GeoWebServices

Potenzial besser nutzen

Die Stadt Wien bietet im Rahmen von Open Government Data (OGD) Geodaten der Wiener Stadtverwaltung in Form von Webservice-Schnittstellen an. Diese Dienste sind ein wichtiger Bestandteil der ViennaGIS Geodateninfrastruktur und stellen das Bindeglied zwischen den eigentlichen ViennaGIS Geodatenbanken (jener Ort, wo die Geodaten der Wiener Stadtverwaltung originär gespeichert und aktualisiert werden) und den Applikationen (Anwendungen, die zur Visualisierung, Abfrage und Analyse dieser Geodaten verwendet werden) dar. Diese Geowebservices sind, um in vielfältigen Anwendungen auf einfache Weise implementiert werden zu können, standardisiert.

Die Stadt Wien stellt folgende Webservices auf Basis der Open Geospatial Consortium (OGC) Standardisierung bereit:

Web Map Tile Service (WMTS)

Web Map Service (WMS)

Web Map Service (WMS) – GeoServer

Web Feature Service (WFS)

Vektor Tile Cache (VTC)

Icons

Koordinatensysteme und Projektionen

Web Map Tile Service (WMTS)

Darstellungsdienst GIS-Inhalte nach OGC-Standard WMTS 1.0.0

Das Web Map Tile Service ist ein Dienst, um Geodaten kachelbasiert hoch performant bereitzustellen. Er wird daher in der Regel überall dort verwendet, wo ein extrem schneller Kartenaufbau erforderlich ist beziehungsweise mit extrem hohen Zugriffszahlen zu rechnen ist. Technologisch greift der WMTS auf sogenannte Bildpyramiden zu. Diese bestehen aus, für konkrete fix vorgegebene Zielmaßstäbe vorgenerierten, Millionen von Bildkacheln; in der Regel mit einer Kachelgröße von 256×256 Pixeln. Die Kartenanwendung greift auf diese im Regelfall vorgenerierten Bildkacheln direkt zu, die Kartenvisualisierungsgeschwindigkeit wird maximiert. Da diese Kacheln im Regelfall 1:1 in der Anwendung visualisiert werden, müssen die Bildpyramiden bereits in der Zielkartenprojektion (zum Beispiel entweder Web Mercator Auxiliary Sphere oder Gauß-Krüger Projektion) vorliegen.

Web Map Service (WMS)

Darstellungsdienst GIS-Inhalte nach OGC-Standard WMS 1.1.1

Das Web Map Service ist ein Dienst, um Geodaten kartenbasiert direkt aus einer Geodatenquelle abzurufen. Mit Hilfe der vielfältigen WMS Parameter steuert Anwender*in/Programmierer*in, welche Geodaten in welcher Auflösung und welchem Kartenausschnitt abgerufen werden. Ebenso festgelegt wird Zielformat und Zielkartenprojektion. Der WMS ist demzufolge sehr flexibel und ermöglicht daher sehr hohe Gestaltungsfreiheiten. Der Vorteil liegt auch darin, dass die mittels WMS abgerufenen Kartenausschnitte immer auf der Aktualität der Originaldatenquelle basieren. Das Ergebnis eines WMS ist immer ein Rasterbild, auch wenn die Ausgangsdaten originär im Vektorformat vorliegen. Zu beachten ist, dass der WMS Zugriff aufgrund der Berechnung des Ergebnisbildes in Echtzeit, relativ hohe Anforderungen an die Webservice Infrastruktur und die vorgelagerten Geodatenbanken stellt und daher nur bedingt für hoch performante Massenzugriffe geeignet ist.

Web Map Service (WMS) – GeoServer

Darstellungsdienst GIS-Inhalte nach OGC-Standard WMS 1.3.0

Liefert eine Kartendarstellung von Geodaten der Stadt Wien im aktuellen Stand der Datenbank. Es stehen neben der Ausgabe in verschiedenen Bildformaten noch weitere Ausgabeformate, wie zum Beispiel KML zur Verfügung.

Web Feature Service (WFS)

Downloaddienst GIS-Inhalte nach OGC-Standard WFS 1.1.0

Das Web Feature Service ist ein Dienst, um Geodaten (im Vektorformat) in ihrer Originalausprägung abzurufen. Konkret bedeutet dies, dass die Geodaten nicht in „dumme“ Rasterbilder übersetzt werden, sondern sowohl die Koordinaten als auch die Attribute dieser Geodaten in einer strukturierten Form (in der Regel auf Basis standardisierter XML–Tags, zum Beispiel im Dateiformat Geography Markup Language, GML) übermittelt werden.
Dieses Service maximiert den Gestaltungsspielraum der Weiterverwendung der Geodaten. Beim Abrufen von sehr großen Geodatenbeständen bedarf es aufgrund der rasch anwachsenden und zu übertragenden Datenmenge intelligenter Filter. Sollen die mittels WFS abgerufenen Geodaten kartographisch visualisiert werden, muss eine entsprechende Visualisierungsvorschrift erstellt werden, da die kartographische Repräsentation nicht Bestandteil der WFS Spezifikation ist. Der WFS eignet sich daher ideal zum Abfragen von zu den Geodaten gespeicherten Informationen/Attributen beziehungsweise zum Herunterladen eines Geodatensatzes.

Download bei großen Geodatenbeständen

Bei sehr großen Geodatenbeständen wie beispielsweise der Realnutzungskartierung oder dem Baumkataster sind die bei der Datensatzbeschreibung angeführten Links zu den Downloadservices mit Parametern versehen, die nur einen kleinen Testausschnitt des eigentlichen Datensatzes abdecken. Beim Baumkataster ist dies beispielsweise der Parameter „maxfeatures=5“, bei der Realnutzung der Parameter der Gebietsausdehnung „BBOX“ (Bounding Box), der nur auf einen kleinen räumlichen Ausschnitt von Wien gesetzt ist.

Besteht der Wunsch den gesamten Bestand von Wien herunterzuladen, müssen diese Parameter vom Anwender in der URL modifiziert werden. Konkret ist der Parameter „maxfeatures“ wegzulassen beziehungsweise die „BBOX“ auf die Ausdehnung von gesamt Wien zu setzen. Konkretes Beispiel um Realnutzung 2005 von gesamt Wien als KML herunterzuladen:

Die URL dafür lautet (modifizierter BBOX-Parameter):

http://data.wien.gv.at/daten/geoserver/ows?
version=1.3.0&service=WMS&request=GetMap

&crs=EPSG:4326

&bbox=48.115,16.177,48.325,16.582

&width=1&height=1&layers=ogdwien:REALNUT2005OGD

&styles=&format=application/vnd.google-earth.kml+xml

Der WFS bietet eine Reihe von Parametern, die maximalen Gestaltungsspielraum zulassen. Beispiele:

Anhand des Beispieldatensatzes „Hundekotsackerlspender“ wird erläutert, wie auf einfache Weise unterschiedlichste Abfragen und Selektionen mit diesem Datensatz durchgeführt werden können. Beachten Sie, dass der gezielte Einsatz der folgenden Parameter speziell das Arbeiten mit sehr großen auf data.gv.at angebotenen Geodatensätzen massiv erleichtert.

Koordinatensystem / Kartenprojektion

Auf data.gv.at ist der Beispieldatensatz „WFS GetFeature (SHP Beispiel)“ angeführt, mit folgender Ressource: Hundekotsackerl EPSG:4326

Der Parameter EPSG ist für das Zielkoordinatensystem verantwortlich. EPSG:4326 bedeutet, dass der Datensatz im WGS84 System heruntergeladen wird.

Benötigen Sie die Geodaten aber beispielsweise im Landeskoordinatensystem Gauß-Krüger M 34, so müssen Sie lediglich den EPSG-Code auf 31256 ändern, also: Hundekotsackerl EPSG:31256

Benötigen Sie die Geodaten beispielsweise in der Web Mercator Auxiliary Sphere (das ist jene Projektion, mit der die basemap.at, Open Street Map oder Google Maps agieren), so müssen Sie lediglich den EPSG-Code auf 3857 ändern, also: Hundekotsackerl EPSG:3857

Hier geht’s zur Liste der EPSG-Codes: EPSG Geodetic Parameter Dataset

BoundingBox

Auf data.gv.at ist der Beispieldatensatz „WMS GetMap (GIF Beispiel)“ angeführt, mit folgender Ressource: Hundekotsackerl EPSG:31256 Karte

Sie möchten aber nicht wie in obigem Beispiel einen Kartenausschnitt von gesamt Wien, sondern nur von einem kleinen Ausschnitt, so bewerkstelligen Sie das mit dem BBOX-Parameter.

Im folgenden Beispiel wird nur der Bereich (Ecke links unten: 0,341000; Ecke rechts oben 640,341480) dargestellt: Hundekotsackerl EPSG:31256 Kartenausschnitt


Auflösung des Kartenausschnitts

Sie möchten beispielsweise den obigen Kartenausschnitt anstelle der Rasterauflösung 640×480 Pixel in Full-HD also mit einer Auflösung von 1920×1080 Pixel berechnen. Dazu müssen Sie die Parameter WIDTH und HEIGHT ändern und(!) auch die Koordinaten der BBOX diesem neuen Seiten-Höhenverhältnis anpassen:

Hundekotsackerl EPSG:31256 Kartenausschnitt groß

Selektion auf Objekte mit bestimmten Attributen

Sie möchten nicht den gesamten Datensatz als ESRI Shapefile herunterladen

Hundekotsackerl EPSG:4326

sondern beispielsweise nur jene Objekte vom 1. Bezirk. Dazu müssen Sie den Parameter „cql_filter=BEZIRK=‘01‘ setzen, wobei „BEZIRK“ ein Attribut in diesem konkreten Datensatz ist und ‚01‘ eine konkreter Wert im Attribut BEZIRK.

Hundekotsackerl EPSG:4326 1. Bezirk

Einschränkung auf einzelne Attribute

Sie möchten in obigem Beispiel nicht alle Attribute, die zu den Objekten gespeichert sind beziehen, sondern beispielsweise nur den Straßenamen, dann fügen Sie den Parameter PROPERTYNAME hinzu. Wichtig: das Attribut SHAPE müssen Sie jedenfalls zusätzlich anführen, wenn Sie die Koordinaten benötigen (zum Beispiel um ein ESRI Shapefile zu bekommen):

Hundekotsackerl EPSG:4326 Propertyname

Vektor Tile Cache (VTC)

Seit einigen Jahren gewinnt das neue Geodaten-Format Vektor Tile Cache (VTC) immer mehr an Bedeutung.  Es basiert so wie der Raster Tile Cache, der mittels WMTS publiziert wird, ebenfalls auf Bildpyramiden. Diese Bildpyramiden enthalten aber keine Rasterdaten, sondern Vektordaten. Technologisch basieren diese Daten auf der Mapbox 2.0 Spezifikation, ein OGD Standard ist für Ende 2022 angekündigt.

Die basemap.at ist der erste in Österreich im Rahmen von Open Government Data publizierte VTC, weitere VTCs werden im Laufe des Jahres 2022 folgen.

  • Hinweis: Auf der basemap.at Homepage gibt es eine Reihe an Anleitungen zur Integration von basemap.at in Anwendungen.

Icons

Die von der Stadt Wien erstellten und in den GIS-Applikationen der Stadt Wien integrierten Icons werden ebenfalls im Rahmen von Open Government Data angeboten:

Koordinatensysteme und Projektionen

Aufgrund der zunehmenden Bedeutung von globalen Betrachtungsweisen müssen Geodaten, die oftmals in landesspezifischen Koordinatensystemen vorliegen, in ein einheitliches europa- beziehungsweise weltweites Bezugssystem (WGS84) transformiert werden.

Im folgenden einige Hinweise zu den Koordinatensystemen:

  • Die Wiener Geodaten liegen im System MGI, GK M34 vor (EPSG:31256)
    (die Bezeichnung MGI geht auf das k.u.k. Militär-Geographische Institut zurück).
  • GNSS-Koordinaten (oftmals in handelsüblichen GPS-Empfängern angezeigt) werden üblicherweise im Bezugssystem WGS84 in Geografischer Länge und Geografischer Breite angegeben (EPSG:4326).
  • Für eine einheitliche Projektion von Geodaten in die Kartenebene nutzt die Stadt Wien im Rahmen von Open Government Data den Web-Standard „Web Mercator Auxiliary Sphere” (EPSG:3857).
  • Im Rahmen von INSPIRE (und damit für alle Geodaten der europäischen Verwaltungen) hat die EU das Bezugssystem ERTRS89 mit der Koordinatenprojektion „Universal Transverse Mercator“ (UTM) vorgeschrieben. Wien liegt in Zone 33 von UTM.

Warum verschiedene Bezugssysteme?

Die Erde ist in einer groben Annäherung eine Kugel mit einem Radius von rund 6.370 km. Will man diese Kugel oder Teile davon auf einer 2D-Karte darstellen, so sind 2 Schritte durchzuführen: Verkleinern und Plattdrücken (Die gekrümmte Kugeloberfläche verebnen). Das ist Aufgabe von Kartenprojektionen. Es gibt winkeltreue oder flächentreue Abbildungen oder Abbildungen, die einzelne Regionen optimiert darstellen. Die Erde ist aber keine Kugel, sondern infolge der Erdrotation und unterschiedlicher Masseverteilung nur ein „kugeliges Etwas“, das sich geometrisch durch ein an den Polen abgeplattetes Rotations-Ellipsoid ganz gut beschreiben lässt.

In Zeiten vor Globalisierung und einem geeinten Europa haben die einzelnen Landesvermessungen jeweils für ihr Landesgebiet ein bestanpassendes Ellipsoid errechnet und zur Basis ihrer Koordinatenbezugssysteme gemacht. Das erklärt die Vielzahl an unterschiedlichen Bezugssystemen, die ein Zusammenführen von Geodaten für globale Betrachtungsweisen verkompliziert.

(Nach wie vor stützt sich das Österreichische Landeskoordinatensystem auf das Bezugssystem MGI des k.u.k. Militär-Geographischen Institutes, Ellipsoid: Bessel, Projektion: Gauß-Krüger)

Mit dem Aufkommen der GNSS Satelliten wurde es erforderlich, die gesamte Erde in einem neuen einheitlichen Bezugssystem zu beschreiben, das im Vergleich zu vielen historischen Bezugssystemen wesentlich genauer (spannungsfrei) ist. Das World Geodetic System WGS84 wurde erschaffen. Mittels GNSS Technologie kann heutzutage jeder Punkt der Erde sehr einfach koordinativ bestimmt werden. Die neuen globalen Standards betreffend Bezugssystem und Abbildung ermöglichen eine vereinfachte und exakte Zusammenschau und Kombination aller Geodaten weltweit.

Weiterführende Informationen siehe BEV Transformator und in dieser Beschreibung.

Implementierungsvorschlag für eine Web-Applikation

  1. Mittels WMTS wird die Orientierungsgrundkarte performant bereitgestellt.
  2. Mittels WMS werden die kartographisch darzustellenden Geodaten als Kartenlayer ein- beziehungsweise ausgeblendet.
  3. Mittels WFS können die Eigenschaften der Geodaten abgerufen und weiterverarbeitet werden.

Weiterführende Informationen

Open Geospatial Consortium (englisch)