Concept and implementation of Croatian Topographic Information System

Zvonko Biljecki

Fakultät für Mathematik und Geoinformation, Technische Universität Wien, 2007

1. Begutachter: Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Norbert Pfeifer, Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung, TU Wien

2. Begutachter: Prof. Dr.-Ing.mult. Gottfried Konecny, Institut für Photogrammetrie und Geoinformation, Universität Hannover, Deutschland

Motiv und Ziel dieser Doktorarbeit ist das Konzept und die Implementierung eines topographischen Informationssystems aus Sicht des aktuellen technologischen Standes der Photogrammetrie als Wissenschaft. TIS kann definiert werden (K. Kraus, Photogrammetrie, Band 3, Wien ,2000) als computerbasiertes System mit Datenverbindung zur Landschaft welche: erfasst und weiterverarbeitet, gespeichert und reorganisiert, modelliert und analysiert, sowie alphanumerisch und grafisch dargestellt wurde. TIS stellt sich, wie andere Informationssysteme, zusammen aus Datenbank und Anwendungssoftware.

In der Praxis wird mit übernommenen veralteten Implementierungen, in Form von vorhandenen Plänen aus Papier und unvollständigen digitalen Datensätzen mit heterogener Qualität, gearbeitet. Hier wird eine neue Herangehensweise erforscht und vorgeschlagen, die eine optimale Methode des Errichtens eines landesweiten digitalen topographischen Informationssystems darstellt, beginnend mit einem Entwurf. Diese Untersuchung wurde im Zusammenhang des Errichtens eines Informationssystems der Republik Kroatien erstellt.

Die Anwendung hoch entwickelter Technologien, des konzeptionellen Modellierens, der Normierung und der formalen Spezifikation von geometrischen und topologischen Darstellungen, beruhend auf dem Konzept einfacher und erfolgreicher Entwicklungen und Errungenschaften topografischer Informationssysteme, begleitet unter Berücksichtigung von Benutzerbedürfnissen, sind die grundlegenden Eigenschaften angewandter Methoden und Vorgehensweisen zur Lösung der beabsichtigten Aufgabe.

Diese Aufgabe beinhaltet das Erstellen des Konzepts eines topografischen Informationssystems sowie dessen Einführung, welche neben ihrem wissenschaftlichen Bestandteil ausdrücklich gekennzeichnet ist durch strenge organisatorische und praktische Aspekte. Die wissenschaftliche Komponente beinhaltet GML und objektorientiere Herangehensweise im Modellieren der Daten und der funktional orientierten Modellierungsmethode der realen Welt. Den Beweggrund hierzu liefert der Autor, der unterstützt wird von einer Vielzahl von Benutzern aus der höchsten staatlichen geodätischen Behörde, die zuständig ist für die Verwaltung und Fortführung geodätischer und raumbezogender Systeme im Sinne der Gesetzgebung zur hoheitlichen Vermessung und Verwaltung des Liegenschaftswesens. Dies war der erste Schritt zur Implemnetierung der Idee des Verfassers bezugnehmend auf das Einrichten eines modernen Geoinformationssystems.

Die folgenden Aktionen stellen nur die bedeutendsten verwirklichten Schritte zur Implementierung dieses topografischen Informationssystems dar, welche die umfangreichsten staatlichen Aktivitäten innerhalb der nationalen Infrastruktur räumlicher Daten der letzten zehn Jahren waren. Die vertragliche Vereinbarung umfasst Maßnahmen am ?Erstellen eines topografischen Informationssystems der Republik Kroatien ? CROTIS?, Aufstellen eines Teams zur Implementierung dieses topografischen Informationssystems mit angemessener Ausbildung und entsprechendem Expertenwissen, Erstellen eines Datenmodells in Zusammenarbeit der Endanwender, Erfassung der Daten bezüglich des erstellten konzeptionellen Modells und Etablierung einer topografischen Datenbank in Begleitung von hunderten bereits eingeführter neuer Projekte mit Blick auf die Aktivitäten bezüglich des Erstellens des CROTIS / STOKIS.

Das konzeptionelle Modellieren basiert auf die Anwendung der Abstraktion, d.h. auf der Grundlage der Methode, welche durch die Schwerpunktbildung entsteht, also des Erkennens von Ähnlichkeiten zwischen Objekten der realen Welt unter vorläufiger Vernachlässigung ihrer Unterschiede. Die Abstraktion wird verwendet, um das Abbild der realen Welt, der Objekte und ihren Verbindungen, zu zerlegen in eine Hierarchie von Abstraktionen, d.h. in die Kombination von Aggregationen und Generalisierungen. Sowie andere Geoinformationssysteme anderer Europäischer Staaten, berücksichtigt auch das Kroatische topographische Informationssystem ISO Standards als priorisierende Verpflichtung. Ziel ist es, Standards und Grundregeln für das Modellieren eines grafischen und alphanumerischen Kenzeichensystems herzustellen, welches für das Definieren, Strukturieren, Ersetzen, Kodieren, Umwandeln und Übertragen räumlicher Daten bestimmt ist. Geometrische und alfanumerische Daten bilden ein komplexes System, das in einer klaren und einfachen Art und Weise die Geometrie und die Topologie der geografischen Objekte darstellt. Die Komplexität ist bestimmt, definiert und abgeglichen mit den Anforderungen und Anwendungen der Benutzer. Die geoinformatisch funktional orientierte Vorgehensweise in CROTIS beschleunigt den Prozess der Umwandlung der Realität in die gewünschte Informationsform, und liefert ein gesamtheitliche Abbildung des erstellten Datenmodells in Form einer strukturierten Basis. Dieses Projekt gibt einen Überblick einer neuen Vorgehensweise zur räumlichen Informationsdarstellung und Verwaltung. Die Einrichtung eines funktionalen, nichtanalogen kartografischen Betriebes, ist die grundlegende Eigenschaft dieses neuen Konzeptes.

Traditionelle analoge kartografische Vorgehensweisen können in der Darstellung der Realität nicht die Erwartungen moderner Geoinformationssysteme und Standards erfüllen. Luftbilder mit klassischer Darstellung der Topografie liefern entweder unzureichende oder überflüssige Daten in Anbetracht aller Grundlagen und Standards der kartografischen Darstellung mit ausschließlichem Bezug auf analoge Objektdarstellungen. Außer dem ist ihre Struktur meistens ungeeignet um als integrierte Daten oder Basisdaten eines GIS weiterverarbeitet zu werden.

Funktional orientierte Abbildungen steigern, unter Berücksichtigung des konzeptionellen Modells, das Qualitätsniveau der Daten erheblich. Die Realität in all ihrer Komplexität kann nur unter Erkennung dieser Vielschichtigkeit in einem befriedigenden Maße dargestellt und informationsbezogen verarbeitet werden. Der grundlegende Leitfaden zur funktional orientierten Modellierung ist hervorzuheben. Dieser gibt der Darstellung und Erfassung der Daten und höheres Gewicht mit größerem Einfluss in der räumlichen Erschließung. Hauptverkehrsstraßen, sonstige Kommunikationswege, Gebäude und ihre grundlegenden Ansätze, sind wesentliche Objektklassen zur räumlichen Wirkungsweise.

Gegenwärtig ist CROTIS modernisiert und abgestimmt mit den aktuellsten ISO und OGC Standards um Prozeduren zur Distribution topografischer Daten, zum Zweck der Speicherung und des Datenaustausches, zu entwickeln, in welchen GML (Geography Markup Language) benutzt wird. Ein neue Herangehensweise des Datenmodellierens, ein neues Schema für den Datenaustausch und ein neuer Datenkatalog, wurden mit dieser Untersuchung herbeigeführt. Das Modellieren wurde zum Zweck der Verbesserung des Datenmodells gemäß den Standards getätigt, welche Methoden und Eigenschaften zur Ansicht der Objektmodelle und Objektmerkmale liefern. UML (Unified Modelling Language) wurde zur formalen Beschreibung des Datenbestandes benutzt. Das logische Datenmodell in UML ermöglicht die Implementierung eines GIS einschließlich der Datenbank. Die automatische Generierung eines GML Anwendungsschemas wurde aus dem UML heraus entwickelt. Die Datenbeschreibung ist im Datenkatalog beinhaltet, welche automatisch aus dem Datenmodell resultiert. Dies ist die ursprüngliche und einzige Lösung.

Das grundlegende Prinzip im Erstellen von CROTIS ist funktional orientiertes konzeptionelles Modellieren und formales Spezifizieren geometrischen und topologischen Modellierens auf konzeptioneller Ebene, das eine leichtere und erfolgreichere Entwicklung und Realisierung komplexer Geoinformationssysteme unterstützt. Diese wissenschaftlichen Vorgehensweisen wurden jüngst innerhalb einiger Workshops getestet und überprüft, welche organisiert wurden mit mehr als 30 der wichtigsten Nutzer. Diese Vorgehensweise, sowie die vollständige Kompatibilität mit ISO Standards, liefert eine vollständige und rasche Integration des Kroatischen Geoinforamtionssystems, als eine der wichtigsten Schnittstelle des NSDI, in Europäische (INSPIRE) und globale räumliche Dateninfrastrukturen. ?Die geoinformatische Vorgehensweise im Erstellen der Realität mit reduzierter Quantität weniger bedeutender Daten, mit gleichzeitiger Betonung ihrer funktionalen Notwendigkeit, begleitend durch die Nutzung objektorientierter Systeme und moderner informatischer Infrastruktur? entspricht den Merkmalen von CROTIS.