Vorlesung 10: (Web-) Mapping

und er arbeitet für Google Maps:

»Eine gute Karte erzählt eine Menge kleiner Notlügen: Sie unterdrückt die Wahrheit, um den Benutzer das sehen zu lassen, was er sehen muß.«

- Mark Monmonier, How to lie with Maps, Chicago 1991

(Land-) Karten erfüllen mindestens drei Zwecke:

• Sie zeigen dem Leser, wo er ist.
• Sie zeigen dem Leser, wo er hingehen kann.
• Sie geben dem Leser einen Überblick über seine Umgebung.

Das kann durchaus eine virtuelle Umgebung sein:

Karten im Web erfüllen meist den letzten Zweck:

• Sie geben dem Leser einen Überblick über seine Umgebung.
• D.h. sie visualisieren Daten und Informationen, aber…

• …mit zunehmender Vernetzung mobiler Clients wird auch der Navigationsaspekt von Webkarten (wieder) in den Vordergrund rücken.

(Web-) Mapping (Visualisierung) besteht im wesentlichen aus folgenden Aufgaben:

• Beobachtungen quantifizieren (z.B. anhand von Satellitenbildern das Ausmaß von Waldschäden feststellen)
• Bobachtungen lokalisieren (z.B. wo sind die irakischen Waffenfabriken?)
• Beobachtungen und/oder Lokalisierungen visualisieren (z.B. Einfärbungen, Overlays)

Um geographische Daten im Web zu präsentieren sind mindestens folgende Komponenten erforderlich:

• ein Webserver (Apache oder ähnliches, kann auch gehostet sein)
• ein Web-Mapping-Server
• Geodaten
• geographische Metadaten

• MapServer (Open Source, designed für GIS-Anwendungen)
• GeoServer (Open Source, unterstützt die OGC-Protokolle WMS, WFS und WCS)

• Google Maps, Yahoo! Maps etc. (Satellitenbilder und Karten, kommerziell)
• SVG-Anwendungen (nicht wirklich Server, aber…)

• Google Earth (kommerziell, kann 3D)
• NASA World Wind (Open Source, ständig aktuelle Satellitenbilder, zur Zeit Windows only, kann ebenfalls 3D)
• uDig, das user-friendly Desktop Internet GIS (basiert auf dem Eclipse-Framework und unterstützt die OGC-Protokolle WMS und WFS)

Landesvermessung und Geobasisinformation Brandenburg (LGB)

…kann bis auf Straßenkarten-Ebene vergrößert werden.

• Extrem konfigurierbar
• Arbeitet mit vielen (Open Source) GIS-Tools zusammen
• Qualität der Karten ist von der Qualität der Geodaten abhängig (keine eigenen Geodaten/Karten)

GoogleMaps selbst gebaut:

OpenArialMap (OAM)

Die Karten des OpenStreetMap-Projekts (siehe nächste Folie) können bei Bedarf eingeblendet werden.

• JSP-basiert (läuft entweder hinter einem »eigenen« Server oder z.B. hinter einem Tomcat
• standardkonform – erfüllt die Open Geospatial Consortium (OGC) Spezifikationen Web Map Service (WMS 1.1.1), Web Feature Service (WFS 1.0) und Web Coverage Service (WCS)
• Beispiel für ein verteilter, selbstorganisierter, RPC-basierter (eher REST) Web-Service

Überraschung: Die S-Bahn Berlin kann jetzt Google Maps…

Jetzt auch mit topographischen Karten in Relief-Darstellung (aber – noch? – ohne Höhenlinien)

• Das gleiche exzellente Karten- und Bildmaterial wie bei Google Earth
• Einbinden in die eigene Webseite möglich
• Konfigurier- und erweiterbar via JavaScript-API und KML-Dateien

Mehr hier…

Das neue, Flash-basierte Yahoo! Maps mit FLEX-GUI:

TagMaps/WorldExplorer ist ein Yahoo! Maps-/flickr-Mashup, das es auch in einer Version zum Einbetten in die eigene Webseite gibt.

• Mittlerweile gutes Kartenmaterial für Europa, Bilder reichen (in Europa) noch lange nicht an Google Maps heran.
• In die eigene Webseiten einbauen und erweitern via Flash- und REST-API

Mit wenigen Klicks zu eigenen Overlays (auch zum Einbinden in die eigene Seite):

Berlin wird gelb:

• Gutes bis exzellentes Karten- und Bildmaterial für Deutschland (stammt aus den gleichen Quellen wie das Material bei Google)
• (Noch) keine API, dh. Einbinden in die eigene Webseite nicht möglich
• Aber viele Features lassen sich durch Manipulation der URL anzeigen

OpenStreetMap

Im Vergleich: Der Alexanderplatz bei Google Maps:

OSM-Karten in die eigene Webseite einbauen:

<div id="map" style="width:460px; height:400px;">
<script type="text/javascript" src="http://www.deinserver.de/ol/OpenLayers.js"></script>
<script type="text/javascript" src="http://openstreetmap.org/openlayers/OpenStreetMap.js">
</script>
<script type="text/javascript">
  function Lon2Merc(lon) {
    return 20037508.34*lon/180;
  }
 
  function Lat2Merc(lat) {
    var PI = 3.14159265358979323846;
    lat = Math.log(Math.tan((90 + lat)*PI/360))/(PI/180);
    return 20037508.34*lat/180;
  }
</script>
<script type="text/javascript">
  var lon = 13.426837921142578;
  var lat = 52.48142115832729;
  var zoom = 13;
  var map = new OpenLayers.Map("map", {
  controls: [
    new OpenLayers.Control.KeyboardDefaults(),
    new OpenLayers.Control.MouseDefaults(),
    new OpenLayers.Control.LayerSwitcher(),
    new OpenLayers.Control.PanZoomBar()],
  maxExtent:
    new OpenLayers.Bounds(-20037508.34, -20037508.34,
			   20037508.34,  20037508.34),
    numZoomLevels: 18,
    maxResolution: 156543,
    units: 'meters',
    projection: "EPSG:41001"} );
 
  var mapnik_layer = new OpenLayers.Layer.OSM.Mapnik("Mapnik");
  var tah_layer = new OpenLayers.Layer.OSM.Osmarender("Tiles@Home");
  map.addLayers([mapnik_layer, tah_layer]);
 
  var x = Lon2Merc(lon);
  var y = Lat2Merc(lat);
  map.setCenter(new OpenLayers.LonLat(x, y), zoom);
</script>
</div>

Mehr hier…

Bundestagswahl 2005

Die Killerapplikation:

Aufgrund der politischen Situation sind weite Teile des Iraks mit exzellenten Luftbildern für Google Earth erschlossen…

…und wo nicht, kann mit Overlays nachtgeholfen werden:

Dabei kann man – im Gegensatz zu Google Maps, aber ähnlich wie im Yahoo! MapMixer – die Transparenz stufenlos regeln:

Mit Hilfe von SketchUp erstelltes 3D-Modell, eingebunden in Google Earth:

Ruckelt arg und noch sind nicht alle Gebäude da (so fehlt zum Beispiel die Kanadische Botschaft).

Und manchmal (f)liegen die Gebäude auch noch etwas in der Luft…

• Dank Googles Marktmacht Quasi-Standard
• Umfangreiche (Meta-) Datenbank
• Via KML leicht erweiterbar

Für viele Teile der Erde exzellentes und umfangreiches Karten- und Bildmaterial

• Import von GPS-Daten erst ab Plus-Version ohne Zusatztool
• Ressourcenhungrig
• Zugang zu WMS-Diensten nur über Zusatz-Scripte
• Kommerziell (Plus-, Pro- und Enterpriseversionen kosten Geld)

• Und so richtig scheint Google auch noch nicht zu wissen, woraus die Enterprise-Version besteht:
• Preis für F+E: ca. 200.000 €
• Lieferumfang: unklar

Die Open-Source-Alternative zu Google Earth:

Globus mit Markierungen für Waldbrände, Staubstürme etc.:

Overlay: Temperaturverteilung der Erde:

3D-Bilder: Mt. St. Helens, Washington:

• Große Menge von Geodaten der NASA (Ortsnamen nur in Englisch) [+]
• Kann direkt auf WMS-Dienste (»Web Mapping Service«) Dienste zugreifen [+]
• Scriptfähig (XML-Scripte und Add Ons via API) [+]
• Vielzahl von Add Ons (eine Reihe davon bietet die NASA selber an) [+]

• Zur Zeit Karten für Erde, Mond und Mars vorhanden [+]
• Projekt, Dokumentation etc. teilweise etwas chaotisch [-]
• Träge reagierender Server der NASA [-]

• Zur Zeit Windows Only [-] — eine Java-Version existiert allerdings schon in Anfängen
• Zukunft? (NASA hat eine Kooperation mit Google vereinbart) [?]

Eine Framework für eigene, auf NASA World Wind basierende Applikationen:

uDig: Google Earth selbstgemacht

• standardbasiert: »versteht« die OGC Webservices Web Map Service (WMS) und Web Feature Service (WFS)
• kann auch via Webservice Rasterdaten einlesen, wie zum Beispiel die Blue Marble- oder die Landsat-Karten der NASA
• kann Desktop- und Webdaten mischen
• in Java geschrieben, baut auf das Eclipse-Framework auf
• Internationalisierung?

Übersicht:

• (Open Source) GIS-Tools
• Google-Tools (JavaScript-API und KML)

Das…

muß nach das…

(Ideale) Anforderungen an eine Projektion:

• Winkeltreue (See- und Luftkarten)
• Flächentreue (Topographische Karten)
• Längentreue (Entfernungsmessung)

Mindestens eine von diesen Anforderungen muß bei einer Projektion von einer Kugel (einem Spheroid, einem Ellipsoid) auf eine Ebene verletzt werden.

Es gibt Unmengen von Kombinationen von Projektionen und Koordinatensystemen. Die gängigsten sind:

• NAD27 (Clarke 1886 Ellipsoid)
• NAD83 (GRS80 Ellipsoid) – Google Earth, Google Maps (EPSG:4269)
• NAD83 (UTM) (Universal Transverse Mercator Projektions)

NAD: North American Datum, EPSG: European Petroleum Survey Group

• GIS-Daten liegen in der Regel als Vektordaten vor, dh. als eine Sammlung von Koordinaten und Bezeichnungen
• Diese müssen oft mit Rasterdaten (Satellitenbilder und/oder Luftaufnahmen etc.) »gemapped« werden.

Übersicht:

• GDAL/OGR
• OpenEV und Landserf
• GRASS und Quantum GIS
• OpenJUMP
• PostGIS

Die »Geospatial Data Abstraction Library« ist eine Open Source Bibliothek für die Behandlung und Konvertierung geographischer Rasterformate.

• Unterstützung von über 40 unterschiedlichen Formaten
• Schnittstellen für C(++) und Python, Wrapper für Perl, Java etc.
• Kommandozeilen-Tools und -Utilities

Die OGR Simple Feature Library ist das Vektordaten-Pendant zu GDAL (und heute auch Teil der GDAL-Bibliothek):

• Unterstützung für mehr als 16 verschiedene Vektorformate
• Schnittstellen für C(++) und Bindings für Python, Wrapper für Perl, Java etc. in Vorbereitung
• Kommandozeilen-Tools und -Utilities

OpenEV ist eine Software-Bibliothek, um geographische Daten zu analysieren und zu visualisieren

• Bis auf einen Kernel in Python programmiert, kann mit Python erweitert werden; interne Scriptsprache ist ebenfalls Python [+]
• Hervorragendes Frontend für GDAL/OGR-Daten [+]
• Erhältlich für Windows, Linux, Solaris und SGI Irix (kein Mac OS X!) [-]
• Weiterentwicklung zur Zeit schleppend [-]

San Francisco zwei- und dreidimensional:

Die Alternative für Mac OS X:

GPS Import und SVG Output

• Landserf (frei wie Freibier) ist ein in Java geschriebenes »vollständiges« GIS für Linux, Windows, Mac OS X und alles andere, auf dem ein Java Runtime Environment läuft.
• Es beinhaltet einen großen Teil der Funktionen von GDAL/OGR und OpenEV, kann aber bei weitem nicht so viele unterschiedliche Formate bearbeiten.

OpenMap ist ein weiteres Java-basiertes Open Source GIS

Noch nicht getestet…

Sorry, aber das konnte ich mir nicht verkneifen. ;o)

Quantum GIS (QGIS) mit GRASS-Toolbox:

• GRASS (Geographic Resources Analysis Support System) ist eine umfangreiche Sammlung kleiner Kommandozeilen-Tools für geographische Raster- und Vektordaten
• Gibt es für Windows, Linux, Mac OS X und diverse Unixe

• Durch den modularen Aufbau (GRASS GIS ist eine unixtypische Sammlung vieler kleiner Programme) lassen sich einzelne Elemente einfach mit eigenen Applikationen unter einer Benutzeroberfläche verbinden.

Kommandezeile und Minimal-GUI unter MacOS X

GIS-Viewer für GRASS und PostGIS

• Freier Geodatenviewer mit zahlreichen GIS-Funktionalitäten.
• Er kann unter GNU/Linux, Mac OS X und Windows eingesetzt werden.
• Schnittstelle zu GRASS GIS und PostGIS
• (Interne) Skriptsprache: Python

OpenJUMP: Yet Another Desktop GIS

• Java-basiertes Vektor-GIS, das auch Rasterdaten lesen und als Layer darstellen kann
• Unterstützt die OGC-Standards GML, WMS und WFS
• Internationalisierung (z.B. Chinesische Zeichensätze?)
• SVG-Export

• PostGIS ist eine Erweiterung zur Speicherung und Verwaltung von Geodaten in der Open Source Datenbank PostgreSQL.

• kann mittlerweile auch mit geospatialen Daten und Funktionen umgehen, Funktionen sind aber bei weitem noch nicht so vollständig wie in PostgrSQL/PostGIS

Um vernünftig mit Geodaten arbeiten zu können, benötigt man (meine Empfehlung):

• GDAL/OGR (für die Konvertierung der Geodaten)
• GRASS und Quantum-GIS (für die Kartenerstellung)
• PostGIS (falls eine Datenbank benötigt wird)

Falls ein Server benötigt wird:

• MapServer (falls man alle Daten auf dem eigenen Server vorrätig hat)
• GeoServer (falls man geographische Webservices in Anspruch nimmt)

• Anatomie eines KML-Files
• Google Maps JavaScript API

Dieser einfache Marker soll hinzugefügt werden…

… das geschieht mit diesen wenigen Zeilen:

• ist eine proprietäre Erweiterung der GML (Geography Markup Language)
• Es ist möglich, Punkte, Linien, Polygone und Bilder zu definieren. Zugleich lassen sich bestimmte Parameter spezifizieren, wie zum Beispiel Betrachtungswinkel und -entfernung.
• Das Format KMZ ist eine komprimierte KML-Datei im Zip-Format. Sie kann von Google Earth direkt eingelesen werden.

in die eigene Webseite einbinden:

Um das zu erreichen…

… bauen wir im Header der Seite folgenden Code ein:

Und den API-Key nicht vergessen zu besorgen. ;o)

und im Body:

Und nette Overlays sind natürlich ebenfalls möglich:

…auch kollaborativ erstellte (Screenshot Wikimapia):

Spaß mit Google Earth: Neuköllner Maientage in der Hasenheide:

Singende, klingende Sonnenallee:

Mit dem Kajak über den Pazifik? Das machen wir doch jedes zweite Wochenende:

Noch mehr Spaß mit Google Earth: Google Sky

• Danke für Ihre Aufmerksamkeit!
• URL: www.cognitiones.de/doku.php/vorlesung_10

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