2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 117 Geodateninfrastrukturen für Digitalisierungsprozesse bei der Autobahn GmbH des Bundes Nikolaus Kemper Die Autobahn GmbH des Bundes, Berlin Zusammenfassung Seit dem 01.01.2021 hat die Autobahn GmbH des Bundes die Verwaltung der Autobahnen, die bisher in der Zuständigkeit der Bundesländer lag, übernommen. Eine zentrale Aufgabe besteht in der Bereitstellung digitalisierter Prozesse auf der Grundlage von Geodaten, die auf einem einheitlichen Datenmodell beruhen. Der Auf bau dieser Geodateninfrastruktur beinhaltet die Verarbeitung und Bereitstellung der Geodaten sowie einer Plattform. In der Autobahn GmbH wird diese Plattform TIM-GeO (Technisches Informationsmanagement mit Geo- und Objektreferenzierung) genannt. Die Präsentation am 20.06.2023 zeigte auch eine Live-Präsentation verschiedener Fachanwendungen. Für diesen Textbeitrag werden einige der live gezeigten Fachanwendungen im Kapitel 4 beschrieben. 1. Einleitung Die Autobahn GmbH wurde am 13.09.2018 als Gesellschaft des privaten Rechts gegründet und übernimmt seit dem 01.01.2021 die Verwaltung der Autobahn und zum Teil einiger Bundesstraßen. Dies war bisher Aufgabe der Bundesländer. Das gesamtdeutsche Bundesautobahnnetzes beträgt ca. 13.000 km. Mit zukünftig bis zu 13.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern ist dies eine der größten Reformen in der Geschichte der Bundesrepublik Deutschland. Abb. 1 zeigt die Standorte der Autobahn GmbH mit einer Zentrale in Berlin, 10 Niederlassungen, 30 dauerhaften und 11 temporären Außenstellen sowie ca. 190 Betriebsstandorten. Mit Gründung der Autobahn GmbH sollen die Bereitstellung einer leistungsfähigen und sicheren Infrastruktur mit einheitlichen Qualitätsstandards, effizientem Betrieb und Erhaltung sowie die Bündelung von Aufgaben erzielt werden. Hoheitliche Tätigkeiten wie die Planfeststellungen werden vom Fernstraßen- Bundesamt (FBA) wahrgenommen. Abb. 1: Standorte der Autobahn GmbH 118 2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 Geodateninfrastrukturen für Digitalisierungsprozesse bei der Autobahn GmbH des Bundes 2. Plattform TIM-GeO 2.1 Aufgaben Die Bereitstellung und Nutzung von Geodaten und darauf beruhende GIS-Fachanwendungen sind insbesondere in den Aufgabenbereichen Planung, Bau, Betrieb und Erhaltung des in Abb. 2 gezeigten Lifecycle erforderlich. Für die Realisierung wurde die zentrale Plattform TIM- GeO aufgebaut, auf der Geoinformationen zusammengeführt, auf bereitet und für die verschiedenen Anwendungen und Nutzergruppen als Prozessunterstützung zur Verfügung gestellt werden. Auf der Plattform TIM-GeO werden zudem folgende funktionalen Anforderungen umgesetzt: - Verarbeiten von Geodaten - Erstellen von Kartendatenansichten - Bereitstellen funktionaler Prozesse (z. B. Baumkontrolle) - Bereitstellen von Daten auch im Online-Betrieb auf der Straße - Bereitstellen von Daten zur Unterstützung anderer Prozesse und Anwendungen. Abb. 2: Aufgaben der Autobahn GmbH 2.2 Technische Realisierung Zum Start der Autobahn wurde in einer ersten Realisierungsstufe eine WebGIS-Anwendung „GIS-Frontend“ mit den wichtigsten Geodaten in einer cloudbasierten Umgebung als Software-as-a-Service (SaaS) bereitgestellt, eine Kopplung zu Projektinformationssystemen und Bauwerksdatenbanken (SIB-BW) sowie Diensten, z. B. für die Anbindung von Anwendungen mit Eigentümerdaten, realisiert. Die SaaS Umgebung wird zukünftig auch als Bürgerportal genutzt. Die Fachanwendungen wurden zudem sukzessive ‘On- Premises’ innerhalb der Autobahn GmbH in verschiedenen Staging-Umgebungen zur Verfügung gestellt: ‘Dev’ (Development), ‘QA’ (Quality and Assurance) und ‘Prod’ (Production). Nach einer europaweiten Ausschreibung zur Realisierung der Geodateninfrastruktur-Plattform ‘TIM-GeO’ erfolgt dies mit Softwareprodukten der Fa. ESRI, mit denen insbesondere folgende Komponenten bereitgestellt werden: Server- und dazugehörige Client-Lösungen, GIS Plattform Suite für Analyse und Visualisierung von Geodaten, Hosting Server, Backend Server Komponente für die Zusammenfassung aller Serverfunktionalitäten inkl. 2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 119 Geodateninfrastrukturen für Digitalisierungsprozesse bei der Autobahn GmbH des Bundes Verwaltungssoftware sowie Webserver zum Teilen von Karten und Berechnungsinformationen innerhalb der Autobahn GmbH. Ergänzt wird diese Infrastruktur durch Data-Store Komponenten zum Zusammenlegen und Speichern der Daten, einer Geodatabase zum Speichern relevanter Geometrien, Komponenten zur Webintegration sowie Softwareerweiterungen zur Nutzung der linearen Referenzierung, zur Verwaltung der Straßeninformationen und von Routingfunktionalitäten zur dynamischen Berechnung von Strecken. Die Architektur ermöglicht auch den Zugriff externer mobiler Anwendungen. Die Kontrolle von Zugriffsberechtigungen und Nutzerauthentifizierung auf die TIM-GeO-Plattform und zugehörige Dienste-Ressourcen erfolgt über ein firmeninternes cloud-gehostetes Active Directory-Verzeichnisdienst (Azure Active Directory). Zukünftig sollen sukzessive weitere Bereitstellungen von Dienste- und Daten-Ressourcen zum Betrieb von Komponenten der Geodateninfrastruktur und ETL- Werkzeugen in einer hochverfügbaren Microsoft Azure Cloud-Umgebung angeboten werden. Hierzu werden inzwischen branchenüblich von verschiedenen Herstellern vermehrt Microsoft Azure-fertige Softwaremodule angeboten und gepflegt. 3. Datenmigration Eine große Herausforderung der Autobahn GmbH besteht darin, Geodaten aus bis zu 16 Bundesländern, die z.T. bereits in die zehn Niederlassungen überführt wurden, in eine zentrale objektbasierte Datenhaltung zu migrieren. Dies erfordert die Festlegung eines zentralen Fachdatenmodells. Die Migration der Daten erfolgt mit einem ETL- Tool, siehe dazu Abb. 3. Für die Datenmigration wird zunächst die Struktur jeder Quelldatenbank untersucht und ein individuell passender Satz an Transformationsregeln zur Überführung in die Zieldatenbank aufgestellt. Die finale Migration der Quelldatenbanken erfolgt jeweils zeitlich abgestimmt mit der Einführung der damit verbundenen Fachapplikationen. Abb. 3: Datenmigration 4. Fachapplikationen Neben der Harmonisierung der Daten ist auch eine Konsolidierung der Prozesse erforderlich, die bisher in den Bundesländern nicht immer einheitlich vorlagen. Auf Grundlage von Anforderungsanalysen, die in fachlichen und technischen Dokumenten festgeschrieben werden, konnten verschiedene Fachanwendungen realisiert werden, die nachfolgend beispielhaft gezeigt werden. 4.1 TIM-GeO Viewer Der TIM-GeO Viewer ist ein WebGIS Client, der alle autobahnrelevanten Daten wie das Streckennetz, die Zuständigkeitsgrenzen, Tank- und Rastanlagen oder die Verkehrsstärken kartenbasiert mit entsprechenden Sachinformationen darstellt. Über weitere OGC-konforme Dienste können z. B. Natur- und Umweltdaten eingebunden werden. Zudem ermöglicht der Viewer grundlegende Funktionalitäten wie Suchen, Drucken, Messen oder Zeichnen. 120 2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 Geodateninfrastrukturen für Digitalisierungsprozesse bei der Autobahn GmbH des Bundes Abb. 4: TIM-GeO Viewer 4.2 Anwendungen Brückenbauwerke Die Anwendungen Brückenbauwerke wurden als Fachinformationssysteme zur Unterstützung und Visualisierung von Untersuchungs- und Entscheidungsprozessen im Fachbereich Brücke entwickelt. Inzwischen stehen auch die in der Informationsdichte angepassten Varianten “Brückeninformationsportal” und “Brückenübersichts- Dashboard” allgemein zur Verfügung. Diese implementieren eine Serviceschnittstelle zu einer Datenbank, in der Brückenstrukturdaten gepflegt werden. So können allgemein zugängliche Brückeninformationen visualisiert und ausgewertet werden. Abb. 5: Brückeninformationsportal 4.3 3D-Brücke Die Anwendung in Kap. 4.2 zeigt die Lage der Brücke als Punktinformation. Durch Markieren des Punktes können weitere Sachverhalte aufgerufen oder in Tabellenform angezeigt werden. Bei Einführung der Methode „BIM“ Building Information Modeling werden semantische dreidimensionale Modelle immer wichtiger. Komplexe Bauteile und deren ergänzenden Sachdaten können so realitätsnäher für weitere Prozesse genutzt werden. Abb. 5 zeigt ein 3D-Brückenmodell, das mit BIM Autorensoftware erstellt wurde und auf die Plattform TIM- GeO übertragen wurde, so dass es in einer GIS-Anwendung verwendet werden kann. 2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 121 Geodateninfrastrukturen für Digitalisierungsprozesse bei der Autobahn GmbH des Bundes Abb. 6: 3D Modell der Rheinbrücke bei Leverkusen 4.4 Baumkontrolle Die Baumkontrolle ist eine weitere Anwendung auf der Plattform TIM-GeO (siehe Abb. 7). Sie umfasst den Vorbereitungsprozess für die Bauminspektion über eine Desktop-Anwendung sowie eine mobile Anwendung. Die mobile Anwendung wird als App auf einem Smartphone/ Tablet verwendet. Sie ermöglicht: - Bäume zu erfassen, - Baumkontrollen durchzuführen. - Schäden zu erfassen, - Maßnahmen auszuwählen. Abb. 7: Baumkontrolle - linkes Bild: Desktop Anwendung rechtes Bild: mobile App 4.5 ZEB Die Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) ist ein Verfahren, um den Zustand von Straßen zu ermitteln und Maßnahmen für deren Erhaltung abzuleiten. Mit Spezialfahrzeugen werden dafür Daten wie Längs-, Querneigung, Griffigkeiten sowie Bilddaten erfasst, die nach einem normierten Verfahren bewertet werden. Auf der Plattform TIM-GeO werden die Basisdaten für Ausschreibungen bereitgestellt sowie die detaillierten Bewertungsergebnisse visualisiert. Für die Visualisierung werden diese in 100 m-Teilabschnitte klassifiziert und 122 2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 Geodateninfrastrukturen für Digitalisierungsprozesse bei der Autobahn GmbH des Bundes grafisch so auf bereitet, dass diese sowohl in Form von Kartensignaturen entlang des Streckennetzes als auch in einem Streckenband zur Verfügung stehen (siehe Abb. 8). Zusammengefasste Ergebnisse, z. B. aggregiert für eine Niederlassung, werden zudem als Dashboard-Anwendung bereitgestellt (Abb. 9). Abb. 8: Visualisierung der ZEB Daten Abb. 9: Dashboard ZEB Daten 2. Fachkongress Digitale Transformation der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2023 123 Geodateninfrastrukturen für Digitalisierungsprozesse bei der Autobahn GmbH des Bundes Abb. 10: Befahrungsdaten 5. Zusammenfassung Der Wechsel der Zuständigkeit bei der Verwaltung der Autobahnen von den Bundesländern auf die Autobahn GmbH ist auch aufgrund der heterogenen Ausgangslage eine große Herausforderung. Dies betrifft den Umfang der softwareseitig unterstützten Arbeitsprozesse, die Heterogenität der Softwareprodukte, Datenbanken oder Datenmodelle. Die Einrichtung der Autobahn GmbH bietet jedoch auch viele Chancen. Dazu gehören der Auf bau einer einheitlichen Geodateninfrastruktur mit harmonisierten Daten, der Bereitstellung von räumlichen Informationen in einem zentralen System für verschiedene Stakeholder und einer zunehmenden Berücksichtigung prozessorientierter konsolidierter Fachanwendungen. Dazu leistet die Plattform TIM-GeO einen entscheidenden Beitrag. 4.6 Befahrungsdaten Im Zuge der Befahrung für die ZEB und darüber hinaus in separaten Erfassungsverfahren erfolgen auch Fotobzw. Videoaufnahmen der Autobahnen. Mit einer Applikation kann meist im 10 m Abstand jeder beliebige Punkt der Straße angefahren werden, um sich einen schnellen Überblick über die Situation zu verschaffen, ohne die Örtlichkeit aufzusuchen. Zusätzliche Funktionalitäten ermöglichen das Anzeigen eines Messgitters, das Aufrufen von Panoramabildern oder das Exportieren der aktuellen Szene.