Freizeitrouting (Reitwege) aus Anwender- und Entwickler

Freizeitrouting (Reitwege) aus Anwender- und
Entwickler-Sicht – Umsetzung in www.regiofreizeit.de
Till ADAMS, Anja SIGESMUND und Hinrich PAULSEN
Zusammenfassung
In dem vorliegenden Beitrag wird der Einsatz eines innovativen Routing-Moduls am Beispiel des „Reit-Routings“ im Freizeitportal www.regiofreizeit.de, im Nordwesten Deutschlands vorgestellt. Dieses wird seit 2004 im Rahmen des Verbundprojektes „Geodateninfrastruktur in Nordrhein-Westfalen“ in regionaler Kooperation vom Kreis Recklinghausen und
der Stadt Bottrop ständig weiterentwickelt.
Das Reit-Routing in www.regiofreizeit.de ist sowohl inhaltlich als auch technisch (Open
Source Software PG-Dijkstra1 eine maßgeschneiderte und innovative Anwendung, welche
im Folgenden sowohl von Anwender- als auch Entwicklerseite gemeinsam vorgestellt werden soll. Erst im Verbund und durch enge Zusammenarbeit der verschiedenen Mitwirkenden kann ein benutzerfreundliches Projekt erstellt werden, welches dennoch alle aktuellen
technischen Möglichkeiten nutzt.
1
Einleitung
Der Einsatz von GIS- und Internettechnik ist in den letzten Jahren wesentlich benutzerfreundlicher und kostengünstiger geworden. So hat die Nutzung dieser Hilfsmittel im touristischen Bereich stark zugenommen. Beginnend mit der Visualisierung von touristisch
interessanten Punkten (points of interests „POI“) im Internet, über die Navigation mit Routenplanern wie google routenplaner bis hin zur Streckenaufzeichnung per GPS-Gerät,
wächst das Informationsangebot stetig. Diese Informationen zu bündeln und in verständlicher Art und Weise darzustellen, gewinnt zunehmend an Bedeutung.
Die Informationsbündelung wird am Beispiel des Reit-Routings in www.regiofreizeit.de im
Folgenden sowohl aus Anwender- als auch aus Entwicklersicht vorgestellt.
1.1
Freizeitinformationen – WebGIS und GPS-Tracks
Mit www.regiofreizeit.de werden seit 2004 Informationen zur Freizeit aus dem einwohnerreichsten Kreis Deutschlands, dem Kreis Recklinghausen im Internet publiziert. Die über
2000 POI bilden Freizeitinformationen aus den Bereichen Sport, Gastronomie und Kultur
ab. Alle Freizeitdaten werden in einer GIS-Datenbank (PostgreSQL/PostGIS) vorgehalten
und beinhalten Textinformationen, Links und Bilder zu den Freizeitobjekten. Die Pflege
1
Der Algorithmus von Dijkstra (nach seinem Erfinder Edsger W. Dijkstra) dient der Berechnung
eines kürzesten Pfades zwischen einem Startknoten und einem beliebigen Knoten in einem
kantengewichteten Graphen (Artikel Dijkstra-Algorithmus. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie.
Bearbeitungsstand: 26. Januar 2007).
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der Daten erfolgt online und dezentral von den Beteiligten 11 Städten. Im Kontext mit den
(per WMS2 hinzuladbaren) Hintergrundkarten (Luftbilder, Stadtplan u.v.m.) entsteht ein
detailliertes Bild über die Freizeitregion zwischen Emscher und Lippe.
Der Reitsport/ Reiten ist einer der thematischen Schwerpunkte des Freizeitportals. Dies
betrifft zum einen die Informationsquantität als auch die Informationsqualität.
Abb. 1:
Über 450 Reit-POI und ca. 280 Km ausgewiesene Reitrouten stehen dem Anwender in www.regiofreizeit.de zur Verfügung
Durch die Nutzung von GPS-Systemen, die für viele der ca. 14.000 Reit- und Pferdesportler im Kreis Recklinghausen immer selbstverständlicher wird, konnte vor allem im Bereich
des bewaldeten Naturschutzgebietes „Die Haard“ die nicht anspruchslose Orientierung damit extrem vereinfacht werden. Die Tracks3, die von ehrenamtlichen (Wander-)Reitern,
erhoben werden, bieten eine hervorragende Informationsbasis für ein Reitrouting.
1.2
Routing-Modul „Reitrouting“
Routing kann direkt mit „Lotsen“ oder „Wegewahl“ übersetzt werden und bezeichnet das
Festlegen von Wegen bei der Nachrichtenübermittlung über miteinander vermachte Netze.
Das Routing bestimmt den gesamten Weg durch das Netzwerk.
Im vorliegenden Kontext soll eine Möglichkeit geboten werden, dass Freizeitsuchende sich
durch Eingabe verschiedener Parameter automatisiert Routenvorschläge vom System berechnen lassen. Erst durch die individuelle Festlegung von Randbedingungen wird aber aus
der rein technischen Routenberechnung eines Weges von A nach B die individuelle Route,
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3
„Unter einem Web Map Service (WMS) versteht man die Internet-gestützte Veröffentlichung von
Karten innerhalb eines verteilten Geoinformationssystems (GIS) über eine Geodateninfrastruktur“ … (Artikel Web Map Service. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand:
7. Dezember 2006, Abgerufen: 23. Januar 2007).
„Ein Track Log (Wegaufzeichnung), häufig auch nur als Track bezeichnet, ist eine meistens mit
einem GPS-Gerät erstellte Aufzeichnung eines zurückgelegten Weges.“ … (Artikel Track Log. In:
Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 4. Januar 2007, abgerufen: 23. Januar
2007).
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in der sich der Anwender zum Einen selber wiederfindet und das Prinzip „der Weg ist das
Ziel“ optimal für sich repräsentiert sieht.
Vor diesem Hintergrund wurde ein individuelles Reitroutingmodul auf Basis von Open
Source Software entwickelt. Der Unterschied zu im Internet verfügbaren Routenplanern
(wie z.B. Google-Maps) liegt in der sehr individuellen Abfragemöglichkeit und natürlich
den individuellen Daten – ganz speziell zugeschnitten auf das Thema (Wander-)Reiten:
•
•
•
•
Routen mit „Hufeisen“ oder ohne „Hufeisen“
Wegwahl nach Belag (Kies, Sand, Wiese, Asphalt)
Darstellung von Gefahrenpunkten (Straßenkreuzungen, Brücken)
Routing nach Zeitbudget
Die Verknüpfung mit den 2000 vorhanden POI lässt eine Selektion von Attraktionen entlang des Weges zu. Die Erstellung der Route als PDF bietet zudem den Vorteil, dass auch
weitere Personen z.B. per weiter geleitete Mail an einem Routenvorschlag teilhaben
können.
Die Benutzerfreundlichkeit stand bei der Entwicklung im Vordergrund, da die Nutzung von
WebGIS und dort integrierten Routingsystemen für viele Anwender sicher nicht zur Routine gehört.
Diskutiert wird zudem die Möglichkeit, eigene Routen in das System einzuspielen bzw. die
gerechneten Routen auf ein mobiles Gerät zu exportieren und sich „leiten“ zu lassen.
1.3
Mehrwert durch Routing
Die Integration einer solchen Routinganwendung folgt dem in der Freizeitbranche immer
stärker hervortretenden Gedanken des Individualitätstrends, ganz dem Wandel zur
flexiblen, spontanen Gesellschaft folgend.
Dazu kommt eine allgemein zunehmende Mobilität (Wanderreiter aus den Niederlanden),
verbunden mit geringerer Ortskenntnis und damit wachsendem Bedürfnis nach detaillierten
Ortsinformationen. Diese „lokalen“ Informationen sind in der Internetplattform „Regiofreizeit“ vorhanden und werden aktuell durch zuständige Fachleute gepflegt. Damit ist die Anwendung selber letztenendes nur ein Weg, die vorhandenen Daten durch neue Outputmöglichkeiten zu veredeln.
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Technische Umsetzung
Das Routingmodul basiert auf der Erweiterung PG-Dijkstra, die 2005 von der Fa. Camptocamp als Erweiterung in das Datenbanksystem PostgreSQL implementiert wurde und die
auf dem Dijkstra1-Algorithmus basiert.
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2.1
Serversystem
Das Basissystem ist ein bei einem Internetprovides angemieteter Server mit dem Betriebssystem Ubuntu (Depper Drake), welcher komplett per Remote-Zugriff (SSH) eingerichtet
wurde. Wesentlichen Komponenten des Systems sind:
•
•
•
•
Apache Webserver 2 mit PHP 5
PostgreSQL 8.1 und PostGIS 1.1 und PgDijkstra v1.0
UMN Mapserver v.4.10
Mapbender v.24
Die genutzte Architektur hat sich in diversen Projekten als extrem stabil und sicher erwiesen. Zur Integration des PG-Dijkstraa-Moduls muß lediglich eine Bibliothek nachinstalliert
werden.
2.2
Datenbank & Datenaufbau
Als Datenbank wird das System PostgreSQL eingesetzt, dass mit der räumlichen Erweiterung PostGIS nicht nur die Geodatenhaltung erlaubt, sondern auch die Möglichkeit bietet,
räumliche Funktionen in einen Webclient zu verlagern.
PostgreSQL gehört seit Jahren zu den renommiertesten Datenbanksystemen aus dem Bereich der Open Source Software und wurde von terrestris bereits in vielen Projekten erfolgreich eingesetzt.
Die jeweiligen POI werden in einer einzelnen Tabelle vorgehalten, die inhaltliche Ausprägung wird über sogenannte Sichten4 verwaltet. Zur Unterstützung der Datenverwaltung
kommen die räumlichen Funktionen der PostGIS Datenbank zum Einsatz.
Die Daten wurden speziell für das Routing abgeändert und in ein sogenanntes KnotenKantenmodell5 umgewandelt. Besonders zu berücksichtigen ist die Tatsache, dass ein Abbiegen immer dann erlaubt sein darf, wenn zwei oder mehr Streckenabschnitte aufeinandertreffen. Daher musste beim Digitalisieren besonders auf Brücken und/oder Unterführungen
geachtet werden. Kreuzungen wurden durch eine Eingabe kurzer, aber die Richtung widerspiegelnder Abschnitte, durch eine attributive Kennzeichnung besonders behandelt. Weitere Eigenschaften der einzelnen Strecken wurden über attributive Eingaben zum Belag (z.B.
Schotter, Asphalt, Brücke) geregelt.
Diese Attribute schlagen sich direkt in der Funktionalität wieder, denn der Benutzer kann
bestimmte Streckenbeläge ausschließen bzw. eine Gewichtung derselben einstellen.
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5
Sicht oder View: In der Datenbank gespeicherte Datenabfrage, die wie eine Tabelle behandelt
wird.
Als Knoten werden Anfangs- und Endpunkte gerichteter Graphen, der sogenannten Kanten
bezeichnet. Dadurch entsteht eine Netzstruktur, in der alle Knoten über Kanten miteinander
verbunden sind.
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Abb. 2:
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Speziell für das Routing aufbereiteten Geodaten
Zu beachten ist dabei natürlich, dass das Netz genügend groß dimensioniert ist, damit technisch auch bei Ausschluss eines Streckentyps noch die Berechnung einer Alternativroute
möglich ist. Dies wäre im oben dargestellten Beispiel nicht der Fall.
2.3
PostgreSQL Erweiterung PG-Dijkstraa
Durch die von der Schweizer Firma camptocamp seit 2005 entwickelte PostgreSQLErweiterung Pg-Dijkstraa wird das Datenbankmanagementsystem PostgreSQL um eine
Funktion erweitert, die durch standardisiertes SQL angesprochen werden kann. Vorausgesetzt ist eine entsprechende Aufbereitung der Geodaten. Danach kann die Funktion „shortest-path“ durch Angabe eines Start- und eines Endpunktes angesprochen werden und liefert eine Strecke von Linienobjekten als Graphen zurück. Wie bereits oben erwähnt; berechnet der Dijkstra-Algorithmus lediglich den kürzesten Weg zwischen zwei Punkten.
Benutzt wird dabei eine so genannte „cost“ Spalte in den Attributen der Geodaten. Streng
genommen kann diese rein aus der Streckenlänge zwischen den einzelnen Teilstücken der
Strecke bestehen.
Da der Freizeitsuchende aber in aller Regel nicht von A nach B hetzen will, wurde die
Möglichkeit geschaffen, die Routenberechnung durch Eingabe von Zwischenpunkten sowie
Gewichtung oder Ausschluss von Streckentypen zu beeinflussen und somit individuell zu
gestalten.
3
Funktion
Der Benutzer setzt interaktiv mindestens einen Start- und einen Endpunkt in die Karte. Es
wird vom gesetzten Punkt der nächste Einstiegspunkt in das Wegenetz gesucht. Dazu wird
die einfache Distance-Funktion der PostGIS Datenbank genutzt.
Abb. 3:
Bestimmung des Einstiegspunktes in das Wegenetz
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Für den Benutzer wird dadurch die Bedienung komfortabler gestaltet, denn er kann auf der
Karte interaktiv bekannte Punkte anklicken.
Alternativ könnten zur Start- bzw. Zielpunktauswahl natürlich bekannte Wanderparkplätze
in einer Auswahlliste angeboten werden. Will man also bestimmte Steckenabschnitte
gewichten, also bevorzugen oder eher weniger berücksichtigen, so wird der entsprechende
Cost-Wert der Daten herab- bzw. hochgesetzt. Für die Datenbank erscheinen die
entsprechenden Streckenabschnitte dann „teurer“, d.h. weiter. Bei Ausschluss eines
bestimmten Streckentyps werden diese gar nicht in die Routenberechnung mit einbezogen.
Gerechnet wird letzten Endes aber dennoch nach kürzestem Weg zwischen zwei Punkten
bzw. bei Eingabe von Zwischenpunkten vom Start- zum ersten Zwischenpunkt und dann so
weiter bis schließlich zum Zielpunkt. Benutzt wird dabei der Eintrag „cost“ (Länge) der
einzelnen Streckenabschnitte.
Abb. 4:
Streckentypgewichtung
Die Visualisierung der Route (lila-farbige Linie in Abb. 5) erfolgt mit heutiger gängiger
OGC Standardisierung, indem dynamisch ein SLD-Filter erzeugt und die URL für das SLD
an den GetMap Request angehangen wird. Diese wird über die PHP-Session weitergegeben.
Jede Strecke wird sofort aus den aktuellen Daten neu berechnet, so hat der Benutzer immer
die Möglichkeit mit den verschiedenen Einstellwerkzeugen zu „spielen“ und so die für ihn
auch bei vorhandener Ortskenntnis attraktivste Strecke berechnen zu lassen.
Abb. 5:
Gerechnete Route zwischen Start- (blaue Fahne) und Endpunkt (rote Fahne)
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Eine weitere Möglichkeit der Streckenfindung ergibt sich durch das Modul „Zeitangabe“.
Der Benutzer gibt einen Startpunkt und anschließend einen Zeitrahmen, der ihm zur
Verfügung steht, an. Dies kann entweder durch Eingabe der Zeit in Kombination mit
Fortbewegungsmittel oder Angabe von Zeit und Fortbewegungsgeschwindigkeit erfolgen.
Das System berechnet daraufhin ein Ziel im Entfernungsrahmen von 2/3 der halben Strecke
(Strecke = Zeit × Geschwindigkeit).
In diesem Umkreis werden dann Ziele aus den vorhandenen POI identifiziert und angeboten. Durch die Auswahl eines Ziels wird die aufgrund der angegebenen Parameter
(Gewichtung, Ausschluss) optimale Strecke ermittelt und wie gehabt angeboten.
Letzten Endes wird dem Benutzer ein PDF zum Download angeboten (vgl. Abb. 6),
welches neben einer Übersichtskarte über die Route eine rudimentäre Wegbeschreibung
sowie eine Auflistung der innerhalb vom Benutzer angegebenen Reichweite um die
gerechnete Route liegenden POI beinhaltet.
An dieser Stelle laufen alle Informationen aus der Datenbank zusammen: Die gerechnete
Route, die Puffer-Funktion der Datenbank, Entfernungsberechnungen sowie die ebenfalls
in der Datenbank abgelegten POI.
Abb. 6:
Der berechnete Routenvorschlag wird als PDF zum Download angeboten
(Ausschnitt)
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4
Diskussion und künftige Weiterentwicklung
Ein wichtiger Faktor bei der (Weiter)Entwicklung des Freizeitportales ist sicherlich die
professionelle Beratung durch Fachleute, die auf den jeweiligen thematischen Sektor
spezialisiert sind.
Die Routinganwendung bezieht Ihr Potenzial aus dem darunter liegenden Datennetz. Das
einzelne Digitalisieren und Attributieren der ja durchaus schon an vielen Stellen vorhandenen Geodaten ist zeitaufwändig und teuer. Wünschenswert wäre hierfür eine Konfigurationsoberfläche, die Datenbankfunktionen nutzt, um vernetzte Linienobjekte aufzubrechen
und beispielsweise Kreuzungen automatisiert in die Geodaten einzutragen. Um das Potenzial eines Freizeitportals wie das von regiofreizeit weiter auszubauen, ist es sicherlich sinnvoll, künftig nicht nur Werkzeuge für verschiedensten Output zu generieren – so ist es beispielsweise denkbar, die gerechneten Routen zum Download in verschiedenen Formaten
gängiger GPS-Empfänger zur Verfügung zu stellen – sondern auch von hohem Interesse,
die individuellen Erfahrungen des Einzelnen der Gemeinschaft der Nutzer wieder verfügbar zu machen. Konkret bedeutet dies die Möglichkeit, eigene Routen in das System einzupflegen und diese beispielsweise über eine Portalseite zur Diskussion zu stellen.
Damit erwächst aus dem ursprünglich als reine WebGIS-Anwendung konzipierten Projekt
nach und nach ein Ü-Portal, welches die verschiedensten gängigen Internettechnologien
vereint und im Sinne einer einzelnen thematisch-inhaltlichen Ausprägung nutzbar zu machen. Damit wird auch konsequent dem Weg von Geoinformationssystemen aus der reinen
Anwenderecke hin zu breiten Anwendungen gefolgt – GoogleMaps und map24 haben es
vorgemacht.
Der Download von Routen soll in der nächsten Ausbaustufe Ende 2007 möglich sein. Diese
können beispielsweise im für gängige GPS-Geräte ladbaren „GarTrip“ oder anderen
ASCII-Formaten angeboten werden.
Internetverweise
www.regiofreizeit.de
www.terrestris.de
www.kreis-recklinghausen.de
www.gdi-nrw.org