Difference between revisions of "GIS-Funktionalitäten für SESAM Sammlungsdaten"

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= Einsatz von GIS-Funktionalitäten im Sammlungsbereich =
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== Entwicklung von neuen Erfassungstechniken und Optimierung bestehender Verfahren im GIS-Breich<br/> ==
  
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Senckenberg entwickelt im Bereich GIS Funktionen, die speziell für den Sammlungsbereich angepasst sind. Nachfolgend werden die hierzu aufgebaute GIS-Infrastruktur beschrieben sowie die Nutzungsmöglichkeiten aufgezeigt.
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Aufgabe im GBIF_DE-Projekt war es, innovative Verfahren im Bereich reverse Georeferenzierung und automatisierte Unterstützung bei der geografischen Verschlagwortung zu entwickeln. Die entwickel­ten Verfahren helfen bei der Qualitätssicherung und beschleunigen den Digitalisierungsvorgang bei Sammlungen. Als Client-Applikation können sich Datenbanken anschließen, um die Hierarchie der Geo-Objekte zu übernehmen und Punktkoordinaten zuzuordnen.
  
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==Aufbau der GIS-Infrastruktur==
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=== Der methodische Ansatz ===
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Bei bekannten Koordinaten eines Punkts kann man die Bezeichnungen der Fläche, in dem sich der Punkt befindet, durch eine Verschneidung von den Geoobjekt Punkt mit dem Geoobjekt Fläche (Polygon) ermitteln. Datengrundlage sind hierfür Polygone, die zum einem Flächen im admini­stra­tiven Bereich repräsentieren sowie Meeresgebietseinteilungen der IHO. Ebenso kann man Geo­objekte ermitteln, die in der Nähe des Punktes liegen (z.&nbsp;B. Nähe zu Flüssen und Riffen). Um die reverse Georeferenzierung technisch umzusetzen, benötigt man eine GIS-Infrastruktur, ein Geoobjekte Repository und einen Webservice.
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=== Aufbau der GIS-Infrastruktur ===
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Technische Voraussetzung für dieses Projekt war der Aufbau einer GIS-Infrastruktur. Die aufgebaute GIS-Infrastruktur setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen. Es wurde darauf geachtet, dass ausschließlich Open Source-Produkte eingesetzt werden. Somit kann diese GIS-Installation auch an andere Institute weitergegeben werden, ohne Lizenzkosten zu erzeugen.
  
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Die aufgebaute GIS-Infrastruktur setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen. Es wurde darauf geachtet, dass ausschließlich Open Source-Produkte eingesetzt werden. Somit kann diese GIS-Installation auch an andere Institute weitergegeben werden, ohne Lizenzkosten zu erzeugen.
 
 
Folgende Applikationen wurden aufgesetzt:
 
Folgende Applikationen wurden aufgesetzt:
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* Datenbank: Implementiert wurde die Datenbankengine PostgreSQL mit der GIS-Erweiterung PostGIS. PostgreSQL zählt zu den leistungsfähigsten Datenbank-Engines, wenn es sich um räumliche Daten handelt.
 
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* Kartenserver: Mit UMN Mapserver und Geoserver wurden die quasi Standardserver im Open Source Bereich implementiert.
 
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*Webserver: Für die Erstellung eines webbasierten GIS-Client wurde ein Open Source Framework verwendet.
 
  
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Bei der Architektur wurde streng darauf geachtet, dass die OGC-Spezifikationen eingehalten wurden. Obwohl die Programmiererstelle erst im Juli 2011 besetzt werden konnte, wurde diese GIS-Infrastruktur in der oben beschriebenen Server-Infrastruktur komplett umgesetzt. Die nachfolgende Abbildung zeigt schematisch den Aufbau sowie die drei Nutzungsmöglichkeiten:
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*Datenbank: Datenbank-Engine PostgreSQL mit der GIS-Erweiterung PostGIS
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[[Image: Abbildungen_GIS_Infrastruktur.png]]
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*Kartenserver: UMN Mapserver, Geoserver
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==Polygon-Repository==
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*WebGIS Client: Mapbender 3 und OpenLayers
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Bei der Architektur wurde streng darauf geachtet, dass die OGC-Spezifikationen (Open Geospatial Consortium) eingehalten wurden.
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Die nachfolgende Abbildung zeigt die aufgebaute GIS-Infrastruktur, die damit erstellbaren Anwendungen und die Kommunikation zwischen den Systemen.
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&#x5B;&#x5B;File:&#x5D;&#x5D;
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Abb. 3-18: GIS-Infrastruktur und Anwendungsmöglichkeit;<br/>Interaktionspfeile: Grün - Anfrage (request), Blau- Ergebnis (response)
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=== Aufbau eines Geoobjekte-Repository ===
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Folgende Geoobjekte wurden in das Repository importiert:
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'''Art der Klassifikation'''
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'''Beschreibung'''
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'''Anzahl Geoobjekte'''
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'''Administrative&nbsp; weltweit'''
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Grundlage: [http://www.gadm.org/home GADM (Database of Global Administrative Areas] [http://www.gadm.org http://www.gadm.org]); Pro Land bis zu vier Hierarchie-Ebenen
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210.000
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'''Ozeane und Meere weltweit'''
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Grundlage: IHO (International Hydrographic Organization )
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([http://iho.int/iho_pubs/IHO-Catalogue.htm http://iho.int/iho_pubs/IHO-Catalogue.htm], S-23)
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'''Undersea feature names'''
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Grundlage: IHO-IOC GEBCO Gazetteer of Undersea Feature Names, [http://www.gebco.net www.gebco.net]
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'''Verwaltungseinheiten Deutschland'''
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Grundlage: Bundesamt für Kartografie und Geodäsie (Open Data); bis auf die Gemeinde-Ebene
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'''Flussabschnitte Deutschland'''
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Grundlage: Umweltbundesamt ([http://www.umweltbundesamt.de http://www.umweltbundesamt.de])
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'''Geoobjekte insgesamt:'''
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'''267.600'''
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=== Genereller Aufbau des geografischen Webservices ===
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Der Webservice reverse-georeferencing agiert als Interface zwischen einem abfragenden System (Client-Seite) und der Datenbank mit dem Geografie-Repository (webservice). Die Applikation wurde in Java programmiert und wird über den Tomcat Servlet container nach außen hin zur Verfügung gestellt.
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&#x5B;&#x5B;File:&#x5D;&#x5D;
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Abb. 3-19: Schematische Darstellung der Technik des Webservice mit Kommunikationswegen und eingesetzten Open Source-Produkten.
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&nbsp;'''Nutzung des geografischen Webservices'''
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&nbsp;Der Webservice ist &nbsp;öffentlich zugänglich und kann dann über folgende URL aufgerufen werden
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&nbsp;[http://webservice.senckenberg.de:8080/reverse-georeferencing/Suchformulierung http://webservice.senckenberg.de:8080/reverse-georeferencing/<i>Suchformulierung</i>]
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&nbsp;Zum besseren Verständnis von Webservices und deren Nutzungsmöglichkeiten wurde eine Webapplikation erstellt, die auf den reverse-georeferencing Webservice zugreift und das Ergebnis der Abfrage darstellt. Anhand dieser Applikationen können andere Institute den Webservice in ihre eigenen Applikationen einbauen. Dieser beispielhafte Client kann als Webapplikation unter folgender URL aufgerufen werden:
  
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Voraussetzung für die Umsetzung dieses GIS-Projekts war die Erstellung eines umfangreichen Polygon-Repositories. Polygone beschreiben Flächen in einem Vektorformat. Notwendig sind diese Polygone für eine reverse-Georeferenzierung. Darunter versteht man die Zuordnung von Punkten (Koordinaten) zu den Flächen, in denen sich der Punkt befindet. Praktisch kann diese Funktion eingesetzt werden, um eine automatisierte geografische Indexierung zu erreichen. Administrative Einheiten, meereskundliche Einteilungen, biogeographischen Zonen oder naturräumlichen Flächen können den Koordinaten zugeordnet werden. Ein weiterer Anwendungsfall für Polygone ist die Erzeugung von thematischen Karten.
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&nbsp;[http://webservice.senckenberg.de:8080/reverse-georeferencing-client http://webservice.senckenberg.de:8080/reverse-georeferencing-client]
  
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==Nutzung der GIS-Infrastruktur==
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&nbsp;&#x5B;&#x5B;File:&#x5D;&#x5D;
  
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Diese GIS-Infrastruktur stellt für drei unterschiedliche Anforderungen GIS-Dienste zur Verfügung.
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Abb. 3-20: Webbasierte Client-Applikation (Screenshot)
  
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===RESTful Geo Web Services===
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Dieser Webservice bietet die Möglichkeit, anhand einer übergebenen Koordinate (long/lat) hierarchische Ortsinformationen zu diesem Punkt zu liefern. Zur Funktionsweise:
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Auf dieser Website ist auch die komplette Beschreibung des Webservice dokumentiert. Die im Hintergrund abgefragten Klassifikationen werden angezeigt. Technisch kann man folgendes sehen:
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Zugriff/Aufruf: Der Webservice kann direkt über einen Webbrowser oder über einen eigenen Webservice Client, der in eigenen Applikationen eingebunden sein kann, aufgerufen werden. In der Adresszeile wird die Adresse des Webservice gefolgt von den Koordinaten (long/lat) eingegeben:
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Rückgabe: Der Webservice liefert als Ergebnis einer Anfrage ein XML-Dokument mit den gefundenen Geoobjekten (Polygone) zurück. Dieser Webserice ist noch in der Testphase und kann noch nicht abgerufen werden.
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Dieses gelieferte XML-Dokument kann in anderen Applikationen (z. B. Sammlungsdatenbanken) weiterverarbeitet werden. Das Schema dieses XML-Dokuments kann weiteren Anforderungen leicht angepasst werden. Dieser Webservice kann von GBIF-D benutzt werden. Funktional ist dieser Webservice umgesetzt.
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*Zusammensetzung der URL mit der Suchanfrage<br/>(z. B. [http://webservice.senckenberg.de:8080/reverse-georeferencing/findByCoordinates?lon=9&lat=49.7&intersection=2&nearest-intersection http://webservice.senckenberg.de:8080/reverse-georeferencing/findByCoordinates?lon=9&amp;lat=49.7&amp;intersection=2&amp;nearest-intersection])
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*Zurückgelieferte XML-Datei
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*Technische Beschreibung des Webservice: WADL (Web Application Description Language)
  
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===Kartendienst===
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=== weitere Nutzungsmöglichkeiten der GIS-Infrastruktur ===
  
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Durch die OGC-konforme Umsetzung können aus den Polygonen thematische Kartendienste für andere Institute zur Verfügung gestellt werden. Benutzt wird der standardisierte Webservice WMS. Die an GBIF-D beteiligten Institute können diese Kartendienste in eigene GIS-Anwendungen integrieren (als Layer). Diese Layer können je nach Anforderung erzeugt werden.
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&nbsp;'''Kartendienst: '''Durch die OGC-konforme Umsetzung können aus dem Geoobjekte-Repository thematische Kartendienste für andere Institute zur Verfügung gestellt werden. Benutzt wird der standardisierte Webservice WMS. Diese Layer können je nach Anforderung erzeugt werden.
  
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===Webbasierter GIS-Client===
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&nbsp;'''Webbasierter GIS-Client: '''Entwickelt wurde ein webbasierter GIS-Client auf Basis von Mapbender 3. Hiermit können Sammlungsdaten visualisiert werden.&nbsp; Funktionen wie Einbinden von Layern, Zoomen, Bearbeiten von Karten sind vorhanden.
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Entwickelt wurde ein webbasierten GIS-Client. Dieser Client. Funktionen wie Einbinden von Layern, Zoomen, Bearbeiten von Karten sind vorhanden. Dieses GIS-Modul ist sowohl als stand alone-Applikation als auch zur Einbindung in einem Portal geeignet. Es steht der GBIF-Community frei zur Verfügung.
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Revision as of 10:04, 23 June 2014

Entwicklung von neuen Erfassungstechniken und Optimierung bestehender Verfahren im GIS-Breich

Aufgabe im GBIF_DE-Projekt war es, innovative Verfahren im Bereich reverse Georeferenzierung und automatisierte Unterstützung bei der geografischen Verschlagwortung zu entwickeln. Die entwickel­ten Verfahren helfen bei der Qualitätssicherung und beschleunigen den Digitalisierungsvorgang bei Sammlungen. Als Client-Applikation können sich Datenbanken anschließen, um die Hierarchie der Geo-Objekte zu übernehmen und Punktkoordinaten zuzuordnen.

Der methodische Ansatz

Bei bekannten Koordinaten eines Punkts kann man die Bezeichnungen der Fläche, in dem sich der Punkt befindet, durch eine Verschneidung von den Geoobjekt Punkt mit dem Geoobjekt Fläche (Polygon) ermitteln. Datengrundlage sind hierfür Polygone, die zum einem Flächen im admini­stra­tiven Bereich repräsentieren sowie Meeresgebietseinteilungen der IHO. Ebenso kann man Geo­objekte ermitteln, die in der Nähe des Punktes liegen (z. B. Nähe zu Flüssen und Riffen). Um die reverse Georeferenzierung technisch umzusetzen, benötigt man eine GIS-Infrastruktur, ein Geoobjekte Repository und einen Webservice.

Aufbau der GIS-Infrastruktur

Technische Voraussetzung für dieses Projekt war der Aufbau einer GIS-Infrastruktur. Die aufgebaute GIS-Infrastruktur setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen. Es wurde darauf geachtet, dass ausschließlich Open Source-Produkte eingesetzt werden. Somit kann diese GIS-Installation auch an andere Institute weitergegeben werden, ohne Lizenzkosten zu erzeugen.

Folgende Applikationen wurden aufgesetzt:

  • Datenbank: Datenbank-Engine PostgreSQL mit der GIS-Erweiterung PostGIS
  • Kartenserver: UMN Mapserver, Geoserver
  • WebGIS Client: Mapbender 3 und OpenLayers

Bei der Architektur wurde streng darauf geachtet, dass die OGC-Spezifikationen (Open Geospatial Consortium) eingehalten wurden.

Die nachfolgende Abbildung zeigt die aufgebaute GIS-Infrastruktur, die damit erstellbaren Anwendungen und die Kommunikation zwischen den Systemen.

 

[[File:]]

Abb. 3-18: GIS-Infrastruktur und Anwendungsmöglichkeit;
Interaktionspfeile: Grün - Anfrage (request), Blau- Ergebnis (response)

Aufbau eines Geoobjekte-Repository

Folgende Geoobjekte wurden in das Repository importiert:

Art der Klassifikation

Beschreibung

Anzahl Geoobjekte

Administrative  weltweit

Grundlage: GADM (Database of Global Administrative Areas http://www.gadm.org); Pro Land bis zu vier Hierarchie-Ebenen

210.000

Ozeane und Meere weltweit

Grundlage: IHO (International Hydrographic Organization )

(http://iho.int/iho_pubs/IHO-Catalogue.htm, S-23)

100

Undersea feature names

Grundlage: IHO-IOC GEBCO Gazetteer of Undersea Feature Names, www.gebco.net

3.500

Verwaltungseinheiten Deutschland

Grundlage: Bundesamt für Kartografie und Geodäsie (Open Data); bis auf die Gemeinde-Ebene

16.000

Flussabschnitte Deutschland

Grundlage: Umweltbundesamt (http://www.umweltbundesamt.de)

38.000

 

Geoobjekte insgesamt:

267.600

 

Genereller Aufbau des geografischen Webservices

Der Webservice reverse-georeferencing agiert als Interface zwischen einem abfragenden System (Client-Seite) und der Datenbank mit dem Geografie-Repository (webservice). Die Applikation wurde in Java programmiert und wird über den Tomcat Servlet container nach außen hin zur Verfügung gestellt.

 

[[File:]]

Abb. 3-19: Schematische Darstellung der Technik des Webservice mit Kommunikationswegen und eingesetzten Open Source-Produkten.

 Nutzung des geografischen Webservices

 Der Webservice ist  öffentlich zugänglich und kann dann über folgende URL aufgerufen werden

 http://webservice.senckenberg.de:8080/reverse-georeferencing/Suchformulierung

 Zum besseren Verständnis von Webservices und deren Nutzungsmöglichkeiten wurde eine Webapplikation erstellt, die auf den reverse-georeferencing Webservice zugreift und das Ergebnis der Abfrage darstellt. Anhand dieser Applikationen können andere Institute den Webservice in ihre eigenen Applikationen einbauen. Dieser beispielhafte Client kann als Webapplikation unter folgender URL aufgerufen werden:

 http://webservice.senckenberg.de:8080/reverse-georeferencing-client

 [[File:]]

Abb. 3-20: Webbasierte Client-Applikation (Screenshot)

 

Auf dieser Website ist auch die komplette Beschreibung des Webservice dokumentiert. Die im Hintergrund abgefragten Klassifikationen werden angezeigt. Technisch kann man folgendes sehen:

weitere Nutzungsmöglichkeiten der GIS-Infrastruktur

 Kartendienst: Durch die OGC-konforme Umsetzung können aus dem Geoobjekte-Repository thematische Kartendienste für andere Institute zur Verfügung gestellt werden. Benutzt wird der standardisierte Webservice WMS. Diese Layer können je nach Anforderung erzeugt werden.

 Webbasierter GIS-Client: Entwickelt wurde ein webbasierter GIS-Client auf Basis von Mapbender 3. Hiermit können Sammlungsdaten visualisiert werden.  Funktionen wie Einbinden von Layern, Zoomen, Bearbeiten von Karten sind vorhanden.


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