Architektur der
Geodateninfrastruktur
Deutschland
Architektur der GDI-DE – Technik

Arbeitskreis Architektur der GDI-DE

Dokumentinformationen

Die Autorinnen und Autoren danken den vielen Personen und Institutionen, die am Entwicklungsprozess des Architekturkonzepts aktiv beteiligt waren. Anker_Toc79753255_Toc79753255 Anker_Toc79753868_Toc79753868 Anker_Toc80277557_Toc80277557anchor_Toc115190809_Toc115190809 Anker_Toc117236613_Toc117236613

Änderungshistorie

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Inhalt

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Abkürzungsverzeichnis

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Management Summary

Die Architektur der GDI-DE ist eingebettet in die organisatorischen und regulatorischen Rahmen-bedingungen der Bund-Länder-Kooperation der GDI-DE. Die Architektur der GDI-DE beschreibt die technischen Regeln und Komponenten, die dem Betrieb der GDI-DE zugrunde liegen, sowie deren Ausbau und Weiterentwicklung. Um ein reibungsloses Zusammenwirken der technischen Komponenten der GDI-DE zu ermöglichen, sind organisatorische und technische Rahmenvorgaben erforderlich, die zusammenfassend als Architekturkonzept der GDI-DE bezeichnet werden. Die Architektur wurde in einem breit angelegten Konsensprozess mit den Beteiligten (Stakeholdern) abgestimmt und dient den Akteuren der GDI-DE als gemeinsame Handlungsgrundlage. Die Architektur der GDI-DE richtet sich an Entscheider, Fachexperten, Projektleiter und IT-Spezialisten aus öffentlicher Verwaltung, Wirtschaft und Wissenschaft sowie alle Interessierte, die zum Betrieb und Ausbau der GDI-DE beitragen.
Die Architektur der GDI-DE steht dabei in Bezug zur Nationalen Geoinformations-Strategie (NGIS) und ist im Besonderen an den Zielen dieser in 2015 beschlossenen Grundsatzstrategie ausgerichtet. Der IT-Planungsrat hatte im gleichen Jahr die NGIS „als wichtige Ergänzung der Nationalen E-Government-Strategie (NEGS)" angesehen und in seinen beiden Beschlüssen für die NGIS ihre „grundlegende Bedeutung für föderale IT- und E-Government-Infrastrukturen" herausgestellt und die „Umsetzung der NGIS insgesamt unterstützt".
Hinzu kommt, dass die Architektur der GDI-DE, Version 4.0 aufgrund der aktuellen Entwicklungen technisch einem gewissen Paradigmenwechsel in der Standardisierung des World Wide Web Consortium (W3C) und Open Geospatial Consortium (OGC) folgt bzw. folgen wird. Wichtige Ziele sind dabei die Vereinfachung des Zugriffs auf verteilte Geodaten, sowie die einfachere Integrierbarkeit in beliebige Webanwendungen und Prozesse. Dazu gehört insbesondere der Standard OGC API-Features. Die neue API-zentrierte Baseline der OGC Standards setzt dabei auf aktuelle technische Konzepte und bietet dadurch einen besseren Zugang zu den Nachbardomänen der GDI-DE. Die Umsetzung solcher Vorgaben besitzt zudem den Effekt, dass die GDI-DE technisch am aktuellen Stand orientiert ist und eine Öffnung zu Nachbardomänen ohne GDI-DE-Fachwissen relativ einfach ermöglicht wird, ohne dabei die Geo-IT-Domäne bei den Regelungen zu verlassen.
Hinzu kommt die Fragestellung, wie die Herausforderungen der Qualitätssicherung und des Monitorings in der GDI-DE und für INSPIRE in geeigneter Weise technisch unterstützt werden können. Hierzu wurde in der Architektur der GDI-DE, Version 4.0 ein Qualitätssicherungstool, der sog. GDI-DE Monitor eingeführt, für den gemäß den GDI-Kontaktstellen ein großer Bedarf besteht und den bisherigen Monitoring-Client der GDI-DE Registry ersetzt. Weitere Komponenten der Architektur, wie das Geoportal.de sollen zukünftig als Plattform weiterentwickelt sowie „Langzeitspeicherkomponenten" als Dezentrale Technische Komponenten der GDI-DE eingeführt werden.
Mit Beschluss der "Architektur der GDI-DE - Technik, Version 4.0" und der Einführung neuer Komponenten, wie dem GDI-DE Monitor, kann die Architektur der GDI-DE erfolgreich weiterentwickelt werden. Anker_Toc79753258_Toc79753258 Anker_Toc79753871_Toc79753871 Anker_Toc115190813_Toc115190813 Anker_Toc117236617_Toc117236617

1 Einführung

Das Architekturkonzept der GDI-DE ist – wie in Abbildung 1 dargestellt –aus einzelnen Dokumenten bzw. Modulen aufgebaut. In den drei Hauptmodulen werden grundsätzliche Festlegungen getroffen. Während das Modul „Architektur der GDI-DE – Ziele und Grundlagen" die strategischen Ziele, fachliche und technische Grundsätze sowie rechtliche und organisatorische Rahmenbedingungen der GDI-DE darstellt, beschreibt das hier vorliegende Modul „Architektur der GDI-DE – Technik" die Architekturkomponenten und referenziert hierfür relevante Standards, Normen und Spezifikationen für die Architektur der GDI-DE. Ergänzend zeigt das Modul „Architektur der GDI-DE – Maßnahmenplan" die für die künftige Entwicklung der GDI-DE erforderlichen Schritte.
Die technischen Aspekte der Architektur der GDI-DE, Version 4.0 betreffen insbesondere das Zusammenspiel und die Weiterentwicklung von IT-Systemen unterschiedlicher Betreiber im Netz, das nur unter Einhaltung technischer Standards funktionieren kann. Die systematische Klassifizierung von Standards soll Akteure der GDI-DE in die Lage versetzen, ihre IT-Systeme funktionsfähig einzurichten und zu nutzen. Für die erfolgreiche Partizipation an der GDI-DE ist das Architekturkonzept bei Ausschreibungen oder Eigenentwicklungen zu berücksichtigen. Das Architekturkonzept der GDI-DE wird durch das Lenkungsgremium GDI-DE unter Beteiligung von Bund, Ländern und Kommunen beschlossen. Der IT-Planungsrat erhält durch regelmäßige Berichte des Lenkungsgremiums GDI-DE Kenntnis von den Entwicklungen und Maßnahmen in der GDI-DE. Eine Unterstützung des o. g. Mandatsträgers erfolgt durch die Koordinierungsstelle GDI-DE (Kst. GDI-DE).

Abbildung 1: Architekturkonzept der GDI-DE – Übersicht über die Architekturdokumente
Anker_Toc115190814_Toc115190814anchor_Toc117236618_Toc117236618

2 Klassifizierung der Geostandards

Die Einstufung der zu verwendenden Geostandards orientiert sich am aktuellen Stand der Technik. Lösungen und Konzepte entsprechen dem Stand der Technik (Bundesministerium der Justiz, 2008), wenn:

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Darüber hinaus werden Geostandards hinsichtlich der Erfüllung von Mindestanforderungen an die Offenheit nach SAGA 5 bewertet (SAGA 5, 2011). Dies ist ein wichtiges Prüfkriterium, um u. a. den Architekturgrundsatz der Offenheit besser zu erreichen (vgl. Abschnitt 3.3, Arbeitskreis Architektur der GDI-DE, 2019). Offene Spezifikationen schaffen eine transparente Basis für die öffentliche Verwaltung einerseits und die Lieferanten von Informationstechnik andererseits. Damit unterstützet die Architektur der GDI-DE das Prinzip der Nachhaltigkeit für die Informationstechnik in der öffentlichen Verwaltung und fördern zugleich die Erhöhung des Wettbewerbs sowie die Verbreitungsgeschwindigkeit innovativer Technologien in der IT-Branche. Anker_Toc117236619_Toc117236619

2.1 Klassifizierung

In der Architektur der Geodateninfrastruktur Deutschland (GDI-DE) werden Geostandards nach ihrer Übereinstimmung mit dem Stand der Technik den folgenden Stufen unterschiedlicher Verbindlichkeit zugeordnet: GDI-DE-grundlegend, GDI-DE-optional, GDI-DE-unter-Beobachtung, GDI-DE-auslaufend und INSPIRE-grundlegend.
GDI-DE-grundlegend
Geostandards sind GDI-DE-grundlegend, wenn sie dem Stand der Technik entsprechen. Sie gewährleisten die für die Umsetzung der Architektur der GDI-DE erforderliche Interoperabilität, daher ist die Verwendung innerhalb der GDI-DE obligatorisch.
GDI-DE-auslaufend
Geostandards sind GDI-DE-auslaufend, wenn sie zuvor als GDI-DE-grundlegend klassifiziert waren, jedoch aufgrund der Weiterentwicklung des Stands der Technik überholt sind und durch aktuellere ersetzt werden können. Geostandards, die als GDI-DE-auslaufend klassifiziert sind, werden in einer der Nachfolgeversionen des Architekturkonzepts nicht mehr aufgeführt. Es wird deshalb empfohlen, sie nicht für Neuentwicklungen von Software und Systemen einzusetzen.
GDI-DE-optional
Geostandards sind GDI-DE-optional, wenn es bereits praxiserprobte Umsetzungen gibt, diese aber eine zusätzliche Variante darstellen und auf gesicherten Erkenntnissen von Wissenschaft, Technik und Erfahrung basieren.
In Bereichen, in denen mit optionalen Lösungsansätzen Interoperabilität in Teilen erreicht werden kann, ist diesen der Vorzug vor nicht in der Architektur berücksichtigten Geostandards zu geben.
GDI-DE-unter-Beobachtung
Es gibt Anforderungen, die derzeit weder durch etablierte noch durch im laufenden Betrieb einsetzbare Geostandards bedient werden können. Die Entwicklungen zugehöriger Lösungsansätze sollen frühzeitig innerhalb der GDI-DE diskutiert werden und stehen unter Beobachtung.
INSPIRE-grundlegend
Metadaten, Geodaten und Geodatendienste, die im Geltungsbereich der INSPIRE-Richtlinie bereitzustellen sind, unterliegen den in den INSPIRE-Durchführungsbestimmungen und in den INSPIRE-Umsetzungsanleitungen oder INSPIRE GoodPractice Dokumenten genannten zusätzlichen Anforderungen. Anker_Toc117236620_Toc117236620

2.2 Lebenszyklus

Bereits klassifizierte sowie neue Geostandards werden jährlich nach dem aktuellen Stand der Technik und ihrer Offenheit bewertet. Die Ergebnisse werden in diesem Technikdokument entsprechend aktualisiert. Dabei kann ein Standard seine Klassifikation behalten oder neu klassifiziert werden. Eine erneute Bewertung kann auch bedeuten, dass ein Standard nicht mehr empfohlen und erwähnt wird.
Zur Wahrung der Investitionssicherheit werden als GDI-DE-grundlegend klassifizierte Geostandards in der Regel langfristig beibehalten. In einer Wiederbewertung kann lediglich festgelegt werden, dass sie ggf. nicht mehr empfohlen werden (GDI-DE-auslaufend).

Abbildung 2: Notationselemente in einem Zustandsdiagramm

Der Ablauf der Klassifikation lässt sich gut mit einem UML Zustandsdiagramm verdeutlichen. Abbildung 2 erläutert kurz die wichtigsten Merkmale in einem Zustandsdiagramm.
Jedes Zustandsdiagramm beginnt mit genau einem definierten Startzustand (gefüllter Kreis). Die folgenden, möglichen Zustände werden als abgerundete Rechtecke symbolisiert. Ein Wechsel von einem Zustand zu einem anderen Zustand erfolgt über Transitionen (Pfeile), die über Ereignisse ausgelöst werden. Dabei kann ein Zustandsübergang auch auf den gleichen Zustand zurückführen. Bei zusammengesetzten Zuständen (komplexen Zuständen) kann der aktuelle Zwischenzustand beim Verlassen gespeichert werden. Bei Wiedereintritt in den komplexen Zustand wird an der zuvor verlassenen Stelle fortgesetzt. Diese „Merk-Funktion" wird durch den Historien-Zustand (History- Zustand in der Abbildung 2) gekennzeichnet.
Im Zustandsdiagramm in Abbildung 3 wird dargestellt, welche Klassifizierungszustände ein Standard im Rahmen der Fortschreibung der Architektur einnehmen kann. So kann ein neuer Standard in der Architektur der GDI-DE initial nur „unter Beobachtung", „optional" oder „grundlegend" eingestuft werden. Bei einer Neubewertung der Geostandards kann eine Änderung der Klassifizierung nur entlang der definierten Zustandsübergänge stattfinden, also kann beispielsweise ein „grundlegender" Standard nur als „auslaufend" oder wieder als „grundlegend" klassifiziert werden.

Abbildung 3: Klassifikation der Standards

Die in den folgenden Kapiteln referenzierten Geostandards für Datenbestände und Anwendungen (vgl. Kapitel 5) und für Dienste (vgl. Kapitel 6) sind je einer der oben genannten Verbindlichkeitsstufen zugeordnet. Geostandards, die in den Geltungsbereich von INSPIRE fallen, werden immer als INSPIRE-grundlegend gekennzeichnet.
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3 Architektur der GDI-DE

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3.1 Grundlagen der Architektur

Das Konzept der dienstorientierten Architektur (engl. service-oriented architecture, SOA) basiert auf dem Prinzip der Nutzung verteilt vorliegender Ressourcen (Daten und Funktionalitäten), die über standardisierte Schnittstellen im Internet ausgetauscht werden (vgl. Abbildung 4).
Geodatendienste können unterschiedliche Datenquellen (z. B. Datenbanken) so anbinden, dass die Geodaten über die standardisierten Schnittstellen der Dienste interoperabel im Internet bereitgestellt werden. Die Vorgaben der Architektur der GDI-DE enden auf der Schnittstellenebene, die Umsetzung einer Schnittstellendefinition in Software ist nicht Gegenstand der Architektur.

Abbildung 4: Schematische Darstellung der Architektur der GDI-DE Anker_Toc117236623_Toc117236623

3.1.1 Publish-Find-Bind-Muster

Das Konzept der dienstorientierten Architektur bildet die technische Grundlage, um die Ziele und Grundsätze der GDI-DE umzusetzen. Um die verteilten Ressourcen über webbasierte Dienste bereitzustellen und nutzbar zu machen, wird das Publish-Find- Bind-Muster (vgl. Abbildung 5) verwendet. Im Folgenden wird dessen Ablauf kurz beschrieben:

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Anhand des Suchergebnisses kann der Anwender (Consumer) die gefundenen Ressourcen (zum Beispiel Geodaten bzw. Geodatendienste) des Anbieters (Provider) ansprechen und entsprechend der bereitgestellten Funktionalität und unter Berücksichtigung definierter Nutzungsbedingungen verwenden (bind).

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Abbildung 5: Allgemeines Publish-Find-Bind-Muster

Die Übertragung des Publish-Find-Bind-Musters auf die Architektur der GDI-DE wird in Abbildung 6 schematisch dargestellt. Eine wesentliche Rolle spielen die dezentralen Suchdienste sowie der gemeinsame zentrale Suchdienst Geodatenkatalog.de (vgl. Kapitel 3.3), in dem der gemeinsame Suchdatenbestand aufgebaut wird.

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Abbildung 6: Publish-Find-Bind-Muster – übertragen auf die Architektur der GDI-DE
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3.1.

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2 Kopplung der Metadaten von Geodaten und Geodatendiensten

Ein wesentlicher Baustein, um das Publish-Find-Bind-Muster erfolgreich umzusetzen, ist die Verknüpfung der Metadaten von Geodaten und Geodatendiensten. Eine ausführliche Beschreibung der Kopplung wird in den „Konventionen zu Metadaten in der GDI-DE" (AK Metadaten, 2022) erläutert. An dieser Stelle erfolgt nur die prinzipielle Beschreibung.
Ein Geodatensatz kann über einen oder mehrere Geodatendienste bereitgestellt werden. Jeder Datensatz und jeder Dienst ist dabei mit Metadaten beschrieben, damit er für die Suche in einem Katalog veröffentlicht werden kann. Ein Geodatendienst besitzt, zusätzlich zu seiner Metadaten- beschreibung im Katalog, eine technische Beschreibung seiner Funktionalitäten in Form eines Capabilities-Dokuments, welches im Bind-Schritt verarbeitet wird (vgl. Abbildung 7).

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Abbildung 7: Zusammenhang zwischen Geodaten mit Daten-Metadaten, Geodatendiensten mit Dienst-Metadaten und Capabilities, die direkt über den entsprechenden Dienst abgefragt werden können

Aus Sicht eines Geodatensatzes ist i.d.R. nicht erkennbar, über welche Geodatendienste er bereitgestellt wird. Daher wird gemäß (AK Metadaten, 2022) die Suche auf die Dienst-Metadatensätze erweitert und in diesen nach dem Vorkommen des Identifikators des Geodatensatzes gesucht. Über die GetCapabilities-URL bzw. die URL zum Service Feed (Atom) im Dienst-Metadatensatz ergibt sich die Referenz auf den Dienst (vgl. Abbildung 8).

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Abbildung 8: Kopplung der Geodaten und Geodatendienste über Identifikatoren und Hyperlinks Anker_Toc117236625_Toc117236625

3.1.

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3 Authentifizierungs- und Autorisierungsinfrastruktur

Die Authentifizierungs- und Autorisierungsinfrastruktur ist derzeit nur konzeptioneller Teil der Architektur der GDI-DE und nicht realisiert. Das Konzept bietet für die Nutzung zugriffsgeschützter Geodaten und Geodatendienste in der GDI-DE perspektivisch die Möglichkeit, die Identität eines Nutzers nachzuweisen und die Vertraulichkeit von Informationen durch entsprechende Autorisierung zu sichern. Dabei verwaltet eine dezentrale Organisation die Identität der ihr zugeordneten Nutzer (Authentifikation). Die Rechtedurchsetzung (Autorisierung) erfolgt dann durch jene dezentrale Organisation, die dem Nutzer eine geschützte Ressource bereitstellt.
Eine Entkopplung der Authentifizierungsfunktion von der Autorisierungsfunktion senkt den Aufwand für Pflege und Wartung bei allen beteiligten Organisationen. Keine Organisation muss organisationsfremde Nutzer verwalten und Zugriffsrechte auf Ressourcen können aufgrund abgestimmter Rollen und Attribute formuliert werden. Voraussetzung hierfür ist aber, dass sich Organisationen vorab gegenseitig Vertrauen aussprechen, so dass z. B. eine Organisation A allen Nutzern, deren Authentizität durch Organisation B nachgewiesen wurde, vertraut. Dadurch entsteht eine Vertrauensdomäne (trusted domain).
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Abbildung 9: Schematische Abbildung einer Authentifizierungs- und Autorisierungsinfrastruktur (AAI)

Die Service-Provider (SP) stellen geschützte Ressourcen, d. h. verschiedene Geodaten und Geodatendienste, innerhalb der Vertrauensdomäne bereit und entscheiden, ob einem Zugriff stattgegeben wird oder nicht. Eine zentrale Stelle (Coordinating Centre, vgl. Abb. 9) unterstützt die Föderation organisatorisch; hier werden Verträge verwaltet und Bedingungen für den Beitritt geprüft. Die Authentifizierung erfolgt innerhalb der Vertrauensdomäne durch Identity-Provider (Authentifizierungsstellen, IdP). Jeder Nutzer, der auf geschützte Ressourcen zugreifen will, muss sich über die Authentifizierungsstelle seiner Organisation anmelden, dort erfolgt die Verwaltung seines Nutzerkontos und seiner Rollen (Berechtigungsklassen). Der Lokalisierungsdienst (in Abb. 9 nicht dargestellt) ist das zentrale technische Bindeglied der Authentifizierungs- und Autorisierungsinfrastruktur (AAI), das alle Service- und Identity-Provider zu einer Vertrauensdomäne zusammenschließt. Wesentliche Funktion dieses Dienstes ist es, den Nutzer zum Identity-Provider seiner Heimatorganisation weiterzuleiten, wenn er unangemeldet auf eine geschützte Ressource eines Service-Providers aus der Föderation zugreifen möchte.
Weitere Informationen können dem „Konzept einer Zugriffskontrolle in der GDI-DE" " (Kst. GDI-DE, 2009) sowie dem OGC Whitepaper „Architecture of an Access Management Federation for Spatial Data and Services in Germany" (OGC, 2012) entnommen werden.
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3.2 Modularer Aufbau der GDI-DE

Die GDI-DE ist modular aus definierten nationalen und dezentralen IT-Komponenten aufgebaut, die in bestimmter Art und Weise miteinander interagieren:

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Derzeit sind fünf NTK vom LG GDI-DE beschlossen, Tabelle 1:

Nationale Technische Komponenten der GDI-DE	Kurzbeschreibung	Status (2023)
Geodatenkatalog.de https://gdk.gdi-de.org/gdi-de/srv/eng/csw?SERVICE=CSW&VERSION=2.0.2&REQUEST=GetCapabilitiesImage Modified	Zentraler Suchdienst nach Geodaten und Geodatendiensten in Deutschland	Betrieb
GDI-DE Testsuite https://testsuite.gdi-de.org/gdi/Image Modified	Anwendung zur Überprüfung der Konformität von Metadaten, Geodaten und Geodatendiensten hinsichtlich der Vorgaben von INSPIRE und GDI-DE	Betrieb
Geoportal.de https://www.geoportal.de/Image Modified	Plattform (früher: Anwendung), um Fachwissen in der Öffentlichkeit transparent zu machen, und um das Funktionieren der Konzepte und Empfehlungen der GDI-DE aufzuzeigen („Schaufenster" der GDI-DE)	Betrieb
GDI-DE Registry https://registry.gdi-de.org/Image Modified	Dienst zur zentralen Verwaltung von Informationen, die vielfach in der GDI-DE verwendet werden und deren Einheitlichkeit sicherzustellen ist	Betrieb
GDI-DE Monitor https://monitor.gdi-de.org/Image Modified	Komponente zur Unterstützung der Qualitätsmonitorings und Auswertung von Metadaten hinsichtlich definierter Qualitätsparameter.	Betrieb

Tabelle 1: Kurzbeschreibung und Status der NTK der GDI-DE

Die Entwicklung, Weiterentwicklung und der Betrieb der Nationalen Technischen Komponenten der GDI-DE folgen den in der Verwaltungsvereinbarung zwischen Bund und Ländern zum gemeinsamen Ausbau und Betrieb der Geodateninfrastruktur Deutschland (Verwaltungsvereinbarung GDI-DE, 2017) getroffenen Festlegungen. Hingegen stehen die Entwicklung und Betrieb der Dezentralen Technischen Komponenten unter der Verantwortung einzelner Stellen bei Bundes-, Landes- oder Kommunalbehörden bzw. privater Unternehmen. Festlegungen der einzelnen Vereinbarungspartner der VV GDI-DE 2017 sind dort zu berücksichtigen. Eine nähere Beschreibung der Nationalen Technischen Komponenten der GDI-DE findet sich in diesem Technik-Dokument in Kapitel 3.3. In Tabelle 2 werden die häufigsten Arten von Dezentralen Technischen Komponenten (siehe Kapitel 3.4) anhand ihrer Funktionen klassifiziert:

Tabelle 2: Klassifizierung dezentraler Komponenten der GDI-DE

Über die genannten Dezentralen Technischen Komponenten hinaus gibt es in den dezentralen Geodateninfrastrukturen weitere Komponenten, insbesondere Geoportale von Ländern und Kommunen, Geoshops und andere Anwendungen.
Nationale und dezentrale Komponenten stehen in definierten Arten von Beziehungen zueinander, die sich vereinfacht wie folgt differenzieren lassen:

Tabelle 3: Beschreibung der grundlegenden Arten von Beziehungen zwischen Komponenten der GDI-DE

Abbildung 10 beschreibt die verwendete Notation für die Darstellung der Beziehungen zwischen den beiden grundlegenden Komponentenarten der GDI-DE. In gleicher Weise wirken auch die Beziehungen zwischen zwei dezentralen oder zwei nationalen Komponenten.

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Abbildung 10: Beziehungen zwischen einer nationalen und dezentralen Komponente

In den Kapiteln 3.3 bis 3.5 werden die Komponenten sowie die Beziehungen zwischen nationalen und dezentralen Komponenten näher beschrieben.
Anker_Toc115190816_Toc115190816 Anker_Toc117236627_Toc117236627näher beschrieben.

3.3 Nationale Technische Komponenten

In diesem Kapitel werden der Zweck, die Anforderungen sowie Schnittstellen und Leistungsmerkmale der Nationalen Technischen Komponenten (NTK) beschrieben. Tabelle 1 (in Kap. 3.2) gibt einen Überblick über ihren Realisierungsstand.
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3.3.

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1 Geodatenkatalog.de

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3.3.1.1 Zweck

Der Geodatenkatalog.de stellt Metadaten über Geodaten, Geodatendienste und weitere IT-gestützte Geodatenanwendungen deutschlandweit über eine einheitliche Schnittstelle zur Suche bereit. Geodatenkatalog.de bezieht die in ihm enthaltenen Metadaten durch Zugriff auf andere Kataloge des Bundes und der Länder über eine standardisierte Austauschschnittstelle (Catalogue Service, CSW) und baut daraus einen konsolidierten, übergreifenden Metadatenbestand auf.
Der Geodatenkatalog.de wird u. a. im Geoportal.de für die Recherche genutzt sowie als INSPIRE- konformer Suchdienst (vgl. Kapitel 6.2) bereitgestellt. Er steht zur freien Verfügung im Internet und wird auch von weiteren Infrastrukturen, wie z. B. dem dem Europäischen Datenportal, Global Earth Observation System of Systems (GEOSS) und anderen Anwendungen genutzt.
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3.3.1.2 Schnittstellen

Abbildung 11: Komponentendiagramm Geodatenkatalog.de

Tabelle 4: Schnittstellen des Geodatenkatalog.de Anker_Toc117236631_Toc117236631

3.3.1.3 Anforderungen

• Geodatenkatalog-AF 1 „Metadaten durchsuchen"
  • Suche in Metadaten über eine gemäß INSPIRE-Vorgaben standardisierte Webschnittstelle (Maschine-Maschine-Kommunikation)
• Geodatenkatalog-AF 2 „Metadaten bereitstellen und einsammeln"
  • Bereitstellung von standardisierten Metadaten aus dezentralen Metadatenkatalogen
  • Harvesting dieser dezentralen Metadaten durch Geodatenkatalog.de
  • Technical Guidance for the implementation of INSPIRE Discovery Services (IOC-TF, 2011)

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3.3.1.4 Qualitätsmerkmale

Verfügbarkeit: 99 %
Zugriffszeit am Server: 3 Sekunden
Leistungsfähigkeit: 30 parallele Zugriffe pro Sekunde; gemäß Verordnung (EG) Nr. 976/2009 zu INSPIRE-Netzdiensten (Suchdienst) Anker_Toc117236633_Toc117236633

3.3.

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2 GDI-DE Testsuite

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3.3.2.1 Zweck

Mit Hilfe der GDI-DE Testsuite können Metadaten, Geodaten und Geodatendienste hinsichtlich ihrer Konformität zu Standards und Vorgaben der GDI-DE und INSPIRE überprüft werden. Anbietende Stellen werden durch dieses Werkzeug bei der konformen Bereitstellung ihrer Ressourcen in der GDI-DE sowie bei der Umsetzung der INSPIRE-Richtlinie durch Nachnutzung des INSPIRE Validators unterstützt. Anker_Toc117236635_Toc117236635

3.3.2.2 Schnittstellen

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Abbildung 12: Komponentendiagramm GDI-DE Testsuite

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Tabelle 5: Schnittstellen der GDI-DE Testsuite Anker_Toc117236636_Toc117236636

3.3.2.3 Anforderungen

• Testsuite-AF 1 „Test einrichten"
  • Einrichtungen eines Tests unter Angabe des zu testenden Datensatzes bzw. Dienstes und des anzuwendenden Konformitätstests über eine grafische Benutzeroberfläche (Mensch-Maschine-Kommunikation) oder über eine Web-Service-Schnittstelle (Maschine-Maschine-Kommunikation)
• Testsuite-AF 2 „Test ausführen"
  • Ausführen eines zuvor eingerichteten Tests über eine grafische Benutzeroberfläche (Mensch-Maschine-Kommunikation) oder über eine Web-Service-Schnittstelle (Maschine-Maschine-Kommunikation)
• Konformitätsprüfung auf
  • INSPIRE Metadata TG 2.0 – data sets and data sets series / network services / invocable spatial data services
  • Konventionen der GDI-DE für INSPIRE-konforme Metadaten (vgl. Kapitel 5.4.2)
  • Konventionen der GDI-DE für GDI-DE-konforme Metadaten (vgl. Kapitel 5.4.2)
  • OGC CSW 2.0.2 AP ISO 1.0 (vgl. Kapitel 6.2)
  • INSPIRE Discovery Service – CSW (vgl. Kapitel 6.2)
  • INSPIRE View Service – WMS 1.3.0 (vgl. Kapitel 6.3)
  • INSPIRE View Service – WMTS
  • INSPIRE Download Service – Direct WFS (vgl. Kapitel 6.4)
  • INSPIRE Download Service – Pre-Defined WFS
  • INSPIRE Download Service – Pre-Defined Atom
  • INSPIRE Download Service – WCS
  • INSPIRE Download Service – OAPIF
  • INSPIRE Download Service – STA (vorgesehen)
  • INSPIRE Datenthemen (vgl. Kapitel 5.2)

...

3.3.2.4 Qualitätsmerkmale

Verfügbarkeit: 95 %
Zugriffszeit am Server: 3 Sekunden
Leistungsfähigkeit: 20 parallele Zugriffe pro Sekunde
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3.3.

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3 Geoportal.de

...

3.3.3.1Zweck

...

Das Geoportal.de bietet als Plattform einen zentralen Zugang zu den Daten und Diensten der GDI-DE. Es trägt dazu bei, die dienstorientierte Architektur der GDI-DE umzusetzen und übergreifende Empfehlungen und Konzepte zu erproben. Darüber hinaus dient das Geoportal.de über den gesetzlichen Auftrag nach §19 GeoZG hinaus auch der unmittelbaren Nutzung von Geodaten durch Bereitstellung von Geo-Features (z.B. 3D-Ansicht).

...

 
3.3.3.2 Schnittstellen

Abbildung 13: Komponentendiagramm Geoportal.de

Tabelle 6: Schnittstellen des Geoportal.de

...

 
3.3.3.3 Anforderungen

• Suche nach Geodaten und Geodatendiensten über deren Metadaten
• Nutzung/Einbindung/Anzeige/Bereitstellung von standardisierten interaktiven Kartendiensten
• Suche nach Orten und Adressen in ganz Deutschland
• Bereitstellung von Geo-Features (z.B. 3D-Ansicht)
• Bereitstellung von allgemeinen Informationen über die GDI-DE für die Öffentlichkeit

...

3.3.3.4 Qualitätsmerkmale

Verfügbarkeit: 99 %
Zugriffszeit am Server: 10 Sekunden
Leistungsfähigkeit: 20 parallele Zugriffe pro Sekunde
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3.3.

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4 GDI-DE Registry

...

3.3.4.1 Zweck

Die GDI-DE Registry verwaltet Informationen, die mehrfach in der GDI-DE verwendet werden und deren Einheitlichkeit sicherzustellen ist. Sie dient als Werkzeug, um beispielsweise die Identität von Objekten dauerhaft zu gewährleisten. Die Registry ist erweiterbar, um über die unten genannten Register hinaus zusätzliche Informationen verwalten zu können.
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3.3.4.2 Schnittstellen

Abbildung 14: Komponentendiagramm GDI-DE Registry

Tabelle 7: Schnittstellen der GDI-DE Registry
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3.3.4.3 Anforderungen

• Registry-AF 1 „Registerinhalte pflegen"
  • Es werden unterschiedliche Aufgaben zur Pflege von Verantwortlichen bei Bund und Ländern (ggf. auch Kommunen und Dritten) wahrgenommen, über einen webbasierten Registry-Clienten.
• Registry-AF 2 „auf Registerinhalte und registerspezifische Funktionen zugreifen"
  • Registry-Element-Identifikator auflösen: liefert zu einem Identifikator (URI) ein Registry-Element (Registry, Register, Subregister, ItemClass oder Item)
  • INSPIRE-ID auflösen: liefert zu einer INSPIRE-ID (URI) die URL zum Geo-Objekt
  • CodeList-ID auflösen: liefert zu einer CodeList-ID (URI) die CodeListe
  • Folgende Informationen werden in Registern geführt:
    • Namensraum-Register zur Verwaltung von Namensräumen für INSPIRE-IDs
    • Codelisten-Register zur Verwaltung und Bereitstellung von Codelisten
    • Organisations-Register zur Verwaltung der Koordinierungsstruktur der GDI-DE und aller für die Prozesse der GDI-DE Registry relevanten Organisationen
    • CRS-Register zur Verwaltung und Veröffentlichung von Parametern zu Koordinatenreferenzsystemen (CRS) und CRS-Transformationen
    • XML-Schema-Repository zur Verwaltung und Bereitstellung von Encoding-Vorschriften für Datenmodelle

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3.3.4.4 Qualitätsmerkmale

Verfügbarkeit: 99 %
Zugriffszeit am Server: 3 Sekunden
Leistungsfähigkeit: 30 parallele Zugriffe pro Sekunde
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3.3.

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5 GDI-DE Monitor

...

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3.3.5.1 Zweck

Der GDI-DE Monitor ist eine Komponente zur Unterstützung des Qualitätsmonitorings und Auswertung von Metadaten hinsichtlich definierter Qualitätsparameter. Mit Unterstützung des GDI-DE Monitor können Auswertungen zur Zugänglichkeit und Nutzbarkeit von Georessourcen erstellt werden sowie die Erfüllung von gesetzlichen Anforderungen (z. B. der INSPIRE-Richtlinie) durchgängig überwacht werden.

...

 
3.3.5.2 Schnittstellen

Abbildung 15: Komponentendiagramm GDI-DE Monitor

Tabelle 8: Schnittstellen der GDI-DE Monitor Anker_Toc117236651_Toc117236651

3.3.5.3 Anforderungen

• Monitor-AF 1 „GDI-DE Monitor anbieten"
  • Die Ergebnisse des INSPIRE-Monitorings (Liste mit Ressourcen und Indikatoren) für alle Ressourcen aus Deutschland oder für eine bestimmte Auswahl an Ressourcen in einer Nutzeroberfläche (GUI) darzustellen
  • Zur Anzeige, Konfiguration und Speicherung von spezifischen Auswertungen sind Nutzerkonten für Katalogbetreiber, geodatenhaltende Stellen und weitere Akteure (z.B. Kst. GDI-DE, Kontaktstellen, AK der GDI-DE) bereitzustellen.
  • Integration der Harvesting-Zusammenfassung für Katalogbetreiber in den GDI-DE Monitor (vorgesehen)
• Monitor-AF 2 „Tests ausführen"
  • Prüfung der Metadaten im Geodatenkatalog.de mit der GDI-DE Testsuite
• Monitor-AF 3 „Metadaten verwenden"
  • Metadaten über Katalogschnittstelle importieren
  • Ergebnisse des Metadaten-Imports auswerten
  • Berechnung der Indikatorwerte für das INSPIRE-Monitoring gemäß der von der EU verwendeten Methodik für eine bestimmte Auswahl an Ressourcen (Ressourcen des Bundes, Ressourcen eines Landes, Ressourcen einer Kommune, Ressourcen einer geodatenhaltenden Stelle)
  • Für die im Geodatenkatalog.de verwendeten Metadaten:
    • Auflistung der Zeitpunkte des Harvestings in den Geodatenkatalog.de + letztes erfolgreiches Harvesting, Harvesting-Intervall, Anzahl geharvesteter Daten, Anzahl Veränderung im Vergleich zum letzten Harvesting (Hinzufügungen, Löschungen, Aktualisierungen)
    • Darstellung der Anzahl valider und invalider Daten beim letzten Harvesting (aufgeschlüsselt nach geharvesteten Katalogen, Datenbereitstellern)
    • Ableitung von Indikatoren zur Bewertung der Konformität, Qualität und Vollständigkeit der Metadaten im Geodatenkatalog.de bzw. in der GDI-DE.
    • Folgende Auswertungen werden im GDI-DE Monitor bereitgestellt:
    • Analyse der Monitoring-Ergebnisse: automatische Ableitung von Diagrammen, Grafiken (z.B. Karten) und Tabellen für alle erfassten Monitoring-Jahre
    • Für die Fehleranalyse werden von der EU (JRC) Fehlerlisten mit den Ergebnissen der Validierung der Metadatensätze herausgegeben ("Summary of metadata failing validation").
    • Auswertung der Flächendeckung (optional, Umsetzung wird geprüft)

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3.3.5.4 Qualitätsmerkmale

Verfügbarkeit: 95 %
Zugriffszeit am Server: 3 Sekunden
Leistungsfähigkeit: 20 parallele Zugriffe pro Sekunde Anker_Toc117236653_Toc117236653

3.4 Dezentrale Technische Komponenten

Die Dezentralen Technischen Komponenten, wie in Tabelle 2 aufgelistet, werden von unterschiedlichen Akteuren der GDI-DE betrieben und stellen definierte Schnittstellen und Dienstequalitäten (siehe Kapitel 6) bereit, um eine Interoperabilität innerhalb der GDI-DE zu gewährleisten.
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3.4.

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1 Metadatenkomponenten

Hierunter werden alle Komponenten verstanden, die der Erfassung, Speicherung, Verwaltung und Bereitstellung von Metadaten in der GDI-DE dienen. Die verteilten Metadatenkomponenten sind die Grundlage für die zentrale Suche mit dem Geodatenkatalog.de (siehe Kapitel 3.3.1), welcher auf diese Komponenten zurückgreift. Dabei sind die Inhalte entsprechend der „Formate für Metadaten" (Kapitel 5.4.2) strukturiert – die Dienste folgen den Vorgaben für Suchdienste (Kapitel 6.2).
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3.4.

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2 Geodatendienstekomponenten

Geodatendienstekomponenten dienen der dienstebasierten Bereitstellung von Geodaten in der GDI-DE in der Form von Raster- oder Vektordaten dienen. Dies sind einerseits reine Datendienste, wie die sogenannten „Downloaddienste" für Vektordaten (siehe Kapitel 6.4.1und 6.4.2) oder für Rasterdaten (siehe Kapitel 6.4.3), andererseits aber auch Dienste, welche Daten als Bilddaten, zumeist als Karte oder Kartenlayer, darstellen (siehe 6.3.1).
Diese Dienstekomponenten, die sowohl Geobasis- als auch Geofachdaten bereitstellen, bilden die Basis der GDI-DE.
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3.4.

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3 Geokodierungskomponenten

Eine Sonderform der Geodatendienste stellen die Geokodierungsdienste dar. Mit Hilfe von diesen Diensten lassen sich Adressen, Flurstücksnummern, geographische Namen oder andere indirekt georeferenzierte Objekte einer räumlichen Lage zuordnen oder umgekehrt. Die Dienste folgen dabei den Vorgaben der Downloaddienste für Vektordaten (Kapitel 6.4.1).
Die Geokodierung erhält durch §14 des E-Government-Gesetzes eine besondere Bedeutung, indem die Vorgaben zur Georeferenzierung in elektronischen Registern definiert werden. Ein Dienst, der eine solche Georeferenzierung auf Basis amtlicher Geobasisdaten durchführt und damit qualitativ hochwertige Koordinaten liefert, ist der Geokodierungsdienst der AdV.
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3.4.

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4 Geodatenkomponenten

Hierunter werden Komponenten verstanden, die der Speicherung und Verwaltung oder Aufbereitung von Geodaten dienen, aber keine direkten Geodatendienstekomponenten darstellen. Vertreter dieser Gruppe können z.B. spezifische Geoprozessierungsdienste (siehe Kapitel 6.5.2), wie Koordinatentransformationen oder Datenaggregationskomponenten sein.
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3.4.

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5 Zugriffsschutzkomponenten

Der Großteil der Daten und Dienste in der GDI-DE steht allen Nutzern frei und unentgeltlich zur Verfügung. Dennoch gibt es Informationen oder Dienste, die aus unterschiedlichen Gründen vor unberechtigtem Zugriff geschützt werden müssen. Zum Schutz solcher Zugriffe werden Komponenten verwendet, die den Vorgaben in Kapitel 7 genügen. Anker_Toc117236659_Toc117236659

3.4.

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6 Langzeitspeicherkomponenten

Für eine revisionssichere Aufbewahrung, Erhaltung und Wiedernutzbarmachung von älteren, nicht mehr regelmäßig verwendeten elektronischen Dokumenten/Geodaten werden Langzeitspeicherkomponenten verwendet. Nähere Ausführungen zu den Anforderungen finden sich in den Leitlinien für die Fortführung und die Langzeitspeicherung von Geoinformationen (AK Architektur, 2021).
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3.5 Interaktionen zwischen nationalen und dezentralen Komponenten

Aus den definierten Grundsätzen der GDI-DE (Arbeitskreis Architektur der GDI-DE, 2019) lässt sich folgendes Hauptziel herleiten:
„Geodaten über Geodatendienste interoperabel verfügbar machen."
Für die Beschreibung der erforderlichen Interaktionen zwischen nationalen und dezentralen Komponenten wird zunächst der Kernprozess der GDI-DE sehr abstrakt in einem Anwendungsfalldiagramm beschrieben (vgl. Abbildung 16).

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Abbildung 16: Vereinfachte Darstellung von Kernprozess und Rollen in der GDI-DE

Der Kernprozess umfasst alle Tätigkeiten, die unmittelbar der Erreichung des oben genannten Hauptziels dienen. Diese Tätigkeiten werden aus dem in Abschnitt 3.1 beschriebenen Vorgehens- muster „Publish-Find-Bind" abgeleitet: Für Geodaten und Geodatendienste werden Metadaten erstellt und in einem Metadatenkatalog registriert, über einen Suchdienst gefunden sowie anschließend die Geodaten über einen Geodatendienst genutzt. Die Nutzung kann ggf. von der Zustimmung des Nutzers zu den veröffentlichten Nutzungsbedingungen abhängen. Die Tätigkeiten der Akteure werden in folgender Tabelle noch einmal kurz beschrieben:

Tabelle 9: Rollenbeschreibungen

Die Rollen für Anbieter/innen nationaler sowie dezentraler Komponenten können sich genauer spezialisieren, siehe Abbildung 17.

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Abbildung 17: Spezialisierung nationaler und dezentraler Anbieterrollen

Nachfolgend werden die Interaktionen zwischen den Beteiligten sowie zwischen den Nationalen Technischen und den Dezentralen Technischen Komponenten im Hinblick auf das Erreichen des oben genannten Hauptziels detaillierter durch Soll-Prozesse in Form von Sequenzdiagrammen erläutert. Nachfolgende Abbildung 18 beschreibt die verwendete Notation.

Abbildung 18: UML Sequenzdiagramm zur Beschreibung von Interaktionen

Um alternative Abläufe zu kennzeichnen, werden verschiedene Operatoren eingesetzt. Diese Bereiche sind jeweils durch eine Box markiert. Folgende Operatoren können eingesetzt werden:

• alt – beschreibt eine Verzweigung zu einer von mehreren Varianten, wobei jede Verzweigung durch eine Bedingung – in eckigen Klammern – gekennzeichnet wird (Bsp. Abb. 18).
• opt – beschreibt eine optionale Ausführung des gekennzeichneten Bereichs, wenn die angegebene Bedingung wahr ist.
• loop – kennzeichnet eine Mehrfachausführung des gekennzeichneten Bereichs, solange die angegebene Bedingung wahr ist.

...

...

3.5.

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1 Bereitstellungsprozesse

3.5.1.1 Bereitstellung von Geodaten über Geodatendienste

Um Geodaten über Geodatendienste in der GDI-DE verfügbar zu machen, müssen zunächst die Geodaten veröffentlicht werden. Der Prozess wird in Abbildung 19 dargestellt und die einzelnen Schritte nachfolgend erläutert.
Schritt 1 – Namensraum registrieren (optional)
Die INSPIRE-Richtlinie (EU-Kommission, 2007) fordert „einen gemeinsamen Rahmen für die einheitliche Identifizierung von Geo-Objekten, denen Identifikatoren aus den einzelstaatlichen Systemen zugeordnet werden können, um ihre Interoperabilität sicherzustellen" (Artikel 8, Abs. 2, Buchstabe a). Näheres regelt die Verordnung (EG) Nr. 1089/2010 der Kommission vom 23. November 2010 zur Durchführung der Richtlinie 2007/2/EG des Europäischen Parlaments und des Rates hinsichtlich der Interoperabilität von Geodatensätzen und -diensten (Anhang I, Ziffer 2.1) (EU-Kommission, 2010).
Um Objektidentifikatoren vergeben zu können, muss zuvor durch die jeweilige geodatenhaltende Stelle ein Namensraum beantragt und in die GDI-DE Registry eingetragen werden.
Schritt 2 – Geodaten speichern
Geodaten werden nach der Erfassung bzw. der Änderung durch die geodatenhaltende Stelle in einer dezentralen Geodatenkomponente gespeichert.
Schritt 3 – Geodaten auf Konformität testen
Die neu erfassten oder geänderten Geodaten werden von der geodatenhaltenden Stelle mit Hilfe der GDI-DE Testsuite auf Konformität geprüft. Bei negativem Testergebnis korrigiert die geodatenhaltende Stelle die Geodaten und wiederholt den Test. Nach bestandenem Test erfolgt die Freigabe der Geodaten durch die geodatenhaltende Stelle gemäß dem dort üblichen Verfahren.
Für die Konformitätsprüfung der Geodaten sind derzeit für die INSPIRE-Anhang Themen Tests in der GDI-DE Testsuite verfügbar.
Schritt 4 – Geodatendienst aufsetzen
Der Anbieter für die dezentralen Komponenten ist dafür verantwortlich mindestens einen Darstellungs- und einen Downloaddienst aufzusetzen, um die Geodaten darüber bereitzustellen.
Schritt 5 – Geodatendienst auf Konformität testen
Die aufgesetzten Geodatendienste werden mit Hilfe der GDI-DE Testsuite auf Konformität geprüft. Bei negativem Testergebnis korrigiert der Anbieter der dezentralen Komponenten die Geodatendienste und wiederholt den Test. Nach bestandenem Test erfolgt die Freigabe der Geodatendienste.
Schritt 6 – Metadaten speichern
Die Geodaten und die Geodatendienste sind vom dezentralen Anbieter mit Metadaten zu beschreiben. Dabei sollte ein möglichst hoher Anteil der Metainformationen aus den Geodaten und den Geodatendiensten automatisiert generiert werden. Die Nutzungsregelungen müssen in den Metadaten enthalten sein. Folgende Dokumente sind zu berücksichtigen:

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