Master Thesis im Rahmen des Universitätslehrganges „Geographical Information Science & Systems“ (UNIGIS MSc) am Zentrum für GeoInformatik (Z_GIS) der Paris Lodron-Universität Salzburg zum Thema

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Master Thesis

im Rahmen des Universitätslehrganges „Geographical Information Science & Systems“

(UNIGIS MSc) am Zentrum für GeoInformatik (Z_GIS) der Paris Lodron-Universität Salzburg

zum Thema

„Implementation eines 3D-WebGIS“

für

Gebäude Facility Management

eingereicht von

DI Jakob Egger

U1505, UNIGIS MSc Jahrgang 2010

Zur Erlangung des Grades

„Master of Science (Geographical Information Science & Systems) – MSc(GIS)”

Gutachter:

Ao. Univ. Prof. Dr. Josef Strobl

Wien, 31. Juli 2013

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UNIGISMSC MASTER THESIS: IMPLEMENTATION EINES 3D-WEBGIS

Inhaltsverzeichnis U1505 Jakob Egger

I

Inhaltsverzeichnis

VORWORT ... III EIGENSTÄNDIGKEITSERKLÄRUNG ... IV KURZFASSUNG ... V ABSTRACT ... VI ABBILDUNGSVERZEICHNIS ... VII TABELLENVERZEICHNIS ... VIII ABKÜRZUNGEN ... IX

1. EINLEITUNG ... 1

1.1MOTIVATION ... 1

1.2ZIELSETZUNG ... 1

1.3FORSCHUNGSFRAGE ... 2

1.4ÜBERSICHT UND AUFBAU DER ARBEIT ... 2

2. EXKURS GEBÄUDE FACILITY MANAGEMENT ... 3

2.1GEBÄUDE FACILITY MANAGEMENT ... 3

2.2IT IM FACILITY MANAGEMENT... 4

2.2.1 Netzwerke ... 4

2.2.1.1 Datenübertragung in Netzwerken (TCP/IP) ... 4

2.2.2 IT-Betriebskonzepte ... 5

2.2.2.1 Einzelplatzlösung ... 5

2.2.2.2 Mehrplatzlösung ... 5

2.2.2.3 Cloud Computing ... 5

2.2.2.4 Weborientierte Lösung ... 6

2.2.3 Schnittstellen ... 6

2.3DATENERFASSUNG UND DATENMANAGEMENT IM FM ... 6

2.3.1 Klassifizierung von Daten ... 6

2.3.1.1 graphische Daten ... 7

2.3.1.2 alphanumerischer Daten... 9

2.3.2 Datenerfassung ... 9

2.4BUILDING INFORMATION MODELING ... 9

2.4.1 Ziele und Nutzen von BIM ... 10

2.5CAFMSOFTWARE UND CAFM-SYSTEME ... 11

2.6INTEGRATIONSTECHNOLOGIEN VON GIS UND BIM IM CAFM ... 12

2.73DWEBGISANWENDUNGSBEISPIEL ... 13

2.7.1 Umzugsmanagement der Stadt München ... 13

2.7.1.1 3D-Stadtmodell München im Vorfeld ... 13

2.7.1.2 3D-Innenraummodellierung eines Verwaltungsgebäudes ... 14

3. THEORETISCHE GRUNDLAGEN ... 16

3.1MAPSERVER ... 16

(3)

II

3.2WEBSERVER ... 16

3.3OGCSTANDARDS (WEBSERVICES) ... 17

3.3.1 WMS ... 17

3.3.2 WFS ... 18

3.3.3 WCS ... 19

3.3.4 WPS ... 19

3.3.5 W3DS ... 21

3.43DVISUALISIERUNG ... 22

3.4.3.1 Probleme bei einer 3D-Darstellung ... 24

3.4.3.2 Level of Detail (LOD) ... 24

3.53D-DATENMODELLE ... 26

3.5.1 Geometrische Modellierung ... 26

3.5.1.1 KML ... 26

3.5.1.3 Collada ... 26

3.5.1.4 X3D ... 26

3.5.2 Semantische Modellierung ... 27

3.5.2.1 CityGML ... 27

3.5.2.2 Industry Foundation Classes – der Standard für BIM ... 29

3.5.3 Von IFC nach CityGML - bisherige Forschungsansätze ... 31

3.5.3.1 Berücksichtigungen bei Geovisualisierung: ... 34

3.63D-DATENBANKEN ... 36

3.6.1 Allgemeine Anforderungen an Datenbankmanagementsystemen (DBMS)... 36

3.6.2 Datenbanken mit Raumbezug ... 37

3.6.3 Objektorientierte oder relationale 3D-Datenbank ... 38

3.7JAVA-SCRIPT ... 39

3.7.1 Allgemeines ... 39

3.7.2 Einbinden von Javascript in HTML ... 39

3.7.3 Datentypen, Objekte und Operatoren in JavaScript ... 40

3.7.4 Zugriff auf externe Bibliotheken auf Java-Script Basis ... 41

3.8ARCHITEKTUREN ... 42

3.8.1 Prinzip von Thin und Fat... 42

3.8.1.1 Thin Client ... 42

3.8.1.2 Fat Client ... 42

3.8.2 Client Server-Architektur ... 43

3.8.3 Client-Applikationen ... 43

3.8.3.1 JavaScript Clients ... 44

3.8.3.2 Hybride WebGIS-Clients ... 44

3.8.3.3 Mapbender ... 45

4. ANFORDERUNGEN FÜR EIN 3D-WEBGIS IM GEBÄUDE-CAFM ... 46

4.1 Anforderungen an das Datenformat... 46

4.1.1 Datenmodell ... 46

4.1.2 Visualisierungsmodell ... 46

4.3 Systemarchitektur ... 47

5. KOMPONENTEN UND IMPLEMENTIERUNG ... 48

(4)

III

5.1ANFORDERUNGEN UND KOMPONENTEN ... 48

5.1.1 PostGIS-Datenbank ... 48

5.1.2 3D-City Database ... 50

5.1.3 Apache HTTP-Server... 50

5.1.4 GeoServer ... 51

5.1.4.1 Installation und Konfiguration ... 52

5.1.5 GeoExt ... 53

5.1.6 ext-3.4.0 ... 53

5.1.7 OpenLayers ... 54

5.1.8 Mapfish Printmodule ... 55

5.1.8.1 Installation und Konfiguration ... 55

5.2SYSTEMARCHITEKTUR UND FUNKTIONALITÄTEN ... 57

5.3JAVA-SCRIPT UMSETZUNG ... 58

5.3.1 Zielsetzung und Inhalte ... 58

5.3.2 Viewport ... 59

5.3.2.1 Scriptbeispiel ... 59

5.3.3 Legend Panel/Connection Panel ... 60

5.3.3.1 Modulbeschreibung ... 60

5.3.4 Map Panel ... 62

5.3.4.2 Navigation ... 62

5.3.4.3 Edittools ... 63

5.3.4.4 Übersichtsfenster ... 63

5.3.4.5 Koordinatendarstellung ... 63

5.3.5 3D-Panel (Google Earth Plugin) ... 65

5.3.6 Attribut Panel ... 69

5.3.7 Printfunktion ... 70

6. ZUSAMMENSCHAU UND AUSBLICK ... 73

6.1AUSBLICK ... 74

7. ANHANG ... 75

7.1SCRIPTE ... 75

7.1.1 HTML ... 75

7.1.2 JavaScript ... 77

7.2LITERATURQUELLEN ... 87

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Vorwort U1505 Jakob Egger

III

Vorwort

Folgende Personen haben maßgeblich dazu beigetragen dieses Fernstudium zu ermöglichen und durchzuführen:

Als erstes gilt der besondere Dank an meine Frau Evelyn, die mir zu jeder Zeit Unterstützung gab und mir den Rücken während der gesamten Studienzeit freigehalten hat.

Weiters möchte ich mich bei Herrn Dipl.-Ing. Hanns H. Schubert bedanken, der mir den thematischen Input gegeben und auch das Studium finanziert hat.

Dank gebührt auch dem gesamten UNIGIS-Team, durch die ermutigende und freundliche Betreuung während des Studiums.

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Eigenständigkeitserklärung U1505 Jakob Egger

IV

Eigenständigkeitserklärung

Ich versichere, diese Master Thesis ohne fremde Hilfe und ohne Verwendung anderer als der angeführten Quellen angefertigt zu haben, und dass die Arbeit in gleicher oder ähnlicher Form noch keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegen hat.

Alle Ausführungen der Arbeit, die wörtlich oder sinngemäß übernommen wurden, sind entsprechend gekennzeichnet.

Wien, am 31. Juli 2013 Jakob Egger

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Kurzfassung U1505 Jakob Egger

V

Kurzfassung

Mithilfe von computergestützten Facility Management (CAFM) können enorme Kosteneinsparungen bei der Bewirtschaftung von Gebäuden erzielt werden.

Voraussetzung für ein effizientes CAFM sind die aktuellen Objektdaten, also die Geometriedaten und Sachdaten.

In herkömmlichen CAFM-Systemen (Vereinigung von Graphik und Prozessdaten) beruht die Integration der CAD-Daten von Gebäuden auf Basis von klassischen Grundriss-, Ansichts- und Schnittplänen. Vor allem durch die Miteinbeziehung der dritten räumlichen Dimension können bessere und schneller begreifbare Visualisierungen von Gebäuden auf Basis von digitalen Gebäudemodellen gemacht werden.

Die Fragestellung der vorliegenden Arbeit lautet:

„Können mit Open Source Produkte ein 3D-WebGIS implementiert werden und wie weit kann dabei das KML Geovisualisierungsformat eingesetzt werden?“

Dafür müssen anfangs die Problemstellungen und Hintergründe in diesem Facility- Management Segment erläutert werden. Die Erkenntnisse aus Umfeld der bisherigen 3D-WebGIS-Lösungen und deren Anwendungsbeispiele sollen in die Analyse miteinbezogen um anschließend die Kriterien und Voraussetzung zur Umsetzung des 3D-WebGIS heraus zu arbeiten.

Insbesondere wird die Objektbeschreibungssprache CityGML näher beleuchtet um diese als plattformunabhängiges und auch erweiterbares Austauschformat für die spezifische 3D-WebGIS-Systemarchitektur zu identifizieren. Ebenso wird der Einsatz des Visualisierungsformat KML näher beschrieben.

Als Lösungsansatz wird hier ein zentrales Geodatenbank Managemensystem herangezogen werden, das über einen Internetbrowser bedient werden kann.

Über einen Mapserver (Kartenserver) und einem Webserver mit Client-Applikationen und HTML-Webseite wird der Konnex von Geodatenbank und Webbrowser hergestellt werden. Ein wichtiger Orientierungspunkt ist der Kostenfaktor (Lizenzkosten) hinsichtlich der eingesetzten Software für die Architektur dieses WebGIS.

Es soll also ein 3D-WebGIS auf CityGML bzw. KML-Basis mit Open Source Software- Produkten hergestellt werden, wobei die äußere Gestaltung dieses WebGIS einem Desktop-GIS nahe kommt.

Dazu wurden folgende Komponenten ausgewählt:

Für das Geodatenbank Managementsystem wird die objektrelationale PostGIS Datenbank mit der Erweiterung Postgres herangezogen, in der es auch möglich ist 3D- Objekte zu verspeichern. Neben den integrierten FileLoader mit den standardisierten Austauschformat SHAPE kann auch mittels dem JAVA-FileLoader CityDatabase CityGML und auch KML-Objekte in die Datenbank importiert werden. Als Karten- oder Mapserver kommt die Software Geoserver zum Einsatz. Diese Software zeichnet sich

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Kurzfassung U1505 Jakob Egger

VI

im Gegensatz zu der Kartenserversoftware Mapserver durch eine leichte und benutzerfreundliche Bedienbarkeit aus. Apache Tomcat wird als Webserver mit den auf Java basierenden Clientapplikationen GeoExtent, Open Layers, Extent, und Mapfish eingesetzt. Mit GeoExtent bzw. Open Layers können dynamische Internetkarten mithilfe von JavaScript in eine HTML-Seite eingebunden und im Browser dargestellt werden. Für die 3D-Visualisierung wird das kostenlose Browser Plugin von Google Earth auf Java-Basis vewendet. Die Einbindung dieses Plugins in die HTML-Seite erfolgt ebenfalls mittels JavaScript. Ein 3D-Gebäudemodell wird über ein KML- Netzwerklink das auf eine PostGIS Datenbank verweist dargestellt.

Für das Erscheinungsbild einer Menüleiste und auch einer Attributtabelle ist Extent zuständig. Druckfunktionen wie z.B. das Erstellen eines .pdf-Files aus einem Kartenausschnitt, kann durch das Mapfish Printmodule durchgeführt werden.

Insgesamt bietet die gewählte Systemarchitektur in Verbindung mit CityGML und Google Earth eine gute Möglichkeit der Visualisierung. Die Editiermöglichkeit von 3D- Daten müssen im Gegensatz zu proprietären Architekturen noch erweitert werden.

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Abstract U1505 Jakob Egger

VI

Abstract

There are enormous cost savings to be made by managing buildings with computer- aided facility management (CAFM). One prerequisite for efficient CAFM is the availability of up-to-date object data, in other words geometric data and technical data.

In conventional CAFM systems (combination of graphics and process data), the integration of the CAD data from buildings is based on traditional floor plans, elevation plans and sectional plans. Better and more easily comprehensible visualisations of buildings based on digital building models can be achieved through the inclusion of the third spatial dimension in particular.

The question addressed by this paper is can one implement with open source products a 3D-WebGIS? To answer this, the problems and background to this facility management segment must be explained first of all. Findings from 3D Web GIS solutions used up to now and their applications should be included in the analysis in order to then formulate the criteria and requirements for implementing 3D Web GIS.

In particular, the building description language CityGML is explained in more detail in order to identify it as a platform-independent and also upgradeable exchange format for the specific 3D Web GIS system architecture. The use of the visualisation formal KML is also described in more detail.

The approach here is to use a central geodatabase management system which can be operated using an internet browser.

Using a map server and a web server with client applications and an HTML web page, the connection between the geodatabase and the web browser is created. An important point is the cost factor (licence costs) with regard to the software used for the architecture of this Web GIS.

A 3D Web GIS based on CityGML or KML should also be created with Open Source software products, whereby the external design of this Web GIS comes close to a desktop GIS.

The following components have been selected for this purpose:

For the geodatabase management system, the object-relational PostGIS database with the add-on Postgres is used, in which it is also possible to save 3D objects. In addition to the integrated FileLoader with the standardised SHAPE exchange format, CityDatabase CityGML and KML objects can also be imported into the database using the JAVA FileLoader. Geoserver software is used as the map server. Compared with the map server software Mapserver, the former software is characterised by its easy and user-friendly operability. Apache Tomcat is used as the web server with the Java- based client applications GeoExtent, Open Layers, Extent, and Mapfish. Using GeoExtent and Open Layers, dynamic internet maps can be embedded in an HTML page using JavaScript and displayed in the browser. For 3D visualisation, the free Java-based browser plug-in from Google Earth is used. The embedding of this plug-in in the HTML page is implemented using JavaScript. Using a KML network link, a 3D building model referring to a PostGIS database is shown.

(10)

Abstract U1505 Jakob Egger

VII

Extent is responsible for the appearance of a menu bar and of an attribute table. The print function, e.g. the creation of a pdf files from a map extract, can be implemented by the Mapfish print module.

Overall, the system architecture selected, in association with CityGML and Google Earth, offers good visualisation options. In contrast to proprietary architectures, the edit option for 3D data still needs to be expanded.

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Abbildungsverzeichnis U1505 Jakob Egger

VII

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 : Klassifizierung von FM-Daten: OPIC, M. et. al in: MAY, M., et. al., HRSG. (2013): CAFM- Handbuch. IT im Facility Management erfolgreich einsetzen, 2013

Abbildung 2: Beispiel für einen FM-gerechten CAD-Plan: MAY, M., et. al., HRSG. (2013): CAFM- Handbuch. IT im Facility Management erfolgreich einsetzen, 2013

Abbildung 3: Informationssystem mit virtuellen Gebäudemodell: Quelle: MAY, M., et. al., HRSG. (2013):

CAFM-Handbuch. IT im Facility Management erfolgreich einsetzen, 2013

Abbildung 4: Begriffsbestimmungen CAFM-Software und CAFM-System: Quelle: MAY, M., et. al., HRSG.

(2013): CAFM-Handbuch. IT im Facility Management erfolgreich einsetzen, 2013

Abbildung 5: Vorteile von middleware-basierter CAFM-Software: Quelle: MAY, M., et. al., HRSG. (2013):

CAFM-Handbuch. IT im Facility Management erfolgreich einsetzen, 2013

Abbildung 6: Systemarchitektur mit Webbrowser: Quelle: MAY, M., et. al., HRSG. (2013): CAFM- Handbuch. IT im Facility Management erfolgreich einsetzen, 2013

Abbildung 7: 3D-Stadtmodell München: Systemarchitektur: Quelle: Bleifuß, R., Diplomarbeit, 2009 Abbildung 8: CAFM_Room als Modell und in UML: Quelle: Bleifuß, R., Diplomarbeit, 2009 Abbildung 9: Ablaufdiagramm WMS, WFS und WCS: Quelle:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/90/WMS.png, 05/2013 Abbildung 10: Funktionsschema eines WPS: Quelle: http://www.spatial-business-

integration.com/SBI/content/e1654/e2073/e3882/e2539/e2557/Geo_Analyse_WPS_small_ger.gif Abbildung 11: Darstellung und Parameter bei einem W3DS: Quelle: KORDUAN, P. & ZEHNER, M.L.

(2008): Geoinformation im Internet: Technologien zur Nutzung raumbezogener Informationen im WWW Abbildung 12: 5 Stufen Level of Detail: Quelle: GRÖGER, G.; PLÜMER, L. (2013): CityGML –

Interoperable semantic 3D city models; 2013

Abbildung 13: Aufbau eines Gebäudes nach den CityGMLSchema: Quelle: Stadler, 2008 in: F. Kunde, CityGML in PostGIS, Masterarbeit, 2012

Abbildung 14: Aufbau des CityGML Anwendungsschemas: Quelle: F. Kunde, CityGML in PostGIS, Masterarbeit, 2012

Abbildung 15: CityGML Klassenhierarchie auf UML-Basis: Quelle: OGC, City Geography Markup Language (CityGML) Encoding Standard, 2012

Abbildung 16: Klasse IfcBuildingElement in IFC: Quelle: HONG, C.-H.; HWANG, J.-R.; KANG, H.-Y.

(2012): A study on the correlation analysis for connection between IFC and CityGML, 2012 Abbildung 17: Darstellung IFC Klassen: Quelle: ISIKDAG, U.; ZLATANOVA, S.; UNDERWOOD, J.

(2013): A BIM-Oriented Model for supporting indoor navigation requirements; 2013

Abbildung 18: CityGML Schema mit BIM relevanten Erweiterungen: Quelle: KOLBE, T. H.; KÖNIG, G.;

NAGEL, C. (2011): Integration of BIM and GIS: The development of the CityGML GeoBIM extension Abbildung 19: Abbildung der Objekte von IFC in CityGML: Quelle: GRÖGER, G.; PLÜMER, L. (2013):

CityGML – Interoperable semantic 3D city models, 2013

Abbildung 20: Visualisierungsmethode im CityGML-Kontext: Hervorheben: Quelle: HAGEDORN, B.;

DÖLLNER, J. (2007): High-level web service for 3D building information visualization and analysis, 2007 Abbildung 21 u. 22: Visualisierungsmethode im CityGML-Kontext: Schnittmodell (links) und

Exposionsmodell (rechts): Quelle: HAGEDORN, B.; DÖLLNER, J. (2007): High-level web service for 3D

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Abbildungsverzeichnis U1505 Jakob Egger

VIII

building information visualization and analysis, 2007

Abbildung 23: Beispiel anfänglicher und Datenfluss und Netzwerkarchitektur: Quelle: eigene Darstellung, 2013

Abbildung 24: Zentrales DBMS mit Internetzugriff: Quelle: eigene Darstellung, 2013

Abbildung 25: Topologisches und geometrisches Modell einer 3D-Datenbank: Quelle: BREUNIG, M.;

ZLATANOVA, S. (2011): 3D geo-database research: Retrospective and future directions, Zeitschriftartikel; Computers &Geosciences – 37; 2011

Abbildung 26: Architekturanordnungen von Thin und Fat Clients: Quelle: R. Bill, Grundlagen der Geo- Informationssysteme, 2010

Abbildung 27: Client-Server-Architektur: Quelle: Mitchell, 2008 in: D. Ramp, WebGIS Raum+ Integration von WebGIS-Tools in internetbasierter Plattform, 2009

Abbildung 28: Übersicht von Free und Open Source Web Mapping Clients: Quelle:

http://geotux.tuxfamily.org/index.php/en/geo-blogs/item/291-comparacion-clientes-web-v6, 05/2013 Abbildung 29: Erweiterter WFS in einer 3D-GIS Architektur: Quelle: YOU W.; FULING B. (2007): A Extended Web Feature Service Based Web 3D GIS Architecture; Zeitschriftartikel; Institute of Electrical and Electronics Engineers — Jan 21, 2007

Abbildung 30: Web-basierte Konfiguration: Quelle: eigene Darstellung

Abbildung 31: Schnittstellen und Protokolle, Systemarchitektur: Quelle: eigene Darstellung, 2013 Abbildung 32: Funktionalitäten Webseite: Quelle: eigene Darstellung, 2013

Abbildung 33: Bausteine der 3D-WebGIS Applikation: Quelle: eigene Darstellung, 2013 Abbildung 34: Legend Panel: Quelle: eigene Darstellung, 2013

Abbildung 35: Map Panel: Quelle: eigene Darstellung 2013 Abbildung 36: Navigationcontrol: Quelle: eigene Darstellung, 2013 Abbildung 37: Kartenübersichtsfenster: Quelle: eigene Darstellung, 2013 Abbildung 38: 3D-Panel (Google Earth Panel): Quelle: eigene Darstellung Abbildung 39: Attribut Panel: Quelle: eigene Darstellung

Abbildung 40: Menü: Quelle: eigene Darstellung Abbildung 41: Printfunktion: Quelle: eigene Darstellung

Abbildung 42: Druckvorschau Kartenextent: Quelle: eigene Darstellung, 2013 Abbildung 43: 3D-WebGIS: Quelle: eigene Darstellung, 2013

Abbildung 43: 3D-WebGIS: Quelle: eigene Darstellung, 2013

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Tabellenverzeichnis U1505 Jakob Egger

VIII

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: HTTP-Anfragen an einem Mapserver: Quelle: eigene Darstellung

Tabelle 2: Abfragebare WFS Operationen von einem Client: Quelle: OpenGIS Web Feature Service 2.0 Interface Standard, 2010, eigene Darstellung

Tabelle 3: WPS-Operationen: Quelle: OpenGIS Web Feature Service 2.0 Interface Standard, 2010, eigene Darstellung

Tabelle 4: W3DS-Operationen: Quelle: eigene Darstellung

Tabelle 5: Abbildung der Objekte von IFC in CityGML: Quelle: HONG, C.-H.; HWANG, J.-R.; KANG, H.- Y. (2012): A study on the correlation analysis for connection between IFC and CityGML, 2012

Tabelle 6: Unterstützte Geometrietypen von Postgis: Quelle: http://postgis.net/documentation, 05/2013, eigene Darstellung

Tabelle 7: räumliche Funktionen und Operatoren in Postgis: Quelle: http://postgis.net/documentation, 05/2013, eigene Darstellung

Tabelle 8: Verzeichnisstruktur von Apache Tomcat: Quelle: http://wiki.apache.org/tomcat/FrontPage, 05/2013, eigene Darstellung

Tabelle 9: Implementierte Webservices in Geoserver: Quelle:

http://geoserver.org/display/GEOS/Features, 06/2013, eigene Darstellung

Tabelle 10: Lösungsansätze für nicht implementierte Funktionen: Quelle: eigene Darstellung, 2013

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Abkürzungen U1505 Jakob Egger

IX

Abkürzungen

Abb. Abbildung

ADE Application Domain Extension

AJAX Asynchronous JavaScript and XML

BDS Berkeley Software Distribution BIM Building Information Modeling bin binary file

CAD Computer Aided Design

CAFM Computer Aided Facility Management

CityGML City Geography Markup Language COLLADA COLLAborative Design Activity

CRS Coordinate Reference System

CSS Cascading Style Sheets

DBMS Datenbankmanagementsystem

DOM Document Object Model

ECMA European Computer Manufacturers Association

ERP Enterprise-Resource-Planning FM Facility Management

GEFMA German Facility Management Association

GIS GeoInformationsSystem

GML Geography Markup Language

HTML Hypertext Markup Language

HTTP Hypertext Transfer Protocol

Iaas Infrastructure as a Service IFC Industry Foundation Classes IMS Internet Map Server

IP Internet Protocol

ISO International Organization for Standardization IIS Internet Information Services

JSP JavaServer Pages

KML Keyhole Markup Language

LOD Level of Detail

MGI Militärgeographische Institut

MIME-Typ Multimedia Internet Media Type

OGC Open Geospatial Consortium

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Abkürzungen U1505 Jakob Egger

X

OID Object Identifier

OSM OpenStreetMap

Paas Platform as a Service

PHP Hypertext Preprocessor bzw. Personal Home Page Tools

Saas Software as a Service

SLD Styled Layer Descriptor

SMIL Synchronized Multimedia Integration Language

SOA Service-orientierted Architecture

SOAP Simple Object Access Protocol

SQL Structured Query Language

SRID Spatial Reference IDentifier

Tab. Tabelle

TCP Transmission Control Protocol

UDP User Datagram Protocol

URL Uniform Resource Locator

VRML Virtual Reality Modeling Language WCS Web Coverage Service

W3C World Wide Web Consortium

W3DS Web 3D Service

WFS Web Feature Service

WMS Web Map Service

WPS Web Processing Service

WWW World Wide Web

X3D eXtensible 3D

XHR XMLHttpRequest

XML Extensible Markup Language

XSD XML Schema Definition

(16)

Einleitung U1505 Jakob Egger

1 1. Einleitung

Eine dreidimensionale Abbildung der Natur ist für den Betrachter besser erkenn- und wahrnehmbar. Somit können komplexe räumliche Zusammenhänge durch die 3 dimensionale Darstellung leichter erfaßt und transparenter gemacht werden.

Durch die dreidimensionale Perspektive können z. B. Gebäudehöhen oder die unterirdische Lage eines Kanalsystems direkt erkannt bzw. gemessen und müssen nicht wie bei einer zweidimensionalen Ansicht aus der entsprechenen Attributinformation abgeleitet werden¹.

1.1 Motivation

Die Faszination einer schnellen Betrachtungsweise durch die dritte räumliche Dimension und das Umfeld der dahinterliegenden relevanten Geodaten in einem GIS abzubilden stellt sich hier als hauptsächliche Triebfeder der vorliegenden Arbeit dar.

Insbesondere ein solches 3D GIS auf Webbasis inklusive der im Hintergrund laufenden Geodatenbank mithilfe von Open Source Produkten selbst herzustellen stellt sich als eine spannende und umfangreiche Aufgabe dar². Als besonders positiven Effekt soll das Erkennen der Hintergründe und Zusammenhänge eines solchen Systems im oben erwähnten Kontext unterstrichen werden.

1.2 Zielsetzung

Als Zielsetzung wird die Entwicklung eines 3D-WebGIS nach den herausgefilterten Kriterien im Bereich Gebäude Facility Management angestrebt. Das Darstellungssystem soll für den Nutzer oder Client plattformunabhängig und ohne zusätzlicher Softwareinstallationen z.B. Browserplugins für 3D Darstellungen wie Google Earth notwendig sind³.

Weiters soll das im Hintergrund laufende WebGIS wie die benötigte Geodatenbank, Map- und Webserver kostenlos und plattformunabhängig installiert werden können⁴. Der Funktionsumfang dieses WebGIS soll neben den Grundfunktionen: Zoomen, Panen, Drucken etc. auch Editierfunktionen beinhalten.

Aus diesen Anforderungen soll ein Prototyp entstehen, der auf Basis von Open Source Produkten wie Geoserver, Apache TomCat und einer PostGIS Datenbank im

1Vgl. Nach: MAY, M. et. al (2012)

2 Vgl. LE HOANG, S. (2010)

3 Vgl. ABANDA, F.H.; TAH, J.H.M.; KEIVANI, R. (2013)

4 Vgl. FENG HAO et. al., (2009):

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Einleitung U1505 Jakob Egger

2

Hintergrund zusammen gebaut wird⁵. Der Interaktionsgrad dieses WebGIS soll somit als ein dynamischer klassifiziert werden⁶.

Das optische Erscheinungsbild dieses WebGIS soll einem klassischen Desktop GIS in Menüführung und Benutzerinteraktion sehr ähnlich sein.

1.3 Forschungsfrage

„Können mit Open Source Produkte ein 3D-WebGIS implementiert werden und wie weit kann dabei das KML Geovisualisierungsformat eingesetzt werden?“

1.4 Übersicht und Aufbau der Arbeit

Im Kapitel 2 wird ein kurzer Einblick in CAFM im Kontext mit einem WebGIS gemacht.

Anschließend sollen im Kapitel 3 (Theoretische Grundlagen) die Begriffe rund um die Systemarchitektur (Anordnung Client, Mapserver, Webserver, Geodatenbank), der Standards der Datenübertragung und der Webservices (OGC-Standards), der gängigen 3D-Datenformate und deren zur Verspeicherung notwendigen Geodatenbanken, und der Visualisierung eingegangen werden. Im Speziellen wird auch auf die Integration von BIM und GIS-Modellen (IFC und CityGML) eingegangen, wobei auch der Unterschied zwischen geometrischen (z.B. KML) und sematischen Datenmodellen (CityGML) herausgearbeitet wird. Weiters wird die benötigte Progammiersprache JAVA Script und deren Erweiterungen (Extentions) wie GeoEXT, EXT3.4.1, OpenLayers behandelt werden.

Im Kapitel 4 werden kurz die Anforderungen für eine geeignete Systemarchitecktur herausgearbeitet.

Das Kapitel 5 gestaltet sich als der praktische Teil der Arbeit, also wo die Umsetzung des 3D-WebGIS dokumentiert wird.

Zunächst sollen Angaben und Erläuterungen zur Auswahl der Basissoftware wie Geoserver, Apache Tomcat als Webserver und PostGIS 2.0.1 als Geodatenbank gemacht werden.

Im Kapitel JAVA Script Umsetzung soll auf das Erscheinungsbild, der Funktionen und der beinhaltenden Elemente (wie Mappanel, Layerpanel, Menuepanel etc.) und deren Scripte dargestellt werden.

Im Kapitel 6 als letzten Punkt der Arbeit werden Gesamtschau und die Perspektiven rund um ein 3D-Web GIS diskutiert.

5 Vgl. FENG HAO et. al., (2009)

6 Vgl. KORDUAN, P. & ZEHNER, M.L. (2008)

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Exkurs: Gebäude Facility Management und WebGIS U1505 Jakob Egger

3 2. Exkurs Gebäude Facility Management

Im Folgendem sollen die wichtigsten Aspekte rund um das Facility Management und das Gebäude Facility Management skizziert werden um daraus einen Anforderungskatalog und Voraussetzungen hinsichtlich der Implementation eines 3D- WebGIS im Kapitel 4 abzuleiten. Vertiefende Aspekte werden im Theoretischen Teil der vorliegenden Arbeit behandelt.

2.1 Gebäude Facility Management

Der Deutsche Verband für Facility Management (GEFMA) beschreibt Facility Management wie folgt:

Facility Management ist ist eine Managementdisziplin, die durch ergebnisorientierter Handhabung von Facilities und Services im Rahmen geplanter, gesteuerter und beherrschter Facility Prozesse eine Befriedigung der Grundbedürfnisse von Menschen am Arbeitsplatz, Unterstützung der Unternehmens-Kernprozesse und Erhöhung der Kapitalrentabilität bewirkt.

Hierzu dient die pemanente Analyse und Optimierung der kostenrelevanten Vorgänge rund um bauliche und technische Anlagen, Einrichtungen und im Unternehmen erbrachte (Dienst-) Leistungen, die nicht zum Kerngeschäft gehören⁷

Facility Management hat also einen interdisziplinären Charakter. Unter computergestützten Arbeit im FM (auch CAFM benannt) ist deshalb nicht nur die Anwendung einer Software zu verstehen, sondern die bereichsübergreifenden Wirkungen.

Die Kernprozesse bzw. Funktionalitäten im Facility Management sind als folgende dargestellt:

• Bestandsdokumentation

• Flächenmanagement

• Umzugsmanagement

• Vertragsmanagement

• Vermietungsmanagement

• Betriebskostenmanagement

• Reinigungsmanagement

• Schlüsselmanagement

• Energiecontrolling

• Instandhaltungsmanagement

Das Gebäudemanagement oder auch Gebäude Facility Management (CAFM) wird als ein Teilbereich des Überbegriffes Facilitymanagement angesehen. Im Speziellen befaßt sich das CAFM mit der Bewirtschaftung von bestehenden Gebäuden und

7 Vgl. MARCHIONINI, M. et. al in MAY, M. et. al., (2013)

(19)

4

technischen Anlagen. Eine weitere Untergliederung erfolgt nach den Bereichen technisches, infrastrukturelles und kaufmännisches Gebäudemanagement, wobei auch das Flächenmanagement hinzuzuzählen ist⁸.

2.2 IT im Facility Management 2.2.1 Netzwerke

Ein Rechennetzwerk ist die Kopplung von mehreren und möglicherweise auch verschiedenen meist räumlich getrennten Computern. Die Aufgabe des Netzwerkes liegt in der Bereitstellung der Anwendungen für die Nutzung und auch in der Übertragung von Nachrichten (Kommunikation). Die übertragenen Informationen können dabei Texte, Daten, Bilder, Ton, Video oder deren Kombination (Multimedia) sein⁹

Nach STAHLKNECHT und HASENKAMP (2005) liegt ein wichtiger Vorteil der IT- Vernetzung im Facitliy Management in der Verwaltung großer Datenbestände und der verteilten Hard- und Software (z.B. in den einzelnen Abteilungen). Das Hauptanliegen im CAFM liegt also in der gemeinsamen Nutzung von Datenbeständen und IT- Resourcen. Somit können doppelte Datenhaltung und der Aktualisierungsaufwand der Fachinformationen weitgehend vermieden bzw. verringert werden.

2.2.1.1 Datenübertragung in Netzwerken (TCP/IP)

Das Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP) wird auch als Internetprotokollfamilie beschrieben.

Die Identifizierung eines teilnehmenden Rechners an einem Netzwerk geschieht mittels IP-Adressen. Dieser Rechner wird im TCP/IP-Jargon als Host oder Hostrechner bezeichnet¹⁰.

Die Kommunikation in den Rechnernetzen wird also durch die Netzwerkprotokolle umgesetzt. Diese Umsetzung kann in funktionale Schichten unterteilt werden.

Die einzelnen Schichten erfüllen folgende Funktionen:

Anwendungsschicht

Zur Anwendungsschicht werden alle Protokolle zugezählt, die mit Anwendungsprogrammen zusammenarbeiten und die Netzwerkinfrastruktur für den Austausch anwendungsspezifischer Daten nutzen.

Transportschicht

Mit der Transportschicht wird eine End to End-Verbindung hergestellt, wobei das wichtigste Protokoll das Transmission Control Protocol (oder auch TCP) ist. Damit wird diese Verbindung zwischen zwei Netzwerkteilnehmern zum zuverlässigen Versenden von Datenströmen verwendet. Weiters sind auch Datagramm-Protokolle wie z.B. das

8 Vgl. MARCHIONINI, M. et. al in MAY, M. et. al., (2013)

9 Vgl. LASSMANN, W., (2001)

10 Vgl. BILL, R., (2010)

(20)

5

User Datagram Protocol (UDP) – in diese Schicht miteingebaut, die nur die Zustellung an den richtigen Dienst gewährleisten aber keine Verbindung aufbauen.

Internetschicht

Die Internetschicht ist für die Weitervermittlung von Paketen und die Wegewahl (Routing) zuständig. Mit der Internetschicht werden für empfangene Datenpakete die nächste Zwischenziele ermittelt und dorthin weitergeleitet. Das Internet Protocol (IP) stellt den Kern dieser Schicht dar.

Netzzugangsschicht

Die Netzzugangsschicht enthält jedoch keine Protokolle der TCP/IP-Familie. Sie dient vielmehr als Platzhalter für verschiedene Techniken zur Datenübertragung¹¹.

2.2.2 IT-Betriebskonzepte 2.2.2.1 Einzelplatzlösung

Das sind Softwareinstallationen, die ausschließlich auf einem einzelnen PC betrieben werden.

2.2.2.2 Mehrplatzlösung

Bei einer Mehrplatzlösung besteht fast immer eine Client/Server Konfiguration. Viele CAFM-Systeme erlauben auch unterschiedliche Betriebssysteme auf Server und Clients, wobei auch mehrere Server und auch einer Verteilung der Datenbank möglich ist.

2.2.2.3 Cloud Computing

In dieser Konfiguration können einzelne Softwarepakete, eine Plattform oder umfangreiche IT-Infrastrukturen bereitgestellt werden. Der Zugriff der Services erfolgt dabei in der Regel über das Internet. Folgende Servicemodelle können zur Anwendung kommen:

Iaas - Infrastructure as a Service:

Der Provider stellt dem Nutzer eine bedarfsgerechte Infrastruktur zur Verfügung, wobei der Nutzer eine virtuelle IT-Struktur bucht. Die meistgenutzten gebuchten Leistungen sind dabei der Storage Service (Datenspeicherung) und der Computing Service (Bereitstellung von Rechenzeit).

Paas – Platform as a Service:

Darunter wird die Bereitstellung einer Entwicklungs- und Ausführungsumgebung als Service verstanden. Der Nutzer bezahlt „on-demand“ für die nutzerspezifischen Anwendungen. Dabei können Module für die Integration, Zugriffskontrolle, Synchronisation und Datenhaltung zur Verfügungs gestellt werden. Im Bereich der Integration können sich damit Anwendungen und Systeme unterschiedlichster Technologie-Plattformen verbinden lassen. So können insgesamt teure Investitionen in Server, Datenbanken und Netzwerkkomponenten umgangen werden.

11 Vgl. BILL, R., (2010)

(21)

6

Saas – Software as a Service:

Hierbei erhält der Nutzer einen kostengünstigen Zugang zu einer Software, die in einer Cloud betrieben werden kann. Diese Cloud wird meist von Softwareherstellern betrieben. Der Vorteil bei diesem Service liegt darin, dass der Nutzer sich weder um die Installation noch Aktualisierung der Software noch um die Anschaffung leistungsfähiger Hardware kümmern muss. In vielen Fällen folgt der Zugriff mittels einem Browser über das Internet. Bei diesem Service werden Infrastruktur Ressourcen und Applikationen zu einem Gesamtpaket kombiniert.

2.2.2.4 Weborientierte Lösung

Wenn eine große Zahl von Benutzern auf die CAFM-Software zugreifen, dann soll die Konfiguration mit einem Webserver und den Browser-orientierten Clients erfolgen, wobei der Vorteil dieser Anordnung im einfachen Zugang besteht. Die hohe Flexibilität und die niedrigen Betriebskosten wie die Pflege der Software, das Einspielen von Updates und Patches sind aufgrund der zentralen Struktur möglich.

2.2.3 Schnittstellen

Durch den Einsatz von Service-orientierten Architekturen (SOA) für die CAFM- Software lassen sich wesentlich einfachere zu handhabende Schnittstellen realisieren.

Vor allem durch die Verwendung der Extensible Markup Language (XML) können einfache Schnittstellen umgesetzt werden. Auch im CAFM-Bereich sind einige Standards zur Datenübernahme entstanden, die den formalen und inhaltlichen Austausch von Daten verschiedener CAFM-Systeme erleichtern. Mit der offenen Schnittstelle CAFM-Connect auf IFC-Basis kann das vollzogen werden¹².

2.3 Datenerfassung und Datenmanagement im FM

Um ein effizientes Gebäudemangement zu gewährleisten bedarf es natürlich Basisinformationen und Bestandsdokumentationen rund um das Gebäude.

Ein grundsätzliches Problem im Gebäudemanagement ist, dass die Informationen zu den baulichen und technischen Anlagen nicht oder nur analog bzw. digital verteilt vorhanden sind. Damit soll daraufhinwiesen werden, dass nur mit umfangreichen und aktuellen Daten über die Facilities ein computergestütztes FM CAFM durchzuführen ist.

2.3.1 Klassifizierung von Daten

Grundsätzlich werden Daten im CAFM-Bereich nach der GEFMA 400-Richtlinie in Bestandsdaten in Prozessdaten und in sonstige Daten eingeteilt. Die Bestandsdaten beschreiben eine Immobilie hinsichtlich ihrer Einrichtungen und technischen Anlagen.

Diese lassen sich in grafische Daten und in alphanumerischen Daten einteilen.

Prozessdaten lassen sich weiters in Auftragsdaten (Instandhaltung, Umzug und Reservierung), Zustandsdaten (gegenwärtiger Zustand oder Bearbeitungsstand von

12 Vgl. KALWEIT, T. et al. in: M. MAY et. al., (2013)

(22)

7

technischen Anlagen oder Aufträgen) und Verbrauchsdaten (Verbräuche von Energie oder Medien über einen bestimmten Zeitraum) einteilen.

Hinsichtlich der sonstigen Daten sind die Leistungskataloge (zu erbringenden Leistungen in einer bestimmten Reihenfolge) und die kaufmänischen Daten (Fristen, Termine, Konditionen, Kosten und Preise) zu erwähnen¹³.

Abbildung1 : Klassifizierung von FM-Daten

Quelle: OPIC, M. et. al in: MAY, M., et. al., HRSG. (2013): CAFM-Handbuch. IT im Facility Management erfolgreich einsetzen, 2013

2.3.1.1 graphische Daten

Die graphischen Daten lassen sich in Raster oder auch Pixeldaten und in Vektordaten unterteilen.

Bei den Rasterdaten bezieht sich die Darstellung direkt auf Flächen statt auf Linien.

Hier ist das geometrische Grundelement ein Pixel (Picturelement, Bildelement), das in rechteckiger oder in quadratischer Form gleichförmig angeordnet ist. In diesem Datenformat existieren es keine Punkte, Linien oder Flächen, wodurch keine logischen Verbindungen zwischen den einzelnen Bildelementen vorkommen. Jedoch kommen in den einzelnen Rasterzellen direkte topologischen Informationen in Form von Nachbarschaftsbeziehungen vor¹⁴.

Rasterdaten im Facility Management entstehen meist durch das Scannen von analogen Dokumenten und Zeichnungen wie Grundrissplänen, in Form umfangreicher Datenmengen¹⁵.

13 Vgl. OPIC, M. et. al in: MAY, M., et. al., (2013)

14 Vgl. BILL, R., (2010)

(23)

8

Vektordaten sind die auf Punkten beruhenden Beschreibung von raumbezogenen Objekten. Dabei sind die geometrischen Primitiven der Punkt, die Linie und die Fläche.

Weiters können auch Nachbarschaftsbeziehungen angegeben werden wie z.B.

Anfangs- und Endpunkt einer Linie und der angrenzenden Flächen¹⁶.

Vektordaten entstehen durch CAD-Programme, die digitalen Grundriss-, Ansichts-, und Schnittplänen in eine CAD-Datei (meist .dwg oder .dxf) verspeichern können¹⁷.

Untenstehendes Beispiel soll einen digitalen Grundrissplan einer Geschoßebene eines Gebäudes veranschaulichen:

Abbildung 2: Beispiel für einen FM-gerechten CAD-Plan

Quelle: MAY, M., et. al., HRSG. (2013): CAFM-Handbuch. IT im Facility Management erfolgreich einsetzen, 2013

16 Vgl. BILL, R., (2010)

(24)

9 2.3.1.2 alphanumerischer Daten

Die alphanumerischen Daten lassen sich in strukturierte und in unstrukturierte Daten einteilen. Die unstrukturierten Daten können Dokumente, die in der Regel als Schriftstücken in Textform verfaßt wurden oder auch Tabellen oder Listen sein. Ist der Inhalt dieser Tabellen nur auf eine Kategorie z. B. Liste der Raumnummern bezogen, dann werden diese auch zu den strukturierten Daten hinzugezählt.

Die strukturierten Daten besitzen also einen gleichartigen Aufbau, der beschreibbar ist.

Werden die Daten in Datenbanksystemen verspeichert, dann wird eine Strukturierung erzwungen.

2.3.2 Datenerfassung

Die Datenerfassung im Facility Management reicht von der

• Nutzung vorhandener Papierpläne

• Scannen und Vektorisierung

• Aufmaß in der Natur

Die Datenerfassungstechniken können vom einfachen Aufmaß mittels Bandmaß oder Disto über Tachymeter und Niveliergeräten bis hin zum 3D-Laserscanning reichen¹⁸.

2.4 Building Information Modeling

Unter Building Information Modeling (BIM) versteht man die Methode der Dokumentation und digitalen Planung von Bauwerken und der Koordination aller damit verbundenen Vorgänge rund um den Lebenszyklus eines Bauwerkes.

Das Kernelement dieser Methode ist ein digitales Gebäudemodell, das nicht nur die dreidimensionale Abbildung eines Gebäudes repräsentiert, sondern es repräsentiert auch die Gebäudeteile selbst als Objekte mit Eigenschaften und deren Relationen zueinander. Eine weitere Zielsetzung ist in diesem Zusammenhang der Aufbau eines einheitlichen digitalen Gebäudemodells mit einer planungsdisziplinübergreifenden Sichtweise. Somit wird ein zentrales Modell geschaffen, das als Datenbasis für Planungs-, Bau- oder Betriebsprozesse dient¹⁹.

Um den Datenaustausch eines Bauwerksmodells zu garantieren bedarf es eines neutralen objektorientierten Übergabeformates wie das Industry Foundation Classes (IFC), welches im theoretischen Teil im Kapitel semantische Modellierung unter dem Aspekt der Erweiterung von CityGML weiter behandelt wird.

Folgende Abbildung soll ein integriertes Informationssystem darstellen, wobei die Basis dieses Systems ein virtuelles Gebäudemodell ist:

19 Vgl. SCHLUNDT, M. et. al. in: MAY, M., et. al., (2013)

(25)

10

Abbildung 3: Informationssystem mit virtuellen Gebäudemodell

Die Entwicklung von Gebäudemodellen hat rückblickend einige Etappen durchgelaufen, die natürlich auch von der Entwicklung der Rechner und Speicherleistung abhängig waren.

1. 2D-Modell 2. 2 ½ D-Modell 3. 3D-Volumenmodell

4. Digitalisiertes Gebäudeinformationsmodell

2.4.1 Ziele und Nutzen von BIM

Das wesentliche Ziel von Building Information Modeling ist die Vermeidung von Informationsverlusten bei der Datenweitergabe und der Bündelung von Arbeitsabläufen im Gebäudelebenszyklus.

Nach SPIESS (2009) liegt der Nutzen von BIM in der Möglichkeit von Simulation und Analyse in der Entwurfsphase von Gebäuden durch bessere Visualisierungen z.B. mit fotorealistischen Detaildarstellungen²⁰. Aufgrund der anschaulichen Visualisierung kann auch die Kommunikation zwischen den Baubeteiligten verbessert werden.

20 Vgl. auch: SHOJAEI, D. et. al., (2013)

(26)

11

Weiters werden Entwurfskoordination und Ausführungsplanung aufgrund der Vermeidung von Redundanzen in der Erfassung der Gebäudebestandteile verbessert²¹.

2.5 CAFM Software und CAFM-Systeme

Bei einer CAFM-Software handelt es sich um eine Software, die die spezifischen Prozesse des Facility Management und die daran direkt oder indirekt beteiligten Personen unterstützt.

Ein CAFM-System hingegen ist eine auf die spezifischen Bedürfnisse eines Unternehmens bzw. einer Branche angepasste Komplettlösung zur Unterstützung der Prozesse des Facility Managements.

Abbildung 4: Begriffsbestimmungen CAFM-Software und CAFM-System

Quelle: MAY, M., et. al., HRSG. (2013): CAFM-Handbuch. IT im Facility Management erfolgreich einsetzen, 2013

Eine zukünftige, middleware-basierte CAFM-Software passt sich bei der Unterstützung der FM-Prozesse optimal an die Organisationen und Zuständigkeiten der eingebundenen Unternehmen an. Einerseits kann dies durch gängige Webanwendungen oder der nahtlose Einbeziehung mobiler Endgeräte geschehen.

Über oben genannte Web-Service-Schnittstellen können CAFM- und ERP-Systeme miteinander kommunizieren, wobei es auf diese Weise möglich wird, die im CAFM- System abgebildeten Prozesse online mit den aktuellen Daten des ERP-Systems zu versorgen²².

21 Vgl. SCHLUNDT, M. et. al. in: MAY, M., et. al., (2013)

22 Vgl. KOCH, S. et. al. in: MAY, M., et. al., (2013)

(27)

12

Abbildung 5: Vorteile von middleware-basierter CAFM-Software

2.6 Integrationstechnologien von GIS und BIM im CAFM

Meist ist eine lagegetreue Zuordnung von Gebäudegrundrissen nicht möglich, da die Gebäudegeometriedaten bei der Erfassung in lokale Koordinatensysteme verspeichert werden. Um z.B. mehrere Grundrisse eines Gebäudes lagegerecht darstellen zu können, muss ein übergreifendes lokales bzw. globales geodätisches Koordinatensystem für die grafische Erfassung der Grundrisse eingesetzt werden.

Parallel zu den geometrieorientierten CAFM-Programmen gibt es eine Vielzahl von Softwarelösungen, welche topologieorientiert, räumliche Beziehungen zwischen Objekten verarbeiten und visualisieren können²³. Mithilfe von Geoinformationssysteme (GIS) kann die Integration von Gebäudegeometrieinformationen und alphanumerischer Daten (Sachdaten) in ein CAFM-System vollzogen werden. Hiermit ist es möglich,Objekte und Daten mit einem räumlichen Bezug darzustellen. Zu den bekanntesten Lösungen zählen u. a. die Webportale von Google und Bing.

Insbesondere mit Internet-Technologien, wo die Aufteilung von Software in wiederverwendbaren Komponenten möglich ist, können Anwendungen unterschiedlicher Produzenten mit einer einheitlichen Oberfläche hergestellt werden.

Eine Browseranwendung soll die Graphik bereitstellen, wobei auch vom Nutzer Interaktionen durchgeführt werden können²⁴.

23 Vgl. DORE, C.; MURPHY, M. (2012)

24 Vgl. SCHAUER, A. et. al. in: MAY, M., et. al., (2013)

(28)

UNIGISMSC MASTER THESIS

Exkurs: Gebäude Facility Management und WebGIS

13

Untenstehende Abbildung soll die Systemarchitektur einer CAD/GIS WEB Frontend aufzeigen

Abbildung 6: Systemarchitektur mit Webbrowser

Quelle: MAY, M., et. al., HRSG. (2013): CAFM

2.7 3D WebGIS Anwendungsbeispiel 2.7.1 Umzugsmanagement der Stadt München

2.7.1.1 3D-Stadtmodell

Zunächst arbeitet im Vorfeld

Stadtmodell, welches zunächst für die Zwecke der Stadtplanung gedacht weiterer Folge auch

Solarpotentialanalysen genutzt wurde.

LandXplorer (3D Geo GmbH heute Autodesk)

Karten-Applikation heraus die wie Google Earth oder Virtual Earth zu bedienen

Insbesondere war auch die Datenhaltung und die Datenabgabe von zentraler Bedeutung bei der Entwicklung des Onlinedienstes.

von Anfang an auf offene Standards gesetzt, wobei anfänglich VRML als Datenschnittstelle eingesetzt wurde.

CityGML vorangetrieben

diesem Austauschformat realisiert.

KML Format umgesetzt

25 Vgl. SCHAUER, A. et. al. in: MAY, M., et. al., (2013)

26 Vgl. BLEIFUß, R. (2009)

MSC MASTER THESIS: IMPLEMENTATION EINES Exkurs: Gebäude Facility Management und WebGIS

Untenstehende Abbildung soll die Systemarchitektur einer CAD/GIS WEB Frontend aufzeigen²⁵:

Systemarchitektur mit Webbrowser

WebGIS Anwendungsbeispiel Umzugsmanagement der Stadt München

Stadtmodell München im Vorfeld

Zunächst arbeitet im Vorfeld seit 2001 die Sadt Münschen operativ am digitalen 3D , welches zunächst für die Zwecke der Stadtplanung gedacht

weiterer Folge auch für umwelttechnische Untersuchungen wie Lärmausbreitu Solarpotentialanalysen genutzt wurde. Mit der Zusammenarbeit

LandXplorer (3D Geo GmbH heute Autodesk) kam die erste kommerzielle 3D heraus die wie Google Earth oder Virtual Earth zu bedienen

r auch die Datenhaltung und die Datenabgabe von zentraler Bedeutung bei der Entwicklung des Onlinedienstes. In diesem Zusammenhang wurde von Anfang an auf offene Standards gesetzt, wobei anfänglich VRML als Datenschnittstelle eingesetzt wurde. Mehr und mehr wurde die Entwicklung von CityGML vorangetrieben. Letztendlich wurde der Aufbau der Datenbankstruktur nach diesem Austauschformat realisiert. Weiters wurde auch der Datenaustausch mit den KML Format umgesetzt²⁶.

al. in: MAY, M., et. al., (2013) BLEIFUß, R. (2009)

IMPLEMENTATION EINES 3D-WEBGIS U1505 Jakob Egger Untenstehende Abbildung soll die Systemarchitektur einer CAD/GIS-Integration und

Handbuch. IT im Facility Management erfolgreich einsetzen, 2013

operativ am digitalen 3D- , welches zunächst für die Zwecke der Stadtplanung gedacht war und in

für umwelttechnische Untersuchungen wie Lärmausbreitung und Mit der Zusammenarbeit der RSS GmbH und die erste kommerzielle 3D-Online- heraus die wie Google Earth oder Virtual Earth zu bedienen ist.

r auch die Datenhaltung und die Datenabgabe von zentraler In diesem Zusammenhang wurde von Anfang an auf offene Standards gesetzt, wobei anfänglich VRML als nd mehr wurde die Entwicklung von Aufbau der Datenbankstruktur nach Weiters wurde auch der Datenaustausch mit den

(29)

14

Abbildung 7: 3D-Stadtmodell München: Systemarchitektur

Quelle: Bleifuß, R., Diplomarbeit, 2009

In weiterer Folge enstanden Bestrebungen einen standardisierten zentralen Datenpool der für den Einsatz im Facility Management zu realisieren. Die Anwender innerhalb der Stadtverwaltung sollten auf diesen Datenpool zugreifen können. Der Datenpool entstand aus digitalen 2D-Plänen wird ein semantisches 3D-Innenraummodell, wobei dieses eben um spezifische Sachdatentabellen erweitert werden muss.

2.7.1.2 3D-Innenraummodellierung eines Verwaltungsgebäudes

BIM Datenmodelle sind grundsätzlich sehr reich an semantischen Inhalten, da ja auch der Focus dieses Datenmodells auf das Gebäude mit all seinem Inventar, Leitungen, Instandhaltung und Kosten u. dgl. gerichtet ist. Ermöglicht wird diese semantische Datenmodellierung durch das IFC-Format, welches neben dem CityGML-Format im Kapitel 3: semantische Modellierung noch näher beschrieben wird.

In der Diplomarbeit von BLEIFUß (2010) kann die Integration von BIM und GIS-Daten zum einen durch das Application Domain Extension -Erweiterungskonzept (ADE) oder durch das Prinzip der der generischen Objekte/Attribute bei dem das Instanzdokument um eben der neuen Objekte und Attribute erweitert wird vollzogen werden. Bei der ersteren der ADE -Methode wird eine Beschreibung des CityGML-Dokumentes durch ein eigenes neues XML-Schemas vorgenommen, wobei einige Klassen von bestehenden abgeleitet werden.

So reicht die CityGML Klasse (Room) nicht aus um z. B. zusätzlich zu der wahren Raumhöhe abgehängte Raumdecken (z. B. Zwischendecken aus Styroporplatten) zu berücksichtigen, da diese Klasse nur eine Raumhöhe beschreiben kann. Als Lösung wurde ein zweiter Raumkörper geschaffen, der eben den Raum in der Zwischendecke beschreiben kann. Diese beiden Körper liegen übereinander und durchdringen sich nicht.

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15

Abbildung 8: CAFM_Room als Modell und in UML

Quelle: Bleifuß, R., Diplomarbeit, 2009

Nach dieser Erweiterungsmethode können auch Kostengruppen und Attribute (abstrakte Klassen) von vorhandenen Klassen abgeleitet werden.

Bei der praktischen Umsetzung kommt als Testgebäude ein Verwaltungsgebäude der Stadt München zum Einsatz. Das Gebäude besteht aus vier Vollstockwerken, wobei das fünfte zur Hälfte aus einer Dachterasse besteht. Weiters liegen für jedes Stockwerk des Gebäudes 2D-CAD-Pläne vor. So müssen nun daraus 3D-Modelle erstellt werden, die dann übereinander gelegt werden um das vollständige Gebäudemodell zu erhalten.

Zur Speicherung der Daten kommt die zentrale Datenbank Oracle Spatial (Oracle Spatial 10g) zum Einsatz. Zur Weiterverarbeitung und Datenablegung in die Datenbank kommt die proprietär Software AutoCAD Map 3D, die durch die FDO-Technologie eine direkte Speicherung der Daten in die Datenbank gewährleistet.

Um den Bezug zu einem globalen Koordinatensystem herstellen zu können, mußten die CAD-Pläne von einem lokalen Koordinatensystem transformiert werden. Weiters mußten nicht mehr benötigte Zeichnungselemente entfernt werden.

Durch das autodeskspezifische SDF-Datenformat, das tabellenartig aufgebaut ist, können nun die Gebäudedaten direkt in die Datenbank gespeichert werden. In weiterer Folge wurde das CAFM-System der Stadt München über einen Datenbank-Link an die zentrale Datenbank angeknüpft.

Durch die CityGML konforme Speicherung der Daten kann mit einem PL/SQL-Skript ein CityGML-Dokument ausgegeben werden, das in einem CityGML Viewer (LandXplorer) visualisiert wird. Dieser GML-Viewer stellt je nach Betrachtungswinkel die vorderen Wände nicht mehr dar, womit eine 3D-Innenraumbegehung ermöglicht wird.

BLEIFUß (2009) hat herausgearbeitet, dass CityGML aufgrund des Vermögens semantische und auch topologische Informationen zu repräsentieren eine gute Eigung der Integration von BIM und GIS-Daten hat²⁷.

27 Vgl. BLEIFUß, R. (2009)