Diplomarbeit Uwe Lamacz Konzept zum Aufbau einer Geodateninfrastruktur bei der Polizei Rheinland-Pfalz Diplom.de Uwe Lamacz Konzept zum Aufbau einer Geodateninfrastruktur bei der Polizei Rheinland-Pfalz ISBN: 978-3-8366-1391-0 Druck Diplomica® Verlag GmbH, Hamburg, 2008 Zugl. Technische Universität Darmstadt, Darmstadt, Deutschland, Diplomarbeit, 2005 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Die Informationen in diesem Werk wurden mit Sorgfalt erarbeitet. Dennoch können Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden, und die Diplomarbeiten Agentur, die Autoren oder Übersetzer übernehmen keine juristische Verantwortung oder irgendeine Haftung für evtl. verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Folgen. © Diplomica Verlag GmbH http://www.diplom.de, Hamburg 2008 Printed in Germany Abstract Abstract Die vorliegende Diplomarbeit hat das Konzept zum Aufbau einer Geodateninfrastruktur für die Polizei Rheinland-Pfalz zum Thema. Einzelne Ausbaustufen werden diskutiert, Handlungsempfehlungen gegeben und Rahmenbedingungen formuliert. Daneben werden Lösungsansätze für die raumbezogene polizeiliche Sachbearbeitung entwickelt. Durch die bestimmte Verwendung von raumbezogenen Daten in Topic Maps lassen sich neue Anwendungsgebiete der polizeilichen Sachbearbeitung erschließen. Weiterhin wird die Tauglichkeit des UMN MapServers als Kernkomponente in einem Web- GIS anhand von vier technischen Prototypen nachgewiesen. Diese Prototypen decken einen großen Teil von polizeilichen Aufgabenfeldern ab und zeigen gleichzeitig den breiten Funktionsumfang des UMN MapServers auf. Zur Hinführung auf die einzelnen Hauptthemen werden technische Grundlagen vermittelt und die Notwendigkeit für die Verwendung von Standards und Spezifikationen beim Einsatz von Geoinformationen aufgezeigt sowie ein Abriss über OpenSource Software gegeben. Konzept zum Aufbau einer Geodateninfrastruktur bei der Polizei Rheinland-Pfalz Seite ii Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Eidesstattliche Erklärung...........................................................................................................i Abstract......................................................................................................................................ii Inhaltsverzeichnis.....................................................................................................................iii Abbildungsverzeichnis..............................................................................................................vi 1 Einleitung...........................................................................................................................i 1.1 Problemstellung........................................................................................................1 1.2 Ziele der Diplomarbeit.............................................................................................2 1.3 Abgrenzung...............................................................................................................2 1.4 Aufbau und Gliederung...........................................................................................3 1.5 Anmerkungen...........................................................................................................4 2 technische Grundlagen.....................................................................................................5 2.1 Geoinformationssysteme..........................................................................................5 2.2 Geodaten...................................................................................................................6 2.2.1 Geobasisdaten.....................................................................................................7 2.2.2 Geofachdaten......................................................................................................7 2.2.3 Metadaten...........................................................................................................8 2.2.4 Geoobjekte.........................................................................................................9 2.2.5 Geometriedaten..................................................................................................9 2.2.6 Räumliche Bezugssysteme...............................................................................12 2.2.7 Modellierung von Geodaten.............................................................................14 2.3 GIS-Architekturen.................................................................................................17 2.3.1 Desktop-GIS.....................................................................................................17 2.3.2 Client / Server-GIS...........................................................................................18 2.3.3 Web-GIS...........................................................................................................18 2.3.4 mobiles GIS......................................................................................................19 2.4 Geodateninfrastrukturen.......................................................................................20 2.4.1 INSPIRE - Eine GDI für Europa......................................................................21 2.4.2 GDI-DE - Eine nationale Geodateninfrastruktur für Deutschland...................22 2.4.3 GDI-RP – Aufbau einer GDI in Rheinland-Pfalz............................................24 2.4.4 Verhältnis GIS - GDI.......................................................................................25 3 Standards, Interoperabilität und OpenSource...............................................................26 3.1 standardisierende Gremien...................................................................................26 3.1.1 ISO...................................................................................................................27 3.1.2 OGC.................................................................................................................28 3.1.3 AdV..................................................................................................................31 3.1.4 SAGA...............................................................................................................31 3.2 Interoperabilität durch Standards und Spezifikationen....................................34 3.2.1 Allgemeine IT-Standards.................................................................................35 3.2.2 OGC Web Services..........................................................................................37 3.2.3 Semantische Interoperabilität...........................................................................42 3.2.4 standardisierte Geobasisdaten..........................................................................50 3.3 OpenSource.............................................................................................................53 3.3.1 OpenSource GIS Software...............................................................................55 3.3.2 UMN MapServer..............................................................................................57 Konzept zum Aufbau einer Geodateninfrastruktur bei der Polizei Rheinland-Pfalz Seite iii Inhaltsverzeichnis 4 Geodaten bei der Polizei Rheinland-Pfalz......................................................................73 4.1 Polizei Rheinland-Pfalz..........................................................................................73 4.1.1 Infrastruktur......................................................................................................74 4.1.2 Anwendungen...................................................................................................74 4.1.3 Aufgaben der Polizei Rheinland-Pfalz.............................................................81 4.2 Lösungen für raumbezogene Sachbearbeitung...................................................82 4.2.1 Raumbezug mit Topic Maps............................................................................83 4.2.2 Landesraumdaten aus POLADIS.net...............................................................87 4.3 Geodateninfrastruktur der Polizei Rheinland-Pfalz...........................................88 4.3.1 Status quo.........................................................................................................89 4.3.2 Geoinformationssystem der Polizei Rheinland-Pfalz......................................90 4.3.3 GDI-PolRP.......................................................................................................91 4.3.4 Handlungsempfehlungen..................................................................................92 4.3.5 Rahmenbedingungen........................................................................................92 4.4 Realisierung............................................................................................................94 5 Implementierung.............................................................................................................95 5.1 Entwicklungsumgebung.........................................................................................97 5.1.1 ms4w – MapServer4Windows.........................................................................97 5.1.2 PostgreSQL / PostGIS......................................................................................97 5.2 Konvertierung und Aufbereitung der Geodaten...............................................100 5.2.1 EDBS2PostGIS..............................................................................................101 5.2.2 Aufbereitung und Import der amtlichen Hauskoordinaten............................104 5.2.3 Dekodierung der DOP....................................................................................105 5.2.4 Import der Fachdaten nach PostGIS...............................................................107 5.2.5 Zahlen der Konvertierung und Aufbereitung.................................................108 5.3 Realisierung der technischen Prototypen..........................................................109 5.3.1 Gemeinsame Eigenschaften der technischen Prototypen...............................111 5.3.2 PolGIS............................................................................................................123 5.3.3 PolGIS-E........................................................................................................124 5.3.4 PolGIS-K........................................................................................................126 5.3.5 PolGIS-OGC..................................................................................................129 5.4 Bewertungen.........................................................................................................133 5.4.1 Bewertung der Entwicklungsumgebung........................................................133 5.4.2 Bewertung der Geodaten................................................................................134 5.4.3 Bewertung der Prototypen..............................................................................134 6 Zusammenfassung und Ausblick..................................................................................137 6.1 Zusammenfassung................................................................................................137 6.2 Ausblick.................................................................................................................138 Konzept zum Aufbau einer Geodateninfrastruktur bei der Polizei Rheinland-Pfalz Seite iv Inhaltsverzeichnis A ms4w und PostgreSQL/PostGIS...................................................................................139 A.1 ms4w......................................................................................................................139 A.1.1 Installation......................................................................................................139 A.1.1 Chameleon 2.0................................................................................................140 A.1.2 MapLab 2.2....................................................................................................140 A.2 PostgreSQL / PostGIS..........................................................................................141 A.2.1 Anlegen der Datenbank polgis_db.................................................................141 A.2.2 Anlegen und Löschen einer Feature Tabelle..................................................141 A.2.3 Räumliche PostGIS Funktionen.....................................................................143 B Readme...........................................................................................................................146 B.1 Installation............................................................................................................146 B.2 Start.......................................................................................................................146 B.2.1 Webserver.......................................................................................................146 B.2.2 Datenbank.......................................................................................................146 B.2.3 PolGIS, PolGIS-E, PolGIS-K und PolGIS-OGC...........................................146 B.3 Anmerkungen.......................................................................................................146 Literaturverzeichnis...............................................................................................................147 Literaturquellen...............................................................................................................147 Internetquellen.................................................................................................................148 Abkürzungen.........................................................................................................................151 Konzept zum Aufbau einer Geodateninfrastruktur bei der Polizei Rheinland-Pfalz Seite v Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Vierkomponenten-Modelle EVAP und HSDA eines GIS......................................5 Abbildung 2: Geodaten [ikg].....................................................................................................6 Abbildung 3: Projektionsarten.................................................................................................12 Abbildung 4: beteiligte Komponenten und Aufbau des Web-GIS............................................19 Abbildung 5: Elemente der GDI-DE........................................................................................23 Abbildung 6: Übersicht der im Bereich GIS beteiligten Gremien...........................................27 Abbildung 7: Technology Development Process und die Arbeit des TOCG............................29 Abbildung 8: Viewpoints des SAGA Architekturmodells.........................................................32 Abbildung 9: Lebenszyklus von SAGA Standards....................................................................33 Abbildung 10: Interoperabilität: Schichten und Standards.....................................................34 Abbildung 11: TCP/IP- versus OSI-Referenzmodell [wiki-de]................................................35 Abbildung 12: Architektur einzelner OGC Web Services........................................................38 Abbildung 13: Aufbau einer Topic Map mit Verknüpfung zur Informationsebene..................44 Abbildung 14: Published Subjects für Menschen und Computer.............................................48 Abbildung 15: Bestandteile des ISO Standards 13250 Topic Maps........................................49 Abbildung 16: hierarchischer Aufbau des ATKIS-Objektartenkatalog...................................51 Abbildung 17: AAA-Referenzmodell........................................................................................52 Abbildung 18: Zusammenspiel von OpenSource GIS Software...............................................54 Abbildung 19: Interaktion der in deegree implementierten OWS............................................57 Abbildung 20: mapserv_42.exe -v............................................................................................58 Abbildung 21: Aufbau eines mapfiles.......................................................................................61 Abbildung 22: zulässige Projektionsformate im mapfile.........................................................63 Abbildung 23: verwendetes RGB-Farbmodell des UMN MapServers.....................................65 Abbildung 24: Unterschied zwischen Bitmap- und HTML-Legende.......................................66 Abbildung 25: Konstruktion von kartographischen Signaturen..............................................70 Abbildung 26: Intranet / Internet / Extranet............................................................................75 Abbildung 27: Softwarearchitektur RIVAR..............................................................................77 Abbildung 28: RIVAR – Portal für zentrale Verfahren............................................................78 Abbildung 29: Ereigniswürfel..................................................................................................82 Abbildung 30: Merging von Topic Maps.................................................................................85 Abbildung 31: Datenbank Schema für Topic Maps.................................................................86 Abbildung 32: Sequenzdiagramm für verteilten Zugriff auf DOP...........................................91 Abbildung 33: Grundsätzlicher Aufbau der technischen Prototypen......................................95 Abbildung 34: Arbeitsabläufe bei Installation und Aufbereitung Geodaten............................96 Abbildung 35: ATKIS Daten konvertieren in shapefile mit AvAtkis Professional................102 Abbildung 36: Datei shp2sql.bat............................................................................................104 Abbildung 37: VACUUM ANALYSE für die Feature Tabelle hn_mainz...............................105 Abbildung 38: Anzeige der Bildkataloge für die DVD 10 – 12 mittels qGIS.........................107 Abbildung 39: PolGIS – mittels polgis.html definierter Startbildschirm...............................111 Abbildung 40: Schematische Darstellung des GUI................................................................111 Abbildung 41: Layer Verkehrswege.......................................................................................114 Abbildung 42: Layer Strassennamen.....................................................................................114 Abbildung 43: Straßenname ohne und mit collect.................................................................115 Konzept zum Aufbau einer Geodateninfrastruktur bei der Polizei Rheinland-Pfalz Seite vi Abbildungsverzeichnis Abbildung 44: Zuschalten mehrerer Gruppen – Siedlung und Vegetation, Luftbilder, Verkehr, Beschriftung...........................................................................................................................116 Abbildung 45: PolGIS – Navigation – Zoom anhand von Luftbildern..................................118 Abbildung 46: PolGIS – Navigation – Anzeige / Suche.........................................................118 Abbildung 47: Textsuche in polgis.html und resultierender URL..........................................120 Abbildung 48: legend.html.....................................................................................................122 Abbildung 49: PolGIS – Abfrageergebnis zum Haus.............................................................122 Abbildung 50: PolGIS –Geobasisdaten ohne, mit überlagerten und ausschließlich Luftbilder ................................................................................................................................................123 Abbildung 51. PolGIS-E – Abfrageergebnis / Alarmierungsplan zu Haltestelle..................126 Abbildung 52: Layer GeoPolis...............................................................................................127 Abbildung 53: PolGIS-K – geopolis.html und resultierende Seite.........................................129 Abbildung 54: Nutzung von Geodaten über WMS.................................................................129 Abbildung 55: WMS - notwendige Angaben in polgis.map und polgis_ogc.map..................130 Abbildung 56: PolGIS-OGC – Kartenausschnitt nach WMS Request GetMap.....................132 Abbildung 57: Auf polgis.map basiertes mit GMapFactory erstelltes Applet.......................140 Abbildung 58: Anzeige der Funktionen in pgAdminIII..........................................................143 Abbildung 59: Abfrageergebnis mit length............................................................................144 Abbildung 60: Abfrageergebnis mit distance.........................................................................144 Abbildung 61: Abfrageergebnis mit perimeter.......................................................................145 Abbildung 62: Abfrageergebnis mit touches..........................................................................145 Konzept zum Aufbau einer Geodateninfrastruktur bei der Polizei Rheinland-Pfalz Seite vii Kapitel 1 Einleitung 1 Einleitung Zur Erfüllung ihrer Aufgaben erhebt, verarbeitet und speichert die Polizei Rheinland-Pfalz eine Vielzahl von Daten. Diese enthalten neben den Angaben zu Delikten, Personen und Zeit auch Informationen mit Raumbezug. Zusätzlich zur textuellen Nutzung bei der Auswertung und Analyse besteht der Bedarf nach der Visualisierung dieser Daten. Die bestehenden Anwendungen bei der Polizei Rheinland-Pfalz unterstützen diese Anforderung nur unzureichend. Geodateninfrastrukturen werden auf verschiedenen internationalen und nationalen Ebenen von der öffentlichen Verwaltung als wichtiger Bestandteil des eGovernments konzipiert. Mittels internetbasierter Dienste können in Geodateninfrastrukturen unterschiedliche Informationen mit räumlichem Bezug über System- und Programmgrenzen hinweg Anwendern zeitnah präsentiert werden. Die hierzu notwendige Interoperabilität für den vernetzten Zugang zu verteilten Geodaten wird durch den konsequenten Einsatz von Standards und Spezifikationen erreicht. Das Open Geospatial Consortium entwickelt offene und erweiterbare Schnittstellen für Geoinformationssysteme in Form von Spezifikationen. Viele dieser Spezifikationen wurden mit OpenSource Software realisiert. Als eine der bedeutendsten Anwendungen ist der UMN MapServer zu nennen. Als Basiskomponente zur Kartenerzeugung in einem internetbasierten Geoinformationssystem nimmt er eine zentrale Rolle ein. Ebenfalls ist sein Einsatz in einer Geodateninfrastruktur auf Grund der nach- gewiesenen Konformität zu den Spezifikationen des Open Geospatial Consortiums möglich. Diese Diplomarbeit soll einen Beitrag zum Aufbau einer Geodateninfrastruktur bei der Polizei Rheinland-Pfalz leisten. In den nachfolgenden Unterkapiteln werden die bestehende Problem- stellung erläutert und die daraus resultierenden Ziele abgeleitet. Die Beschreibung des Aufbaus und der Gliederung der Diplomarbeit sowie allgemeine An- merkungen schließen das Kapitel ab. 1.1 Problemstellung Innerhalb der Polizei Rheinland-Pfalz existiert kein umfassender Überblick über Geodaten, Geoinformationssysteme oder Geodateninfrastrukturen. Es sind weder die begleitenden Aspekte wie Standards, Spezifikationen und Interoperabilität in Bezug auf Geoinformationen in den Fokus der politischen Entscheidungsträger gerückt, noch ist die Interdependenz der Konzept zum Aufbau einer Geodateninfrastruktur bei der Polizei Rheinland-Pfalz Seite 1 / 153