GDF und ASB gemeinsam nutzen: Ergebnisse der Konzeptstudie Bundesweite Straßennetzgrundlage
Autoren:
Claude Marschal, Rosenthaler + Partner AG
Christian Komma, Heller Ingenieurgesellschaft mbH
Bedingt durch steigende Mobilitätsanforderungen müssen die Straßenbauverwaltungen alles daran setzen, die Infrastruktur optimal zu erhalten und zu nutzen. Aus dieser Situation entstehen neue Aufgaben, die immer aktuellere und präzisere Informationen zum Straßennetz benötigen.
Das Ziel des Gesamtprojekts „Konzeptstudie bundesweite Straßennetzgrundlage“ war der Aufbau und die Pflege einer bundesweiten Straßennetzgrundlage. Dabei wurden die in den Straßenbauverwaltungen verfügbaren Straßennetze (klassifiziertes Netz nach ASB) mit denen der kommerziellen Anbieter (GDF-Netze) erweitert und verschnitten. Das Ergebnis war einerseits ein vollständiges Straßennetz und es konnten andererseits die jeweils verfügbaren Fachinformationen komplementär genutzt werden.
Das Projekt wurde von der Rosenthaler + Partner AG und der Heller Ingenieurgesellschaft mbH gemeinsam im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung realisiert und von einer durch das BMVBS eingesetzten Projektgruppe „Straßennetzgrundlage“ fachlich betreut. Rosenthaler + Partner AG erarbeitete das fachliche Konzept und die konzeptionelle Architektur, während die Heller Ingenieurgesellschaft mbH darauf aufbauend den voll funktionsfähigen Prototyp realisierte.
Konzept
Grundlagen für das Konzept bilden die Modelle OKSTRA und GDF. Weiterhin nutzt das Konzept die Resultate aus einem schweizer Forschungsprojekt, in dem die Grundlagen der Bezugsysteme, die Aspekte der zeitlichen Veränderung sowie der Lösungsansatz der „Transformationsstrecken“ für die Herstellung der Beziehungen zwischen zwei linearen Bezugssystemen dargestellt sind.
- Abbildung 1: Beispiel Transformationsstrecke Linear-Linear
Die Netzabbildung ist die zentrale Aufgabe. Sie besteht darin, für ein GDF-Road-Element die bestmögliche Zuordnung zu einem Abschnitt oder Ast zu ermitteln. Die Identifikation des "besten" Abschnitt/Ast(-Teils) für die Zuordnung erfolgt über mehrere Stufen in denen räumliche Analysen und Attributvergleiche durchgeführt werden. Die folgende Abbildung stellt auszugsweise drei der räumlichen Analysen dar:
Elementaranalyse: Ermitteln aller Abschnitte oder Äste im Umkreis eines Road-Elements
Kontext-Analyse Nachbarn: Auswertung der Abschnitt oder Ast-Zuordnungen der Vorgänger- und Nachfolger-Objekte des Road-Elements
Kontextanalyse Straße: Ermitteln der wahrscheinlichsten Abschnitt oder Ast-Zuordnung aus einem größeren zusammenhängenden Straßenzug.
- Abbildung 2: Analyseverfahren zur Bestimmung der Abschnitt/Ast-Referenz
Die verschiedenen Analyseverfahren liefern als Resultat je eine Menge mit möglichen Abschnitt/Ast-Referenzen. Mit Hilfe einer Entscheidungsmatrix werden die vorkommenden Abschnitt/Ast-Referenzen im Sinne einer Plausibilisierungsbetrachtung bewertet. Die plausibelste (wahrscheinlichste) Abschnitt/Ast-Referenz wird schließlich als effektive Abschnitt/Ast-Referenz dem "Road Element" zugewiesen.
- Abbildung 3: Entscheidungsmatrix (Auszug beispielhaft):
Nachdem die Zuordnung durchgeführt worden sind und eine Transformationsstrecke erstellt wurde, können alle vorhandenen Sachattribute in OKSTRA und GDF, einschl. der Abbiegebeziehungen, gemeinsam genutzt und beliebig transformiert werden.
Prototyp
Ein wesentlicher Bestandteil des Projekts war die Erstellung eines voll funktionsfähigen Prototyps, mit dem die Umsetzbarkeit des Konzepts in der Praxis nachgewiesen werden konnte. Der Nachweis gelang am Beispiel von 20 unterschiedlich langen und unterschiedlich komplexem Streckenzügen, die von den Ländern Nordrhein-Westfalen, Niedersachsen, Hessen und Thüringen im OKSTRA-Format zur Verfügung gestellt und teils länderübergreifend waren. Mit Hilfe des Prototyps wurden das jeweilige GDF- auf das in den OKSTRA-Dateien codierte ASB-Netz abgebildet und die verbotenen Fahrbeziehungen sowie exemplarisch einige Sachattribute übernommen.
Der Prototyp wurde so konzipiert, dass ein späterer Ausbau zu einem „marktreifen“ Produkt möglich ist und wesentliche Systemteile weiter verwendet werden können. Basis des Prototyps bildet eine Objekt-relationale Geo-Datenbank, die in einer späteren Ausbaustufe auch durch einen geeigneten (d.h. vor allem schnelle) transaktionalen OKSTRA-Web-Services substituiert werden kann.
Der Import der von den Ländern gelieferten Streckenzüge sowie der GDF-Dateien erfolgt über entsprechende Schnittstellen. Die OSKTRA-XML-Importschnittstelle unterstützt dabei zwei Versionen und alle drei in Deutschland vorhandenen Landesstraßendatenbanksysteme. Im Anschluss an den Import kann der Benutzer die Daten im Kartenfenster sichten und grafisch oder hierarchisch den Netzbereich auswählen, für den er eine Abbildung von GDF auf ASB durchführen möchte. Die Netzabbildung selbst erfolgt entweder vollständig automatisch im Hintergrund oder – für Zwecke der Systemkalibrierung – in einem Entwickler-Modus, bei dem der Benutzer alle Zwischeninformationen angezeigt bekommt. Die Systemkalibrierung erfolgt innerhalb der Applikation über die Programmoptionen.
Nach der automatischen Durchführung der Netzabbildung besteht die Möglichkeit der manuellen Nachbearbeitung. Diese erfolgt vollständig grafisch, indem die Fußpunkte der Transformationsstrecken durch Klicken und Ziehen entlang der jeweiligen Achse (GDF oder ASB) verschoben werden.
Wurden die Netze automatisch abgebildet und ggf. nachbearbeitet kann der Benutzer die Datenübernahme starten (verbotene Fahrbeziehung und exemplarisch die Geschwindigkeitsbeschränkungen). Die abgebildeten Netzbereiche und die übernommen Daten werden anschließend über die Exportfunktion als OKSTRA-XML-Datei zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt.
Der realisierte „Prototyp Straßennetzgrundlage“ ist auf dem folgenden Screenshot abgebildet. Die Abbildung Screenshot verdeutlicht, wie die Abbildung des GDF- (blau) auf das ASB-Netz (rot) gelöst worden ist. Die Nullpunkte (hellrot) bzw. Junctions (hellgrau) sind einander korrekt und vollständig automatisch zugeordnet worden (grüne Linien).
- Graphische Benutzeroberfläche des Prototyps