Die PostgreSQL-Erweiterung Postgis und freie GIS-Programme

"Und Ihre Postleitzahl?", so lautet eine häufige Frage an der Kasse eines Bau- oder Elektromarkts. Nur zu wissen, was der Kunde kauft, scheint für den Betreiber nicht genug Information. Offenbar kommt es ihm auch darauf an, woher der Käufer kommt.

Hinter den Kulissen wandern die Daten des Einkaufs zusammen mit der Postleitzahl des Wohnorts in die Datenbank eines geografischen Informationssystems (GIS). Anhand der Karten, auf denen die Software die Verteilung der Kunden darstellt, kann der Betreiber seine Werbung und sein Marketing optimieren. Mit diesem Wissen kann er beispielsweise nur in Stadtteilen mit großem Kundenpotenzial Flyer und Werbebroschüren verteilen und den Erfolg der gezielten Werbeaktionen messen.

Bis vor wenigen Jahren kamen für solche Szenarien fast ausschließlich proprietäre Lösungen zum Einsatz, die freien GIS-Programme galten als Außenseiter. Doch die Implementierung offener Standards und die Entwicklung zahlreicher Schnittstellen lässt nun eine große Anzahl von Programmen für raumbezogene Fragestellungen gedeihen. Postgis, eine freie Erweiterung der Open-Source-Datenbank PostgreSQL, steht dabei als ausgereiftes Backend für eine fast unüberschaubare Vielzahl an freier Software zur Verfügung [1].

Der Raumbezug macht's

Geografische Informationssysteme sind Werkzeuge zur Verwaltung, Erstellung und Bearbeitung von Daten mit Raumbezug. Ein GIS verwaltet nicht nur inhaltliche Informationen wie Firmennamen oder gekaufte Produkte, sondern auch die räumlichen Informationen wie die geografische Position einer Firmenniederlassung oder den Wohnsitz eines Kunden. Aber mit dem einfachen Wo ist es in der Regel noch lange nicht getan. Für ein möglichst gutes Abbild der Wirklichkeit auf der Erdkugel sind weitere Eigenschaften der räumlichen Objekte von Bedeutung: Geometrische Objekte wie Punkte, Linien und Polygone haben bestimmte Eigenschaften, zum Beispiel Länge, Fläche oder Mittelpunkt, und topologische Beziehungen zueinander wie Nachbarschaft, Überschneidung oder Enthaltensein.

Darüber hinaus muss das GIS die Daten für die Darstellung entsprechend aufbereiten. Zum Standardrepertoire eines modernen Geosystems gehören daher unter anderem Algorithmen zum Verschieben und Skalieren. Die Abbildung von Objekten aus der Realität auf der dreidimensionalen (Erd-)Kugel in die zweidimensionale Fläche erfordert außerdem umfangreiche Kenntnisse von kartografischen Projektionen.

Datenaustausch gesucht

Die vielfältige Entwicklung unterschiedlicher GIS hat auch viele unterschiedliche Konzepte hervorgebracht, wie die Daten lokal und in eigenen, oft proprietären Formaten zu speichern sind. Ein Austausch von Daten zwischen den einzelnen Systemen erfolgte bisher lediglich durch aufwändige und fehleranfällige Export-Import-Funktionen. Wechselte ein Hersteller im Zuge von Weiterentwicklungen sein Datenhaltungskonzept, waren Probleme für die Anwender unvermeidlich.

Diese Entwicklung stand jedoch im krassen Gegensatz zur wachsenden, applikationsübergreifenden und netzweiten Nutzung der Daten. Leistungsfähige Geodaten-Infrastrukturen (GDI) waren gefordert, aber nur proprietäre, oft nicht standardisierte Insellösungen vorhanden: Eine offene, Datenbank-basierte Lösung musste her. Genau hier setzt Postgis (Abbildung 1) ein. Die GIS-Erweiterung fügt dem freien Datenbanksystem PostgreSQL [2] Möglichkeiten zur Verwaltung geografischer Informationen hinzu und steht unter der GPL.

Abbildung 1: Auf dem Logo von Postgis balanciert der Elefant, das Maskottchen der PostgreSQL-Datenbank, die Weltkugel auf seinem Rüssel.

PostgreSQL ist heute neben MySQL wohl das am weitesten verbreitete freie Datenbanksystem und liegt in Version 8.2 vor. Im Rahmen eines universitären Projekts an der University of California entstand es als objektrelationales Datenbank-Managementsystem (ORDBMS) unter dem Namen Postgres am Berkeley Computer Science Department. Seit 1996 trägt es den Namen PostgreSQL, es unterliegt der BSD-Lizenz. Der Kasten "Unter der Haut des Elefanten" gibt einen kurzen Einblick in Details des umfangreichen Datenbanksystems.

Als Administrations-Frontend für PostgreSQL steht PgadminIII (Abbildung 2, [3]) auch für Postgis zur Verfügung. Ein weiterer Pluspunkt für freie Software ist das flexible Konzept der PostgreSQL-Extensions: Postgis verzichtet auf die bereits in PostgreSQL vorhandenen Möglichkeiten zur Verwaltung zweidimensionaler Geometrien und implementiert stattdessen die Simple Features Specifications for SQL 1.1 (SFS) des Open Geospatial Consortium (OGC, [4]).

Abbildung 2: Die typische Ansicht einer PostgreSQL-Datenbank für den Administrator: Das grafische Frontend PgadminIII ermöglicht auch die komfortable Bearbeitung der PostgreSQL-Postgis-Daten.