Jörg Blankenbach

Handbuch der mobilen Geoinformation Architektur und Umsetzung mobiler standortbezogener Anwendungen und Dienste unter Berücksichtigung von Interoperabilität

Herbert Wichmann Verlag • Heidelberg

Inhaltsverzeichnis Teil A Einführung und Grundlagen

1

1

Einführung

3

1.1

Einleitung

3

1.2

Zielsetzung und Aufbau des Buches

5

2

Mobile standortbezogene Anwendungen und Dienste

7

2.1

Einleitung

7

2.2

Begriffe des Mobile Computings

7

2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3

Anwendungen des Mobile Computings Mobile Ökonomie Mobile öffentliche Verwaltung Merkmale mobiler Anwendungen und Dienste

8 8 9 9

2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3

LBS - Location Based Services Begriffsdefinition Klassifizierung Akteure

11 11 15 19

2.5 2.5.1

Mobile Geoinformationssysteme Anwendungsbereiche

20 21

2.6

Marktprognose mobiler standortbezogener Anwendungen und Dienste

22

2.7 2.7.1 2.7.2

Mehrwert mobiler standortbezogener Anwendungen und Dienste Informationsübermittelnde LBS Mobile standortbezogene Anwendungen und Dienste im Unternehmensumfeld

24 25

3

Technologie mobiler standortbezogener Anwendungen

29

3.1

Einleitung

3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3

Drahtlose Kommunikationstechnologie Grundlagen Kategorien der drahtlosen Nachrichtenübertragung Zellbasierte Funksysteme

30 30 34 36

3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3

Grundlagen von Netzwerken OSl-Referenzmodell Vereinfachtes Referenzmodell IEEE-802-Standard

37 37 . 39 " 41

•.

26

29

XIV

Inhaltsverzeichnis

3.3.4 3.3.5

TCP/IP-Referenzmodell Protokolle zur mobilen und spontanen Vernetzung

41 44

3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.7 3.4.8

Drahtlose Kommunikationsnetze Betriebsarten Infrastruktur- und Ad-hoc-Netzwerke WPAN - Wireless Personal Area Network WLAN -Wireless Local Area Network WMAN - Wireless Metropolitan Area Network WWAN - Wireless Wide Area Network Sonstige Kommunikationstechnologie Zusammenfassung der drahtlosen Kommunikationstechnologie

48 49 49 50 55 60 61 75 78

3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4

Mobile Informationstechnologie Mobile Endgeräte Mobile Betriebssysteme Datenhaltung auf mobilen Endgeräten Mobile Clients

78 78 83 85 93

3.6 3.6.1 3.6.2 3.6.3 3.6.4 3.6.5 3.6.6 3.6.7 3.6.8 3.6.9 3.6.10

Positionsbestimmungsverfahren für LBS und mobile GIS Alternative Verfahren der Positionsbestimmung Grundlagen der automatisierten Positionsbestimmung Anwendung der netzwerkgestützten Positionsbestimmung Fazit der netzwerkgestützten Positionsbestimmung Indoor-Positionsbestimmung Satellitengestützte Positionierung A-GPS - Assisted GPS Logische Positionsbestimmung Automatische Ortung über digitales Fernsehen Fazit der automatischen Positionsbestimmung

98 100 101 103 110 111 112 116 118 119 119

4

Architektur von Anwendungen für das Internet

121

4.1

Einleitung

121

4.2 4.2.1 4.2.2

Verteilte Anwendungen Eigenschaften.,.! Implementierung

4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5 4.3.6 4.3.7 4.3.8 4.3.9

Internet Entstehung Dienste des Internets WWW - World Wide Web Web-Anwendungen Internet GIS HTTP - Hypertext Transfer Protocol HTTPS - Secure HTTP Alternative Kommunikationsmechanismen Auszeichnungssprachen für das World Wide Web

: L.

121 122 124 126 127 127 128 130 138 139 144 145 147

Inhaltsverzeichnis

XV

4.4 4.4.1

Mobile Web-Anwendungen Mobile Anwendungsprotokolle und -formate

152 152

4.5 4.5.1 4.5.2

Sicherheit von (mobilen) Web-Anwendungen Sicherheit bei Web-Anwendungen Mobile Ende-zu-Ende-Sicherheit

163 163 166

Teil B

Entwicklung, A n w e n d u n g e n und Interoperabilität

169

5

Interoperabilität mobiler standortbezogener Web-Anwendungen 171

5.1

Einleitung

171

5.2

Definition

171

5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3

Standardisierungsorganisationen W3C - World Wide Web Consortium OGC - Open Geospatial Consortium O M A - Open Mobile Alliance

172 172 173 174

5.4

Weitere Standardisierungsorganisationen

177

5.5

Interoperabilität auf Basis von XML

179

5.6 5.6.1 5.6.2 5.6.3 5.6.4 5.6.5 5.6.6 5.6.7 5.6.8 5.6.9 5.6.10

XML - eXtensible Markup Language XML-Dokumente XML-Parser XML-Dokumentenregeln DOM und SAX Namensräume XML-Editoren und XML-Dialekte Automatisierte XML-Erzeugung und -Verarbeitung XSL - eXtensible Stylesheet Language XML-basierte Web-Anwendungen XHTML - eXtensibie Hypertext Markup Language

179 180 181 181 183 184 185 186 187 190 191

5.7

GML - Geography Markup Language

193

5.8 5.8.1 5.8.2 5.8.3

SVG - Scalable Vector Graphics SVG-Viewer SVG für die Visualisierung von Geodäten SVG für mobile Szenarien

196 198 198 199

5.9 5.9.1 5.9.2 5.9.3 5.9.4

OpenLS - OpenGIS Location Services GMS - GeoMobility Server OpenLS-Informationsmodell XLS - XML for Location Services ISO 19133

200 201 203 204 205

5.10 5.10.1

Web Services Serviceorientierte Architekturen

205 206

XVI

Inhaltsverzeichnis

5.10.2 5.10.3 5.10.4 5.10.5 5.10.6

Eigenschaften von Web Services Web-Service-Technologie Sicherheit von Web Services Dienstorientierte Architektur mit Web-Service-Technologie Web-Service-Szenarien

208 210 216 218 218

5.11 5.11.1 5.11.2 5.11.3

Geo Web Services WFS - Web Feature Service WMS - Web Map Service Beurteilung von OGC Web Services für mobile Szenarien

219 222 223 225

6

Java als Hochsprache für mobile Anwendungen und Dienste

227

6.1

Einleitung

227

6.2

Begriffsdefinitionen

227

6.3 6.3.1

Grundlagen JavaBeans

229 232

6.4 6.4.1 6.4.2 6.4.3 6.4.4 6.4.5 6.4.6 6.4.7 6.4.8

Java EE - Java Platform Enterprise Edition Java EE Platform Servlets JSP - JavaServer Pages EJB - Enterprise JavaBeans Java-Applikationsserver Architekturmodelle für Servlets, JSP und EJB Java-Web-Frameworks Entwicklungswerkzeuge

233 234 236 241 244 249 250 253 254

6.5 6.5.1 6.5.2 6.5.3 6.5.4 6.5.5 6.5.6

Java ME - Java Platform Micro Edition Konfigurationen, Profile und optionale Pakete Java Virtual Machines für Java ME Entwicklung von Java-ME-Anwendungen MIDP - Mobile Information Device Profile Implementierungen und Werkzeuge , Optionale APIs'der Java ME

254 255 258 260 262 266 268

7

Beispielanwendungen zur Interoperabilität

271

7.1 7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.1.5 7.1.6 7.1.7 7.1.8 7.1.9

OpenLS-konforme Mobility Plattform Kerntechnologie Verwendete Softwareprodukte Endgeräteadaption Frontend-Schnittstellen Abfrage- und Integrationsschicht Umsetzung der OpenLS-Kerndienste Implementierung von LBS-Anwendungen Leistungstests Fazit und Ausblick

271 272 275 279 281 284 286 298' 300 303

Inhaltsverzeichnis

XVII

7.2 7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 7.2.6 7.2.7 7.2.8 7.2.9

Mobiles GIS für Energieversorgungsunternehmen Niederspannungsnetz in Deutschland Zielsetzung Software- und Hardwaretechnologie Schematischer Programmablauf Datenverwaltung Positionsbestimmung und Navigation Netzdokumentation Visualisierung in SVG Zusammenfassung und Fazit

305 305 306 306 310 311 315 316 319 321

7.3 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.3.4 7.3.5 7.3.6 7.3.7 7.3.8 7.3.9 7.3.10 7.3.11 7.3.12

Dispositionssystem für Feuerwehr und Rettungsdienst Zielsetzung Einführung Bestehendes Leitstellensystem in Darmstadt Analyse des bestehenden Leitstellensystems Entwicklungsziele Technologie Datenintegration Anwendungsarchitektur Mobile JDisp Ergebnisse Fazit Ausblick

322 323 323 323 325 327 327 329 330 336 338 339 340

7.4 7.4.1 7.4.2 7.4.3 7.4.4 7.4.5 7.4.6

Prüfstrecke der TU Darmstadt Begriffe Kalibrierungsverfahren Grundlagen der Prüfstreckenkalibrierung von EDMs Mobile Prüfstrecke Prototypische Umsetzung Fazit und Ausblick

341 341 342 343 345 348 350

7.5

Zusammenfassung

351

8

Ausblick auf die mobile 3D-Geoinformation

355

8.1

Einleitung

8.2

Begriffsdefinition

357

8.3 8.3.1 8.3.2 8.3.3

Grundlagen der 3D-Geodatenverarbeitung Datenerfassung Datenmodellierung Datenvisualisierung

358 358 358 359

8.4 8.4.1 8.4.2

ARS - Augmented Reality Systeme Aufbau und Funktionsweise von AR-Systemen Anwendungsbeispiele mobiler AR-Systeme

361 361 3621

8.5

Fazit

365

.,=

355

XVIII

Inhaltsverzeichnis

Quellenverzeichnis

367

Anhang A

385

Anhang B

387

AnhangC

389

Anhang D

391

Sachwörterverzeichnis

392