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Gewässerprofildatenbank Baden-Württemberg – ein zentraler Baustein im Werkzeugkasten wasser-wirtschaftlicher Fachanwendungen des Umwelt-

informationssystems Baden-Württemberg

Frank RASTETTER

Dieser Beitrag wurde nach Begutachtung durch das Programmkomitee als „reviewed paper“ angenommen.

Zusammenfassung

Die Vermessung der stehenden Gewässer und Fließgewässer mit Gewässerbett, baulichen Anlagen und Ausuferungsbereich bildet die Grundlage für wasserwirtschaftliches arbeiten und planen.

Neben der Erhebung ist ein entsprechend hoher Aufwand in der Speicherung und zur Ver-fügung Stellung der Daten zu betreiben. Ohne einen direkten Zugriff auf einen aktuellen Planbestand sind viele Fachanwendungen der Wasserwirtschaftsverwaltung Baden-Würt-temberg nur schwer realisierbar, Ergebnisse der Anwendungen entsprechend schlecht zu vermitteln.

1 Projekt Gewässerprofildatenbank

1.1 Entwicklung

Bereits 1999 wurde die FAW (Forschungsinstitut für anwendungsorientierte Wissensver-arbeitung der Universität Ulm) beauftragt, in der Wasserwirtschaftsverwaltung Baden-Württemberg die Gesamtmenge der vorgehaltenen Gewässerprofildaten und die Art der Datenhaltung zu erheben. Diese Übersichtserhebung ergab einen Bestand von mehr als 50.000 Profilen, davon zwei Drittel nicht EDV-technisch aufbereitet.

Als erster Schritt wurde deshalb die Erstellung eines zentralen Datenhaltungssystems be-auftragt, das der Sicherung der Altdaten dienen sollte. Dies sollte es im Zuge der Umorga-nisation der Wasserwirtschaftsverwaltung ermöglichen, jahrzehntealte Planunterlagen zu-künftig auf elektronischem Wege verfügbar zu machen. Um sowohl eine möglichst einfach Übernahme von Papierplänen mit lokalen Querprofilabwicklungen zu ermöglichen als auch eine inhaltliche Vorgabe für aktuelle Vermessungen zu bieten, wurden hier bereits in Grundzügen einheitliche Formatvorgeben entwickelt.

Entsprechend dem Anspruch, die Profile zumindest tabellarisch dem zugehörigen Gewässer zuzuordnen, war der Aufbau der Benutzeroberfläche strikt nach dem „Gewässerbaum“ der

Strobl, J., Blaschke, T. & Griesebner, G. (Hrsg.) (2012): Angewandte Geoinformatik 2012. © Herbert Wichmann Verlag, VDE VERLAG GMBH, Berlin/Offenbach. ISBN 978-3-87907-520-1.

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Fließgewässer Baden-Württembergs strukturiert; Suchfunktionalitäten waren genauso ru-dimentär wie Weiterbearbeitungsmöglichkeiten der gespeicherten Profile.

1.2 Aufgabe

Für die Erstellung der Hochwassergefahrenkarte Baden-Württemberg wurden ab 2005 in Ergänzung zum flächendeckend vorliegenden hoch aufgelösten DGM im 1-Meter-Raster der Landesvermessung terrestrische Querprofilvermessungen an rund 9.000 km Gewässer-strecke in Auftrag gegeben. Um diesem Datenumfang, etwa 200.000 Profile, gerecht zu werden aber auch um eine gemeinsame Datenhaltung mit Datenservice zur Verwaltung, Bereitstellung und Nutzung in weiteren Projekten und Anwendungen sicher zu stellen, mussten auf Basis der bisherigen Entwicklung drei grundlegende Anforderungen erfüllt werden:

zur vereinheitlichten Kommunikation zwischen der Landesverwaltung als Auftragge-ber und den Ingenieurbüros als Auftragnehmer wurde das auf die Bedürfnisse der Was-serwirtschaft abgestimmtes Datenformat WPROF erheblich weiter entwickelt.

um die Datensicherung und den Datenservice über die Laufzeit des Projektes und da-rüber hinaus zu garantieren wurde die zentralen Datenbank GPRO mit entsprechenden Import-/Exportfunktionen und normierten Schnittstellen zu weiteren Fachanwendun-gen ausgestattet.

im Gegensatz zu bereits auf dem Markt verfügbaren oder zur selben Zeit in Entwick-lung befindlichen Produkten wurde in GPro die Verwaltung zugehöriger Dokumente über die Verknüpfung zu den Profilen eingerichtet.

1.3 Austauschformat WPROF

Da in der Ingenieurvermessung kaum einheitliche Datenformate und Schlüssellisten zur Verfügung stehen, wurde ein landesspezifisches Austauschformat mit einer für die wasser-wirtschaftliche Aufgabe zugeschnittenen Schlüsselliste aufgestellt. Das Format musste so einfach strukturiert sein, dass mit allen gebräuchlichen Software kommuniziert werden kann und Konverter für häufig genutzte Anwendungen in Vermessung und Hydraulik er-stellt werden können. Die Schlüsselliste zur Kodierung von wasserwirtschaftlich interessan-ten Profilpunkten (z. B. Böschungskanten, Wasserspiegelanschnitt) konnte dagegen frei für die Fachaufgabe gewählt werden. Da sich hierbei eine übersichtliche Anzahl von Kodie-rungen ergab, können sämtliche Ingenieurbüros mit geringem Aufwand ihre bürospezifi-schen Schlüssellisten auf die WPROF-Vorgabe umwandeln.

WPROF kann im ASCII-Format, als TXT-File oder als EXCEL-Tabelle verwendet werden. Ein gängiges Vorgehen ist mittlerweile die Erstellung einer so weit als möglich vorausge-füllten ACCESS-Vorlage, die vom Auftragnehmer nur noch mit den Koordinaten und zu-gehörigen Schlüsseln gefüllt werden muss.

Durch die einfache Struktur und die Flexibilität bei notwendigen Erweiterungen konnte WPROF innerhalb kurzer Zeit als Standard in der Wasserwirtschaftsverwaltung Baden-Württemberg etabliert werden. Darüber hinaus wurde bereits in benachbarten Bundeslän-dern und in der Schweiz nach den Vorgaben von WPROF Vermessungen abgewickelt.

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Abb

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1.4 Sonderfall Bauwerksprofil

Besondere Aufmerksamkeit musste bei der Definition von WPROF auf Profile technischer Bauwerke gelegt werden.

Gewöhnliche Gewässerquerprofile können mit einem durchgehenden Linienzug wiederge-geben werden. Das Profil eines Bauwerks wird in hydraulischen Programmen meist als eine Kombination aus Gewässersohle, Deckprofil und einem oder mehreren Durchlässen wie-dergegeben.

Für die Hochwassergefahrenkarte Baden-Württemberg musste eine große Zahl an kleine-ren, nicht hochwasserfreien Brücken vermessen werden. Ein Brückenprofil umfasst mehre-re Linienzüge wie Gewässerprofil, Bauwerksunterkante, mögliche Unterzüge, Bauwerks-oberkante und Aufbauten. Diese Profilteile sind selbstständige Linienzüge, die nicht zwin-gend die exakt selbe Position in der Längsabwicklung des Gewässers einnehmen und in ihrer Vielfalt über die gängige Definition in hydraulischen Programmen hinausgehen. Hier-zu wurde der Typ „Verbundprofil“ definiert, der obwohl aus einzelnen eigenständigen Teilprofilen bestehend nur in vollständiger Kombination die Gegebenheiten exakt wieder-gibt.

1.5 Datenbank GPRO

Eine Datenbank für Vermessungen der Wasserwirtschaftsverwaltung Baden-Württemberg muss einerseits innerhalb des Umweltinformationssystem des Landes realisiert sein und damit innerhalb der geschützten EDV-Umgebung Landesverbundnetz, andererseits muss es den Dienststellen ermöglicht werden via Datenaustausch mit Ingenieurbüros zu kommuni-zieren.

Einzelnutzer, die die Profildaten im Rahmen ihrer Fachaufgaben weiterverwenden, finden sich in der Abteilung Wasser der LUBW, aber auch in den Regierungspräsidien, den Stadt- und Landkreisen und den Gemeinden. Sie verwenden das Berichtssystems Baden-Württem-berg mit der kartographischen Benutzeroberfläche DISY GISterm. Über die Kartensicht kann in den gewünschten Bereich navigiert werden, im Detailmaßstab können durch zu-spielen unterschiedlichster Fachdaten visuell Zusammenhänge erkannt werden und durch Selektion Datenbestände unterschiedlichster Herkunft verknüpft werden.

Neben diesen direkten Zugriffen auf die Profildatenbank wird über eine Dienstestruktur der Datenbankinhalt weiteren Fachsystemen bereitgestellt. Da innerhalb des Umweltinforma-tionssystems UIS einheitliche ORACLE-Datenbankstrukturen bestehen, ist eine einfache Schnittstellendefinition und damit der Datenaustausch zwischen unterschiedlichsten Fach-datenbeständen möglich. Beispielhaft sei hier das Fachinformationssystem Deiche genannt. Fachaufgaben mit einem engen Geometriebezug wie dies gerade bei Flussdeichen der Fall ist, profitieren enorm von der Anbindung von GPRO, nicht nur durch die Nutzung des landesweiten Bestandes an Profilvermessungen durch die HWGK für die eigene Fachauf-gabe sondern auch durch die Verdichtung dieses Datenbestandes durch eigene Vermessun-gen.

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Abb. 2: UIS-Berichtssystem (Quelle LUBW 2012)

Abb. 3: GPRO Datenbankschema (Quelle LUBW 2010)

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Über die Dienststruktur wird im Umweltinformationssystem Baden-Württemberg auch die Schnittstelle zu INSPIRE gewährleistet.

Zusätzlich zur eigentlichen Aufgabe „Datenbank“ wird über GPRO der Datenaustausch zwischen Dienststellen und Auftragnehmern durch eine Prüf- und Uploadfunktionalität für Vermessungsbüros, aber auch durch die Bereitstellung von Datenpaketen aus der Daten-bank in einem Downloadportal z. B. für hydraulische Berechnungen realisiert.

2 Erweiterte Funktionalitäten

Veränderungen im Gewässerverlauf und im Gewässerbett werden oftmals durch wiederkeh-rende Vermessungen im selben Profil nachvollzogen und dokumentiert. Aus diesem Grund wurde in GPro die Möglichkeit vorgesehen, Profile im Datenbestand zu „historisieren“. Dies bedeutet, dass ältere bereits vorhandene Profile aus der aktuellen Übersicht herausge-nommen werden und einem aktuellen Profil als „Vorgänger“ zugeordnet werden. Über das aktuelle Profil ist es möglich, die Vorgängerprofile aufzurufen und in einer gemeinsamen Querprofilansicht darzustellen; für eine Selektion im aktuellen Bestand sind die historisier-ten Profile jedoch nicht zugänglich.

Eine Besonderheit in GPro ist die Möglichkeit, zum Profil zugehörige Dokumente abzule-gen. Mittlerweile wird zu jeder Profilvermessung die Aufnahme zumindest eines Fotos des Gewässers mit beauftragt. Diese Fotos werden zusammen mit den Profilen und weiteren zugehörigen Dokumenten wie beispielsweise Querprofildarstellungen über das System bereitgestellt und bieten durch die Aktualität der Aufnahmen und die Vielzahl der Fotogra-fien einen unschätzbaren Informationszugewinn, nicht nur für den technischen Wasserbau. Da neben der Gewässervermessung z. B. auch zu jeder Probenahme am Gewässer die Auf-nahme eines Fotos beauftragt wird, entwickelt sich inzwischen eine eigenständige Foto-datenbank und Dokumentenanbindung. Diese kann fachübergreifend in Naturschutz und Gewässerkunde genutzt werden, zur Verschaffung eines ersten Eindrucks der vor-Ort-Situation aber auch als Grundlage für planerische und gestalterische Maßnahmen im Be-reich der Gewässer.

Als spezielle Präsentationsform wurde der Profilsteckbrief entwickelt, in dem abweichend von einer rein tabellarischen Sicht auf die Datenbank auf einer eigenen Seite zu den Sach-daten des Profils eine Übersicht sämtlicher zugehörigen Daten in einer Voransicht präsen-tiert wird.

Als Kartendienst kann der Zugang zu diesen Daten in gängigen WebViewern eingebunden werden, für die Landesverwaltung ist der Zugang über das Berichtssystem jedoch der gän-gige Weg.

Eine weitere Nutzungsmöglichkeit des Profilbestandes in GPRO ist die Exportfunktion für GOOGLE Earth, wobei dann die volle 3D-Funktionalität in GOOGLE Earth zur Verfügung steht.

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Abb. 4: Profilsteckbrief (Quelle LUBW 2012)

3 Zusammenfassung und Ausblick

Die Gewässerprofildatenbank GPro dient in der Wasserwirtschaftsverwaltung Baden-Würt-temberg sowohl als zentrale Datenhaltung als auch als Schnittstelle zu den Fachanwendun-

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gen. Als Vorgabe für die ausführenden Vermessungsbüros wurde das Austauschformat WPROF aufgestellt.

Als Besonderheit werden in GPro zu den Profilen zugehörige Dokumente wie z. B. Quer-profildarstellungen und Fotos abgelegt; in einer gemeinsamen Ansicht, dem Profilsteck-brief, werden diese Daten übersichtlich präsentiert.

Der Zugriff auf die Daten ist auch über das Berichtssystem, der zentralen Komponente zur Bereitstellung der Umweltdaten Baden-Württemberg, möglich; für den Datenservice Im-port/Prüfung/Export bieten entsprechende Dienste die Kommunikation mit externen Dienst-leistern.

Die ursprünglichen Anforderungen an WPROF und GPRO sind mittlerweile vollständig erfüllt. Es zeigt sich jedoch nun, dass sich das altbekannte System der profilbasierten Be-arbeitung auch in der Wasserwirtschaft langsam überholt hat. Neue Aufgaben wie die Ver-waltung von Punktwolken, Rastern oder Dreiecksvermaschungen aus lokalen terrestrischen Vermessungen, luftgestützten Laserscans oder auch Gewässerlotungen sind Anforderungen, die in WPROF und GPRO nachgeführt werden, um einen durchgehenden Datenfluss und eine garantierte Datensicherung gewährleisten zu können. Damit gehen auch neue Präsenta-tions- und Auswertungsformen einher wie 3D-Darstellung, automatisierte Volumenberech-nungen, Differenzbetrachtungen oder automatisierte Höhenlinienberechnungen nach frei wählbaren Äquidistanzen.

Aus den zu den Vermessungen beauftragten Fotos entwickelt sich eine eigenständige Bild-datenbank, hier wird in Zukunft davon ausgegangen, dass die Geokodierung der Fotos direkt in der EXIF-Datei, wie bei Kameras mit eingebautem GPS üblich, übergeben wird.

Literatur

HAASE, M. (1999), Auswertung der Fragebogenaktion zur Aufnahme, Verwaltung und Nutzung von Profildaten in Baden-Württemberg vom Herbst 1999. FAW, ULM (unver-öffentlicht).

HAASE et al. (2002), A GIS-based Information System for Managing and Analysing Profile Information for the Use in the Water Management Authorities within the State of Ba-den-Wuerttemberg, EnviroInfo 2002 (WIEN), Environmental Communication in the In-formation Society Proceedings of the 16th Conference. http://enviroinfo.eu/sites/default/files/pdfs//vol106/0577.pdf.

LANDESANSTALT FÜR UMWELT, MESSUNGEN UND NATURSCHUTZ BADEN-WÜRTTEMBERG, Homepage, www.lubw.baden-wuerttemberg.de/servlet/is/35855/

MINISTERIUM FÜR UMWELT, KLIMA UND ENERGIEWIRTSCHAFT BADEN-WÜRTTEMBERG: Umweltinformationssystem Baden-Württemberg, www.um.baden-wuerttemberg.de/ servlet/is/55662/,

MINISTERIUM FÜR UMWELT, KLIMA UND ENERGIEWIRTSCHAFT BADEN-WÜRTTEMBERG, Umweltportal Baden-Württemberg. www.um.baden-wuerttemberg.de/servlet/is/811/.

WEBER, B. (2009), Erstellung eines Konzepts für das Datenmanagement und die landeswei-te Auswertung von Profildaten an Fließgewässern und prototypische Umsetzung zentra-ler Komponenten. Hochschule Karlsruhe, Fakultät für Geomatik.