Mobiles GIS in der Verwaltung
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SOGI Fachgruppe GIS-Technologie
Mobiles GIS in der Verwaltung
Möglicher Nutzen, Probleme und Lösungsansätze
Einleitung
Mobile GIS Anwendungen und Location Based Services (LBS) sind durch das Aufkom-
men von leistungsfähigen Mobiltelefonen (Smartphones) und Tablet-Computern (z.B.
iPad, Android Tablets) technologisch möglich geworden und heute potentiell für eine
breite Nutzung zugänglich. Der folgende Text sollte mögliche Anwendung von mobilen
GIS und Kartendiensten in der Verwaltung aufzeigen sowie eine Abgrenzung zu kom-
merziellen LBS-Diensten vornehmen.
Definition “Mobiles GIS”
Ein mobiles GIS ist eine mehr oder weniger komplexe Geo-Anwendung, welche auf
einem mobilen, tragbaren Gerät verwendet werden kann. Dabei gilt es zu unterscheiden,
für welchen Typ von Endgerät die Anwendung entwickelt wurde:
• Smartphones: Diese Anwendungen sind im Wesentlichen Auskunftssysteme
(Karten, Wege, Routen, POI, etc) oder simple Anwendungen zum Absetzen von
Punktinformationen mit einer entsprechenden Information (z.B. Meldung eines
defekten Kandelabers, o.ä.). Diese Anwendungen werden vor allem von Privaten
benutzt.
Aktuell existieren bereits Applikation, mit denen weitere GIS-Funktionalitäten er-
möglicht werden (z.B. von Esri, Autodesk, OpenStreetMap-Editoren, QGIS).
• Tablet, Laptop mit GPS-Verbindung, etc: Auf diesen Endgeräten laufen Mobile
GIS mit Funktionalitäten, die es für Erfassung/Analyse/etc. im mobilen Einsatz
benötigt. Diese Geräte verfügen zudem direkt über eine entsprechende Daten-
grundlage, die aus der Geo-Datenbank einer Organisation/Firma auf das Gerät
geladen wurde und nach Gebrauch wieder mit der Zentrale abgeglichen wird oder
per Dienst konsumiert wird. Dies sind im Wesentlichen professionelle Anwen-
dungen, z.B. für die Vermessung oder die Leitungsdokumentation.
Im Folgenden werden beide Typen von mobilen GIS betrachtet.
Abgrenzung
Zu kommerziellen LBS-Diensten
In die Kategorie “kommerzielle LBS-Dienste” (Location Based Services) fallen Anwen-
dungen wie Google Maps/Google Earth für Mobiltelefone, search.ch, Microsoft Karten-
dienste, etc.
Stärken
Der Vorteil dieser Kartendienste ist eine weltweite oder landesweite Verfügbarkeit in
einigermassen homogener Form. Bei GIS-Diensten von Verwaltungen hören die Daten
in der Regel an der Grenze der Verwaltungseinheit (Kantonsgrenze, Gemeindegrenze,
Landesgrenze) auf. Dienste wie Points of Interest (POI), Adresssuche, Street-View,
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Routenfindung, werden von LBS-Diensten sehr gut abgedeckt. Für Entwickler stehen
meist gut dokumentierte und einfache APIs zur Verfügung, welche die Erstellung von
Mashups oder Applikationen erlauben. Generell werden kommerzielle Dienste primär
Daten und Dienste anbieten, welche für eine breite Nutzerschicht interessant sind und
optimal mit Werbung verknüpft werden können. Diese Dienste haben teilweise eine sehr
einfache Benutzerführung, die aber meist keine vielfältigen Interaktionen durch den Be-
nutzer zulässt.
Schwächen
Kommerzielle Dienste bieten meist einen geringen thematischen Tiefgang. Bereiche die
nicht für eine grosse Nutzerschicht interessant oder kommerziell verwertbar erscheinen,
werden von kommerziellen Diensten nicht bearbeitet. In manchen Bereichen sind die
Daten auch weniger aktuell als Daten, die von Behörden erarbeitet werden (z.B. Amt-
liche Vermessung, Adressdaten, Orthofotos, …). Schliesslich bestehen keine Ansprüche
auf Richtigkeit, Vollständigkeit und Verfügbarkeit kommerzieller Kartendienste. Kommer-
zielle Dienste finanzieren sich entweder durch Abogebühren oder Werbung. Vor allem
Letztere kann für den Nutzer störend sein, resp. ein verzerrtes/manipuliertes Kartenbild
zur Folge haben (z.B. zahlende Werbekunden werden bevorzugt in der Karte dargestellt
als nicht-zahlende). Kartendienste von Behörden werden meist über Steuergelder finan-
ziert.
Zu Crowdsourcing (z.B. OpenStreetMap)
Stärken
Es existieren zahlreiche Apps und mobile Webapplikationen, die auf OpenStreetMap und
OpenRouteService aufsetzen. Der Vorteil dabei ist die freie Verfügbarkeit und die in eini-
gen Regionen sehr hohe Datendichte/Datenqualität. Eine kürzliche Studie von
Neis/Zielstra/Zipf [3] bescheinigt OpenStreetMap eine höhere Datendichte und Aktualität
als den kommerziellen Datenanbietern - Nachholbedarf gibt es jedoch noch bei den Turn
Restrictions (Abbiegeregeln). Kommerzielle Strassennetzdaten haben die Autonavigation
als Fokus während OpenStreetMap ein breiteres Spektrum abdeckt: z.b. generelle
Stadtpläne, Points of Interest (POI), Fussgänger-, Wander- und Fahrradrouten.
OpenStreetMap-Daten lassen sich gut mit behördlichen Daten kombinieren. So könnten
z.B. POI aus OpenStreetMap mit behördlichen Basiskarten kombiniert werden. Das
OpenStreetMap-Projekt ist prinzipiell offen für verschiedenste thematische Datensamm-
lungen und -darstellungen.
Schwächen
Der Nachteil ist die Inhomogenität und uneinheitliche Qualitätskontrolle. Zudem gibt es
kaum verbindliche RoadMaps oder Strategien. Gemacht wird, was den
Usern/Datensammlern gerade gefällt. Behörden haben im Gegensatz dazu oft verbind-
liche Aufgaben mit vereinbarter, oft schriftlich festgehaltener Qualität.
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Nutzen von mobilen GIS-Applikationen von Behör-
den
Behördenintern
Der Nutzen von mobilen GIS-Applikationen ist vor allem auch für die Behörden selbst
gegeben:
• Effizientere Datenerfassung: Wenn der alte Datenstand beim Erfassen neuer
Datenbestände eingeblendet oder direkt bearbeitet werden kann, können neue
Daten effizienter ergänzt und eingepflegt werden - direkt im Feld - ohne, oder mit
reduzierter Nacharbeit im Büro. Besonders bei komplizierten Erfassungen wie bei
gleichzeitigen Aufnahme von verschiedenen Kabelmedien auf Grossbaustellen ist
es sinnvoll die Geometrien im Feld gleich vollständig zu erfassen.
Je nach Gerätetyp können verschiedenste Sensoren wie Tachymeter, GPS, Dis-
tanzmesser oder sonstige Sensoren an den mobilen Rechner angeschlossen
werden. Mit entsprechender Software und Hardware kann sogar der Tachymeter
vom mobilen Rechner aus ferngesteuert werden.
• Schnelles Auffinden von Objekten für Wartungsmannschaften mit Hilfe von GPS
und mobilen GIS, Beispiele:
o Auffinden von Leitungs- oder Kanalisationsobjekten
o Auffinden von zu pflegenden Grünobjekten oder Inventar von Sport- oder
Spielanlagen
o Auffinden von defekten Infrastrukturanlagen (z.B. Kandelaber)
o Direkte Dokumentation von Wartungsarbeiten direkt im Feld (z.B. Kanal-
spülungen, Videoaufnahmen)
• Geographische Aufnahme von Ereignissen wie Unfällen, Einbrüche, etc. (inkl.
Photodokumentation)
• Visualisierung der Standorte von Wartungsmannschaften oder Einsatzkräften,
nicht nur in der Einsatzzentrale sondern auch von unterwegs, und Leitung dersel-
ben Kräfte
• Kontrolle von Agrarsubventionen oder relevanter Daten im Veterinärwesen, sowie
damit verbundene Auflagen direkt im Feld [7]
• Präsentation / Kommunikation mit der Bevölkerung
o Schadensmeldungen der Bevölkerung/Allgemeinheit (z.B. defekter Kan-
delaber, defektes Sport-, Spielgerät) - Meldung direkt mit MMS und Geo-
koordinate
o Augmented Reality zur Information der interessierten Bevölkerung: mit
Wikitude-mässigen Browsern können Informationen zu Gebäuden, Natur-
schutzobjekten, etc. ins Kamerabild eingeblendet werden.
o Mobiles Augmented Reality für Präsentation von Projekten: in Kamerabild
der realen Welt werden virtuelle Bauprojekte eingeblendet
• Erweiterung der Wertschöpfungskette und dadurch Mehrnutzen für Behörden-
daten und Generierung von Einkommen (direkt oder indirekt (z.B. über Arbeits-
plätze/Steuern)). Daraus ergibt sich eine weitere Berechtigung, diese Daten über-
haupt zu produzieren (nicht nur Selbstzweck für Behörde).
Für die Wirtschaft
• Lokale Werbung für Geschäfte (wird aber wohl eher mit Google Maps, search.ch
oder OpenStreetMap abgedeckt als mit behördlichen Daten und Anwendungen)
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• Auffinden von Infrastruktur, die im Auftrag von Behörden erstellt oder gewartet
werden soll
• Planung/Änderung/Anpassung von Touren zu Kunden oder Auslieferungen von
Waren direkt von unterwegs, ohne Rückfrage mit dem Büro halten zu müssen.
• Erstellen von Applikationen auf Basis von behördlichen Geodaten oder -diensten.
Nutzung von APIs und Dokumentationen/Metadaten.
• Visualisierung und Disposition von Lage von Güter, Fahrzeugen und Personal in
der Zentrale und der Aussendienstler.
Für Private
• Planung und Erfassung von Wanderungen, Biketouren, OL, etc.
• Einholen und Absetzen von touristischen oder geschichtlichen Informationen von
unterwegs und von zu Hause
• Suche von Points of Interest (POI), v.a. auch behördliche POIs
• GPS/Mobile GIS gestützte Führung von Themenwegen (z.B. Industriepfad, Wein-
lehrpfad, etc.)
Mögliche Probleme und Lösungen bei der Entwick-
lung von mobilen Anwendungen
Heterogene Systemlandschaft (nur Smartphones)
Behörden haben leider die Tendenz Applikationen oder Webapplikationen nur für die 1-2
populärsten Plattformen zu erstellen oder sie nur mit den populärsten Systemen zu tes-
ten. Im Falle von Mobiltelefonen wird häufig nur iOS und Android unterstützt, dabei gäbe
es auch andere Systeme wie Windows Mobile, WebOS, RIM/Blackberry, Symbian,
Meego, u.a. Die Plattformen stellen für Entwickler unterschiedliche Entwicklerkits zur
Verfügung. Je nach Plattform stehen verschiedene Programmiersprachen und Toolkits
zur Verfügung.
Mögliche Lösungen: nicht Apps für ein bestimmtes mobiles Betriebssystem sondern
Webapplikationen entwickeln! Nicht für einen bestimmten Browser entwickeln sondern
sich an Webstandards (HTML5, JS, SVG, Canvas, XML) halten. Keine proprietären
Lösungen wie Flash, Silverlight oder JavaFX einsetzen. Diese sollten nur noch
eingesetzt werden, falls das entsprechende HTML5-Pendant nicht ausgereift genug ist.
Die Ankündigung von Adobe [1] über die Einstellung der Entwicklung von mobilem Flash
zeigt, dass auch die Industriegrössen der Tendenz in Richtung offene webbasierte
Lösungen folgen. Microsoft engagiert sich ebenfalls stärker für HTML5 und weniger stark
für die Weiterentwicklung des Silverlight Frameworks. Die eben veröffentlichte Silver-
light-Version 5 könnte die letzte sein. Die kommende Windows 8 Version mit den neuen
Metro-Style Applikationen wurde rund um die offenen HTML5 Standards entwickelt.
Zudem werden Browser-Plugins in Internet-Explorer zunehmend verbannt [5].
Alternativ zu Webapplikationen können auch plattformübergreifende Entwicklungsumge-
bungen wie PhoneGap (Firma Nitobi, kürzlich von Adobe übernommen) eingesetzt wer-
den, welche HTML5-Technologien nutzt um Applikationen für verschiedenste
Smartphone-Plattformen auszuliefern. Eine ähnliche Technologie ist Adobe Air, welche
aber zur Auslieferung die Adobe Air Runtime mit dem Adobe Flash-Player voraussetzt,
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der ja bekanntlich auf vielen Computern nicht mehr verfügbar ist. Daher ist von Investi-
tionen in die Adobe Air Plattform eher abzuraten.
Limitierte Bildschirmgrösse (nur Smartphones)
Smartphones haben leider zu kleine Bildschirmgrössen um neben Detailansichten auch
einen guten geographischen Überblick (z.B. auf Gesamtsituation) zu bieten. Dafür sind
PCs/Laptops/Tablets oder eine gedruckte Papierkarte wesentlich besser geeignet.
Mögliche Lösungen: Menüs auf separaten Seiten anstatt zusammen mit der Kartendar-
stellung, Focus & Context-Technologien aus der Information Visualization, Kombination
mit Papierkarte. Tablet statt Smartphone. Bei Smartphones ist auch eine Tendenz zu
höher auflösenden und grösseren Bildschirmen festzustellen. Es wird aber wohl noch
lange Zeit auch kleine Bildschirme geben.
Benutzerführung und User Interface (v.a. Smartphones)
Applikationen für kleine Bildschirme (wie in Smartphones) müssen von Grund auf neu
designt werden. Nutzerschnittstellen für PCs können nicht einfach übernommen werden.
Bei mobilen Applikationen befinden sich die Funktionen oder Einstellungen oft auf sepa-
raten Seiten (Fenster im Fenster oder schwebende Dialoge mit vielen Toolbars sind nicht
möglich). Button, Slider, etc. müssen wesentlich grösser sein als auf Desktop-PCs, da
mit Fingern/Touchevents nicht so exakt navigiert werden kann.
Mögliche Lösungen: GUI von Grund auf neu designen und gründlich testen. Neue
Eventtypen wie Touch- und Multitouchevents, sowie Gestensteuerung und sprachge-
stützte Steuerung bieten neue Chancen und Möglichkeiten bei mobilen Applikationen.
Beschleunigungssensoren bieten die Möglichkeit zu detektieren, ob die Applikation im
Hoch- oder Querformat betrachtet wird. Der Bildschirminhalt kann dann entsprechend
optimiert werden - z.B. Übersicht im Hochformat und Detailansicht im Querformat.
Navigationsgenauigkeit
Insbesondere im städtischen Bereich kann die GPS-gestützte Ortung sehr lange dauern
oder relativ ungenau sein, da durch Mehrwegreflexionen das Signal zu weite Wege
zurücklegt. Innerhalb von Gebäuden oder in Unterführungen und Garagen ist das GPS-
Signal nicht verfügbar. “Jammer” (Personen/Organisationen die das GPS-Signal ver-
fälschen) können sogar mutwillig Positionierungssignale lokal verfälschen.
Mögliche Lösungen: unbedingt Indikator für Genauigkeit anzeigen (z.B. mit Kreis der
Ungenauigkeit anzeigt). Gilliéron [2] schlägt daher eine Kombination mehrerer Ortungs-
methoden vor, bei der die verschiedenen Positionierungsmethoden und ein Bewe-
gungsmodell gewichtet werden und sich gegenseitig überwachen und korrigieren kön-
nen: GPS, Natelantennensignal, digitales Kartenmaterial, WLAN-Ortung, terrestrisches
GPS, Inertialsysteme/Trägheitsnavigationssysteme [4], Bewegungssensoren, etc..
Innerhalb von Gebäuden kann nur noch auf alternative Ortungsmethoden zugegriffen
werden. Die Firma Google entwickelt terrestrische Navigationsmöglichkeiten für
Smartphones in Einkaufszentren.
Eine höhere Zuverlässigkeit geben Messungen mit Geräten, die verschiedene Satelli-
tentechnologien (GLONASS, Galileo) unterstützen, Mehrwegreflexionen sind dadurch
jedoch auch nicht zu vermeiden.
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Abhängigkeit von Stromquellen/Batterien
Smartphones sind, insbesondere bei Koppelung mit 3G-Diensten, GPS und Kamera,
ziemliche “Stromfresser”. Man ist zeitlich eingeschränkt auf die Verfügbarkeit von Strom
aus dem Akku. Ohne Strom ist das Smartphone und die damit zugängliche Information
wertlos.
Es gibt mobile Feldrechner, bei denen man Akkuwechsel im laufenden Betrieb machen
kann. Dies hat den Vorteil, dass man z.B. eine Stationierung eines Tachymeters nicht
verliert.
Mögliche Lösungen: bessere Batterien kaufen, Ersatzbatterien mitnehmen, Solarpanels
mitnehmen, in Pausen aufladen, auf technologischen Fortschritt warten.
Schlechte Lesbarkeit von Displays in grellem Tageslicht
Die Bildschirme handelsüblicher Consumer-Smartphones und -Tablets sind nur sehr
bedingt für den Outdoor-Einsatz unter hellem Sonnenlicht geeignet. Muss die Helligkeit
wegen des hellen Tageslichts erhöht werden, so führt dies, je nach Display-Technologie
auch zu wesentlich höherem Stromverbrauch.
Mögliche Lösungen: Es gibt spezielle “Outdoor Displays” mit höherem Kontrast und
höherer Helligkeit, diese sind jedoch primär im professionellen Umfeld zu finden und ent-
sprechend teuer.
Robustheit der Geräte
Insbesondere beim Einsatz von mobilen Rechnern im Outdoorbereich und auf Baustellen
sind stabile Geräte notwendig. Dabei ist darauf zu achten, dass die Geräte stossfest,
spritzwasserdicht und dichte Kabelanschlüsse haben.
Mögliche Lösungen: Hier sind Produkte auf dem Markt erhältlich, die diesen Anforde-
rungen entsprechen. z.B. Mettenmeier - Colibri, Panasonic - Toughbook/Toughpad,
Motion CL900/F5v oder Outdoor Cases für das IPad/Android Tablets. Häufig sind die
Bildschirme von robusten Outdoor-Geräte auch für den besseren Einsatz in grellem
Tageslicht optimiert.
Zuverlässigkeit der Datenverbindung
Obwohl die Schweiz im Mobilfunkbereich eine sehr gute Abdeckung geniesst [6], kann
es immer wieder zu Unterbrüchen und langsamen Datenübertragungsraten kommen. Die
Netzabdeckung und Qualität ist lokal und von Anbieter zu Anbieter unterschiedlich. Zu
langsame Datenübertragungen können die Usability und die Datenkonsistenz merklich
beeinträchtigen.
Mögliche Lösungen: Verwendung von Datencaches (z.b. Tilecaches) für Basiskarten
(z.B. Pixelkarten, Orthofotos), Verwendung von Offline-Datenbanken (z.b. SQLite, Spa-
tiaLite) für Datensätze die nicht ständig am aktuellen Stand sein müssen. Beim Editieren
von Daten Verwendung von Transaktionen und Checkmechanismen um immer einen
konsistenten Datenzustand auch bei Netzunterbrüchen gewährleisten zu können.
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Problem der Datensynchronisation
Als Alternative zum ständigen Onlinedatenzugriff kann auch eine Offline-Datenbearbei-
tung in Betracht gezogen werden. Dabei wird vor der Feldbearbeitung der jeweils aktu-
elle Datenstand ausgecheckt und nach der Bearbeitung wieder eingecheckt. Potentiell
kann es dabei zu Datenkonflikten kommen oder bei unregelmässigem Auschecken der
Daten zu veralteten Daten.
Mögliche Lösungsansätze: Versionierungssysteme, Auschecken/Einchecken über Zeit-
stempel und/oder Status. Behandlung von Konfliktsituationen beim Wiedereinchecken.
Gute Feldplanung um potentielle Konflikte von vornherein zu vermeiden.
Referenzen
[1] Adobe Systems (2011-11-09): Flash to Focus on PC Browsing and Mobile Apps;
Adobe to More Aggressively Contribute to HTML5,
http://blogs.adobe.com/conversations/2011/11/flash-focus.html (Zuletzt besucht am
2012-02-06)
[2] Gilliéron, Pierre-Yves (2011-04): Güte der Positionsbestimmung in mobilen Anwen-
dungen, in e-geo.ch Newsletter Nr 27, 2011-04, Seiten 3-4. . www.e-geo.ch /
http://www.e-geo.ch/internet/e-
geo/de/home/news.parsys.15843.DownloadFile.tmp/newsletteraktde.pdf (Zuletzt besucht
am 2012-02-06)
[3] Neis, Pascal, Dennis Zielstra and Alexander Zipf (2012): The Street Network Evolu-
tion of Crowdsourced Maps: OpenStreetMap in Germany 2007–2011, in: Future Internet
2012, 4, 1-21 oder unter http://www.mdpi.com/1999-5903/4/1/1 (Zuletzt besucht am
2012-02-06)
[4] Raemy, Peter (2011/03): Navigationssysteme für Fussgänger,
http://hitech.bfh.ch/fileadmin/data/2011_3/deutsch_doppel/Raemy.pdf (Zuletzt besucht
am 2012-02-06)
[5] Sinofsky, Steven (2011/09): Metro style browsing and plug-in free HTML5,
http://blogs.msdn.com/b/b8/archive/2011/09/14/metro-style-browsing-and-plug-in-free-
html5.aspx (Zuletzt besucht am 2012-02-06)
[6] Swisscom Netzabdeckung (Zugriff 2011-12):
http://www.swisscom.ch/de/ghq/portraet/das-netz-von-swisscom/rund-um-den-
mobilfunk/netzabdeckung.html (Zuletzt besucht am 2012-02-06)
[7] Wiedmer, Hans-Ulrich (2011-04): Mobile GIS-Anwendungen im EVD: von A (Agrar-
sektoradministration) bis Z (Zivildienst), in e-geo.ch Newsletter Nr 27, 2011-04, Seiten 7-
9. www.e-geo.ch / http://www.e-geo.ch/internet/e-
geo/de/home/news.parsys.15843.DownloadFile.tmp/newsletteraktde.pdf (Zuletzt besucht
am 2012-02-06)
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