Bachelorarbeit

Konfiguration von GeoWebCache (GeoServer) für Standard- und hochauflösende Displays als ImageMosaic für den Kartendienst „Berliner Meilenblätter Sachsen“

vorgelegt am 12.05.2021
von Malte Stüllein

1. Gutachter: Dipl.-Ing. Ines Schwarzbach
2. Gutachter: Prof. Dr. rer. nat. Stephan Kopf

Abstract

Als eines der ersten Kartenblätter von Sachsen wurden im Jahr 1780 die sogenannten Meilenblätter in Auftrag gegeben. Von den drei entstandenen Exemplaren ist das in Berlin verwahrte das besterhaltene und wurde im Rahmen einer Diplomarbeit 2007 georeferenziert und nach anschließender Optimierung seit 2008 von der Fakultät Geoinformation der HTW Dresden als Web Map Service bereitgestellt. Um nun aber die Bereitstellung den Ansprüchen der Zeit gerecht werden zu lassen, ist in dieser Arbeit eine Umstellung von der Software "Mapserver" auf "GeoServer" erfolgt; mit dem Ziel, die Bereitstellung hinsichtlich moderner Bildschirmauflösungen, weiterer WebServices (WMTS) und Caching zu optimieren. Geprüft wird dies mithilfe der Software „JMeter“.
Ein wesentlicher Bestandteil des Optimierungsvorgangs ist dabei die Verwendung eines optimalen Datenspeichers in GeoServer. Dieser sollte in der Lage sein, größere Rasterdatenmengen unproblematisch aufzunehmen und mit den gewünschten Eigenschaften performant und fehlerfrei darzustellen. Für die hier verwendeten Daten werden insbesondere die folgenden drei Formate näher untersucht: ImageMosaic, MBTiles und GeoPackage. Ersteres basiert auf einer regulären Ordnerstruktur, in der die ursprünglichen GeoTIFF-Bilddaten abgespeichert und mittels zusätzlicher Dateien organisiert werden. Gegensätzlich dazu werden MBTiles und GeoPackage über eine Datenbankstruktur (SQLite) realisiert. Diese übernimmt die innere Organisation des Datenbestandes und resultiert letztlich in einer einzelnen Datei. Je nach Format sind unterschiedliche Optimierungseinstellungen möglich, wobei insbesondere das ImageMosaic eine größere Anzahl anbietet.
Zur weiteren performanten Bereitstellung soll zusätzlich zum WMS noch ein WMTS verwendet werden, was mittels der in GeoServer integrierten Software „GeoWebCache“ durchgeführt wird. Diese regelt den notwendigen Cachingvorgang in den gewünschten Einstellungen (wie CRS oder Dateiformat) und das Speichern bereits vorgerenderter Kacheln. Um zu prüfen, inwieweit sich die oben genannten Schritte auf die Abfragegeschwindigkeit auswirken, wird JMeter zur Performancemessung verwendet. Dabei sind neben den bereits erwähnten Kriterien „Dateiformat“ und „Web Service“ auch die Größe des Gebiets, das verwendete Koordinatenreferenzsystem und die Auflösung von Belangen.
Die Ergebnisse zeigen allerdings, dass alle Formate nur bedingt geeignet sind: Das ImageMosaic besitzt zwar eine Vielfalt an Optimierungsmöglichkeiten und zumindest beim vorherig erfolgten Cachen schnellere Abfragen, jedoch zeigen sich bei Nutzung des WMS starke Performanceschwächen. Das GeoPackage hingegen weist dafür kriterienübergreifend sehr gute Ergebnisse auf, hat jedoch mit Darstellungsfehlern und nicht vollständiger Unterstützung durch GeoServer zu kämpfen. Zu guter Letzt beweist sich MBTiles als am wenigsten geeignetes Format, durch Performanceschwächen und zusätzlich unvollständige Datenübermittung. Daraus folgend bietet sich die Untersuchung alternativer Darstellungsmethoden an, wie etwa das Verwenden (manuell erstellter) Bildpyramiden oder Technologien wie COG um die Abfragegeschwindigkeit auf ein akzeptables Maß zu steigern.