• Aufschlußdatenbank (ADB)

• Labor- und Analysendatenbank (LAD)

• Bodenkundliche Datenbank (BDB)

• Rohstoffbetriebsdatenbank (RBDB)

• Bergbauliches Informationssystem (RISL)

Die Sekundärdaten (Auswertungsdaten) und ein Auszug der zur Auswertung zugrundeliegenden Primärdaten (Grundlagendaten)  werden im Digitalen Kartenarchiv themenbezogen abgelegt. Dadurch werden diese Primärdaten zwar teilweise redundant gehalten, dokumentieren aber den aktuellen Stand zum Zeitpunkt der Bearbeitung.

Architektur des DKA

Bei der Datenorganisation im DKA gibt es zwei verschiedene Betrachtungsebenen. Auf der logischen Ebene steht die Gliederung der Geodaten in geowissenschaftliche Themen im Vordergrund, auf der technischen Ebene die konkrete Realisierung in einer Verzeichnisstruktur. Je nach Anwender interessiert mehr die logische Sicht (Zugriff und Recherche der Daten) oder die technische Sicht (Verarbeitung und kartographische Aufbereitung der Daten).

Themenbezogene Beschreibung der Geodaten (Auswertungsdaten)

Abbildung 1 gibt einen Überblick über die logische Sicht auf die Geodaten des DKA. Wichtigstes Gliederungskriterium sind die nach fachlichen Kriterien gegliederten geowissenschaftlichen Themen, die in einem Themenkatalog zusammengestellt und beschrieben sind, z.B. Grenzfläche einer geologischen Einheit, Grundwasserneubildung, Bodenart, Erdbebenzonen, Topographie. Eine Karte ist eine kartographische Visualisierung dieser Themen. Im LGRB werden Karten in der Regel über AML-Programme und Menüs erstellt. Zu einem Thema gehören eine oder mehrere Informationsebenen bzw. Datensätze. Zum Thema Schichtlagerungskarte beispielsweise gehören die Informationsebenen Belegpunkte (Punkt-Coverage), Isolinien (Linien-Coverage), Verbreitungsgebiet mit Störungen (Flächen- und Linien-Coverage) sowie die kontinuierliche Schichtoberfläche (GRID, TIN) (vgl. Tab. 6). Die Geoobjekte der Informationsebene werden mit Attributen beschrieben, die im Normalfall in Basistabellen (Objektlisten, Lookup-Tabellen, Schlüssellisten) erläutert werden. In den Basistabellen werden die Attribute beschrieben und die kartographische Darstellung definiert. Ein wichtiges Ziel hierbei ist es, diese Basistabellen zentral aufzubauen und zu pflegen. Beispielsweise gibt es Basistabellen mit allen punkt-, linien- und flächenförmigen Geoobjekten, die in Karten des LGRB vorkommen können.

Abbildung 1: Prinzip der Datenorganisation im DKA (ER-Modell, vereinfacht)

Aufbau der Verzeichnisstruktur

Die im letzten Kapitel beschriebene logische Gliederung wurde in einer Verzeichnisstruktur auf der Grundlage von ARC/INFO-Workspaces umgesetzt. Für alle Verzeichnisse und Dateien der Verzeichnisstruktur gibt es Namenskonventionen. Bei Geodatensätzen gibt es darüber hinaus Richtlinien für die Vergabe von Attributen. Für die wichtigsten Attribute gibt es Basistabellen und zentrale Symboldateien zur kartographischen Darstellung in ARC/INFO und ArcView. Die Dateien des DKA werden in vorgeschriebenen Formaten abgelegt.

Abbildung 2 zeigt einen Ausschnitt aus der Verzeichnisstruktur des DKA.

Abbildung 2: Auszug aus der Verzeichnisstruktur des DKA

Auf der obersten Gliederungsebene werden vier Bereiche unterschieden. Im Bereich "kartier" stehen blattschnittbezogene, landesweite Kartierungen. Die Daten sind dort nach Kartenwerk und Kartenblattnummer weiter untergliedert. Für jedes Kartenblatt eines Kartenwerks gibt es ein Verzeichnis, in dem die Geodaten mit amtsweit eindeutigen Namen abgelegt sind. Es gibt Unterverzeichnisse mit weiteren blattspezifischen Daten. Darüber hinaus gibt es für alle Kartenblätter eines Kartenwerks Basistabellen, Symboldateien, Kartenelemente sowie AML-Makros und -Menüs, die an einer übergeordneten Stelle in der Verzeichnisstruktur stehen. Im Bereich "projekte" werden Projektdaten abgelegt. Dieser Bereich ist weniger formalisiert als der Bereich Kartierungen. Die Daten werden projektbezogen in einem Projektverzeichnis abgelegt. In jedem Projektverzeichnis gibt es Unterverzeichnisse mit weiteren projektrelevanten Daten (siehe Tab. 2). Im Unterverzeichnis "karten" stehen Kartographiedaten, die ausschließlich für dieses Projekt verwendet wurden. Im Bereich "topo" der obersten Gliederungsebene stehen Fremddaten. Dies sind im wesentlichen die topographischen Basisdaten des Landesvermessungsamts.  Im Verzeichnis "karten" der obersten Gliederungsebene stehen amtsweite Basistabellen und Kartographieelemente (ARC/INFO-Symboldateien, Kartenelemente), die in allen Kartierungen und Projekten genutzt werden können.

Für die einheitliche Verwaltung von Karten und Themen wurden weitreichende Namenskonventionen festgelegt. Jeder Datensatz (Coverage, Shapefile, ArcView-Projekt) des DKA hat, unabhängig vom Standort in der Verzeichnisstruktur, einen eindeutigen Namen. Dadurch ist es auch möglich, dass die Datensätze unabhängig von ihrem Standort unterschieden werden können. Dies ist z.B. notwendig, wenn die Daten in ArcView geladen werden oder wenn sich die Datenorganisation ändern sollte.

Für den Aufbau eines Projektverzeichnisses gibt es weitreichende Richtlinien, die im folgenden kurz erläutert werden: Das Projektverzeichnis hat den Namen des Projektkürzels, welches in der zentralen Projektverwaltung vergeben wird. Im Projektverzeichnis stehen

• alle Geodaten in ARC/INFO lesbaren Datenformaten mit amtsweit eindeutigen Namen entsprechend der Namenskonvention,

• eine README-Datei mit der Datenübersicht und

• Unterverzeichnisse für alle weiteren Daten.

Tabelle 2 gibt einen Überblick über die möglichen Unterverzeichnisse eines Projektverzeichnisses.

Tabelle 2: Erläuterung der möglichen Unterverzeichnisse des Projektverzeichnisses

In der Praxis hat sich gezeigt, dass die Anforderungen, die in den bisher durchgeführten Projekten an die Datenarchivierung gestellt wurden, durch die Verzeichnisstruktur erfüllt werden konnten.

Nutzung des DKA

Metadaten

Ein entscheidender Punkt bei der Nutzung des DKA ist der Zugriff über Metadaten. Hierzu stehen in erster Linie README-Dateien zur Verfügung, die auf allen Ebenen der Verzeichnisstruktur angelegt werden und die Dateien des Verzeichnisses nach einer vorgegebenen Struktur beschreiben. Darüber hinaus gibt es zu den Projekten fachliche Dokumentationen, die in den jeweiligen Projektverzeichnissen stehen.

Für einen formalisierten Zugriff wird eine Metadatenverwaltung auf der Basis des europäischen GEIXS-Systems  von EuroGeoSurvey aufgebaut (http://eurogeosurveys.brgm.fr). Der GEIXS-Standard wurde hierzu an die logische Struktur des DKA angepasst. Entsprechend dieser Gliederung gibt es Metadaten zu Karten, Themen, Informationsebenen und Attributen (Abbildung 1).

Softwarewerkzeuge zur Erfassung, Verwaltung, Recherche und Visualisierung der Daten

Erfassung, Verwaltung, Recherche und Visualisierung der Daten des DKA werden durch Softwarewerkzeuge unterstützt. Je nach Nutzergruppe kommen dabei verschiedene Produkte zum Einsatz. Abbildung 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Geodateninfrastruktur und die eingesetzten Softwarewerkzeuge im Umfeld des DKA.

Abbildung 3: Geodateninfrastruktur im Umfeld des DKA (Digitales Kartenarchiv).

Primärdaten (Grundlagendaten) werden DBMS-basiert in den Datenbanken des LGRB verwaltet: ADB (Aufschlußdatenbank), LAD (Labor- und Analysendatenbank), RDBD (Rohstoffbetriebsdatenbank), BDB (Bodenkundliche Datenbank), RISL (Bergbauliches Informationssystem). Sekundärdaten werden file-basiert im DKA abgelegt. Der Zugriff der einzelnen Softwarekomponenten auf die Datenbestände erfolgt entweder lesend (1 Pfeil), lesend und schreibend (Doppelpfeil)  oder lesend und in Ausnahmefällen schreibend (Doppelpfeil ohne Füllung).

Eine grobe Übersicht über die Daten des DKA wird im Intranet des LGRB (LGRB-INFO-Service) zur Verfügung gestellt. Ein Schwerpunkt hierbei ist es, sich schnell einen Überblick über die Daten und Programme des DKA zu verschaffen. Bei den einzelnen Kartenwerken und Projekten kann man sich über den aktuellen Bearbeitungsstand sowie bei abgeschlossenen Projekten über Projektergebnisse in Form von Berichten, Karten und Grafiken (z.B. geologische Schnitte) informieren. Ein Zugriff und eine Visualisierung auf die Geodatensätze über ein WebGIS-Anwendung ist geplant.

Für die Datenrecherche und Visualisierung durch die geologischen Bearbeiter stehen verschiedene Werkzeuge auf der Basis von ArcView zur Verfügung. Dies sind zum Einen vordefinierte ArcView-Projekte, welche die Ergebnisse von Projekten enthalten und zentral abgelegt sind. Zum anderen sind dies ArcView-Extensions, die für die Recherche und Visualisierung der Geodaten im DKA entwickelt wurden. Für die Recherche und Visualisierung der Aufschlußdaten in der Aufschlußdatenbank (ADB) und des DKA wurde die Extension ArcLGRB entwickelt. Primäres Ziel dieses Werkzeugs ist es, den Geologischen Bearbeiter bei der Erstellung von Gutachten, Stellungnahmen und anderen Beratungstätigkeiten zu unterstützen.

Für die Geodatenerzeugung und Kartographie gibt es verschiedene Werkzeuge auf der Basis von ARC/INFO AML. Diese Werkzeuge werden von GIS-Bearbeitern und Kartographen genutzt. In der Anwendung GLAKARTENTOOLS werden menügeführt, Funktionen zur Administration des DKA sowie zur GIS-Datenerzeugung angeboten. Über das Werkzeug Qualitätssicherung kann die Verzeichnisstruktur nach Inkonsistenzen und nicht definierten Dateien durchsucht werden. Mit dem Grafik-Programm ADOBE Illustrator werden nach der GIS-Bearbeitung die kartographischen Feinarbeiten ausgeführt.

Über Schnittstellenprogramme werden die Geodaten des DKA weiteren Auswertungsprogrammen zugeführt. Diese sind beispielsweise FEFLOW zur Grundwassermodellierung und SGI Explorer zur dreidimensionalen Visualisierung der Geodaten. Je nach Umfang werden diese Daten ebenfalls im DKA in Unterverzeichnissen abgelegt. Bei Grundwassermodellierungen werden die Ergebnisdaten bei Bedarf in ARC/INFO-Daten konvertiert und entsprechend den DKA-Richtlinien abgelegt, um sie beispielsweise in ArcView zu nutzen. Dies können z.B. berechnete Wasserspiegellagen sein, die mit anderen Themen verknüpft und weiterverarbeitet werden (WATZEL, 1999).

Aktueller Stand und Projektbeispiele

Das Digitale Kartenarchiv wird seit etwa vier Jahren am LGRB betrieben. Derzeit werden etwa 25 Gigabyte an Daten in der Verzeichnisstruktur verwaltet. Aktuelle Nutzer sind derzeit auf der Seite der GIS-Bearbeitung (ARC/INFO-Anwender) etwa 5 - 10 Mitarbeiter, auf der Seite der Datennutzer (ArcView-Anwender) etwa 30-40 Mitarbeiter. Neben den Neubearbeitungen werden sukzessive auch die Altdatenbestände in die DKA-Verzeichnisstruktur übernommen. Tabelle 3 gibt einen Überblick über die derzeit abgelegten Kartierungen. Tabelle 4 zeigt eine Zusammenstellung größerer Projekte

Tabelle 3 :  Übersicht und Bearbeitungsstand der Kartenwerke im DKA des LGRB

Der aktuelle Stand der Kartenwerke kann über die Homepage des LGRB unter http://www.lgrb.uni-freiburg.de/d/prod/data.htm abgefragt werden.

Tabelle 4: Zusammenstellung größerer abgeschlossener Projekte, die nach den DKA-Richtlinien strukturiert sind

Projektbeispiele aus dem DKA

Ein wichtiger Schritt bei der Projektkonzeption ist die Zusammenstellung der zu erstellenden Karten, Themen und Informationsebenen als Grundlage der GIS-Bearbeitung. Beispielhaft werden im folgenden Auszüge aus Projektdefinitionen vorgestellt.

Projekt DAGIS: Digitale Geologische Karte 1 : 50 000 (digitale GK50)

Im Projekt DAGIS werden die klassischen geologischen Karten im Maßstab 1 : 25 000 und 1 : 50 000 digitalisiert und eine digitale GK50 erstellt. Hierzu wurden die Informationen der vorliegenden geologischen Karten thematisch strukturiert und ein Datenmodell entsprechend den DKA-Kriterien erstellt (vgl. hierzu auch US GEOLOGICAL SURVEY, 1997). Für das Pilotblatt Stuttgart und Umgebung ergeben sich daraus 5 Karten, 14 Themen und 33 Informationsebenen (Coverages). Tabelle 5 zeigt einen Auszug aus diesem Datenmodell.

Tabelle 5: Karten, Themen und Informationsebenen der
Geologischen Karte 1 : 50 000, Blatt Stuttgart (Auszug)

Die Basistabellen werden blattschnittübergreifend und landesweit geführt. In ihnen werden die Symbolik der einzelnen Geoobjekte sowie die Legendentexte definiert. Da alle geologischen Karten gleich abgelegt werden, kann ein Großteil der Bearbeitungsschritte automatisiert werden.

Projekt HGK Rhein-Neckar-Raum: Hydrogeologische Kartierung Rhein-Neckar-Raum

Gegenstand der Hydrogeologischen Kartierung Rhein-Neckar-Raum ist die quartäre Sedimentfüllung des nördlichen Oberrheingrabens, die durch feinklastische Horizonte in mehrere Schichtpakete untergliedert wird. Für die einzelnen Grenzen der Schichtpakete wurden Schichtlagerungskarten erstellt und entsprechend den DKA-Richtlinien gegliedert. Für die Oberfläche des Zwischenhorizonts 1 ergibt sich das in Tabelle 6 skizzierte Datenmodell (vgl. auch SOKOL & WATZEL, 1997, OHNEMUS, SOKOL & WATZEL, 1999)

Tabelle 6: Karten, Themen und Informationsebenen der HGK Rhein-Neckar-Raum (Auszug))

In den Basistabellen LGRB-Punktobjekte, LGRB-Linienobjekte und LGRB-Flächenobjekte werden die punkt-, linien- und flächenförmigen Geoobjekte des DKA zentral geführt. Zu jedem geowissenschaftlichen Thema wird festgelegt, welche Geoobjekte aus diesen Listen dazugehören.

CD-ROM "Geowissenschaftliche Übersichtskarten von Baden-Württemberg 1 : 350 000"

Die CD-ROM "Geowissenschaftliche Übersichtskarten von Baden-Württemberg 1 : 350 000" enthält 20 landesweite Übersichtskarten aus dem Bereichen Geologie, Bodenkunde, Hydrogeologie, Rohstoffgeologie und Erdbeben. Neben den Karten, die im Rasterformat vorliegen, werden auf der CD-ROM auch die den Karten zugrundeliegenden Geodatensätze im Shapefile-Format mitgeliefert. Ein Auszug aus dem Datenmodell, welcher der Erstellung der CD-ROM zugrundeliegt, zeigt Tabelle 7.

Tabelle 7: Auszug aus dem Datenmodell der CD-ROM: "Geowissenschaftliche Übersichtskarten von Baden-Württemberg 1 : 350 000", Beispiel Geologische Karte und Karte der Geogenen Grundwasserbeschaffenheit

Diskussion und Ausblick

Beim Aufbau einer zentralen Geodatenhaltung hat sich gezeigt, dass zusätzlich zu den eigentlichen Geodaten bei der GIS-Bearbeitung eine Vielzahl unterschiedlichster Daten anfallen. Dies sind zum Einen Dateien, die in der Kartographie zur Erstellung der Karten und für die Visualisierung in ArcView benötigt werden (Symbolsets, Keyfiles, Logos und andere Kartenelemente, AMLs und Menüs). Hinzu kommen Grafiken z.B. Geologische Schnitte, Projektberichte und Makros bzw. Menüs, die für projektbezogene Auswertungen erstellt werden. Um alle Daten und Programme zu dokumentieren und dadurch wiederverwendbar zu machen, hat sich gezeigt, dass eine Verzeichnisstruktur hier eine flexible Lösung ist. Dies ist sicherlich auch deshalb erforderlich, weil bei den verwendeten Programmen ARC/INFO und ArcView,  die Datenhaltung, die Datenanalyse und die Datenpräsentation bzw. Kartographie konzeptionell nicht getrennt und nicht formalisiert sind.

Durch die weitreichenden Richtlinien des DKA bei der Namensgebung und den Datenformaten wird eine Grundlage geschaffen, die es erlaubt, Softwarewerkzeuge zu entwickeln, die auf einer transparenten und konsistenten Datenorganisation aufsetzen. Mit ArcView hat man eine komfortable Benutzeroberfläche, um diese Geodaten zu recherchieren und zu visualisieren.

Beim Aufbau des DKA hat sich darüber hinaus gezeigt, dass eine zentrale Geodatenhaltung weitreichende Konsequenzen auf den gesamten Arbeitsablauf und die Organisationsstruktur hat. Eine Verzeichnisstruktur kann daher nur als Übergangslösung angesehen werden, die mittelfristig durch Datenbank-gestützte Lösungen, die in die Arbeitsprozesse integriert sind, ersetzt werden muss. Das primäre Ziel der Harmonisierung und Sicherung der Datenbestände wird über eine Verzeichnisstruktur erreicht. Die Einführung von Namenskonventionen und Richtlinien und die damit einhergehende Formalisierung der Geodaten hat zu Qualitätsprüfungen und zu einer Qualitätssteigerung der Produkte geführt.

In Zukunft wird insbesondere die Metadatenverwaltung weiter ausgebaut, vor allem auch im Hinblick auf die externe Nutzung der Daten. Desweiteren ist geplant, die Themendefinition weiter zu vervollständigen. Sie ist die Grundlage einer behördenweiten Geodatenbeschreibung und damit verbunden dem Aufbau einer zukunftsweisenden Geodateninfrastruktur.

Literatur

1. AD-HOC-AG KERNSYSTEME UND METHODENBANKEN DES AG "BODEN-INFORMATIONSSYSTEME DER LABO (1994): Aufgaben und Funktionen von Methodenbanken des Bodeninformationssystems als Teil von Umweltinformationssystemen. - Bodenschutz Heft 2, 36 S.- Hrsg.: Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Bodenschutz (LABO); Karlsruhe.

2. BARTSCH, H.U. (1997): Architecture of the NIBIS soil information system of Lower Saxony. - IN: Workshop on Land-Information Systems, developments for planning the sustainable use of land resources, november 20.-23., Hannover; Workshop proceedings.

3. GEIXS (Geological Electronic Information Exchange System)  URL: http://eurogeosurveys.bgrm.fr

4. LANDESAMT FÜR GEOLOGIE, ROHSTOFFE UND BERGBAU BADEN-WÜRTTEMBERG (1999): Anwendung geowissenschaftlicher Informationssysteme.- Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau Baden-Württ., Informationen, 11: 82 S., 89 Abb.; Freiburg i. Br.

5. OHNEMUS, J., SOKOL, G. & WATZEL, R. (199): Räumliche Modellierung hydrogeologischer Strukturen im nördlichen Oberrheingraben. - In: 4

6. SOKOL, G. & WATZEL, R. (1997): Organizing GIS Data for Hydrogeological Applications. - In: 1997 Esri User Conference CDROM, Proc. of the 1997 Esri User Conference July 8-11, San Diego, CA. URL: http://www.Esri.com/library/userconf/proc97/PROC97/TO250/PAP209/P209.HTM

7. US GEOLOGICAL SURVEY (1997): Digital Geologic Maps Data Model. URL: http://ncgmp.usgs.gov/ngmdbproject/standards/datamodel/DMprogrpt.html

8. WATZEL, R. (1999): GIS-gestützte Grundwassermodellierung.- In: 4