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Entwurf - krz Frank JÀger - Artikel Linux-Magazin - Projekt PostNAS

Stand 11.06.2010


Die Werke

Das analog gefÃŒhrte Liegenschaftskataster bestand ÃŒber Jahrzehnte aus folgenden 'Werken':
 - Buchwerk:
   -- 'Flurbuch', Verzeichnis der FlurstÃŒcke und ihrer Eigenschaften
   -- 'BestandblÀtter', die Angaben aus dem Grundbuch des Amtsgerichtes in Karteiform
 - Kartenwerk: Auf Karton und/oder Folie gezeichnete 'Liegenschaftskarte'
 - Zahlenwerk: 'Vermessungsrisse' (örtliche Skizzen), Berechnungen und Koordinaten von Vermessungspunkten

Die DV-Historie

Mit Beginn der Automatisierung in den 1970er Jahren wurden zunÀchst die alphanumerischen Informationen der FlurbÃŒcher und der BestandsblÀtter digital gespeichert. Das erste Verfahren 'BEDV' basierte noch auf einer linearen Datenbank (indizierte SÀtze). Das Nachfolgeverfahren 'ALB' (Automatisierts Liegenschafts Buchwerk) hatte eine hierarchische Datenbankstruktur entsprechend der damaligen Großrechner-Technik.

Mit der VerfÌgbarkeit grafischer Bildschirme und ausreichend leistungsfÀhiger Hardware Ende der 1980er Jahren (UNIX, DecVMS) wurde die Digitalisierung der Karte begonnen. Die Software zur 'ALK' (Automatisierte Liegenschafts-Karte) bestand aus dem Bearbeitungsteil 'ALK-GIAP' (Graphisch Interaktiver Arbeitsplatz) und dem zentralen Datenbankteil (ALK-DB) in dem die Vektorinformationen abgelegt wurden. Auch diese Datenbank war hierachisch strukturiert. Die Vermessungspukte aus dem 'Zahlenwerk' des Katasters wurden Teil der ALK, da sie die Basis der Karte bilden.

Geteilt

Aus dieser Chronologie erklÀrt sich, dass das Kataster bis vor kurzem in zwei getrennten Verfahren verwaltet wurde. 
Vom zentralen Objekt des Katasters - dem 'FlurstÃŒck' - fand man die alphanumerisch-beschreibenden Teile im ALB. Das sind Attribute wie Adresse, Größe und Nutzung sowie die EigentÃŒmerangaben des Grundbuchs. Die 'Geometrie' (kartografische Darstellung) befand sich dagegen in der ALK: Grenzen, Grenzsteine, GebÀude usw.

FortfÃŒhrungen (Änderungen) an einem FlurstÃŒck wie z.B. eine Teilung, mussten synchron in beiden Verfahren geschehen. NatÃŒrlich gab es dadurch auch Redundanzen: Die Hausnummer des ALK-GebÀudes traf man wieder als 'Adresse' des FlurstÃŒcks im ALB. Auch jeder Abschnitt eines FlurstÃŒcks mit unterschiedlicher Nutzung hatte eine geometrische FlÀche und eine 'BuchflÀche'.

Freies GIS

Ein Projekt zur Darstellung der 'ALK mit freier Software' begann 2004. Auf Initiative der CCGIS, einer VorgÀngerfirma der WhereGroup, sollte die ALK in ihrer "amtlichen" Darstellung mit freien GIS-Tools wie dem UMN-Mapserver dargestellt werden. Einige bezweifelten, dass dies mit vertretbarem Aufwand möglich wÀre. Das Liegenschaftskataster ist schon ein sehr besonderes "GIS" mit Jahrzehnte alten Regeln, die sich in Form von Ausnahmen und Besonderheiten auch in den Programmen manifestiert haben.

ZV-Aut

Mit "amtliche" Darstellung ist die Darstellung nach der "ZV-Aut" gemeint ("Vorschriften fÌr das automatisierte Zeichnen der Liegenschaftskarte"). Nur mit strikter Einhaltung dieser amtlichen Darstellung dÌrfen Ausdrucke auch fÌr offizielle Zwecke wie die Auskunft an BÌrger verwendet werden. Der BÌrger kann diese amtliche Karte dann fÌr einen Bauantrag oder Àhnliches verwenden.
Nur wenn die Einhaltung der ZV-Aut und zahlreiche weitere Bedingungen zu AktualitÀt, Sicherheit und VerfÌgbarkeit von der Bezirksregierung geprÌft wurden, darf die Karte als amtlich verwendet werden. Dies war bis dahin teuren Spezialprogrammen vorbehalten, die nur von wenigen Softwareherstelllern angeboten wurden.

Diese Zeichenvorschrift schreibt noch das Kartenbild der frÃŒheren analogen Arbeitsweise vor, als die Karten mit schwarzer Tusche gezeichnet und durch Lichtpausen reproduziert wurden. Diese Darstellung ist reduziert auf reines Schwarz auf einem weißen (bzw. transparenten) Hintergrund. Auf Farben, Raster, Teiltransparenzen oder andere Mittel eines modernen GIS wird verzichtet. Eine Katasterverwaltung rennt eben nicht jedem Trend hinterher.

Kataster meets FOSSGIS

Als CCGIS erkannte, dass GIS-Kenntnissen allein nicht zum Ziel fÌhren, wurden sie beim Kommunalen Rechenzentrum in Lemgo fÌndig. Dort gab es die notwendigen Kenntnisse der ALK-Strukturen und des EDBS-Formates. Aus Eigenbedarf war dort ein Programm entstanden, das die Schnittstelle "EDBS" in seine Strukturen zerlegt und als lesbaren Text fÌr die Analyse darstellt. Dies "EDBS-Tool" stand als Freeware, wenn auch nicht als OpenSource zum Download. Der damalige CCGIS-GeschÀftsfÌhrer Arnulf Christel meinte, nun brÀuchte man ja nur noch diese Teile der EDBS in eine Datenbank schreiben. Dies stellte sich im Laufe des Projektes als Verharmlosung heraus. Nicht nur die "Redundanzfreiheit" der ALK war sinnvoll umzusetzen sondern auch Linientypen wie "Kreisbogen" oder "Spline" (ausgleichende Kurve Ìber StÌtzpunkte und Vor-/Nachlaufpunkte) waren durch ausreichend fein interpolierte Polygone zu ersetzen, denn die Welt der OGC ist eckig und nicht rund.

ALK Konverter

Basis des Projektes 'ALK mit freier Software' wurde also der Konverter "edbs2wkt", der das Schnittstellenformat "EDBS" der ALK in eine Spatial-Datenbank ÌberfÌhrt. Das ist nicht banal, denn die Struktur der ALK passt nicht zu den "Simple Features"-Normen der OGC (Open Geospatial Consortium). Nur OGC-konforme Srukturen sind mit den Ìblichen GIS-Werkzeugen performant darzustellen. Die Struktur der ALK basiert jedoch auf der Idee der 'redundanzfreien Geometrie'. Eine Linie ist in der ALK nur einmal gespeichert, auch wenn sie (horizontal) zwei FlÀchen rechts und links der Linie trennt und somit zu zwei Objekten eines Layers gehört. Auch wenn die Linie (vertikal) zu weiteren Objekten anderer fachlicher Ebenen (Layer) gehört, ist sie nur einmal gespeichert und somit redundanzfrei im Sinne der ALK. 
In einer Spatial-DB hat jedoch jedes Objekt 'seine' komplette Geometrie in 'seinem' Geometrie-Datenfeld gespeichert. Es ist irrelevant, ob dabei ein Teil vom Rand der FlÀche auch ein Teil vom Rand einer anderen FlÀche ist.

Der Konverter "edbs2wkt" wurde als OSS veröffentlicht, allerdings von einigen als "nicht wirklich frei" belÀchelt, da er auf Grund seiner Historie mit einer Microsoft-Entwicklungsumgebung entwickelt wurde.

Aufbauend auf dieser ALK-GIS-Struktur aus dem Konverter "edbs2wkt" wurden von der CCGIS und dem Katasteramtes der Obergergischen Kreises dann Mapfiles und Symbolbibliotheken fÌr den Mapserver entwickelt. Das Ziel der "amtlichen Karte" wurde erreicht. Aber auch alternative, vereinfachte Darstellungen sind möglich. Die Lösung wird inzwischen in ganz Deutschland eingesetzt.

Bezieher

Eine Besonderheit der EDBS-Schnittstelle ist das Verfahren des 'Bezieher SekundÀrnachweis' (BZSN). Die abgebende (primÀre) Datenbank merkt sich die Änderungen am Bestand seit der letzten Abgabe. Es werden dann periodisch Differenzdaten fÃŒr einen speziellen Bezieher (sekundÀre Datenbank) ausgegeben, die vom Konverter eingepflegt werden. Nur damit ist bei großen SekundÀrbestÀnden eine ausreichende AktualitÀt möglich. Eine immer wieder kehrende komplette Konvertierung des Gesamtbestandes wÀre auf beiden Seiten zu aufwÀndig. 

ALKIS

Mit der Umstellung von "ALB" und "ALK" nach "ALKIS" wird die unschöne Trennung des Liegenschaftskatasters in zwei Verfahren beseitigt. Es wurde versprochen, bei ALKIS - anders als bei ALK und ALB - mehr auf gÀngige Standards zu setzen, z.B. auf "XML" beim Datenaustausch.

ALKIS wurde Ìber viele Jahre geplant und entwickelt. Die EinfÌhrung wurde oft veschoben, aber nun wird es ernst: Einige Kreise und BundeslÀnder haben schon umgestellt, andere werden in KÌrze folgen. FÌr die Komponenten des Projektes "ALK mit freier Software" wird also dringend ein Ersatz benötigt.
Sobald die KatasterÀmter kein EDBS mehr liefern sondern das neue ALKIS-Schnittstellenformat "NAS" (Normbasierte Austausch-Schnittstelle) sollte der Ersatz produktionsreif bereit stehen. Einige haben das bereits vor Jahren erkannt und die Entwicklung einer freien Alternative voran getrieben. Der Rest wartet ab und hofft darauf, dass beim ALKIS-Start eine Lösung bereit stehen wird. 

ALKIS-Konverter

Als erstes wird wieder ein Konverter benötigt. Die Verpackung in das Standard-Format 'XML' statt 'EDBS' sollte nicht darÃŒber hinweg tÀuschen, dass ALKIS noch Àhnliche Strukturen hat wie die ALK, diesmal noch angereichert mit den Attributen des Buchwerks 'ALB'. Die Dateigrößen von NAS haben sich gegenÃŒber der EDBS vervielfacht. WÀhrend EDBS dicht gepackt pure Informationen enthielt, brauchen nun die spitzen Klammern der XML-Tags ihren Platz. Sie sind angefÃŒllt mit Namen wie "ax_BauwerkOderAnlageFuerSportFreizeitUndErholung" oder "ax_SonstigesBauwerkOderSonstigeEinrichtung".

Der neue Konverter heißt "PostNAS". Der anfangs geplante Name "OpenNAS" war bereits belegt, da 'NAS' auch das KÃŒrzel von 'Network Attached Storage' ist. Diesmal soll es ein 'wirklich freies' Projekt werden, das BetriebssystemunabhÀngig einsatzfÀhig ist. Da es jedoch schwierig war, die Anschubfinanzierung zusammen zu bekommen, musste zunÀchst eine Beteilungungsform in einer geschlossenen Gruppe von Pilotanwendern gewÀhlt werden. 

Fast Fertig

Seit der Version 0.5 steht eine stabile PostNAS zur VerfÃŒgung, die nun sowohl das Kartenwerk als auch das Buchwerk vollstÀndig umsetzt. Auch die Pflege eines SekundÀrbestandes ÃŒber einen "Bezieher" ist seit PostNAS 0.5 möglich. Das ist umso wichtiger, als die Verarbeitungszeiten gegenÃŒber EDBS deutlich lÀnger geworden sind. Der Bezieher heißt nun nicht mehr 'BZSN' sondern 'NBA' (Nutzerbezogene Bestandsdaten-Aktualisierung).
Innerhalb des Buchwerks gibt es zahlreiche rechtliche Beziehungen zwischen den Objekten aus dem Grundbuch:
 - FlurstÃŒck ist gebucht auf Buchungsstelle (GrundstÃŒck)
 - Buchungsstelle gehört zu Grndbuchblatt
 - Buchungsstelle hat Recht an anderer Buchungsstelle (Erbpacht, Eigentumswohnung)
usw.
In der Datenbank werden die Beziehungen nicht als direkte Relationen zwischen den Tabellen modelliert sondern fÌr jede dieser Beziehungen wird die zentrale Tabelle fÌr 'alkis_beziehungen' dazwischen geschaltet. Jede dieser Realationen enthÀlt noch ein 'Verb' wie 'istBestandteilVon' oder 'istGebucht'.
Damit verdoppelt sich allerdings die Anzahl von JOINS in SQL-Views. Dies fÌhrt zu lÀngeren Antwortzeiten auch bei der Auswertung. 

ALKIS amtlich

Die AnsprÌche an die "Amtlichkeit" haben sich gegenÌber ALK und ALB noch erhöht. Eine Vielzahl von "ALKIS-Produkten" wird in ihrer Form genau vorgeschrieben. Wieder einmal sieht es so aus, als wenn diese "amtlichen" ALKIS-Produkte mit freier Software nicht mit vertretbarem Aufwand realisiert werden können. Aber schaun wir mal ... 

ALKIS light

Selbst wenn das so sein sollte, gibt es doch fÌr ein freies ALKIS-GIS ein breites Anwendungsgebiet. Es zeichnet sich ab, dass auch die amtlichen ALKIS-Produkte nicht direkt aus der primÀren Datenhaltung erzeugt werden können. Dort blockieren Langzeit-Transaktionen fÌr erfasste, plausibilisierte und simulierte, aber noch nicht freigegebene FortfÌhrungen eine performante Benutzung.
Daher wird schon innerhalb einer ALKIS-Datenhaltung ÃŒber 'Bezieher'-Funktionen eine sekundÀre Datenbank aufgebaut, die als Basis fÃŒr die 'amtlichen' AuskÃŒnfte dient. Die notwendige TagesaktualitÀt steht im Widerspruch zu den Verarbeitungszeiten beim Erstladen, die sich eher in Wochen messen. Es zeichnet sich ein Problem im Produktionsbetrieb ab, falls der sekundÀren ALKIS-Datenbank mal etwas zustoßen sollte, und ein neuer Aufbau notwendig wird.    
Auch in der sekundÀren Datenbank sind die Antwortzeiten von 'amtlichen AuskÌnften' nicht so gut wie in einem optimierten GIS-Umfeld. Das Design der primÀren und sekundÀren DB ist identisch und eher auf Sicherheit der Datenhaltung ausgelegt als auf Geschwindigkeit.

Dritte Stufe   

Es gibt also selbst innerhalb einer Katasterverwaltung den Bedarf, fÌr eine 'tertiÀre' Datenhaltung in einem GIS-Format mit der schnelle Suche und Navigation, 'einfache' AuskÌnfte und eine ALKIS-Hintergrundkarte fÌr andere Karten möglich sind. Das schnelle GIS kann als Vorschau fÌr die Suche dienen. Erst im Ergebnis wird in das amtliche Auskunftsystem verlinkt, das dadurch entlastet wird.

Die Hauptnutzer von PostNAS werden aber wohl StÀdte, Gemeinden und VerbÀnde sein, die unabhÀngig vom Kataster einen eigenen Bestand fÌr die genannten Zwecke aufbauen möchten.

Die Karte

Die Kartendarstelung in ALKIS ist dezent bunter geworden, man erkennt aber deutlich die Abstammung aus der ALK.
Durch Abschalten der farbigen FlÀchen bekommt man die gewohnte Strichzeichnung der Grenzen, die sich gut mit anderen Karten kombinieren lÀsst. Diese Kombination der Datenlayer beantwortet fragen wie: Liegt der Kanal im stÀdtischen oder im privaten GrundstÌck? Wem gehört der schiefe Baum?

Das Buch

Die Auskunft aus dem Buchwerk startet oft durch einen Klick in die Karte mit dem das FlurstÌck rÀumlich identifiziert wird. Der oft genannte Anspruch an eine Auskunft ist: "Ich möchte nur kurz wissen, wer DER EigentÌmer DES FlurstÌcks ist".
FÌr viele FÀlle kann das so einfach beantwortet werden, aber aufgrund komplizierter RechtsverhÀltnisse kann die Antwort auch deutlich lÀnger ausfallen.
Auch eine 'einfache' Auskunft muss dabei alle Rechtsbeziehungen des Grundbuchs korrekt darstellen. Das 'einfach' bezieht sich hier nur auf die Form. Es wird eine HTML-Ausgabe erzeugt, die in verschiedenen Browsern oder auf verschiedenen Druckern zu unterschiedlicher Darstellung fÌhren kann. Die 'amtliche' Darstellung ist jedoch auf die Ausgabe von 'unverÀnderlichen' PDF-Dokumenten angewiesen.

Die EigentÃŒmer

Die Beziehungen im Grundbuch könnten zum Beispiel so aussehen: Das abzufragende FlurstÌck ist eins von mehreren FlurstÌcken in einem GrundstÌck (Buchungsstelle). Mehrere GrundbuchblÀtter haben Rechte an diesem GrundstÌck wie zum Beispiel ein Erbaurecht oder einen Anteil an den GrundstÌck verbunden mit einer Eigentumswohnung. Auf jedem dieser GrundbÌchern können wieder mehrere Personen als EigentÌmer eingetragen sein. Ein nicht seltener Fall: Ein Ehepartner hat 1/2 Anteil an dem Grundbuch. Der andere Ehepartner ist verstorben und die Kinder halten gemeinsam die andere HÀlfte in der Rechtsform einer Erbengemeinschaft.

Die Frage nach DEM EigentÌmer kann also in einigen FÀllen eine lange Liste mit Personen hervorbringen, die auch von 'einfachen' AuskÌnften vollstÀndig beantwortet werden muss.   

Programme fÃŒr derartige AuskÃŒnfte sind in der Entwicklung und mÃŒssen ebenfalls beim Produktionsstart von ALKIS als Ersatz fÃŒr die bisher verwendeten ALK/ALB-Programme einsatzbereit sein.