelementen (Textboxen,

Checkboxen und Auswahllisten) zusammen, die durch Textelemente näher beschrieben werden. Da dieser Bereich für die Funktionalität der Geowebanwendung relevant ist, zählen sowohl die Beschreibungen als auch Formularelemente zu den Bestandteilen. Somit sind Elemente in den Komponenten Web Content und Data Input vorhanden.

Suchresultate Der Teil Suchresultate wird für die weitere Identifikation von Komponenten in die Bereiche Textresultate und Karte zerlegt: Textresultate : Die Textresultate setzen sich aus Adressdaten und Web Content Bestandteilen zusammen. Adressdaten sind nicht geografisch referenziert, weisen jedoch eine geografische Semantik auf, da sie über Geocoding Dienste in Geokoordinaten transformiert werden können. Daten dieser Art sind Bestandteil der Komponente Geographic Web Content. Karte : Die Karte setzt Elemente der Map Toolset Komponente ein. Die Karte, wie auch die textuelle Anzeige der Suchresultate sind Bestandteil von Google Maps, das als eigenständige Anwendung über JavaScript eingebunden wird. Die Beispielanwendung greift auf den Dienst an sich, wie auch Navigationselemente zurück, so dass die Elemente Canvas Presentation, Map Data und Navigation eingesetzt werden. Das Element Map Navigation setzt sich zum einen aus den in das Canvas Presentation Element eingebetteten Navigationselementen, zum anderen aus Elementen

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

der Google Maps API zusammen, da eine implizite Navigation über einzelne Ergebnisse im Bereich Textresultat ausgelöst wird. Sie reagieren auf Mausereignisse und lösen eine Verschiebung des angezeigten Kartenausschnittes aus, so dass die referenzierte Stelle zentriert erscheint. Für die Präsentation der Ergebnisse innerhalb der Canvas Presentation setzt die Anwendung Symbole ein, die auch über Google Maps verfügbar sind. Diese Bestandteile werden durch das Element Structural Elements der Map Toolset Komponente repräsentiert. In Form zusätzlicher Informationen zu Standorten sind Öffnungszeiten und besondere Leistungen verfügbar. Weitere Daten werden nicht angezeigt, wodurch sich Elemente der Geographic Web Content, nicht jedoch der Geographic Hypermedia Komponente identifizieren lassen. Die Standortdaten und zusätzlichen Informationen der Anwendungen sind keine Daten, wie sie in großen öffentlichen Datenpools zu finden sind, sondern anwendungsspezifisch. Ein Geocontent Provider kann daher ausgeschlossen werden. Der eingesetzte Kartendienst Google Maps liefert transparent die Geobasisdaten und nimmt so die Rolle des WebMap Providers ein. Die Eingabe der Informationen über den gewünschten Standort erfolgt händisch über die Elemente der zuvor identifizierten Bestandteile der Input Data Komponente. Eine automatisierte Standorterkennung wird nicht durchgeführt, so dass auch ein Location Broker nicht zum Einsatz kommt. Im Zuge der Suche nach Standorten findet bei einer lückenhaften oder nicht eindeutigen Eingabe von Adressdaten über das Eingabeformular eine Konsolidierung statt. Das lässt auf die Anwendung eines Lookup Dienst, wie es Gazetteer Dienste darstellen, schließen. Die tatsächliche Suche nach Standorten stellt eine spatiale Anfrage dar. Die Inspektion der Resultateseite weist JavaScript Codefragmente auf, die darauf schließen lassen, dass eine anwendungsspezifische spatiale Anfrage durchgeführt wird, deren Resultate an den Google Maps Dienst übergeben werden. Für die kartenbasierte Resultatvisualisierung übergibt der Standortsuche-Dienst gefundene Lokalitäten in Form von Geokoordinaten an Google Maps, so dass zusätzlich auf einen Geocoding-Dienst geschlossen werden kann, der die Umrechnung der Adressdaten in Geokoordinaten durchführt. In Anbetracht der beschriebenen Abläufe finden sich zusätzlich Elemente in den Komponenten Spatial Querying und Common Geo Toolset, sowie aufgrund der Verwendung von JavaScript in Webapplication Toolset. Anhand der Standortsuche der Deutschen Post wurde exemplarisch gezeigt, dass eine systematische Zerlegung in die einzelnen Komponenten des zuvor eingeführten Schemas möglich ist. Informationen über infrastrukturelle Komponenten und die Serverlandschaft sind nicht vorhanden und können nicht in die exemplarischen Zerlegung einfließen.

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4 Empirische Recherche und Zerlegung von Geowebanwendung

Zusammenfassung Dieser Abschnitt hat ein Schema für die Zerlegung von Geowebanwendungen vorgestellt, welches eine systematische Klassifikation von Geowebanwendungen anhand einzelner Module erlaubt. Das Schema vereinfacht die Gegenüberstellung bestehender Geowebanwendungen innerhalb einzelnen Themengebiete und ermöglicht den Vergleich über Themengebietsgrenzen hinaus. Zusätzlich kann das Schema bei der Konzeption und technischen Entwicklung neuer Geowebanwendungen unterstützend eingesetzt werden. Technische Anforderungen an zu eine entwickelnde Anwendung, lassen sich durch die zu realisierenden Module des Schemas ableiten. Jedes dieser identifizierten Module kann anschließend unabhängig von einander untersucht werden, um weitere Aspekte und offene Fragen zu erkennen und bereits in einem frühen Projektstatus zu beantworten. Es kann auch dabei helfen, neue Anwendungstypen über Modulmengen zu definieren und zu klassifizieren, die für bestimmte Zielgruppen und Anwendungsszenarios geeignet sind. Mit Hilfe des Schemas können so auf einem hohem Abstraktionsniveau und dadurch unabhängig von konkreten Anwendungsfällen Bedingungen, Abstimmngs- und Reibungspunkte einzelnen Modulen zugewiesen werden, die bei der Verwendung zu berücksichtigen sind. Das gilt sowohl für Belange aus technischer, konzeptioneller wie auch infrastruktureller Sicht.

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5 Chancen für Geowebanwendungen und Faktoren für den langfristigen Erfolg Das Aufkommen neuer Technologien und Möglichkeiten erzeugt stets Chancen für neue Anwendungen aber auch Probleme und Herausforderungen. Dieses Kapitel zeigt beispielhaft Potentiale des Geowebs für Kommunikation und E-Business auf. Sowohl konkrete Anwendungsszenarien als auch der allgemeine Einsatz für die Verbesserung bekannter Probleme stellen den Fokus der Betrachtung in Abschnitt 5.1 dar. Anschließend beleuchtet Abschnitt 5.2 zum einen Faktoren, die den Erfolg des Geowebs beeinflussen und zeigt Problematiken, wie Aspekte des Datenschutzes, auf. Dieses Kapitel hat nicht den Anspruch die Ist-Situation vollständig abzudecken, sondern soll anhand von konkreten Beispielen und zentralen Themen für neue Anwendungsmöglichkeiten und die bevorstehenden bzw. bereits existierenden Hürden und Stolpersteine sensibilisieren.

5.1 Mehrwertpotentiale am Beispiel Jedes Unternehmen, das mit geografischen Daten arbeitet und Strategien entwickelt, die den Standort oder andere raumbezogene Fragestellen einbeziehen, besitzt Potential, welches durch Geowebanwendungen erschlossen werden kann [Czeranka, 2000, S. 2; Czeranka, 2000, S. 3]. Ansatzpunkte und Wege diese Potentiale zur erschließen, stellt dieser Abschnitt im Allgemeinen und an konkreten Anwendungsfällen im Speziellen dar.

5.1.1 Potentiale für das E-Business und Kommunikation im Allgemeinen E-Business1 unterstützt Prozesse und Beziehungen zwischen Geschäftspartnern, Kunden (extern) und Mitarbeitern (intern) durch elektronische Medien [Richter; Schubert, 2000]. Dieses umfasst den elektronisch unterstützen Verkauf, den Einkauf und

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Electronic Business, engl. elektronisches Geschäftswesen

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die Organisation von Ressourcen [Schubert, 2004, S. 2f], sowie die „generelle Nutzbarmachung von digitalen Informationstechnologien zur Unterstützung von Geschäftsprozessen“ [Kollmann, 2007, S. VII]. Die Integration erfolgt vertikal durch Schnittstellen in der Präsentationsschicht, der Anwendungsschicht und der Datenschicht [Schubert, 2004, S. 8]. Dies zeigt zum einen den Einfluss von E-Business auf Unternehmensprozesse als auch die vielfältigen Ansatzpunkte für mögliche Integration. Eine effiziente Kommunikation ist in einem schnelllebigen und hochdynamischen Wettbewerb von hoher Relevanz und steht im Mittelpunkt des Geschehens. Kommunikation als omnipräsentes Mittel erschließt richtig eingesetzt neue Potentiale und steht Unternehmen als ein „machtvolles Instrument“ zur Verfügung [Schuppener/Andriof, 2006]. Über digitale Medien entstanden neue Kommunikationskanäle, die die Vermittlung von Informationen und damit die Kommunikation erleichtern. Gleichzeitig stellt der stetig zunehmende Einsatz dieser Systeme Unternehmen vor neue Probleme, denn in allen Bereichen der Kommunikation, jedoch vor allem in „dienstleistungsorientierten und informationsintensiven Branchen“ hat der exzessive Einsatz zu einer Informations- und Datenüberflutung geführt [Feix, 2007, S. 56]. Dieses vermindert die Kommunikationsqualität und als Resultat sind relevante Informationen nicht mehr von überflüssigen unterscheidbar. Dieser Umstand kann sich nachhaltig schädigend für Unternehmen auswirken [Sottong, 2004]. Der Einsatz von Formaten, die eine geografische Sortierung und somit ein weiteres Selektionskriterium eröffnen, wirken diesem Trend entgegen und eröffnen eine weitere Form der externen Kommunikation mit geografischer Strukturierung.

5.1.2 Marketing und Akquise von Daten Die Ausrichtung der Produkt- und Unternehmensstrategie auf die Bedürfnisse des Kunden ist Bestandteil des Marketings. A priori hierzu steht die Erhebung entsprechender Daten im Dialog mit Kunden und potentiellen Neukunden. Die ablaufende Kommunikation ist hier ein bilateraler Prozess, denn neben der Aufgabe „das Wissen der Kunden ’zu ernten’“ besteht in der Gegenrichtung das Ziel den Kunden „auf sich aufmerksam zu machen“ und aufzufallen [Döbler, 2007]. Hier lassen sich Kartendienste, als Maßnahme für die Datenerhebung mit einer gleichzeitigen Festigung der Kundenbeziehung, als interaktives Kommunikationsmittel in den Bereichen Marketer-User-Interaktion (MUI) und User-User-Interaktion (UUI) gewinnbringend einsetzen [Mezger/Sadrieh, 2007, S. 81; Czeranka, 2000, S. 3]. Im Rahmen der Standortplanung beispielsweise lassen sich Kundenbedürfnisse in „Klick2Vote“ Anwendungen Daten sammeln, die eine wertvolle Ergänzung zu reinen demographischen Informationen bildet. Diese Aggregation von Informationen als Entscheidungsgrundlage um „einen Wissensvorsprung zu erlangen“ ist eine der primären Aufgaben der Kommunikation in den Bereichen des Marketing und des Customer Relationship Managements (CRMs) [Huber, 2008].

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Auch das Monitoring und die Bewertung von Unternehmensplattformen im Internet anhand geografischer Besucheranalysen, können als Grundlage für gezielte Marketing und PR Aktivitäten dienen. Die Visualisierung auf digitalen Karten identifiziert Gebiete, die aufgrund eines niedrigen Erreichungsgrad erhöhte Aufmerksamkeit erfordern. Für weiterführende Analysen lassen sich diese Informationen mit raumbezogenen Daten anderer fachlicher Ausrichtung verschneiden, überlagern und gemeinsam kartografisch aufbereiten. Hierbei ist es gerade der geografische Bezug als Bindeglied, der dieses Vorgehen ermöglicht [Bock/Grünreich/Lenk, 2005, S. 47]. Die gemeinsame Darstellung und dadurch resultierende Informationszentralisierung verdeutlicht visuell Zusammenhänge, die über textuelle oder anderweitig übliche Darstellungsmethoden nicht oder erschwert erkennbar sind und es resultiert eine „weitere Steuerungsmöglichkeit“ für anschließende Aktivitäten [Mitchell, 2008, S. 1; Schick, 2007, S. 205]. Das Einzugsgebiet eines Unternehmensstandorts definiert sich neben anderen Parametern über Erreichbarkeitsgraphen und demographische Profile potentieller Kunden. Durch Kenntnis über Kundenstandorte und Eigenschaften der Zielgruppen lässt sich Werbung sowohl im Bereich der Printmedien als auch online auf Webseiten gezielter steuern. Aufgrund solcher Selektion steigt der Erfolg von Werbemaßnahmen und reduziert gleichzeitig Kosten. Jedoch rechtfertigt die Erfolgssteigerung und die Kostenreduktion oft nicht den Aufwand der Eigenerhebung, so dass Daten üblicherweise von professionellen Marktforschungsunternehmen eingekauft werden. Geo Webservices mit Daten für das Geomarketing ermöglichen eine direkte Integration aktueller Daten in webbasierte Anwendungen und Prozesse des E-Business ohne lokale Installationen und Datenbanken.

5.1.3 Harmonisierung in Geschäftsprozessen und Verwaltung Für eine effiziente Planung und Verwaltung von Unternehmensaktivitäten sowie deren Ressourcen werden ERP-, CRM- und andere Systeme kontinuierlich eingesetzt. Eine Vielzahl an Aktivitäten bezieht juristische Personen (Zulieferer, Kunden, Mitarbeiter) mit ein, die im optimalen Fall zentralisiert als Stammdaten gepflegt werden. Diese Adressdaten in Unternehmen sind meist unvollständig und durch unterschiedliche Schreibweisen tatsächlich identischer Daten erhöht sich die Wahrscheinlichkeit von redundanten Einträgen. Eine solche Redundanz erzeugt unnötige Kosten im System und dem CRM. Neben Dubletten finden sich auch fehlerhafte Adressen, die letztlich durch Postretour identifiziert werden [Wasserburger, 2000, S. 32]. Im Rahmen des Supply Chain Management (SCM) findet eine Verknüpfung von Systemen über Unternehmensgrenzen hinweg statt, was eine weitere Durchmischung bewirken kann. Gazetteerdienste und die Erweiterung von Adressdaten um Geokoordinaten, können helfen,

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die genannten Schwachstellen in einer verteilten Business Intelligence zu minimieren und die Qualität der Stammdatensätze zu verbessern. Ein identischer Stammdatensatz durch Nutzung eines gemeinsamen Geocoding Dienstes beispielsweise kann dabei helfen, die B2B Kooperation zu verbessern und die Etablierung eines integrierten Supply Net zu fördern. Zunehmend findet eine Integration von ERP-Systemen in Prozesse des E-Business oder die Entwicklung von Prozessen, die von Beginn an auf diesem System aufbauen, statt [Schubert, 2004, S. 1]. Mögliche Potenziale können deshalb nur dann vollständig ausgeschöpft werden, wenn Systeme Schnittstellen für Geowebdienste bieten oder solche von Haus aus konfigurierbar integrieren. Geografische Anwendungen werden in Zukunft vornehmlich dort Einsatz finden, wo übergreifende Konsistenz von geografischen Informationen in Workflows und Diensten wichtig ist [Maguire, 2008; Buhmann/Wiesel, 2003, S. 21]. Eine weitere Anwendung, die durch das Geoweb möglich wurde, ist die ortsgebundene Zeiterfassung von Außendienstmitarbeitern als Grundlage für Abrechnungen und Reporting. Vorortzeiten können mit Hilfe von GPS fähigen Geräten genau gemessen und automatisch weiterverarbeitet werden. Auch Anreisedauer und Entfernung des Kunden stellen Merkmale dar, die sich automatisiert erfassen lassen und so neue EBusiness Prozesse ermöglichen. Ein webbasiertes Flotten Management und die damit verbundene logistische Koordination als Bestandteil des SCM profitiert durch verminderte Betriebskosten zusätzlich von der Entwicklung des Geowebs [Schubert, 2000, S. 8].

5.1.4 Verbesserung der Informationsversorgung und Kommunikation durch Mittel des Geoweb Die externe Kommunikation mit Kunden und Verbrauchern im Form von Weblogs, Newslettern, RSS oder über zentrale Nachrichtenangebote ist durch einen intensiven Wettbewerb erschwert. Mit dem Ziel einen Wettbewerbsvorteil zu erlangen, stellt personalisierte und damit gezielte Informationsvermittlung ein Instrument des Marketings dar, so dass die Parametrisierung von Lage, Semantik und Zeit eine zentrale Rolle spielt [Scharl, 2007, S. 9-10]. Als Nachrichtenversorger wird der Anbieter ein wichtiger Bestandteil im virtuellen Versorgungsnetz des Kunden und es entsteht ein unmittelbarer Kommunikationskanal zu diesem. Für die Verbreitung von Nachrichten über lokale Events, Unternehmensveranstaltungen oder Produkte in einer bestimmten Region bietet sich ein geografisches Auskunftsystem an. Interessenten wählen aus verschiedenen Nachrichtenkanälen aus und legen zusätzlich über eine Karte Bereiche als Nachrichtenquellen fest. Auf diese Weise erhält der Kunde ausschließlich örtlich beschränkte und damit für ihn relevante Informationen. Formate

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wie GeoRSS, die für die Web 2.0 Kommunikation unerlässlich sind, kommen hier zum Einsatz [Huber, 2008, S. 57].

5.1.5 Location Aware Webbrowsing Location Aware Webbrowsing beschreibt das Webbrowsing eines Anwenders, der seine Position Webanwendungen über Schnittstellen zur Verfügung stellt. Wie dieses Information zur Dienstoptimierung und Verbesserung der Anwenderfreundlichkeit herangezogen werden kann, zeigt dieser Abschnitt anhand konkreter Beispiele. Gerade im Bereich des E-Commerce stellt die Angabe von Adressdaten über HTML Formulare für eine Warenlieferung ein wiederkehrendes Element dar. Digitale Karten können diesen Prozess der Dateneingabe vereinfachen und Formularfelder reduzieren. Eine Gebietselektion anhand der vagen Position des Kunden positioniert den Kartenausschnitt so, dass eine visuelle Selektion der Adresse über die Karte ohne weitere Kartennavigation möglich ist. Die ausgewählten Koordinaten wandelt anschließend ein Reverse Geocoding Dienst in Adressdaten um und der Dienst erhält so die nötigen Adressinformationen. Ein weiterer Anwendungsfall, der die Position eines Anwenders einbezieht, liegt in der Risikoabschätzung bei der Abwicklung von E-Commerce Aktivitäten [Czeranka, 2000, S. 3]. Diese Anwendungsszenarios zeigen nur einen Teil der Potentiale im Bereich des CRM im E-Commerce, welches das Ziel hat „die Kundenprofibilität im Rahmen des gesamten Lebenszyklus eines Kunden zu verbessern“ [Bange/ Schinzer, 2005, S. 54]. Im Gegensatz zu der realen Welt sind Landesgrenzen im Internet nicht vorhanden. Dies führt zu juristischen Problemen beim Zugriff auf Webinhalte, da unterschiedliche Rechtsnormen und lokale Gesetze vorherrschen. Location Aware Webbrowsing legt den Grundstein für eine Territorialisierung des Internet über die international agierende Unternehmen in der Lage sind, Webinhalte geografische zu strukturieren und dynamisch anzupassen. Dieses reicht von der bloßen Selektion der Währung bei der Anzeige eines Preises über die inhaltliche Anpassung an Kommunikationsmodalitäten (Sie/du, formale/lapidar) ethnischer Gruppen, hin zu der Sperrung von Inhalten, deren Anzeige gegen ein am Standort des Anwenders geltendes Gesetz verstößt [Hoeren, 2007]. In Verbindung mit weiteren Sicherheitsmechanismen kann auch sichergestellt werden, dass beispielsweise Inhalte in einem CMS nur von Endgeräten innerhalb eines bestimmten örtlichen Gebietes geändert oder überhaupt angezeigt werden dürfen. Dieses Prinzip wird bereits für eine regulierte Verfügbarkeit von Multimediadaten (Videos, MP3) in „on demand“ Szenarien eingesetzt [Hoeren, 2007].

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5 Chancen für Geowebanwendungen und Faktoren für den langfristigen Erfolg

5.1.6 Migration von Virtualität und Örtlichkeit Content Management Systeme werden häufig in Anwendungen eingesetzt, in denen die Notwendigkeit besteht, Inhalte kollaborativ zu gestalten. Ein location(-aware) CMS ist über den Umfang eines CMS hinaus in der Lage, Daten geografisch referenziert oder Geodaten an sich zu speichern und ortsbezogen zur Verfügung zu stellen. Am Beispiel eines virtuellen Messeführers und eines touristischen Dienstes werden im Folgenden zwei Anwendungsfälle vorgestellt und die Vorteil, sowie neuartige Nutzungsmöglichkeiten demonstriert. Die Herstellung eines gedruckten Messeführers erfordert ein hohes redaktionelles Management. Inhalte und Beschreibungen aller Aussteller müssen zusammengeführt und koordiniert werden. Der Einsatz eines CMS auf welches alle Aussteller webbasiert zugreifen und dort die Inhalte selbstständig einpflegen, reduziert diesen Aufwand stark, da die redaktionelle Verantwortung zu den Ausstellern verschoben wird. Auch die Zuordnung der Messestände zu den Ausstellern und der Messeplan müssen für den Druck des Messeführers zu einem frühen Zeitpunkt festgelegt werden und sind anschließend wenig flexibel. Innerhalb eines CMS ist dieses leichter möglich. In Verbindung mit einem location-aware CMS ergeben sich weitere Vorteile. Die virtuellen Präsentationen der Aussteller können über Geokoordinaten mit den tatsächlichen Standorten der Messestände verknüpft werden. Während der Messeveranstaltung dient eine Indoor-Positionsbestimmung mittels WLAN den Messebesuchern als Orientierungshilfe. Auf einem WiFi-fähigen Endgerät haben so die Messebesucher über einen angebundenen LBS kontinuierlich Zugriff auf die Teile des webbasierten Messeführers, die seinem aktuellen Standort entsprechen. Die virtuelle Unternehmenspräsentation kann so als ein integrativer Bestandteil des Messestandes gestaltet werden. Auch die Zusammenstellung einer persönlichen Agenda für die Teilnahme an Veranstaltung und für Besuche von Messeständen im Vorfeld der Messe wird erleichtert. Aufgrund der Standortinformationen lassen sich dabei Transferzeiten berücksichtigen und die Standbesuche können entlang einer optimalen Route geplant werden. Ortsbezogene und damit auf Messestände bezogene Notizen, Sprachnachrichten oder andere Mediale Inhalte unterstützen die Nachbearbeitung des Messebesuches und reduzieren weiter den Medienbruch. Unter Einsatz eine location-aware CMS ergeben sich daher sowohl für den Veranstalter, wie auch für die Aussteller und den Messebesucher individuelle Vorteile. Ein weiteres Szenario welches derzeit zunehmend etabliert wird, stellt das Angebot von touristischen Geoportalen dar und enthält Mehrwertpotentiale für die Hotellerie und den Tourismus [Reich, 2007]. Solche Dienste, wie es beispielsweise der Naturpark Scout2 anbietet, umfassen:

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http://www.naturparkscout.de

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Abbildung 5.1: Olympisches Stadion der Sommerspiel 2008 als 3D Modell von Außen und im Innenbereich dargestellt in Google Earth

• Die Anzeige von Routen und Detailinformationen dazu online und als Download für Smartphones oder PDAs, • die Möglichkeit einer individuellen Zusammenstellung von Touren und Ausflugszielen, • die Verfügbarkeit von POI, die mit Text, Audio- und Videodaten versehen sind, • aktuelle Daten (Reiseführer, Karten), • weiterführende lokale Gebietsinformationen, • Schnittstellen für den dezentralen Ausbau des Informationspools, • Exportfunktionen für die Darstellung in unterschiedlichen Anwendungen wie Google Earth oder auf GPS Geräten. Sowohl die Anbieter, meist Tourismusverbände, als auch Verbraucher profitieren von solchen Projekten: Die digitale Wanderkarte verringert die Kosten einer Wartung von lokal angebrachten Informationen und wertet die Attraktivität der Region auf. Virtuelle Rundgänge in 3D-Welten und geführte Multimedia Touren sind weitere mögliche Angebote. Auf Verbraucherseite steigern die Angebote zusätzlich das Ausflugserlebnis durch Kollektivinformationen, nützliche LBSs und der globale Zugang erlaubt es Touren im Vorfeld einfach zu planen [Zipf, 2005, S. 225]. Der weitere Ausbau derartiger Angebote ist anzunehmen, da schon heute über 90% deutscher Reisebucher das Internet im Generellen und Veranstalter Webseiten im Speziellen als primäre Informationsquellen zu Urlaubszielen angeben. Weiter bevorzugen 59.2% der deutschen Bevölkerung das Online Buchen einer Reise [FMC, 2008]. Gerade die 3D Modellierung von Städten ist ein stark wachsender Trend mit hoher Dynamik. Dabei beschränken sich Synergiepotenziale nicht nur auf den Tourismus, sondern tangieren die Telekommunikation, das Utility Management, die Verwaltung, Immobilienwirtschaft und viele weitere Branchen [Gruber/Menard/Schachinger, 2008, S. 67]. Abbildung 5.1 verdeutlicht das hohe Maß an Details, welches durch 3D Modelle in Google Earth erreicht werden kann.

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5 Chancen für Geowebanwendungen und Faktoren für den langfristigen Erfolg

Die vergangenen Abschnitte haben auf unterschiedliche Art und Weise Potentiale aufgezeigt, wie die Kommunikation durch den Einsatz von Geowebanwendungen und Geodiensten zwischen unterschiedlichen Parteien verbessert werden kann. Auch das breite Einsatzgebiet in Prozessen des E-Business wurde anhand einzelner Beispiele verdeutlicht. Dabei wurde die Verfügbarkeit verschiedener Technologien und Methoden implizit angenommen. Tatsächlich liegt gerade darin der Schlüssel für den Erfolg eine Geowebbewegung, in der neue Potentiale ausgeschöpft werden können. Der folgende Abschnitt beleuchtet aus diesem Grund Katalysatoren für die Entwicklung des Geoweb.

5.2 Katalysatoren und Risiken Das Geoweb baut auf drei Säulen auf, die für den langfristigen Erfolg von Geowebanwendungen von zentraler Bedeutung sind: Auf der Anwenderseite stehen die GeoCommunities, die Geodaten benutzen, veredeln und gegebenenfalls für die weitere Verwendung erneut anbieten. Die zweite Säule bildet das Verständnis bei den Anwendern, dass die Preisgabe persönlicher Informationen, wie zum Beispiel der aktuelle Standort eine Voraussetzung für die korrekte Funktion von LBSs und POI Diensten ist. Die dritte Säule stellt die Verfügbarkeit von technischen Geräten wie GPS-fähige Endgeräte und Sensoren dar, die die Rohdaten für aggregierte Geofachdaten liefern. Jede dieser genannten Gruppen oder Paradigmen ist entscheidend für einen Geomarkt im Geoweb [ESRI, 2006, S. 2]. Dieser Abschnitt beleuchtet unterschiedliche Facetten der genannten Bereiche und beurteilt diese hinsichtlich Potentialen und Risiken.

5.2.1 Mobiles Internet und Positionsbestimmung als Schlüssel für ortsbezogene Dienste Telekommunikationsinfrastrukturen/Mobile Netzwerke, Methoden zur Positionsbestimmung und Mobile Ein-/Ausgabegeräte bilden die Stützpfeiler für ortsbezogene Dienste. Die Marktentwicklung der angesprochenen Komponenten entscheiden daher maßgeblich über den langfristigen Erfolg von LBSs, denen eine immense Potentialsteigerung von geschätzten US$1.8 Milliarden in 2008 auf mehr als US$8 Milliarden Ende 2011 zugesprochen wird [Gartner, 2008]. Dieses Potential konnte sich jedoch, da die Bereitschaft zum Mobilen Internet nicht gegeben war, nicht im prognostizierten Maß etablieren. So besitzen 26 Millionen der Handynutzer in Deutschland zwar ein internetfähiges Mobiltelefon, lediglich erst 13 Prozent nutzen darüber tatsächlich das mobile Internet. Eine wesentliche Ursache liegt in der von Mobilfunkanbietern betriebenen Preispolitik, die für den Zugriff auf das Internet noch zu intransparent und unattraktiv ist [Accenture,

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2008]. Der Schlüssel für den Erfolg bringt hier ein verstärktes Angebot von Pauschaltarifen [Böhm et al., 2008]. Die nötige Bandbreite für die Nutzung ist seit dem Ausbau des UMTS Netzes gegeben und wird durch HSDPA in naher Zukunft weiter ausgebaut und verbessert. Die Rolle der visuellen Schnittstelle eines ortsbezogenen Dienstes übernehmen in naher Zukunft Smartphones, da sie die nötige Technologie und Bedienbarkeit stellen und als mobile Einheit ein ständiger Begleiter sind. Schätzungen zufolge wird der Markt für Smartphones ein jährliches Wachstum 25% aufweisen und Ende 2009 die 150 Millionen Marke erreichen. Für Q3 2008 hat weltweite Absatz von Smartphones mit 33.9 Million einen neuen Höchststand erreicht. Dies gleicht einer Entwicklung von plus 28 % gemessen gegenüber Q3 2007 [Canalys, 2008]. Auch der Ausbau und die Nutzung des Mobilen Internets, nicht zuletzt als eine Folge des wachsenden Smartphone Absatzmarktes, wird ein kontinuierliches Wachstum erfahren und Ende 2011 ein Marktpotential von US$80 Milliarden besitzen [Seider/Lafferty/Lee, 2008]. Bereits heute sei eine generelle Bereitschaft zur Nutzung des Mobilen Internet unter der Prämisse einer verstärkten Personalisierbarkeit von mobilen Endgeräten durch 80% der Mobilfunk Nutzer gegeben [Struthers-Watson, 2008]. Getrieben wird diese Entwicklung zusätzlich durch eine stark wachsende Zahl an Mobilfunkteilnehmern von 43.2 Millionen im Jahr 2008 auf geschätzte 300 Millionen bis Ende 2011 [Gartner, 2008]. Die Positionsbestimmung und Ortung wird sich zu einem wichtigen Bedarfsartikel entwickeln und so dafür sorgen, dass eine kontinuierliche Nachfrage entsteht [ESRI, 2006, S. 2]. Die Verinnerlichung der Wichtigkeit von Lokalisierung als Basisfunktionalität ist ein Prozess, der im Wandel begriffen ist und Entscheidungen auf persönlicher und politischer Ebene verlangt. Die hierfür nötigen Technologien wie GPS oder WiFi verbreiten sich zunehmend [Canalys, 2008]. Auch das Nachrüsten von GPS ist über eine spezielle von Bluesky Positioning3 entwickelte SIM, die ein GPS Modul enthält, entwickelt. Wie der zuvor vorgestellte Dienst von Skyhook Wireless zeigt, setzt eine intelligente Positionsbestimmung auf die Kombination einzelner Technologien, die sich gegenseitig unterstützen und die Positionierungsgenauigkeit verbessern [Zipf/Leiner/Mainz, 2003]. Das Endgerät muss dazu in der Lage sein, die unterschiedlichen Signale zu verarbeiten, wie in Abbildung 5.2 dargestellt.

5.2.2 Über Standardisierung, Harmonisierung und Kooperation Geobrowser wirken vitalisierend auf den Geoinformationsmarkt und wecken das allgemeine Bewusstsein um Geodaten [Maguire, 2008; Buhmann/Wiesel, 2003]. Dieses

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http://www.blueskypositioning.com

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Signaldaten Dienst Positions Informationen

Abbildung 5.2: Eine intelligente Positionsbestimmung setzt für ein bestmögliches Resultat auf die Kombination von verschiedenen Systemen und Infrastrukturen zur Positionsbestimmung.

trägt auch dazu bei, dass die Diskussion über eine Infrastruktur basierend auf Internettechnologien für den einheitlichen Zugriff auf Geodaten und Geofunktionen forciert wird. Abschnitt 3.4 stellte den offiziellen Bestrebungen zu einer GDI, die vollkommene Transparenz und Vereinheitlichung über Standards bewerkstelligen soll, die Aktivitäten der Suchmaschinenbetreuer, die Daten des Geowebs als Insellösungen vorhalten und der Integration und Harmonisierung entgegenwirken, gegenüber. Im Hinblick auf Formate setzt der von Behörden und Industrie verfolgte Ansatz auf de jure-Standards und ignoriert de facto-Standards wie KML, was derzeit deutlich an der Konzeption und Entwicklung der GDI-DE zu sehen ist. GML als universale Modellierungssprache für geografische Daten wird von der durch GIS geprägten Gemeinde favorisiert. KML dagegen hat sich als Webstandard durchgesetzt, da es die dort nötige Funktionalität bietet. Das Potential von KML wird durch die zwischenzeitliche Aufnahme in die ISO Standards verdeutlicht. Eine Annäherung beider Seiten hin zu einem kompatiblen bzw. gemeinsamen Standard vereinfacht die Handhabung von Geodaten unterschiedlicher Herkunft. An verschiedenen Beispielen wurde bereits die Wertigkeit von VGI für Unternehmen als zusätzliche Datenquelle verdeutlicht, obwohl die Daten nicht offiziell erhoben wurden und Qualitätsmerkmale nicht identifizierbar sind. Im Kern adressiert die kontrollierte Verwendung von geografischen Informationen globale Bedürfnisse. Gleichzeitig treten Probleme unterschiedlicher Datenqualität oder Inkonsistenz von Daten auf und aufgrund fehlender Koordination und urheberrechtlichen Belangen, ist eine multiple Datenerhebung notwendig [Yeung/Hall, 2007, S. 503]. Langfristig bildet daher die Integration von Anwendern in das Data Mining eine wirtschaftlich logische Konsequenz, auch um eine Kostendeckung auf Betreiberseite zu gewährleisten [Vogel, 2002, S. 3]. Dass Systeme dieser Art funktionieren zeigen Wiki-Anwendungen, die als selbst regulierend beschrieben werden [Drösser, 2007]. Auf Anwendungsebene verbreiten sich zunehmend mehr Lösungen, die Schnittstellen zu

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geografischen Informationen, speziell im Rahmen der Positionsbestimmung, anbieten. Zwar abstrahieren diese Schnittstellen von technischen Details, dennoch konkurrieren sie miteinander und wirken einer universalen Lösung entgegen. Die Heterogenität der Lösungen am Markt ist vermutlich zurückzuführen auf das noch frühe Stadium des Geoweb, so dass sich eine „Best-of-Breed“ Lösung noch nicht entwickeln konnte. Mit dem Ziel einer kontinuierlichen Entwicklung sollten proaktive Maßnahmen ergriffen werden, in denen Vertreter aller beteiligten Interessengruppen gemeinsame Standards entwickeln und verabschieden. Standards für den Zugriff, wie es zum Beispiel die Geolocation API vorsieht und Standards für den Austausch von Geodaten, wie es das OGC erarbeitet. Die Entwicklung von Technologien und Methoden für die Verwaltung und gemeinschaftliche Nutzung räumlicher Informationen, ist primär auf das Internet zurückzuführen und gängige Handhabe. Die Interaktion zwischen zeitgemäßen spatialen Systemen und dem Internet ist daher nicht mehr länger nur ein Option, sondern stellt einen kritischen Faktor für langfristige Wirtschaftlichkeit und ökonomischen Wohlstand dar [Delphi, 2003, S. 14]. Eine Ausdehnung auf niedrigen Schichten, für eine Integration auch auf der Protokollebene ist daher sinnvoll, um einen effizienten Austausch von beispielsweise GPS Daten zwischen Systemen zu ermöglichen. Eine mögliche Lösung hat hier die Firma GPSOverIP GmbH4 mit dem GPSOverIP Protokoll entwickelt. Es verfügt über offene Schnittstellen und soll aufgrund eines im Vergleich zu anderen Netzwerkprotokollen wie TCP/IP geringen Ressourcenverbrauches auch in Netzwerk mit niedriger Bandbreite eingesetzt werden können. Die Erhebung von Geodaten ist aufgrund eines hohen Ressourcenbedarfs und teuren Sachinvestitionen kostenintensiv [Vogel, 2002, S. 3]. Da jedoch der Nutzen für den Anwender im Gegensatz zu Geofachdaten verhältnismäßig gering ist, entsteht ein Ungleichgewicht bei der Zahlungsbereitschaft für Geobasisdaten. Den hohen Erhebungs- und Aktualisierungskosten für Rohdaten stehen abnehmende Kosten auf jeder Veredelungsstufe entgegen. Gleichzeitig erhöht sich jedoch der Markwert [Fornefeld/Oefinger/Jaenicke, 2004, S. 16]. Dieses Wertschöpfungsparadoxon begründet sich dadurch, dass der Nutzen eines Geodienstes nicht technischer sondern anwendungsspezifischer Natur ist. Da der Anwender das letzte Glied der Wertschöpfungskette bildet, ist dort der größte Nutzen sichtbar. Zur Ermittlung geeigneter Verrechnungsmodelle für Webservices ist deshalb die kundenorientierte Betrachtung unter Berücksichtigung von Zahlungsbereitschaft und Nutzen erforderlich [Fornefeld/Oefinger, 2005, S. 5]. Gleichzeitig müssen diese eine unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten sinnvolle Gewinnverteilung auf alle an der Prozesskette beteiligten Parteien sicherstellen. Die Heterogenität in Bepreisungsstrategien reflektiert die unterschiedlichen Gruppierungen im Geoweb und zeigt gleichzeitig die Komplexität der Thematik. So besitzen identische Geodaten für unterschiedliche Grup4

http://www.gpsoverip.de/

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pen abweichenden Nutzwert [Peyke, 2004; Maguire, 2008]. Dabei variieren gleichzeitig die Qualitätsansprüche an die Daten, sowie eine Zahlungsbereitschaft für diese. Plausibel wird dieses bei der Gegenüberstellung zwischen dem privaten Sektor und dem nichtprivaten Sektor. Privaten Anwendungen setzen Geobasisdaten meist als Mittel zum Zweck ein und tolerieren geringfügige Abweichungen in Präzision. Nicht-private Anwendungen dagegen verwenden beispielsweise detaillierte Lagepläne als Basis für Vermessungen, so dass die Präzision höchste Priorität besitzt, was hohe Preise für Geodaten rechtfertigt. Bepreisung und Qualitätskontrolle sind daher zentrale Themen für einen sich entwickelnden Markt im Geoweb. Während die ISO 19138 die Qualität von Geodaten standardisiert, fehlen bezüglich Kostenmodellen noch Standards für eine einheitliche Abrechnung [Wagner/Gartmann, 2002; ISO/TC211, 2006]. In Anbetracht der skizzierten Probleme und Herausforderungen erfordert eine erfolgreiche Kooperation in einem harmonisierenden Umfeld, ein Umdenken auf konzeptioneller, technischer und anwendungsbezogener Ebene. Hier ist sowohl die Arbeit von regulierenden Institutionen als auch die Bereitschaft von Anwendungsanbietern zum Dialog gefordert, um einheitliche und auf Standards basierende Schnittstellen zu etablieren, die eine kontinuierliche Entwicklung erlauben, sowie einen hohen Interaktionsgrad zwischen Systemen garantieren. Tendenziell wird auch der Trend hin zu einer SOA bei der Softwareentwicklung die Bereitschaft, Standards zu etablieren und zu propagieren positiv beeinflussen, da daraus die Portabilität der Daten sowie die Wertsteigerung existierender und zukünftiger Informationssysteme einhergeht [Delphi, 2003, S. 5,16].

5.2.3 Schutz von Daten und Datenschutz Bilddaten und Daten mit örtlichem Bezug sind Datenschützern ein Dorn im Auge, da dieses einen potentiellen Eingriff in die Privatsphäre bewirkt und somit in Persönlichkeitsrechte, wie das Recht auf informationelle Selbstbestimmung, eingreift. Speziell im Bereich der offiziellen GDIen liegt ein hohes Interesse darin, dass klare Gesetze und Richtlinien verabschiedet werden und Methoden zur Umsetzung dieser anwendbar sind. Dieser Abschnitt bespricht das Thema Datenschutz und Privatsphäre bei der Verwendung von Geodaten. Der Markt für Geoinformationen bleibt seit Jahren weit hinter den Erwartungen zurück, die durch laufend verbesserte technische Möglichkeiten genährt werden [Fornefeld/ Oefinger/Rausch, 2003, S. 1]. Dies lässt sich insbesondere auf ein zögerliches Umdenken und Skepsis vor der Preisgabe von Ortsinformationen zurückführen. Die korrekte Funktion eines ortsbezogene Dienstes setzt jedoch eine legitimierte Durchführbarkeit einer Ortung voraus, was die Brisanz und Krux der Thematik aufzeigt. Das Telekommunikationsgesetz (TKG) regelt die Weitergabe von Standortdaten, so dass die Notwendigkeit

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einer Einwilligung gegeben ist, die „auf einfache Weise und unentgeltlich zeitweise“ untersagt werden kann. Dies dient zum Schutz der Grundrechte der Bürger, bedeutet auf der anderen Seite eine mindestens einmalige Interaktion für die Erteilung einer Erlaubnis. Auch die im TKG benannte „einfache Weise“ stellt Herausforderungen an die Implementierung von Diensten durch die Wirtschaft und fordert eine enge Kooperation mit behördlichen Regulierungsinstanzen. Das Teledienstedatenschutzgesetz (TDDSG) regelt für Deutschland, dass „Positionsdaten [. . . ] spätestens nach der Nutzung gelöscht werden“ müssen. So sind zum Beispiel Dienstanbieter aus den USA aufgrund anderer Rechtslagen nicht derart strengen Gesetzen unterworfen. Hier müssen Vertreter der Wirtschaft, der Politik und auch der Gesellschaft einen Konsens und Lösungen für eine einheitliche Rechtlichte Grundlage finden, die dem Schutz des Bürgers gerecht wird. Neben dem Eingriff in die Privatsphäre durch Standortinformationen stellt auch der öffentliche Zugang zu immer detaillierteren digitalen Kartendaten einen potentiellen Eingriff dar. Dabei hängt es davon ab ob von einem Personenbezug der Daten gesprochen werden kann. Dieser ist gegeben, wenn aus Angaben über eine Sache „persönliche oder sachliche Verhältnisse einer bestimmten oder bestimmbaren natürlichen Person“ offengelegt werden [BDSG, 2006, §1 Abs. 1 und §3 Abs.1]. Eine Kartendetailtreue von weniger als 40 cm pro Pixel, wie es neueste Satelliten wie der Geo-Eye-1 liefert, kann Persönlichkeitsrechte beeinflussen, so dass für den zivilen Bereich eine Auflösung von mindestens 50cm pro Pixel gefordert ist [GDI-DE, 2008; O’Connell, 2008]. Die von Geo-Eye-1 gelieferten Daten sollen in Zukunft über den Kartendienst Google Map Anwendern zur Verfügung stehen. Um Datenschutzverletzungen zu vermeiden, soll die sogenannte „Ampelstudie“ „datenschutzrechtliche Rahmenbedingungen für die Bereitstellung von Geodaten“ liefern, die in Form der Ampelfarben (rot, gelb, grün) Geodaten kategorisiert. Die einzelnen Farben haben im Hinblick auf Datenschutz folgende Bedeutung [Karg, 2008]: Grün markierte Geoinformationen sind aus datenschutzrechtlicher Sicht unproblematisch, da kein Personenbezug besteht und etwaige Einflüsse auf Persönlichkeitsrechte vernachlässigbar sind. Gelb gekennzeichnete Daten weisen einen Personenbezug auf, so dass die enthaltenen Informationen sich auf Persönlichkeitsrechte auswirken können. Das Ausmaß der Gefährdung ist gebunden an den Anwendungszweck und variiert demnach stark. Rot markierte Daten enthalten Informationen mit einem Personenbezug, der sich darüber manifestiert, dass es sich um Daten handelt, die „Aussagen über den Kernbereich der Persönlichkeit des Einzelnen“ aufweisen oder aber, dass „deren Inhalt einen Einfluss auf diesen Bereich“ haben kann [Karg, 2008, S. 55]. Anhand der Kategorien leiten sich Zugangsregelements ab, die an lokale Gesetze angepasst werden müssen. Generell unterliegen grün gekennzeichnete Daten keiner recht-

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lichen Zugangsrestriktion. Gelb gekennzeichnete Daten dürfen nur nach Prüfung des Anwendungszweckes und einer datenschutzrechtlichen Bewertung dahingehend herausgegeben werden. Die Prüfung erfolgt durch den Anbieter. Zugang zu rot gekennzeichneten Daten ist untersagt und bedarf einer individuellen Einwilligung des Betroffenen. Zusätzlich zu legislativen Maßnahmen werden auch physische Mechanismen für den Zugangsschutzes erarbeitet. Das GeoDRM Model stellt ein Format dar, welches spatiale Daten unabhängig des Inhaltes schützen soll. Konzeptionell unterstützt es die Propagierung von Rechten sowie Chaining, welches in einer Prozesskette notwendig ist. Regelungen für den Datenschutz im Umgang mit Geodaten, auch auf internationaler Ebene sind eng gekoppelt an die Etablierung eines juristisch funktionierenden Geomarktes im Geoweb. Während zwar das Wissen über die Position eines Benutzers, die Qualität eines Dienstes steigert und so positiv zu bewerten ist, steht dem die Möglichkeit des Missbrauchs zu Überwachungszwecken und Eingriffes in die Privatsphäre gegenüber. Das Verständnis über Persönlichkeitsrechte und Privatsphäre bei den Anwendern und verbindliche internationale Auflagen auf Anbieterebene sind nur durch Kooperationen und Aufklärungsarbeit möglich.

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6 Zusammenfassung und Ausblick Dieses Kapitel subsummiert und reflektiert die Inhalte der Arbeit. Abschnitt 6.1 fasst die erzielten Ergebnisse zusammen und überprüft anhand dessen das Erreichen der verfolgten Ziele der Arbeit. Anschließend gibt Abschnitt 6.2 einen Ausblick auf die weitere Entwicklung des Geowebs.

6.1 Zusammenfassung Übergeordnetes Ziel der Arbeit war es zu zeigen, dass Methoden und Werkzeuge des Geowebs eine Reife ereicht haben, die es Unternehmen erlaubt, Geowebanwendungen zur Steigerung des Geschäftserfolgs einzusetzen. Dabei wurde sich auf die Beantwortung der folgenden Teilziele konzentriert: 1. Schaffung einer präzisen, konsistenten und vollständigen begrifflichen Basis, 2. Analyse bestehender Geowebanwendungen und Schaffung eines modularen Ordnungssystems zur Klassifikation bestehender und zukünftiger Geowebanwendungen, und 3. Potentialbetrachtung des Geowebs anhand einer Analyse von Chancen und Risiken. Dieser Abschnitt fasst die Inhalte der Arbeit zusammen, reflektiert die Ergebnisse der einzelnen Kapitel der Arbeit und stellt sie in den Kontext der verfolgten Teilziele.

Teilziel 1: Schaffung einer präzisen, konsistenten und vollständigen begrifflichen Basis Kapitel 2 gab eine grundsätzliche Einführung in Teile der Geodäsie und in die Kartografie und vermittelte darüber das für das Verständnis der Arbeit und des Geowebs erforderliche Basiswissen. Eine Reflektion der historischen Entwicklung von Geoinformationssystemen in Verbindung mit einer Einführung in digitale geografischen Datentypen führte den Leser anschließend hin zu der digitalen Kartographie und deren

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6 Zusammenfassung und Ausblick

Anwendung im Internet. Die darauf folgenden Abschnitte beschrieben die grundlegenden mathematischen Prinzipien der Positionsbestimmung über Fixpunkte und besprachen die heute gängigen Infrastrukturen mit denen eine Positionsbestimmung möglich ist. Anschließend stellte Kapitel 3 für eine webbasierte Verwendung geeignete Formate zur geografischen Referenzierung vor. Anhand von Beispielen wurden Konzepte und zugehörige Anwendungszwecke erläutert. Neben alten Formaten wie GeoTIFF, ein in der GIS-Domäne häufig eingesetztes Format für geografisch referenzierende Bilder, sind es speziell im Web angesiedelte Formate, wie GeoRSS für die Kodierung von Textinformationen oder KML als Visualisierungssprache für geografische Phänomene, die die breite Verwendung von geografischen Informationen im Internet ermöglichen und so das technische Fundament des Geowebs bilden. Darauf aufbauend untersuchte die Arbeit die Strukturen des Geowebs und diskutierte verschiede Konzepte für den Zugriff und die Verwendung von Geodaten im Geoweb. Anschließend stellte die Arbeit teils gegensätzliche, teils ergänzende Definitionen für strukturelle Einheiten des Geowebs und die Erwartungshaltung an deren Funktionalität gegenüber und leitete daraus Gemeinsamkeiten und Unterschiede ab. Sowohl in struktureller als auch funktionaler Hinsicht zeichnete sich dabei durchgängig eine starke Heterogenität ab, welches durch unterschiedliche Motivationen am Geoweb beteiligter Parteien aus Politik, Wirtschaft und Öffentlichkeit begründet werden kann. Dieses spiegelte sich auch bei einer anschließenden Beschreibung von Möglichkeiten zur Präsentation von Geodaten in Webanwendungen wider. Die beiden ersten Kapitel der Arbeit haben die Hintergründe, technischen Grundlagen und Strukturen des Geowebs umfassend diskutiert und so das Teilziel einer präzise, konsistente und vollständige begrifflichen Basis erfüllt.

Teilziel 2: Analyse bestehender Geowebanwendungen und Schaffung eines modularen Ordnungssystems zur Klassifikation bestehender und zukünftiger Geowebanwendungen Kapitel 4 präsentierte die Ergebnisse einer Bestandsaufnahme bestehender Geowebanwendungen. Einer kurzen Vorstellung grundlegender geografischer Dienste folgte eine Beschreibung konkreter Anwendungen aus verschiedenen Themenbereichen, wie unter anderen dem Marketing, mobilen Applikationen oder der Navigation. Die Bestandsaufnahme zeigte zum einen die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Geowebanwendungen in unterschiedlichen Bereichen und zum anderen die unterschiedlichen Typen von Geowebanwendungen innerhalb der einzelnen Bereiche. Den zweiten Teil von Kapitel 4 bildete die ausführliche Beschreibung eines Ordnungssystems für die modulare Zerlegung von Geowebanwendungen, welches im Rahmen der

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6 Zusammenfassung und Ausblick

Arbeit entwickelt wurde und auf einer Zerlegung der vorgestellten Anwendungen und entsprechenden Literaturquellen basiert. Mit Hilfe des Schemas können Geowebanwendungen modular klassifiziert und verglichen werden. Es erleichtert außerdem die nähere Betrachtung von Geowebanwendungen, beispielsweise für Potential- oder Anforderungsanalysen. die Plausibilisierung des Schemas erfolgte über die empirische Induktion in Form einer tabellarischen Zerlegung der vorgestellten Geowebanwendungen. Exemplarisch wurde die Zerlegung ausführlich am Beispiel der Anwendung Deutsche Post Standortsuche beschrieben. Das Kapitel 4 reflektierte entsprechend des zweiten Teilzieles das aktuelle Anwendungsspektrum des Geowebs und stellte ein vollständiges und plausibles Ordnungssystem für die Klassifikation von Geowebanwendungen vor.

Teilziel 3: Potentialbetrachtung des Geowebs anhand einer Analyse von Chancen und Risiken. Kapitel 5 zeigte Potentiale des Geowebs über eine Analyse von Chancen und Risiken auf. Zu Beginn des Kapitels wurde in allgemeinen Szenarien dargestellt, wie Geowebanwendungen gewinnbringend im Bereich Kommunikation und in Prozessen des E-Business’ eingesetzt werden können. Anhand konkreter Beispiele aus verschiedenen Aufgabenbereichen wie dem Marketing oder dem Information Management wurden Potentiale im Anschluss daran explizit aufgezeigt. Zusätzlich zu der Untersuchung der Anwendungpotentiale führte Kapitel 5 eine Untersuchung von Faktoren durch, die den langfristigen Erfolg des Geowebs beeinflussen und zu adressierende Themen in dessen weiterer Entwicklung sind. Dieser Teil sensibilisierte für die auftretenden Probleme und die organisatorischen, sowie juristischen Schwierigkeiten in der Umsetzung und dem Betrieb von Geowebanwendungen. Deutlich wurde hierbei, dass vor allem klare und sinnvolle Gesetze für den Datenschutz und zur Wahrung der Persönlichkeitsrechte Voraussetzungen sind, damit Geowebanwendungen wie Location Based Services (LBS) erfolgreich betrieben werden können. Gleichzeitig konnte gezeigt werden, dass auch eine funktionierende Kooperation zwischen den unterschiedlichen Interessensverbänden für eine zunehmende Harmonisierung des Geowebs notwendig ist und Standards für den Zugriff auf Geodaten sowie bewährte Geo-Formate durchgängig verwendet werden können. Dieses Kapitel erreichte das dritte Teilziel, indem es exemplarisch Möglichkeiten aufzeigte, wie Geowebanwendungen gewinnbringend eingesetzt werden können und es die Potentiale des Geowebs anhand einer Analyse von Chancen und Risiken untersuchte.

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6 Zusammenfassung und Ausblick

Fazit Die Arbeit hat die verfolgten Ziele umfassend beantwortet und hat darüber hinaus für weitere Themen im Geoweb sensibilisiert. Es konnte gezeigt werden, dass das Geoweb Potentiale für Anwendungen bietet, die es in der Form bisher nicht gab und dass die Formate und Werkzeuge des Geowebs soweit ausgereift sind, dass sie für eine breite Anwendung eingesetzt werden können. Eine Reihe von Formaten für die geografische Kodierung verschiedener Datentypen, wie Bilder oder Texte und die Verfügbarkeit von Geowebservices, sowie frei verfügbaren Kartendiensten tragen maßgeblich dazu bei.

6.2 Ausblick Der Einzug der Geografie in Internetformate und in das Bewusstsein der Anwender hat eine Entwicklung angestoßen, die Virtualität und Realität weiter verbindet. Der Erfolg dieser Bewegung beruht auf dem grundlegenden Bedürfnis des Menschen, Informationen örtlich zu ordnen [Drösser, 2007]. Die durchgängige Verwendung von Methoden und Strukturen im Geoweb steht steht erst am Anfang des Möglichen, wie an der nur zögerlichen Etablierung von LBS zu sehen ist. Das Internet als Plattform erlaubt die Ausführung komplexer Anwendungen und Funktionen, die bisher Desktopanwendungen vorenthalten waren [Buhmann/Wiesel, 2003, S. 22]. Die verstärkte Entwicklung von webbasierten Geschäftsanwendungen fordert von Unternehmen, dass sie bestehende Prozesse und Strukturen überdenken und neu auszurichten. Der Einsatz von Geowebanwendungen wird dabei zu berücksichtigen sein. Ein fortschreitender Ausbau von Internetzugängen über WLANs unterstützt die Entwicklung von webbasierten Anwendungen und etabliert eine globale Schnittstelle zwischen Realität und Virtualität. Eine stetige Evaluierung infrastruktureller Möglichkeiten, die auch zukünftige Technologien reflektiert, erleichtert das Auffinden und die anschließende Aktivierung ungenutzter Potentiale. Anwendungspotentiale existieren in einer Vielzahl von Bereichen. Angefangen bei Location Based Services und Friend-Finder Diensten im Bereich von Social Network Anwendungen, über Konsolidierungswerkzeuge in Geschäftsprozessen, reichen sie bis hin zu Flottenmanagement und Location Management Anwendungen. Da geografischen Koordinaten im Kern eindeutig sind, entstehen neue Schnittstellen zwischen bis dato isolierten Anwendungen und Prozessen. Diese entsprechend zu nutzen stellt eine Aufgabe für die Zukunft dar. In den letzten Jahre hat eine starke technologische Entwicklung stattgefunden. Immer kleinere und leistungsstärkere Geräte wie kleinste GPS oder Radio Frequency Identification (RFID) Empfänger erlauben es, das „wo“ in nahezu alle Bereiche zu integrieren. Ein Beispiel ist das von Infineon entwickelte GPS Modul „BGM681L11“ mit einem Volumen

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6 Zusammenfassung und Ausblick

von 3.75 mm3 und einem Preis von USD 1,20 pro Stück. Dadurch können Sensornetzwerke aufgebaut werden, welche kontinuierliche Daten über Orte und Objekte sammeln. Anhand dieser Daten und durch die Webgemeinde als Quelle von VGI können statische und dynamische Echtzeitinformationen verschnitten werden [ESRI, 2006, S. 4] und Unternehmen in zeitnahen wirtschaftlichen Entscheidungen und Strategieentwicklungen unterstützen. Sensorweb als globales Verbund von Sensornetzwerken wird neue Anwendungen ermöglichen und dem Trend des Ubiquitous Computing (UbiComp) vorantreiben [Zipf, 2005, S. 231]. Eine semantische Analyse und effektive Filterung der dadurch zunehmenden Datenmenge ist Voraussetzung um einer Informationsüberflutung vorzubeugen. Durch Formate und Anwendungen ist diese Selektion auf geografischer und somit intuitiver Ebene in Zukunft möglich [ESRI, 2006, S. 4]. Profitieren werden von der Etablierung des Geowebs vor allem Branchen, die bisher auf den Einsatz von Anwendungen mit geografischem Bezug verzichtet haben. Dabei ist jedoch gleichzeitig zu beachten, dass neben dem Einsatz geeigneter Geowebanwendungen auch entsprechendes Know-How nötig ist [Czeranka, 2000, S. 1]. Für sie stellt das Geoweb daher eine Umgebung dar, die im Vergleich mit dem professionellen GIS Umfeld, einfache und kostengünstige Mittel bietet. Auch Branchen, die seit langem auf geografische Informationen für alltägliche Prozesse zurückgreifen, profitieren von der internetbasierten Verbreitung von Geodaten. Die bestehende Infrastruktur des Internets, die fortschreitende Vernetzung durch den Ausbau mobiler Infrastrukturen und eingesetzter Datenformate erleichtert den durchgängigen Einsatz von geografischen Daten in Prozessen des E-Business. Als direkte Konsequenz nimmt die Reichweite von E-Business Anwendungen zu. Da sich de facto- und Webstandards wie KML und andere Technologien schneller entwickeln als solche, die durch offizielle Konsortien und Behörden verabschiedet werden, wird die Harmonisierung und Integration der verschiedenen Gruppierungen eine Voraussetzung für ein tatsächlich homogenes Geoweb sein. Sollte dies fehlschlagen, so wird nach Ansicht des Autors das webgetriebene Geoweb die de facto-Standards vorgeben und offizielle GDIen de jure Standards propagieren. Basierend auf dieser Aussage und unter Rücksichtnahme auf Netzwerkeffekte im Verständnis der Mikroökonomie, wird der erstgenannte Teil des Geowebs eine höhere Anziehungskraft auf Geodienstanbieter ausüben. Eine längerfristige Folge wird die Separation in ein Geoweb der Öffentlichkeit und ein Geoweb der Profis sein, in der beide Komponenten für die jeweiligen Bereiche eine leistungsstarke Domäne darstellen werden. Eine neue GIS-Generation, angefangen von Proto-GIS über Desktop-GIS hin zu WebGIS wurden immer dann erreicht, sobald die vorherige eine ausreichende Marktdurchdringung aufweisen konnte [Buhmann/Wiesel, 2003, S. 16]. Die aktuelle Epoche WebGIS ist bereits weit vorangeschritten. Aus dieser Epoche gehen Standards und Strukturen hervor, wie es auch das Modell nach Feix (2007) als aktuelle „Zeit der Konsolidie-

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6 Zusammenfassung und Ausblick

Zeit der universellen Anwendung: Geodienste, LBS, Geo BPM, Geo BI

Zeit der Konsolidierung und Services: OGC-konforme Geo-Services, Open Source

Zeit der Integrierten Lösungen: Freier Markt, Großprojekte

Zeit der Nutzer: Entwicklung modularen Systemen. Anpassungen an Nutzerwünsche, Fachschalen

Zeit der Firmen: GIS-Markt entsteht, leistungsfähige Hardware, Umstellung von Großrechnern auf Workstation

Zeit der Behörden: Entwicklung von Konzepten, Umstellung Basisdaten in digitaler Form, GIS als Erfassungswerkzeug

Zeit der Pioniere: Individuelle isolierte Lösungswege

Abbildung 6.1: Erweitertes GIS Evolutions Modell (Quelle: Eigene Darstellung, Feix (2007, S. 50))

rung und Services“ abbildet. Im Anschluss daran steht der selbstverständliche Einsatz von Geodiensten in Geowebanwendungen. Die folgende Epoche wird die Ergebnisse der Arbeit der aktuellen Epoche weiterführen und über den langfristigen Erfolg von Geowebanwendungen als gängiges Produkt entscheidend. So lässt sich das zuvor in Abschnitt 2.3 gezeigte GIS-Phasen Modell um eine „Zeit der universellen Anwendung“ erweitern (→Abbildung 6.1). Die nächsten Jahre werden immer neue Geodienste hervorbringen. Die heute verfügbaren Instrumente und Werkzeuge des Geowebs werden zunehmend in einer Vielzahl von Anwendungen unter Generierung von Mehrwert Einsatz finden und die Strukturierung von Webinhalten anhand geografischer Informationen wird in naher Zukunft ein grundlegendes Prinzip werden [Scharl, 2007, S. 13]. So entsteht kontunierlich ein homogenes Geoweb. Um vorhandene Potentiale frühzeitig zu aktivieren und zu erschließen, ist es daher ratsam bereits jetzt Akzente zu setzen und aktuelle Trends des Geowebs sorgfältig zu beobachten.

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Bildnachweise: Screenshots und Grafiken der Geowebanwendungen Abbildung 4.1: http://specials.washingtonpost.com/timespace/world/ (Zugriff am 03.03.2009) Abbildung 4.2: http://www.flickr.com/ (Zugriff am 13.01.2009) Abbildung 4.3: http://standorte.deutschepost.de/ (Zugriff am 03.03.2008) Abbildung 4.4: http://bergfex.at

(Zugriff am 25.02.2009)

Abbildung 4.5: http://mapinsight.teleatlas.com (Zugriff am 18.02.2008) Abbildung 4.6: http://www.mecomo.com/ (Zugriff am 11.03.2009) Abbildung 4.7: http://xmas.coke.com/lights/de_DE/ (Zugriff am 13.12.2008) Abbildung 4.8: http://mapmash.googlepages.com/lat49gmap.html (Zugriff am 18.11.2008) Abbildung 4.9: http://www.mobilizy.com/wikitude.php (Zugriff am 13.01.2009) Abbildung 4.10: http://www.gala.de/stylelocator (Zugriff am 13.01..2009) Abbildung 4.11: http://eventful.com (Zugriff am 12.01.2009) Abbildung 4.12: http://mercator.nrel.gov/imby/ (Zugriff am 20.01.2009) Abbildung 4.13: http://www.ryanair.com/site/DE/dests.php (Zugriff am 20.02.2009) Abbildung 4.14: http://snoovel.de/index.php?id=62&tour=5 (Zugriff am 20.02.2009) Abbildung 4.16: http://standorte.deutschepost.de/ (Zugriff am 03.03.2009) Abbildung 5.1: Google Earth mit 3D Modell von http://sketchup.google.com/3dwarehouse/ details?mid=87c5e483f39b3bffae682533f3f1d4dd

(Zugriff am 20.11.2008)


Abbildungsverzeichnis

2.1

Projektionen aus der sphärischen in die euklidsche Geometrie ..................

7

2.2

Evolution von GIS ...................................................................................

9

2.3

Schlüsseltechnologien und Strukturen für LBS.......................................... 14

2.4

Prinzip der Lateration und Angulation..................................................... 15

3.1

Aufbau einer JPEG2000 Datei mit GML.................................................. 35

3.2

Resultat einer Anfrage an einen WMS ..................................................... 41

3.3

Visualisierung des Quadkeyverfahrens ...................................................... 49

4.1

Screenshot der Anwendung „Washington Post TimeSpace“....................... 56

4.2

Screenshot der Webseite Flickr................................................................. 57

4.3

Screenshot der Anwendung „Deutsche Post Standortsuche“...................... 58

4.4

Screenshot der Webseite Bergfex .............................................................. 59

4.5

Screenshot der Anwendung „Tele Atlas MapInsight“ ................................ 60

4.6

Screenshot der Anwendung „Mecomo FLEET Web“................................. 61

4.7

Screenshot der Anwendung „Coca Cola Christmas Lights“ ....................... 62

4.8

Screenshots von Werbeeinblendungen auf einer Karte durch Lat49 ........... 62

4.9

Screenshots der Anwendung „Wikitude AR Travel Guide“........................ 63

4.10 Screenshots der Anwendung „Gala Style Locator“ .................................... 64 4.11 Screenshot der Webseite Eventful............................................................. 66 4.12 Screenshot der Anwendung „NREL: In My Backyard“ ............................. 67 4.13 Screenshot der Anwendung „Ryanair ROUTE MAP“ ............................... 67 4.14 Screenshot der Anwendung „Snoovel Guided Tours ’Sparrenburg’“........... 68 4.15 Komponentensicht auf Geowebanwendungen ............................................ 70 4.16 Die Standortsuche der Deutschen Post (Exemplarische Zerlegung) ........... 81 5.1

Olympisches Stadion der Sommerspiele 2008 als 3D Modell...................... 90

5.2

Kombination von Infrastrukturen zur Positionsbestimmung...................... 93

6.1

Erweitertes GIS Evolutions Modell........................................................... 103


Tabellenverzeichnis

2.1

Vektordaten und Rasterdaten im Vergleich............................................... 12

3.1

Vergleich von KML und GML anhand zentraler Merkmale ....................... 27

3.2

Mashup Applikationen mit Mapping APIs ............................................... 51

4.1

Modulare Zerlegung vorgestellter Geowebanwendungen ............................ 80


Quelltextverzeichnis 3.1

Fluss-Feature Type und Anwendung als GML Spezifikation . . . . . . .

25

3.2

Beispiel eines KML Dokuments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

3.3

Position der Messe Freiburg im GPX Format . . . . . . . . . . . . . . .

28

3.4

Position der Messe Freiburg im GeoJSON Format . . . . . . . . . . . . .

29

3.5

Kodierung einer Position mit GeoRSS Simple und GML GeoRSS . . . .

30

3.6

Position der Messe Freiburg in Geo Tags für HTML Ressourcen . . . . .

31

3.7

Position der Messe Freiburg im Microformat „geo“ . . . . . . . . . . . .

31

3.8

Beispiel für die Geokordierung in GeoTIFF . . . . . . . . . . . . . . . .

33

3.9

Beispiel für die Verwendung der Geolocation API . . . . . . . . . . . . .

37

3.10 Aufruf der GetMap Methode eines WMS . . . . . . . . . . . . . . . . . .

41

3.11 Beispiel für die Verwendung der Mapstraction API . . . . . . . . . . . .

52

4.1

55

Ergebnis eine IP Lookup Anfrage an HostIP . . . . . . . . . . . . . . . .


Abkürzungsverzeichnis AoA

Angle of Arrival

GPX

API

Application Programming Interface

GPS exchange Format (→GPS)

GRS80

Geodetic Reference System 1980

GSM

Global System for Mobile Communications

HSDPA

High Speed Downlink Packet Access

AR

Augmented Reality

ASP

Application Service Provider

B2B

Business2Business

COO

Cell of Origin

CMS

Content Management System

HTML

HyperText Markup Language

CSS

Cascading Style Sheets

HTTP

HyperText Transfer Protocol

DBMS

Database Management System

IMAGI

Innenministerieller Ausschuss für Geoinformationswesen

DHCP

Dynamic Host Configuration Protocol

INSPIRE

ETRS89

European Terrestrial Reference System 1989

Infrastructure for Spatial Information in the European Community

ICBM

Intercontinental Ballistic Missile

IETF

Internet Engineering Task Force

IFD

Image File Directory

IP

Internet Protocol

ERP

Enterprise Resource Planning

Exif

Exchangeable Image File Format

CRM

Customer Relationship Management

GDAL

Geospatial Data Abstraction Library

IPTC

International Press Telecommunications Council

GDI

Geodateninfrastruktur

ISO

International Organization for Standardisation

ITRS

International Earth Rotation Service (IERS) Terrestrial Reference System

JPEG

Joint Photographic Experts Group

GeoJSON GeoJSON (→JSON) GeoRSS

Geographically Encoded Objects for RSS feeds (→RSS)

GeoTIFF

GeoTIFF (→TIFF)

GIS

Geografisches Informationssystem

GLONASS Global Navigation Satellite System GML

Geography Markup Language

GPS

Global Positioning System

JPEG2000 JPEG2000 (→JPEG) JPIP

JPEG 2000 Interactive Protocol (→JPEG2000)

JSON

JavaScript Object Notation

KML

Keyhole Markup Language

LAN

Local Area Network


Quelltextverzeichnis

LBS

Location Based Service

VGI

LBSN

Location Based Social Network

Volunteered Geographical Information

WFS

Web Feature Service

WFS-T

Transaction WFS (→WFS)

MGRS

Military Grid Reference System

WGS84

World Geodetic System 1984

NAA

Newspaper Association of America

WLAN

Wireless Lan (→LAN)

OGC

Open Geospatial Consortium

WMS

Web Map Service

PGIS

Participatory GIS (→GIS)

WSDL

Webservice Description Language

POI

Point of Interest

XML

Extensible Markup Language

REST

Representational State Transfer Architecture

XMP

Extensible Metadata Platform

RFID

Radio Frequency Identification

RIA

Rich Internet Application

RPC

Remote Procedure Call

RSS

Real Simple Syndication

RSSI

Received Signal Strength Indicator

SCM

Supply Chain Management

SDI

Spatial Data Infrastructure

SOA

Service Oriented Architecture

TC211

Technical Commitee 211

TDDSG

Teledienstedatenschutzgesetz

TIFF

Tagged Image File Format

TMS

Tile Map Service

ToA

Time of Arrival

TDoA

Time Difference of Arrival

TKG

Telekommunikationsgesetz

UGC

User Generated Content

UbiComp

Ubiquitous Computing

UMTS

Universal Mobile Telecommunication System

URI

Universal Ressource Identifier

URL

Universal Ressource Locator

UTM

Universal Transverse Mercator

Das Geoweb  

Die Mastersthesis beschäftigt sich mit den aktuellen Entwicklungen und Trends der webbasierten Verarbeitung von geografisch kodierten multim...

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