Harry Storch - Wissenschaftlicher Mitarbeiter - Brandenburgische TU Cottbus -
Lehrstuhl Umweltplanung

Von Umweltrohdaten zu Umweltinformationskarten

- explizites Management von Umweltinformationen
in öffentlichen WWW-Mapping Applikationen -

Abstract

Internet-Map-Server bieten die Möglichkeit einer öffentlichen Präsentation von raumbezogenen Umweltdaten. Besonders im Bereich der Umweltplanung ist eine gemeinsame Sicht auf Problembereiche eine Grundvoraussetzung für eine rationale Entscheidungsvorbereitung und -begründung. Karten sind für Umweltdaten hierzu das ideale Kommunikationsmedium für die breite Öffentlichkeit. Internet-Mapping-Anwendungen nutzen diese Kommunikationsstärke in einem neuen Publikationsmedium.

Eine Grundvoraussetzung für nachhaltig erfolgreiches WWW-Mapping ist die explizite Modellierung und Integration von administrationsspezifischem Umweltbewertungswissen in den Präsentationsprozeß. Der Internet-Map-Server erfüllt somit eine wichtige Mediationsfunktion zwischen organisationsinternen Umweltdaten und öffentlich präsentierten Umweltinformationen. Der Akt des Publizierens muß bewußt wahrgenommen und legitimiert werden. Es wird dargestellt wie offene Standards für Geodaten und Internet-Mapping-Architekturen eine effektive Integration von Umweltbewertungswissen in den Publikationsakt erlauben und damit eine fachlich orientierte Administration von WWW-Mapping-Anwendungen ermöglichen.

1. GIS als Expertentool: Der Monolog mit Umweltdaten

Geografische Informationssysteme waren von ihren historischen, technologischen und organisatorischen Wurzeln her ein hochspezialisiertes Experten-Werkzeug: "Geographic visualization (GVIS) is conceptualized as predominantly private map use involving high human-map interaction and exploratory analyses. GVIS Research has focused on particular users and applications: highly skilled scientists engaged in scientific research using advanced computing technologies" (Krygier 1998).

Diese technologische Grundkonzeption führte auch innerhalb von Umweltadministationen zu einer - angesichts zunehmender GIS-Datenbestände - nicht mehr akzeptablen Unternutzung und mangelnden Integration von raumbezogenen Umweltinformationen: ."When considered, the argument that states that 80% of decison making includes a spatial component should yield the wider corporate use of GIS. In reality, the use of GIS is typically restricted to specialized departments. Enterprise-wide access to the data generated by GIS is seldom. (...) In the early 70's GIS was initiated as a leading-edge technology, not a communication vehicle" (Albaredes, 1)

Ein wesentlich Ziel der GIS-Softwareentwicklung der letzten Jahre bestand daher in dem Anspruch "to develop GIS toward being a communications technology" (Schroeder 1997). Durch die Verbindung von Web-Technologien und GIS-Technologie sollte die offensichtliche Unternutzung von Geoinformationen in der gängigen Anwendungspraxis von GIS überwunden werden. Allzu schnell wurde aber 'Web-Access' mit 'Public-Access' gleichsetzt: "In the last few years many GIS have appeared on the Web giving the general public, or at least those with a connection to the Web, access to both GIS systems and data. With the increased availability, previous criticism of GIS as an elitist technology may no longer be valid"(Carver/Kingston/ Turton 1998).

Das Experten-Tool GIS wird aber nicht automatisch durch seine technologische Verfügbarkeit in einfachen Web-Browsern zu einem Visualisierungstool von Umweltdaten für die breite Öffentlichkeit: "Defining visualization in terms of map use carries an implication about the map user: that map users have characteristics which ultimately define whether a tool is a visualization tool or not. (...) prior knowledge in the domain being visualized has considerable impact on the quality of visual thinking and communication achieved. What little we know about user differences and interactive cartographic visualization points to similar conclusions ..." (McGuinness 1994, 196)

Das traditionelle Kommunikationsmedium von GIS war die klassischen Umweltkarte in analoger Form. Im Unterschied dazu bieten digital präsentierte Umweltkarten die Möglichkeit einer stärkeren Nutzerinteraktion. Die visuellen Interaktionsmöglichkeiten dieser 'display maps' erweitern damit das Nutzungsspektrum von einer auf Experten zugeschnittenen wissenschaftlichen Datenexploration um die neue Dimension der Kommunikation mit einer bereiteren Öffenlichkeit, so daß sich zwei extreme Funktionen differenzieren lassen (MacEachren 1994, 6):

• 'Scientific Visualization' (monologisch): Ein Geografisches Informationssystem (GIS) bietet aufgrund seiner analytischen Funktionen die Möglichkeit einer räumlich, visuellen Datenexploration und kann somit auch den Erkenntnisgewinn in direkter Interaktion (unterstützt durch geeignete Analyse-Software, d.h. hier GIS) mit räumbezogenen (Roh-)Daten unterstützen.
• Visuelle öffentliche Kommunikation (Dialogorientiert): Eine Karte (thematische Umweltkarte) ist das bekannte klassische Mittel die Synthese aus einem analytischen Erkenntnisprozess einer breiteren Öffentlichkeit zu vermitteln.

2. WWW-Mapping: Der öffentliche Konsument

WWW-Mapping-Applikationen nutzen die Möglichkeiten der WWW-Technologie für die breite öffentliche Verteilung von Karten als klassischen Endprodukten der geografischen Informationsverarbeitung. Die Interaktionsmöglichkeiten des Nutzers beschränken sich hierbei in erster Linie auf die räumliche und thematische Navigation. WWW-Mapping-Applikationen zeichen sich durch einen neuen Nutzertypus für geographische Informationsprodukte aus, dem 'Spatial-Browser'. Dieser besitzt folgende für die traditionelle GIS-Community ungewöhnlichen Eigenschaften und Ansprüche: (Burrough and McDonnell, 1998, 296):

1. Er ist nicht unbedingt in der eigenen (Umwelt-)Adminstration beschäftigt.
2. Er besitzt keine eigenen Daten, weder Geodaten noch Sachdaten.
3. Er möchte oft auch keine eigenen Karten produzieren.
4. Er nutzt das GIS (über das WWW) hauptsächlich als digitalen (Umwelt-)Atlas oder Gazetteer.

Die breite Akzeptanz des WWW-Mapping-Ansatzes beruht auf der Tatsache, daß für den Zugriff auf Umweltinformationen eine räumliche Navigation in den Informationsbeständen ermöglicht wird und somit die Unzulänglichkeiten des klassischen dokumentenbasierten Zugriffsparadigmas des WWW für räumliche Umweltinformationen aufgehoben werden.

Der 'Spatial Browser' ist als Nutzer ein visueller Konsument (Viewer) von Informationsprodukten. Er ist auf den 'Mehrwert' der Präsentation angewiesen: "The traditional way to view geospatial data has been as a map. A 'map' is something more than the data from which it is generated. (...). Indeed one of the ways publishers of geospatial data add value is the manner in which they are able to present the data visually" (Cuthbert 1999, 24).

3. Von OpenGIS zu OpenMapping

Das OpenGIS-Konsortium hat einen entscheidenden Beitrag bei der Konzeption von interoperabelen GIS-Architekturen. Eine offene Schnittstellendefinition für den Zugriff auf Geodaten (OGC, 1997) eröffnet auch innerhalb eines UIS bisher nicht gekannte Möglichkeiten der Geodatenintegration (Bock et al. 1997, Storch et al. 1997). Aber gerade die neuen Möglichkeiten einer hochverteilten GIS-Architektur decken die konzeptionellen Mängel des bisherigen GIS-Einsatzes bei der Integration von neuen Nutzergruppen, wie dem oben definierten 'Spatial Browser', auf. Von der 'speziellen' Interessengruppe (SIG) 'WWW-Mapping' innerhalb des OpenGIS Konsortiums wurde festgestellt, daß "the most common interaction between users and geospatial data is the act looking at". Aber als Defizit der bisherigen OpenGIS-Spezifikationen wird reklamiert, daß "there are no elements in the Abstract Specifications which relate to the visualization of geospatial data" (Cuthbert, 1997, 1)

Als Ergebnis dieser Initiative existiert als erstes Zwischenergebnis die Konzeption von neuen System-Elementen die das OpenGIS-Konzept für die Spezifikation von WWW-Mapping benötigt (Buehler 1999, sld023.htm):

• Mapserver: Eine Komponente, die es erlaubt über symbolisierte Graphiken Geodatenquellen in eine visuelle Präsentationsform (Karte) zu transformieren.
• Catalog Server: Eine Komponente, welche Datenquellen identifiziert, beschreibt (Metadaten) und assozierte Publikationsdienste (Mapserver) verwaltet und somit eine Mittlerrolle zwischen Anbieter und Nutzer einnimmt (Bekanntmachen /Auffinden).
• Viewer Client: Eine Komponente, welche diese Karten-Grafiken darstellen kann.
• Publisher Client: Eine Komponente, die das Registrieren von Geodatenquellen und der mit Ihnen assozierten Präsentationsform (Symbolisation) unterstützt.

Diese ersten Ansätze für eine Spezifikation für den Zugriff auf Geodatenbestände über das WWW sind aus folgenden Gründen bemerkenswert. Es werden explizit eine sogenannte 'Publisher Role' als Administrations- und Mittlerrolle zwischen Geodaten und dem WWW-Nutzer (als 'Viewer Role') definiert. Das heißt, der Akt der Publikation als Geodatenpräsentation (Karte) muß innerhalb der technischen Implementierung für eine öffentliche WWW-Kommunikation expliziert modelliert werden.

4. WWW-Mapping als Kommunikationstool

Die Sichtweise von WWW-Mapping als definierte visuelle Präsentation von Geodaten ermöglicht erst eine Kommunikation- und Publikation von. Dabei erlaubt die Kontrolle über die Präsentationsform erst eine Definition des Anwendungskontextes im Kommunikationsprozess. Diese Kontrolle sollte man daher nicht leichtfertig aufgeben: "The last type of control that can be made available to users is in the symbology of the maps. Because you are spending the time to design maps that will be effective for the purposes of your service, you will rarley want users to have complete control over their appearance" (Plewe, 1997, 199). Für öffentliche Umweltinformationsseiten ist es daher essentiell, dass die Präsentation von Geodaten explizit kontrolliert werden kann.

Ein Online-Zugriff auf räumliche Umweltinformationen kann daher nur über eine explizite Definition von Präsentationsdiensten erfolgen. Die WWW-Mapping Konzeption des OpenGIS-Konsortium ermöglicht über die Modellierung von Präsentationslogik die für eine dienste-orientierte Middlewarearchitektur notwendige Abstraktion von der reinen Geodatenebene. Wie nachfolgend gezeigt, besitzt diese Abstraktionsschicht auch eine zentrale Bedeutung für die sinnvolle Kommunikation von Umweltinformationen über das Medium WWW. Der Publikationsprozeß erlaubt es, über die Anforderungen an eine Definition einer Präsentationslogik die eigentliche organisationsinterne 'Business Logic', d.h. die normativ begründete Bewertungslogik, auch externen Informationsnutzern zu vermitteln.

5. Anforderungen an über das WWW vermittelte Umweltinformationen

Die Abgabe und der Zugriff auf Rohdaten wird von Umweltadministrationen zur Vermeidung vom Fehlinterpretationen meist unterbunden. Weitere limitierende Faktoren finden sich in der Datenqualität und in fehlenden Metadaten (Shirley, 1997, Fürst et al. 168). Eine Veröffentlichungsstrategie über das Publikationsmedium Internet setzt eine organisationsinterne Klärung der Veröffentlichungziele und der erforderlichen Datenaufbereitung voraus.

Der öffentliche Zugang zu Umweltinformationen wird innerhalb von Umweltverwaltungen immer als Publikation und Kommunikation verstanden. Verfahren zur Datenaufbereitung für diesen Kommunikationsprozess sind daher essentiell und ermöglichen durch eine kritische Abkehr vom "traditional concept of data per se" (Ferrero et al. 1998) erst eine fachgebietsübergreifende Geodatenverteilung und entscheidungsunterstützende Nutzung. Denn Primärdaten "interessieren in der Umweltplanung in den meisten Fällen nur bei gelegentlich auftretenden Fragestellungen. ... Übergreifende Planungsaufgaben benötigen durch Aggregation aufbereitete und bewertete Daten" (Fürst et al., 1996, 188).

Diese Anforderungen werden auch durch erste öffentliche Rezensionen von Umweltwebseiten bestätigt: "Hunderte von Meßstationen messen im ganzen Bundesgebiet Tag für Tag die Qualität von Luft und Wasser. Das Umweltbundesamt hat die wesentlichen Ergebnisse dieser Messungen auf seiner Internet-Site veröffentlicht. (...) Auf einer Landkarte sind die Standorte der einzelnen Meßstationen eingezeichnet (...) ein Klick öffnet ein Fenster, in dem die gemessenen Stoffe aufgelistet sind. Hier wird es allerdings sehr chemisch: Nur Experten werden etwas mit Werten von Nitrilotriessigsäure und ähnlichen Stoffen anzufangen wissen. Immerhin: Häufig gibt es die Möglichkeit, die Jahresdurchschnitts-Messungen mit gesetzlichen Grenzwerten zu vergleichen" (Sander 1999).

6. 'Risiko'-Kommunikation und Bewertungslogik

Die noch überraschend seltenen bundesdeutschen Realisierungsbeispiele einer Veröffentlichung von räumlichen Umweltinformationen über das Medium WWW untermauern diese These (UIS-Online Berlin): "Ziel des Kartenwerkes ist, Umweltqualitäten und Belastungsschwerpunkte, Empfindlichkeiten und Potentiale, Trends und Entwicklungen zu verdeutlichen. ... Dabei wird keine wertfreie Darstellung angestrebt, sondern es werden bewußt wertende Aussagen getroffen und über eine ausführliche Methodenbeschreibung offengelegt.." (Schneider 1998, 41). "Es wurde ein kartographisches Grundgerüst erarbeitet ... . Hochbelastete Gebiete werden z.B. immer in der Signalfarbe Rot oder Violett dargestellt, schützenswerte ... in hellem Grün oder Gelb" (SenStadtUmTech 1998).

Der Ansatz des 'Risk Communication', d.h. der expliziten Aggregation von Umweltdaten durch Umweltbewertungsverfahren, ist eine Grundvoraussetzung für eine öffentliche Verteilung von Umweltinformationen. "Quantitave Measurements that describe environmental impacts, such as noise, may be meaningless to the lay person. This level of abstraction could cloud the public's understanding of potentially benificial projects and contribute to misunderstanding in the planning process." (Shiffer, M.J. 1995, 652) Eine Transformation der fachspezifischen Semantik von heterogenen, hochspezialisierten Umweltdaten in eine breiter und eindeutiger kommunizierbare Bewertungssemantik ist für öffentliche Nutzer meistens erforderlich.

Abb. 2 Umwelt-(Risiko)-Karten und Bewertungslogik (vgl. hierzu auch Bechmann 1995)

Die klare "Akzeptanz der organistionsinterenen Interpretationskompetenz" (Storch, 1998c, 568) ermöglicht die transparente Definition der Aggregations- und Bewertungslogik als zentraler 'Business Logic' für Umweltdaten. Diese 'Business Logik' muss mittels eines kartographischen Grundgerüsts für WWW-Mapping-Applikationen in einer Präsentationslogik abgebildet werden. Visuelle Präsentation von raumbezogenen Umweltdaten bedeutet mehr als das in traditionellen GIS-Tools realisierte Konzept der Legendendateien, was sich auf eine nachträglichen Verwaltung der Symbolisierung beschränkt.

Nachhaltig erfolgreiches WWW-Mapping im Kontext von Umweltinformationssystemen steuert demnach die Präsentationslogik explizit durch die organisationseigene 'Business Logic'. Nur durch diesen Abstraktionsprozess, d.h. die Kommunikation von Geodaten und 'Business Logic' über die beide Elemente integrierende Präsentation, können öffentliche Umweltinformationssysteme einen wichtigen Beitrag zu einer rationalen Entscheidungsvorbereitung und -begründung im Umweltbereich leisten: "the key to success is that everyone has a common, visual view of problem areas, possible solutions, available resources and a baseline to measure results" (FGDC, 1999).

7. Zugriff auf raumbezogene Umweltinformationen durch WWW-Mapping-Technologie

Gleichzeitig decken sie aber auch strukturelle Defizite der bisherigen Praxis der Geodatenverwaltung im Umweltbereich auf. Diese sind in Mängeln in der Metadatenverwaltung für Geodaten und in der mangelnden Dokumentation von Präsentations-, Bewertungs- und Aggregationsvorschriften begründet:

• Die Anforderungen von Metadaten für präsentationsorientierte WWW-Mapping-Anwendungen im UIS-Kontext gehen über die an den Anforderungen des am Rohdatentranfers orientierten Metadatenstandards (Greve 1996, 27) für Geodaten hinaus.
• Mapping-Präsentationen sind ohne einen definierten Kontext-Bezug nur schwerlich zu realisieren (Pragmatik von Metadaten). Die Semantik von Geodaten im Umweltbereich bekommt angesichts der Anforderungen einer Risiko-Kommunikation einen neuen Stellenwert außerhalb der aktuellen 'Data-Sharing'-Diskussion.
• Diese Schwachpunkte der bisherigen GIS-Praxis können nur durch eine explizite und strukturierte Modellierung des Publikationsaktes und der dabei benötigten Authoring- oder Publisherfunktionen beseitigt werden.
• Eine Transformation der fachspezifischen Semantik von heterogenen, hochspezialisierten Umweltdaten in eine breiter und eindeutiger kommunizierbare Bewertungssemantik ist für öffentliche Nutzer meistens erforderlich

Die WWW-Mapping-Konzeption ermöglicht durch ihren expliziten fachlichen Anwendungsbezug ein aktiveres Einbringen von Fachwissen der Umweltplanung und -bewertung in konkrete Realisierungen.

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