Masterarbeit Der Nutzwert Von Mobilen GIS Bei Erhebung, Manage

Masterarbeit

Der Nutzwert von mobilen GIS bei Erhebung, Manage- ment und Visualisierung von Geodaten in KMU- Arbeitsumgebungen

Christoph Täuber 0412675

Karl-Franzens Universität Graz Institut für Geographie und Raumforschung

Zur Beurteilung vorgelegt bei: Vertr.-Ass. Mag. Dr. Josef Gspurning

Eidesstattlich Erklärung

Ich erkläre ehrenwörtlich, dass ich die vorliegende Arbeit selbständig und ohne fremde Hilfe verfasst, andere als die angegebenen Quellen nicht benutzt und die den Quellen wörtlich oder inhaltlich entnommenen Stellen als solche kenntlich gemacht habe. Die Arbeit wurde bisher in gleicher oder ähnlicher Form keiner anderen inländischen oder ausländischen Prüfungsbe- hörde vorgelegt und auch noch nicht veröffentlicht. Die vorliegende Fassung entspricht der eingereichten elektronischen Version.

Datum, Ort: Unterschrift:

Vorwort

Die Wahl zum Thema meiner Masterarbeit hatte verschiedene Gründe. Einerseits verfasste ich im Laufe meines Masterstudiums in der Lehrveranstaltung „Angewandte Geotechnolo- gien“ bereits eine Seminararbeit zum Thema „Server / Mobile GIS“. Durch diesen tiefer ge- henden Einblick wurde mein Interesse für diesen Themenbereich geweckt. Andererseits stellt der Markt der mobilen Endgeräte und deren Anwendungen ein äußerst aktives sowie attrakti- ves Forschungsfeld dar. Dies begründet sich durch die sich rasch entwickelnden Technolo- gien, die innerhalb des mobilen Sektors ständig neue Einsatzgebiete ermöglichen. Ein weiterer Punkt, der für die Wahl dieses Themenbereichs sprach, war mein damaliges Anstellungs- verhältnis mit der GeoInfo Informationssysteme GmbH Graz. Während meiner Arbeitszeit innerhalb dieser Firma lernte ich einige neue Anwendungsbereiche von GIS kennen, unter denen sich auch die mobile Erfassung von Daten befand. Nach mehreren Gesprächen mit meinem damaligen Arbeitgeber Herrn Dipl.-Ing. Peter Skalicki-Weixelberger über die Ein- satzbereiche mobiler GIS allgemein und deren Anwendung innerhalb der GeoInfo Informati- onssystem GmbH konkretisierte ich meine Vorstellungen und Ziele bezüglich meiner Master- arbeit. So wäre etwa die Möglichkeit gegeben, die bereits digital vorhandenen Karten und Unterlagen online verfügbar zu machen und deren Datensätze im Gelände digital zu bearbeiten, erweitern und visualisieren. Dies würde den Arbeitsablauf einerseits zeitlich verkürzen und vor allem die Entstehung von Ungenauigkeiten bei manueller Eintragung von Beschrif- tungen beziehungsweise bei der Verortung von Geodaten minimieren. Nachdem sich diese Thematik ebenfalls gut in meinen geotechnischen Schwerpunkt innerhalb des Masterstudien- plans einfügte, konnte ich Prof. Mag. Dr. Josef Gspurning davon überzeugen, mich bei einer Masterarbeit zu diesem Thema als Betreuer zu unterstützen.

Danksagung

Mein Dank gilt in erster Linie meiner Familie für ihre Unterstützung und ihr Verständnis, ohne sie wäre es mir nicht möglich gewesen im gleichen Umfang mein Studium durchzufüh- ren. Des Weiteren bedanke ich mich bei meinem Betreuer Mag. Dr. Josef Gspurning für seine Geduld sowie für sein Feedback und seine Anregungen im Zusammenhang mit meiner Mas- terarbeit. Nicht unerwähnt sollen auch meine Studienkollegen und Freunde bleiben die mich bei der Durchführung dieser Arbeit tatkräftig unterstützten. Abschließend möchte ich mich noch bei meiner Freundin bedanken die mir immer wieder Ansporn für die Abwicklung dieser Arbeit war und viel Toleranz für meine Situation aufbringen musste.

Zusammenfassung

Grundsätzlich werden Geodaten mittels ausgedruckter Karten und handschriftlicher Einträge erhoben, hierbei kommt es sehr oft zu fehlerhaften Positionierungen und schwer lesbaren Vermerken innerhalb des Kartenbilds. Um diese Fehlerquellen möglichst klein zu halten, Un- tersucht diese Masterarbeit den Ansatz, die Erhebung und Bearbeitung von Geodaten mittels mobiler Geoinformationssysteme und GPS-Unterstützung durchzuführen. Hierfür finden unterschiedliche mobile Gerätetypen sowie verschiedene Softwarepakete Anwendung. Es wurde einerseits auf ESRI-Produkte wie etwa ArcPad, aber auch auf kostenlose Apps wie „Locus Map Free Outdoor-GPS“ zurückgegriffen.

Als Arbeitsgrundlage dient dem Autor ein selbsterstellter Workflow, der die grundlegenden Arbeitsschritte eines mobilen Erhebungsprojektes innerhalb eines KMU widerspiegelt. Die ersten Kapitel behandeln die theoretischen Grundlagen mobiler GIS und den in Beziehung stehenden Technologien, wie etwa Distributed GIS oder GPS. Danach werden die möglichen Gerätetypen sowie Softwarelösungen genauer betrachtet. Anschließend werden die benötigten Arbeitsschritte sowie die Durchführung der Erhebungskampagnen beschrieben. Dabei wird besonderes Augenmerk auf die Eignung der verwendeten mobilen Geräte und der benutzten Software gelegt. Hierbei werden alle nötigen Arbeitsschritte innerhalb der verwendeten Soft- warepakete beschrieben und kritisch betrachtet. Neben der Erhebung und Aktualisierung von Geodaten wird auch deren Visualisierung behandelt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Nutzwert mobiler GIS in KMU Arbeitsumge- bungen durchaus als hoch einzuschätzen ist. Sie eigenen sich vor allem bei der Bearbeitung bestehender Projekte oder zur Erhebung neuer Features. Eine Minderung des Nutzwerts mobiler GIS zeigt sich bei der Ersterhebung kompletter Wander- oder Radwegnetze, da hierbei der Zeitaufwand für die Begehung oder Befahrung zu groß ist. Hinsichtlich der Visualisierung von Geodaten stellen mobile GIS hingegen ein wichtiges Werkzeug dar, da sie die Daten über mobile Geräte wie Smartphones oder Tablets einer breiten Masse zugänglich machen. Durch den derzeitigen Trend innerhalb des mobilen Kommunikationssektors ist mit einem weiteren Ausbau dieses Bereichs zu rechnen.

Abstract As a basic principle, geodata are gathered through printed maps and handwritten records. In this process, deficient positioning and difficult-to-read comments in the map image. To mini- mize these sources of errors, this master's thesis investigates the approach of gathering and processing geodata with mobile geo-information systems and the support of GPS. For this research, several types of mobile devices as well as different software packs were applied. ESRI-products, such as ArcPad, but also free apps, such as „Locus Map Free Outdoor-GPS“, were used.

The working basis for this research is a self-made workflow, which reflects the basic work steps of a mobile data-gathering project inside a small or medium business. The first chapters deal with the theoretical fundamentals of mobile GIS and related technologies, such as Distri- buted GIS or GPS. Afterwards, possible applicable devices and software solutions will be examined thoroughly. Subsequently, the necessary work steps and the execution of the data- gathering campaigns will be described, with special regard to the suitability of the mobile devices and software used. All necessary work steps inside the software packages applied will be described and analysed critically. Aside from the gathering and updating of geodata, their visualisation will also be examined.

All in all, it can be said that in the work environment of a medium or small business, the user value of mobile GIS is quite high. They are especially suitable for editing existing projects or gathering new features. A decimation in the user value of mobile GIS manifests itself in the initial data-gathering of complete networks of hiking trails or cycling tracks, since the amount of time necessary for the inspection is too high. Concerning the visualisation of geodata, ho- wever, mobile GIS play an important role, since they make the geodata accessible to the general public via mobile devices such as smart phones or tablets. Seeing the trend in the sector of mobile communication, a further expansion of this area can be expected.

1 Einleitung ...... 1 1.1 Problemstellung und Zielsetzung ...... 1 I. Theoretischer Teil ...... 3 2 Begriffsdefinition KMU ...... 3 3 Grundlagen mobiler GIS ...... 8 3.1 Entwicklung von WebGIS zu mobilen GIS ...... 8 3.2 Mobile GIS...... 9 3.2.1 Systemarchitektur mobiler GIS ...... 11 3.2.1.1 Komponenten zur Positionsbestimmung ...... 11 3.2.1.2 Komponenten für ortsbezogene Informationen ...... 12 3.2.1.3 Komponenten für Informationsverarbeitungsdienste ...... 13 3.2.1.4 Komponenten des Gateway Service ...... 13 3.2.1.5 Komponenten drahtloser Netzwerke ...... 13 3.2.1.6 Internetfähige mobile Endgeräte ...... 14 3.3 Entwicklung relevanter Technologien ...... 14 3.3.1 Drahtlose Kommunikation...... 14 3.3.2 Cloud Computing ...... 17 3.3.3 Mobile Positionsbestimmung...... 23 3.3.4 Global Positioning System-GPS ...... 24 3.3.4.1 Grundkonzept GPS ...... 24 3.3.4.2 Systemarchitektur ...... 25 3.4 Crowdmapping als neue Erhebungsmethode ...... 28 3.5 Datenbankmodelle innerhalb mobiler GIS ...... 32 3.6 Distributed GIS ...... 35 3.6.1 Integriertes Client/Server-System ...... 37 3.7 Grundkomponenten eines Distributed GIS/Internet-GIS ...... 38 3.7.1 Client ...... 39 3.7.2 Webserver und Applicationserver ...... 41 3.7.3 Mapserver ...... 42 3.7.4 Dataserver ...... 42 3.8 Anwendungsbereiche mobiler GIS ...... 43 3.9 Problemfelder mobiler Endgeräte ...... 46 3.9.1 Display ...... 47 3.9.2 Batterie- beziehungsweise Akkulaufzeiten...... 49

3.9.3 GPS-Verfügbarkeit ...... 49 3.9.4 Datenübertragung ...... 51 4 Gerätetypen für mobile GIS ...... 52 4.1 Handheld GPS-Empfänger ...... 52 4.2 Smartphones und Tablets ...... 58 4.3 Anforderungen an das mobile Endgerät ...... 62 5 Mobile Softwarelösungen von ESRI...... 64 5.1 Mögliche Betriebssysteme ...... 66 5.2 ArcPad ...... 68 5.2.1 Datenerhebung mit Hilfe von GPS...... 69 5.2.2 Datenübertragung zwischen ArcPad und ArcGIS-Server ...... 73 5.2.3 Verfassen von Daten für ArcGIS-Server ...... 74 5.2.4 Veröffentlichen der Daten mittels ArcGIS-Server ...... 78 5.2.5 Datentransfer zwischen ArcPad und ArcGIS-Server ...... 80 5.3 Collector for ArcGIS ...... 81 5.3.1 Anforderungen an mobile Endgeräte ...... 82 5.3.2 Datenanforderungen ...... 82 5.3.3 Ausblick ...... 83 6 ArcGIS-Server ...... 83 6.1 Grundlegende Funktionsweisen ...... 84 6.2 Projekterstellung ...... 85 6.2.1 Servicearten ...... 85 6.2.2 Mobile Datendienste...... 86 6.2.2.1 Vorbereitung des Kartendokuments ...... 86 6.2.2.2 Veröffentlichung eines mobilen Datendienstes ...... 87 6.2.2.3 Benutzung eines mobilen Datendienstes ...... 87 6.2.3 Veröffentlichung eines Services ...... 88 II. Praktischer Teil ...... 91 7 Erhebung und Analyse sowie Ausgabe der Daten ...... 91 7.1 Arbeitsablauf einer Datenerhebung ...... 91 7.2 Gebiet der Datenerhebung ...... 92 7.3 Erhobene Geodaten ...... 93 7.4 Verwendete Software bei Erhebung ...... 95 7.4.1 ArcPad ...... 96

7.4.2 ArcMap ...... 99 7.4.3 Collector for ArcGIS ...... 105 7.4.4 Locus Map Free-Outdoor GPS ...... 109 7.4.5 Garmin Oregon Software ...... 113 7.5 Datengrundlagen ...... 114 7.6 Importierung von GPX-Dateien in ArcGIS ...... 116 7.7 Handlichkeit und Benutzerfreundlichkeit ...... 118 7.7.1 Eigenschaften der Displays ...... 119 7.7.2 Akkulaufzeit ...... 120 7.8 Verortung von Fotos ...... 120 7.8.1 Überblick über das Photos-Toolset ...... 123 7.8.2 Geotagged Photos to Points ...... 123 7.8.3 Match Photos to Rows by Time ...... 125 7.9 GPS-Genauigkeit ...... 127 8 Durchführung einer Erhebungskampagne ...... 129 8.1 Erstellung eines neuen Projekts ...... 130 8.2 Einbindung der Daten in bestehende Projekte ...... 145 9 Nachbearbeitung erhobener Geodaten ...... 146 10 Visualisierung der Daten ...... 148 11 Resümee und Schlussfolgerung ...... 151 11.1 Diskussion der Ergebnisse ...... 151

Abbildungsverzeichnis

Abb. 2.1 KMU-Flowchart im GIS-Bereich, eigene Darstellung 2014 ...... 7 Abb. 3.1 Schematische Darstellung mobiler GIS, ESRI Developer Network 2012 ...... 10 Abb. 3.2 Evolution Mobilfunknetze, Elektronik Kompendium 2012A ...... 16 Abb. 3.3 Architektur Cloud Computing, Quelle: Bell 2012, eigene Darstellung ...... 20 Abb. 3.4 GPS Positionsbestimmung, Bernhardsen 2002, eigene Darstellung...... 25 Abb. 3.5 GPS Satellitenkonstellation, Misra und Enge 2001 ...... 26 Abb. 3.6 Messung der Pseudostrecken, Misra und Enge 2001 ...... 27 Abb. 3.7 Beispiel für eine Crowdmap, Lifehacker 2014 ...... 30 Abb. 3.8 Auschnitt Semriach, OpenStreetMap 2014 ...... 32 Abb. 3.9 Grundkomponenten-Internet-GIS, Peng 2003 ...... 39 Abb. 3.10 Vergleich der Displays 1:25000, eigene Darstellung, Karte: GIS Steiermark 2012 48 Abb. 3.11 Mission Planning Satellitenverfügbarkeit, Ashtech 2012A ...... 50 Abb. 3.12 Mission Planning, Polar Diagramm, Ashtech 2012B ...... 50 Abb. 4.1 Trimble Juno SB, ESRI Store 2011 ...... 54 Abb. 4.2 Trimble Juno SB mit Otterbox, Otterbox 2012 ...... 54 Abb. 4.3 Garmin Oregon 400t, GPSmagazin 2012 ...... 56 Abb. 4.4 HiPer V, Topcon 2014B ...... 57 Abb. 4.5 IBM Simon, Gizmodo 2012 ...... 59 Abb. 4.6 Samsung Galaxy S5, Drei 2014 ...... 59 Abb. 4.7 Asus Memo FHD 10, Inside-handy 2014B ...... 62 Abb. 5.1 ArcGIS für Windows Mobile, ESRI 2012E ...... 65 Abb. 5.2 ArcGIS für Smartphones inkluse SDK, ESRI 2012F ...... 66 Abb. 5.3 GPS-Voreinstellungen, eigene Darstellung aus ArcPad ...... 70 Abb. 5.4 GPS aktiv, eigene Darstellung aus ArcPad ...... 71 Abb. 5.5 Bearbeitung starten/beenden, eigene Darstellung aus ArcPad ...... 72 Abb. 5.6 Polyline editieren, eigene Darstellung aus ArcPad ...... 72 Abb. 5.7 Stützpunkterfassung mittels GPS, eigene Darstellung aus ArcPad ...... 72 Abb. 5.8 Voraussetzungen ArcPad Extension für ArcGIS-Server, ESRI 2012I ...... 74 Abb. 5.9 Select Data, eigene Darstellung aus ArcMap ...... 75 Abb. 5.10 Einstellung für individuellen Layer, eigene Darstellung aus ArcMap ...... 75 Abb. 5.11 Einstellung für alle Layer, eigene Darstellung aus ArcMap ...... 76 Abb. 5.12 Select Output Options, eigene Darstellung aus ArcMap ...... 78 Abb. 5.13 Add New Service, ESRI 2012K ...... 79

Abb. 5.14 Add GIS Service, ESRI 2012K ...... 79 Abb. 5.15 Service URL, ESRI 2012K ...... 80 Abb. 5.16 Datentransfer ArcPad-ArcGIS-Server, eigene Darstellung aus ArcPad ...... 81 Abb. 5.17 Serverdienst-Auswahl, eigene Darstellung aus Arc-Pad ...... 81 Abb. 5.18 Erfassungsbeispiel Collector for ArcGIS, ESRI 2014G ...... 82 Abb. 7.1 Workflow Datenerhebung, eigene Darstellung 2014 ...... 92 Abb. 7.2 Beispiel Wegenetz Semriach, eigene Darstellung aus ArcMap 2014 ...... 94 Abb. 7.3 Beispiele POIs Semriach, eigene Darstellung aus ArcMap 2014 ...... 95 Abb. 7.4 Layer hinzufügen, eigene Darstellung aus ArcPad 2014 ...... 96 Abb. 7.5 Layerauswahl, eigene Darstellung aus ArcPad 2014 ...... 96 Abb. 7.6 Table of Contents, eigene Darstellung aus ArcPad 2014 ...... 96 Abb. 7.7 GPS-Menü, eigene Darstellung aus ArcPad 2014 ...... 97 Abb. 7.8 GPS-Einstellungen, eigene Darstellung aus ArcPad 2014 ...... 97 Abb. 7.9 Start Editierungssession, eigene Darstellung aus ArcPad 2014 ...... 98 Abb. 7.10 Auswahl Polyline, eigene Darstellung aus ArcPad 2014 ...... 98 Abb. 7.11 Auswahl Capture Vertices, eigene Darstellung aus ArcPad 2014 ...... 98 Abb. 7.12 Datenerhebung mittels GPS, eigene Darstellung aus ArcPad 2014 ...... 99 Abb. 7.13 Attributierung des Datensatzes, eigene Darstellung aus ArcPad 2014 ...... 99 Abb. 7.14 Attributierung, eigene Darstellung aus ArcPad 2014...... 99 Abb. 7.15 GPS-Verbindungssetup, eigene Darstellung aus ArcMap ...... 100 Abb. 7.16 Einstellungsmöglichkeiten GPS, eigene Darstellung ...... 100 Abb. 7.17 Log-Setup, eigene Darstellung aus ArcMap ...... 101 Abb. 7.18 Erstellung des Log-Files und Streaming-Optionen, ...... 102 Abb. 7.19 Setup Log-File, eigene Darstellung aus ArcMap ...... 103 Abb. 7.20 Auswahl Speicherort und -art des Log-Files, ...... 104 Abb. 7.21 GPS-Verbindung öffnen, ...... 105 Abb. 7.22 Start des Logs, ...... 105 Abb. 7.23 Beendigung des Logs, ...... 105 Abb. 7.24 Schließen der GPS-Verbindung, ...... 105 Abb. 7.25 Projektauswahl Collector for ArcGIS, eigene Darstellung 2014 ...... 105 Abb. 7.26 Feature-Übersicht Collector for ArcGIS, eigene Darstellung 2014 ...... 106 Abb. 7.27 Erfassung und Attributvergabe Collector for ArcGIS, eigene Darstellung 2014 .. 106 Abb. 7.28 Anlagen hinzufügen Collector for ArcGIS, eigene Darstellung 2014 ...... 107 Abb. 7.29 Einstellungen GPS Collector for ArcGIS, eigene Darstellung 2014 ...... 107

Abb. 7.30 Datenstream Collector for ArcGIS, eigene Darstellung 2014 ...... 108 Abb. 7.31 Grundkarte speichern Collector for ArcGIS, eigene Darstellung 2014 ...... 109 Abb. 7.32 Auswahl Arbeitsbereich Collector for ArcGIS, eigene Darstellung ...... 109 Abb. 7.33 Auswahl Zoomstufe Collector for ArcGIS, eigene Darstellung 2014 ...... 109 Abb. 7.34 Optionen Trackaufzeichnung, eigene Darstellung aus Locus Map Free 2014 ...... 111 Abb. 7.35 Einstellungen Aufzeichnungsprofil, ...... 111 Abb. 7.36 Trackaufzeichnung, eigene Darstellung aus Locus Map Free 2014 ...... 112 Abb. 7.37 Hauptmenü Oregon 400t, Quelle: Tramsoft 2014A ...... 113 Abb. 7.38 Menü 3 Oregon 400t, Quelle: Tramsoft 2014B ...... 113 Abb. 7.39 Topo Austria 2, Quelle: Tramsoft 2014C ...... 115 Abb. 7.40 Locus Map Free, Bereichsauswahl der Offline-Karte, ...... 116 Abb. 7.41 Toolbox implementieren, eigene Darstellung aus ArcMap ...... 117 Abb. 7.42 Skript zur Konvertierung GPX zu SHP, eigene Darstellung aus ArcMap ...... 118 Abb. 7.43 GPX Konvertierung in ArcMap10.1, eigene Darstellung aus ArcMap ...... 118 Abb. 7.44 Locus Map Free-geotagged Foto, eigene Darstellung 2014 ...... 122 Abb. 7.45 Geotagged Photos to Points, eigene Darstellung aus ArcMap ...... 124 Abb. 7.46 Match Photos to Rows by Time, ESRI 2013C ...... 125 Abb. 7.47 GPS Genauigkeit dichte Bewaldung, eigene Darstellung ...... 128 Abb. 7.48 GPS Genauigkeit Eingang Lurgrotte, eigene Darstellung ...... 128 Abb. 7.49 GPS Genauigkeit Kesselfallklamm, eigene Darstellung ...... 129 Abb. 8.1 Fields Wegenetz, eigene Darstellung aus ArcCatalog 2014...... 131 Abb. 8.2 Domains und Subtypes, eigene Darstellung aus ArcCatalog 2014...... 132 Abb. 8.3 Subtypes der Featureklasse, eigene Darstellung aus ArcCatalog 2014 ...... 133 Abb. 8.4 Create Attachments, eigene Darstellung aus ArcMap 2014 ...... 134 Abb. 8.5 Anmeldung ArcGIS Online, eigene Darstellung aus ArcMap 2014 ...... 134 Abb. 8.6 Share as Service, eigene Darstellung aus ArcMap 2014 ...... 134 Abb. 8.7 Publish a Service, eigene Darstellung aus ArcMap 2014 ...... 135 Abb. 8.8 Choose Connection, eigene Darstellung aus ArcMap 2014 ...... 136 Abb. 8.9 Service Capabilities, eigene Darstellung aus ArcMap 2014 ...... 136 Abb. 8.10 Service Feature Access, eigene Darstellung aus ArcMap 2014 ...... 137 Abb. 8.11 Service Item Description, eigene Darstellung aus ArcMap 2014 ...... 137 Abb. 8.12 Service Sharing, eigene Darstellung aus ArcMap 2014 ...... 138 Abb. 8.13 Analyze und Publish Service, eigene Darstellung aus ArcMap 2014 ...... 138 Abb. 8.14 Eigene Inhalte ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014 ...... 139

Abb. 8.15 Eigene Gruppen ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014 ...... 139 Abb. 8.16 Gruppe Erstellen ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014 ...... 140 Abb. 8.17 Tags und Einstellungen der Gruppe ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014 .... 140 Abb. 8.18 Layer suchen ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014 ...... 141 Abb. 8.19 Layer hinzufügen ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014...... 141 Abb. 8.20 Grundkarte wechseln ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014 ...... 142 Abb. 8.21 Symbole ändern ArcGIS Online, ...... 142 Abb. 8.22 Karte speicher ArcGIS online, eigene Darstellung 2014 ...... 142 Abb. 8.23 Karte freigeben ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014 ...... 143 Abb. 8.24 Elementdetails ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014 ...... 143 Abb. 8.25 Eigenschaften Web Map ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014 ...... 144 Abb. 8.26 Eigenschaften Feature ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014...... 144 Abb. 8.27 Web Map in ArcMap öffnen, eigene Darstellung aus ArcGIS Online 2014 ...... 145 Abb. 8.28 ArcGIS File Handler, eigene Darstellung aus ArcGIS Online 2014 ...... 145 Abb. 8.29 Web Map Projekt in ArcGIS Desktop, eigene Darstellung 2014 ...... 146 Abb. 9.1 Juno SB Rohdaten, ...... 147 Abb. 9.2 Juno SB Daten bereinigt, ...... 147 Abb. 9.3 Asus Memo Rohdaten, ...... 147 Abb. 9.4 Asus Memo Daten bereinigt, ...... 147 Abb. 10.1 Freigabe als Webanwendung, eigene Darstellung aus ArcGIS Online 2014 ...... 149 Abb. 10.2 Web-Apps ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014 ...... 149 Abb. 10.3 Elementdetails Web-App ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014 ...... 149 Abb. 10.4 Web-App aus ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014 ...... 150

Tabellenverzeichnis

Tabelle 2.1 Schwellenwerte KMU, Europäische Kommission 2006 ...... 4 Tabelle 2.2 Beispiele für GIS Unternehmen, Krebs 2013 und SynerGIS 2014...... 5 Tabelle 3.1 Übertragungsraten HSDPA, Elektronik Kompendium 2014A ...... 16 Tabelle 3.2 Übertragungsraten LTE, Elektronik Kompendium 2012B ...... 17 Tabelle 3.3 Überlick Cloud-Anbieter, PC Welt 2014 ...... 23 Tabelle 4.1 Daten Trimble Juno SB, Trimble 2012 ...... 54 Tabelle 4.2 Daten Garmin Oregon 400t, Garmin 2012 ...... 56 Tabelle 4.3 Daten Topcon HiPer V, Topcon 2014A ...... 58

Tabelle 4.4 Daten Asus Memo FHD 10, Inside-handy 2014A ...... 62 Tabelle 4.5 Kriterienkatalog Endgeräte, eigene Darstellung und IconArchive 2012E-F ...... 64 Tabelle 5.1 Systemanforderungen Collector for ArcGIS, eigene Darstellung ESRI 2014G .... 82 Tabelle 6.1 Servicearten in ArcGIS-Server, ESRI 2012O ...... 86

1 Einleitung

1.1 Problemstellung und Zielsetzung

Grundsätzlich erfolgt die Erhebung neuer beziehungsweise die Aktualisierung bestehender Geodaten durch manuelles Einzeichnen und Beschriften von Linien- oder Punkt-Features auf gedruckten Kartenmaterialien. Die dabei entstandenen Geodaten werden anschließend innerhalb eines Geoinformationssystems (GIS) digital erfasst oder im Falle einer Aktualisierung abgeändert. Danach werden die entstandenen digitalen Datensätze mit Attributen versehen, welche aus den handschriftlich angegebenen Anmerkungen des Datenerhebers stammen. Die- se Vorgehensweise birgt einige Fehlerquellen, welche die Qualität der räumlichen Daten mitunter stark beeinträchtigen kann. Die erste Fehlerquelle stellt die Datenerhebung im Gelände mittels ausgedruckter Karte und manueller Verortung sowie Attributvergabe der Features dar. Aufgrund der Tatsache, dass durch simples Einzeichnen eines Features in ein Kartenbild keine korrekte Positionierung über Koordinaten möglich ist, entsteht bereits zu Beginn der Da- tenerfassung ein Fehler. Dieser Fehler wird noch weiter verstärkt, wenn das Feature unter Verwendung von Schreibutensilien mit breiter Spitze ausgeführt wird. Hinzu kommt, dass nicht gewährleistet werden kann, dass der im Gelände tätige Erfasser der Daten seine Position am Kartenbild hundertprozentig sicher feststellen kann. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn die Bearbeitung der Datenerfassung von ungeschultem oder schlecht geschultem Personal durchgeführt wird. In weiterer Folge entsteht durch die Erhebung beziehungsweise Aktuali- sierung einer größeren Zahl an Geodaten ein gewisser Platzmangel innerhalb der Karte. Die- ser Umstand zeigt sich besonders bei der Attributvergabe. Hierbei wird dann seitens des bearbeitenden Personals versucht, dem Platzmangel durch möglichst kleine Schreibweise oder Ausweichen auf den Kartenrand entgegen zu wirken. Jedoch birgt diese Vorgehensweise weitere Fehlerquellen. Der Versuch, die Anmerkung in möglichst kleiner Handschrift zu verfassen, führt zu einer schlechteren Lesbarkeit und dadurch entstehenden Gefahr einer Missinterpretation. Die Verlegung der handschriftlichen Anmerkungen an den Kartenrand oder freie Stellen der Karte erfordert eine Zuweisung der Ergänzungen zum betreffenden Fea- ture. Dies erfolgt meistens mittels eingezeichneter Pfeile, woraus sich wiederum ein schlech- ter erfassbares Kartenbild ergibt. Diese, zum Teil stark überladene Karte wird im Anschluss der Erhebung meist vom Erfasser der Geodaten nicht selbst weiterverarbeitet, sondern an eine Geoinformations-Unternehmen weitergereicht. In diesem Unternehmen erhält ein Mitarbeiter die erhobenen Daten und pflegt diese durch Digitalisierung der Einträge in ein Projekt ein.

Bei diesem Vorgang werden einerseits die bereits vom Erfasser getätigten Fehler übernom- men und andererseits können durch die Übernahmen der handschriftlich festgehaltenen An- merkungen und manuell verorteten Features ins digitale System weitere Fehler auftreten. Die- se Fehler ergeben sich aus der bereits erwähnten Missinterpretation schwer lesbarer Einträge beziehungsweise der wiederum nicht korrekt durchführbaren Positionierung der Features innerhalb des digitalen Projekts. Das Ziel dieser Masterarbeit besteht darin festzustellen, wie hoch der Nutzwert mobiler GI- Systeme ist, wenn diese für die Erhebung, Aktualisierung sowie die Visualisierung von Geodaten Verwendung finden. Der Hintergrund für diese Untersuchung bezüglich Erhebung und Aktualisierung wurde bereits in den vorherigen Absätzen erläutert. Hinsichtlich des Nutzwertes mobiler GIS bei der Visualisierung von Geodaten spielen andere Aspekte eine bedeutende Rolle. Der Bereich der Visualisierung kann genützt werden, um nicht oder nur schlecht geschultem Personal die weitere Erhebung von Geodaten zu erleichtern oder im touristischen Bereich als Informationsquelle zu dienen. Der Autor dieser Arbeit wählte zur Um- setzung dieser Arbeitsschritte unterschiedliche mobile Endgeräte sowie unterschiedliche Software-Lösungen aus. Mittels dieser mobilen Endgeräte wurden Geodaten erhoben und mit Attributen versehen. Bei diesem Vorgang wurde die Erhebung durch die Unterstützung von GPS-Signalen durchgeführt. Dies soll die korrekte Positionierung der zu erhebenden Features gewährleisten. In weiterer Folge wurden die Attributtabellen der Features so gestaltet, dass durch vorgegebene Feature-Klassen und -Typen eine Fehleingabe seitens des Benutzers so gut wie unmöglich wird. Dieser Schritt dient zur Bewahrung eines möglichst hohen Datenni- veaus. Abschließend an diese Arbeit folgt eine kritische Betrachtung des Nutzwertes mobiler GIS hinsichtlich der gerade beschriebenen Tätigkeitsfelder und ein Ausblick möglicher zu- künftiger Entwicklungen innerhalb dieses Sektors.

I. Theoretischer Teil

2 Begriffsdefinition KMU

Innerhalb der aktuell bestehenden 25 EU-Mitgliedsstaaten existieren ungefähr 23 Millionen Kleinst-, Klein- und Mittelunternehmen. Dies entspricht 99 % aller Unternehmen, die in der EU 25 tätig sind, mit einer Beschäftigtenzahl von rund 75 Millionen Arbeitnehmern. Kleinst-, Klein- und Mittelunternehmen spielen somit eine zentrale Rolle in der europäischen Wirt- schaft. Diese Unternehmen werden gemeinsam unter dem Begriff KMU (Kleinst-, Klein- und Mittelunternehmen) zusammengefasst (Europäische Kommission, 2006). In Bezug auf die vorliegende Masterarbeit stellen diese Unternehmenstypen eine wichtige Rolle dar, was sich auch dadurch zeigt, dass sich die Feststellung des Nutzwertes mobiler Geoinformationssyste- me (mobile GIS) innerhalb der oben genannten Betriebstypen als vorrangige Forschungsfrage bereits im Titel wiederspiegelt. Des Weiteren fällt die bereits oben genannte GeoInfo Infor- mationssysteme GmbH in genau diese Kategorie von Unternehmen. Aufgrund dieser Um- stände ist es durchaus zielführend, in den folgenden Absätzen eine kurze Definition und vor allem eine Abgrenzung der KMU zu geben. Grundsätzlich verstehen sich KMU als eigenständige Unternehmen, die entweder völlig un- abhängig agieren oder eine Partnerschaft mit anderen Unternehmen eingehen. Diese Unter- nehmen können über eine oder mehrere Minderheitsbeteiligungen von jeweils < 25 % verfü- gen. Sollte der vom Unternehmen gehaltene Anteil höher sein als < 25 % jedoch noch unter 50% liegen, spricht man von einer Beziehung zwischen Partnerunternehmen. Im Falle einer Beteiligung von über 50 % gelten die Unternehmen als miteinander verbunden. Diese Anga- ben und Schwellenwerte betreffen KMU bezüglich ihrer Einstufung in die unterschiedlichen Kategorien und den damit einhergehenden Förderungen durch die EU. Weitere wichtige Schwellenwerte für KMU stellen die Mitarbeiterzahl, der Jahresumsatz oder die Jahresbilanz dar. Anhand dieser drei Kriterien und deren Schwellenwerten werden Unternehmen als Kleinstunternehmen, kleines Unternehmen oder mittleres Unternehmen eingeordnet. Die Mit- arbeiterzahl ist hierbei ein Schwellenwert, der in jedem Fall anzugeben ist, bezüglich Jahres- umsatz und Jahresbilanzsumme steht es den KMU frei, welchen Schwellenwert sie einhalten. Dieser Umstand entsteht durch den naturgemäß höheren Umsatz von Unternehmen im Be- reich Handel und Vertrieb im Vergleich zu Unternehmen aus der verarbeitenden Branche. Durch diese unterschiedliche Schwellenwerteinhaltung ist eine faire Behandlung aller KMU, unabhängig vom Wirtschaftszweig, gegeben. In der nun anschließenden Tabelle 2.1 sind die 3

von der EU festgelegten Schwellenwerte und Unternehmensklassen aufgelistet (Europäische Kommission 2006).

Tabelle 2.1 Schwellenwerte KMU, Europäische Kommission 2006 Nachdem die Grundvoraussetzungen beziehungsweise die Charakteristika der KMU erläutert wurden, soll nun kurz beschrieben werden warum diese Masterarbeit sich auf diesen Unter- nehmenstyp festlegt. Bei näherer Betrachtung der Geoinformationsbranche in den D-A-CH-Ländern kann festgestellt werden, dass die Unternehmensgrößen selten über eine Mitarbeiterzahl von 200 Ange- stellten hinausgeht. Dies gilt auch für die GIS-Unternehmen, die mobile Dienste bereitstellen und vertreiben. Die meisten dieser Unternehmen bieten sehr spezielle mobile Softwarelösun- gen an, die genau auf die Wünsche des Kunden zugeschnitten sind. Dies lässt sich anhand des GIS Reports 2013/14 gut erkennen (Krebs 2013).

Veranschaulichen lässt sich dies beispielsweise durch die genaue Betrachtung der mobilen GIS-Anwendungen der Firma CAIGOS GmbH. Dieses Unternehmen bietet etwa folgende mobile Produkte an:

• CAIGOS-Jagd • CAIGOS-Biotop • CAIGOS-Bauantragsverwaltung • CAIGOS- Friedhof • CAIGOS-Grün • etc. (Krebs 2013)

In der nun folgenden Tabelle 2.2 wird ein beispielhafter Auszug von GIS-Unternehmen aus den D-A-CH-Ländern gegeben, die mobile Softwarelösungen anbieten. Diese Unternehmen stellen innerhalb dieser Region die wichtigsten Vertreter der Branche dar. Hierbei zeigt sich sehr deutlich, dass alle diese Unternehmen, mit Ausnahme der weltweit agierenden Intergraph GmbH, in den Unternehmenstyp KMU fallen (Krebs 2013). Dadurch wird hervorgehoben, wie wichtig dieser Unternehmenstyp bei der Betrachtung und Durchführung dieser Masterar- beit ist. Unternehmen Gründungsjahr Mitarbeiter Mobile GIS Software Barthauer Software GmbH 1991 40 BaSYS-Mobile Datenerfassung (D) CAIGOS-Jagd, CAIGOS-Biotop, CAIGOS GmbH (D) 1987 29 etc. ESN EnergieSystemeNord 1981 141 ESN-Modul Mobile Auskunft GmbH (D) Geocom Informatik AG / 1995 ~100 GEONIS Core GmbH (CH, D) GAF AG (D) 1985 180 GeoRover HHK Datentechnik GmbH 1984 ~60 GEOgraf, GEOgraf A (D) Intergraph SG&I Deutsch- 1978 (D), 285 (D), GeoMedia Smart Client, land GmbH (weltweit) 1969 (USA) 4000 (global) GeoMedia WebMap, etc. SynerGIS (A, D, SK) 1973 >100 GeoOffice express

Tabelle 2.2 Beispiele für GIS Unternehmen, Krebs 2013 und SynerGIS 2014 Es ist abschließend noch zu erwähnen, dass die in Folge dieser Arbeit benutzten Ausdrücke wie Benutzer, User oder ähnliches immer auf die Angestellten eines GIS-Unternehmens bezogen sind. Es wird jedoch für eine einfachere Lesbarkeit bei weiteren Beschreibungen auf

diese allgemein gültigen Ausdrücke zurückgegriffen. Die nun folgende Darstellung Abb. 2.1 soll einen groben Überblick über den Workflow eines Kleinstunternehmens wiederspiegeln. Hierbei Verläuft die Durchführung eines Projektes wie folgt: Der Kunde, beispielsweise eine Gemeinde, wünscht die Erhebung von POIs (Points Of Interest) wie etwa Sehenswürdigkei- ten oder Wirtshäusern und/oder die Erhebung von LOIs (Lines Of Interest) wie beispielsweise Straßen, Wanderwegen oder Radwegen. Die Akquirierung der Daten soll mittels mobiler Handheld-GPS-Empfänger, Smartphones oder Tablets von Gemeindebediensteten vollzogen werden. Die aus dieser Erhebung gewonnenen Daten sollen in späterer Folge zu Karten und/oder einem Webportal verarbeitet werden. Diese Anforderungen werden an ein Kleinst-, Klein- oder Mittelunternehmen (KMU) der Geoinformations-Branche weitergeleitet welches für die Bereitstellung der Grunddaten (Karten, Luftbilder, Straßen- und Wegenetze) sowie des benötigten Services zuständig ist. Sobald der gewünschte Service erstellt oder ein bestehender adaptiert wurde, werden alle nötigen Einstellungen, Benutzer, Zugriffsrechte und Daten festgelegt und der Service einer Testung unterzogen. Nach einer positiven Testphase folgen die Dokumentation des Dienstes sowie die Schulung der Gemeindearbeiter. Außerdem wird der Service online gestellt und für den Kunden freigeschaltet. Somit können die Gemeindearbeiter den Dienst abrufen und auf dem jeweiligen mobilen Endgerät zur Datenerhebung nutzen. An- schließend an die Erhebung der gewünschten Daten werden diese noch von den Gemeindear- beitern mit Attributen versehen und danach an den Webservice zurück gesendet. Sobald die erhobenen Daten mit dem Webservice synchronisiert wurden können sie vom Geoinformati- ons-Unternehmen abgerufen werden und in das bestehende Projekt eingepflegt werden. Diese Daten dienen dann wieder als weitere Grundlagen für spätere Erhebungen oder zur Erstellung von Karten oder Webportalen.

Abb. 2.1 KMU-Flowchart im GIS-Bereich, eigene Darstellung 2014 7

3 Grundlagen mobiler GIS

Die folgenden Ausführungen zur Thematik der mobilen GIS stützen sich im Wesentlichen auf Ausführungen von Li 2007 und dienen als Einführung in mobile GIS. Des Weiteren wird ein Überblick über die für mobiles GIS relevanten Technologien gegeben. Diese Technologien stammen aus den Bereichen der drahtlosen Kommunikation, der mobilen Positionsbestim- mung sowie dem Aufbau eines Distributed GIS. Ebenfalls besprochen wird die Entwicklung von WebGIS zu mobilen GIS und abschließend behandelt dieses Kapitel die möglichen An- wendungsbereiche mobiler GIS. Dieser Abschluss wird genutzt um aufzuzeigen, welche Ar- beitsumfelder mittels mobiler GIS bedient und abgedeckt werden können.

3.1 Entwicklung von WebGIS zu mobilen GIS

Das folgende Kapitel beschäftigt sich damit, welche Entwicklungsschritte notwendig waren, um mobile GIS aus WebGI Systemen entstehen zu lassen. Im Jahr 2000 behauptete Bergougnoux ˶Dynamic and multi-dimensional GIS is a technology in demand for the 21st century, and therefore it will be a key research direction” (Bergougnoux, 2000). Diese Aussa- ge, die auch zum derzeitigen Zeitpunkt noch Gültigkeit besitzt, unterstreicht die bedeutende Entwicklung von mobilen GIS und WebGIS. Durch die Benutzung von WebGIS-Technologien wird es dem Benutzer ermöglicht, egal an welchem Internet-Knotenpunkt er sich befindet, auf seiner WebGIS-Seite nach raumbezogenen Daten zu suchen, raumbezogenen Analysen auszuführen, thematische Karten zu erstellen oder auch Operationen, wie zum Beispiel Abfragen, durchzuführen. Es bestehen jedoch gewisse Probleme im Bereich WebGIS, wie etwa die Übertragung großer Datenmengen, struk- turelle Probleme in Verbindung mit drahtlosen Kommunikationsnetzwerken als auch aufgrund des Umstands, dass sich WebGIS auf die Netzwerkumgebung stützt. Es besteht jedoch durch die fortschreitende Entwicklung im Bereich der mobilen Internet- technologie sehr großes Potential für WebGIS-Applikationen in mobilen Anwendungsberei- chen. Mobile GIS sind hierbei im Vergleich mit traditionellen GIS näher an der vorhandenen Arbeitsproblematik des Nutzers und generieren somit eine Situation die eine größere Anzahl an potentiellen Nutzern erreichen kann. Jedoch bergen die mobilen Endgeräte aufgrund ihrer erhöhten Mobilität einige Herausforderungen für ein WebGIS-System. Unter diese Heraus- forderungen fällt zum Beispiel der Transfer großer Datenmengen, Bandbreitenprobleme, die Dauer bis zur Rückmeldung des Systems, gesteigerte Kosten, erhöhten Aufwand und viele weitere. Aufgrund dieser Aufgabenstellungen mussten mobile GIS schrittweise entwickelt 8

werden. Dies geschah unter Vereinigung des dynamischen Echtzeitumfeldes und der Haupt- charakteristika, um den Anforderungen der Nutzer gerecht zu werden. Abgesehen davon entwickeln sich mobile GIS rasch und werden vor allem in Zusammenarbeit mit drahtloser Kommunikation, mobilen Endgeräten, mobilen Positionsbestimmungstechniken und dem dezentralen Management von räumlichen Daten zu einer immer geläufigeren und an Bedeutung gewinnende Form von GIS (Li 2007).

3.2 Mobile GIS

Mobile Informationstechnologien haben sich aus dem Zusammenspiel des Internets und der drahtlosen Kommunikation entwickelt. Diese Kombination stellt Informationsdienste mittels mobiler Endgeräten zur Verfügung, egal wo und wann. Von mobilen GIS spricht man, sobald GIS und mobile Informationsdienste miteinander interagieren. Mobile GIS haben folgende Charakteristika:

1. Mobilität-mobile GIS können auf verschiedensten mobilen Endgeräten betrieben werden, die dem Benutzer mobile Informationsdienste in Interaktion drahtloser Kommu- nikation und remote Servern zur Verfügung stellen. Dieser Umstand erlaubt Nutzern, wie Außendienstmitarbeitern oder Wartungstrupps, konstanten Zugriff auf Geoinfor- mationen.

2. Dynamisch und Betrieb in Echtzeit-Als Dienstleistungssystem reagiert ein mobiles GIS auf die Anforderungen des Nutzers und versorgt diesen mit dynamischer als auch aktueller Information zur benötigten Thematik.

3. Unterstützt Anwendungen -Im täglichen Leben beziehen sich mehr als 80% aller ver- fügbaren Informationen auf die räumliche Position. Die Ressourcen geographischer Information sind äußerst reichhaltig aber auch stark verteilt, die Hauptaufgabe mobiler GIS ist es, diese Informationen zu analysieren und die jeweilige Anwendungs- möglichkeit zur Verfügung zu stellen.

4. Bezug auf ortsbezogene Informationen. Mobile GIS benötigen die aktuelle Position des Nutzers um diesen in Echtzeit mit mobilen Diensten zu versorgen.

5. Unterschiedlichste mobile Endgerätetechnologien. Es bestehen unterschiedlichste Klassen an mobilen Endgeräten, wie etwa fahrzeuggestützte Terminals, Tablet PCs, Smartphones oder auch professionelle Handhelds. Des Weiteren entsteht durch die unterschiedlichen Hersteller, Technologien und dem Umstand, dass räumliche sowie nicht räumliche Daten übertragen werden, vermehrt technische Vielfalt (Li 2007).

Aufgrund der oben genannten Charakteristika wenden sich mobile GIS an den professionellen, den kommerziellen sowie an den GIS-Sektor des öffentlichen Diensts. Dies wird durch die Integrierung moderner mobiler Kommunikationstechnologien und GIS-Technologien bewerkstelligt. All das hat die Anwendung von GIS in neuen Einsatzfeldern sowie die Erhöhung des Werts routinemäßiger Services ermöglicht (Li 2007).

Das folgende Kapitel 3.2.1 beschäftigt sich nun mit der Systemarchitektur mobiler GIS sowie dessen Komponenten. Im daran anschließenden Kapitel 3.3 wird die Entwicklung aller relevanten Technologien, wie z.B. drahtloser Kommunikation, mobiler Positionsbestimmung, der Technologie mobiler Endgeräte sowie das Aufkommen mobiler GIS beleuchtet.

Abb. 3.1 Schematische Darstellung mobiler GIS, ESRI Developer Network 2012

3.2.1 Systemarchitektur mobiler GIS

Wie bereits angesprochen, befasst sich dieses Kapitel mit den grundlegenden Bausteinen eines mobilen GI-Systems und deren Zusammenspiel untereinander.

Der größte Unterschied zwischen einem geläufigen GIS und einem mobilen GIS sind die ein- zigartigen Teilkomponenten des mobilen GIS. Diese wären etwa die mobilen Clients (Smartphones, Tablets, Laptops), das drahtlose Netzwerk oder die Benutzer, die sich im Ge- gensatz zu Standard-Usern nicht immer am gleichen Ort aufhalten, sondern in Bewegung sind. Daraus entsteht das Bedürfnis nach Technologien, die es ermöglichen die Position dieser mobilen Clients und User zu bestimmen und diese Positionsinformationen zu verarbeiten. Die Bewegungen der Clients muss also nachvollzogen werden, hierbei spricht man von Tracking. Mittels Tracking ist es daher möglich, dem User im Falle einer ortsspezifischen Anfrage die korrekten Daten zu übermitteln. Des Weiteren benötigt dieses System Technologien, welche in der Lage sind, die gestellten Anfragen zu empfangen und zu verarbeiten und anschließend die angeforderten Informationen im richtigen Format über drahtlose Netzwerke zu versenden. Aus diesen Ansprüchen ergeben sich nun die folgenden Hauptkomponenten eines mobilen GIS (Peng und Tsou 2003):

1. Komponenten zur Positionsbestimmung 2. Komponenten für ortsbezogene Informationen 3. Komponenten für Informationsverarbeitungsdienste 4. Komponenten für Schnittstellendienste 5. Komponenten für drahtlose Netzwerke 6. Internetfähige mobile Endgeräte

3.2.1.1 Komponenten zur Positionsbestimmung

Diese Komponenten dienen zur Bestimmung der Position des Clients in Echtzeit. Sie beinhalten Software- und Hardware-Bausteine, um die Position eines mobilen Endgerätes zu identifi- zieren und die Bewegungen dieses Endgerätes aufzuzeichnen. Für diese Echtzeit-basierte Be- stimmung einer Position werden zwei Hauptkomponenten benötigt: Die erste Komponente stellt das Positions-Bestimmungs-Equipment dar, welches die Position des mobilen Clients identifiziert (MapInfo 2002). Für diese Bestimmung des derzeitigen Auf- enthaltsorts bestehen zwei mögliche Vorgehensweisen: Entweder wird die Position in einem

Netzwerk mittels Triangulation der Zellinformationen bestimmt oder man greift auf die Er- mittlung per GPS zurück. Die zweite Komponente wird durch die Positions-Verarbeitungs-Technologie verkörpert. Hierbei handelt es sich um eine reine Software-basierte Technologie, welche meist auf einem Server agiert. Sie wird dafür verwendet, die Informationen über die vorab bestimmte Position zu verarbeiten, aufzuzeichnen und zu verwalten (MapInfo 2002). Die Hauptaufgabe, die dieser Technologie zugeschrieben wird, ist es, anderen Anwendungen die Möglichkeit zu geben, die erfassten Positionen abzufragen und zu beziehen. Unterschiede bestehen bezüglich der Art der Speicherung, da die Daten teilweise nur für Echtzeitinformationen benötigt werden oder teilweise auf Servern abgelegt werden (Peng und Tsou 2003).

3.2.1.2 Komponenten für ortsbezogene Informationen

Bei ortsbezogenen Informationen handelt es sich um Angaben zu einer geographischen Posi- tion. Sie beinhalten Referenzdaten einer geographischen Position wie etwa Grenzdaten oder Straßendaten. Des Weiteren verfügen sie über spezifische Informationen zu einem bestimmten Ort. Innerhalb eines mobilen GIS werden diese Informationen dazu genutzt, die Position eines mobilen Endgeräts zu bestimmen sowie ortsspezifische Daten an das Gerät zu senden. Diese Informationen und Angaben lassen sich ebenfalls in zwei Kategorien unterteilen: Hierbei wären als erstes die geographischen Informationen zu nennen. Sie werden häufig auch als Basiskarten-Informationen bezeichnet. Sie beinhalten Grenzangaben wie etwa Bezirke, Städte oder Postleitzahlen aber auch Straßen- oder Bahnnetzwerke. Mittels dieser Daten kön- nen Navigationsanwendungen oder Geocoding ausgeführt werden. Aufgrund dieser Einsatz- bereiche ist es sehr wichtig, dass die Daten über Adressangaben und Routeninformationen (Einbahnen, Fahrverbote, …) verfügen. Die Genauigkeit und Aktualität der geographischen Informationen ist daher bei der Anwendung innerhalb mobiler GIS und ortsbezogener Dienste von äußerster Wichtigkeit. Neben den geographischen Informationen gibt es außerdem die ortsspezifischen Informatio- nen, welche sie auf die Attribute einer bestimmten Position beziehen. Unter diesen Angaben versteht man Daten über Schulen, öffentlichen Gebäuden, Krankenhäusern, Orientierungs- punkten und ähnlichem, je nachdem was der User benötigt. Es kann sich dabei auch um sehr dynamische Daten wie Wettervorhersagen oder Verkehrsinfos handeln (Peng und Tsou 2003).

3.2.1.3 Komponenten für Informationsverarbeitungsdienste

Diese Komponenten beziehen sich auf die Verarbeitung sowie die Dienste von geographischen Informationen. Darunter versteht man, wie die ortsbezogenen Daten in einem möglichst benutzerfreundlichen Weg für den Anwender bereitgestellt werden. Beispiele für diese Stand- ortinformationen sind:

• Geocoding Dienste oder Adresssuche • Ortsspezifische Informationsabfrage und deren Darstellung • Dienste für räumliche Abfragen (Umkreissuche nach Dienstleistern, etc.) • Navigationsdienste • Dienste zur Darstellung von Luftbildern, Karten, etc. (Peng und Tsou 2003)

3.2.1.4 Komponenten des Gateway Service

Ein Gateway Service beschreibt eine Verbindung zwischen den Komponenten der Informati- onsverarbeitung und den mobilen Endgeräten, sprich Middleware. Gateway Services sind somit dafür verantwortlich, die vom Server bereitgestellten Dienste für mobile Clients kompatibel zu machen. Die Aufgaben eines Gateway Services lassen sich in die folgenden drei Ab- läufe unterteilen:

1. Aktuelle Position des mobilen Geräts beziehen 2. Verarbeitung der vom Benutzer gestellten Abfragen und Weiterleitung dieser an den Webserver oder ähnliche Anwendungen 3. Antwort des Informationsverarbeitungsservice in ein Format konvertieren, das, egal welches Betriebssysteme oder welche Plattform genutzt wird, vom jeweiligen mobilen Gerät angezeigt werden kann (Peng und Tsou 2003)

3.2.1.5 Komponenten drahtloser Netzwerke

Aufgrund dessen, dass sich mobile GIS bei der Datenübertragung auf drahtlose Netzwerke stützen, ist ihre Leistungsfähigkeit immer stark vom jeweils verfügbaren Netzwerk abhängig. Dieser Umstand entsteht aus den unterschiedlichen Übertragungsraten der einzelnen Netz- werkarten wie GSM, UMTS, etc.

Jedoch liegen die Komponenten drahtloser Netzwerke und deren Transportraten nicht im Ein- flussbereich mobiler GIS (Peng und Tsou 2003).

3.2.1.6 Internetfähige mobile Endgeräte

Die abschließende Komponente eines mobilen GIS wird durch mobile Endgeräte verkörpert, welche in der Lage sind, eine Zugriffsmöglichkeit auf Internetdienst zu gewährleisten und diese Services auch anzuzeigen. Diese Geräte müssen somit befähigt sein, Daten, Abbildun- gen und Stile zu interpretieren und diese in korrekter Weise wiederzugeben. Ein mobiles GIS sollte derart gestaltet sein, dass es eine große Bandbreite an Endgeräten mit unterschiedlichen Betriebssystemen unterstützen kann (Peng und Tsou 2003).

3.3 Entwicklung relevanter Technologien

Unterschiedlichste Technologien steuern ihren Teil zur Entwicklung von dynamischen und mobilen GIS bei. Die hierbei wichtigsten Technologien stellen die drahtlose Kommunikation, die in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung durchlebt hat, sowie die mobile Positions- bestimmung dar. Diese Technologien werden in den folgenden Kapiteln genauer vorgestellt und ihre technischen Aspekte als auch ihre historische Entwicklung erläutert (Li 2007).

3.3.1 Drahtlose Kommunikation

Derzeit ist die Übertragung räumlicher Information die technische Hauptanforderung im Be- reich mobiler GIS. Durch die Verwendung drahtloser Kommunikation wird der Daten- austausch zwischen mobilen Endgeräten und Internetservern möglich gemacht. Mobile Kommunikationsnetzwerke, die im Moment verwendet werden, umfassen mobile Kommuni- kationssysteme der ersten Generation (TACS und AMPS -sich stark ähnelnde zellulare Tele- kommunikationssysteme), der zweiten Generation (GSM, IS54 DAMPS und IS95 CDMA - durch digitale Schmalband Technologie gekennzeichnet) sowie 2.5G Systeme. Technologien, wie CDMA2000, WCDMA und TD-SCDMA, gehören bereits der dritten Generation an und entwickelten beziehungsweise entwickeln sich in den letzten Jahren sehr stark (Hasan und Lu, 2003; Haung und Ho, 2005). Mobile 2G und 2.5G Kommunikationssysteme, welche als Hauptkommunikationsplattformen für mobile GIS dienen, sind nicht in der Lage, die oft sehr großen Datenmengen räumlicher Informationsservices zu unterstützen. Deshalb gilt es darauf zu achten, die Menge an am Dis- play des mobilen Endgeräts dargestellten Daten zu verringern beziehungsweise so gering wie 14

möglich zu halten. Zur Gewährleistung einer konstant möglichen Kommunikation und Über- tragung von Information, egal wann und wo, bieten sich die Eigenschaften der mobilen 3G Kommunikation an. Hierbei beträgt die Übertagungsrate via Satellit 96 KB pro Sekunde, was der doppelten Übertragungsrate von mobilen 2 und 2.5G Systemen entspricht. Innerhalb von 3G Systemen ergibt sich für fahrzeuggestützte Endgeräte eine Übertragungsrate von 144 KB/Sek., für Fußgänger im Freien 384 KB/Sek. und im Falle der in Gebäuden basierten Über- tragung 2 MB/Sek. (Universal Mobile Telecommunications System, kurz UMTS) (Choi et al., 2000; 3GPP2, 2002; Li et al., 2002; Casademont et al., 2004). Aufgrund dieser Qualitäten kann 3G mit fix installierten Systemen verglichen werden, fügt sich gut in drahtlose, zellba- sierte, satellitengestützte, Internet oder IP/Daten Netzwerke ein und bietet eine globale Abde- ckung. Aufgrund dessen lassen sich auch größere Mengen an räumlichen Daten mittels 3G übermitteln. Die unter UMTS maximal möglichen 384 KB/Sek. beziehungsweise 2 MBit/Sek. sind jedoch nur unter optimalen Bedingungen möglich und können durch Interferenzen sowie Fehlerkorrekturen verringert werden. Durch die Erweiterung der Standards des High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) können jedoch bereits Downloadgeschwindigkeiten von 337,5 MBit/Sek. (HSPA+ Release 10) erreicht werden, derzeit sind diese hohen Downloadra- ten jedoch noch nicht verfügbar. Einen Überblick über die einzelnen Entwicklungsstufen und Übertragungsgeschwindigkeiten von HSPA bietet Tabelle 3.1. HSPA erzielt diese höhere Datenrate mittels höherer Packungsdichte (höherwertige Modulation) und durch die Verwen- dung mehrerer räumlich getrennter Übertragungsströme. Diese Vorgehensweise findet auch bei WLAN mit MIMO-Technik Anwendung (Elektronik Kompendium, 2014A). HSDPA HSUPA 3 GPP-Norm Latenz Besonderheiten (Downstream) (Upstream)

HSPA 1,8 MBit/s 384 kBit/s 100 ms -

HSPA 3,6 MBit/s 1,8 MBit/s 100 ms -

HSPA 7,2 MBit/s 3,6 MBit/s 100 ms -

HSPA+ Re- 14,4 MBit/s 5,76 MBit/s 50 ms - lease 6 HSPA+ Re- 21,1 MBit/s 11,5 MBit/s 50 ms 64QAM/16QAM lease 7

16QAM/16QAM, 2x2 28,0 MBit/s 11,5 MBit/s 50 ms MIMO HSPA+ Re- 64QAM/16QAM, 2x2 42,2 MBit/s 11,5 MBit/s 50 ms lease 8 MIMO HSPA+ Re- 64QAM/16QAM, 2x2 84,4 MBit/s 11,5 MBit/s 50 ms lease 9 MIMO, 2 x 5 MHz 64QAM/16QAM, 2x2 168,8 MBit/s 23 MBit/s 50 ms HSPA+ Re- MIMO, 2 x 20 MHz lease 10 337,5 Mbit/s 23 Mbit/s 50 ms -

Tabelle 3.1 Übertragungsraten HSDPA, Elektronik Kompendium 2014A

Die Weiterentwicklung von HSPA und UMTS stellt die Long Term Evolution (LTE) dar. Der dadurch entstandene Entwicklungssprung lässt sich mit jenem von GSM auf UMTS verglei- chen.

Abb. 3.2 Evolution Mobilfunknetze, Elektronik Kompendium 2012A

LTE ist ein 3.9G-Mobilfunknetz, es handelt sich also nicht, wie oft fälschlich angenommen, um die vierte Mobilfunk-Generation (4G), da LTE die 4G-Definition nicht vollständig um- setzt. Die Spezifikation von 4G erschien jedoch erst, als diese eigenmächtige Festlegung schon getroffen war, erst LTE Advanced entspricht der 4G-Definition. LTE soll laut Spezifi- kation pro 20 MHz-Band einen Downloadrate von bis zu 300 MBit/Sek. sowie eine Uploadrate von 75 Mbit/Sek. erreichen (Elektronik Kompendium, 2012 B). Das bereits angesprochene LTE Advanced ist wiederum die Weiterentwicklung von LTE. Bei LTE Advanced kommt in der Übertragungstechnik die Trägerbündelung als auch ein umfassender Einsatz der Mehrantennen-Technik MIMO zu tragen. Durch den Einsatz dieser Techniken wird es LTE Advanced ermöglicht, bis zu 1GBit/Sek. im Downlink und 500 MBit/Sek. im Uplink zu erreichen (Elektronik Kompendium, 2012C).

Spezifikation Downstream Upstream Leistung Anmerkung Normiert 16QAM, Netzelemente LTE 172,8 MBit/s 57,6 MBit/s 2x2 MIMO, und 2008 Release 8 20 MHz Endgeräte 16QAM, LTE MBMS 326,4 MBit/s 86,4 MBit/s 4x4 MIMO, 2009 Release 9 20 MHz 16QAM, LTE LTE 1 GBit/s 500 MBit/s 8x8 MIMO, Advanced 2011 Release 10 100 MHz Tabelle 3.2 Übertragungsraten LTE, Elektronik Kompendium 2012B

Die mobile IPv6 Technologie innerhalb mobiler 4G Netzwerke ist in der Lage erweiterte Po- sitionsservices als auch location based services unter Verwendung des Internet Protokolls (IP) zu unterstützen und dabei unterschiedlicher radio access networks (RAN) miteinander zu ver- binden. Ein RAN besteht aus physischen Entitäten, die Funkressourcen managen und Nutzer mit einem Mechanismus ausstatten, um sowohl Kernnetzwerke als auch paketvermittelnde Netzwerkdienste in Anspruch zu nehmen. Des Weiteren kann ein RAN dazu adaptiert werden, Echtzeitnetzwerke über das Internet zu warten (Bravo, 2004). Die Entwicklung drahtloser Internettechnologie bietet neue Möglichkeiten für die Übertragung, die für mobile GIS benötigt wird. Die fortschreitenden Verbesserungen dieser Technologien, vor allem im Sinne der Übertragungsmöglichkeiten und sich stetig verbessernden Übertragungsgeschwindigkei- ten, stellen eine exzellente Kommunikationsbasis für die Entwicklung von mobilen GIS dar (Li 2007).

3.3.2 Cloud Computing

Gleichzeitig mit der rasanten technischen Entwicklung im Bereich der heutzutage verfügbaren Smartphones und Tablets, steigen auch die Möglichkeiten, Anwendungen immer komplexerer Art auf diesen Geräten auszuführen. Ganz abgesehen von den erhöhten Systemanforderungen, macht sich dies vor allem im Bereich der Speicherung von Daten sowie deren Abrufbarkeit bemerkbar. Moderne Smartphones oder auch Tablets besitzen zwar durchaus beträchtliche interne Speicherkapazitäten, jedoch stoßen auch diese im Falle von umfangreicheren Karten-

materialien oder Luftbildern schnell an ihre Grenzen. Außerdem stellt es einen eklatanten Komfortgewinn dar, wenn die gewünschten Daten nicht nur auf einem Gerät verfügbar sind, sondern gleich mehreren Nutzern zur Verfügung gestellt werden können und das rund um die Uhr bei einem minimalen Managementaufwand. Ein Weg diese Bedürfnisse und Wünsche erfüllen zu können, stellt das Cloud Computing dar. Die nun folgenden Absätze sollen einen kurzen Einblick in die elementaren Charakteristika sowie die einzelnen Modelle des Cloud Computing geben. Der Grundgedanke des Cloud Computing besteht darin, einem Cloud-Nutzer IT-Ressourcen, wie etwa Infrastrukturen, Plattformen oder Anwendungen, bereitzustellen. Diese Ressourcen werden von unterschiedlichsten Cloud-Anbietern, wie beispielsweise Google, Dropbox oder Amazon, teils kostenlos zur Verfügung gestellt. Durch die Nutzung eines solchen Cloud- Service können Cloud-Nutzer etwa auf den Betrieb eines eigenen IT-Rechenzentrums ver- zichten. Des Weiteren bezahlt der Cloud-Nutzer nur die Ressourcen, die tatsächlich in An- spruch genommen werden. Unter diesem System versteht man das sogenannte Pay-as-you-Go Modell. Es entfallen also keine unnötigen Kosten für nicht genutzte Ressourcen. Aus wirt- schaftlicher Sicht entsteht ein weiterer Pluspunkt für Cloud-Nutzer, nämlich die dynamische Skalierung. Unter diesem Begriff versteht man das Beziehen zusätzlicher Ressourcen durch ein Unternehmen zur Anpassung der Rechenleistung, um dem innerbetrieblichen Wachstum gerecht zu werden. Diese dynamische Skalierung geschieht über das Internet und kann on- demand vom Nutzer selbst zugeschaltet werden. Aufgrund dieses on-demand Aspekts reduziert sich außerdem das Risiko der sogenannten Underutilization (IT-Ressourcen werden nicht kostendeckend ausgenutzt) als auch des sogenannten Overprovisioning (Einkauf zuvieler IT- Ressourcen) (Bell 2012).

Die essentiellen Charakteristika des Cloud Computing lassen sich in fünf Punkte aufteilen und wurden zum Beispiel im Bericht „The NIST Definition of Cloud Computing“ (Mell und Grance 2011) wie folgt festgehalten: On-demand self service-Nutzer können je nach Bedarf die von ihnen benötigten IT- Ressourcen, wie etwa Netzwerkspeicher, beziehen, ohne dabei mit dem Provider des Servers in Kontakt treten zu müssen.

Broad Network Access-Die Ressourcen sind über das Netzwerk verfügbar und kön- nen durch Standardmechanismen, die die Nutzung durch heterogene thin oder thick

Clients unterstützen, abgerufen werden. Beispiele hierfür sind Smartphones, Laptops oder Tablets.

Resource Pooling-Die vom Provider bereitgestellten Ressourcen werden zusammengefasst, um sie mittels eines multi-tenant Modells (mehrere Mandate) mehreren An- wendern zur Verfügung zu stellen. Hierbei werden die physikalischen als auch virtuellen Ressourcen dynamisch den jeweiligen Bedürfnissen der Nutzer zugewiesen. Grundsätzlich hat der Anwender keine Kontrolle oder Kenntnis über den genauen Standort der verwendeten Ressourcen. Es ist jedoch meist möglich, einen ungefähren Überblick über den Standort zu erhalten, wie etwa das Land, den/das Bundesstaat/- land oder das Datenzentrum. Als Beispiele für die abrufbaren Ressourcen sind Spei- cherkapazitäten, Netzwerkbandbreite oder virtual machines angeführt.

Rapid Elasticity-Unter diesem Begriff versteht man einerseits die schnelle und elasti- sche, teilweise automatische, Bereitstellung von Funktionen (scale out) und andererseits das rapide Freisetzen von Funktion, wenn diese nicht benötigt werden, dem sogenannten scale in. Durch dieses System entsteht für die Anwender oft der Eindruck, dass die Funktionen in unbegrenzter Anzahl vorhanden sind und in jeder gewünschten Menge, zu jeder Zeit erworben werden können.

Measured Service-Die Cloud-Systeme sind in der Lage die Ressourcennutzung automatisch zu steuern und zu optimieren. Dies geschieht für jeden Typ von Service, zum Beispiel Bandbreite, Speicherkapazität oder Rechenleistung, unterschiedlich. Um Transparenz für den Provider als auch den Nutzer zu gewährleisten, kann die Ressour- cennutzung des jeweilig verwendeten Service kontrolliert, überwacht und abgerufen werden (Mell und Grance 2011)

Bei genauerer Betrachtung der Cloud Computing Systeme und deren Architektur kann festgestellt werden, dass sich Clouds in das Schichtenmodell Everything as a Service (XaaS) eingliedern lassen. Innerhalb dieses Modells konkretisiert sich mit jeder, von unten nach oben ansteigenden Schicht das Leistungsangebot des Cloud-Anbieters (siehe Abb. 3.3). Die nun folgende Cloud-Architektur richtet sich nach dem Schema von Bell 2012.

Abb. 3.3 Architektur Cloud Computing, Quelle: Bell 2012, eigene Darstellung

IaaS-Infrastructure as Service Der unterste Layer in der Cloud-Hierarchie bietet dem User einen virtuellen Server, der über nur gering vorkonfigurierte Funktionalitäten verfügt. Dieser virtuelle Server ermöglicht die Erstellung nativer Anwendungen. Hierbei hat der Nutzer meist die Wahl zwischen unterschiedlichen Betriebssystemen (OS-Operating Systems). Zur Vereinfachung und schnelleren Erstellung dieser Anwendungen stehen hierfür oft sogenannte Virtual Machine Images zur Verfügung. Diese sind auf bestimmte Anwendungsfälle zugeschnitten. IaaS-Systeme können in den unterschiedlichsten Spielarten angeboten werden, wie etwa Massenspeicher, Berech- nungsleistung oder Rechenleistung. Aufgrund dieser großen Flexibilität erfordern diese Cloud Angebote jedoch auch einen hohen Grad an Administration und einen erhöhten Aufwand für Konfigurationen. Die Anbieter verrechnen die Kosten eines IaaS je nach Variante. Massen- speicher werden etwa über die genutzten als auch über die übertragenen Gigabyte verrechnet. Die Gebühren für Rechenleistungen hingegen werden stündlich und abhängig vom In- und Output der virtuellen Maschine sowie der Leistung (RAM, CPU) ermittelt (Bell 2012).

DaaS-Database as Service Im Falle von DaaS bietet der Cloud-Anbieter Datenbanksysteme, wie etwa NoSQL oder relationelle Datenbanksysteme innerhalb der Cloud an. Somit liegen die Leistungen eines DaaS zwischen denen eines IaaS und eines PaaS (Bell 2012). PaaS-Platform as Service Im Gegensatz zu IaaS besteht im Falle von PaaS ein weit geringerer Administrationsaufwand und ebenfalls ein geringerer Bedarf an Interaktion mit dem OS, diese Art von Interaktion ist in den meisten Fällen sogar unmöglich. Der Cloud-Provider stellt bei PaaS eine Laufzeitum- gebung bereit, in der bestimmte Anwendungen, wie etwa Programmiersprachen (meist vom Anbieter festgelegt), ablaufen können. Dieses Modell zielt auf Entwickler ab, die die bereits 20

bestehende Laufzeitumgebung nutzen wollen, um sich vornehmlich auf das Erstellen von Anwendungen zu konzentrieren. Zwar ist das Gebührenmodell eines PaaS dem eines IaaS sehr ähnlich, jedoch entsteht durch den Entfall etwaiger Serverkonfigurationen eine deutlich gesteigerte Kosteneffizienz (Bell 2012).

SaaS-Software as a Service Das Angebot von SaaS bedient Endkunden, welche nur eine geringen oder keinen Entwick- lungsaufwand betreiben wollen. Dem Nutzer werden funktionsfähige Anwendungen oder einzelne Anwendungsdienste on-demand zur Verfügung gestellt. Bei SaaS bezieht der Nutzer die gewünschte Software direkt aus der Cloud und muss diese nicht mehr am eigenen Rechner installieren. Dadurch entsteht auch nicht mehr die Notwendigkeit, die Software zu kaufen, sie wird gemietet. Die Benutzungsdauer dient hierbei als Berechnungsgrundlage der Kosten. Stellt der Provider dem Kunden zusätzlich APIs und Tools bereit, so spricht man von sogenannten FaaS (Framework as a Service). In diesem Fall ist die Chance gegeben, die SaaS- Plattformen mit eigenen Entwicklungen zu erweitern. Anzumerken wäre jedoch, dass der Provider hierbei auch die zu verwendende Programmiersprache bestimmt (Bell 2012).

Des Weiteren existieren die Cloud-Architekturen HuaaS (Human as a Service) als auch MoaaS (Money as a Service). Im ersten Fall dienen diese Clouds zur Vermittlung menschli- cher Arbeitsleistungen, wie etwa Übersetzungsdiensten. Bekannt sind in diesem Zusammen- hang auch die Begriffe On-demand Mitarbeiter oder Crowsourcing. Bei MoaaS steht die Be- schaffung finanzieller Mittel zur Unterstützung von Geschäftsideen oder Projekten im Vor- dergrund. Ein ebenfalls gebräuchlicher Ausdruck für diese Art von Cloud ist der Begriff Crowdfunding (Bell 2012).

Aus organisatorischer Sicht teilen sich Clouds in folgende Untergruppen (Bell 2012):

Public Clouds Public Clouds sind die wohl wichtigsten und am weitesten verbreiteten Clouds. Sie charakterisieren sich durch den Umstand, dass der Cloud-Nutzer und der Cloud- Provider nicht derselben organisatorischen Einheit angehören. Die Öffentlichkeit hat Zugriff auf die Cloud-Ressourcen des Cloud-Anbieters der diese meist für ein Entgelt zur Verfügung stellt (Bell 2012).

Private Clouds Im Falle von Private Clouds wird die Öffentlichkeit vom Betreiber der Cloud, meist ein Unternehmen, ausgesperrt da dieses Unternehmen die Cloud nur für ihre eigenen Zwecke betreibt. Die hierbei verwendeten Schnittstellen und Konzepte sind jedoch mit denen einer Public Cloud ident. Dies führt zu der Möglichkeit, unternehmenseigene Anwendungen in späterer Folge innerhalb von Public Clouds zu implementieren (Bell 2012).

Hybrid Clouds Werden von einem Unternehmen sowohl eine Private als auch eine Public Cloud genutzt, spricht man von einer Hybrid Cloud. Bewerkstelligt werden diese Hybrid Clouds durch das Konzept des sogenannten Cloudburstings. Für die Wahl einer Hyb- rid Cloud kann es mehrere Gründe geben, wie etwa das Abfangen von Lastspitzen oder firmeninterne Sicherheitsaspekte. Die Lastspitzen oder Peaks (extremer Anstieg im Workload) können abgefangen werden, indem sie auf die Public Cloud und deren Rechenleistung ausgelagert werden und der Regelbetrieb ungestört über die Public Cloud läuft. Bezug nehmend auf die Sicherheitsaspekte kann etwa die Private Cloud zur Bewahrung sensibler Daten dienen, während die Public Cloud die restlichen Daten verarbeitet (Bell 2012).

Cloud Computing kann in Hinblick auf mobile GIS eine große Rolle spielen. Es ermöglicht die Bereitstellung einzelner Daten, Anwendungen oder auch ganzer Projekte, welche online abgerufen werden können und nach einer etwaigen Bearbeitung wieder in die Cloud hochgeladen werden können. Dies gilt sowohl für die professionelle Nutzung geographischer Daten, wie auch für die rein visualisierende Darstellung, etwa im touristischen Bereich. Vor allem stellen die relativ einfache Handhabung und die hohe Kosteneffizienz auch für kleinere Un- ternehmen reizvolle Punkte dar. Abschließend zur Thematik Cloud Computing wird in Tabel- le 3.3 ein kurzer Überblick derzeit existierender Cloud-Anbieter gegeben.

100 GB extra pro Cloud-Speicher Gratis- Speicher Smartphone-App Monat Google Drive 15 GB Android, iOS 1,99 Dollar One Drive (ehe- Android, iOS, Win- 7 GB 5,99 Euro mals Skydrive) dows Phone Dropbox 2 GB Android, iOS 9,99 Dollar Android, iOS, Win- Box 10 GB 8 Euro dows Phone SugarSync 5 GB Android, iOS 9,99 Dollar Web.de 2 GB Android, iOS 4,99 Euro GMX 2 GB Android, iOS 4,99 Euro Android, iOS, Win- HiDrive 5 GB 6,90 Euro dows Phone 7 Mega 50 GB Android, iOS 2 Euro Tabelle 3.3 Überlick Cloud-Anbieter, PC Welt 2014

3.3.3 Mobile Positionsbestimmung

Die Technologie der mobilen Positionsbestimmung kann grundsätzlich in drei Klassen einge- teilt werden.

1. Netzwerkbasierte Technologien 2. Endgerätbasierte Technologien 3. Integrierte Technologien

Die netzwerkbasierten Technologien inkludieren COO (cell of origin), TOA (time of arrival), AOA (angle of arrival), TDOA (time difference of arrival) und E-TOD (enhanced-observed time difference) Positionsbestimmung. Im Falle der endgerätbasierten Technologien kommt das Global Positioning System (GPS) zum Tragen. Bei integrierten Technologien findet das drahtlose Assisted-GPS (A-GPS) Verwendung. Dieses kombiniert die Positionierungs- funktion der Endgeräte mit den Funktionen eines Netzwerks. In den letzten beiden Fällen, bei A-GPS und GPS, müssen die GPS Empfangsmodule mit Endgeräten gekoppelt werden, außer diese verfügen über interne Empfänger. Des Weiteren ist es notwendig, die Empfangsantenne abzuändern. Jedoch gilt es zu beachten, dass die Endgeräte nicht zur Gänze für die Positions- 23

bestimmung verantwortlich sind. Ihre Aufgabe besteht eher darin, die vom GPS empfangenen Informationen der Position an drahtlose Kommunikationsnetzwerke weiterzuleiten. Die Ser- ver dieser Kommunikationsnetzwerke berechnen dann die aktuelle Position des Empfängers und senden diese wieder zurück an das mobile Endgerät (Li 2007).

3.3.4 Global Positioning System-GPS

Aufgrund der Tatsache, dass bei den im praktischen Teil beschriebenen Erhebungen der Geodaten mobile Endgeräte benutzt wurden, die bei ihrer Positionsbestimmung auf GPS zu- rückgreifen, befasst sich nun dieses Kapitel 3.3.4 genauer mit der Entwicklung und den technischen Eigenschaften und Details dieser Technologie. Historisch gesehen startete die Entwicklung von GPS 1957, als der erste künstliche Satellit Sputnik 1 in die Erdumlaufbahn befördert wurde. Dadurch wurde das Versenden von line-of- sight Funknavigationssignalen ermöglicht. In den 1960ern entstand die erste Generation von satellitenbasierten Navigationssystemen, nämlich Transit (USA) und Tsikada (UdSSR), die sich stark ähnelten. Die zweite Generation entstand in den 1980ern mit den Vertretern GPS (USA) und GLONASS (UdSSR/RUS). Das europäische System Galileo entstand zur Zeit des Jahrtausendwechsels. Durch die zweite Generation wurde es möglich, die Frage „welche Zeit, welche Position und welche Geschwindigkeit“ an Orten, die das Signal empfangen, schnell, kostengünstig, dauerhaft, genau und global, zu beantworten (Hofmann-Wellenhof et al. 2003).

3.3.4.1 Grundkonzept GPS

Erdacht wurde GPS als Ortungssystem von Satelliten an einer bekannten Position zu unbekannten Positionen an Land, in der Luft, im Weltall oder am Meer. Die unmittelbare Bestim- mung von Position und Geschwindigkeit in einer kontinuierlichen Weise sowie die exakte Koordinierung von Zeit (time transfer) waren die ursprünglichen Aufgaben von GPS. Nach- dem der Initiator dieses Systems das DOD (Department of Defense) ist, war der primäre Ein- satzbereich von GPS im militärischen Bereich angesiedelt (Hofmann-Wellenhof et al. 2003).

Basierend auf Code- oder Trägerphasen-Messungen benutzt GPS Pseudostrecken, die vom ausgesandten Satellitensignal abgeleitet werden. Bei der Anwendung des codierten Signals werden die Pseudostrecken mittels Messung der Laufzeit des Signals und Multiplizierung seiner Geschwindigkeit bestimmt. Hierbei muss ein Fehler miteinberechnet werden, da die

Uhren des Empfängers und die des Satelliten nie perfekt zueinander synchronisiert sind. Da- raus lässt sich schließen, dass jede dieser Gleichungen vier Unbekannte umfasst: die drei Punktkoordinaten und der Taktfehler der Uhr. Zur Lösung der vier Unbekannten benötigt man also vier Satelliten. Bei der Verwendung der Trägerphasen-Messung muss man mit nicht eindeutigen Ergebnissen als auch mit weiteren Unbekannten rechnen (Hofmann-Wellenhof et al. 2003).

Abb. 3.4 GPS Positionsbestimmung, Bernhardsen 2002, eigene Darstellung

3.3.4.2 Systemarchitektur

Die Systemarchitektur, die GPS zugrunde liegt, teilt sich in drei Hauptsegmente: • Space-Segment • Kontrollsegment • Benutzersegment

Space-Segment Die Konstellation der sich im All befindlichen GPS-Satelliten ist ein wichtiger Punkt, um die kontinuierliche Bestimmung einer Position zu gewährleisten. Sie sieht wie folgt aus: Das komplette System besteht aus 24 operierenden Satelliten, die in sechs gleichmäßig aufgeteil- ten Flächen (A bis F) in einer Höhe von 20200 Kilometern über der Erdoberfläche kreisen. Jeder dieser Satelliten ist mit 4 sehr genauen Atomuhren ausgestattet. Pro Fläche stehen jeweils 4 Satelliten zur Verfügung (siehe Abb. 3.5). Bei ihrer Umlaufbahn weisen sie eine Nei- 25

gung von 55° gegenüber dem Äquator auf. Des Weiteren können neben den bereits genannten 4 Satelliten pro Fläche andere aktive Satelliten zur Signalanreicherung herangezogen werden. Durch diese Konstellation ist es dem Space-Segment möglich, mittels 4 bis 8 gleichzeitig sichtbarer Satelliten oberhalb von 15° Erhebungswinkel eine globale Abdeckung zu gewähr- leisten und das 24 Stunden am Tag. Wenn der Winkel von 15° auf 10°beziehungsweise 5° verringert wird, so erhält man mitunter 10 beziehungsweise 12 Satelliten, die gleichzeitig sichtbar sind (Hofmann-Wellenhof et al. 2003).

Abb. 3.5 GPS Satellitenkonstellation, Misra und Enge 2001

Der erzielte Genauigkeitsgrad von GPS lässt sich darauf zurückführen, dass alle Komponen- ten der Satelliten, die ein Signal aussenden, von Atomuhren kontrolliert werden. Die von der Messung der Laufzeit des Signals zwischen Satellit und Empfänger abgeleiteten Pseudostre- cken (Abb. 3.6) benutzen zwei Codes, die auf die beiden Trägerwellen modelliert sind, die sogenannten pseudorandom noise (PRN) Codes. Bei den Codes handelt es sich einerseits um den C/A-Code (coarse/aquistion-code) und andererseits um den P-Code (precision-code) (Misra und Enge 2001). Im Gegensatz zum C/A-Code, der für zivile Nutzer zugänglich ist, steht der P-Code hauptsächlich für militärische Zwecke zur Verfügung (Kowoma 2012).

Abb. 3.6 Messung der Pseudostrecken, Misra und Enge 2001

Kontrollsegment Das operational control system (OCS) besteht aus drei unterschiedlichen Stationen:

1. Master-Kontrollstation 2. Monitorstationen 3. Boden-Kontrollstationen

Die für das OCS bestehenden Hauptaufgaben sind das Verfolgen der Satelliten für die Um- laufbahn, Taktbestimmung und die Prognose für die Uhren, das Hochladen der Datennach- richten zu den Satelliten sowie die Zeitsynchronisation der Satelliten (Hofmann-Wellenhof et al. 2003).

Ad 1.) Die Master-Kontrollstation befindet sich am Consolidated Space Operation Center (CSOC) auf der Shriver Air Force Base in Colorado Springs (USA) und dient zur Berechnung der Umlaufbahnen der Satelliten als auch der Parameter der Uhren. Die sich daraus ergeben- den Werte werden an eine der drei Boden-Kontrollstationen gesandt, wo sie bei Bedarf zu den Satelliten gesendet werden. Ein weiterer Einsatzbereich der Master-Kontrollstation ist die Satellitenkontrolle und der Betrieb des Systems (Hofmann-Wellenhof et al. 2003).

Ad 2.) Colorado Springs in den USA, Ascension Island im Südatlantik, Kwajalein und Hawaii im Nordpazifik sowie Diego Garcia im Indischen Ozean sind die fünf derzeit bestehenden Monitorstationen. Ausgerüstet sind diese Stationen mit einem präzisen Atomzeit-Standard und Empfängern, die kontinuierlich die Pseudostrecken aller sichtbaren Satelliten messen. Die Messungen der Pseudostrecken erfolgen alle 1,5 Sekunden. Unter Verwendung meteorologi- scher und ionosphärischer Daten werden die Messungen geglättet und ergeben ein 15- Minuten-Intervall das an die Master Kontrollstation übermittelt wird (Hofmann-Wellenhof et al. 2003).

Ad 3.) Die Boden-Kontrollstationen sind jeweils zusammen mit den Monitorstationen von Diego Garcia, Kwajalein und Ascension Island untergebracht und stellen die Nachrichtenver- bindung zu den Satelliten dar. Sie bestehen im Grunde lediglich aus Bodenantennen, welche die in der Master-Kontrollstation berechneten Daten zu den Satelliten hochladen (Hofmann- Wellenhof et al. 2003).

Benutzersegment Die große Vielfalt zwischen zivilen und militärischen Benutzern von GPS spiegelt sich in der heute verfügbaren Art der möglichen Empfänger wieder. Diese Empfänger lassen sich über die Verfügbarkeit der Codes (C/A-Code, P-Code, Y-Code) als auch über die Typen der Posi- tionsbestimmung (Code-Pseudostrecken oder Trägerphasen) klassifizieren. Für den Großteil der Navigationsanwendungen reicht ein Empfänger für C/A-Code-Pseudostrecken vollkommen aus. Im Regelfall wird die dreidimensionale Position von diesen Empfängern entweder mittels Breitengrad, Längengrad und Höhe oder in einem Projektionssystem ausgegeben, meistens in UTM-WGS84-Koordinaten und der Höhe (Hofmann-Wellenhof et al. 2003).

3.4 Crowdmapping als neue Erhebungsmethode

Bevor wir uns dem Begriff des Crowdmappings zuwenden, sollte zuerst ein kleiner Überblick über das Konzept, das Crowdmapping zugrunde liegt, gegeben werden. Dieses Grundkonzept wird als Corwdsourcing bezeichnet. Darunter versteht man das Weiterleiten von Innovations- prozessen an die Schar der Nutzer, welche auch der Schwarm genannt wird. Dieses Vorgehen hat sich in den letzten Jahren auf so gut wie jeden erdenklichen Bereich ausgeweitet. Man denke an Wikipedia im Wissensbereich, Betterplace in der Projektentwicklung oder 12designers im Webdesign. Aufgrund intelligenter Apps und der stetig besser werdenden

Technologie am Sektor der mobilen Kommunikation, erfährt dieser Prozess momentan eine beachtliche Weiterentwicklung. Der Schwarm an ortsunabhängigen Smartphone-Nutzern erhebt mittels Kompass, Mikrophon und/oder Kamera Daten und übermittelt diese an die entsprechende Website. Wenn diese Daten zusätzlich mit Koordinatenangaben aus GPS- Empfängern verknüpft werden, besteht die Möglichkeit, diese Daten in aufschlussreiche Kar- ten zu verwandeln. Aufgrund der Effizienz als auch der Geschwindigkeit mit der mittels Crowdsourcing Daten erhoben werden, kommt es zu einer vermehrten Kooperation zwischen mobilen Crowdsourcing-Projekten und Behörden, Hilfsorganisationen sowie der Wissen- schaft (t3n 2014). Unterteilen lässt sich diese Art der Datenerhebung in ein aktives und ein passives Crowdsourcing. Passives Crowdsourcing basiert auf den automatisch erhobenen WiFi- oder GPS-Daten der Nutzer, welche über eine vorab installierte App abgerufen werden. Die für diese Arbeit weit interessantere Anwendungsart des Crowdsourcings stellt die aktive Erhe- bung dar. Hierbei nehmen die User per Smartphone Fotos auf, dokumentieren Geräusche oder etwaige andere Werte und senden diese dann an die jeweilige Internetadresse (t3n 2014). Eine Weiterführung des gerade eben beschriebenen aktiven Crowdsourcing ist das Crowdmapping. Die von den Usern erhobenen Einträge dienen als interaktive Echtzeit- Informationen über Naturkatastrophen, Kriegsereignisse, Wahlen oder humanitäre Krisen, weshalb diese Karten im Englischen auch crisis maps genannt werden. Die richtige Umset- zung vorausgesetzt, kann Crowdmapping zu einer Transparenz sich schnell entwickelnder Ereignisse führen, die für traditionelle Medien in Echtzeit nur schwer erreichbar ist. Selbiges gilt für längerfristige Entwicklungen, die aufgrund unterschiedlicher Ereignisse schwierig zu verfolgen sind (Kimo Quaintance 2014). Ein weiterer Vorteil des Crowdmapping besteht darin, dass jede Person unter Verwendung der geeigneten Werkzeuge in der Lage ist, eine solche Karte zu erstellen. Eines dieser Werkzeuge stellt Crowdmap.com, welches auf der Open-Source-Plattform Ushahidi basiert, dar. Diese Plattform wurde durch eine kenianische Technologie-Initiative entwickelt deren Ziel es war, die Welle der Gewalt nach den Wahlen im Jahr 2008 aufzuzeichnen und zu bekämpfen (Kimo Quaintance 2014). Die Ushahidi, Inc. ist eine Non-Profit-Softwareentwicklungsfirma, welche sich auf Open-Source-Softwarelösungen für die Datenerhebung, Visualisierung und Erstel- lung von interaktiven Karten spezialisiert hat. Der Name „Ushahidi“ stammt aus dem Swahili und bedeutet soviel wie „Zeugenaussage“ oder „bezeugen“. Diese Betitelung bezieht sich auf die bereits oben beschriebenen Umstände, welche zur Entwicklung der Plattform führten. Mit- tels der Plattform wurden Augenzeugenberichte über Gewaltausschreitungen per Mail oder

SMS gesammelt und innerhalb von Google Maps in einer Karte visualisiert (Forbes 2014). Die auf der Ushahidi-Plattform basierende Crowdmap ist eine Weiterentwicklung dieser Platt- form, welche den Benutzern die Chance bietet, ihren eigenen Einsatz von ushahidi-ähnlichen Projekten durchzuführen. Innerhalb dieser Webapp können ebenfalls interaktive Karten zur Visualisierung ortsgebundener Daten erstellt werden (Lifehacker 2014). Der Vorteil bei Crowdmap-Projekten besteht darin, dass hierbei, im Gegensatz zur originalen Ushahidi- Plattform, keine Installation auf einem Webserver durchgeführt werden muss.

Abb. 3.7 Beispiel für eine Crowdmap, Lifehacker 2014

Grundsätzlich gilt es anzumerken, dass bei der Anwendung von Open-Source-Plattformen wie Ushahidi und Crowdmapping die Vorteile stark von den schwer untereinander koordinierbaren Bereichen einer effektiven Organisation, genauen Informationen und dem öffentlichem Bewusstsein abhängen, sie aber dennoch eine großartige Möglichkeit darstellen, Wissen und Transparenz bezüglich einer Reihe von Gesundheits- und Sicherheitsfragen stark zu erhöhen (Kimo Quaintance 2014).

Im Falle von Ushahidi und Crowdmapping gilt es jedoch zu bedenken, dass nur punktuelle Einträge erstellt werden können. Diese Art der Datenerhebung würde sich hinsichtlich der hier in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchung nur zum Teil eignen. Für die grundsätzli- che Erhebung von Karteninhalten wie Wanderwege oder Straßenzüge ist sie ungeeignet, jedoch würde sie bei punktuellen Einträgen wie geotagged Fotos von schlecht platzierten

Wegmarkierungen, POIs (Points of Interest) oder ähnlichen relevanten Punkten durchaus von Vorteil sein. Im Bereich des Crowdsourcing stellt die OpenStreetMap eine weitere Option der freien Kar- tenerstellung dar. OpenStreetMap ist ein kollaboratives Projekt, dessen Bestreben darin besteht, eine freibearbeitbare Weltkarte zu erstellen. Die Hauptursachen für die Begründung dieses Projekts als auch dessen fortschreitenden Wachstums stellen einerseits die bestehenden Restriktionen bezüglich der Nutzung als auch der Verfügbarkeit und andererseits das Auf- kommen preisgünstiger mobiler Navigationsgeräte und Smartphones dar (National Geogra- phic News 2014). Seit der Gründung im Jahr 2004 stieg die Anzahl an registrierten Usern auf über 1,6 Millionen (Neis P. und Zipf A. 2012). Die Erhebung der Daten kann mittels Luftbil- dern, GPS-Empfängern oder anderen freien Quellen durchgeführt werden. Diese über die Crowd erhobenen Daten werden anschließend unter der Open-Database-Lizenz zur Verfü- gung gestellt. Die grundlegenden Daten für die OpenStreetMap wurden von Freiwilligen mittels systemati- scher Felderhebungen gesammelt. Hierfür verwendeten sie Notebooks und GPS-Empfänger sowie Digitalkameras. Anschließend wurden diese Daten in die OpenStreetMap Datenbank eingearbeitet. Durch das Aufkommen von frei verfügbaren Luftbildern und anderen Daten- quellen konnte der Erhebungsprozess deutlich beschleunigt werden. Des Weiteren wurde die Genauigkeit der Daten durch die Eingabe per Digitalisierung stark erhöht. Die Bearbeitung der Daten kann mit unterschiedlichen Editoren durchgeführt werden, etwa mit dem von MapBox entwickelten iD Browsereditor, welcher unter Verwendung von d3.js als HTML5 Anwendung läuft (MapBox 2014). Potlatch stellt einen weiteren Editor für die OpenStreetMap dar. Technisch basiert er auf Adobe Flash und ist direkt in der OpenStreetMap Website eingebettet. Im Vergleich zum später erwähnten Editor JOSM hält Potlatch die Editierung sehr einfach und richtet sich an neue User der OpenStreetMap. Potlatch benötigt für den Betrieb innerhalb eines Webbrowsers mindestens das Flash Plugin der Version 8 (OpenStreetMap Wiki 2014C). Außerdem besteht für fortgeschrittene Anwen- der die Möglichkeit, JOSM oder Merkaator als Editor zu nutzen. JOSM steht für „Java OpenStreetMap Editor“ und ist eine Desktopanwendung, die aufgrund ihrer Plugins und Sta- bilität häufig Verwendung findet (OpenStreetMap Wiki 2014A). Merkaator wurde als Editor für Unix, Windows und Mac OS X (nur Intel) erdacht und wird unter der GNU General Pub- lic License vertrieben (OpenStreetMap Wiki 2014B). Zur Betrachtung der OpenStreetMap Daten können unterschiedliche Mapviewer verwendet werden. Der offensichtlichste Weg ist die Betrachtung mittels eines gängigen Webbrowsers

wie Firefox, Chrome oder dem InternetExplorer. Die Daten können jedoch auch über andere Dienste, wie etwa Marble (OpenStreetMap Wiki 2014D), FoxtrotGPS (OpenStreetMap Wiki 2014E) oder Emerillon (OpenStreetMap Wiki 2014F) abgerufen werden. Abschließend ist zu erwähnen, dass im Unterschied zu den beschriebene Projekten Ushahidi und Crowdmapping bei der OpenStreetMap die Möglichkeit der Datenerhebung in mehr als nur punktueller Form besteht. Wie in Abb. 3.8 ersichtlich, lassen sich neben Punkt-Features auch Linien- oder Polygonfeatures erheben.

Abb. 3.8 Auschnitt Semriach, OpenStreetMap 2014

3.5 Datenbankmodelle innerhalb mobiler GIS

In diesem Kapitel wird eine Einleitung und Grundcharakterisierung für die existierenden Da- tenbankmodelle bereitgestellt und eine Erläuterung der speziellen Anforderungen, die mobile Endgeräte aufgrund ihrer eingeschränkten Ressourcen an Datenbanken stellen, gegeben. Ob- wohl die Voraussetzungen für die Implementierung von Datenbanksystemen innerhalb mobiler Endgeräte durch den Aufbau der Betriebssysteme und die Ressourcenknappheit erschwert werden, sind bereits einige Datenbanksysteme für diese Geräte verfügbar. Bevor nun näher auf die mobilen Ableger eingegangen wird, folgt eine Einführung in die grundlegenden Da- tenbankmodelle (Blankenbach 2007). 32

Die wichtigsten Aufgaben von Datenbanksysteme, neben der persistenten Speicherung von Daten, sind einerseits die Verwaltung und Beschreibung der Daten anhand von Daten- modellen und andererseits der Datenzugriff mittels Datenbanksprachen. Die Grund- bestandteile eines Datenbanksystems sind die Datenbank (DB) an sich sowie das Datenbank- managementsystem (DBMS). Bei ersterem handelt es sich um eine Sammlung persistent ge- speicherter Daten, die alle nach dem gleichen Schema beschrieben wurden, während ein DBMS über eine Softwareanwendung verkörpert wird, mittels derer die Verwaltung, Be- schreibung und Abfrage so effizient wie möglich erfolgt. Anhand des Datenmodells wiederum wird bestimmt, wie die Modellierung der Daten abläuft. Über dieses Datenmodell wird somit festgelegt, wie die in der Datenbank gespeicherten Daten beschrieben werden und wie ihre Beziehungen zueinander aussehen. Datenmodelle werden mittels abstrakter oder imple- mentierungsunabhängiger Sprachen (Unified Modeling Language (UML), Enitity- Relationship-Model (ERM) und ähnlichen) erstellt. Die abschließende Umwandlung eines Datenmodells in eine Datenbank geschieht in Form eines Datenbankmodells. Die hierbei wichtigsten Datenbankmodelle sind das relationale Datenbankmodell, das objektorientierte Datenbankmodell, das objektrelationale Datenbankmodell sowie das semistrukturierte Daten- bankmodell. Diese Datenbankmodelle werden in den nun folgenden Absätzen erklärt, bevor anschließend die Erläuterungen zu mobilen Datenbanksystemen erfolgen (Blankenbach 2007).

Relationale Datenbankmodelle stellen die am häufigsten verbreiteten Modelle dar. Sie speichern die Daten logisch und in tabellarischer Form, welche auch Relation genannt wird. Bei Relationen, die Daten dauerhaft speichern, spricht man von Tabellen. Von Views hingegen spricht man bei virtuellen Relationen, die über eine im DBMS definierte, gespeicherte Anfra- ge gebildet werden. Diese Views werden erst zur jeweiligen Laufzeit ausgeführt. Jeder Daten- satz wird mittels einer Zeile der Relation repräsentiert, wobei in den Spalten (Attribute) die unterschiedlichen Eigenschaften (Attributwerte) eines Datensatzes abgelegt werden. Zur Umwandlung von Realweltobjekten in ein relationales Datenbankmodell müssen diese in mehrere Relationen überführt werden. Hierfür wird ein Schlüssel benötigt, der die einzelnen Zeilen einer Relation eindeutig identifiziert und die Datensätze gegebenenfalls über mehrere Relationen verknüpft. Die Kardinalität beschreibt hierbei den Grad der Beziehung zweier Re- lationen und gibt somit an, wie viele Datensätze miteinander in Beziehung stehen müssen oder können. Meistens beschränkt sich diese Angabe auf drei Beziehunstypen: 1:1, 1:n oder n:m. Durch die Normalisierung werden die Relationen schrittweise in die Normalform über-

geführt. Dies geschieht, um gegenseitige Abhängigkeiten und Inkonsistenzen innerhalb der Felder der Relationen zu verhindern oder zumindest so gering wie möglich zu halten. Für die Programmierung relationaler Datenbanken wird die Datenbanksprache Structured Query Lan- guage (SQL) herangezogen (Blankenbach 2007). Im Falle der objektorientierten Datenbankmodelle werden Objekte innerhalb einer Objektda- tenbank oder objektorientierten Datenbank (OODB) gespeichert. Das Objekt ist dabei immer eine Instanz eines vom Benutzer definierten Datentyps und wird mittels seiner Operationen und Attribute beschrieben wird. Zur Identifikation der Objekte wird in einer OODB eine vom System vergebene unveränderliche Identifikation vergeben. Durch diesen Ansatz können Mo- dellierungen durchgeführt werden, die sich näher an der Realwelt befinden und somit besser zur Abbildung in sich verschachtelter und komplexer Strukturen geeignet sind. Im Vergleich zum relationalen Modell entsteht ein geringeres Maß an Redundanzen, die Umsetzung ist deutlich einfacher und es besteht ein effektiverer Umgang mit den Systemressourcen. Trotz des Umstandes, dass OODBs gut für die Modellierung von Geodaten geeignet sind, treten sie im Gegensatz zu relationalen Datenbanken eher selten auf (Blankenbach 2007).

Objektrelationale Datenbanksysteme (ORDBS) stellen eine Erweiterung des relationalen Da- tenbankmodells mittels objektorientierter Ansätze dar. Durch die Vereinigung der Vorzüge der beiden Ansätze werden etwa Relationen, Integritätsbedingungen und SQL beibehalten und um strukturierte Datentypen sowie benutzerdefinierte Objektdatentypen erweitert. Somit ist es den Attributen einer Relation erlaubt, einen komplexen Datentyp zu besitzen. Des Weiteren werden Konzepte aus dem objektorientierten Bereich, wie Vererbung und Polymorphismus, unterstützt. ORDBS besitzen neben einem speziellen Geometriedatentyp außerdem Mecha- nismen zur räumlichen Indizierung (Vorsortierung bestimmter Kriterien), zur räumlichen Ab- frage des Geodatenbestands sowie weitere räumliche Funktionen. Objektrelationale Daten- banken finden häufig Anwendung, da sie die Chance bieten, komplexe Zusammenhänge ob- jektorientiert und effizient zu modellieren und dabei bewährte Strukturen relationaler DBs beibehalten (Blankenbach 2007).

Semistrukturierte Datenbankmodelle werden bei der Modellierung von Datensätzen verwendet, die eine äußere Struktur aufweisen, jedoch inhaltlich gänzlich unstrukturiert sind. Ihr Aufkommen lässt sich durch die erweiterbare Beschreibungssprache XML begründen, welche zwar einen hierarchischen Aufbau besitzt, aber keine Struktur in den eigentlichen Daten hat. Oft werden XML-Inhalte mehrfach auch in einem der bereits vorher genannten Datenbank-

modelle abgelegt, jedoch gewinnen XML-Datenbanken durch den Datenaustausch und die Datenbeschreibung über das Web immer mehr an Bedeutung. Die Modellierung von Daten in XML liegt daher nahe und es bestehen bereits eigene Abfragesprachen, wie XQuery und XPath. Ein weiterer Vorteil der XML-Datenbanken stellt die nahtlose Weiterverarbeitung der Daten mittels XSLT dar, welche ein weiterer Vertreter der XML-Sprache ist. Aus diesem Grund dienen XML-Datenbanken nicht nur reinen webbasierten Anwendung sondern auch interoperablen Ansätzen mobiler Dienste und Anwendungen. Abschließend erfolgt nun die Beschreibung der mobilen Datenbanksysteme und deren Eigen- schaften. Ähnlich wie bei Client/Server-Anwendungen ist es bei komplexen mobilen Anwen- dungen notwendig, auf die Funktionalitäten eines Datenbanksystems zurückzugreifen. Mobile Datenbanksysteme werden häufig als Small-Footprint-Datenbanken tituliert, was sich darauf zurückführen lässt, dass sie auf einem mobilen Client installiert wurden und auf diesem Daten in strukturierter Weise und persistent speichern. Durch die im Vergleich zu Desktoprechnern eher geringe Leistungsfähigkeit der mobilen Endgeräte mussten die mobilen Datenbanken an diese speziellen Anforderungen und Bedürfnisse angepasst werden, daher die Bezeichnung Small-Footprint-Datenbank. Obwohl physikalische Beschränkungen vorhanden sind, ist das Ziel einer mobilen Datenbank die Bereitstellung aller Funktionen einer normalen Datenbank. Sie sind selten als stand-alone Varianten ausgeführt, sondern stellen eine vereinfachte Form eines kompletten DBMS dar. Das mobile Endgerät bezieht hierbei die Daten von einer zentralen Datenbank, welche als Replikat an das Gerät übermittelt werden. Dadurch wird gewähr- leistet, dass eine lokale Datenverarbeitung auch ohne Zugriff auf das zentrale DBMS durch- führbar bleibt. Mittels Synchronisation wird in späterer Folge der Datensatz vom mobilen Endgerät an das zentrale DBMS zurückgesendet. Durch die stetig steigende Speicher- und Rechenkapazität innerhalb mobiler Endgeräte kann jedoch auch die Funktionalität mobiler Datenbanksysteme wachsen, womit es zu einer Abkehr der Small-Footprint-Datenbanken hin zu vollständigen Datenbanksystemen kommt (Blankenbach 2007).

3.6 Distributed GIS

Distributed GIS spielt in Bezug auf mobile GIS eine große Rolle, denn unter Distributed GIS versteht man die grundlegende Technologie, die benötigt wird, um mobiles GIS überhaupt möglich zu machen. In den anschließenden Kapiteln werden die Grundzüge und wichtigsten Bestandteile eines Distributed GIS erörtert, um aufzuzeigen, wie die im Hintergrund agieren- de Technik eines mobilen GIS funktioniert. Die in den nun folgenden Kapiteln getroffenen

Aussagen und Erläuterungen zum Thema Distributed GIS beziehen sich in ihren Grundzügen auf die Veröffentlichung von Peng und Tsou 2003. Es gibt bei vielen internetbasierten GIS-Programmen kein eindeutiges Übereinkommen, was ihre Benennung betrifft, so auch im Falle von Distributed GIS. Es werden verschiedenste Be- zeichnungen, wie etwa Internet-GIS (Peng, 1999; Peng und Beimborn, 1998), Distributed Geographic Information (Plewe, 1997), GIS on-line, web-basiertes GIS oder einfach Web- GIS verwendet. Diese Bezeichnungen sind sich im Grunde sehr ähnlich, weisen aber teilweise eine unterschiedliche Bedeutung auf. Sie scheinen sich alle auf den Zugriff von GIS-Daten und deren Verarbeitung mittels Internet zu beziehen. Jedoch gilt es zu bedenken, dass Internet und Web nicht das gleiche darstellen und außerdem kann sich die Bezeichnung online entweder auf das Internet und/oder das World Wide Web (WWW) beziehen. Folglich muss Inter- net-GIS nicht automatisch web-basiertes GIS sein. Unter Internet versteht man jegliches Netzwerk bestehend aus mehreren, geographisch voneinander getrennten Netzwerken, die mittels Kommunikationselementen und gemeinsamen Kommunikationsprotokollen miteinander verbunden sind (Hall, 1994). Das WWW hingegen ist eine Netzwerkapplikation, welches das HyperText Transfer Protocol (HTTP) unterstützt, welches wiederrum mittels Internet funktioniert. Somit stellt es eine Möglichkeit dar, über das Internet Zugriff zu Informationen zu erhalten. Es gibt viele weitere Applikationen, die über das Internet ablaufen, aber nicht Teil des Webs sind. Hierbei zu erwähnen wären etwa E-Mails, File Transfer Protocol (FTP) und Telnet (Shan und Earle, 1998). Das Internet kann also als Infrastruktur gesehen werden, die viele verschiedene Applikationen, welche meist auf dem Client/Server-Modell basieren, be- herbergt. Zu diesen zählt auch das Web. Mit den oben getätigten Aussagen lässt sich also festhalten, dass die Bezeichnung „Internet-GIS“ nicht gezwungenermaßen synonym ist mit „web-basiertes GIS“. Internet-GIS bezieht sich auf die Verwendung des Internets als Mittel zum Austausch von Daten, zur Durchführung von GIS-Analysen und zur Darstellung von Ergebnissen. Dem entgegenstehend bezieht sich web-basiertes GIS hauptsächlich auf die Be- nutzung des WWW. Das Client/Server-Modell wird jedoch sowohl von Internet-GIS als auch von web-basiertem GIS genutzt. Web-basiertes GIS benutzt das Web als Client, Internet-GIS hingegen bezieht nicht nur das Web als Client mit ein, sondern integriert auch andere Clients. Auch wenn das Web den größten Teil des Internets sowie die wichtigste Applikation, die über das Internet abläuft, darstellt und die meisten Internet-GIS-Programme ihren Fokus auf die Nutzung des Webs legen, so hat doch der Begriff Internet-GIS eine breiter gefächerte und länger überdauernde Bedeutung als web-basiertes GIS. Internet-GIS räumt mehr Platz für die Einführung weiterer und neuer Applikationen im Internet ein. Ähnlich dem Begriff Internet-

GIS ist die Bezeichnung Distributed Geographic Information (DGI), die von Plewe (1997) geprägt wurde. Plewe verwendet diese Bezeichnung für die Nutzung der Internettechnologie zur Verteilung geographischer Informationen in unterschiedlichsten Formen. Dazu gehören etwa Karten, Bilder, Datensätze, Analyseoperationen und Berichte/Dokumente. Abschließend kann also Distributed GIS wie folgt zusammengefasst werden: Distributed GIS ist als netz- werkzentriertes (drahtlos oder drahtgebunden) GIS-Tool definiert, das mittels Internet oder eines drahtlosen Netzwerks als primärem Hilfsmittel den Zugriff auf dezentrale Daten sowie räumliche Informationen bereitstellt und GIS-Analyseschritte durchführen kann. Distributed GIS ermöglicht es einer Vielzahl an Clients, auf räumliche Daten und Verarbeitungstools, die auf Servern abgelegt wurden, überall und zu jeder Zeit zurückzugreifen. Dies ist auch mög- lich, wenn die Server an unterschiedlichen Orten stehen. Die verwendeten Geräte, die als Clients dienen, können Desktop PCs, Tablet PCs oder Smartphones sein. Zusätzlich zu den GIS-Grundfunktionen verfügt Distributed GIS über weitere Funktionen, die sich das Internet und dem Internet zugehörige Protokolle, wie HTTP, WAP, FTP, Common Object Request Broker Architecture (COBRA) Protokolle und ODBC Bibliotheken, zu Nutze machen. Da- durch ist es möglich, verschiedenste Typen von GIS-Daten und Funktionalitäten, die auf unterschiedlichen Servern gespeichert sind, lokal und je nach Bedarf zusammenzufügen und zu integrieren (Peng und Tsou 2003).

3.6.1 Integriertes Client/Server-System

Das dynamische Client/Server-Konzept kommt dann zum Tragen, wenn GIS-Analyseschritte in einem Distributed GIS durchgeführt werden sollen. In diesem Fall kann der Client die be- nötigten Daten als auch die zu verwendenden Analysetools vom Server anfordern. Anschlie- ßend kann der Server den Auftrag selbst durchführen und nur das Ergebnis über das Netzwerk an den Client zurücksenden oder der Server übermittelt die Daten und Analysetools und der Client führt die Bearbeitung selbst aus. Die Rahmenbedingungen für die dabei erforderliche Verbindung zwischen Client und Server wird anhand eines Kommunikationsprotokolls festgelegt. Hauptsächlich kommt hier das TCP/IP-Protokoll zur Anwendung. Abhängig von dem jeweiligen Verarbeitungsaufwand, den der Client zu leisten hat, spricht man beim Client entweder von einem „thick“ oder einem „thin“ Client. Diese Benennung entsteht wie folgt: Wenn der Großteil der Verarbeitung serverseitig erledigt wird und der Client lediglich benutzt wird, um die Anfrage des Users zu senden und das Ergebnis darzustellen, dann spricht man von einem thin Client. Wenn hingegen die meisten Verarbeitungsschritte clientseitig

vonstattengehen und der Server nur Daten und Analysetools übermittelt, dann spricht man von einem thick Client. Die daraus resultierenden Anforderungen an den thick oder thin Client zeigen sich auch hardwareseitig. Im Falle eines thin Clients kommt der Client mit nur sehr wenig Rechenleistung aus, jedoch sollte der Server umso leistungsfähiger sein. Beim thick Client hingegen wird ein Rechner mit hoher Leistung benötigt, um die Verarbeitungs- schritte durchführen zu können. Anschließend an diese konzeptionelle Erklärung von Server und Client ist jedoch zu erwähnen, dass jeder Computer sowohl Server (stellt anderen Com- putern Daten und Services zur Verfügung) als auch Client (ruft Daten und Services von anderen Computern ab) sein kann (Peng und Tsou 2003).

3.7 Grundkomponenten eines Distributed GIS/Internet-GIS

Grundsätzlich bedient sich ein Distributed GIS dem three-tier oder n-tier Client/Server- Architekturmodell (siehe Abb. 3.9). Typischerweise besteht dieses Architekturmodell aus Komponenten, wie dem Client, einem Web- und Applicationserver, einem oder mehreren GIS-Servern sowie dem Datenserver. Der Client dient rein als Anwenderschnittstelle für den Benutzer, um mit dem Internet-GIS zu kommunizierenbeziehungsweise zu interagieren. Der Webserver erhält die vom Benutzer getätigten Anfragen, stellt statische Websites zur Verfü- gung und ruft gegebenenfalls Applicationserver auf. Diese Applicationserver verwalten Ser- vertrans-aktionen, Sicherheitseinstellungen und die Bandbreitenauslastung. Der Mapserver wiederum bearbeitet die vom User gestellte Anfrage und generiert die dazu passende Karte. Die benötigten räumlichen Daten als auch die nicht räumlichen Daten werden vom Dataserver bereitgestellt. Dieser ermöglicht auch den Zugriff auf die Daten und deren Management mittels der Structured Query Language oder kurz SQL. In den nun folgenden Kapiteln wird näher auf die oben genannten Komponenten eines Inter- net-GIS eingegangen und deren Arbeitsweise und Funktionen genauer beschrieben (Peng und Tsou 2003).

Abb. 3.9 Grundkomponenten-Internet-GIS, Peng 2003

eigene Darstellung, Icons: IconArchive 2012A-D

3.7.1 Client

Der Client dient, wie bereits im vorangegangenen Kapital beschrieben, der Kommunikation zwischen Benutzer und den Programmen des Internet-GIS. Diese Programme ermöglichen eine Interaktion mit räumlichen Objekten sowie Analysefunktionen. Außerdem benutzen In- ternet-GIS-Programme den Client, um dem Anwender Ergebnisse zu präsentieren. Während bei herkömmlichem Desktop-GIS graphische Benutzeroberflächen zum Einsatz kommen, um den Client zu erstellen, wird im Falle von Internet-GIS das Web und Web-Add-Ons zur Clienterstellung herangezogen. Ein typisches Internet-Interface mit HTML dient als simpler Client für Internet-GIS, jedoch weist ein HTML-basierter Client eine stark limitierte Interope- rabilität für den Benutzer auf. Diese Art des Clients ist besonders unzureichend, wenn der Benutzer mit den Karten oder den räumlichen Objekten interagieren möchte. Es ist dem An- wender nämlich nicht möglich, die Karte direkt zu editieren oder Objekte zu selektieren. Zur Verbesserung dieser mangelhaften Interaktivität und um dem Benutzer die Möglichkeit zu geben, direkt mit räumlichen Objekten auf der Karte zu interagieren, wurden Clients entwi-

ckelt, die Web-Add-Ons miteinbeziehen. Diese interaktiven Clients inkludieren dynamisches HTML sowie clientseitige Applikationen, wie etwa Plug-Ins, Java-Applets, Java-Beans oder auch ActiveX-Steuerungen. Dynamisches HTML wendet clientseitige Skripten wie JavaScript oder VBScript an, um HTML dynamisch zu machen (Peng und Tsou 2003). Unter Browser-Plug-In-Clients versteht man Softwareerweiterungen, die in Browsern laufen und derren Funktionalität erweitern. Im Zusammenhang mit Distributed GIS wurden Plug-In- Clients entwickelt, um die Interaktivität des Nutzers mit Karten und räumlichen Daten zu ge- währleisten. Somit ist der Nutzer in der Lage, die Karten zu betrachten, einzelne Features zu selektieren und Abfragen direkt auf der Karte durchzuführen. Plug-Ins unterstützen hierbei sowohl Raster- als auch Vektordaten. Der Plug-In Client ist mittels Kommunikation mit dem Server in der Lage, räumliche Vektordaten nach Wunsch abzurufen, die angeforderten räum- lichen Daten erreichen das Plug-In als Stream. Die weiteren Funktionen, wie Kartenerstellung und Analysefunktionen, sind direkt im Plug-In eingebaut und erlauben dem Anwender somit einen direkten Zugriff auf die räumlichen Daten. Aufgrund dessen können einige der Verar- beitungsschritte der räumlichen Daten am Client ausgeführt werden (Peng und Tsou 2003). Eine weitere Möglichkeit, um räumliche Information darzustellen sowie Abfragen und Analy- sen auszuführen, erhält man durch die Verwendung von Java-Applets. Java-Applets befinden sich auf dem Server, werden von diesem heruntergeladen und am Client ausgeführt. Der An- wender ist durch Java-Applets in der Lage, direkt mit den räumlichen Features der Karte zu interagieren. Die Datenverarbeitungsfunktionen als auch das Map-Rendering sind im Regel- fall in das Java-Applet integriert. Dadurch kann der Anwender am Client selbst die gewünsch- ten Karten generieren, Abfragen ausführen und Verarbeitungsschritte durchführen. Die dafür benötigten Daten erhält das Java-Applet via Daten-Stream. Im Gegensatz zu Java-Applets, die als Browser Add-Ons fungieren, gibt es auch die eigenständigen Komponenten JavaBeans, die vom Server bezogen werden können und am Client ausgeführt werden (Peng und Tsou 2003). Die abschließende Möglichkeit, einen Client zu generieren, stellen ActiveX-Steuerungen dar. Darunter versteht man grundlegende Komponenten, die sich in jede Anwendung integrieren lassen, die den Microsoft Object Linking and Embedding (OLE) Standart unterstützt. Ähnlich wie Plug-Ins und Java-Applets innerhalb von Internetseiten verfügen Clients, die mittels ActiveX-Steuerungen erstellt werden, über integrierte Datenverarbeitungs- und Kartenerstel- lungsfunktionen. Die Daten werden asynchron an die ActiveX-Steuerung übermittelt und von dieser auch dargestellt. Der Nutzer bezieht sich auf die eingebauten Funktionen und die Be- nutzeroberfläche, um die Features und auch die Karten über den Webbrowser zu manipulie-

ren. Des Weiteren ist es möglich, mittels ActiveX-Steuerung die vom Server angeforderten Daten mit lokal gespeicherten Daten zu verknüpfen (Peng und Tsou 2003). Die soeben beschriebenen Arten von Clients besitzen alle gewisse Vor- und Nachteile bei der Anwendung innerhalb von Distributed GIS. Ein dynamischer HTML-Client (DHTML) ist hauptsächlich eine Möglichkeit, um Karten und Analyseergebnisse interaktiv darzustellen, wobei die Verarbeitung der Daten am Server erfolgt. Somit sind, abgesehen vom Map- rendering, die clientseitigen Verarbeitungsschritte innerhalb von DHTML stark einge- schränkt. In Bezug auf Plug-Ins ist zu erwähnen, dass diese plattform- und browserabhängig sind und somit Probleme in der Interoperabilität aufweisen. Im Gegensatz dazu sind Java- Applets wie auch ActiveX-Steuerungen als Distributed GIS Clients um einiges vielseitiger. Java-Applets besitzen den Vorteil, plattformneutral zu sein und eine erhöhte Sicherheit zu bieten, während ActiveX-Steuerungen eine ausgezeichnete Performance liefern, jedoch Ab- striche im Bereich der Sicherheit aufweisen und nicht plattformunabhängig sind. Anwendung finden jedoch all diese Formen von Clients in Distributed GIS-Programmen, je nach Einsatz- bereich (Peng und Tsou 2003).

3.7.2 Webserver und Applicationserver

Nach dem Client stellen der Webserver und der Applicationserver die zweite Komponente eines Internet-GIS dar. Der Webserver wird auch als HTTP-Server bezeichnet und seine Hauptaufgabe ist es, auf Anfragen der Webbrowser, die via HTTP eintreffen, zu reagieren. Um dies zu bewerkstelligen, gibt es für den Webserver mehrere Möglichkeiten. Die erste Möglichkeit besteht darin, ein existierendes HTML-Dokument oder eine vorgefertigte Karte an den Client zu übermitteln, die zweite Möglichkeit setzt sich aus dem Versenden von Java- Applets oder ActiveX-Steuerungen an den Webclient zusammen und die dritte Möglichkeit ist das Weiterleiten der Anfragen und das Aufrufen von Programmen, welche die Anfrage wei- terverarbeiten können. Wenn der gerade eben beschrieben Fall der Weiterleitung eintritt, fordert der Webserver Dienste des Applicationservers an. Ein Applicationserver kann als Midle- ware gesehen werden, der den Webserver mit serverseitigen Applikationen, wie etwa dem Mapserver, in Verbindung stellt. Der Applicationserver verhält sich also wie ein Übersetzer oder Vermittler zwischen dem Webserver und dem Mapserver. Somit bestehen die Hauptauf- gaben eines Applicationservers darin, die Verbindung zwischen Webserver und Mapserver herzustellen, aufrechtzuerhalten und zu beenden. Des Weiteren ist er dafür verantwortlich, die Anfragen des Clients zu interpretieren und diese an den Mapserver weiterzuleiten. Außerdem

verwaltet der Applicationserver die parallel ablaufenden Anfragen und stimmt den Datenaus- tausch zwischen Mapserver und Datenserver ab. Abschließend ist der Applicationserver auch für die Verwaltung des Status, der Transaktionen und der Sicherheit verantwortlich. Der Applicationserver kann CGI-Modelle oder CGI-Extensions, wie etwa Microsofts Internet Server Application Programm Interface (ISAPI), Active Server Pages (ASP), Java Servlets oder Allaires ColdFusion und viele weitere beinhalten (Peng und Tsou 2003).

3.7.3 Mapserver

Dem Mapserver (innerhalb von ArcIMS auch Spatialserver gennant) werden innerhalb der Serverstrukturen die meisten Aufgaben zugeteilt. Er vollzieht die räumlichen Abfragen, führt die räumlichen Analysen aus, generiert Karten basierend auf den Anforderungen des Nutzers und übermittelt diese an den Client. Der Mapserver stellt dem Anwender gewohnte GIS- Funktionalitäten und Dienste zur Verfügung, wie etwa das Durchsuchen von Abfragen, Da- tenextraktion, Geocode-Services, räumliche Analysedienste, Kartenerstellungsdienste und viele mehr. Dabei besteht die Möglichkeit, dass diese Dienste als individuelle Komponenten auf verschiedenen Servern abgelegt sind. Für den Mapserver bestehen zwei Eventualitäten der Ausgabe: entweder werden gefilterte Featuredaten an den Client übermittelt, wo sie dann vom Benutzer bearbeitet werden können oder es werden einfache Karten in Form von GIFs, JPGs oder Kartenelemente, die eine vordefinierte Farbe, Stil oder Legende haben, versandt (Peng und Tsou 2003).

3.7.4 Dataserver

Ein Datasever beinhaltet räumliche und nichträumliche Daten, die in einer relationalen oder nicht-relationalen Datenbankstruktur abgelegt sind. Mittels SQL ist es einer Client- Applikation, wie etwa einem Webclient oder einem Mapserver, möglich, Zugriff auf die Da- tenbank eines Dataservers zuzugreifen. Obwohl SQL eine international standardisierte Pro- grammiersprache darstellt, kam es durch die unterschiedlichen Anbieter zu unterschiedlichen SQL-Versionen für unterschiedliche Datenbanken. Aus diesem Grund kommt es oft zur Ver- wendung von Middleware, um auf verschieden Datenbanken zugreifen zu können. Die haupt- sächlich zur Anwendung kommenden Middleware-Varianten sind Open Database Connectivi- ty (ODBC), Java Database Connectivity (JDBC), Object Linking and Embedding Database (OLE DB) und ActiveX Data Object (ADO). Durch die Verwendung von SQL, ODBC oder

JDBC ist es der Client-Applikation möglich, Datenbankeinträge innerhalb der Datenbank abzufragen, aufzufinden und sogar zu modifizieren (Peng und Tsou 2003).

3.8 Anwendungsbereiche mobiler GIS

Nachdem in Kapitel 3.2.1 die relevanten Technologien erläutert wurden, ist der Zweck des anschließenden Kapitels,aufzuzeigen, welche Anwendungsbereiche mittels mobiler GIS abgedeckt werden und in welchen Bereichen sie die herkömmlichen GIS unterstützen beziehungsweise erweitern. Hierbei stützt sich diese Masterarbeit wiederum auf die Aussagen von Li (2007).

Die Grundfunktionen eines GI-Systems, gleich ob Desktopvariante oder mobile Variante, sehen in Bezug auf räumliche Informationen wie folgt aus:

- Speicherung - Verarbeitung - Management - Analyse - Wiedergabe

Um diese Grundfunktionen gewährleisten zu können, wird computerunterstützte Kartographie im Zusammenspiel mit räumlichen Datenbankmodellen eingesetzt. Wenn man die Anforde- rungen berücksichtig, die die Einsatzgebiete, wie etwa Raumplanung und -management, Transportwesen, Umwelt-Monitoring und andere mit sich bringen, zeigt sich, dass mobile GIS hohe Funktionalität betreffend Raumanalyse als auch bei der Entscheidungsfindung bieten. Auch wenn die anfänglichen GIS-Applikationen in diesen Bereichen einfach und limitiert waren, so veränderte der Einsatz mobiler Varianten das Einsatzspektrum von GIS in bedeutender Weise und zwar indem man es den Nutzern ermöglichte, sich von der reinen Desktop- anwendung zu lösen und mittels mobiler Endgeräte im Feldeinsatz zu arbeiten. Einerseits wird dadurch die Distanz zwischen Nutzer und GIS-Applikation verringert und andererseits kann ein mobiles GIS, bezugnehmend auf die oben angeführte Auflistung, bedeutend mehr Dienste zur Verfügung stellen als ein statisches GIS. Dieser Umstand wird sogar unter Be- rücksichtigung der Einschränkungen durch instabile Kommunikationsnetze als auch der be- schränkten Menge an Daten aufrechterhalten (Li 2007).

Die nun folgende Auflistung veranschaulicht die wichtigsten Charakteristika mobiler GIS- Applikationen:

1. Verminderung der hardwareseitigen Ansprüche an die mobilen Endgeräte. Im Regelfall verfügen die mobilen Endgeräte über Prozessoren, die nur eine geringe CPU Frequenz sowie eher kleine Speicherkapazitäten aufweisen. Des Weiteren unterstützen sie Zusatz- equipment, das nur untergeordnete Anforderungen stellt. Von der Performanceseite aus sind sie im Vergleich mit Desktop-Computern viel schwächer ausgerüstet, jedoch können diese mobilen GIS weiterhin grundlegende GIS-Funktionen abwickeln (Jensen et al., 2003).

2. Drahtlose Netzwerke als Medium der Datenübertragung. Die derzeit in Verwendung stehenden drahtlosen Netzwerke leiden zwar unter den teilweise instabilen Netzwerken und dem erhöhten Aufwand, der betrieben werden muss, um räumliche Daten zu übertragen, jedoch wird sich dieser Umstand durch die fortschreitende Entwicklung innerhalb des Sektors der drahtlosen Kommunikation weiter verbessern (Jensen et al., 2003).

3. Die Übertragung als auch das Managen großer Mengen räumlicher Daten via Internet oder Intranet stellt für herkömmliche GIS ein eher geringes Problem dar. Im Falle mobiler GIS kann das Verarbeiten solch massiver Data-Sets durchaus zum Problem werden. Auf- grund der Tatsache, dass mobile GIS jedoch auf Informationen über ihre aktuelle Position in Echtzeit angewiesen sind, gilt es, das Management der räumlichen Daten in dezentralen als auch in dynamischen Verarbeitungsumgebungen weiter zu verbessern (Jensen et al., 2003).

4. Wie bereits im vorangegangen Punkt erläutert, beziehen sich mobile GIS auf Positionsin- formationen in Echtzeit. Daraus ergibt sich, dass hochqualitative mobile GIS-Dienste nur dann dem Nutzer angeboten werden können, wenn die verwendeten mobilen Terminals über Positionsinformationen verfügen, denn ein Großteil der zur Verfügung gestellten räumlichen Informationen mobiler GIS beziehen sich auf die aktuelle Position des Nutzers (Jensen et al., 2003).

5. Die Benutzeroberfläche mobiler GIS muss äußerst einfach und intuitiv zu bedienen sein. Traditionelle GIS-Software wurde für den professionellen Einsatz konzipiert und dadurch

kann sie in ihrer Handhabung sowie ihrem Erscheinungsbild außerordentlich komplex ausfallen. Da die Orientierung mobiler GIS aber eher auf ein breiteres Nutzerspektrum ausgelegt ist, sollten die ausführbaren Operationen bedeutend einfacher gestaltet werden. Dies bezieht sich ebenfalls auf den Aufbau der Benutzeroberflächen, der aufgrund der viel kleineren Displays mobiler Endgeräte stark beschränkt ist (Jensen et al., 2003).

6. Bei der Umgestaltung von GIS von einer rein professionellen Anwendung hin zu einem öffentlichen zugänglichen Dienst zeichnen sich location based services (LBS) als ent- scheidende Applikationen ab. Unter LBS versteht man die einfache Bereitstellung von ortsgebundenen Informationen, die durch verschiedene Arten von Indizierungs- und Navigationssystemen definiert werden. Beispielsweise können location based services dadurch bereitgestellt werden, indem die Position des Mobiltelefons als Suchkriterium herangezogen wird (Jensen et al., 2003).

Allgemeingültige Anwendungsbereiche mobiler GIS stellen etwa Online-Dienste und Naviga- tion im Verkehrssektor, Katastrophenmanagement, öffentliche Informationsdienste und die Datenakquirierung im Gelände dar. Auf die beiden letzten Einsatzbereiche wird nun kurz nä- her eingegangen, da sie im praktischen Teil dieser Masterarbeit eine wichtige Rolle einneh- men.

Öffentliche Informationsdienste sind vor allem im Dienstleistungssektor stark vertreten. In diesem Bereich können mobile GIS-Kartendienste und kartenbasierte Dienste anbieten. Zu nennen sind hier zum Beispiel:

• Dienste in der Positionsverfolgung (Tracking) im Bereich von Banken, Logistik, Sicherheitsunternehmen, Flottenmanagement, Kindern, älteren Mitbürgern oder Ge- fangenen. • Points of Interest (POIs) stellen ein weiteres Beispiel dar: Unter POIs versteht man etwa Hotels, Kinos, Restaurants, Krankenhäuser, Tankstellen, Parks, Regierungs- gebäude, Sehenswürdigkeiten, Apotheken und viele mehr.

All diese Dienste und Informationen können dem Nutzer mittels benutzerfreundlichen Dar- stellungen vermittelt werden und ihm so bei der Endscheidungsfindung oder Navigation be- hilflich sein (Li 2007). 45

Den zweiten wichtigen Anwendungsbereich stellt die Datenakquirierung im Gelände dar. Un- ter diesem Einsatzgebiet versteht man die Datenerhebung im Feld mittels Stift oder durch tragbare Endgeräte zur Bereitstellung topographischer als auch thematischer Karten sowie von Eingabemasken zur Attributvergabe an Informationen (Lam und Chen, 2001). Mobile GIS können auf verschiedensten mobilen Endgeräten betrieben werden, wie zum Bei- spiel Handhelds, Tablet PCs oder Smartphones (näheres zu diesen Endgeräten folgt in Kapitel 4) und kann somit als kostengünstige Datenerhebungsmethode eingesetzt werden. Sollten bei der Erhebung Positionsangaben in Echtzeit gewünscht sein, muss das mobile Endgerät entweder über einen internen GPS-Empfänger verfügen oder an einen solchen gekoppelt werden. Mittels mobiler GIS können im Gelände Information beziehungsweise Daten bequem erhoben, bearbeitet oder gelöscht werden sowie Zugriffe auf gewünschte Datenbanken via drahtloser Netzwerke ausgeführt werden. Somit ist es möglich, unter Verwendung von mobilen GIS in Echtzeit Daten für die Planung, Umwelt, wissenschaftlichen Untersuchungen, War- tung, Verkehr und vielen weiteren zu erheben und ‚up to date‘ zu halten (Li 2007).

3.9 Problemfelder mobiler Endgeräte

Das nun folgende Kapitel befasst sich mit den bei der Erhebung von Geodaten möglicherwei- se auftretenden Problemen und Unannehmlichkeiten hinsichtlich des Einsatzes mobiler End- geräte beim Feldeinsatz. Bei den hierbei getroffenen Aussagen und Erkenntnissen handelt es sich nicht um wissenschaftlich fundierte Ergebnisse, sondern um die bei den Erhebungen zu dieser Arbeit aufgetretenen Hindernisse sowie die Erfahrungen aus Gesprächen mit Herrn Dipl.-Ing. Peter Skalicki-Weixelberger (GeoInfo Graz), einem ehemaligen Arbeitgeber des Verfassers dieser Masterarbeit. Die anschließenden Erläuterungen befassen sich mit den für diese Masterarbeit relevantesten Problemfeldern, wie der Ablesbarkeit von Displays, der Laufzeit von Akkus, der Verfügbarkeit eines GPS-Signals sowie der Übertragung von erhobenen Daten als auch dem Bezug von Daten, die auf Servern beziehungsweise Datenbanken abgelegt sind. Ebenfalls zu beachten gilt es, dass bei den Aussagen davon ausgegangen wird, dass die Benutzer keine Laien sind und somit Probleme, die unter die Kategorie Bedienfehler fallen, nicht betrachtet werden.

3.9.1 Display

Aufgrund der Tatsache, dass die mobilen Endgeräte für die Verwendung im Außendienst vorgesehen sind, kann man davon ausgehen, dass die für das jeweilige Endgerät gewählte Dis- playtechnologie auch für den Einsatz im Freien ausgelegt ist. Darunter versteht man eine gute Ablesbarkeit und Erkennbarkeit der auf dem Display dargestellten Texte, Symbole, Karten oder Luftbilder. Diese Ablesbarkeit sollte bei jeglichen Außenbedingungen gewährleistet sein, egal ob unter direkter Sonneneinstrahlung, diffusem Licht, wechselnden Lichtverhältnissen (Licht-Schatten-Wechsel), Dämmerungslicht oder Dunkelheit. Im Falle der letzten beiden genannten Umstände ist es von Nöten, eine ausreichende Beleuchtung des Displays zu ge- währleisten. Bei den getätigten Erhebungen stellte sich jedoch heraus, dass nicht alle Geräte diese Anforderungen erfüllen können. Eine weitere Eigenschaft, die die Displays dieser Gerä- tetypen aufweisen sollten, ist die Bedienbarkeit. Es existieren in dieser Kategorie kaum noch Geräte, die nicht über einen Touchscreen verfügen. Bei einem Touchscreen, egal ob er per Stift oder Finger bedient wird, sollte sichergestellt sein, dass die Bedienung eindeutig ist. Da- runter versteht man eine klare Abgrenzung der einzelnen auswählbaren Funktionen, die auf dem Touchscreen abgebildet werden. Eine scharfe Abgrenzung verhindert eine Fehleingabe beziehungsweise -auswahl durch den Benutzer, welche im drastischsten Fall zum Datenver- lust führen kann. Da die Abmessungen eines Displays für die Ablesbarkeit und die Bedie- nungsfreundlichkeit eine maßgebliche Rolle spielen, folgt nun eine Darstellung (siehe Abb. 3.10), die veranschaulichen soll, welche Auswirkungen sich durch unterschiedliche Display- größen auf den gewählten Kartenausschnitt bei gleichbleibendem Maßstab von 1:25000 ergeben.

Abb. 3.10 Vergleich der Displays 1:25000, eigene Darstellung, Karte: GIS Steiermark 2012

3.9.2 Batterie- beziehungsweise Akkulaufzeiten

Die Laufzeiten der in den Geräten eingebauten Akkus oder eingesetzten Batterien stellen eine nicht unwesentliche Rolle beim Einsatz im Gelände dar. Die Akkus beziehungsweise Batte- rien sollten in der Lage sein, die Geräte einen vollständigen Erhebungstag lang mit Energie zu versorgen. Es gilt jedoch hierbei zu unterscheiden, ob es möglich ist, die Energiespeicher zu wechseln oder nicht. Ersteres eröffnet im Falle schwindender Energiereserven die Chance, mittels eines weiteren Akkus oder eines neuen Satzes Batterien die Erhebungen fortzusetzen.

3.9.3 GPS-Verfügbarkeit

Eine weitere limitierende Größe bei der Erhebung von Geodaten mittels mobiler Endgeräte ist das GPS-Signal beziehungsweise das Nichtvorhandensein desselbigen. Der Umstand, dass kein GPS-Signal oder nur ein nicht ausreichendes GPS-Signal vorhanden ist, kann mehrere Gründe haben. Einer der Hauptgründe ist die sogenannte Abschattung, die sich aus der Ge- lände-überhöhung ergibt. Wenn sich der Empfänger auf freiem Feld befindet, stellt dies kein Problem dar. Wenn er sich jedoch in gebirgigen, dicht und hoch bebauten (z.B.: Hochhäuser), stark eingeschnittenen (Täler, Schluchten, Klammen) oder stark bewaldeten Gebieten befindet, kann dies zu einer empfindlichen Störung des Signales führen oder dieses gänzlich vom Empfänger abgeschirmt werden. Ein weiterer Punkt, der zu einem schlechten GPS-Signal führen kann, ist der Faktor, dass zu wenige Satelliten in direktem Blickkontakt mit dem Emp- fänger stehen. Dies trifft für nahezu jeden Ort zu irgendeinem Zeitpunkt zu. Zur Vermeidung dieses Problems gibt es Softwarelösungen, die es ermöglichen, das Erhebungsgebiet im Vo- raus auf seine Empfangsqualität hin zu überprüfen. Diese Möglichkeit der Fehlerquellenver- meidung nennt sich „mission planning“. Dabei werden der gewünschte Ort, das Datum, der Zeitraum der Erhebung, das vorhandene Gelände und die gewünschten Satelliten eingetragen und man erhält aus den angegebenen Daten ein Diagramm (siehe Abb. 3.11 und Abb. 3.12), in welchem die Verfügbarkeiten des GPS-Signals aufgezeigt werden. Diese Planungssoftware ist kommerziell erhältlich oder kann online gratis ausgeführt werden, wie etwa auf der Websi- te www.ashtech.com.

Abb. 3.11 Mission Planning Satellitenverfügbarkeit, Ashtech 2012A

Abb. 3.12 Mission Planning, Polar Diagramm, Ashtech 2012B

3.9.4 Datenübertragung

Im abschließenden Kapitel zum Thema Problemfelder mobiler Gerätetypen wird die Proble- matik der Datenübertragung näher betrachtet. Hierbei handelt es sich um die Hindernisse, die in Zusammenhang mit den Datentransfers zwischen mobilem Endgerät und Server auftreten können. Ein einwandfreier Datentransfer stellt die Grundlage für effektives Arbeiten im Ge- lände dar. Sollte dieser nicht gewährleistet sein, kann es zu Datenverlusten oder dem Fehl- schlagen der gesamten Übertragung führen. Ein Hauptproblem bei der Datenübertragung kann bereits das zur Verwendung kommende mobile Endgerät verursachen und zwar durch die Tatsache, dass es für die drahtlose Übertragung von Daten hardwaretechnisch von vornherein nicht ausgerüstet ist. Das bedeutet, dass das Gerät weder über eine WLAN-Schnittstelle, ein GSM-Modul oder ähnliche Schnittstellen verfügt, um eine Verbindung mit einem Server aufzubauen. Wenn dies der Fall ist, besteht bei manchen Geräten die Möglichkeit, beispielsweise ein Mobiltelefon mittels Bluetooth an das Gerät zu koppeln und danach über die Verbindung des Mobiltelefons den Datentransfer zu gewährleisten. Doch auch im Falle von mobilen End- geräten, die auf drahtlose Netzwerke zugreifen können, besteht weiterhin das Potenzial für Übertragungsfehler und -abbrüche. Dies gilt natürlich auch für die oben beschriebenen Gerä- te, die an Mobiltelefone gekoppelt werden. Sollte das Gerät also in der Lage sein, eine Ver- bindung herzustellen, kann die vom Netzwerk bereitgestellte Übertragungsrate entweder sehr gering sein oder äußerst instabil. Im ersten Fall kann die geringe Übertragungsrate zu einer Verzögerung im Arbeitsablauf oder zum Abbruch des Datentransfers durch den Benutzer füh- ren. Beim Vorhandensein einer instabilen Anbindung an das drahtlose Netzwerk läuft der Benutzer Gefahr, dass die Verbindung zusammenbricht und mit fehlerhaften beziehungsweise unvollständigen Daten gearbeitet werden muss oder die Verbindung erneut aufgebaut werden muss und sich somit wiederum eine Verzögerung des Arbeitsablaufs einstellt. Der eben angesprochene Punkt verliert jedoch durch die ständig fortlaufende Entwicklung im Telekommu- nikationsbereich (siehe Kapitel 3.3.1) und den Ausbau der Telekommunikationsnetze immer mehr an Bedeutung. Bei der Datenübertragung von mobilen Endgeräten, die mittels gekop- pelter Mobiltelefone eine Verbindung aufbauen, besteht die Gefahr des Verbindungsabbruchs vor allem durch eingehende Signale am Mobiltelefon, die mit der eigentlichen Übertragung nichts zu tun haben. Darunter versteht man eingehende Anrufe, SMS, MMS oder im Falle von Smartphones E-Mails oder Benachrichtigungen von Chats oder Socialmedia-Websites. Es gilt in diesen Fällen darauf zu achten, die Störungsquellen durch Unterbinden dieser Benachrich- tigungen so klein wie möglich zu halten.

4 Gerätetypen für mobile GIS

Im Zuge dieses Kapitels wird auf die am häufigsten verwendeten Gerätetypen eingegangen, die in mobilen GIS-Projekten Anwendung finden. Sie werden hinsichtlich ihrer jeweiligen Charakteristika beschrieben. Im Anschluss daran folgt für jede Kategorie der Vertreter der Geräte, der bei der Datenerhebung zum Einsatz kam. Zu dem gewählten Gerätepool kam es einerseits, um ein möglichst breites Spektrum an Gerätetypen unter realen Bedingungen zu testen, und andererseits aus dem Grund, dass sie für die Erhebungen verfügbar waren. Das Trimble Juno SB stammt aus dem Besitz des Instituts für Geographie und Raumforschung der Universität Graz. Das Garmin Oregon 400t ist Eigentum von Paul Stangl und das Asus Memo gehört Andreas Angerer. Mobile Endgeräte stellen bei mobilen GIS-Anwendungen und Ser- vices die Hardwarekomponente auf Seiten des Benutzers dar. Aufgrund der in diesem Bereich rasch fortschreitenden Entwicklungen existiert eine große Anzahl an Endgeräten, die sich hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit, Konnektivität, Robustheit, Speicherkapazität, Bedie- nung, Auflösung und Displaygröße teilweise stark voneinander unterscheiden. Eine genaue Beschreibung der einzelnen Kategorien der Gerätetypen hinsichtlich ihrer eben genannten Charakteristika ist bedingt durch die sehr kurze Halbwertszeit der Aussagen nicht zielführend. Es werden daher nur die Daten der Endgeräte aufgelistet, die bei der Datenakquisition (siehe II Praktischer Teil) Anwendung fanden. Die Geräte lassen sich nach dem Einsatzzweck in die Klassen sprachzentriert oder informationszentriert sowie nach der Bedienung in tastaturbasiert und stiftbasiert einteilen. Ein Teil der Geräte war ursprünglich speziell für die Erfassung, Verwaltung und Präsentation von Daten, andere wiederum für die Übermittlung von Sprache konzipiert (Blankenbach 2007). Durch die Einführung und Verbreitung von Smartphones hat sich diese klare Abgrenzung jedoch fast vollständig aufgelöst.

4.1 Handheld GPS-Empfänger

Den wahrscheinlich wichtigsten Gerätetyp für die mobile Geodatenerhebung und -bearbeitung stellen Handhelds dar. Zu dieser Klasse werden einerseits mobile Datenerfassungsgeräte (MDE), wie etwa das Trimble Juno SB (siehe Abb. 4.1), und andererseits Outdoor- Navigationsgeräte, wie das Garmin Oregon 400t (siehe Abb. 4.3), gezählt. Handhelds werden mittels Stift bedient und besitzen meist nur wenige im Gehäuse verbaute Funktionstasten. Des Weiteren verfügen manche MDEs über zusätzliche Sensoren zur Erkennung von Barcodes, Markierungen oder Handschriften. Im Bereich der mobilen GIS kommen vor allem MDEs zum Tragen, die über integrierte GPS-Empfänger verfügen. Neuere Geräte besitzen ebenfalls 52

eine Digitalkamera, die Fotos mit Geo-Tags versieht. Aufgrund der Tatsache, dass diese Gerä- te für den Außendienst konzipiert wurden, sind sie äußerst robust, stoß- und wasserfest, was selbstverständlich auch für Outdoor-Navigationsgeräte gilt (Blankenbach 2007). Für eine weitere Erhöhung des Schutzes wurde im Falle des Trimble Juno SB eine Otterbox Defender (siehe Abb. 4.2) eingesetzt. Diese Hülle bietet Schutz vor Kratzern, Staub (Display, Tasten) sowie Stürzen und Stößen bei gleichzeitiger Beibehaltung des Bedienungskomforts (Otterbox 2012). Es folgen die technischen Daten des Trimble Juno SB.

Trimble Juno SB Maße 129x74x30 mm Gewicht 230 g inkl. Akku Gehäuse IP4X, geschützt gegen kleine Fremdkörper > 1 mm Betriebssystem Windows Mobile 6.1 Prozessor Samsung S3C22443 mit 533 MHz Digitalkamera 3 Megapixel mit Autofokus (JPEG, WMV) Audio Mikrofon und Lautsprecher Temperaturbereich Betrieb 0°C bis 60°C Temperaturbereich Lagerung -20°C bis 70°C Standardsoftware Microsoft Office Mobile inklusive Excel Mobile, Word Mobi- Microsoft le, Internet Explorer Mobile, Outlook Mobile und PowerPoint Mobile Adobe Adobe Reader Sonstige Transcriber (Handschrifterkennung) Standardzubehör Kabel und Adapter USB-Datenkabel, Netzteil mit internationalem Adapter Bedienelemente 2 Stifte Akku Lithium-Ionen-Akku Stromversorgung Akku Intern, 2600 mAh, Lithium-Ionen, im Gerät aufladbar Betriebsdauer (kein GPS, Be- 14 Stunden (ohne Bluetooth oder WLAN) leuchtung 70%) Betriebsdauer (mit GPS und 8 Stunden (ohne Bluetooth oder WLAN) Beleuchtung) Speicher Arbeitsspeicher 128 MB RAM interner Speicher 128 MB Flashspeicher Steckplätze 1x microSD (microSDHC-kompatibel) Display Display-Art Touchscreen Display-Auflösung QVGA-Auflösung 240x320 Pixel Farben 65536 Farben

Diagonale 3,5 Zoll GPS Kanäle 12 (nur L1 Code) Integrierte Echtzeit Korrektur Satellite Based Augmentation System (SBAS) Messintervall 1 Hz Initialisierungsdauer (TTFF) 30 Sek. (typisch) Protokolle SiRF, NMEA-0183 Schnittstellen USB V. 2.0 kompatibler USB-Client Funkverbindungen Bluetooth 2.0, WLAN 802.11 b/g Tabelle 4.1 Daten Trimble Juno SB, Trimble 2012

Abb. 4.1 Trimble Juno SB, ESRI Store 2011 Abb. 4.2 Trimble Juno SB mit Otterbox, Otterbox 2012

Die zweite, weiter oben bereits erwähnte Kategorie an Handhelds stellen Outdoor- Navigationsgeräte oder auch Handheld-Outdoor-Receiver dar. Diese Geräte sind in sich geschlossen und können in ihrem Erscheinungsbild und in ihrer Größe stark variieren, von Handygröße bis hin zu großen Fernsehbedienungen. Das Haupteinsatzgebiet dieser Geräte liegt eindeutig im Wanderbereich oder Bereichen die ähnliche Voraussetzungen wie Wandern 54

mit sich bringen, wie zum Beispiel Jagd oder Geocaching. Im Unterschied zu Navigationsge- räten für Autos werden Outdoor-Navis also eher in ländlichen und abgeschiedenen Umgebun- gen eingesetzt. Die Grundausstattung dieser Geräte weist ein meist verstärktes und wasser- dichtes Gehäuse auf, sowie austauschbare Batterien beziehungsweise Akkus, die es ermögli- chen, das Gerät mehrere Stunden abseits von Energiequellen zu betreiben. Die Displays der Outdoor-Navis sind meistens eher klein gehalten und waren in der Anfangsphase dieses Gerä- tetyps noch monochromatisch und nicht in der Lage Karten darzustellen. Diese Nachteile wurden in Kauf genommen, um möglichst energieeffizient zu sein und die Betriebsdauer zu verlängern. Die aktuellen Generationen weisen diesen Nachteil jedoch nicht mehr auf und sind mit großen Displays, starken Prozessoren, Kompass, Kameras und vorinstallierter Soft- ware zur Darstellung von Points of Interest, Waypoints, Routeninformationen oder interaktiven Karten ausgerüstet. Die von diesen Anwendungen geforderte Genauigkeit an das GPS- Signal sind eher gering und somit ist die derzeit zivil erhältliche Genauigkeit vollkommen ausreichend, wobei zu beachten ist, dass die Verfügbarkeit des GPS-Signals stark durch die Horizontüberhöhung, Vegetation et cetera beeinträchtig werden kann (Navipedia 2012). Dies gilt aber auch für die anderen bereits beschriebenen oder noch folgenden Gerätetypen, die GPS zur Positionsfindung heranziehen. Wie eben erörtert, werden Outdoor-Navis grundsätz- lich nicht zur Geodatenerhebung benutzt, da es aber möglich ist, die abgegangene Wegstrecke mittels Trackingfunktion aufzuzeichnen, wurde das Garmin Oregon 400t (technische Daten siehe Tabelle 4.2) zu Testzwecken mit in den Gerätepool aufgenommen.

Garmin Oregon 400t Maße 114x58x36 mm Gewicht 146 g ohne Batterien 191,4 g mit Batterien Gehäuse robustes Plastikgehäuse, wasserdicht (IPX7) Temperaturbereich - 20°C bis 70°C Stromversorgung Batterie 2 AA-Batterien (Alkali, NiMH, Lithium) Akku NiHM-Akku Batterielebensdauer bis zu 16 Stunden Speicher Datenspeicher-Betriebsdauer Unbegrenzt, keine Speicherbatterie erforderlich Kartenspeicher Intern oder microSD-Karte Display & Tastatur Display-Art TFT Touchscreen resistiv Display-Auflösung 240x400 Pixel 55

Farben 65000 Diagonale 3 Zoll Akquisitionsrate Kaltstart < 33 Sek. Warmstart < 1 Sek. AutoLocate < 36 Sek. Aktualisierungsrate kontinuierlich 1 Mal/Sek. Genauigkeit GPS < 10 m, 95% DGPS 3 bis 5 m, 95% Geschwindigkeit 0,1 m/s im stabilen Zustand Empfänger WAAS-fähig (mehr als 12 Kanäle), hohe Empfindlichkeit Kompass und Höhenmesser Kompass Genauigkeit ± 2 Grad (±5 Grad äußerste Nord/Süd-Breiten) Kompass Auflösung 1 Grad Höhenmesser Genauigkeit ±3 m Höhenmesser Auflösung 0,3 m Höhenmesser Reichweite - 610 bis 9144 m Schnittstellen Seriell proprietäre serielle Garmin-Schnittstelle USB USB-Massenspeichergerät Protokolle NMEA 0183 Tabelle 4.2 Daten Garmin Oregon 400t, Garmin 2012

Abb. 4.3 Garmin Oregon 400t, GPSmagazin 2012

Eine weitere Klasse von Handheld-GPS-Geräten stellen die sogenannten Kompaktempfänger, wie etwa der HiPer V der Firma Topcon, dar. Innerhalb dieser Klasse gibt es verschiedene Hersteller und Geräte, da diese Geräteklasse jedoch im Zuge dieser Masterarbeit nicht zum Einsatz kam, wird in den folgenden Zeilen lediglich der Topcon HiPer V als Vertreter dieser Klasse beschrieben. Der HiPer V von Topcon ist ein Zwei-Frequenzen-GNSS-Empfänger, wobei GNSS für Global Navigation Satellite System steht. GNSS bezeichnet einen Sammel- begriff für die Verwendung aktueller und zukünftiger globaler Satellitensystem wie GPS, GLONASS und Galileo (Elektronikkompendium 2014B). Der HiPer V ist eine kompakte sowie kabellose Möglichkeit für GNSS-gestützte Positionierungsaufgaben. Durch Verwendung eines Vanguard-Chips mit 226 universellen Kanälen, einer Fence-Antenne und einem moder- nen Firmware-Verfahren (universelles Kanaltracking) ist es möglich, 113 Satelliten auf zwei Frequenzen gleichzeitig zu tracken. Hierbei kann der HiPer V sowohl die Signale von GPS, GLONASS als auch Galileo empfangen und verarbeiten. Aufgrund der großen Flexibilität hinsichtlich der gestellten Anforderungen kann HiPer V entweder als statischer Empfänger, als Basis oder als Rover eingesetzt werden. Korrekturdaten können mittels des HiPer V entweder per digitalem UHF-Funk oder Mobilfunk übertragen werden. UHF steht hierbei für Ultra High Frequency und bezeichnet den Frequenzbereich von 0,3 bis 3 GHz, auf dieser Frequenz wird etwa Fernsehen, WLAN, Betriebs- und Mobilfunk übertragen (ITWissen 2014). Aufgrund seiner robusten Bauweise, wasserdichten Anschlüsse, Batterieabdeckung und Lautsprecher lässt sich erkennen, dass der HiPer V für den Einsatz im Gelände geschaf- fen wurde (Topcon 2014A). Somit stellt er genauso wie das Trimble Juno SB als auch das Garmin Oregon 400t eine gute Variante zur mobilen Geodatenerhebung dar. In der anschlie- ßenden Tabelle 4.3 werden die wichtigsten Daten des HiPer V angeführt.

Abb. 4.4 HiPer V, Topcon 2014B 57

Tracking Anzahl der Kanäle 226 universelle Kanäle GPS L1 CA, L1/L2 P-Code, L2C GLONASS L1/L2 P-Code, L2C Getrackte Signale Galileo E1 SBAS WAAS, EGNOS, MSAS, QZSS Genauigkeit L1+L2 H: 3 mm + 0,5 ppm, V: 5 mm + 0,5 ppm Statisch Nur L1 H: 3 mm + 0,8 ppm, V: 4 mm + 1 ppm RTK, kinematisch L1+L2 H: 10 mm + 1 ppm, V: 15 mm + 1 ppm DGPS < 0,5 m Drahtlose Kommunikation Bluetooth V2.1+EDR, Klasse 2, 115.200 bps Funkoptionen Digitales UHF II-Modem, HSPA-Mobilfunkmodem Umgebungsbedingungen Staub-/Wasserfestigkeit IP67 Sturzschutz Sturz aus 2 m Stabhöhe Betriebstemperatur Externe Stromversorgung -40°C bis +65°C Akku -20°C bis +65°C HSPA-Modem -20°C bis +55°C Physische Eigenschaften Gehäuse Metallgehäuse mit Magnesiumlegierung Abmessungen 184x95 mm Gewicht 1,0 bis 1,28 kg Akku (BDC70) 195g Stromversorgung Standardakku Austauschbarer Akku 7,2 V, 4,3 Ah Akkulaufzeit bei 20°C > 7,5 Stunden statisch mit Bluetooth Externe Stromversorgung Eingangsspannung 6,7 bis 18 V DC Tabelle 4.3 Daten Topcon HiPer V, Topcon 2014A

4.2 Smartphones und Tablets

Smartphones sind in der heutigen Zeit bereits Standard und nur mehr wenige Personen benutzen einfache Mobiltelefone. Aufgrund ihrer hohen Funktionalität, der immer besser werden- 58

den Displays und Prozessoren sowie der Möglichkeit, GPS-Signale zu empfangen und Soft- ware zu installieren, bieten Smartphones eine interessante Alternative zu Handhelds bei der mobilen Geodatenerhebung und -bearbeitung. Technisch gesehen haben sich Smartphones aus zwei Geräteklassen heraus entwickelt: Auf der einen Seite standen mobile Telefone, die hauptsächlich für die Durchführung von Telefonaten gedacht waren, und auf der anderen Sei- te standen die Personal Digital Assistants (PDA), die als tragbare, persönliche Organizer dien- ten. PDAs war es bereits möglich, To-do-Listen zu erstellen und Synchronisationen mit Com- putern durchzuführen. In weiterer Folge erhielten PDAs drahtlose Verbindungstechnologien und waren in der Lage, E-Mails zu versenden und zu empfangen. Gleichzeitig erwarben Mo- biltelefone die technischen Möglichkeiten der Nachrichtenübermittlung. Die weiteren Ent- wicklungen führten dazu, dass PDAs immer mehr Funktionen der Mobiltelefone erhielten und im Gegenzug Mobiltelefone zunehmend PDA-ähnlich, wenn nicht sogar PC-ähnlich wurden. Das daraus resultierende Endergebnis waren die ersten Generationen der Smartphones (About 2012A). Eines der ersten Modelle dieser neuen Geräteklasse war das IBM Simon (siehe Abb. 4.5), das am 16. August 1994 (xda developers 2012) veröffentlich wurde und somit fast 13 Jahre vor dem ersten Apple iPhone, Veröffentlichung am 29. Juni 2007 (About 2012B), auf den Markt kam.

Abb. 4.5 IBM Simon, Gizmodo 2012 Abb. 4.6 Samsung Galaxy S5, Drei 2014

Heutzutage sind Smartphones mit hoher Intelligenz ausgestattete mobile Telefone, die eine Symbiose aus Handy, Smartphone-Browser, Personal Information Manager (PIM), MP3- Player, Media-Player, Digitalkamera, E-Mail-System und GPS-Empfänger darstellen. Sie 59

bieten einen direkten Zugang zu mobilen Webanwendungen, unterstützen Audio- und Video- funktionen, besitzen Organizerfunktionen und können als persönliches Informationssystem und zur einfachen Textverarbeitung herangezogen werden. Via Bluetooth und WLAN wird dem Benutzer auch die Möglichkeit gegeben, mit anderen Handys, Computern und auch Ser- vern in Kontakt zu treten. Die Standardfunktionalitäten eines Smartphones können mittels kleiner Zusatzprogramme (Apps) verbessert und erweitert werden. Des Weiteren sind die Displays von Smartphones als Touchscreens ausgeführt und bedeutend größer als die von herkömmlichen Mobiltelefonen. Sie sind bis zu 5,1 Zoll groß und weisen eine Auflösung von bis zu 1920x1080 Pixel, wie im Falle des Samsung Galaxy S 5 (siehe Abb. 4.6), auf (Sam- sung 2014). Die Speicherkapazitäten der internen Festplatten betragen mehrere Gigabyte und sind somit gut für die Datenmengen gerüstet, die bei der Erhebung von Geodatenakquisition entstehen können. In der Regel verfügen Smartphones über Mobilfunkmodule für GSM, GPRS, UMTS, HSDPA und LTE (siehe Kapitel 2.2.1). Mit den dadurch zugelassenen Daten- raten ist es Smartphones möglich, im Web zu surfen oder größere Mengen an Daten zu über- mitteln. Je nach Hersteller existieren verschiedene Betriebssysteme. Die bekanntesten sind Android, Apple iOS und Windows Mobile Phone (ITWissen 2012).

Die zweite Gruppe der hier beschriebenen Geräte stellen die Tablet PCs dar. Darunter versteht man tragbare Kleincomputer, deren Leistungsvermögen dem der heutigen Desktop PCs sehr nahe kommt. Ihr Vorteil liegt in der Stromversorgung mittels Akku, weshalb sie auf keine externe Stromquelle angewiesen sind. Tablet PCs erhielten ihren Namen durch ihre an ein Tablett erinnernde Bauweise. Am Markt existieren zwei verschiedene Bauweisen: Convertibles und Slates. Unter einem Convertible versteht man einen Tablet PC, dessen Bild- schirm um 180° gedreht werden kann und dann mit dem Bildschirm nach oben auf die Tasta- tur umgelegt werden kann. Nach diesem Schritt wird das Gerät mittels eines Stifts bedient. Abgesehen von dieser Besonderheit weisen sie die gleichen Funktionalitäten wie gewöhnliche Laptops auf. Die Slates (im Allgemeinen als Tablets bezeichnet) hingegen werden entweder per Stift, Finger oder der im Gehäuse verbauten Funktionstasten bedient. Eine herkömmliche Tastatur entfällt bei diesen Geräten. Es besteht jedoch die Möglichkeit, Tastaturen bei Bedarf anzuschließen. Ein weiterer Punkt, der Slates und Convertibles voneinander unterscheidet, ist der Umstand, dass die gesamte Technik eines Slates im Display verbaut ist, während sich diese bei Convertibles unter der Tastatur befindet. Tablet PCs sind im Außendiensteinsatz Convertibles vorzuziehen, da sie leichter im Stehen beziehungsweise auch im Gehen mitge- führt und komfortabler bedient werden können. Ein weiterer Grund, der für Slates spricht, ist,

dass ein Großteil der Geräte über integrierte GPS-Empfänger verfügt, was bei Convertibles eher selten der Fall ist. Für den Außendiensteinsatz besteht auch die Möglichkeit, auf robuste- re Geräte zurückzugreifen, die eine bessere Stoßfestigkeit, Schmutzresistenz, Dichtigkeit, etc. aufweisen. Meist sind auch ihre Displayeigenschaften auf den Einsatz im Freien optimiert (Blankenbach 2007). Ein typischer Vertreter für Slates wäre das Asus Memo, welches in Abb. 4.7 abgebildet ist. Slates werden vor allem im Bereich der Darstellung von Geodaten in Zu- kunft eine wichtige Rolle spielen. Durch die Adaptierung der benötigten Software (z.B.: ArcPad) auf die jeweiligen Betriebssysteme würden sie jedoch auch eine interessante Option in der Datenakquisition darstellen. Es folgen die technischen Daten des bei den Erhebungen verwendeten Asus Memo Pad FHD 10 Tablets (siehe Abb. 4.7). Asus MeMo Pad Full HD10 Maße 264,4x182,4x9,5 mm Gewicht 580 g Betriebssystem Android 4.2.2 Jelly Bean Stromversorgung Akku Li-Polymer 6760 mAh Laufzeit 8,5 Stunden Prozessor Prozessor-Name Intel Z2560 Prozessor-Geschwindigkeit 1,6 MHz Anzahl Prozessor-Kerne Dual-Core Speicher Speicherkapazität 16 GB Arbeitsspeicher (RAM) 2 GB weitere Steckplätze für Speicherkarten microSD-Karten Display & Tastatur Display-Art IPS Touchscreen kapazitiv Display-Auflösung 1920x1200 Pixel Farben 16,7 Millionen Diagonale 10,1 Zoll Kamera Kamera Digitalkamera Vorderseite / Rückseite Kamera Typ 1 / 4,9 Megapixel Autofokus Ja Kameraauflösung 1280x960 / 2560x1920 Pixel Zoom Digitaler Zoom Videoaufnahme Ja Videoauflösung 1280x720 / 1920x1028 Pixel Mobiles Internet WLAN WiFi 802.11abgn 61

Datentransfer und Schnittstellen Bluetooth 3.0 USB Micro-USB HDMI Micro-HDMI Kartenleser Micro-SD GPS Ja Tabelle 4.4 Daten Asus Memo FHD 10, Inside-handy 2014A

Abb. 4.7 Asus Memo FHD 10, Inside-handy 2014B

4.3 Anforderungen an das mobile Endgerät

Als Abschluss von Kapitel 4 widmet sich dieses Unterkapitel den wichtigsten Charakteristika, die ein mobiles Endgerät aufweisen sollte, und verbindet anschließend mittels eines Kriteri- enkatalogs (siehe Tabelle 4.5) die grundlegenden Überlegungen mit den für die Erhebung verwendeten Geräten. Dieser Kriterienkatalog soll Aufschluss darüber geben, welches der verwendeten mobilen Endgeräte am besten für die gestellten Anforderungen geeignet ist. Einen der wohl wichtigsten Punkte bei den Auswahlkriterien stellen die grundsätzlichen Ei- genschaften des mobilen Endgeräts dar, nämlich seine Abmessungen und sein Gewicht. Das Gerät sollte eine geringe Größe aufweisen, um möglichst einfach im Gelände mitgeführt werden zu können und dabei in Hinsicht auf das Gewicht, inklusive leistungsfähiger Akkus oder Batterien, nicht zu schwer ausfallen. Das mobile Endgerät sollte also nach Möglichkeit in einer Hand mitgeführt, an Rucksäcken befestigt oder in Jackentaschen verstaut werden kön-

nen, um den Benutzer auch in schwierigerem Gelände nicht zu behindern und somit unnötig in Gefahr zu bringen. Trotz einer gewissen Kompaktheit sollte das Gerät nicht zu klein ausfallen, da unter diesen Umständen ein ebenfalls nur sehr kleines Display verbaut werden könnte. Die geringe Größe und eine unter Umständen schlechte Auflösung würden zu einer subopti- malen Ablesbarkeit und Bedienbarkeit des Gerätes führen und somit eine Quelle für potentiel- le Fehler erzeugen. Einen weiteren wichtigen Punkt stellt die Akkulaufzeit dar, die eine rei- bungslose Versorgung des mobilen Endgeräts über einen gesamten Erhebungstag garantieren sollte. Wenn dies nicht der Fall ist, sollte zumindest die Chance eines Akkuwechsels vorhanden sein. Für die Arbeit im Außendienst ist es des Weiteren von Vorteil, wenn das mobile Endgerät über einen GPS-Empfänger verfügt, welcher die Bestimmung des derzeitigen Auf- enthaltsortes ermöglicht und als Referenzpunkt bei der Datenakquisition dient. Abschließend sollte das Gerät über eine Software verfügen, die es dem Benutzer überhaupt erst erlaubt, Da- ten im Gelände zu erheben. Bei der Erhebung einfacher Linien-Features, wie etwa von Wan- derwegen, reichen oft schon Programme aus dem Sportbereich aus, die etwa Wegstrecken mittracken können. Diese Art der Datenerhebung sollte sich jedoch eher auf den privaten Be- reich beschränken. Für die professionelle Datenerhebung sind Programme, wie etwa ESRI ArcPad, ESRI ArcGIS mobile oder gleichwertige Programme kommerzieller Herkunft beziehungsweise etwaige OpenSource Lösungen gefragt, da es mittels dieser professionellen Soft- warepakete dem Benutzer ermöglicht wird, die erhobenen Daten zu attributieren oder bei spä- teren Einsätzen zu editieren. Anhand dieses Kriterienkatalogs ist leicht ersichtlich, welche Geräte sich am besten für den Einsatz bei Messkampagnen eignen. Es ist wenig verwunderlich, dass sich das Trimble Juno SB als am besten geeignet darstellt, schließlich ist dieses Gerät für die mobile Datenerhebung vorgesehen. Jedoch war das Display nicht immer ideal ablesbar und die indifferente Wertung im Bereich drahtlose Kommunikation bezieht sich auf die Möglichkeit, ein Mobiltelefon mittels Bluetooth zu koppeln beziehungsweise eine Verbindung mittels WLAN einzurichten. Im Falle des Garmin Oregon 400t schlägt die nicht vorhandene Möglichkeit zur drahtlosen Kommunikation als auch die installierte Softwarelösung zur Datenerhebung negativ zu Bu- che.

Asus Memo Pad FHD 10 Trimble Juno SB Garmin Oregon 400t Kompakte

Abmessungen Geringes

Gewicht Gut ablesbares

Display Exakt bedienbares

Display Ausreichende

Akkulaufzeit Eingebauter GPS-

Empfänger Software zur Geo-

datenerhebung / Drahtlose Kommunikation / Tabelle 4.5 Kriterienkatalog Endgeräte, eigene Darstellung und IconArchive 2012E-F

= geforderte Bedingung vollständig gegeben

= geforderte Bedingung teilweise gegeben

= geforderte Bedingung nicht gegeben

5 Mobile Softwarelösungen von ESRI

Anhand dieses Kapitels soll veranschaulicht werden, welche Softwarelösungen der Firma ESRI für die mobile Akquisition, Editierung und Visualisierung von Geodaten bereit stehen. Der Fokus auf ESRI-Produkte lässt sich einerseits dadurch begründen, dass ESRI der welt- weite Marktführer im Bereich der Geodatenverarbeitung ist und andererseits durch die Zu- sammenarbeit mit der Firma GeoInfo Graz für diese Masterarbeit, die bei ihren Projekten und Dienstleistungen im Bereich der Geoinformatik ebenfalls auf ESRI-Produkte zurückgreift. Des Weiteren ist zu erwähnen, dass die nun folgenden Beschreibungen keinen Anspruch auf Vollständigkeit erheben, da dies den inhaltlichen Rahmen dieser Arbeit sprengen würde. Die anschließenden Kapitel befassen sich nur mit Themen, die für diese Arbeit von Bedeutung sind. ESRI bietet drei mögliche Softwarepakete für den mobilen Einsatz an:

• ArcGIS für Smartphones, Tablets sowie für Windows Mobile Geräte • ArcPad • Collector for ArcGIS

ArcGIS in seiner mobilen Ausführung ist eine GIS-Applikation, die aufgabenbasiert arbeitet (siehe Abb. 5.1) und es den Anwendern ermöglicht, ihre mobilen Endgeräte mit GIS- Funktionalitäten zu erweitern. Dadurch werden die Nutzer in die Lage versetzt, auf Karten zu Navigieren, Daten zu erheben und zu bearbeiten sowie GIS-Analysen im Feld durchzuführen. Es ist möglich, über ArcGIS Online beziehungsweise den ArcGIS-Server auf firmeninterne Daten zuzugreifen und diese ebenfalls anderen Nutzern zur Verfügung zu stellen. Beide Ap- plikationen, egal ob für Smartphones und Tablets oder Geräte, die mittels Windows Mobile agieren, verfügen über dasSoftware Development Kit, kurz SDK beziehungsweise .NET SDK (siehe Abb. 5.2), um benutzerdefinierte Applikationen zu generieren, die auf die jeweiligen Ansprüche des Unternehmens zugeschnitten werden können.

Abb. 5.1 ArcGIS für Windows Mobile, ESRI 2012E

Abb. 5.2 ArcGIS für Smartphones inkluse SDK, ESRI 2012F

ArcPad hingegen ist ein auf Windows basierendes Programm, das eine höhere Genauigkeit der Daten sowie eine verbesserte Produktivität im Außendiensteinsatz gewährleisten soll. Im Gegensatz zur mobilen ArcGIS-Variante ist ArcPad eine kartenbasierte Anwendung zur Da- tenakquisition, die sich an professionelle GIS-Anwender richtet. ArcPad verfügt über fortgeschrittene GIS-Eigenschaften, welche im Besonderen Ad-hoc-Datenerhebungen unterstützen. Außerdem besitzt ArcPad die Möglichkeit, GPS zu integrieren, um Post-Processing-Schritte zu erleichtern und unterstützt verknüpfte Tabellen (ESRI 2012B).

5.1 Mögliche Betriebssysteme

Je nachdem, welche der oben beschriebenen Varianten der mobilen Softwarelösungen von ESRI zur Anwendung kommt, ergeben sich aus der Wahl klarerweise unterschiedliche Sys- temanforderungen an das mobile Endgerät. Diese Systemanforderungen der mobilen ArcGIS- Variante und des SDK, die sich hauptsächlich auf das Betriebssystem beziehen, werden in dem folgenden Absatz aufgezeigt. Mobile Endgeräte, die ArcGIS für Windows Mobile einsetzen, unterstützen die folgenden Windows Mobile Plattformen (ESRI 2012C und D):

• Windows Mobile 6.5 Professional und Standard editions (inklusive Installation .NET Compact Framework 3.5) • Windows Mobile 6.1, 6.0 Professional und Classic editons (inklusive Installation .NET Compact Framework 3.5) • Windows Mobile 5.0 Pocket PC (inklusive Installation .NET Compact Framework 3.5) • Windows Embedded Handheld 6.5 Professional und Classic (inklusive Installation .NET Compact Framework 3.5)

Des Weiteren werden bei der Verwendung des Mobile Project Center, der ArcGIS- Applikation und der ArcGIS Runtime SDK folgende Plattformen unterstützt:

• Windows XP SP3 32-bit/64-bit (inklusive Installation .NET Compact Framework 3.5 SP1) • Windows Vista SP2 32-bit/64-bit Ultimate, Enterprise, Business, Home Premium (inklusive Installation .NET Compact Framework 3.5 SP1) • Windows 7 32-bit/64-bit Ultimate, Professional, Home Premium (inklusive Installati- on .NET Compact Framework 3.5 SP1)

Die mobilen Endgeräte, wie etwa iPhone, iPad oder iPod touch, verwenden ArcGIS für iOS und unterstützen die Softwareplattform Apple iOS Version 3.1.2 und höher. Im Falle der ArcGIS Runtime SDK für iOS wird ein Intel-basierter Macintosh benötigt, der Leopard (OS X 10.5) oder Snow Leopard (OS X 10.6) als Betriebssystem aufweist. Bei Verwendung der Applikation ArcGIS für Windows Phone wird Windows Phone OS Version 7.0 und höher vorausgesetzt und für die ArcGIS Runtime SDK für Windows Phones stellen sich Visual Studio 2010 oder Visual Web Developer Express 2010, Windows Phone Developer Tools Version 7.0 oder höher sowie ein Windows Phone 7 Endgerät mit OS Versi- on 7.0 oder höher als Bedingungen heraus. Abschließend folgen nun die Systemanforderungen für ArcGIS für Android. Hierbei gilt es zu beachten, dass mindestens die Android Version 2.2 (Froyo) benötigt wird und die ArcGIS- App nicht innerhalb eines Android-Emulators ausgeführt werden kann. Die ArcGIS- Applikation für Android wurde speziell für Android-Smartphones, die entweder mit einem ARMv6 Prozessor oder einem besseren Prozessor ausgestattet sind, entwickelt. Bei Anwen- dung der ArcGIS Runtime SDK für Android werden Mac OS X (Intel), Linux sowie Win- 67

dows-basierte Betriebssysteme unterstützt. Zur Erstellung von Android ArcGIS-Apps benötigt man die SDK Platform Android 2.1, API 7, SDK Platform Android 2.2, API 8 oder Eclipse Integrated Development Environment (IDE). Eingesetzt werden kann die ArcGIS Runtime SDK für Android in Verbindung mit ArcGIS-Server 9.3.1 und 10.0 Diensten. Des Weiteren kann die Runtime SDK mittels ArcGIS für Server für Java, .NET-Plattformen oder alle von ESRI unterstützen Betriebssysteme zum Einsatz kommen (ESRI 2012G).

Aufgrund des Umstandes, dass bei der Datenerhebung nur ArcPad und Collector for ArcGIS zum Einsatz kam, werden sich die folgenden Kapitel mit diesen Softwarelösung befassen und fortführende Erläuterungen zu ArcGIS Mobile werden nicht behandelt, da es im Rahmen dieser Arbeit keine Anwendung findet.

5.2 ArcPad

Wie bereits oben beschrieben, ist ArcPad eine Softwarelösung der Firma ESRI, die für den kartenbasierten Außendienst eingesetzt wird. In den nachfolgenden Absätzen wird ArcPad hinsichtlich seiner Charakteristika vorgestellt und im Anschluss daran werden die für diese Arbeit wichtigsten Funktionen erklärt. Zu den Hauptfunktionen von ArcPad zählen (ESRI 2012H):

• Die Erhebung von Geodaten ist die wohl wichtigste Funktion von ArcPad. Der An- wender ist in der Lage, Geodaten zu akquirieren, editieren, analysieren und darzustellen. Diese Bearbeitungsschritte werden entweder mittels Raster- oder Vektorformaten durchgeführt. • Eine weitere Funktion stellt die Einbindung externer Hardware dar. Durch dieses Fea- ture ist es ArcPad möglich, Apparate wie Range Finder, integrierte Digitalkameras und GPS-Empfänger in die Datenerhebung mit einzubeziehen. • Extensions bilden eine gute Möglichkeit, weitere Funktionen zu ArcPad hinzuzufügen. Hierbei sind die anschließenden Extensions besonders hervorzuheben: o Die erste wichtige Erweiterung ist die ArcPad Extension für ArcGIS-Server. Mittels dieser Extension können ArcPad-Projekte am ArcGIS-Server veröf- fentlicht und für andere Benutzer bereitgestellt werden. Sobald das verwendete mobile Endgerät in der Lage ist, eine Internetverbindung aufzubauen, kann es die mittels ArcPad erhobenen oder bearbeiteten Daten mit der Geodatenbank

des jeweiligen Unternehmens synchronisieren. Aufgrund dessen, dass diese Funktion eine wichtige Rolle bei der Übertragung von Daten zum Server spielt, wird sie im Kapitel 5.2.2 ausführlicher untersucht. o Die ArcPad Data Manager Extension für ArcGIS Desktop ist eine mobile Komponente von ArcGIS, durch welche ArcPad GIS-Funktionen der Desktop- variante erhält. Dies ermöglicht die Berücksichtigung von Änderungen des Da- tensatzes im Feld, ohne dabei dauerhaft mit der Geodatenbank verbunden zu sein. o Ein neues Feature stellt die StreetMap Extension dar, welche auf der StreetMap Premium für ArcGIS, deren Daten von den TomTom- (ehemals Te- leAtlas) Daten abgeleitet wurden, basiert. Die Daten unfassen Nordamerika und Europa und sind als Kernfunktion von ArcPad kostenlos verfügbar. Durch die Verwendung dieser Daten sind Analyseschritte wie Routenberechnung, Geokodierung von Adressen und umgekehrte Geokodierung ausführbar. • Durch den Einsatz von Symbologien und Style Sheets ermöglicht ArcPad qualitativ hochwertige Kartierungen auf mobilen Endgeräten. • ArcPad bietet außerdem die Möglichkeit der Personalisierung von GIS-Applikationen und Anwendungen. Hierfür wird ArcPad Studio verwendet, welches eine Entwick- lungsumgebung zur Erstellung weiterer Extensions, Werkzeuge oder Applets ist. • Eine für den wachsenden Markt der Geodatenbearbeitung sehr nützliche Funktion stellt die Unterstützung anderer Sprachen dar. Dadurch kann die ArcPad Benutzer- oberfläche in verschiedenen Sprachen abgebildet werden und macht somit die Bedie- nung für nicht Englisch sprechende Benutzer einfacher.

5.2.1 Datenerhebung mit Hilfe von GPS

Die Datenerhebung in ArcPad kann auf unterschiedliche Weisen vonstattengehen. Es werden entweder die zu erhebenden Daten mittels Eingabe über den Touchscreen eingetragen oder es wird ein GPS-Signal zur Datengewinnung herangezogen. Da bei der Akquirierung der Geodaten für diese Masterarbeit die letztgenannte Variante zum Einsatz kam, wird diese nun genauer betrachtet. Bei den Beschreibungen in diesem Kapitel wird davon ausgegangen, dass Leser dieser Arbeit die Grundlagen über der Verwendung von ArcPad beherrschen. Deshalb startet die Bedienungsbeschreibung nach dem Öffnen des Projekts und der benötigter Layer. Der erste Schritt besteht darin, sicherzustellen, dass der verwendete GPS-Empfänger die von

ArcPad unterstützten GPS-Protokolle verwendet und ob er korrekt mit dem mobilen Endgerät zur Datenerhebung verbunden ist (via Kabel, Adapter, Bluetooth etc.). Die Kontrolle der Ver- bindung kann bei Geräten mit integriertem GPS-Empfänger ausgelassen werden. Die von ArcPad benutzten Protokolle, der angesprochene Port, die Baudrate sowie viele weitere Ein- stellungen können in den GPS-Voreinstellungen getroffen werden, die in Abb. 5.3 abgebildet werden.

Abb. 5.3 GPS-Voreinstellungen, eigene Darstellung aus ArcPad

Das GPS-Signal in ArcPad kann nur aktiviert werden, wenn dem ArcPad-Projekt eine Projek- tion zugewiesen wurde. Andernfalls wird das GPS Active Tool automatisch deaktiviert. Die von ArcPad verwendete Standardprojektion ist WGS84 (ESRI 2012L). Um das GPS nun zu aktivieren, muss lediglich der Pfeil unterhalb des GPS-Position-Fensters angewählt werden und danach im Drop-Down-Menü der Punkt GPS Active gedrückt werden. Am Display erscheint ein Cursor der entweder die aktuelle oder die letzte bekannte Position anzeigt. Im letztgenannten Fall wird der Cursor mit einem Schrägstrich gekennzeichnet, welcher ver-

schwindet, sobald die aktuelle Position ermittelt wurde. Bei aktivem GPS wird außerdem das Symbol für das aktivierte GPS mit einer roten Umrandung versehen (siehe Abb. 5.4).

Abb. 5.4 GPS aktiv, eigene Darstellung aus ArcPad

Nachdem das GPS aktiviert wurde, kann nun der gewünschte Layer mittels GPS-Signal mit Daten gefüllt werden. Da im Zuge dieser Arbeit hauptsächlich Wanderwege und andere linienhaften Features erhoben wurden, bedarf es hierfür einer bestimmten Einstellung. Zuerst wählt man den Punkt Bearbeitung starten/beenden aus und selektiert im Drop-Down-Menü den gewünschten Layer (siehe Abb. 5.5). Anschließend wählt man, wie in Abbildung Abb. 5.6 dargestellt, Polyline als zu erstellendes Feature aus. Danach aktiviert man in der Taskleis- te die Funktion Stützpunkte von GPS kontinuierlich hinzufügen (siehe Abb. 5.7).

Abb. 5.5 Bearbeitung starten/beenden, eigene Darstellung aus ArcPad

Abb. 5.6 Polyline editieren, eigene Darstellung aus ArcPad

Abb. 5.7 Stützpunkterfassung mittels GPS, eigene Darstellung aus ArcPad

Aufgrund dessen, dass die Orientierung beim Feldeinsatz äußerst wichtig ist, bietet ArcPad die Option, die abgebildete Karte automatisch über das GPS-Signal mitrotieren zu lassen. Diese Funktion ist äußerst hilfreich, wenn der Nutzer bei der Datenerhebung die vorhandene Situation im gleichen Winkel auf der Karte betrachten will, wie er sie in der Realwelt vor sich hat. Die Funktion der automatischen Kartenrotation findet sich im gleichen Drop-Down-Menü wie die GPS-Aktivierung (siehe Abb. 5.4) und lässt sich durch einfaches Anwählen aktivieren.

5.2.2 Datenübertragung zwischen ArcPad und ArcGIS-Server

Dieses Kapitel behandelt die Übertragung der Daten von ArcPad zurück an den ArcGIS- Server im Anschluss an die Datenerhebung. Um diese Funktion gewährleisten zu können, benötigt man die in Kapitel 5.2 bereits angesprochene ArcPad Extension für den ArcGIS- Server. Diese Extension erlaubt dem Benutzer, sein ArcPad-Projekt auf dem ArcGIS-Server zu synchronisieren und zu veröffentlichung, wobei die Übertragung per Internetverbindung erfolgt. Um sicherstellen zu können, dass man die Funktionalität der Synchronisation aus- schöpfen kann, müssen gewisse Rahmenbedingungen gewährleistet sein. Man benötigt dafür eine Desktopumgebung zum Verfassen der Daten, eine Desktop- und Serverumgebung für die Veröffentlichung der Daten sowie eine mobile Umgebung, die die Daten benötigt. Desktop- seitig benötigt man mindestens ArcGIS Desktop 9.3 (ArcView, ArcEditor oder ArcInfo) und ArcPad 8. Serverseitig sind die Mindestanforderungen ArcGIS-Server Enterprise Advanced Edition 9.3 (.NET) sowie ArcGIS-Server ArcPad Extension 8 und das mobile Endgerät benö- tigt ArcPad 8 oder höher (ESRI 2012I). Die nun nachfolgenden Beschreibungen der jeweiligen Funktionen der Extension beziehen sich auf ArcPad 10, welches zum Zeitpunkt des Ver- fassens dieser Masterarbeit den aktuellen Entwicklungsstand widerspiegelt. Für ein besseres Verständnis der Voraussetzungen der ArcPad Extension illustriert Abb. 5.8 diese noch einmal.

Abb. 5.8 Voraussetzungen ArcPad Extension für ArcGIS-Server, ESRI 2012I

5.2.3 Verfassen von Daten für ArcGIS-Server

Um einen ArcGIS-Server in den jeweiligen ArcMap-Arbeitsablauf aufzunehmen, müssen hinsichtlich der Daten einige Punkte beachtet werden. Es ist Voraussetzung, dass die Daten eine globale ID aufweisen, versionisiert sind und in einer Enterprise SDE-Datenbank abgelegt wurden. Wenn diese Voraussetzungen erfüllt sind und innerhalb von ArcMap eine gespeicherte ArcMap MXD geöffnet ist, wird das „Author Project for ArcGIS-Server“-Werkzeug freigegeben. ESRI empfiehlt hierbei einen eigenen Ordner am Server zu erstellen, in dem die MXDs abgelegt werden. Des Weiteren gilt es zu beachten, dass nach der Ausführung der nachfolgenden Schritte noch keine Daten am Server erstellt werden, die an mobile Endgeräte übermittelt werden können. Für diesen Schritt müssen die Daten erst veröffentlicht werden. Dieser Schritt wird im nachstehenden Kapitel 5.2.4 beschrieben. Nach Betätigung der „Author Project for ArcGIS-Server“-Schaltfläche in ArcMap erscheint nach der einführenden Begrüßung das Select Data Fenster (Abb. 5.9), in welchem folgende Optionen angezeigt und ausgewählt werden können:

• Layer-hier werden die Namen der Layer angegeben inklusive ihrer Relationship- Klassen der Geodatabase 74

Abb. 5.9 Select Data, eigene Darstellung aus ArcMap

• Action-Mittels dieses Tabs können die Einstellungen für jeden individuellen Layer gesetzt werden (Abb. 5.10) oder man vergibt die gleichen Einstellungen an alle Layer (Abb. 5.11). Es gilt hierbei zu beachten, dass nur jene Daten, die eine Referenzierung aufweisen, für einen Checkout verfügbar sind.

Abb. 5.10 Einstellung für individuellen Layer, eigene Darstellung aus ArcMap

Wenn sich der Benutzer dazu entscheidet, für alle Layer die gleichen Einstellungen zu treffen, erscheint eine Liste an Auswahlmöglichkeiten, wie in Abb. 5.11 ersichtlich ist. Sollte man die Funktion Defaults auswählen, stellen sich dem Nutzer folgende Optionen:

• Background layer format (Shapefile oder AFX Layer) • Background layer editing (Read Only oder Editieren erlaubt) • Checkout Data or Schema (Daten oder nur Schema) • Raster Output type (TIFF, JPEG2000 oder Originalformat) • Include graphics layer with background data

Abb. 5.11 Einstellung für alle Layer, eigene Darstellung aus ArcMap

• Im nächsten Tab wird angezeigt, in welchem Ordner oder in welcher Geodatabase die jeweiligen Layer gespeichert sind. • Der abschließende Tab dieses Fensters dient für Layer Definition Template und gibt dem Benutzer die Möglichkeit, eine existierende Layer Definition eines Shapefiles oder ArcPad AFX Files als Vorlage zu nutzen. Somit ist die erneute Nutzung bestehender Skripten, Symbole, Formulare oder anderer Elemente gegeben.

Anschließend an das Select Data Fenster folgt das Select Output Options Fenster (Abb. 5.12), welches als erste Option die Begrenzung der räumlichen Ausdehnung (Spatial Extent) bereit-

stellt. Die Hauptauswahlmöglichkeiten des Spatial Extent sind The current display extent, The full extent of the selected layer(s), The extent of the currently selected feature(s) und The extent of the currently selected graphic(s). Als weitere Verfeinerung des auszugebenden Da- tenrahmens stehen noch Only get selected features, Only get features of the specified in layer’s definition query und Only get fields specified as visibal in layer’s properties zur Aus- wahl. Nachdem der Datenrahmen festgelegt wurde, kann eine ArcPad-Map (.apm file) auf dem Server generiert werden, deren Name vom Benutzer festgelegt werden kann. Die Erstel- lung der ArcPad-Map erfolgt in dem Moment, in dem das ArcPad-Projekt am ArcGIS-Server bereitgestellt wird. Die ArcPad-Map referenziert alle vorher ausgewählten Layer und berück- sichtigt die gewünschten Datenrahmen, welche von ArcPad unterstützt werden. Aus Sicher- heitsgründen kann mittels Encrypt checked out data eine Verschlüsselung der Daten in das ArcPad AFX Format durchgeführt werden, welche nur durch Eingabe des benutzerdefinierte Passwort rückgängig gemacht werden kann. Abschließend besteht noch die Option, die Daten vor der Freigabe validieren zu lassen. Mittels Validate feature classes before checking out startet ein Überprüfungsprozess, der jeden Fehler innerhalb der Daten meldet. Diese Fehler müssen behoben werden, bevor der Freigabeprozess fortgeführt werden kann. Die Überprü- fung verläuft in den folgenden Schritten:

1. Validate any subtypes 2. Validate any attribute rules (such as domains) 3. Validate any network connectivity rules 4. Validate any relationship rules 5. Perform any custom validation (using optional class extension) Es wird empfohlen, diesen Validierungsprozess bei der ersten Bereitstellung der Daten durch- führen zu lassen, um etwaige ungültige Daten aufzuspüren, auch wenn dieser Prozess bei grö- ßeren Datenmengen einige Zeit in Anspruch nehmen kann.

Abb. 5.12 Select Output Options, eigene Darstellung aus ArcMap

Nachdem die Daten bereitgestellt wurden, wird zusätzlich zum bestehenden MXD-Dokument eine .apo-Datei generiert. Diese beiden Dateien werden benutzt, um eine ArcPad-Publikation zu erzeugen (ESRI 2012J).

5.2.4 Veröffentlichen der Daten mittels ArcGIS-Server

Nachdem die Daten, im vorigen Kapitel beschrieben bereitgestellt wurden, widmen sich die anschließenden Kapitel nun der Veröffentlichung dieser Daten. Die Veröffentlichung eines ArcPad-Projekts verläuft recht ähnlich der Publizierung eines ArcGIS-Server Kartendienstes mittels ArcCatalog. Innerhalb von ArcCatalog kann per rechtem Mausklick auf einem GIS- Server die Option zur Erstellung eines für ArcPad verfügbaren Kartendienstes aufgerufen werden (siehe Abb. 5.13).

Abb. 5.13 Add New Service, ESRI 2012K

Es folgen die bekannten Schritte zur Veröffentlichung eines ArcGIS-Server Kartendienstes. Dabei muss nur darauf geachtet werden, dass innerhalb des Add GIS Service Fensters ArcPad ausgewählt wird (Abb. 5.14).

Abb. 5.14 Add GIS Service, ESRI 2012K

Sollte die verwendete ArcGIS-Server-Umgebung auf einen Reverse Proxy Server aufbauen, sollte die benötigte URL am unteren Ende des GIS-Service Fensters angegeben werden (Abb. 5.15).

Abb. 5.15 Service URL, ESRI 2012K

Sobald all diese Schritte erfolgreich beendet wurden, steht der Kartendienst für ArcPad bereit und kann sofort von ArcCatalog oder ArcMap dargestellt werden, wobei gleichzeitig die ArcPad-Daten für die Übertragung an mobile Endgeräte generiert werden. Des Weiteren werden nach erfolgreicher Veröffentlichung der Daten am ArcGIS-Server eine .zip-Datei als auch eine .cab-Datei generiert. Diese .cab-Datei kann eingesetzt werden, um eine große Gruppe von Außendienstmitarbeitern mit Daten zu versorgen. Hierfür wird die .cab-Datei auf den Desktop heruntergeladen und per E-Mail verteilt (ESRI 2012K).

5.2.5 Datentransfer zwischen ArcPad und ArcGIS-Server

Dieses Kapitel befasst sich mit der Übermittlung der Daten vom ArcGIS-Server zu ArcPad und der anschließenden Synchronisation der mittels ArcPad erhobenen Daten am ArcGIS- Server. Nachdem ArcPad gestartet wurde und das gewünschte Projekt aufgerufen wurde, öff- net man das „Daten vom Server hinzufügen…“ Dialogfenster (siehe Abb. 5.16). Dieses Dia- logfenster wurde in vorangegangen ArcPad-Versionen benutzt, um IMS Daten zum Projekt hinzuzufügen. Diese Möglichkeit besteht weiterhin, jedoch kann nun auch nach einem ArcGIS-Server ArcPad-Service oder ArcGIS Online Service gesucht werden. Der jeweils zu suchende Service kann im Drop-Down-Menü Typ gewählt werden. Danach wird die URL des ArcGIS-Server angegeben, der die Daten bereithält. Die benötigten Daten können aus einer Liste ausgewählt werden (siehe Abb. 5.17).

Abb. 5.16 Datentransfer ArcPad-ArcGIS-Server, eigene Dar- Abb. 5.17 Serverdienst-Auswahl, eigene Darstellung aus Arc- stellung aus ArcPad Pad

Nachdem die Daten in gewohnter Weise bearbeitet wurden, können sie nun mit der Geodaten- bank synchronisiert werden. Für die Synchronisation muss eine Verbindung zum Netzwerk (via Mobilfunk, WIFI, USB oder ähnlichem) aufgebaut werden und der Befehl „Daten mit dem ArcGIS-Server synchronisieren“ in ArcPad ausgeführt werden (siehe Abb. 5.16). Wäh- rend der Datenübertragung erscheinen Fenster, die den Synchronisierungsvorgang kommen- tieren und abschließend bestätigen.

5.3 Collector for ArcGIS

Die App „Collector for ArcGIS“ stellt den modernsten Zugang zur mobilen Datenerhebung mittels eines ESRI-Softwarepakets dar. Die App dient zur Erfassung und Aktualisierung von Daten und Information per Smartphone oder Tablet. Collector for ArcGIS kann im Außen- dienst im Online- aber auch im Offline-Modus genutzt werden. Dies wird dem Benutzer durch Downloaden des Kartenmaterials auf das mobile Endgerät ermöglicht. Die App ermög- 81

licht die Erfassung und Aktualisierung von Punkt-, Linien- und Polygon-Features über manuelle Eingabe oder unter Verwendung von GPS. Dem Benutzer stehen bei der Erhebung im Gelände Hilfestellungen, wie etwa Ortssuche und Navigationstools, zur Seite. Durch das Re- lease „Collector for ArcGIS 10.2.4“, welches im Juli 2014 erschien, besteht nun auch die Möglichkeit, in Karten nach Features zu suchen. Des Weiteren wird die Vergabe der Attribute durch vorab erstellte Formulare erleichtert und sorgt somit für eine erhöhte Benutzerfreund- lichkeit (ESRI 2014G).

Abb. 5.18 Erfassungsbeispiel Collector for ArcGIS, ESRI 2014G

5.3.1 Anforderungen an mobile Endgeräte

Die App „Collector for ArcGIS“ steht grundsätzlich für zwei mögliche Betriebssysteme zur Verfügung, hierbei handelt es sich um die derzeitigen Marktführer (Stand August 2014) And- roid und iOS. In der nun folgenden Tabelle 5.1 werden die vom Collector for ArcGIS an die mobilen Endgeräte gestellten Anforderungen dargelegt (ESRI 2014G). Android iOS Android 4.0 (Ice Cream Sandwich) oder höher iOS 7 oder höher Armv7-Prozessor iPhone, iPad, iPod Touch Unterstützung für OpenGL ES 2.0 Unterstützung für exakte Ortung (GPS- und netzbasiert) Tabelle 5.1 Systemanforderungen Collector for ArcGIS, eigene Darstellung ESRI 2014G

5.3.2 Datenanforderungen

Collector for ArcGIS arbeitet mit den gleichen Dateiformaten wie die Desktopvarianten von ArcGIS, es sind somit keine Konvertierungsschritte notwendig, um bereits bestehende Daten im Collector for ArcGIS einzusetzen. Jedoch wird für den Datenzugriff durch Collector for 82

ArcGIS ein Organisationskonto benötigt. Dieses Organisationskonto ist nicht kostenlos, kann aber für Testzwecke in einer 30-Tage-Testversion bezogen werden. Innerhalb dieses Organi- sationskontos werden Projekte erstellt, die mittels Collector for ArcGIS abgerufen und bearbeitet werden können. Die bei der Projekterstellung verwendeten Daten können aus Portal for ArcGIS, ArcGIS for Server oder ArcGIS Online stammen (ESRI 2014G). Die genaue Durchführung eines Projektes mittels der App „Collector for ArcGIS“ wird in Kapitel 8 genau beschrieben.

5.3.3 Ausblick

Die derzeitige Version des Collector for ArcGIS stellt eine ausgezeichnete Möglichkeit für die Erfassung und Bearbeitung von Daten im Außendienst dar. Die Software der App und der Umfang ihrer Funktionalitäten soll jedoch laut ESRI noch erweitert werden. Einige der ge- planten Ausbauschritte sind etwa: • Datenerfassung mit Versatz • Unterstützung der Adhoc-Erfassung • Integration von Peripheriegeräten (Barcode-Scanner, Lasermessgeräte) • Intelligentere Datenerfassungsformulare • Planungswerkzeuge für Offline-Vorgänge im Außendiensteinsatz (ESRI 2014G)

6 ArcGIS-Server

Das abschließende Kapitel des theoretischen Teils dieser Masterarbeit behandelt den ArcGIS- Server. Dabei werden dessen grundlegende Funktionen sowie in weiterer Folge die Bearbei- tung von Projekten hinsichtlich Projekterstellung und -verwaltung näher erläutert. Der ArcGIS-Server stammt wie ArcPad und Collector for ArcGIS ebenfalls von ESRI und stellt die kommerziell erhältliche Standardlösung dar. Der ArcGIS-Server stellt in Bezug auf Kapitel 5 einen wichtigen Punkt dar. Dieser Umstand entsteht durch die Tatsache, dass die oben beschriebenen mobilen Softwarelösungen von ESRI ihre Grunddaten vom ArcGIS- Server beziehen und nach der Erhebung die neuen Daten wieder an diesen zurück senden. Der ArcGIS-Server stellt somit einen elementaren Baustein mobiler GIS Erhebungen dar. Wie bereits in Kapitel 5 angemerkt, erhebt jedoch auch dieses Kapitel nicht den Anspruch auf Vollständigkeit, es werden nur Themen behandelt, die für diese Masterarbeit von Bedeutung sind. 83

6.1 Grundlegende Funktionsweisen

Bevor genauere Aussagen in Bezug auf einzelne Funktionen oder Erweiterungen getroffen werden, wird ein kurzer Überblick über die grundsätzlichen Features des ArcGIS-Servers gegeben. Die Hauptfunktionen des ArcGIS-Servers werden durch folgende Dienste dargestellt:

• Bereitstellung von GIS-Diensten-Der ArcGIS-Server dient Unternehmen als weit- greifende Möglichkeit, ihre GIS-Dienste zu erweitern. Sein Einsatz bietet ein dezent- rales Management für Kartendienste, Bilddateien, Geocodierung, Geodatenmanage- ment und viele weitere Anwendungsbereiche. Der ArcGIS-Server bietet darüber hin- aus GIS-Funktionen wie etwa Netzwerkanalyse, Modellierungen, Web Editierung, Statistikwerkzeuge. • Erweiterung von Applikationen durch GIS-Kapazitäten-Alle Dienste, die mittels ArcGIS-Server erstellt und verwaltet werden, können in firmeneigene Anwendungen eingebunden werden. Dies erweitert die Funktionen, die dem Endnutzers zur Verfü- gung stehen, per Mausklick. Existierende Web-, Desktop- oder Mobile-Apps können durch GIS-Kapazitäten oder -Karten erweitert werden. Ebenso ist es den Entwicklern über Zugriff auf umfassende Webmapping-APIs (Application Programming Interface) sowie auf die mobile runtime SDK möglich, Kartierungs-Applikationen zu entwerfen. • Nachfrage nach Karten oder GIS-Werkzeugen bedienen-Durch die IT-freundliche Struktur des ArcGIS-Servers lassen sich die bestehenden GIS-Systeme der jeweiligen Nachfrage anpassen. Es ist möglich, je nach Bedarf GIS-Server hinzuzufügen oder zu entfernen. Dabei ist es gleichgültig, ob dies innerhalb der betriebseigenen Infrastruktur oder virtuellen Umgebungen geschieht. • Verwalten von Betriebsdatenbanken-Für Firmen besteht die Option, eine zentrale Ablage für räumliche Daten zu generieren und zu verwalten. Dafür werden Manage- mentsysteme für relationale Datenbanken wie etwa IBM DB2, IBM Informix Dyna- mic Server, Microsoft SQL Server, Microsoft SQL Server Express, Microsoft SQL Azure, Netezza, Oracle sowie PostgreSQL eingesetzt. • Anwendung der GIS-Dienste ohne Programmierkenntnisse-Die GIS-Dienste ver- fügen über eine Vielzahl an frei verfügbaren Applikationen, die nach Belieben konfiguriert werden können. Darunter befinden sich die Anwendungen ESRI Maps für Of- fice, ArcGIS mobile apps für Android, iOS und Windows Phone, ArcGIS Viewer für

Flex und ArcGIS Viewer für Silverlight sowie ArcGIS.com Map Viewer (ESRI 2012M).

6.2 Projekterstellung

Nachdem in Kapitel 5.2.4 beschrieben wurde, wie ein Dienst für ArcPad über den ArcGIS- Server veröffentlicht wird, behandelt dieses Kapitel die grundlegenden Restriktionen, die der ArcGIS-Server bei der Veröffentlichung von Diensten aufweist. Anfänglich werden die mög- lichen Servicearten, die veröffentlicht werden können, aufgelistet und im Anschluss daran folgt eine kurze Beschreibung wie ein Dienst bereitgestellt wird.

6.2.1 Servicearten

Grundsätzlich kann festgestellt werden, dass ein GIS-Server GIS-Dienste/-Services bereitstellt. Diese GIS-Dienste repräsentieren wiederum GIS-Ressourcen wie etwa Karten, Verbin- dungen zu Geodatenbanken, Globen und ähnliche, welche sich auf dem Server befinden und für Clientanwendungen zur Verfügung stehen. Durch die Verwendung dieser Dienste können Datenressourcen einfach zwischen verschiedenen Clients verteilt werden. Dabei kann sichergestellt werden, dass alle Clients den gleichen Zugriff auf die Daten erhalten und durch die Speicherung der Daten am Server nicht unnötig Ressourcen verschwendet werden. Des Wei- teren ist es für die Clients nicht notwendig, GIS-Software installiert zu haben. Stattdessen übernimmt der Server die komplette Speicherung der Daten, die Bereitstellung der einzelnen Dienste und die GIS-Analyse- und Bearbeitungsschritte. Die Ergebnisse werden danach in einem gängigen Format (als Bild oder Text) an den Client übermittelt. Für die Benutzung eines GIS-Dienstes benötigt man also keine spezielle GIS-Software, sondern lediglich einen Webbrowser oder eine benutzerdefinierte Anwendung. Es ist jedoch auch möglich, ArcMap oder ArcGlobe als Clients für GIS-Services einzusetzen. Bei der Verwendung eines Dienstes, der über einen ArcGIS-Server bereitgestellt wird, verfügt man in den meisten Fällen über die- selben Zugriffsmöglichkeiten auf Ressourcen, als wären diese Ressourcen am eigenen Rech- ner gespeichert. Das Anbieten von GIS-Ressourcen in Form eines Services stellt eine Schlüs- selrolle bei der Bereitstellung von Daten für andere Nutzer dar. Bei der Benutzung des ArcGIS-Servers folgt man gleichbleibenden Mustern bei der Erstellung der Ressourcen in ArcDesktop sowie beim Veröffentlichen der Ressourcen als Service, um sicherzustellen, dass

Clientanwendungen sie in Anspruch nehmen können (ESRI 2012O). Es folgt eine Auflistung aller verfügbarer Dienste sowie der von ihnen benötigten GIS-Ressourcen. Art des Service Benötigte GIS-Ressource Kartendokument (.mxd, .pmf) Kartenservice oder Kartenservicedefinition (.msd) Geokodierungsservice Addressenlocator (.loc, .mxs, SDE batch locator) Datenbankverbindungsdatei (.sde) oder personal geodatabase oder file Geodatenservice geodatabase oder Kartendokumentreferenzierung einer versioned geodatabase Geometrieservice benötigt keine GIS-Ressourcen Geoprocessing Ser- Kartendokument mit einem tool layer oder einer toolbox (.tbx) vice Globeservice Globedokument (.3dd, .pmf) Raster- oder Mosaikdatensatz oder Layerdatei Imageservice zur Referenzierung des Raster- oder Mosaikdatensatzes Suchservice Ordner und Geodatenbanke mit GIS-Inhalten, die durchsucht werden sollen Tabelle 6.1 Servicearten in ArcGIS-Server, ESRI 2012O

6.2.2 Mobile Datendienste

Bei mobilen Datendiensten handelt es sich um Dienste, die es einer mobilen Anwendung erlauben, mittels eines Webdienstes Zugriff auf die Inhalte eines Kartendokuments zu erhalten. Um einen solchen Dienst einrichten zu können, muss vorab ein Kartendokument vorhanden sein, welches die Daten enthält, die zugänglich gemacht werden sollen. Anschließend wird dieses Kartendokument als Kartendienst veröffentlicht, der über die Möglichkeit des mobilen Datenzugriffs verfügt.

6.2.2.1 Vorbereitung des Kartendokuments

Es besteht eine große Anzahl an Tools innerhalb von ArcMap, um ein Kartendokument mit den gewünschten Layern so darzustellen, dass sie den jeweiligen Anforderungen Genüge tun. Da es sich hierbei jedoch um die Bearbeitung eines mobilen Kartendienstes handelt, der für mobile Anwendungen auf Endgeräten für die Geländearbeit (Tablets, Windows Mobile Gerä- te,…) gedacht ist, gilt es, gewisse Beschränkungen zu beachten. Diese Beschränkungen beziehen sich hauptsächlich, wie in oben angeführten Kapiteln schon näher behandelt, auf Spei- cherkapazitäten, Displaygrößen und Prozessorleistung. Aufgrund dieser Umstände bestehen gewisse Richtlinien, die es zu beachten gilt, wenn ein Kartendokument für die mobile An- wendung maßgeschneidert werden soll. Bei der Erstellung eines Kartendokuments gibt es 86

eine wichtige Grundregel. Diese lautet, das Dokument so simpel wie möglich zu halten. Hier- für existieren gewisse Arbeitsschritte wie etwa Polygonsmoothing, Generalisierung oder Re- duzierung der Rasterauflösung für Referenz- oder Hintergrundlayer. Durch diese Schritte wird die Darstellungsgeschwindigkeit maßgeblich erhöht. Des Weiteren gilt es, wegen des be- schränkten Kartenausschnitts der verhältnismäßig kleinen Displays eine Vereinfachung der Kartensymbole in Betracht zu ziehen. Außerdem wäre zu bedenken, dass zwar eine große Vielzahl an Datenformaten innerhalb mobiler Anwendungen dargestellt werden kann. Jedoch nur ArcSDE-Daten es der mobilen Anwendung erlauben, Updates an den Server zurück zu übermitteln. Hierbei sollte beachtet werden, dass jedes Kartendokument, das Teil eines Kar- tendienstes ist, eine fix definierte Kartengröße besitzen muss, da der Kartendienst die Daten des Clients mit denen des Servers synchronisiert. Sollte der Kartenrahmen nicht übereinstim- men, schlägt die Synchronisation fehl (ESRI 2012N).

6.2.2.2 Veröffentlichung eines mobilen Datendienstes

Um einen mobilen Datendienst zu erstellen, muss vorab ein Kartendienst veröffentlicht worden sein, bei dem die Mobile Data Access Funktion aktiviert wurde. Danach wird der mobile Datenservice genauso veröffentlicht wie Standarddienste (siehe Kapitel Fehler! Verweis- quelle konnte nicht gefunden werden.). Folgende Punkte sollten dabei beachtet werden:

• Bei der Wahl der Funktionalitäten des Kartendienstes muss neben den anderen ge- wünschten Einsatzmöglichkeiten der Mobile Data Access aktiviert sein. • Bei der Festlegung der Datengrundlagen muss das Kartendokument angegeben werden, das für mobile Endgeräte bereitgestellt werden soll. • Innerhalb der abschließenden Zusammenfassung des Veröffentlichungsassistenten wird angegeben, welche Dienste bereitgestellt werden. Des Weiteren wird auf dieser Seite auch die URL für den mobilen Datenservice angegeben (ESRI 2012N).

6.2.2.3 Benutzung eines mobilen Datendienstes

Nachdem ein mobiler Kartendienst veröffentlicht wurde, kann er mittels SOAP (Simple Object Access Protocol) in Applikationen, die innerhalb von ArcGIS Mobile erstellt wurden, angewendet werden. Bei diesen Applikationen kann es sich um benutzerdefinierte oder standardisierte out-of-the-box Lösungen handeln.

Bei der Inanspruchnahme eines mobilen Datendienstes muss der Nutzer über die korrekte URL verfügen. Die URL eines mobilen Datendienstes setzt sich wie folgt zusammen: http:////services///

Um dies besser veranschaulichen zu können, folgt ein Beispiel, in dem der mobile Webdienst LandUse im gewählten Ordner CityFolder am ArcGIS-Server myServer als Instanz von ArcGIS bereitgestellt wurde. Die URL dieser mobilen Anwendung würde folgendermaßen aussehen: http://myServer/arcgis/services/CityFolder/LandUse/MobileServer

Es ist möglich, diesen mobilen Webdienst in ArcCatalog vorab zu betrachten. Dies ist ebenfalls für die vom Server übermittelte XML-Datei durchführbar, wenn die passende URL innerhalb eines Webbrowsers eingegeben wird, z.B.: http://myserver/arcgis/services/CityFolder /LandUse/MobileServer?wsdl Zusammengefasst verlaufen die oben genannten Arbeitsschritte also wie folgt: Als Erstes wird ein Kartendokument erstellt, welches als mobiler Datendienst am ArcGIS-Server bereitgestellt wird. Anschließend wird die URL des Dienstes von der jeweiligen mobilen Anwendung benutzt, um eine Verbindung zum Server aufzubauen und von diesem die benötigten Daten zu beziehen. Danach steht es dem Benutzer frei, die mobile Applikation auf seinem mobilen Endgerät im Geländeeinsatz entweder im verbundenen oder nicht verbundenen Modus zu betreiben. Beide Modi erlauben es dem Nutzer, räumliche Daten und Attributinformation über den lokalen Cache zu erhalten oder upzudaten. Nach Beendigung der Geländearbeit werden die Updates an den Server übermittelt. Wenn der Nutzer eine Synchronisation seiner erhobenen Daten mit den bestehenden durchführen möchte, muss darauf geachtet werden, dass der Hostname des Servers definiert wurde, damit der Zugriff auch im Geländeeinsatz gewährt ist (ESRI 2012N).

6.2.3 Veröffentlichung eines Services

Bei der Veröffentlichung eines Services auf einem ArcGIS-Server bieten sich zwei verschiedne Wege: „Publish a GIS Resource“ und „Add New Service“.

Im Falle der ersten Variante, Publish a GIS Resource, wird innerhalb des Datenbaums des ArcCatalog als erstes die zu veröffentliche Ressource ausgewählt, zum Beispiel ein Karten- dokument. Anschließend wird mittels Rechtsklick das Menü aufgerufen, in welchem der Punkt Publish to ArcGIS-Server gewählt wird. Nun kann der gewünschte Server gewählt, das Service benannt und der Speicherort festgelegt werden. Nach diesen Schritten können die jeweiligen Funktionen bestimmt werden, die für die Ressource aktiviert werden sollen. Es folgt eine Übersicht über den zu veröffentlichenden Service, in der unter anderem die URL des Services aufgelistet wird. Diese URL kann zwar nicht direkt über den Browser abgerufen werden. Jedoch lässt sich über die Erweiterung der URL mit „?wsdl“ kontrollieren, ob der Service wunschgemäß läuft (ESRI 2014A).

Wählt man die Variante Add New Service, so stehen dem Anwender tiefergreifendere Einstel- lungsmöglichkeiten der Serviceparameter zur Verfügung. Als erstes stellt man eine administ- rative Verbindung zu dem GIS-Server her, auf dem der Service eingerichtet werden soll. Nach einem Rechtsklick auf den Server oder den gewünschten Ordner, dem der Service zugeordnet werden soll, wählt man den Menüpunkt Add New Service. Anzumerken wäre, dass bei der ersten Erstellung eines Dienstes vorab eine sogenannte Server Object Container (SOC) Ma- chine angelegt wurde (ESRI 2014B). Diese SOC Maschinen dienen als Arbeitszentren des Servers und beinhalten die einzelnen Dienste. Damit der Server die SOC Maschinen in An- spruch nehmen kann, müssen diese mit dem Server Object Manager verknüpft sein (ESRI 2014C). Sollte dies der Fall sein, kann nun der Name des Services eingegeben werden. Hierbei sollte darauf geachtet werden, einen möglichst eindeutigen Namen zu wählen, der sich auf den In- halt des Dienstes bezieht. Anschließend kann über ein Drop-Down-Menü die Art des Service ausgesucht werden. Bei der Art des Service stehen unterschiedliche Typen zur Auswahl. Die- se werden in der folgenden Aufzählung lediglich überblickmäßig genannte: • Map Service • Geocode Service • Geodata Service • Geometry Service • Geoprocessing Service • Global Service • Image Service • Search Service 89

Sollte der gewünschte Servicetyp über einstellbare Fähigkeiten verfügen, so werden diese auf einer anschließend erscheinenden Seite aufgelistet. Hier können die benötigten Funktionen aktiviert und ihre Einstellungen festgelegt werden. Des Weiteren kann auf dieser Seite festgehalten werden, ob der Dienst über Internetzugriff verfügen soll und wenn ja, welche Operati- onen für diesen Internetzugriff erlaubt sind. Anschließend können noch Einstellungen bezüg- lich der maximalen Nutzerzahl, der Wartezeiten, der Recycling-Parameter oder der Überprü- fung der Verbindung zur Datenbank getätigt werden. Die nun folgende Übersicht fasst den neuerstellten Service noch einmal zusammen und gibt mittels Mausklick die Möglichkeit ihn zu starten. Um sicherzugehen, dass ein Service korrekt eingerichtet wurde, können die Ein- stellungen im ArcCatalog angezeigt werden. Sollte ein Fehler auftreten, kann innerhalb des Log-Files nach diesem gesucht werden (ESRI 2014B).

Der Unterschied zwischen Publish a GIS Resource und Add New Service besteht einerseits in den Einstellmöglichkeiten und den zu treffenden Parametern. Publish a GIS Resource fordert nur die benötigten Mindestanforderungen, während Add New Service alle verfügbaren Ein- stellungen des Service durchgeht. Andererseits kann im Gegensatz zu Publish a GIS Resource über Add New Service immer nur ein Dienst erstellt werden. Wenn also die Verwendung eines Kartendokuments in einem Geoprocessing Service sowie in einem Map Service ge- wünscht wird, müssen diese Dienste einzeln eingerichtet werden (ESRI 2104D).

Abschließend zum Thema ArcGIS-Server ist zu erwähnen, dass die Einrichtung eines GIS- Projekts mittels ArcGIS-Server einen relativ hohen Aufwand generiert und natürlich auch die nötigen Serverstrukturen (ArcGIS-Server und Datenbank Server) benötigt. Durch die Einfüh- rung von ArcGIS Online beziehungsweise dessen Funktionserweiterung mittels Collector for ArcGIS wird dem Nutzer die Umsetzung eines solchen Projekts stark erleichtert. Aufgrund dieser Tatsache wurde die Projekterstellung/-umsetzung dieser Masterarbeit über ArcGIS On- line anstelle von ArcGIS-Server abgewickelt.

II. Praktischer Teil

7 Erhebung und Analyse sowie Ausgabe der Daten

Dieses Kapitel befasst sich mit der praktischen Erhebung der benötigten Geodaten, mit dem für die Testzwecke gewählten Einsatzgebietes, den verwendeten Softwarepaketen und der Datenaufbereitung. Des Weiteren wird ein Augenmerk auf die bei den Messungen aufgetretenen Vor- und Nachteilen der jeweiligen mobilen Endgeräte hinsichtlich aller im Gelände relevanten Punkte gelegt.

7.1 Arbeitsablauf einer Datenerhebung

Das Kapitel 7.1 stellt mittels einer Workflowbeschreibung den Ablauf einer Erhebungskam- pagne dar. Hierbei handelt es sich um die notwendigen Vorbereitungsschritte und Arbeitsab- läufe, die auf den Erfasser der benötigten Daten zukommen. In der an die Erklärung anschlie- ßenden Darstellung (Abb. 7.1) werden die beschriebenen Abläufe für ein besseres Verständnis graphisch aufgearbeitet. Sobald der User den Auftrag über die Erfassung erhält, muss festgelegt werden, welches Ge- biet und welcher Datenumfang benötigt wird. Aus diesen Definitionen heraus werden die für die Erhebung benötigten Grunddaten (digitales Kartenmaterial, Luftbilder), Layer-Strukturen (Linien-, Punkt- oder Polygon-Features) sowie das mobile Endgerät (Handheld-GPS- Receiver, Smartphone, Tablet) bereitgestellt oder von einem Server bezogen. Danach werden die Daten für den Außendiensteinsatz auf das gewählte Endgerät geladen. Anschließend be- gibt sich der User in das Erhebungsgebiet und startet die Akquirierung der gewünschten Da- ten, hierbei kann es sich um POIs, LOIs oder Polygon-Features handeln. Nach der Aufnahme der Daten werden diese noch mit Attributen versehen, im Idealfall sind die Attributfelder bereits vordefiniert, um Fehlerquellen zu vermeiden. Falls dies gewünscht wird, können die erhobenen Features noch zusätzlich mit Fotos versehen werden. Diese Fotos werden dem jeweiligen Feature als Anhang zugewiesen und verfügen über die Koordinaten des Aufnahmeortes. Anschließend an die Erhebung und Attributvergabe können die Daten im Falle von Shape- Dateien (SHP-Dateien), wie sie ArcPad oder Collector for ArcGIS anlegen, sofort gespeichert und in ein Projekt überführt oder auf einem Server abgelegt werden. Andernfalls müssen die Daten vorab noch einer Konvertierung unterzogen werden. Diese Konvertierung (siehe Kapi- tel 7.6) wird dann benötigt, wenn das zur Erhebung benutzte Endgerät beispielsweise GPX- 91

Dateien erzeugt. Diesen Dateityp produzieren etwa Outdoor-GPS-Empfänger wie das Garmin Oregon 400t oder die App „Locus Map Free Outdoor-GPS“. Die Übertragung der Daten vom mobilen Endgerät zum Server kann über drahtlose Netzwerke oder nach Rückkehr des Datenerfassers auf einem Desktop-PC durchgeführt werden.

Abb. 7.1 Workflow Datenerhebung, eigene Darstellung 2014

7.2 Gebiet der Datenerhebung

Das für diese Masterarbeit gewählte Untersuchungsgebiet stellt die Marktgemeinde Semriach dar, die Teil des Bezirks Graz-Umgebung ist und circa 25 km nördlich von Graz auf einem Hochplateau des Grazer Berglands liegt (Wikipedia, 2011). Die Marktgemeinde umfasst eine Fläche von 60,5 km² und befindet sich auf einer Seehöhe von 430 bis 1445m (Marktgemeinde Semriach, 2011). Die Auswahl des Untersuchungsgebietes ergab sich durch die Zusammenar- beit mit dem ehemaligen Arbeitgeber des Autors, der GeoInfoGraz Informations GmbH, da zum Zeitpunkt der Auswahl des Untersuchungsgebietes eine Wanderkarte für die Gemeinde Semriach erstellt wurde. Somit bestand Interesse daran, herauszufinden ob die mobil erhobenen Daten qualitativ für die Kartenerstellung brauchbar sind und inwiefern sie von den manuell digitalisierten Daten abweichen. Des Weiteren sollte geprüft werden, ob die erhobenen Daten sich für mobile Tourismusleitsysteme eigenen. Die Wanderkarte benutzte als Arbeits-

grundlage ein Luftbild und verfügt in der zur Verfügung stehenden Version über alle relevanten Wanderwege, Straßen, Gemeindegrenzen sowie einzelne Betriebe und touristische Ein- richtungen (Einkehr- und Übernachtungsmöglichkeiten).

7.3 Erhobene Geodaten

Die im folgenden Kapitel beschriebenen Geodaten wurden alle GPS-gestützt erhoben. Diese Vorgehensweise wurde gewählt, um einerseits die technische Machbarkeit der GPS- gestützten Datenakquisition aufzuzeigen beziehungsweise zu überprüfen und andererseits, um die Fehlerquelle auf der Benutzerseite so klein wie möglich zu halten. Die Fehleranfälligkeit auf der Benutzerseite besteht vor allem in einer ungenauen Erhebung und Aufnahme der Geodaten per Hand und Karte. Genau dieser Umstand soll durch die Anwendung mobiler GIS vermieden beziehungsweise auf ein Minimum beschränkt werden.

Aufgrund der Tatsache, dass die anzufertigende Karte fast ausschließlich touristisch relevante Inhalte aufweist, waren die zu erhebenden Geodaten ebenfalls in diesem Bereich angesiedelt. Im konkreten Fall handelte es sich hierbei um die Begehung und Aufnahme einzelner Wan- derwege (Linien-Features) sowie die Einmessung einiger Einkehrmöglichkeiten und anderer POIs (Punkt-Features) in der Nähe der Wanderwege sowie am Marktplatz, der meistens als Ausgangspunkt der Wanderrouten dient. Im Falle der Wanderwege handelte es sich konkret um die Wege 12, 15, 18, 19, 756, 740 und 740b. Anzumerken ist hierbei, dass die Wege nicht immer in ihrer kompletten Streckenlänge abgegangen wurden, sondern nach den einzelnen Testgebieten zusammengefügt wurden. Die Kriterien für die Auswahl bestanden einerseits im Umstand des nicht immer exakt bekannten Wegverlaufs (vor allem in Waldgebieten) sowie den unklaren GPS-Empfangsverhältnissen (Kesselfallklamm, Eingangsbereich Lurgrotte). Das erste der beiden Testgebiete umfasst Teile der Wanderwege 12, 15, 756 und 740. Diese Route verläuft ausgehend vom Marktplatz in Richtung des Zugangs der Lurgrotte (WW 15), danach folgt sie dem Wanderweg 12 und umrundet somit den Schneider-, Bloder- und Möstlkogel sowie den Hochglaserer, bis sie auf den Wanderweg 756 trifft und zurück zum Marktplatz von Semriach führt. Diese Wegführung wurde gewählt, da sich in diesem Gebiet ein guter Vergleich in Bezug auf die Empfangsqualität der jeweiligen GPS-Module zwischen freien Flächen wie Wiesen und Felder mit empfangstechnisch eher schwierigen Umgebungen wie dem Eingangsgebiet der Lurgrotte sowie dicht bewaldeten Abschnitten ziehen lässt. Des Weiteren war der Wegverlauf des Wanderwegs 12 im dichtbewaldeten Gebiet nicht eindeutig

und sollte mittels mobiler Datenerhebung bestätigt werden. Die Route des zweiten Testgebiets umfasst die Wanderwege 18, 19, 740, 740b und wurde gewählt, um die Auswirkungen der starken Überhöhung auf die Genauigkeit der Daten im Bereich Kesselfallklamm zu untersuchen. Die Route startet am Zugang der Kesselfallklamm im Bereich des Gasthauses Sandwirt und folgt dem Wanderweg 740 durch die Kesselfallklamm. Danach verläuft die Route am Wanderweg 18 und biegt an der zweiten Möglichkeit in Richtung Süden ab, bis sie auf den Wanderweg 19 trifft. Diesem folgt sie dann bis in den oberen Bereich der Kesselfallklamm und gelangt dann über den Wanderweg 740b wieder zurück zum Ausgangspunkt.

Abb. 7.2 Beispiel Wegenetz Semriach, eigene Darstellung aus ArcMap 2014 Hinsichtlich der Punkt-Features wurden die touristischen Einrichtungen und POIs einerseits zu Versuchszwecken sowie zur Kontrolle einer eventuell folgenden Geokodierung erhoben. Bei der Erhebung wurden zwei Gasthäuser (Sandwirt, Bürgerhof), zwei Cafés (Landcafé Martinelli, Café Pfleger) sowie das Tourismus-Informationsbüro, die Post und die Raiffeisen- bank-Filiale mittels GPS eingemessen. Die Erhebung dieser Punkte wurde ausschließlich mit ArcPad durchgeführt und hierbei vorrangig mit dem Trimble Juno SB. Dieser Umstand ergab sich durch softwaretechnische Nachteile der anderen verwendeten Geräte und wird in Kapitel 8.4 näher erläutert.

Abb. 7.3 Beispiele POIs Semriach, eigene Darstellung aus ArcMap 2014

7.4 Verwendete Software bei Erhebung

Aufgrund des Umstandes, dass bei der Erhebung unterschiedliche mobile Endgeräte Verwen- dung fanden und diese nicht auf die gleiche Software zurückgreifen widmet sich dieses Kapi- tel diesen Programmen. Es führt von den ESRI Produkte ArcPad und ArcMap über die Freewarelösung Locus Map Free bis zur Garmin eigenen Software die auf den Geräten dieses Anbieters Anwendung finden. Zu erwähnen wäre bezüglich der nun folgenden Absätze, dass ArcMap grundsätzlich nicht als Softwarelösung für die mobile Datenerhebung gedacht ist. Erwähnung findet es innerhalb dieser Arbeit jedoch trotzdem da es das am weitesten verbrei- tete GIS-Programm darstellt und im Falle der Installation auf einem Laptop ebenfalls zur Da- tenakquisition herangezogen werden kann. Die mittels ArcMap erhobenen Daten werden im Zuge dieser Arbeit jedoch rein zu Vergleichszwecken benutzt und gehen nicht in die detail- lierte Weiterverarbeitung ein.

7.4.1 ArcPad

Die GPS-gestützte Datenerhebung mittels ArcPad wurde bereits in Kapitel 5.2.1 kurz beleuchtet und wird nun in den folgenden Absätzen genauer erläutert. Als Beispiel für die Erhe- bung eines linienhaften Features wurde ein in ArcPad enthaltener Datensatz (siehe Abb. 7.5) verwendet. Bevor eine Erhebung durchgeführt werden kann, müssen zu allererst die benötig- ten Layer eingefügt werden. Dies lässt sich wie in Abb. 7.4 durch Betätigung des entsprechenden Symbols in der Menüleiste bewerkstelligen. Anschließend können die gewünschten Layer ausgewählt und somit für die Erhebung bereitgestellt werden (siehe Abb. 7.5).

Abb. 7.4 Layer hinzufügen, eigene Darstellung aus ArcPad 2014

Abb. 7.5 Layerauswahl, eigene Darstellung aus ArcPad 2014

Nachdem die gewünschten Layer hinzugefügt wurden, kann im Table of Contents (siehe Abb. 7.6) festgelegt werden, welcher der Layer editierbar ist und welcher nicht. In diesem Beispiel kann der Layer Rivers editiert werden, der Layer Lakes jedoch nicht.

Abb. 7.6 Table of Contents, eigene Darstellung aus ArcPad 2014 96

Im nächsten Schritt werden die Einstellungen für den GPS-Empfang festgelegt. Über den Me- nüpunkt GPS Preferences (siehe Abb. 7.7) gelangt man zu den Voreinstellungen. Innerhalb dieses Menüs können grundsätzliche Einstellungen das GPS betreffend getätigt werden. Je- doch lassen sich auch genauere Werte für die Erhebung oder die GPS-Qualität definieren (siehe Abb. 7.8).

Abb. 7.7 GPS-Menü, eigene Darstellung aus ArcPad 2014

Abb. 7.8 GPS-Einstellungen, eigene Darstellung aus ArcPad 2014

Nachdem alle Einstellungen wie gewünscht gewählt wurden, kann das GPS-Modul gestartet werden. Somit besteht die Möglichkeit eine GPS-gestützte Erhebungskampagne durchzufüh- ren. Vorab muss jedoch eine Editierungssession gestartet und der zu bearbeitende Layer aus- 97

gewählt werden (siehe Abb. 7.9). Anschließend wird der zu erhebende Featuretyp ausgewählt. Im Fall des hier gezeigten Beispiels eine Polyline (siehe Abb. 7.10). Wie in Abb. 7.11 zu erkennen ist, wird außerdem der Menüpunkt Capture Vertices gewählt, um auf den Datenfluss, der über das GPS-Signal erzeugt wird, zurückzugreifen.

Abb. 7.9 Start Editierungssession, eigene Darstel- lung aus ArcPad 2014 Abb. 7.10 Auswahl Polyline, eigene Darstellung aus ArcPad 2014

Abb. 7.11 Auswahl Capture Vertices, eigene Darstellung aus ArcPad 2014

Sobald die oben genannten Einstellungen durchgeführt wurden, kann die Datenakquisition durchgeführt werden. In Abb. 7.12 wird die Erhebung eines Linien-Features beispielhaft abgebildet. Nachdem die benötigten Daten erhoben wurden, sollten diese noch mit Attributen versehen werden. Dafür wird die in Abb. 7.13 ersichtliche Schaltfläche aktiviert, wodurch sich ein Fenster öffnet, in dem die Attribute dem Datensatz zugewiesen werden können (Abb. 7.14). Durch Betätigung der sich ebenfalls in diesem Fenster befindlichen OK-Schaltfläche werden die Attribute übernommen und der Datensatz gespeichert.

Abb. 7.12 Datenerhebung mittels GPS, eigene Darstellung aus ArcPad 2014

Abb. 7.13 Attributierung des Datensatzes, eigene Darstellung aus ArcPad 2014

Abb. 7.14 Attributierung, eigene Darstellung aus ArcPad 2014

7.4.2 ArcMap

Im Falle der GPS-gestützten Datenerhebung mittels ArcMap muss zuerst die GPS-Extension geladen werden. Innerhalb des zugehörigen Fensters können unterschiedlichste Einstellungen bezüglich des GPS als auch der Log-Funktion getroffen werden. Der erste Einstellungsschritt 99

sollte das Verbindungssetup des GPS betreffen (siehe Abb. 7.15). Über dieses Setup kann eine Verbindung zu einem GPS-Receiver eingestellt werden, dabei können die Parameter wie etwa der Port an den der Receiver gekoppelt ist, als auch die Baud-Rate oder das zu verwendende Datum ( zum Beispiel World \ WGS 1984) gewählt werden (siehe Abb. 7.16). In diesem Menü ist ebenfalls die Möglichkeit gegeben, ein GPS-Signal zu simulieren. Dies wird über das Laden eines Punkt- oder Linien-Layers, welcher dann die Koordinaten bereitstellt, bewerkstelligt.

Abb. 7.15 GPS-Verbindungssetup, eigene Darstellung aus ArcMap

Abb. 7.16 Einstellungsmöglichkeiten GPS, eigene Darstellung

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Nachdem die gewünschten Einstellungen im Setup der GPS-Verbindung getroffen wurden, stellt das Setup des Log-Files den nächsten Einstellungspunkt dar (siehe Abb. 7.17). Das Log- File beschreibt ein Ereignissprotokoll, in das die vom GPS übertragenen Koordinaten geschrieben werden. Dies erfolgt in einem kontinuierlich Datenstrom (Stream), welcher mittels der Streaming-Options eingestellt werden kann. Die wählbaren Einstellungen umfassen die Sampling-Rate pro Sekunde, die minimale Sampling-Distanz zwischen den Punkten (Angabe in Dezimalgrad) sowie den minimalen Abweichungswinkel, welcher ebenfalls in Grad angegeben wird. Außerdem kann in diesem Setupmenü ein Log-File erstellt werden, ein bestehendes Log-File zur weiteren Befüllung geöffnet oder nach der Benutzung geschlossen werden (siehe Abb. 7.18).

Abb. 7.17 Log-Setup, eigene Darstellung aus ArcMap

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Abb. 7.18 Erstellung des Log-Files und Streaming-Optionen,

eigene Darstellung aus ArcMap

Wenn ein neues Log-File erstellt wird, kann gewählt werden, welche Art von Feature abgelegt werden soll. Es stehen zwei Varianten der Featurespeicherung zur Verfügung, entweder Punkt- oder Linien-Features. Unterhalb des Dialogfeldes, welches den frei wählbaren Pfad des Speicherorts angibt, befindet sich eine Liste mit den im Log-File ablegbaren Datensätzen. Die Felder umfassen etwa den Breiten- als auch Längengrad des Start- beziehungsweise End- punkts des Logs, genauso wie Datum, Uhrzeit oder Geschwindigkeit. Welche Einstellungen hier getroffen werden, sollte je nach Projektumfang abgeschätzt werden. Die in Abb. 7.19 ausgewählten Felder stellen eine Grundeinstellung dar, die die wichtigsten Parameter umfasst. Vor allem beinhaltet diese Grundeinstellung neben den Koordinaten auch die bereits oben erwähnten Felder „Datum“ und „Uhrzeit“. Diese Werte können für eine spätere Einbindung nicht mit Koordinaten versehener Bilder sehr hilfreich sein.

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Abb. 7.19 Setup Log-File, eigene Darstellung aus ArcMap

Die Speicherung des Log-Files betreffend können unterschiedliche Wege gewählt werden. Das Log-File kann als einfaches Shapefile, als Database Feature Class oder als Feature Class einer File- oder Personal Geodatabase abgelegt werden. Diese Speicherungsvarianten sind in Abb. 7.20 ersichtlich.

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Abb. 7.20 Auswahl Speicherort und -art des Log-Files,

eigene Darstellung aus ArcMap

Anschließend an die, das GPS- als auch das Log-File betreffend Einstellungen, kann die Verbindung zum angeschlossenen und betriebsbereiten GPS-Receiver geöffnet werden (siehe Abb. 7.21). Nach diesem Schritt wird der Datenstream gestartet (siehe Abb. 7.22) und somit die vom GPS empfangenen Daten gespeichert. Bei Beendigung der durchzuführenden Datenerhebung werden die beiden oben beschriebenen Arbeitsschritte in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt. Diese Arbeitsschritte werden in Abb. 7.23 und Abb. 7.24 dargestellt.

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Abb. 7.21 GPS-Verbindung öffnen, Abb. 7.22 Start des Logs,

eigene Darstellung aus ArcMap eigene Darstellung aus ArcMap

Abb. 7.23 Beendigung des Logs, Abb. 7.24 Schließen der GPS-Verbindung, eigene Darstellung aus ArcMap eigene Darstellung aus ArcMap

7.4.3 Collector for ArcGIS

Der Collector for ArcGIS stellt eine weitere Softwarelösung zur Datenerhebung dar. Er wurde von ESRI entwickelt und steht als App für Geräte mit Android- oder iOS-Betriebssystemen zum Download zur Verfügung. Sobald die App auf dem zu benutzenden Gerät installiert wurde kann die Anmeldung über ein ArcGIS Online Konto erfolgen. Für die Anmeldung wird entweder ein Organisationskonto benötigt oder der User wurde vom Administrator eines Organsiationskontos in die Organisation eingeladen. Nachdem die Anmeldung erfolgt ist, erscheinen alle für den User abrufbaren Projekte (siehe Abb. 7.25). Durch einfaches Antippen der Schaltfläche wird das Projekt aufgerufen und steht zur Datenerhebung bereit.

Abb. 7.25 Projektauswahl Collector for ArcGIS, eigene Darstellung 2014

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Innerhalb des Projektes werden dem Benutzer alle zur Erhebung wählbaren Feature-Klassen angezeigt (siehe Abb. 7.26). Durch Betätigung der Schaltfläche wird die gewünschte Klasse aufgerufen.

Abb. 7.26 Feature-Übersicht Collector for ArcGIS, eigene Darstellung 2014

Abb. 7.27 Erfassung und Attributvergabe Collector for ArcGIS, eigene Darstellung 2014

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Die Positionierung des zu erhebenden Features kann auf zwei Arten erfolgen: Entweder durch die manuelle Positionierung oder unter Zuhilfenahme des GPS-Signals. Das GPS-Signal wird beim Start der Collector App, wenn nicht anders eingestellt, automatisch abgerufen. Sollte dies nicht der Fall sein, so wird über die Schaltfläche die derzeitige Position des Benutzers abgerufen. Sobald die Position des Features festgelegt wurde (manuell oder mittels GPS), kann dieses noch mit Attributen versehen werden (siehe Abb. 7.27). Des Weiteren können Fotos an das Attribut angehängt werden. Sollte hierbei ein GPS-Signal bereitstehen, wird das Foto mit Koordinaten versehen. Für die Zuweisung einer Abbildung wird die Schalt- fläche „Anlagen hinzufügen“ ausgewählt. Nun stellt einem der Collector for ArcGIS die Mög- lichkeit, zur Verfügung bestehende Bilder, welche nicht automatisch über Koordinaten verfü- gen müssen, als Anlage anzufügen oder mittels der integrierten Kamera des mobilen Geräts neue Bilder aufzunehmen (siehe Abb. 7.28)

Abb. 7.28 Anlagen hinzufügen Collector for ArcGIS, eigene Darstellung 2014

Neben der Erhebung punktueller Features können mittels Collector for ArcGIS auch Linien- Features erhoben werden. Diese können wiederum manuell oder mittels Datenstream über das GPS-Signal erhoben werden. Die Verwendung des GPS-Signales bietet sich hierbei besonders an, da der Datenstream das Linienfeature kontinuierlich in das Projekt einträgt und der User das mobile Endgerät während der Begehung in einer Tasche verstauen kann. Im Falle der Verwendung eines GPS-Signals als Datenstream sollte vor der Erhebung die erforderlich Ge- nauigkeit sowie der Streaming-Intervall des Signals eingestellt werden (siehe Abb. 7.29).

Abb. 7.29 Einstellungen GPS Collector for ArcGIS, eigene Darstellung 2014

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Diese Einstellungen sind je nach Verwendungszweck der Daten sowie der Fortbewegungsart zu wählen. Vor allem beim Streaming-Intervall kommt es stark darauf an, wie sich der Benut- zer im Gelände fortbewegt. Ein größeres Intervall mag für eine Datenerhebung zu Fuß ausreichend sein, würde aber für die Erhebung per Fahrrad oder Auto zu gering sein. Ansonsten läuft der Erhebungsprozess eines Linien-Features gleich ab wie der eines Punkt-Features und die akquirierten Daten können ebenfalls mit Anhängen versehen werden.

Abb. 7.30 Datenstream Collector for ArcGIS, eigene Darstellung 2014

Anschließend an die Datenaufnahme wird das erhobene Feature durch Betätigen der Bestäti- gungs-Schaltfläche (siehe rote Markierung Abb. 7.27) gespeichert. Sollte der User hierbei mittels Internetverbindung auf das Projekt zugreifen, wird die Änderung sofort an ArcGIS Online übermittelt. Im Falle einer Offline-Bearbeitung wird die Änderung lokal gespeichert und erst dann übertragen, wenn wieder eine Internetverbindung besteht und die Synchronisie- rung des Projekts durch den User gestartet wurde. Um ein Projekt offline nutzen zu können, muss dieses dafür freigegeben sein (siehe Kapitel 8.1) und das benötigte Kartenmaterial auf dem mobilen Endgerät gespeichert sein. Projekte, die über eine Offline-Funktion verfügen, besitzen eine Schaltfläche mit der Beschriftung „Herunterladen“ (siehe Abb. 7.25). Durch die Betätigung dieser Schaltfläche wird dem Anwender die Möglichkeit gegeben, auf bereits heruntergeladene Basiskarten zurückzugreifen oder eine neue Grundkarte zu beziehen (siehe Abb. 7.31).

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Abb. 7.31 Grundkarte speichern Collector for ArcGIS, eigene Darstellung 2014

In weiterer Folge kann der gewünschte Arbeitsbereich der durchzuführenden Erhebung ge- wählt werden (siehe Abb. 7.32). Sobald dieser bestätigt wurde, steht es dem User frei, eine passende Zoomstufe des Kartenmaterials zu wählen (Abb. 7.33). Hierbei gilt es natürlich zu beachten, dass durch eine erhöhte Detailgenauigkeit auch der benötigte Speicherbedarf steigt. Nachdem der Arbeitsbereich sowie die Zoomstufe festgelegt wurde, kann das Kartenmaterial lokal gespeichert werden und somit das Projekt auch offline bearbeitet werden.

Abb. 7.32 Auswahl Arbeitsbereich Collector for Abb. 7.33 Auswahl Zoomstufe Collector for ArcGIS, eigene Darstellung ArcGIS, eigene Darstellung 2014

7.4.4 Locus Map Free-Outdoor GPS

Als alternative Softwarelösung zu den ESRI Produkten wurde bei der Datenerhebung im Ge- lände die gratis über den Google Play Store erhältliche Locus Map Free-Outdoor GPS App verwendet. Die App ermöglicht die Datenakquirierung mittels online verfügbaren Karten oder 109

offline gespeicherten Karten, in Kapitel 7.5 wird auf letzteres näher eingegangen. Aus Ener- giespargründen wurde bei der Begehung eine offline verfügbar gemachte Karte verwendet. Die Anwendung dieser Karte stellt sich als äußerst simpel dar da sie vom Programm automatisch aufgerufen wird sobald man sich im entsprechenden Gebiet befindet. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass der Benutzer die korrekte Kartenquelle gewählt hat, da neben der Stan- dardvariante der OpenStreetMap unterschiedlichste Ableger wie etwa OpenSeaMap, OpenCycleMap und ähnliche zur Auswahl stehen. Sobald das gewünschte Kartenmaterial ausgewählt wurde beziehungsweise angezeigt wird kann über den Trackaufzeichnungs-Button das dazugehörige Menü (siehe Abb. 7.34) aufgerufen werden. Innerhalb dieses Menüs werden unterschiedliche Daten wie Tempo, Distanz, Trackzeit etc. angezeigt. Außerdem kann in der Freeware-Version zwischen den beiden Aufzeichnungsprofilen zu Fuß oder Rad ausgewählt werden. Diese Profile können noch bezüglich ihrer Parameter verändert werden (siehe Abb. 7.35). Diese Parameter beziehen sich auf folgende Punkte:

• Intervall (Meter) Bezieht sich auf den kleinsten Abstand zwischen aufgenommenen Punkten • Intervall (Sekunden) Bezieht sich auf den zeitlichen Abstand zwischen aufgenommenen Punkten • Aufzeichnungsbedingungen Hierbei kann gewählt werden ob Punkte nur dann gespeichert werden, wenn beide oder nur eine der Bedingungen Intervall (Meter) und / oder Intervall (Sekunden) zu- trifft • geforderte Genauigkeit (m) Bestimmt den maximal erlaubten GPS-Ungenauigkeitswert, bei dem ein Trackpunkt noch gesetzt wird • Aufzeichnung nur während der Bewegung Verhindert die Aufzeichnung von Punkten mit einer Geschwindigkeit < 0 • Aufzeichnung mittels Cell-IDs Ermöglicht die Positionsbestimmung unter zu Hilfenahme des Mobilfunknetzes anstatt von GPS

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Abb. 7.34 Optionen Trackaufzeichnung, eigene Darstellung aus Locus Map Free 2014

Abb. 7.35 Einstellungen Aufzeichnungsprofil,

eigene Darstellung aus Locus Free Map 2014

Nachdem alle Parameter nach Wunsch eingestellt wurden, wird die Aufzeichnung des Tracks per Betätigung des grünen Buttons links des angezeigten Aufzeichnungsprofils gestartet (sie- 111

he Abb. 7.34). Sobald die Aufzeichnung beginnt verändert sich der untere Bereich des Menüs und ermöglicht dem User die Aufzeichnung zu stoppen, zu pausieren oder einen neuen Punkt zu erheben (siehe Abb. 7.36). Eine Aufzeichnung des Tracks sollte nur dann gestoppt werden wenn dieser anschließend auch gespeichert werden soll. Die Pausefunktion bietet sich besonders dann an, wenn längere Pausen während der Erhebung eintreten. Über diese Funktion lässt sich die Aufnahme von Werten welche stark vom eigentlichen Track abweichen vermeiden. Dies spart viel Zeit in der späteren Nachbearbeitung des Datensatzes. Die letzte Funktion des Erhebens eines punktuellen Features wurde im Zuge dieser Masterarbeit nur für die Aufnah- me geocodierter Fotografien verwendet und wird in Kapitel 7.8 genauer erklärt. Nach Beendigung der Begehung, wird wie gerade beschrieben, die Trackaufzeichnung gestoppt und der aktuelle Datensatz über das Optionsmenü der Aufzeichnungsfunktion gespeichert (siehe Abb. 7.34). Sobald der Datensatz abgelegt wurde kann er entweder lokal oder global exportiert werden. Lokal stehen die Dateiformate GPX, KML/KMZ, CSV, TCX oder DXF zur Verfügung. Die Datensätze können dann entweder per USB-Kabel oder im Falle der Verwendung einer microSD-Karte über einen Kartenleser auf einen lokalen Rechner geladen werden. Die Dateien können jedoch auch an online-Portale wie Breadcrumbs, OpenstreetMap oder in einen DropBox-Ordner exportiert werden.

Abb. 7.36 Trackaufzeichnung, eigene Darstellung aus Locus Map Free 2014

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7.4.5 Garmin Oregon Software

Für die Datenerhebung mittels Garmin Oregon 400t wird die vorinstallierte Software des Her- stellers verwendet. Gleich zu Beginn sei erwähnt, dass die dabei wählbaren Einstellmöglich- keiten sehr gering ausfallen. Dieser Umstand ist der grundsätzlichen Funktionsauslegung des Geräts geschuldet. Das Oregon 400t ist als Outdoor-Navigationsgerät konzipiert und nicht als Handheld zur Datenerhebung. Die Software bietet lediglich die Möglichkeit zur Verfügung, den zurückgelegten Weg aufzuzeichnen, sprich einen Track zu erstellen. Da diese Tracks als GPX-Dateien gespeichert werden, können sie jedoch trotzdem zur Datenerhebung herangezogen werden. Daher wird in den folgenden Zeilen kurz erläutert, wie die Erstellung eines Tracks abläuft. Im Hauptmenü (Abb. 7.37) des Oregon 400t gelangt man über den Unterpunkt Einstellungen zum Ordner Tracks und weiterführend zur Track-Aufzeichnung.

Abb. 7.37 Hauptmenü Oregon 400t, Quelle: Abb. 7.38 Menü 3 Oregon 400t, Quelle: Tramsoft Tramsoft 2014A 2014B

Dort bestehen drei Auswahlmöglichkeiten den Track betreffend: „Nicht aufzeichnen“, „Auf- zeichnen, nicht anzeigen“ oder „Aufzeichnen, auf Karte anzeigen“. Des Weiteren kann die Aufzeichnungsart des Tracks bestimmt werden. Dies geschieht entweder über die Entfernung, Zeit oder automatisch. Im Falle von Entfernung und Zeit kann ein freiwählbares Intervall bestimmt werden. Sollte automatisch gewählt werden, wird der Track mittels einer variablen Erfassungsrate aufgezeichnet. Mittels des in Abb. 7.38 ersichtlichen Track-Managers kann der aktuelle Track auf der Karte angezeigt, dessen Höhenprofil aufgerufen, eine aktuelle Route als Track gespeichert, ein Teilabschnitt des Tracks gespeichert oder der aktuelle Track ge- löscht werden. 113

Die bei einer Begehung erhobenen Daten werden, wie bereits oben besprochen, als GPX- Dateien abgelegt und können per USB-Kabel auf einen Computer übertragen werden (Tramsoft 2014D).

7.5 Datengrundlagen

Als Arbeitsgrundlagen standen das von Teleatlas stammende Straßennetz und ein hochauflö- sendes Orthofoto der Region zur Verfügung. Die Verwendung des Straßennetzes war wie zu erwarten problemlos möglich und ließ sich leicht über die Exportfunktion (Get Data for ArcPad) von ArcMap in ein ArcPad-Projekt eingliedern. Im Falle des Luftbildes war dies nicht möglich, da die Datei das gesamte Gebiet der Marktgemeinde Semriach in hoher Auflö- sung abbildet. Dieses vom Land Steiermark bezogene Luftbild hatte im Originalzustand eine Auflösung von 20 x 20 Zentimeter und wurde für die weitere Verwendung auf eine Auflösung von 0,5 x 0,5 m heruntergerechnet. Durch diese hohe Auflösung wies die Datei ein Gesamtda- tenvolumen von 10 GB auf und kann somit nicht mittels der Funktion „Get Data for ArcPad“ komprimiert werden. Diese Vorgehensweise ließ sich auch nicht durch die Verwendung aus- gewählter Testgebiete mit jeweils spezifischen Teilaufnahmen des Luftbildes umgehen. Auf- grund dessen war es notwendig, die jeweiligen Testgebiete innerhalb der Marktgemeinde einzeln zu behandeln und für jedes Testgebiet ein passendes Luftbild in geringerer Auflösung anzufertigen. Die individuellen Luftbilder der Testgebiete bestehen wiederum aus einzelnen Teilaufnahmen, die per Screenshot aus Google Earth entnommen wurden und zum jeweiligen Testgebiet zusammengefügt wurden. In späterer Folge wurden die Luftbilder in ArcMap referenziert (WGS1984) und erneut mit „Get Data for ArcPad“ exportiert. Nachteilig bei dieser Herangehensweise ist die weitaus geringere Auflösung der erstellten Luftbilder und der höhe- re Arbeitsaufwand. Jedoch weisen die Luftbilder für die zu erbringende Geländearbeit eine durchaus ausreichende Auflösung auf. Bei der Exportierung der Daten für Verwendung mit ArcPad wurde im Falle der Luftbilder das Format MrSID ausgewählt, da es bei diesem For- mat zu den wenigsten Komplikationen während des Exportvorganges und der Darstellung in ArcPad kam. Als weiterer Vorbereitungsschritt wurden die benötigten Layer für die Wander- wege und die touristische Infrastruktur angelegt und zusammen mit den Luftbildern als ArcPad-Projekt exportiert. Hierbei gilt es zu beachten, dass bei der Erstellung der jeweiligen Layer dem Nutzer auch das Recht eingeräumt wird, den Layer zu bearbeiten. Wenn dem nicht so ist, kann der Benutzer später im Feld nicht auf den Layer zugreifen und keine Daten hinzu- fügen.

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Die Einbindung beziehungsweise Darstellung der Daten auf den jeweiligen mobilen Endgerä- ten ist problemlos möglich, da die benötigten Daten nur in den gewünschten Ordnern abgelegt werden müssen und in ArcPad beziehungsweise ArcMap als Projekte aufgerufen werden müssen. Zu erwähnen ist, dass die oben beschriebenen Luftbilder und Layer nur bei der Feld- arbeit mittels Trimble Juno SB zum Einsatz kamen. Bei der Datenerhebung unter Verwen- dung des Asus Memo Tablets und des Garmin Oregon 400t wurde auf bereits vorinstallierte beziehungsweise frei verfügbare Datengrundlagen zurückgegriffen. Im Falle der App „Locus Map Free-Outdoor GPS“ handelt es sich um frei beziehbare OpenStreetMap-Daten, auf dem Garmin Oregon 400t diente das Kartenmaterial der Topo Austria 2 als Erhebungsgrundlage (siehe Abb. 7.39). Wie in Kapitel 7.3 bereits erwähnt, wurden alle Punkt-Features mit dem Trimble Juno SB aufgenommen und attributiert.

Abb. 7.39 Topo Austria 2, Quelle: Tramsoft 2014C

Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass die App „Locus Map Free-Outdoor GPS“ ihre Kar- tendaten hauptsächlich aus der OpenStreetMap bezieht. Diese Daten können online abgerufen werden und bei ausreichendem Empfang auch bei der Erhebung online verwendet werden. Auf diese Möglichkeit wurde bei der Erhebung mittels des Asus Memo jedoch verzichtet und die Karte wurde vorab auf dem Gerät gespeichert. Der dabei gewählte Kartenbereich kann entweder dem derzeitigen Kartenausschnitt entsprechen oder man kann den zu speichernden Bereich frei wählen (siehe Abb. 7.40).

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Abb. 7.40 Locus Map Free, Bereichsauswahl der Offline-Karte,

eigene Darstellung aus Locus Map Free 2014

Anschließend können noch die gewünschten Maßstabsebenen festgelegt werden und der Kar- tenausschnitt benannt werden. Nachdem der Abschnitt im darauf folgenden Arbeitsschritt heruntergeladen wurde, steht er dem Benutzer offline zur Verfügung.

7.6 Importierung von GPX-Dateien in ArcGIS

Nachdem in Kapitel 7.4 einerseits die verwendeten Softwarepakete erläutert wurden und andererseits die von ihnen generierten Dateitypen, befasst sich dieses Kapitel mit der Problema- tik der Importierung von GPX-Dateien innerhalb von ArcGIS 10. GPX-Dateien können von ArcGIS 10 nicht ohne weiteres erkannt und verarbeitet werden, sie müssen vorab in ein ver- wendbares Datenformat umgewandelt werden. Um diesen Arbeitsschritt auszuführen, stehen online verschiedenste Lösungen zur Verfügung. Die meisten dieser Toolboxen, Add-Ons oder Add-Ins wurden von Anwendern für ihre eigenen Bedürfnisse erstellt, aufgrund dieses Um- standes gilt es, diese mit gewisser Vorsicht zu betrachten. Im Zuge dieser Arbeit wurde eine Toolbox aus dem ArcGIS Resource Center verwendet, diese schien für die gewünschte Um- wandlung der Dateiformate am geeignetsten. Die Toolbox enthält vier Scripts und ist somit in der Lage GPX, KML, WPT und PLT Files in Shapefiles umzuwandeln. Die Toolbox steht im ArcGIS Resource Center kostenlos in der Geoprocessing Model and Script Tool Gallery zum

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Download zur Verfügung (siehe ArcGIS Resource Center 2012) und ist für ArcGIS- Versionen ab 9.3 kompatibel. In den folgenden Absätzen wird näher auf die Implementierung der Toolbox in ArcGIS 10 eingegangen und anschließend die Konvertierung der Dateien als auch die Auswirkungen der Konvertierung auf die Dateistrukturen beschrieben.

Bevor die Toolbox innerhalb von ArcGIS implementiert wird, muss das File über das ArcGIS Resource Center heruntergeladen werden. Anschließend wird das Filepackage entpackt und in einem entsprechend benannten Ordner abgelegt. Zur Implementierung wird nun ArcMap gestartet und die ArcToolbox geöffnet. Innerhalb der ArcToolbox gelangt man mittels Rechts- Klick neben oder unterhalb der Toolboxen in ein Menü (siehe Abb. 7.41), welches einem die Möglichkeit eröffnet, weitere Toolboxen hinzuzufügen (Add Toolbox…). Anschließend sucht man den Ordner auf, in dem die neue Toolbox abgelegt wurde, und wählt die GPSFile_to_SHP.tbx aus. Durch die Bestätigung mittels OK wird die Toolbox in die ArcToolbox eingebunden und steht zur Verfügung. Um die Toolbox dauerhaft in die ArcToolbox zu implementieren muss im gleichen Menü die Option Save Settings à To File beziehungsweise To Default ausgeführt werden, ansonsten wird die Toolbox nach Beendi- gung von ArcMap wieder entfernt.

Abb. 7.41 Toolbox implementieren, eigene Darstellung aus ArcMap

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Abb. 7.42 Skript zur Konvertierung GPX zu SHP, eigene Darstellung aus ArcMap

Mit Einführung von ArcGIS 10.1 existiert eine vorinstallierte Toolbox unter den Conversion Tools welche ebenfalls GPX als auch KML-Files in Features umwandeln kann (siehe Abb. 7.43). Die Datensätze werden vom Tool in Punkt-Features umgewandelt, welche anschlie- ßend, wenn gewünscht, in Linien-Features konvertiert werden können.

Abb. 7.43 GPX Konvertierung in ArcMap10.1, eigene Darstellung aus ArcMap

7.7 Handlichkeit und Benutzerfreundlichkeit

Wie aus dem oben beschriebenen Kapitel 4 ersichtlich ist, weisen die Endgeräte, abgesehen vom Asus Memo, relativ ähnliche Abmessungen und Gewichte auf. Das Juno SB und Oregon 400t lassen sich somit problemlos im Gelände einsetzen und können bei Bedarf auch an Rucksackschlaufen oder Ähnlichem befestigt werden. Dies wirkt sich in schwierigerem Ge- lände oder bei parallel auszuführenden Tätigkeiten positiv aus, da man beide Hände frei hat. Das Asus Memo lässt sich zwar auch relativ problemlos mitführen, kann aber auf Grund sei- 118

ner Größe nicht an Rucksackschlaufen befestigt werden. Bei längeren Erhebungen oder in schwierigem Gelände sollte das Gerät aus Gründen der Sicherheit und des Komforts besser in Rucksäcken oder Tragetaschen mitgeführt werden. Das Oregon 400t als auch das Asus Memo stellten sich während der Erhebungen als äußerst angenehm zu bedienen dar. Diese Geräte verfügen über eigens entwickelte Software (Orgeon 400t) oder spezielle Apps (Asus Memo), um Tracks, POIs und Waypoints aufzuzeichnen. Bei diesen Geräten gilt es allerdings zu beachten, dass sie keine Shape-Files generieren. Das Oregon 400t erstellt einen Track der im GPX-Format abgelegt wird. Beim Asus Memo ist das Datenformat des Tracks stark von der verwendeten App abhängig, in diesem Fall der App „Locus Map Free-Outdoor GPS“. Diese App ermöglicht den Export des Tracks als GPX -, KML/KMZ -, CSV -, TCX-oder DXF- Datei. Sowohl der Track des Oregon 400t als auch der des Asus Memo wurden als GPX-Datei in ArcMap importiert. Diese Dateien können anschließend, wie in Kapitel 7.6 beschrieben, in ArcGIS 10 in Shape-Files konvertiert werden. Im Falle des Juno SB ist die Bedienung und Handhabung nach der Einarbeitung in ArcPad im Großen und Ganzen sehr gut. Es kommt jedoch durch die in die Otterbox integrierte Folie über dem Display zu gewissen Ungenauig- keiten in der Bedienung des Touchscreens. Aufgrund dieses Umstands kam es auch beim zweiten Einsatz im Feld zu einem Bedienungsfehler und einem damit einhergehenden Daten- verlust. Dieser konnte nur durch eine nochmalige Begehung der Untersuchungsstrecke wieder behoben werden.

7.7.1 Eigenschaften der Displays

Die Eigenschaften der jeweiligen Displays sind vor allem was die Ablesbarkeit angehen sehr unterschiedlich. Bei den Datenerhebungen bestand die Möglichkeit, die Displays bei unterschiedlichen Sonneneinstrahlungsverhältnissen zu untersuchen und somit auf ihre Gelände- tauglichkeit hin zu überprüfen. Das Oregon 400t verfügt über ein gut ablesbares Display und ermöglicht so einen leichten Arbeitsablauf. Hierbei ist jedoch anzumerken, dass das Oregon 400t nur bei diffusem Licht und nicht bei starker Sonneneinstrahlung getestet wurde. Das Display des Trimble Juno SB hingegen war vor allem bei starker Einstrahlung nur sehr schwer abzulesen und konnte auch bei schwächerer Einstrahlung nicht restlos überzeugen. Dieser Umstand kann einerseits durch die Folie der Otterbox bedingt sein, andererseits muss aber auch festgehalten werden, dass dieses Gerät für den Einsatz im Gelände konzipiert wurde und somit sollte die Ablesbarkeit bei allen Strahlungsintensitäten gegeben sein. Im Fall des Asus Memo war deutlich zu erkennen, dass es sich hierbei eher nicht um ein Gerät für die

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Outdoor-Benutzung handelt. Das 10,1 Zoll große Display liefert zwar in dunklen Umgebun- gen ein ausgezeichnetes Bild, spiegelt aber bereits bei leichter Sonneneinstrahlung sehr stark und verhindert somit eine gute Ablesbarkeit.

7.7.2 Akkulaufzeit

Bei den meistens 4 bis 5 Stunden dauernden Erhebungen zeichnete sich hinsichtlich der Ak- kulaufzeit ein klares Bild ab. Die Akkus vom Juno SB, Asus Memo und Oregon 400t wiesen in dieser Hinsicht keinerlei Schwäche auf und lieferten genügend Energie um die Erhebungen komplett durchzuführen. Bezüglich der Ergebnisse und Beurteilung der Akkulaufzeiten ist zu erwähnen, dass die Akkus nicht unter kontrollierten Laborbedingungen mit beispielsweise gleichbleibenden Temperaturwerten getestet wurden und es ebenfalls keine Kenntnis über das Alter oder die vorangegangenen Ladezyklen gab. Diese Umstände beeinflussen jedoch die getroffenen Aussagen nicht, da sich diese Masterarbeit mit der Nutzbarkeit mobiler GIS- Anwendungen in der Realwelt befasst. Als Beispiel hierfür wird nachfolgend die Akkuleis- tung des Asus Memo kurz näher beschrieben. Bei der Erhebung mittels dieses Gerätes war eine Erhebungsdauer von circa zwei Stunden veranschlagt. Bei Beginn der Erhebung war eine Akkukapazität von 62 % gegeben. Aufgrund der Tatsache, dass die Kartengrundlage vorab offline am Gerät abgelegt wurde, bestand kein Bedarf einer ständigen WLAN-Verbindung. Dieser Umstand sowie die seltene Aktivierung des Displays, welches nur zur Kontrolle der Aufzeichnung oder zur Erstellung von geocodierten Fotos in Betrieb genommen wurde, erga- ben eine starke Verminderung des Energieverbrauchs. Aufgrund dieser Vorgehensweise stellte sich bei Beendigung der Begehung eine Restkapazität von 50 % ein. Es kann also festgehalten werden, dass durch diese einfachen Energiesparmaßnahmen selbst Geräte mit sehr gro- ßen und hochauflösenden Displays ohne Einschränkungen die Akkulaufzeit betreffenden für längere Erhebungskampagnen als geeignet angesehen werden können.

7.8 Verortung von Fotos

Dieses Kapitel befasst sich mit der Einbindung von Fotografien innerhalb von ArcGIS 10, sprich der Verortung von Fotos oder dem Einbinden von Aufnahmen, die über geographische Koordinaten (geotagged images) verfügen. Durch die Verortung der Aufnahmen entstehen mehrere nützliche Anwendungsbereiche. Einerseits gibt sie dem User der im Feld Daten erhebt die Chance, wichtige Gegebenheiten oder Probleme, die während der Erhebung auftre-

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ten, fotografisch zu dokumentieren und diese an die Arbeitsgrundlage mittels Koordinaten zu binden. Dies kann sich als äußerst hilfreich herausstellen, wenn die Daten im späteren Postprocessing bearbeitet werden oder nach Lösungsansätzen für die aufgetretenen Probleme gesucht wird. Diese Schritte und Lösungswege können durch die entstandenen geocodierten Fotografien maßgeblich erleichtert werden und durch ihre Lagegenauigkeit auch von Usern, die nicht bei der Erhebung vor Ort waren, leichter verstanden werden. Andererseits finden diese Aufnahmen auch in Bereichen des Tourismus oder der Bürgerbeteiligung Anwendung. Im Tourismus können etwa vorgefertigten Tourenvorschlägen, die den Touristen angeboten werden, mittels geocodierter Fotos einen Einblick in die Tour und deren Besonderheiten liefern. Bei weiter ausgebauten Systemen steht dem Benutzer auch noch die Möglichkeit offen, über die Aufnahmen auf mögliche Beschädigungen (fehlende/zerstörte Wegweiser) oder Un- klarheiten (schlechte/nicht ausreichende Beschilderung) entlang der Tour ortsgenau hinzuwei- sen. Diese Vorgehensweise lässt sich auch innerhalb von Projekten der Bürgerbeteiligung einsetzen, wie etwa der Verortung illegaler Graffiti an Hauswänden oder Mülldeponien in Grünanlagen. Die Bilder, die während der Erhebung aufgenommen wurden, können mittels zweier Vorge- hensweisen an den erhobenen GPS-Track angefügt werden. Die erste Methode, um diese Aufnahmen an den Track anzufügen, besteht darin, die Fotos mit einer Kamera aufzunehmen, die den Bildern automatisch die korrekten geographischen Koordinaten zuweist (moderne Digitalkameras, GPS-Handhelds mit Kamera oder Smartphones beziehungsweise Tablets). Wenn ein solches Gerät zur Aufnahme nicht zur Verfügung steht, wählt man die zweite Vari- ante. Bei dieser werden die Fotos über ihren Zeitstempel an den erhobenen Track angeglichen (ältere Digitalkameras oder Handys ohne GPS-Empfang). Hierbei gilt es darauf zu achten, dass die jeweiligen Uhrzeiten und das Datum der Geräte auf die des GPS-Empfängers abge- stimmt werden, damit in späterer Folge eine möglichst positionsgenaue Eingliederung der Aufnahmen in den Track ermöglicht wird. Die technische Durchführung der Einbindung von Fotos in ArcGIS 10 wird in den Kapiteln 7.8.2 und 7.8.3 genauer beleuchtet. Die Möglichkeit, Fotos während der Erhebung zu erstellen und diese über Koordinaten zu verorten, bieten im Fall dieser Masterarbeit nur das Trimble Juno SB und das Asus Memo. Beim Juno SB besteht jedoch das Problem, dass das Aufrufen der Kamerafunktion in ArcPad sehr lange dauert (ca. 30 Sekunden, eigene Messung) und man bei der höchstmöglichen Auflösung (2048x1536) das Gerät sehr lange ruhig halten muss, um keine unscharfen Bilder zu erhalten. Dies führt zu einer durchaus störenden Verzögerung, da man durch die langen Wartezeiten beträchtlich im Arbeitsablauf gehemmt wird. Werden nur Bilder in geringerer Auflösung benötigt (online

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Darstellung, Darstellung auf kleinen Displays), arbeitet die Kamerafunktion beträchtlich schneller und neigt auch bedeutend weniger zu unscharfen Aufnahmen. Man sollte somit bei der Aufnahme verorteter Bilder mittels Trimble Juno SB im Voraus abklären, für welchen Verwendungszweck die Bilder benötigt werden und dementsprechend eine angemessene Auf- lösung wählen. Bei der Verortung von Fotografien mit dem Asus Memo beziehungsweise der App „Locus Map Free“ geschieht die Aufnahme durch einen Menüpunkt der Tracking- Funktion. Die Aufnahme eines punktuellen Features wird grundsätzlich über die blaue Schalt- fläche (siehe Abb. 7.44) im unteren Bereich des Tracking-Menüs ausgelöst. Das ebenfalls in Abb. 7.44 dargestellte Untermenü zeigt die Auswahlmöglichkeiten, welche die App für punktuelle Daten bereithält. Es können POIs, geotagged Fotos beziehungsweise Videos oder Au- dioaufnahme erhoben werden. Es wurde jedoch von den anderen Funktionen, die außer der geocodierten Fotoaufnahme existieren, innerhalb dieser Masterarbeit kein Gebrauch gemacht.

Abb. 7.44 Locus Map Free-geotagged Foto, eigene Darstellung 2014

In den nun anschließenden Absätzen folgt eine Erklärung zu der soeben beschriebenen Ein- gliederung von Fotografien innerhalb von ArcGIS 10. Beginnend mit einem Überblick über das „Photos-Toolset“ an sich und darauf folgend die Funktionsweisen der beiden Eingliede- rungsmöglichkeiten über die Geocodierung beziehungsweise über den Abgleich der Fotos über den Zeit- oder Datumstempel. Hierbei sei erwähnt, dass nur die in Kapitel 7.8.2 beschriebene Vorgehensweise Anwendung in dieser Arbeit fand.

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7.8.1 Überblick über das Photos-Toolset

Innerhalb von ArcGIS stellt das „Photos-Toolset“ eine Anwendung aus dem Data Manage- ment Bereich dar, es beinhält Tools zur Analyse und zum Management digitaler Photografien. Das Toolset enthält zwei mögliche Tools zur Einbindung der digitalen Bilder. Diese Tools sind einerseits das Tools zur Erstellung einer Punkt-Featureklasse aus geocodierten Fotodaten, die mittels Smartphone oder einer Kamera mit GPS-Empfang aufgenommen wurden (siehe Kap. 7.8.2) oder andererseits das Tool, um digitale Fotos mittels Zeitstempel an Features oder Tabellen anzubinden (siehe Kap. 7.8.3). Dieses Toolset wird immer bedeutender, da die Zahl an mobilen Geräten, die neben Fotos auch gleichzeitig GPS-Koordinaten aufnehmen, immer geläufiger werden. Daher gibt es im Web bereits einige Websites, die es Nutzern ermögli- chen, ihre geocodierten Aufnahmen hochzuladen und sich anschließend eine Karte erstellen zu lassen, auf der ersichtlich wird, wo ihre Fotos entstanden sind. Diese abgelichteten Orte können in ArcGIS importiert werden. Durch die Importierung können diese Punkt-Features mit dem vollen Umfang der ArcGIS-Geoprozesse analysiert, modifiziert und gemanagt werden. Gleichzeitig stieg der Wunsch der Nutzer, zu bestehenden Fotografien Ortsinformationen anzufügen beziehungsweise Fotografien an bestehende Features oder Tabellendaten anzu- knüpfen. Dieser Wunsch entstand aus dem Umstand, dass Abbildungen außergewöhnlich reich an Informationen bezüglich des Erscheinungsbilds und der Gegebenheiten eines Ortes zu bestimmten Zeitpunkten sind. Die in den nun folgenden Absätzen erläuterten Tools des „Photos-Toolset“ ermöglichen somit die geforderte Verknüpfung von Fotoinformationen und Featuredatensätzen beziehungsweise herkömmlichen Tabellen. ESRI (2013A)

7.8.2 Geotagged Photos to Points

Die erste Möglichkeit, geocodierte Fotografien in ArcGIS einzubinden, besteht mit dem Tool Geotagged Photos to Points. Dieses Tool erzeugt mittels der in den Bilddaten gespeicherten Information über die x-, y-, und z-Koordinaten Punkte. Zusätzlich können in der Output- Featureklasse Fotodaten an die Features angehängt werden, wobei diese Fotodaten als Geodatabase Attachments gespeichert werden. Während des Arbeitsablaufs des Tools werden die in den Fotos (JPEG und TIFF-Dateien) gespeicherten Koordinateninformationen über Länge, Breite und Höhe ausgelesen. Dabei gilt es darauf zu achten, dass die verwendeten JPEGs und TIFFs über Exif (Exchangeable Image File Format)-Metadaten verfügen. Diese Fotos inklusive Exif-Metadaten werden meistens mit Smartphones oder Digitalkameras mit eingebautem GPS-Empfänger aufgenommen. Nachdem

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die Daten ausgelesen wurden, werden die Koordinatenangaben sowie die jeweiligen Attribute in eine Output-Featureklasse geschrieben.

Abb. 7.45 Geotagged Photos to Points, eigene Darstellung aus ArcMap

Die dabei entstehende Output-Tabelle weist folgende drei Attributfelder auf: • Path-Stellt den kompletten Pfad des Fotos dar welches zur Erstellung des Punkts benutzt wurde. Beispiel: D:\Masterarbeit\sem_erhebung\IMG_0001.jpg • Name-Die normale Bezeichnung des Fotos. Beispiel: IMG_0001.jpg • DateTime-Stellt den Zeitpunkt und das Datum der Aufnahme dar. Beispiel: 2010:09:23 11:58:32

Im Fall des Attributfeldes DateTime gilt es zu beachten, dass dieses Feld ein Textfeld ist und den Zeitstempel im Format yyyy:mm:dd hh:mm:ss darstellt. Um dieses Attributfeld zu analysieren und die Daten inklusive Zeit darstellen zu können muss das Attributfeld von einem text field in ein true datetime field konvertiert werden. Dieser Arbeitsschritt findet unter Verwen- dung des Convert Time Field Tools statt. Dieses Tool verwandelt die bestehenden time fields die als string oder text field vorliegen in das jeweilig gewünschte Format. Hierbei kann aus einer Liste an unterstützten time field Formaten ausgewählt werden oder auch ein selbstge- wähltes Format angegeben werden. (ESRI 2013D)

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Sollte der Fall eintreten, dass das ausgegebene DateTime Attributfeld leer bleibt oder als Wert null angibt, ist davon auszugehen, dass die verwendete Kamera keinen brauchbaren Zeitstem- pel mit dem geocodierten Bild erstellt. Die Eigenschaften der Aufnahme mögen zwar ein Ers- tellungs- oder Änderungsdatum aufweisen, diese muss jedoch nicht zwangsläufig den korrekten Aufnahmezeitpunkt repräsentieren. Ebenfalls kann es zu dem Umstand kommen, dass kein Punkt für ein Foto erstellt wird da seine x-, und y-Koordinaten die Werte 0,0 aufweisen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass während der Aufnahme kein ausreichendes GPS-Signal vorhanden war und somit keine Koordinaten festgehalten werden konnten. Sollte bei der Durchführung des Tools jedoch der Parameter Include Non-GeoTagged Photos ausgewählt worden sein, so wird das Bild mit einer Geometrie von null abgespeichert. Die restlichen Bil- der in der entstandenen Feature-Klasse verfügen über das Koordinatensystem das standard- mäßig von GPS-Empfängern verwendet wird, nämlich GCS_WGS_1984. ESRI (2013B)

7.8.3 Match Photos to Rows by Time

Zur Eingliederung von geocodierten Fotographien in ArcGIS besteht neben der gerade eben beschriebenen noch eine zweite Variante. Dieses Tool heißt Match Photos to Rows by Time und hierbei werden die Aufnahmen an Tabellen oder Feature-Klassen angefügt indem sie über den Zeitstempel der Bilder und den Zeitstempel der Tabelle abgeglichen werden. Dabei wird der Tabelleneintrag mit dem Bild verknüpft dessen Zeitstempel am nähesten am Aufnahme- zeitpunkt liegt. Nach Beendigung dieses Vorgangs wird ein neuer Attribute-Table erstellt der die ObjectIDs der Ausgangstabelle als auch die Pfade ihrer zugehörigen Fotos beinhält. Zu- sätzlich werden Werten der Ausgangstabelle passende Fotos zugeordnet und als Anhänge in der Geodatabase gespeichert.

Abb. 7.46 Match Photos to Rows by Time, ESRI 2013C Anwendung findet dieses Tool bei der Verknüpfung von Daten die mittels GPS erhoben wurden und digitalen Fotographien die zum selben Zeitpunkt wie das GPS-Feature aufgenommen 125

wurden. Bei dieser Anwendung entsteht eine Output-Tabelle die über vier Attribut-Felder verfügt: • IN_FID-Repräsentiert die Objekt ID einer Zeile deren Zeitstempel mit dem Zeitstem- pel eines Fotos ident ist. • Photo_Path-Listet den kompletten Pfad eines Fotos auf welches den gleichen Zeit- stempel wie eine der Zeilen in der Spalte IN_FID aufweist. • Photo_Name-Die Benennung der Fotodatei z.B. IMG_0001.jpg. • Match_Diff – Wird durch einen numerischen Wert dargestellt der die Abweichung zwischen dem Zeitstempel des Fotos und der passenden Zeile angibt. Dieser Wert wird in der Einheit angegeben in der er im Time Difference Unit Parameter (Time Tolerance) angegeben wurde. Es ist bei der Verwendung dieses Tools ratsam Daten aus einer Geodatabase zu verwenden. Diese Vorgehensweise entsteht durch den Umstand, dass es Shape-Dateien oder dBase- Tabellen nicht möglich ist in einer Datumsspalte Uhrzeit und Datum gleichzeitig abzuspeichern. Weiter gilt es zu beachten, dass es innerhalb der Output-Tabelle einen Zeileneintrag geben kann dessen Zeitstempel zu Zeitstempeln mehrerer Fotographien passt. Sollte dieser Fall eintreten entstehen in der Output-Tabelle mehrere Zeileneinträge die über die gleiche IN_FID verfügen, jeder dieser Einträge steht für eine Übereinstimmung. Aufgrund dessen, dass die Output-Tabelle mit der Input-Tabelle mittels Verwendung der IN_FID (Output) und der OBJECTID (Input) verknüpft werden können sollte im eben beschriebenen Fall mehrfa- cher Übereinstimmungen von der Funktion Join abgesehen werden. In diesem Fall sollte die Funktion Relate oder eine Relationship-Klasse zur Verknüpfung von Output und Input- Tabelle Anwendung finden. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Einstellung der Time-Spalte als Typ Date, für die Konver- tierung von numerischen Feldern oder Textfeldern kann wie bereits im vorrangegangenen Kapitel 7.8.2 das Tool Convert Time Field zum Einsatz kommen. Ebenfalls in Betracht zu ziehen gilt es die unterschiedlichen Einstellungen der digital Kame- ras als auch der GPS-Empfänger hinsichtlich ihrer Zeitzonen. Denn wenn auch die Fotogra- phien und die GPS-Punkte zum gleichen Zeitpunkt angelegt wurden bedeutet das nicht, dass die Geräte in der gleichen Zeitzone agieren. Die gängigen GPS-Empfänger arbeiten im Nor- malfall entweder mit der Greenwich Mean Time (GMT) oder der Coordinated Universal Time (UTC), im Gegensatz dazu operieren Digitalkameras sehr oft in lokalen Zeitzonen. Um die möglicherweise entstandenen Abweichungen zwischen den beiden Zeitzonen anzugleichen verwendet man am besten das Convert Time Zone Tool. Dieses Tool wandelt die Time-Spalte 126

der Input-Tabelle in die Zeitzone des Zeitstempels der Fotodatei um. Gleichfalls kann der Fall eintreten, dass die Uhr der Digitalkamera nicht synchron mit der des GPS-Empfängers läuft. Um trotz dieser Asynchronität eine möglichst genaue Übereinstimmung zwischen Bild und GPS-Punkt zu erreichen sollte die Abweichung bestimmt werden und anschließend als Wert für den Clock Offset Parameter festgelegt werden. Die Parameter für die gerade besprochenen Clock Offset und die Time Tolerance müssen in Sekunden angegeben werden. ESRI (2013C)

7.9 GPS-Genauigkeit

Bei der Genauigkeit der erhobenen Daten zeigen sich die Unterschiede meist erst, wenn die Empfangsverhältnisse schwierig werden. Waren bei der ersten Begehung im freien Gelände die Genauigkeitsniveaus von Juno SB, Asus Memo und den zu Vergleichszwecken benutzten Nokia X6 und HP tx2000 noch relativ ähnlich, veränderte sich die Genauigkeit jedoch stark, sobald die Route durch dichten Wald führte (siehe Abb. 7.47). Hier bewiesen vor allem das Juno SB sowie das Asus Memo ihre Qualitäten und lieferten weiterhin relativ problemlos Da- ten, jedoch nahm auch hier die Datenqualität etwas ab. Die im Eingang der Lurgrotte vorhandene Abschattung verursachte bei allen Empfängern eine erwartungsgemäß hohe Abweichung der Genauigkeit (siehe Abb. 7.48). In den oben angeführten sowie den folgenden Abbildungen, die zur Veranschaulichung der GPS-Genauigkeit dienen wurden die Datensätze der Gerätetypen mit unterschiedlichen Far- ben dargestellt. Die nun folgende Auflistung zeigt welchem Geräte welche Farbe zugeteilt wurde:

• Trimble Juno SB = rote Linien • Asus Memo = orange Linie • Garmin Oregon 400t = blaue Linien • HP tx2000 = gelbe Linien • Nokia X6 = grüne Linien

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Abb. 7.47 GPS Genauigkeit dichte Bewaldung, eigene Darstellung

Abb. 7.48 GPS Genauigkeit Eingang Lurgrotte, eigene Darstellung Bei der zweiten und dritten Erhebungskampagne wurden die Geräte durch die Begehung der Kesselfallklamm mit einer hohen Abschattung konfrontiert, was sich auch in den Ergebnissen widerspiegelt (siehe Abb. 7.49). Vor allem das Asus Memo und das Oregon 400t konnte bei 128

den Erhebungen in der Klamm überzeugen und lieferte mit Abstand die besten Werte. Die Daten des Juno SB zeigen im Klammbereich bereits starke Schwankungen und Ausreißer- Werte. Anzumerken wäre auch, dass es bei längeren Pausen sinnvoll ist, den Vorgang der Datenerhebung zu pausieren, da sonst zu viele Fehlerwerte entstehen, die im post-processing behoben werden müssen. Die AbbildungenAbb. 7.47,Abb. 7.48 und Abb. 7.49 betreffend wäre zu erwähnen, dass im Laufe dieser Masterarbeit eine Vorerhebung stattfand. Bei dieser Vorerhebung kamen noch zwei weitere mobile Endgeräte zum Einsatz, diese wären das Nokia X6 Smartphone und das HP tx2000 Tablet. Aufgrund ihrer bereits veralteten technologischen Voraussetzungen dienen ihre Datensätze nur mehr der Veranschaulichung der Empfangsverhältnisse beziehungsweise der unterschiedlichen Qualität der GPS-Empfänger in den oben genannten Abbildungen. Die gewonnen Datensätze des Nokia X6 sowie des HP tx2000 fließen aufgrund der oben genannten Gründe nicht in die praktische Arbeit mit ein.

Abb. 7.49 GPS Genauigkeit Kesselfallklamm, eigene Darstellung

8 Durchführung einer Erhebungskampagne

In den nun folgenden Kapiteln wird die verwaltungsseitige Abwicklung einer Erhebungskam- pagne aufgezeigt. Aufgrund der Tatsache, dass diese Abläufe für jedes verwendete Gerät be- 129

ziehungsweise jede verwendete Software unterschiedlich durchgeführt werden müssen, ent- schied sich der Autor, dies anhand eines Beispiels abzuhandeln. Bei der Wahl dieses Beispiels stellte sich die Beschreibung eines Projektablaufs mittels Collector for ArcGIS als die sinn- vollste heraus. Dies liegt einerseits daran, dass der Collector for ArcGIS den derzeitigen Stand der Technik und andererseits den vollen Leistungsumfang für eine Erhebungskampagne und der Verwaltung der benötigten Daten darstellt. Nachdem in Kapitel 7.4.3 bereits die grundlegende Bedienung des Collectors for ArcGIS beschrieben wurde, widmen sich die nun an- schließenden Kapitel der Erstellung eines Projektes sowie der Einbindung erhobener Daten in bestehende Projekte.

8.1 Erstellung eines neuen Projekts

Das nun folgende Beispiel einer Datenerhebung mittels Collector for ArcGIS bezieht sich auf das in Kapitel 7.1 beschriebene Untersuchungsgebiet, die Gemeinde Semriach. Hierbei werden aus Gründen der Sinnhaftigkeit und des Umfangs nur jene Arbeitsschritte beschrieben, die benötigt werden, um Wander- und Radwege zu erheben. Das Projekt verfügt jedoch auch über die Möglichkeit, Straßen verschiedener Ordnungen und POIs zu erheben. Zu Beginn sollte ein Ordner mit dem Titel „CollectorProjects“ angelegt werden, innerhalb dieses Ordners werden alle für das Projekt benötigten Daten erstellt und abgelegt. Nach dem Anlegen dieses Ordners wird im ArcCatalog eine neue File-Geodatabase erstellt. Diese File- Geodatabase erhielt in diesem Fall den Namen „MA_Semriach.gdb“. Anschließend wird in dieser File-Geodatabase eine neue Line-Featureclass mit dem Titel „Wegenetz“ angelegt. In den folgenden sich öffnenden Fenstern wird das Koordinatensystem mit WGS 1984 Web Mercator (auxilliary sphere) festgelegt und die weiteren Werte in ihrer Default-Einstellung belassen. Auf der Seite der Field-Einstellungen werden nun die Felder „WegTyp“ (long Inte- ger), „Belag“ (long Integer), „Name“ (Text) und „Nummer“ (Text) angelegt (siehe Abb. 8.1). Das Feld Nummer wurde mit Absicht als Textfeld definiert, um Wegnummern wie etwa 740b eingeben zu können. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, diese Eingabe auf zwei ge- trennte Felder, nämlich „Nummer“ (long Integer) und „Nummernzusatz“ (Text), aufzuteilen. Die weiteren Felder, wie ObjectID, Shape und Shape_Length, werden vom System automatisch erstellt.

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Abb. 8.1 Fields Wegenetz, eigene Darstellung aus ArcCatalog 2014

Sobald alle Felder wie gewünscht angelegt wurden, kann das Fenster über die OK- Schaltfläche geschlossen werden. Im Anschluss an die Erstellung der Felder werden die Domains und Subtypes festgelegt. Do- mains und Subtypes sollten bei der Bereitstellung einer Collector-Map immer Verwendung finden, da den Anwendern das Arbeiten so einfach wie möglich gemacht werden sollte. Die Benutzung wird dadurch effizienter und die Fehleranfälligkeit wird durch die vorgegebenen Listen auf ein Minimum reduziert (ESRI 2014E). Um die Domains und Subtypes einzurichten, wählt man im ArcCatalog die Properties der File-Geodatabase aus. Im ersten Schritt werden die beiden Listen „RadwegStyle“ und „WanderwegStyle“ als Domains angelegt und ihr Field-Type als „Long Integer“ sowie der Domain-Type als „Coded Values“ festgesetzt (siehe Abb. 8.2). Darauf folgend wählt man „RadwegStyle“ aus und erstellt die Subtypes „Asphalt“, „Schotter“ und „Waldboden“ (siehe Abb. 8.2). Die gleichen Arbeitsschritte führt man für die Domain „WanderwegStyle“ durch. Anschließend bestätigt man diese Angaben mit der Über- nehmen-Schaltfläche und schließt das Fenster mittels OK.

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Abb. 8.2 Domains und Subtypes, eigene Darstellung aus ArcCatalog 2014

Im ArcCatalog ruft man nun die Properties der Featureklasse „Wegenetz“ auf und wählt dort den Karteireiter „Subtypes“. In der Drop-Down-Liste „Subtype Field“ wird nun „WegType“ als Subtype festgelegt. In der darunter befindlichen Liste der Subtypes wird „Code 0“ als Wanderweg festgelegt und „Code 1“ als Radweg (siehe Abb. 8.3). Darauf folgend wird der Subtype „Wanderweg“ ausgewählt und in der zweiten Liste (Default Values and Domains) im Feld „Belag“ die Domain „WanderwegStyle“ ausgesucht (siehe Abb. 8.3). Den gleichen Vor- gang führt man für den Subtype „Radweg“ aus, mit dem Unterschied, dass hier natürlich die Domain „RadwegStyle“ Verwendung findet. Nach diesen Arbeitsschritten können die Ände- rungen wieder über die Übernehmen-Schaltfläche bestätigt und das Fenster mittels OK geschlossen werden.

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Abb. 8.3 Subtypes der Featureklasse, eigene Darstellung aus ArcCatalog 2014

Sobald die oben genannten Schritte absolviert wurden, können die erstellten Feature-Klassen für die Verwendung mittels Collector for ArcGIS bereitgestellt werden. Hierfür wird in ArcMap eine Karte erzeugt, welche die Feature-Klassen als Layer benutzt, diesen Layern wird außerdem die Möglichkeit erteilt, Attachments zu speichern (ESRI 2014E). Um dies zu gewährleisten, wird in ArcMap ein leere Karte geöffnet und der Verzeichnisbaum des ArcCatalogs ausgeklappt. Nun wird die entsprechende Feature-Klasse angewählt und per rechtem Mausklick der Menüpunkt „Manage“ à „Create Attachments“ ausgeführt (siehe Abb. 8.4). Dieser Schritt wird benötigt, um in späterer Folge den jeweiligen Features Zusatz- informationen beziehungsweise Bilder zuordnen zu können. Danach können die Feature- Klassen per Drag and Drop aus dem ArcCatalog-Verzeichnisbaum in das leere ArcMap- Dokument gezogen werden. Nach diesem Schritt wird die Anmeldung in ArcGIS Online be- nötigt, es genügt hierbei nicht, über einen öffentlichen Account zu verfügen. Für die Nutzung der Funktionen des Collectors for ArcGIS wird ein Organisations-Account benötigt. Da dieser nicht kostenfrei ist, wurde für die Abwicklung dieser Masterarbeit auf eine 30-Tage- Testversion zurückgegriffen. Die nötigen Schritte zum Aufruf des Anmeldefensters mittels

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ArcMap werden in Abb. 8.5 dargestellt. Durch Eingabe von Benutzernamen und Passwort des Organisations-Accounts wird die Desktopanwendung ArcMap mit ArcGIS Online verbunden.

Abb. 8.4 Create Attachments, eigene Darstellung aus Abb. 8.5 Anmeldung ArcGIS Online, eigene Darstel- ArcMap 2014 lung aus ArcMap 2014

Sobald die Anmeldung erfolgreich durchgeführt wurde (siehe rote Markierung Abb. 8.6), kann der Service auf die ArcGIS-Online-Plattform hochgeladen werden. Hierfür führt man über den Menüpunkt „File“ die Funktion „Share As“ à „Service“ aus (siehe Abb. 8.6).

Abb. 8.6 Share as Service, eigene Darstellung aus ArcMap 2014

In dem sich öffnenden Fenster kann zwischen drei Grundarten der Veröffentlichung des Ser- vice gewählt werden: 1. Publish a service 2. Save a service definition file 3. Overwrite an existing service

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„Publish a service“ wird dann gewählt, wenn ein Dienst gänzlich neu erstellt werden soll und die Daten umgehend an den Server geschickt werden. Die Variante „Save a service definition file“ kommt dann zum Einsatz, wenn innerhalb einer Cloud gearbeitet wird oder vorüberge- hend keine Verbindung zum Server besteht (ESRI 2014F). „Overwrite an existing service“ hingegen findet dann Anwendung, wenn an einem bestehenden Service Änderungen durchge- führt wurden und diese nun in den bestehenden Online-Service einfließen sollen (siehe Abb. 8.7).

Abb. 8.7 Publish a Service, eigene Darstellung aus ArcMap 2014

Nachdem sich das Kapitel 8.1 mit der Erstellung eines neuen Projektes befasst, wird „Publish a service“ gewählt und im darauffolgenden Fenster im Drop-Down-Menü „Choose a connection“ „My hostet services (semriach)“ gewählt. Anschließend vergibt man dem Service in der unteren Zeile einen Titel und klickt auf „Continue“ (siehe Abb. 8.8).

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Abb. 8.8 Choose Connection, eigene Darstellung aus ArcMap 2014

Durch diese Arbeitsabläufe wird der Service-Editor aufgerufen, innerhalb dieses Editors kön- nen Parameter, Funktionen, Zugriffsrechte auf die Features als auch die Gruppen festgelegt werden, die Zugriff auf den Service haben sollen. Die Parameter dieses hier erstellten Ser- vices bleiben unverändert und somit in ihrer Default-Einstellung. Im Falle der Funktionen oder auch Capabilities kann eingestellt werden, ob die Nutzer Zugriff auf die Features haben oder diese nur betrachten können (siehe Abb. 8.9). Im Untermenü „Feature Access“ kann dieser Zugriff genauer definiert werden, es bestehen die Möglichkeiten Features zu erstellen, zu löschen, Abfragen zu generieren oder bestehende Features zu erneuern. Jede dieser Funktio- nen kann unabhängig voneinander aktiviert oder deaktiviert werden (siehe Abb. 8.10). Diese Einstellungen sind je nach Feature und gewünschtem Nutzungsumfang festzulegen.

Abb. 8.9 Service Capabilities, eigene Darstellung aus ArcMap 2014

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Abb. 8.10 Service Feature Access, eigene Darstellung aus ArcMap 2014

Nachdem die Funktionen und Zugriffsrechte der Features geregelt wurden, folgt die Item- Description. In dieser Beschreibung sollte eine kurze Zusammenfassung des Services sowie für den Dienst sprechende Schlagwörter (Tags) angegeben werden. Des Weiteren können eine ausführliche Beschreibung, Zugriffs- und Verwendungsbeschränkungen sowie Urheberrechte angeführt sein (siehe Abb. 8.11).

Abb. 8.11 Service Item Description, eigene Darstellung aus ArcMap 2014

Der letzte Menüpunkt des Service-Editors, „Sharing“, bezieht sich auf die Einstellungen, mit welchen Mitgliedern innerhalb von ArcGIS Online der Service geteilt werden soll. Nachdem dieser Dienst nur für bestimmte Anwender gedacht ist, wird er nur mit der Organisation „Semriach“ und den Mitgliedern der Gruppe „MA_Semriach“ geteilt (siehe Abb. 8.12).

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Abb. 8.12 Service Sharing, eigene Darstellung aus ArcMap 2014

Anschließend muss der eingerichtete Service noch analysiert und veröffentlicht werden. Dies bewerkstelligt man durch Betätigen der beiden Schaltflächen, die in Abb. 8.13 mittels der roten Markierungen hervorgehoben wurden.

Abb. 8.13 Analyze und Publish Service, eigene Darstellung aus ArcMap 2014

Sobald die Bestätigung über eine erfolgreiche Veröffentlichung des Dienstes erscheint, kann ArcMap geschlossen und ein beliebiger Browser gestartet werden. Innerhalb dieses Browsers wird Einstiegsseite von ArcGIS Online (http://www.arcgis.com/home/signin.html) aufgerufen und die Anmeldung des Organisationskontos durchgeführt. Nach der Anmeldung kann unter „Eigene Inhalte“ kontrolliert werden, ob der Service auch wirklich hochgeladen wurde (siehe Abb. 8.14). Auf dieser Seite werden alle Inhalte der eigenen Organisation aufgelistet, hierbei werden sie in „Web Maps“, „Service Definitionen“ und „Features“ unterteilt. Der in Abbil- dung Abb. 8.14 rot markierte Bereich stellt den Umfang des soeben eingerichteten Services dar.

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Abb. 8.14 Eigene Inhalte ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014

Der einfachste Weg den erstellten Service für andere Nutzer zugänglich zu machen, besteht darin, eine Gruppe zu erstellen und die gewünschten Anwender zu dieser Gruppe hinzuzufü- gen. Das Bereitstellen einer Gruppe lässt sich in ArcGIS Online über den Menüpunkt „Eigene Gruppen“ à „Gruppen erstellen“ bewerkstelligen (siehe Abb. 8.15).

Abb. 8.15 Eigene Gruppen ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014

Im sich nun öffnenden Fenster wird der Name der Gruppe bestimmt sowie eine Zusammen- fassung als auch eine Beschreibung der Gruppeninhalte eingefügt (siehe Abb. 8.16). Im darauf folgenden Teil der Seite können Tags, die den Umfang der Gruppeninhalte grob umrei- ßen, festgesetzt werden. Der mit dem Titel „Status“ versehene Bereich bestimmt, welche Nut- zergruppen von ArcGIS Online diese Gruppe suchen beziehungsweise finden können. Dieser Bereich teilt sich in „Privat“, „Organisation“ und „Öffentlich“. Des Weiteren kann eingestellt werden, ob sich Nutzer für diese Gruppe bewerben können oder sie zu dieser Gruppe eingeladen werden müssen. Bezüglich der erstellten Gruppe wird der Status rein auf die Organisation 139

beschränkt und ist somit für Außenstehende nicht existent. Außerdem wurde der Kreis der User, die an der Gruppe mitwirken können, auf alle Mitglieder ausgeweitet, da es in diesem Fall nicht sinnvoll ist, dass nur der Gruppenbesitzer auf sie zugreifen kann (siehe Abb. 8.17).

Abb. 8.16 Gruppe Erstellen ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014

Abb. 8.17 Tags und Einstellungen der Gruppe ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014

Nachdem die Gruppe erstellt wurde wird über den Menüpunkt „Karte“ das zum Projekt passende Kartenmaterial bereitgestellt. Über die Schaltfläche „Hinzufügen“ à „Layer suchen“ gelangt der Benutzer zu allen verfügbaren Features, die in die Karte miteinfließen können (siehe Abb. 8.18). Im ersten Schritt werden die erstellten Features „MA_Semriach“ hinzuge-

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fügt, danach erfolgt ein Klick auf die Hintergrundkarte „World_Topo_Map“ (siehe Abb. 8.19).

Abb. 8.18 Layer suchen ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014

Abb. 8.19 Layer hinzufügen ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014

Durch diese Vorgehensweise gelangt man in die Detailbeschreibung der Basiskarte „World_Topo_Map“ und kann die Auswahlmöglichkeit „Als Grundkarte verwenden“ aussu- chen (siehe Abb. 8.20). Dieser Schritt ist nötig, um die vorab gespeicherte „World Topographic Map (for Export)“ als Ersatz für die Standardversion dieser Karte zu benutzen. Durch die Verwendung der World Topographic Map (for Export) wird dem User die Mög- lichkeit gegeben, Kartenausschnitte lokal abzuspeichern und Erhebungen offline auszuführen. ESRI stellt hierfür unterschiedlichste Basiskarten als Exportformat bereit, diese Karten werden als „Tiled Basemaps“ bezeichnet und können unter ESRI 2014H bezogen werden. Nach- dem nun alle Features und Daten in das Kartenbild eingefügt wurden, können noch die Sym- 141

bole der einzelnen Features individualisiert werden (siehe Abb. 8.21). Hierbei steht für Punkt- Features eine große Auswahl an unterschiedlichen Darstellungsformen zur Auswahl bereit. Linienhafte Features können hinsichtlich ihrer Farbe, Strichstärke und Erscheinungsform (durchgezogen, strichliert, strich-punktiert, etc.) modifiziert werden.

Abb. 8.20 Grundkarte wechseln ArcGIS Online, eigene Darstel- lung 2014

Abb. 8.21 Symbole ändern ArcGIS Online,

eigene Darstellung 2014

Nachdem das erstellte Kartenprojekt den individuellen Wünschen angepasst wurde, muss es gespeichert werden. Hierbei sollte ein möglichst verständlicher Titel gewählt werden. Des Weiteren fügt man das Projekt beschreibende Tags und eine kurze Zusammenfassung ein.

Abb. 8.22 Karte speicher ArcGIS online, eigene Darstellung 2014

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Für den grundsätzlichen Online-Gebrauch des Projektes fehlt nun nur mehr der Schritt der Freigabe, dies lässt sich über das Symbol bewerkstelligen. In Abb. 8.23 wird dargestellt, welche Einstellungen bei der Freigabe getätigt wurden. Das Projekt wurde nur innerhalb der Organisation „Semriach“ und ihrer Untergruppe „MA_Semriach“ freigegeben. Damit wird verhindert, dass außenstehende User Zugriff auf dieses Projekt und dessen Daten erhalten.

Abb. 8.23 Karte freigeben ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014

Sobald die Freigabe durchgeführt wurde, steht das Projekt zur Online-Benutzung bereit, um eine Offline-Benutzung zu gewährleisten, bedarf es einiger Einstellungen. Zuerst wählt man im Menüpunkt „Eigene Inhalte“ die Elementdetails der Web Map an (siehe Abb. 8.24).

Abb. 8.24 Elementdetails ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014 143

Innerhalb der Elementdetails führt der Menüpunkt „Bearbeiten“ zu den Eigenschaften der Web Map, in diesen Eigenschaften besteht nun die Möglichkeit, den Offline-Modus zu aktivieren (siehe Abb. 8.25).

Abb. 8.25 Eigenschaften Web Map ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014

Sollte bei der oben beschriebenen Vorgehensweise eine Fehlermeldung erscheinen, müssen die Elementdetails der dem Projekt zugewiesenen Features ebenfalls bearbeitet werden. Be- züglich der Eigenschaften dieser Features muss für einen Offline-Modus die Funktion „Syn- chronisieren“ aktiviert werden. Im Unterpunkt „Bearbeitung“ lässt sich festlegen, welche Ar- beitsschritte für die Editoren freigeschalten werden. Frei wählbar ist die Verfolgung der Bear- beitung, wobei es sich jedoch anbietet, diese Funktionen auszuwählen um einen Überblick über den letzten Bearbeiter zu erhalten (siehe Abb. 8.26). Anschließend kann der Offline- Modus der Web Map aktiviert und das Projekt durch den Nutzer lokal gespeichert werden.

Abb. 8.26 Eigenschaften Feature ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014 144

8.2 Einbindung der Daten in bestehende Projekte

Grundsätzlich stellt die Einbindung der erhobenen Geodaten in bereits existierende ArcMap- Projekte kein größeres Problem dar. Im Falle von ArcPad werden Shape-Files generiert, die für die weitere Verwendung in ArcMap gedacht sind und somit ohne zusätzliche Arbeits- schritte eingefügt werden können. Die GPX-Dateien, die durch das Garmin Oregon 400t erstellt werden, lassen sich nach der in Kapitel 7.6 beschriebene Konvertierung ebenfalls innerhalb von ArcMap anwenden. Bei der Verwendung der App „Collector for ArcGIS“ können die erzeugten Daten durch wenige Arbeitsschritte in ArcMap geöffnet werden. Nachdem die Anmeldung bei ArcGIS Online durchgeführt wurde, wählt man im Untermenü „Eigene Inhal- te“ die gewünschte Web Map aus. Durch klicken der Schaltfläche neben der Bezeichnung „Web Map“ lässt sich der Befehl „In ArcGIS for Desktop öffnen“ ausführen (siehe Abb. 8.27).

Abb. 8.27 Web Map in ArcMap öffnen, eigene Darstellung aus ArcGIS Online 2014

Nachdem die oben genannte Aktion ausgeführt wurde, öffnet sich ein Dialogfeld, in welchem vom Benutzer angegeben wird, dass das gewählte Karten-Package mittels ArcGIS File Hand- ler geöffnet werden soll (siehe Abb. 8.28). Anschließend werden die Daten heruntergeladen und eine Session in ArcMap gestartet, diese Session enthält alle Datensätze, wie sie auch in der ArcGIS-Online-Variante vorliegen (siehe Abb. 8.29).

Abb. 8.28 ArcGIS File Handler, eigene Darstellung aus ArcGIS Online 2014

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Die einzelnen Feature-Klassen können nun, falls benötigt, als Shape-Files exportiert werden und in bestehende Projekte einfließen oder die heruntergeladene Web Map wird als Grundla- ge für ein neues Projekt benutzt.

Abb. 8.29 Web Map Projekt in ArcGIS Desktop, eigene Darstellung 2014 9 Nachbearbeitung erhobener Geodaten

Aufgrund der Tatsache, dass sich diese Masterarbeit zu einem großen Teil auf die mobile Er- hebung von Geodaten unter Zuhilfenahme von GPS-Signalen bezieht, bedürfen diese Daten eines bestimmten Grades an Nachbearbeitung. Dieser Umstand entsteht vor allem durch die in Kapitel 3.9.3 beschriebenen Empfangsverhältnisse des GPS-Signals. Diese sind, wie bereits erwähnt, stark von der Satelliten-Verfügbarkeit als auch den topographischen Gegebenheiten abhängig. Als veranschaulichende Beispiele werden in den folgenden AbbildungenAbb. 9.1 bisAbb. 9.4 die Rohdaten als auch die nachbearbeiteten Daten des Juno SB und des Asus Memo angeführt. Die Datensätze stammen aus dem Erhebungsbereich der Kesselfallklamm, einem Bereich, der aufgrund seiner Topographie äußerst schwierige Bedingungen für den GPS-Empfang darstellt. Dieser Umstand spiegelt sich in den Abbildungen durch zum Teil stark springende Positionsangaben wieder.

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Abb. 9.1 Juno SB Rohdaten, Abb. 9.2 Juno SB Daten bereinigt,

eigene Darstellung 2014 eigene Darstellung 2014

Abb. 9.3 Asus Memo Rohdaten, Abb. 9.4 Asus Memo Daten bereinigt,

eigene Darstellung 2014 eigene Darstellung 2014

Die hierbei entstandenen Datenfehler müssen im Prozess der Datennachbearbeitung berück- sichtigt werden und manuell entfernt werden. Sollten die Datensätze in späterer Folge in kar- tographischen Darstellungen oder GIS-Projekten Anwendung finden, welche ein optisch an- sprechenderes Bild verlangen, sollten weitere Schritte der Linienglättung und Punktentfer- 147

nung in Betracht gezogen werden. Hierfür stehen in ArcMap verschiedenste Arbeitsschritte wie etwa „Smooth Line“ oder „Simplify Line“ und deren Unterfunktionen zur Verfügung. Es wurde jedoch im Zuge dieser Masterarbeit auf diese Arbeitsschritte keine Rücksicht genommen und die Datensätze rein manuell bearbeitet. Um dies zu bewerkstelligen, muss innerhalb von ArcMap für die zu bearbeitenden Daten eine Editing-Session gestartet werden. Sobald diese gestartet wurde, können die fehlerhaften Einträge über die Funktion „Point-Remove“ entfernt werden. Es sollte bei der Bearbeitung der Datensätze jedoch darauf geachtet werden, dass kein zu hoher Datenverlust entsteht und das Erscheinungsbild der erhobenen Daten nicht verfälscht wird.

10 Visualisierung der Daten

Grundsätzlich bestehen für die Visualisierung von Geodaten auf mobilen Endgeräten verschieden Möglichkeiten, dieses Kapitel versucht in den folgenden Absätzen einen kleinen Überblick darüber zu geben. Einerseits lassen sich Geodaten, die als Shape-File vorliegen, mittels ArcPad und Collector for ArcGIS anzeigen, jedoch besteht hierbei auch immer die Möglichkeit der Bearbeitung. Da diese Möglichkeit nicht immer gewünscht wird, können die Geodaten auch mit der ArcGIS-App für Android/iOS oder über eine Web-Anwendung angezeigt werden. Die ArcGIS-App für Android/iOS greift hierbei auf die Kartendienste von ArcGIS Online zurück, Web-Anwendungen hingegen werden direkt in ArcGIS Online erstellt. Nachdem in Kapitel 8.1 die Erstellung eines Projektes genau betrachtet wurde, widmen sich der nachfolgende Abschnitt der Anfertigung einer Web-Anwendung aus dem bestehenden Projekt heraus. Um dies zu bewerkstelligen, wird innerhalb von ArcGIS Online die Kategorie „Eigene Inhalte“ aufgerufen und das gewünschte Projekt geöffnet. Nun steht es dem Benutzer frei, einzustellen, welche Karteninhalte in die Web-App miteinfließen sollen. Sobald diese Auswahl getroffen wurde, kann die Freigabe-Schaltfläche aktiviert werden und der Befehl „Webanwendung erstellen“ ausgeführt werden (siehe Abb. 10.1). Das anschließende Dialogfeld zeigt die verschiedenen Arten der Web-Anwendungen auf. Manche der Web-Apps stellen reine Viewer dar, während andere auch über Bearbeitungsfunktionen verfügen (siehe Abb. 10.2). Nachdem eine Web-Anwendung gewählt wurde, kann diese veröffentlicht und gespeichert werden, hierbei gilt es wieder einen treffenden Namen, passende Tags und eine kurze Beschreibung anzugeben.

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Abb. 10.1 Freigabe als Webanwendung, eigene Darstellung aus ArcGIS Online 2014

Abb. 10.2 Web-Apps ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014

Nach der Veröffentlichung kann die Web-App noch hinsichtlich ihres Erscheinungsbilds im Netz konfiguriert werden. Sobald diese Änderungen gespeichert wurden, steht die Web-App im Bereich „Eigene Inhalte“ auf ArcGIS Online zur Verfügung. Durch die Funktion „Ele- mentdetails“ anzeigen (siehe Abb. 10.3) kann nun noch die Freigabe geändert werden, in diesem Fall wird die Freigabe nicht nur auf die Organisation beschränkt, sondern wird als öffent- liche Anwendung freigegeben.

Abb. 10.3 Elementdetails Web-App ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014 149

Als Beispiel, wie eine solche Web-Anwendung dann in einem Browser dargestellt wird, dient Abbildung Abb. 10.4, sie zeigt eine Web-App des erstellten Projekt aus Kapitel 8.1, der Gemeinde Semriach.

Abb. 10.4 Web-App aus ArcGIS Online, eigene Darstellung 2014

Durch den Umstand, dass nicht alle mobilen Endgeräte beziehungsweise deren Software über die Auslegung verfügen, Shape-Files zu verarbeiten, bestehen weitere Arten der Visualisie- rung von Geodaten. Im Falle von Anwendern, die per Outdoor-Navigationsgerät auf die Da- ten zugreifen möchten, müssen die Daten vorab in GPX-Dateien umgewandelt werden. Hier- für bietet das Internet verschiedenste Softwarelösungen wie etwa ExpertGPS 2014, gpx2shp 2014 oder DNRGarmin 2014. Einige dieser Programme benötigen jedoch den Zwischenschritt von Shape-File auf KML, um danach aus der KML-Datei ein GPX-File zu generieren. KML- Files lassen sich in ArcMap über die Funktion „To KML“ der Conversion Toolbox erstellen. KML-Files selbst geben dem Benutzer die Chance, erhobene Daten in Google Earth einzubinden und darzustellen. Somit bietet auch Google Earth einen Weg der Visualisierung von Geodaten.

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11 Resümee und Schlussfolgerung

In diesem Kapitel wird die Umsetzung einer GPS-gestützten Erhebungskampagne unter Ver- wendung der in Kapitel 7.4 beschriebenen Softwarelösungen noch einmal genauer betrachtet und auf die jeweiligen Vor- und Nachteile eingegangen. Die zum Einsatz gekommenen mobilen Gerätetypen werden ebenfalls kritisch betrachtet und auf ihre Eignung hin untersucht. An- schließend wird die Frage geklärt, wie hoch der Nutzwert mobiler GIS für Erhebung, Mana- gement und Visualisierung von Geodaten für KMU eigentlich ist und ob es sinnvoll ist, diese Methode der Datenerhebung in Betracht zu ziehen (vgl. Kapitel 11.1).

11.1 Diskussion der Ergebnisse

Im einleitenden Kapitel 1 wurde der grundsätzliche Ablauf einer Erhebungskampagne aufgezeigt. Diese verläuft meist ohne technische Hilfsmittel, wie etwa GPS-gestützte Daten, und wird rein über Kartenmaterial, auf welches handschriftliche Vermerke eingetragen werden, durchgeführt. Aufgrund des derzeitigen technischen Standes wirft diese Masterarbeit die Fra- ge auf, ob eine Erhebungskampagne mittels mobiler, GPS-fähiger Endgeräte nicht einen hö- heren Nutzwert erzielen würde als die klassische Methode. Des Weiteren wird jedoch auch betrachtet, welche Nachteile beziehungsweise Hindernisse sich durch diese Art der Erhebung für den Anwender ergeben. Hierfür wählte der Autor dieser Masterarbeit verschieden Geräte- klassen und Softwarelösungen aus, um einen möglichst genauen und umfangreichen Einblick in die Materie zu erhalten. Es wurden im Bereich der mobilen Endgeräte von spezialisierten Geräten wie dem Trimble Juno SB über Outdoor Navigationsgeräte wie dem Garmin Oregon 400t bis hin zu normalen Tablets wie dem Asus Memo fast alle Gerätetypen aus Kapitel 4 eingesetzt und auf ihre Eignung hin geprüft. Das soeben erwähnte Trimble Juno SB stellt unter den zum Einsatz gekommenen Geräten jenen Typ dar, der am besten für eine Erhebungskampagne geeignet sein sollte. Diese An- nahme entsteht aus dem einfachen Grund, dass das Juno SB von Trimble genau für diese Aufgabe entwickelt wurde. Wenn man von den Grundvoraussetzungen wie Robustheit, Was- serdichtigkeit, welche durch die Otterbox noch einmal erhöht wurden, und dem verwendetem Softwarepaket (ArcPad) ausgeht, trifft dies auch zu. Jedoch zeigte sich bei den Erhebungen, dass das Juno SB trotz seiner Positionierung am Markt nicht uneingeschränkt zu empfehlen ist. So ist zum Beispiel die verbaute Digitalkamera bei der Aufnahme von verorteten Fotos im Grunde sehr nützlich, doch dauert einerseits der Aufruf dieser Funktion innerhalb ArcPads eindeutig zu lange und andererseits benötigt die Digitalkamera bei der Aufnahme von Fotos in hoher Auflösung zu viel Zeit. Dies führt dazu, dass der Anwender durch die lange Aufnahme- 151

zeit das Bild verwackelt oder auf Bilder zurückgreifen muss, welche eine deutlich schlechtere Auflösung haben. Der GPS-Empfang des Trimble Juno SB war während der Erhebungen durchgehend gut, was von einem Gerät dieses Typs auch zu erwarten war. Jedoch sei erwähnt, dass Geräte wie das Asus Memo ein vergleichbares beziehungsweise zum Teil sogar besseres Ergebnis bezüglich des GPS-Empfangs erzielten. Dies mag einerseits auf die aktuelle Emp- fangstechnik des Asus Tablets zurückzuführen sein, jedoch stellt dieses kein für die Geoda- tenerhebung gedachtes Gerät dar. Nicht unerwähnt sollte das Display des Juno SB bleiben, welches im Außeneinsatz nicht überzeugen konnte und bereits bei leicht diffusem Licht nur schwer ablesbar war. Abschließend zum Trimble Juno SB ist festzuhalten, dass die verwendete Otterbox, wie oben erwähnt, zwar Vorteile für die Robustheit und Wasserdichtigkeit bringt, jedoch gleichzeitig zu einer Verschlechterung der Bedienbarkeit des Touchpads führt. Der zweite Vertreter der Handheld-GPS-Empfänger, neben dem Trimble Juno SB, stellt das Garmin Oregon 400t dar. Es ist dank seiner robusten Ausführung, Wasserdichtigkeit und kompakten Abmessungen sehr gut für den Einsatz im Gelände geeignet. Selbst das Display konnte bei den Erhebungen überzeugen. Auch der GPS-Empfang des Garmin Oregon 400t war, abgesehen von einigen Ausreißer-Werten, sehr gut und konnte auch in schwierigen Emp- fangssituationen noch akzeptable Daten bereitstellen. Die Nachteile des Garmin Oregon 400t liegen jedoch in seiner GIS-Tauglichkeit. Aufgrund seiner Auslegung als Outdoor- Navigationsgerät ist es dem Nutzer nicht möglich, eigene Karten, Layer oder Luftbilder zu verwenden. Des Weiteren ist die Anwendung echter GIS-Funktionen nicht gegeben und dem User steht zur Geodatenerhebung nur die Aufzeichnung eines Tracks zur Verfügung. Da die erhobenen Tracks als GPX-Dateien gespeichert werden, müssen diese im Postprocessing erst in Shape-Dateien konvertiert werden (siehe Kapitel 7.6), um in ein GIS-Projekt einfließen zu können. Außerdem besteht mit dem Garmin Oregon 400t nicht die Möglichkeit, Fotografien im Gelände aufzunehmen und diese zu verorten. Das Garmin Oregon 400t stellt also für die Erhebung von Geodaten nur eine Notlösung dar. Als Vertreter für Tablets und Smartphones wurde das Asus Memo Tablet für die Erhebungs- kampagnen ausgewählt. Es stellt ein handelsübliches Tablet dar, welches in seiner Grundaus- legung eher im Entertainmentbereich angesiedelt ist. Dies zeigt sich vor allem durch sein im Gelände nur schwer ablesbares, weil verspiegeltes, Display und die nicht für den Außenein- satz gedachte Bauweise. Das Asus Memo ist weder sehr robust gebaut noch weißt es irgend- einen Schutz gegen Feuchtigkeit auf. Die Abmessungen des Tablets fallen für den Einsatz im Gelände zu groß aus, dieser Umstand verleitet zum Transport in Rucksäcken oder anderen Taschen. Dadurch wird jedoch der Arbeitsablauf bei der Aufnahme von Fotos oder der Kon-

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trolle des zu erhebenden Tracks stark behindert. Als positiv erwies sich die Größe des Asus Memo hinsichtlich der Darstellung. Durch das große Display sind die angegeben Werte und Eingabefelder leichter zu erkennen als auf den kleineren Handheld-GPS-Empfängern. Als äußerst positiv erwies sich der GPS-Empfang des Asus Memo Tablets, er blieb auch in schwierigen Abschnitten der Erhebungskampagne sehr konstant und produzierte nur sehr geringe Fehlerwerte. Im Vergleich mit den anderen, auf Geländeeinsätze spezialisierten, Geräten wies es gleichwertige, teilweise sogar bessere Empfangsqualitäten auf. Dieser Umstand lässt sich darauf zurückführen, dass das Asus Memo das mit Abstand aktuellste Gerät der Erhe- bungskampagnen darstellt und somit über die neueste GPS-Empfangstechnologie verfügt. Die in das Gehäuse des Tablets integrierte Digitalkamera lässt sich sehr schnell aufrufen und generiert Fotografien in guter Auflösung. Diese Aufnahmen lassen sich durch das eben erwähnte GPS-Modul auch mit Koordinaten versehen. Auch wenn sich das Asus Memo Tablet bei den Erhebungen als positives Gerät präsentierte, ist es auf Grund seiner Bauweise und des im Ge- lände schwer ablesbaren Displays nur bedingt zur Erhebung von Geodaten geeignet. Abschließend ist zur Thematik der mobilen Endgeräte festzuhalten, dass keines der verwendeten Geräte restlos überzeugen konnte. Hinsichtlich des Einsatzes im Gelände sowie der mög- lichen GIS-Funktionalitäten sind im professionellen Bereich sicherlich Handheld-GPS- Empfänger wie das Trimble Juno SB die erste Wahl. Jedoch stellen moderne Tablets und vor allem Smartphones eine gute Alternative dar. Dieser Umstand macht sich insbesondere dann bemerkbar, wenn die Erhebungen von Anwendern durchgeführt werden, die keinen oder nur einen geringen GIS-Bezug haben. Für diese Benutzergruppe würde die Anschaffung eines spezialisierten Handhelds, wie es das Juno SB ist, keinen Sinn machen und durch die Tatsa- che, dass aktuelle Smartphones um GIS-Apps wie den Collector for ArcGIS erweitert werden können, stellt diese Kategorie sicher den am besten geeigneten Gerätetyp dar. Nachdem die einzelnen Gerätetypen behandelt wurden, folgt nun eine Zusammenfassung über die verwendeten Softwarelösungen. Hierbei fanden vor allem ESRI-Produkte, wie ArcPad, ArcMap und die App „Collector for ArcGIS“ Anwendung. Des Weiteren wurden die App „Locus Map Free Outdoor-GPS“ und die Garmin-eigene Software benutzt. Die Garmin-Software stellt, wie bereits bei der Betrachtung des Garmin Oregon 400t erwähnt, die am schlechtesten geeignete Lösung dar. Durch die Tatsache, dass die Erhebung von Geodaten nur über das Mittracken der zu erhebenden Strecke möglich ist und die Vergabe von Attributen entfällt, stellt diese Software nur eine Notlösung dar. Durch die fehlende Inter- netverbindung agiert die Garmin-Software bei der Erhebung nur in einem Offline-Modus. Somit müssen die Daten über einen Desktop-PC auf das Gerät beziehungsweise vom Gerät

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zurück auf den Desktop-PC übertragen werden. Wie bereits oben beschrieben, werden die Tracks als GPX-Datei gespeichert und erfordern eine Konvertierung, bevor sie in GIS- Programmen wie etwa ArcMap angewendet werden können. Im Falle der App „Locus Map Free Outdoor-GPS“ bestehen weitaus mehr Möglichkeiten auf die Erhebung der Geodaten Einfluss zu nehmen. Es wird dem User ermöglicht, die erhobenen Daten mit verorteten Fotografien zu versehen und auch die unterschiedliche Benennung einzelner Abschnitte ist möglich. Eine Attributvergabe im eigentlichen GIS-Sinn ist jedoch auch in diesem Programm nicht möglich. Die Daten werden im Fall der „Locus Map Free Outdoor- GPS“-App als GPX-Dateien abgelegt und müssen somit ebenfalls einer Konvertierung unterzogen werden. Vorteilhaft an der App ist die Tatsache, dass die Erhebung entweder in einem Online-Modus oder einem Offline-Modus durchgeführt werden kann. Bei der Verwendung des Offline-Modus ist eine lokale Speicherung des benötigten Kartenmaterials nötig, diese Funktion wird dem Nutzer jedoch durch die App bereitgestellt. Für eine Erhebungskampagne bei der die Aufnahme einfacher Linien- oder Punktfeatures im Vordergrund steht und keine hohen Ansprüche an die Attributvergabe gestellt werden, ist die App „Locus Map Free Outdoor-GPS“ ein durchaus probates Mittel. Sollten seitens des Anwenders höhere Ansprü- che gestellt werden, muss auf die Softwarelösungen von ESRI zurückgegriffen werden. Das oben genannte Produkt ArcMap stellt hierbei die schlechteste Variante dar, es besitzt zwar die umfangreichsten GIS-Funktionen, jedoch ist es in seiner Grundauslegung als Desk- top-GIS gedacht. Die Erhebung verläuft innerhalb von ArcMap über eine Tracking-Funktion, welche dem Anwender jedoch nicht die Möglichkeit bietet, verortete Fotografien an den Track anzufügen. Dies kann nur über separat aufgenommene Fotografien und die in Kapitel 7.8.1 beschrieben Toolbox durchgeführt werden. Im Vergleich zu ArcMap stellt ArcPad eine speziell für den Außendienst entwickelte Soft- ware dar. ArcPad umfasst alle benötigten GIS-Funktionalitäten und ermöglicht dem Nutzer ebenfalls die Aufnahme verorteter Fotografien. Durch die Tatsache, dass ArcPad für die Er- hebung von GIS-Features gedacht ist, können sowohl Punkt-, Linien- als auch Polygon- Features erhoben werden. Des Weiteren können diese Features vom Benutzer mit Attributen versehen werden. Durch vorab erstellte Attributtypen können mittels Drop-Down-Auswahl Eingabefehler seitens des Users gering gehalten werden. Aufgrund der Tatsache, dass es sich bei ArcPad um ein ESRI-Produkt handelt und ArcPad die benötigten Daten entweder aus einem Desktop-GIS wie ArcMap oder von einem GIS-Server bezieht, greift die Software auf Shape-Dateien zurück, somit ist eine Konvertierung der erhobenen Daten nicht notwendig. Als negativer Gesichtspunkt an ArcPad ist zu erwähnen, dass der Ablauf der Datenübertra-

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gung auf das Gerät beziehungsweise die für eine Datenerhebung nötigen Einstellungen ein gewisses GIS-Grundwissen voraussetzen und somit für weniger geschulte Anwender zu Schwierigkeiten führen können. ArcPad dient somit eher als Erhebungstool für GIS-Experten oder bedarf einer eingehenden Schulung der Anwender. Als am besten geeignete Softwarelösung befand der Autor die App „Collector for ArcGIS“. Die Projekte sowie die benötigten Daten können von einem Administrator mittels des ESRI- eigenen Portals „ArcGIS-Online“ erstellt und gesteuert werden. Hierbei können auch die Be- arbeitungs- und Zugriffsrechte bestimmt werden. Die App ansich ist leicht verständlich und bietet die für eine Erhebung wichtigsten Funktionen bezüglich der erhebbaren Featureklassen als auch der Attributvergabe. Vor allem die Attributvergabe kann durch vordefinierte Do- mains und Subtypes gut gesteuert werden, wodurch Fehleingaben seitens des Nutzers so gut wie ausgeschlossen werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, verortete Fotografien an die erhobenen Features anzuhängen. Die App „Collector for ArcGIS“ verfügt sowohl über einen Online- als auch einen Offline-Modus. Bei Verwendung des Offline-Modus kann der User die Daten lokal auf dem Tablet oder Smartphone abspeichern. Die nach der Erhebung erforderliche Synchronisation der App mit dem Server erfolgt, sobald das Gerät wieder über eine Internetverbindung verfügt und der User die Synchronisation bestätigt. Der größten Vor- teil der App liegen jedoch darin, dass sie einerseits sehr simpel aufgebaut ist und andererseits auf so gut wie allen gängigen Smartphones oder Tablets mit Android- oder iOS- Betriebssystem eingesetzt werden kann. Im letztgenannten Umstand liegt eine der größten Schwächen des vorab betrachteten ArcPad. ArcPad operiert nur unter Windows- Betriebssystemen, was zum Zeitpunkt der Verfassung dieser Masterarbeit nicht dem Stand der Technik beziehungsweise dem am häufigsten benutzten Betriebssystem auf Smartphones entspricht. Abschließend zur Thematik der Software ist festzuhalten, dass ArcPad zwar ein sehr umfangreiches Softwarepaket zur Erhebung und Bearbeitung von Geodaten darstellt, jedoch die App „Collector for ArcGIS“ sicherlich die einfacher zu bedienende und für Erhebungen, wie sie im Zuge dieser Arbeit durchgeführt wurden, absolut ausreichende Lösung ist. Negativ an der App ist jedoch zu erwähnen, dass für ihre Benutzung ein kostenpflichtiges Organisati- onskonto innerhalb von ArcGIS-Online benötigt wird. Nachdem nun die Gerätetypen und Softwarelösungen zur Erhebung und Bearbeitung von Geodaten betrachtet wurden, folgt nun eine kurze Schlussfolgerung bezüglich der Visualisie- rung. Hierbei stellt vor allem das Portal „ArcGIS-Online“ eine gute Möglichkeit dar, die Geodaten dem Nutzer zugänglich zu machen. Es bestehen verschiedenste Viewer, die in Internetbrowser

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eingebunden werden können. Des Weiteren kann über das Portal gesteuert werden, welche Inhalte dem Nutzer im Viewer angezeigt werden. Jedoch muss bei der Visualisierung nicht zwingend auf dieses ESRI-Produkt zurückgegriffen werden. Für die reine Darstellung von Wanderwegen auf Outdoor-Navigationsgeräten reicht die Bereitstellung der Daten als GPX- Dateien, die auf die Geräte geladen werden können. Sollte eine optisch aufwendigere und ansprechendere Lösung gewünscht werden, können die Daten als KML-Datei exportiert und in Google-Earth importiert werden. Diese Daten können dann auf mobilen Geräten wie Tablets oder Smartphones abgerufen werden. Abschließend sei gesagt, dass der Nutzwert mobiler GIS bei Erhebung, Management und Visualiserung von Geodaten durchaus als hoch einzuschätzen ist. Vor allem durch die Ver- wendung von GPS-Signalen zur Positionsbestimmung sowie vordefinierten Attributfeldern lassen sich Fehler seitens des Anwenders gering halten. Bezüglich der Anwendung von GPS- Signalen muss jedoch bedacht werden, dass diese je nach Empfangssituation und GPS- Chipsatz des Gerätes qualitativ stark schwankende Ergebnisse liefern können. Eine Nach- bearbeitung der mittels GPS-Signal erhobenen Daten sollte je nach benötigter Datenqualität in Betracht gezogen werden. Des Weiteren gilt es kritisch zu betrachten, ob es sinnvoll ist, komplette Wander- oder Radwegnetze mittels mobiler GIS zu erheben. Dieser Umstand ergibt sich vor allem durch den erheblichen Zeitaufwand, der für eine Begehung oder Befahrung eingerechnet werden muss, hier ist sicher die manuelle Digitalisierung die kostengünstigere und schnellere Variante. Im Falle der Bearbeitung und Aktualisierung bestehender Datensätze stellen jedoch die mobilen GIS eine durchaus gut geeignete Bearbeitungsmethode dar. Auf- grund des derzeitigen technischen Entwicklungsstandes am Sektor der mobilen Kommunika- tion, wird durch den Einsatz von Smartphones und Tablets in Verbindung mit GIS-Apps der Zugang zur Geodatenerhebung für viele Nutzer stark vereinfacht und somit einer breiten Be- nutzermasse zugänglich gemacht. Durch die anhaltende Weiterentwicklung dieses Bereiches ist zukünftig mit einer vermehrten und verbesserten Nutzung mobiler GIS zu rechnen.

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