WebGISServer fr kleine und mittelgroe Kommunen

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Web-GIS-Server für kleine und mittelgroße
Kommunen
Integration kommunaler Daten ins
Web-GIS Erfahrungen mit freier Software in einem
kommunalen Rechenzentrum

• Dipl.-Ing. Frank Jäger
• März 2007

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Inhalt

• Vorstellung
• Ausgangssituation und Ziele für das Projekt
  Mapserver
• GIS-Basiswissen
• Formate (Raster, Vektor)
• Was ist ein WMS?
• Komponenten unserer GDI
• Software
• Abläufe Web-Map-Service
• Daten
• Woher?
• Aufbereitung für Web-GIS, Konvertierung in
  Datenbanken
• Ansichten von Kartendiensten, Legenden, Auskunft

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Vorstellung KRZ
Vorstellung

• KRZ Kommunales Rechenzentrum Minden-Ravensberg/L
  ippe
• Kommunaler Zweckverband(seit 1977)
• IT-Dienstleister für Kommunalverwaltungenund
  kommunale Einrichtungen
• ca. 7.000 IT-Arbeitsplätze im Verbandsgebiet
• Über 140 Mitarbeiter(Innen)
• In Ost-Westfalen/Lippe, Lemgo

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Kunden des KRZ
Vorstellung

• Verbandsmitglieder
• 3 Kreise,
• 35 Städte und Gemeinden
• ca. 1.000.000 Einwohner
• Eigenbetriebe, Werke
• gemeinnützige Vereine und Gesellschaften
• Kommunale Dienstleistungen infünf Bundesländern

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Vorstellung Referent
Vorstellung

• Frank Jäger, Dipl.-Ing (FH) Vermessung
• Seit 1985 im KRZ
• Zunächst Zentralrechner (COBOL, FORTRAN, IMS-DB)
• Vermessungstechnische Verfahren (KIV, KATRIN,
  Vermessungsregister)
• Liegenschaftskataster (BEDV, ALB,
  ALK/ATKIS-Datenbankteil)
• Entwicklung PC (Windows), hauptsächlich Konverter
• ALB-Format WLDGE, Programm ALB-Info
  http//gis.krz.de/alb/
• ALK-Format EDBS, Programm EDBS-Tool
  http//gis.krz.de/alk/
• ALK-Format EDBS, Konverter EDBS2WKT
  http//gis.krz.de/alk/edbs2wkt/
• Facility Management
• Administrator KRZ-Mapserver für mehrere Städte
  und Gemeinden

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Ausgangssituation
Vorstellung

• Projekt Mapserver
• Desktop-GIS
• SICAD SD in vielen Kommunen vorhanden
• Anbindung von Fachverfahren an SICAD SD
• In kleinen Kommunen nur 1 oder 2 Arbeitsplätze
  mit GIS
• Kreisverwaltungen und einige große Städte haben
  bereitseigene Web-GIS-Systeme
• Abhängig von ausgebildetem Fachpersonal
• Detmold
• Minden
• Bad Salzuflen
• Benötigt wurde eine zentrale Web-GIS-Lösung für
  solche Städte und Gemeinden, die kein eigenes
  Fachpersonal für diese Aufgabe haben.

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Zielgruppe für Mapserver
Vorstellung

• GIS-Pyramide
• Sehr wenig Datenproduzenten
• Desktop-GIS, CAD, ALK-GIAP
• Wenige, die Daten aktiv analysieren
• Verschneidungen
• Aufbereitung thematischer Karten
• Desktop-GIS
• Viele potentielle Nutzer
• Karten aufrufen und betrachten
• Verschiedene Karten miteinander kombinieren
• Zusammen führen von Informationen
• Web-GIS
• Für diese Nutzergruppe stand nur in den großen
  Kommunen ein Mapserver zur Verfügung

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Statistik Verbandsgebiet KRZ
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Kunden KRZ-Mapserver
Vorstellung

• Stadt Löhne
• 43.000 EW
• Gem. Kirchlengern
• 17.000 EW
• Stadt Bünde
• 48.000 EW
• Gem. Rödinghausen
• 11.000 EW
• Stadt PreussischOldendorf
• 14.000 EW
• Gem. Hiddenhausen
• 21.000 EW
• neu / im Aufbau

Stand März 2007
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Internet?
Vorstellung

• primäres Ziel
• vorhandene Daten an allen Arbeitsplätzen zur
  Verfügung stellen
• Mapserver bisher nur im Extranet
• Später
• Anwendungen für den Bürger
• Internet
• Deshalb (noch) keine Live-Demo möglich.

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Teil 2

• GIS-Basiswissen
• Formate
• Rasterdaten
• Vektordaten
• Was ist ein WMS?

• Vorstellung
• GIS-Basiswissen
• GDI / Software
• Daten

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Datenformate
GIS - Basiswissen

• Rasterdaten
• Aus Pixeln zusammengesetzte dumme Bilder
• Kein Objektbezug
• Vektordaten
• strukturierte Zeichenelemente (Linien, Flächen,
  Symbole, Texte)
• Objektbezug
• Fachdaten
• In der Karte nicht dargestellte weitere
  Informationen
• durch Objektverknüpfung abrufbar

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Vektorformat
GIS - Basiswissen

• Geometrie aus Datenbank oder Shape-Datei
• Auswahl der darzustellenden Objekte möglich
  (Filter)
• Sortierung nach Layern möglich (fachli. Ebenen)
• Rendering notwendig (Zeichnen des Bildes)
• Variationen der Darstellung möglich (? MAP)
• Transparenz möglich (? WMS)
• Identifizierung von Objekten möglich (? WFS)
• Verschneidungen möglich
• Grundelemente (? OGC) Flächen, Linien, Punkte
  (Symbole), Texte

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Rasterformat
GIS - Basiswissen

• Beispiel Luftbild, gescannte Karten
• muss georeferenziert sein(Koordinaten der
  Eckpunkte)
• fertiges Bild, nur eine Ebene (Layer)
• verschiedene Darstellungen nicht möglich
• Aufbereitung für einen Zielmaßstab
• Vergrößern nicht sinnvoll (Pixel)
• Aufbereitung Zusammenfügen, Verkleinern
• Probleme keine Transparenz, Datenmenge
• Datenorganisation in Kacheln

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Basiswissen Dienste
GIS - Basiswissen

• WMS
• Web Map Service
• Liefert Bilder (Karten) GetMap
• Liefert Informationen (Metadaten) -
  GetCapabilities
• Liefert Legende
• WFS
• Web Feature Service
• Liefert strukturierte Daten, Geometrien (XML,
  GML)
• Kann auch Daten speichern (WFS-T)
• OGC http//www.opengeospatial.org/

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WMS GetMap Beispiel Raster
GIS - Basiswissen

• http//www.geoserver.nrw.de/GeoOgcWms1.3/servlet/
  NRW500?REQUESTGetMapVERSION1.1.0LAYERSRaster
  UEK500UEK500SRSEPSG31466BBOX2560000,5660000,
  2574200,5674200FORMATimage/pngWIDTH200HEIGHT
  200TRANSPARENTTRUESTYLES
• Request mit Parametern
• Basis-URL
• GetMap, Version
• LAYER (Ebenen)
• SRS (Koodinatensystem EPSG)
• BBOX (Koordinatenbereich)
• FORMAT (Bildformat PNG, GIF, JPEG)
• WIDTH / HEIGHT (Größe in Pixeln)
• Aufbereitung der Parameter ist Aufgabe des
  WMS-Client

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WMS GetMap-Beispiel ALK (Vektor)
GIS - Basiswissen
http//mapserver.krz.de/cgi-bin/mapserv?map/data/
umn/alk210/alk03.mapVERSION1.1.1REQUESTGetMap
SERVICEWMSLAYERSALKSTYLESSRSEPSG31467BBO
X3471601.597089947,5785161.508201058,3471721.7029
100526,5785259.391798942WIDTH454HEIGHT370FORM
ATimage/pngBGCOLOR0xffffffTRANSPARENTTRUEEXC
EPTIONSapplication/vnd.ogc.se_inimage
PNG-Datei. 454 x 370 Pixel mit
Transparenz ALK-Daten aus Bünde
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Vorteile WMS

• Verteilte Architektur
• Daten bleiben beim Erzeuger
• Keine Sekundärbestände notwendig
• Lastverteilung
• Kombination von Daten verschiedener Anbieter im
  Client

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Teil 3

• Komponenten unserer GDI
• Software
• Mapbender
• WMS-Client
• Abläufe Mapbender - WMS
• Einrichtung
• Benutzung
• Drucken

• Vorstellung
• GIS-Basiswissen
• GDI / Software
• Daten

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Software
GDI / Software

• Freie Software (Open Source Software)
• Server-Betriebssystem Linux (Debian Sarge)
• Web-Server Apache
• WMS (UMN-) MapServer 4.6
• WMS-Client Mapbender 2.4
• Spatial-Datenbank PostgreSQL / PostGIS
• Konverter EDBS2WKT, ALB-Info
• ... und viele Helfer im Hintergrund
• GDAL, OGR, PHP, Bibliotheken für jpeg, png,
  tiff, ...

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Verarbeitungsschritte WMS GetMap-Request (Vektor)
GIS - Basiswissen
Client / Browser / Mapbender
Webserver HTTP// (Apache)
Web Map Service (UMN-Mapserver)
Rendering
Geometrie-Service (PostGIS-Datenbank)
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Was macht der Mapbender?
GDI / Software

• Der Mapbender macht Web Map Services (WMS)
  verfügbar
• Er ermöglicht die Gestaltung von
  Anwenderschnittstellen ? GUI
• Er hat eine Benutzerverwaltung
• Er hat Administrations-Werkzeuge
• Er stellt Funktionen für die Arbeit mit WMS zur
  Verfügung
• Beispiel Mehrere WMS stellen je ein Kartenbild
  zur Verfügung.Um diese WMS zu kombinieren je WMS
  ein Bild angefordert werden.Die erhaltenen
  Bilder müssen miteinander kombiniert werden.
• Transparenz vorausgesetzt
• WMS-Client ? ? ?

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Ablauf WMS Administration
GDI / Software
DB
MapbenderClient
MapbenderServer
Admin
WMS-DatenSpeichern
GetCapabilities ?
XML !
Der Mapbender-Server greift auf dem WMS zu.
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Ablauf WMS Benutzung
GDI / Software
PHP
DB
MapbenderClient
MapbenderServer
Lesen WMS-Daten
Benutzer
JAVA
GetMap ?
Bild !
Die größte Menge an Daten fließt zwischen dem
Client und dem WMS-Server Der Mapbender-Server
wird erst wieder benötigt, wenn eine neue GUI
geladen wird.
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Ablauf WMS Druck
GDI / Software
DB
MapbenderClient
MapbenderServer
PDF
Beim Drucken ist die Datenmenge um ein VIELFACHES
größer. 4 fache Auflösung undDIN-A4, A3, A2
statt Bildschirm Der MB-Server greift auf den WMS
zu. Der Client bekommt EINE PDF-Datei, die alle
WMS-Bilder enthält und einen Rahmen.
GetMap ?
Bild !
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Teil 4

• Daten
• Woher?
• Aufbereitung für Web-GIS, z.B. Konvertierung in
  Datenbanken
• Ansichten von Kartendiensten, Legenden, Auskunft

• Vorstellung
• GIS-Basiswissen
• GDI / Software
• Daten

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Daten
Daten

• Woher?
• Kommunale Daten
• Importierte Daten (Land)
• Daten aus KRZ-Eigenentwicklungen des KRZ
• ARLIS (Kanal)
• KomSIS (Straßen)
• Liegenschaftskataster
• ALK Automatisierte Liegenschafts-Karte
• ALB Automatisiertes Liegenschafts-Buchwerk
• GISMA2GIS (NKF, kommunales Grundvermögen)

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Kommunale Daten
Daten

• Bebauungspläne
• Rasterdaten
• Scannen und geo-referenzieren
• Problem Ränder, Transparenzen
• textliche Festsetzungen
• Zukunft XPlanung
• Shape
• Vektordaten
• z.B. Schulbezirke
• Umweltdaten
• Infrastrukturdaten

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Bebauungsplan Übersicht
Daten
30
Bebauungsplan
Daten
31
Umweltdaten 1
Daten

• vorgefundene Datenbestände
• Für den Mapserver aufbereitet

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Umweltdaten 2
Daten

• Abfragbare Daten

Legende
Karte
Auskunft
33
Schulbezirke
Daten

• Shape

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Infrastruktur 1
Daten

• Symbole erfasst bzw. importiert
• Georeferenzierung
• Symbole abfragbar

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Infrastruktur 2
Daten

• Linien aus Shape
• Symbole abfragbar

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Importierte Daten
Daten

• Topografische Karten TK 50 / 25
• DTK 10
• DGK 5 - Grundkarte
• Luftbilder (Orthofotos)
• Z.B. vom Land NRW
• Befliegungen der Kreise

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Topografische Karten
Daten

• TK50
• TK25
• Zur Übersicht und Orientierung
• Beim Start
• Kleiner Zoombereich

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DTK10
Daten

• Ähnlich Stadtplan
• Maßstab 11000 110.000
• Dienst des Landes

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DGK5
Daten

• Deutsche Grundkarte 1 5.000
• Ersatz für ALK
• Maßstab 12.000 1 5.000

DGK5 und Straßendaten
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Orthofotos (Luftbilder)
Daten

• Sehr beliebt
• Verschiedene Qualitäten
• Auflösung
• Großer Maßstabsbereich
• ca. 1 200 1 10.000
• Problem
• Datenmenge
• Bei großem Maßstabsbereich

Museum MARTa in Herford
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Orthofotos Maßstäbe
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Orthofotos als Basis
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Aufbereitung Luftbilder 1

• Beispiel Tiefbefliegung Kreis Herford
• Lieferung
• Je 1 x 1 KM
• sehr große TIFF-Bilder
• Ca. 180 MByte je Bild
• Georeferenzierung TFW-Datei zu jedem einzelnen
  TIFF
• Farbtiefe 16 Mio. Farben
• 1. Schritt Reduzierung der Farbtiefe
• z.B. Programm IrfanView (Windows)
• Batch-Funktion, 256 Farben
• Ergebnis ca. 60 MByte je Bild

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Aufbereitung Luftbilder 2

• 2. Schritt Innere Pyramide der Auflösung
• Programm gdal
• Kommando gdaladdo
• Verkleinerte Versionen des Bildes werden an den
  Datei-Anfang gestellt
• Mehrere Stufen 2 4 8 16
• Das erspart es, mehrere Versionen der Bilder für
  verschiedene Zielmaßstäbe vorzuhalten
• Während der Benutzung braucht für kleine Maßstäbe
  nur der Datei-Anfang gelesen werden.
• Dateigröße erhöht sich (von 60) auf ca. 80 MByte

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Aufbereitung Luftbilder 3

• Kachelbildung
• Einbindung in ein Gitter
• Programm gdal
• Kommando gdaltindex
• Ergebnis Shape-Datei
• Diese Shape-Datei kann in die Map-Datei
  eingetragen werden.
• Das erspart es, jedes TIFF-Bild einzeln dort zu
  definieren.

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vorhandene Eigenentwicklungen
Daten

• Verfahren im technischen Bereich und bei NKF
• Grafik-Anbindung war größtenteils auf Basis von
  SICAD SD bereits vorhanden
• Geometriedaten (Koordinaten) in den Fachdaten
  enthalten
• ... ins Web-GIS integrieren
• Konverter
• ALB-Info
• EDBS2WKT

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Kanal ARLIS

• Abwasser und RohrLeitungs Informations System
• Kanalkataster
• Schadensverwaltung
• Vermögensbewertung
• Desktop
• Datenbank MS ACCESS
• Grafik SICAD SD
• Mapserver
• SQL-Export aus ARLISin die PostGIS-DB

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Kanal mit ...
.. ALK
.. Luftbild
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Straße KomSIS

• Kommunales Straßen-Information-System
• Löst die NKF-Problematik
• Wie viel Straßen, Radwege, Parkplätze?
• In welchem Zustand?
• Desktop
• Datenbank MS ACCESS
• Grafik SICAD SD
• Einfache Erfassung über Stationierung
• mit Hilfe von Luftbildern u.a.
• Mapserver
• SQL-Export aus KomSISin die PostGIS-DB

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Projekt ALK mit freier Software
Software

• Ziel Darstellung der Liegenschaftskarte nach
  ZV-AUT
• http//www.mapbender.org/index.php/ALK_mit_Freier_
  Software
• Konverter EDBS2WKT
• KRZ (Lemgo) http//gis.krz.de/alk/edbs2wkt/
• ALK-Struktur ? OGC-konforme Spatial-DB
• Mapdateien (für UMN-Mapserver)
• CCGIS (Bonn) http//www.wheregroup.com/
• Codierung der Zeichenvorschrift als Mapdatei,
  Druckversion
• Pilotanwender Oberbergischer Kreis
  http//rio.obk.de/
• Fachliches Know-How, ZV-Aut
• Genehmigung des RP für amtliche Auskunft
• Einsatz in vielen Kreisen in Mecklenburg
  Vorpommern
• Client kvwmap (Uni Rostock) http//kvwmap.geoinfo
  rmatik.uni-rostock.de/

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Das Besondere an der ALK

• Verzicht auf farbige Darstellung
• Lichtpausen
• Viele Ebenen (Layer), sehr viele Objektarten
• Angepasste Version des UMN-Mapserver
• Begleitsignaturen wegen Überlagerung von Linien
• Flur, Gemarkungs- und Gemeindegrenze auf
  Flurstücksgrenze
• Mauer- und Zaunsymbole an Flurstücksgrenzen
• Schraffur von Gebäuden
• Ausgerichtet an Gebäude nicht am Kartenrand
• Viele Symbole
• Nutzungsarten

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ALB

• Automatisiertes Liegenschafts-Buchwerk
• Alphanumerischen Daten zur ALK
• Eigentümer, Nutzungsarten, Klassifizierungen,
  Bauslasten, Adressen, ...
• Konverter ALB-Info 3.0 http//gis.krz.de/alb/
• Eingabe Format WLDGE
• Bezieher-Funktion (Sekundärbestand periodisch
  aktualisieren)
• Ausgabe in PostgreSQL-Datenbank (oder ACCESS,
  MySQL)
• Navigation
• Adresse
• Eigentümer
• Katasterschlüssel
• ALB-Auskunft über PHP-Scripte im Mapserver
• Auswahl über Karte (ALK-Flurstückskennzeichen)

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ALB-Navigation

• Nach Adresse
• Nach Katasterschlüssel
• Nach Eigentümer
• Positionieren der Karte
• Setzen einer Markierung
• Autor ITEBO (Osnabrück)

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ALB-Auskunft 1

• Auswahl Flurstücks-Nr. in der ALK

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ALB-Auskunft 2

• Formate
• Übersicht
• Strukturierte Namen
• Flurstücksnachweis
• Bestandsnachweis(Grundbuchdaten)
• Historie
• Aufteilung wie die gewohnten ALB-Auszüge
  (Landeslösung)
• Aber mit modernen Mitteln
• Hyperlinks
• Farben, Rahmen
• PHP, HTML, Javascript

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Grundbesitz GISMA

• Grundstücks-, Immobilien- und Strassenbewertungs-M
  anagement
• Löst die NKF-ProblematikBewertung städtischer
  Grundbesitz
• Datenimport ALB (über WLDGE, ALB-Info, ACCESS)
• Flächen
• Eigentümer
• Nutzungsarten (ALB) ? Konten (NKF)
• Erfassung der Bewertungsdaten
• Zum BewertungsstichtagBuchungssätze für K-IRP
  u. a. ausgeben
• Über Flurstückskoordinate Positionierung des
  Mapbender (BBOX)

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GISMA2GIS - Übersicht

• ein gewachsener Datenfluss, mehrere Beteiligte
• Austausch von Software (Kooperation) bzw. freie
  Software
• GISMA Desktop, Programm, ACCESS-DB
• Keine Geometrie, nur Flurstückskoordinate
• GISMA2GIS die Daten aus GISMA als WMS
• GISMA ALK NKF-Objekte mit
  Flurstücks-Geometrie
• Anzeige des Erfassungsstandes des kom.
  Grundvermögens
• Abfrage der NKF-Fachdaten über eine
  Web-Oberfläche
• Entwicklung KDVZ Rhein-Erft-Rur (Frechen)
• Datenfluss (nächste Seite)
• ALB ? WLDGE ? ACCESS ? GISMA (? K-IRP)
• ALK ? EDBS ? EDBS2WKT ? PostGIS

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GISMA2GIS - Datenfluss
LiKa / GIS / Web-GIS
ALBACCESS
ALB
WLDGE
ALB-Info
Erfassung NKF Grundstücke
ALK
EDBS
EDBS2WKT
KRZ Mapserver
PostGIS
ALK
UMN-MapserverWMS
GISMAACCESS
GISMA
GISMA
Mapbender
GISMA2GIS
PositionierungBBOX
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GISMA2GIS - Ansicht
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GISMA2GIS - Auskunft

• Auswahl der Fläche in der Karte
• Daten in mehreren Registern

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Die Zukunft ...

• OK.EWO-Anbindung an Mapbender (ITEBO)
• Geometrisch definierte statistische Auswertungen
  des Einwohnerwesens
• Digitalisierung einfacher Geometrien im Mapbender
• Anwendung z.B. Baustellen
• Technologie WFS-T, Software Geoserver
• Metadaten?
• z. Zt. Dokumentation im CMS
• je Gemeinde noch überschaubarer Datenbestand
• jedoch rasant wachsend

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Erfahrungen

• Wichtig Normung durch OGC (WMS, WFS, WKT)
• Verschiedene Komponenten der GDI passen zusammen
• Komponenten sind austauschbar
• Verteilte Architektur
• Freie Software
• Keine Gewährleistung, aber ....
• Hilfe über Mailing-Listen
• verschiedene Level von Anfängerfragen bis
  Spezialwissen
• Dokumentation über gemeinschaftliche WIKI
• Service-Leistungen von Fachfirmen, z.B.
  Schulungen
• Projekte Offen für Mitarbeit und eigene
  Erweiterungen
• Daten Mehrwert durch Kombination verschiedener
  Datenbestände
• Beispiel (nächste Seite)

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Beispiel Wahlbezirke
64
Beispiel Hurricanes
65
Beispiel Kombination vom Daten
66
Vielen Dank!