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Masterprojekt Campusnavi

Die letzten Monate meines Studiums in der Fachrichtung Geoinformation und Visualisierung an der Universität Potsdam verbrachte ich mit meinem Masterprojekt. So geht es wahrscheinlich den meisten Studenten. Die Arbeit trägt den einprägsamen Namen Konzeption und Implementierung eines multimodalen Campusroutenplaners am Beispiel der Universität Potsdam – Möglichkeiten und Grenzen der Nutzung von Free Open Source Software (FOSS) und freien Daten.

Direkt zum Fazit

Die Idee zu diesem Projekt entstand im Laufe der Studiums. Im Rahmen zweier Veranstaltungen wurden Routenplaner für Studenten umgesetzt werden, zuerst mit Hilfe einer Anwendung für ArcGIS Server, später mit dem Open-Source-Projekt OpenTripPlanner. Die Ergebnisse waren bereits relativ weit fortgeschritten und deshalb zu schade, um einfach in der sprichwörtlichen Schublade zu verschwinden. Ich entschied mich daher, nach einem kurzen und wenig erfolgreichen Ausflug in die Geodatenqualität, den Campusroutenplaner zu einem vorzeigbaren Ende zu bringen.

Kurzfassung

Die regelmäßige Navigation durch den Raum gehört für Studenten der Universität Potsdam zum Alltag. Man möchte, unabhängig vom Fortbewegungsmittel, schnell und sicher von zu Hause zum Hörsaal oder Seminargebäude. Eine umfassende Navigationshilfe, die alle Transportmodi verbindet, wird dafür verlangt.

Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, ein Konzept für einen multimodalen Routenplaner zu entwickeln, der es Studenten und Gästen der Universität Potsdam ermöglicht, sich zwischen den dezentral gelegenen Campusstandorten zu bewegen – egal ob mit Bus und Bahn, dem Auto, Fahrrad oder zu Fuß. Die Implementierung erfolgt ausschließlich auf Grundlage freier Daten und freier, quelloffener Software (FOSS), die für diesen Zweck aufbereitet werden. Ergebnis ist eine webbasierte Applikation, die über eine Entwicklerschnittstelle (API) in andere Projekte eingebunden werden kann.

Offensichtlich war es mir sehr wichtig, Open Source Software und freie Daten zu verwenden, mit den entsprechenden Vor- und Nachteilen, welche diese mit sich bringen. Aus diesem Grund habe ich mich auch eingehend mit der rechtlichen Seite, also den freien Lizenzen Creative Commons, GNU General Public License und Co. auseinandergesetzt.

Konzept

Für die Konzeption habe ich andere Routenplaner genauer unter die Lupe genommen. Wie präsentieren Google und Yahoo den Nutzern ihre Kartenanwendungen und wie haben sich die Navigationsdinos Falk und ADAC über die Jahre entwickelt? In welchen Schritten gelangt der Nutzer zu seinen Navigationsanweisungen?

CampusNaviKonzept

In der kurzen Animation oben werden die einzelnen Funktionen aufgezeigt, welche benötigt werden, um von einer Routinganfrage zu einem Routingergebnis zu kommen

  • Start und Ziel festlegen
  • Graph erzeugen
  • Konfiguration durch den Nutzer
  • Routing-Algorithmus
  • Präsentation der Ergebnisse

Ganz bewusst handelt es sich dabei nicht um eine geordnete Liste. Im Idealfall wird der Graph nicht bei jeder Anfrage neu erzeugt, sondern wurde bereits im Vorfeld erzeugt. Was uns zu den Daten bringt.

Datengrundlage

Freie Daten stehen auch hier im Fokus. OpenStreetMap (OSM), General Transit Feed Specification (GTFS) und das digitale Geländemodell (DGM) der Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) kommen zum Einsatz, um einen routingfähigen Graphen zu erzeugen.

  • Straßennetz
  • Motorisierter Individualverkehr, Radfahrer, Fußgänger
  • ÖPNV-Netz
  • frei für Brandenburg vom VBB verfügbar
  • SRTM weltweit verfügbar, 30m Auflösung
  • spezielles DGM für Potsdam verfügbar, mit Genehmigung
  • LiDAR-Messungen mit 1m Auflösung

Diese Datenquellen bilden die Grundlage für multimodale Navigation. OSM liefert das Straßen- und Wegenetz für Autofahrer, Radfahrer und Fußgänger. Ein GTFS-Datensatz enthält Ankunfts- und Abfahrtzeiten, Haltestellenpositionen und Linieninformation für das ÖPNV-Netz, also Tram, Bus, Regionalbahn, S- und U-Bahn sowie Fähren. Das DGM bildet die Grundlage für feinere Anfragen für Radfahrer, ob nun frei verfügbar via SRTM oder LiDAR in höherer Auflösung, aber nur mit Nutzungsberechtigung.

Andrew Byrd

Straßennetz und Höhenmodell zusammengesetzt | Andrew Byrd

Umsetzung

OpenTripPlanner (OTP) ist zwar freie Software und Open Source, allerdings auch noch in Entwicklung, weshalb es keine kompilierten Binaries für das Programm gibt. Aus diesem Grund erfolgt die Entwicklungsarbeit in Eclipse. OTP ist modular aufgebaut und die kompilierten Java-Servlets stellen, nach vollständiger Konfiguration, verschiedene REST-APIs zur Verfügung, darunter eine für den Geocoder und eine für Routing-Anfragen. Außerdem enthält die Software ein Modul für eine graphische Nutzeroberfläche, welche Anfragen und Ergebnisse der Routing-API in einer Webmap visualisiert.

Struktur OpenTripPlanner

Modulare Struktur von OpenTripPlanner

Durch die Nutzung der APIs ist es möglich, den Geocoder, als auch die Routing-Engine, in anderen Projekten zu verwenden, oder z.B. in eine eigens konzipierte graphische Nutzeroberfläche einzubinden.

Ergebnisse

Im Masterprojekt habe ich gezeigt, dass eine Umsetzung einer komplexen webbasierten Anwendung für multimodales Routing mit freien Daten und FOSS möglich ist. Der Einsatz freier Daten und Open Source Software hat dabei nicht nur den Vorteil, auf monetäre Kosten zu verzichten.

 

Die Möglichkeit das Aussehen, die Funktionsweise, die verwendeten Daten usw. einer Anwendung selbst zu definieren und zu verändern, macht die Nutzung von FOSS und freien Daten so reizvoll. Der Einsatz von OpenTripPlanner, oder auch den GTFS-Daten in einem anderem Rahmen ist durchaus denkbar. Für die Zukunft ist die Implementierung von Komponenten für Indoor-Navigation und Echtzeit-Aktualisierungen der Nahverkehrsdaten möglich, sowie die Umsetzung einer App für mobile Endgeräte.

Webanwendung im Einsatz

Webanwendung im mobilen Browser

Server eingebunden in die OTP-App für Android

Server eingebunden in die OTP-App für Android

Fazit

Für mich bedeutete das Masterprojekt die Einarbeitung in ein komplexes, wenn auch nicht ganz unbekanntes, Thema. Die konzeptionelle Beschreibung eines so banal wirkenden Themas wie Routenplaner stellte sich als anspruchsvoll heraus, da sich im Laufe der Jahre bei den o.g. Anbietern Designkonventionen herausgebildet haben, weil sie einfach funktionierten. Die technische Umsetzung und serverseitige Implementierung hat für mich den größten Reiz an der Arbeit ausgemacht.

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Geograph mit einem Hang zu Datenvisualisierungen. Jahrgang 1987. Eishockeyfan. Filmliebhaber. Hobbyfotograph. Geek.

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