Telekommunikation
Vom Handy- und Breitbandnetz bis zum ortsbezogenen Service
Kein Telefonat ohne geographische Daten
Ob mobil oder im Festnetz: Telekommunikation setzt eine flächendeckende Infrastruktur voraus, entweder in Form von Kabelnetzen im Erdreich oder als ein Netz von Mobilfunkantennen. Geodaten spielen dabei gleich mehrfach eine entscheidende Rolle. Zum einen liefern sie Planungsgrundlagen zum Aufbau und Pflege dieser Infrastruktur, zum anderen machen sie mobile Dienste und kreative Anwendungen dieser Infrastruktur möglich.
Deutschland telefoniert: Rund 565.069 Jahre betrug laut Bundesnetzagentur im Jahr 2006 die Gesamtzeit der in deutschen Fest- und Mobilfunknetzen geführten Gespräche oder anders ausgedrückt: 565.069 Menschen haben statistisch gesehen das ganze Jahr über rund um die Uhr telefoniert. Tatsächlich verteilten sich die insgesamt 297 Milliarden Gesprächsminuten aber auf über 84 Millionen Mobilfunk- und 38,5 Millionen Festnetzanschlüsse.
Eine Gesamtzahl von rund 80.000 Standorten für Mobilfunkantennen und über eine Million Kilometer verlegter Kabel aus Kupfer und Glasfasern sind die Voraussetzung für moderne Telekommunikation, die neben der Übertragung von Sprache auch Datendienste aller Art von der SMS bis zum Internetzugang umfasst. Für das Management und die beständige Optimierung dieser Infrastruktur sind geographische Daten unerlässlich. Im Kabelnetz spielen sie die gleiche Rolle wie bei anderen Versorgungsnetzen, aber auch für die Handytelefonie sind Geodaten die Planungsgrundlage.
Aufbau der Mobilfunknetze verlangte neue 3D-Geodaten
Ein Mobilfunknetz besteht aus zahlreichen aneinander grenzenden so genannten Funkzellen, die jeweils durch den Empfangsbereich einer Mobilfunkantenne – der so genannten Basisstation – definiert sind. Die Größe einer solchen Funkzelle und damit die Verteilung der Antennenstandorte hängt von mehreren Faktoren ab. Für eine ungestörte Datenübertragung dürfen beispielsweise nicht zu viele Teilnehmer gleichzeitig eine Funkzelle belasten. Auch dürfen sich die Zellen nicht zu sehr überlappen. Funksignale von verschiedenen Gesprächen können sich dann überlagern und gegenseitig stören. Andererseits dürfen zwischen den Zellen auch keine Löcher entstehen, in denen es keinen Empfang gibt, denn Mobilfunk beruht auf der kontinuierlichen Weitergabe der Gesprächsdaten von Basisstation zu Basisstation, bis der Weg zwischen zwei Teilnehmern hergestellt ist.
Um ein Mobilfunknetz aufzubauen, müssen also zahlreiche Umstände berücksichtigt werden und die meisten dieser Faktoren lassen sich durch räumliche und raumbezogene Daten darstellen. Das beginnt bei soziodemographischen Informationen zur Bevölkerungsdichte oder Daten zur Siedlungsstruktur, die in eine Modellierung der zu erwartenden Nutzerzahlen eingehen. Entsprechend sind Mobilfunkzellen in dicht besiedelten Regionen kleiner als in ländlichen Gebieten. Das geht weiter mit Daten über Verkehrsflüsse und Pendlerströme. Und es endet bei flächendeckenden dreidimensionalen Stadtmodellen. Nur diese erlauben es, Reichweiten und Höhen der Antennen zu berechnen, denn Gebäude, Mauern, Landschaft und Vegetation sind Barrieren für die Funksignale und sorgen für Abschattungen. Das ist einerseits hinderlich, weil es die Reichweite der Mobilfunkantennen einschränkt, kann aber auch nützlich sein, wenn benachbarte Funkzellen beispielsweise durch ein hohes Gebäude getrennt sind und so trotz gleicher Funkfrequenzen keine Interferenzen entstehen.
Tatsächlich hat der Aufbau der Mobilfunknetze in Deutschland ab Beginn der 90er Jahre die Entwicklung der 3D-Geodaten entscheidend vorangetrieben. Unternehmen wie die T-Mobile in Bonn bauten eigene Abteilungen für Geoinformationen auf und ließen Städte und Regionen mit Luftbildern und Laserscanning erfassen und die Daten photogrammetrisch auswerten. In den Datenbanken des Telekomkonzerns liegen heute über 130 Gigabyte Rohdaten, aus denen sich rund 1,6 Millionen Gebäude aus mehr als 50 Städten als 3D-Modelle erzeugen lassen. Über 3200 dicht besiedelte Quadratkilometer in Deutschland umfassen die Stadtmodelle von T-Mobile. Eigens dafür hat der Konzern eigene Datenmodelle und -formate entwickelt. Damit dürfte das Unternehmen neben den Konkurrenten von Vodafone, E-Plus und O2 hierzulande über den größten zusammenhängenden Datensatz von homogenen 3D-Stadtmodellen verfügen.
3D-Daten mehrfach nutzen – mit neuen Standards
Und die Telekom öffnet diese Daten zunehmend für andere Anwendungen, etwa in der kommunalen Planung. Das Institut für Geoinformation und Geodäsie (IGG) der Universität Bonn hat beispielsweise im Auftrag des nordrhein-westfälischen Umweltministeriums in einer Studie nachgewiesen, dass dreidimensionale Stadtmodelle gut geeignet sind, neue Anforderungen der EU zum Lärmschutz zu erfüllen. So wie sich mit Ihnen die Ausbreitung der Funkwellen simulieren lässt, können im Rechner auch Schallwellen über die virtuellen Städte geschickt werden.
In einem schon 2004 vom Landesvermessungsamt NRW angeregten Prozess zum Aufbau von Geodateninfrastrukturen (GDI) haben die Telekom sowie weitere 70 Unternehmen und Institutionen – darunter maßgeblich die Universität Bonn und mehrere Firmen der Region – inzwischen einen einheitlichen Daten-Standard für dreidimensionale Stadtmodelle entwickelt, damit die Daten unabhängig von den jeweils benutzten Softwarelösungen und Anwendungszwecken problemlos ausgetauscht werden können. Dieser als CityGML bezeichnete Standard hat bereits die ersten Hürden genommen, auch international verbindlich anerkannt zu werden.
Geoinformation offensichtlich: Ortsbezogene Dienste
Aber Geodaten von der Bevölkerungsdichte bis zum 3D-Stadtmodell sind nicht nur Voraussetzung für Aufbau und Weiterentwicklung der Mobilfunknetze, sondern auch Basis für neue Handydienste, die den Mobilfunk-Kunden abhängig von ihrem jeweiligen Standort aktuelle Informationen zur Verfügung stellen. Das sind die so genannten ortsbezogenen Dienste oder neudeutsch: Location Based Services (LBS). Solche Dienste beruhen auf der einfachen Tatsache, dass der Standort eines Mobilfunknutzers zwangsläufig registriert werden muss, um ein Telefongespräch überhaupt zu ermöglichen. Jedes Handy meldet sich im Betrieb laufend bei der jeweils genutzten Funkzelle an. Abhängig von der Größe der Funkzelle ist der Standort eines eingeschalteten Mobiltelefons daher dem Netzbetreiber stets bis auf mehrere hundert Meter bekannt.
Die Grundidee aller LBS ist es, abhängig von diesen Ortsinformationen weitere Information anzubieten. Vielfach bemühtes Beispiel ist stets die Möglichkeit des Nutzers nun eine Umkreissuche beispielsweise nach der nächstgelegenen Apotheke oder der viel zitierten Pizzeria zu starten. Die Beispiele illustrieren bei näherer Betrachtung aber auch, wie sehr der Teufel bei derartigen Diensten im Detail steckt. Die nächstgelegene Apotheke kann in einer Stadt wie Bonn trotz vielleicht nur ein paar hundert Meter Luftlinie schwer zu erreichen sein, wenn dazwischen der Rhein entlang fließt. Ausschließlich mathematisch durchgeführte Entfernungsberechnungen zwischen zwei Koordinaten ohne dabei die Topographie zu berücksichtigen, reichen daher nicht aus. Detaillierte Geodaten zu Straßennetzen und hausnummerngenauen Koordinaten der Points of Interest (POI), wie sie die Experten von Geobasis.NRW in Bad Godesberg liefern, sind für qualitative ortsbezogene Dienste unerlässlich.
Und damit der Nutzer nicht vor einer geschlossenen Apotheke oder Pizzeria steht, sind Mehrwert-Informationen zu den POIs wie zum Beispiel Öffnungszeiten ebenfalls von hohem Nutzen. LBS sind deshalb neben der Frage der Netzinfrastruktur, die mobile Datenübertragungen mit akzeptablen Wartezeiten ermöglicht, vor allem eine Aufgabe des Datenmanagements, das Sach- und Geodaten gleichermaßen berücksichtigt. Wie so etwas praktisch aussehen kann, macht in Bonn zum Beispiel das Unternehmen BT-GIS deutlich. Es bringt mit seinen Softwarelösungen hochaufgelöste Stadtpläne auf mobile Endgeräte wie PDAs und Handys und kombiniert dies mit GPS-Ortung. Das Pilotprojekt: automatische und mehrsprachige Ansagen zu touristischen Attraktionen bei Schiffsrundfahrten, wann immer das Boot den entsprechenden Punkt passiert. Die Schiffsführer können sich so ganz auf den Verkehr konzentrieren.
Jüngste Entwicklung: Geokodierte Sensordaten
Wieder eine andere Idee ist die Nutzung von Funknetzen zur Übertragung von geokodierten Messdaten. Das Bonner Unternehmen terrestris hat eine solche technische Infrastruktur gemeinsam mit Partnern realisiert. Das Ergebnis ist ein drahtloses Sensornetzwerk, verbunden mit einem webbasierten Geographischen Informationssystem. Den Nutzen kann man derzeit in den Alpen besichtigen. Dort untersucht die Arbeitsgruppe “Geomorphological and Environmental Research” des Geographischen Institut der Universität Bonn (GIUB) so genannte gravitative Massenbewegungen, zu denen auch Veränderungen in Gletscher- und Permafrostregionen zählen. Das ist einerseits geologische Grundlagenforschung, hat aber vor dem Hintergrund der Erderwärmung eine hohe wissenschaftliche und technische Brisanz. Auftauende Gletscher geben nicht selten instabile Felswände frei, die Natur und Mensch in Alpenregionen gefährden.
In Felswänden des Turtmanntal, einem Hochtal unweit des Matterhorns, findet sich daher jetzt ein Netz von Temperaturfühlern. Jede Messung wird automatisch mit den Koordinaten der Messstelle verknüpft, durch eine Art sich selbst organisierendes Mini-Mobilfunknetz mit Basisstation an jedem Sensor von Punkt zu Punkt übertragen und fließt automatisch in einen Internet-Kartenserver. Alle Messergebnisse können so in Echtzeit abgerufen und analysiert werden. Hunderte von Messpunkten liefern so automatisch das Temperaturbild einer ganzen Region. Das Prinzip ist beliebig anwendbar: Auch Grundwasserpegelstände oder andere Messdaten, die für das Monitoring größerer Gebiete notwendig sind, lassen sich so erfassen und zum Beispiel auch per SMS übermitteln.
In jedem Fall zeigt sich, dass Telekommunikation und Geodaten auf allen Ebenen verheiratet sind: Beim Management der Netze, beim Aufbau ortsbezogener Dienste und als Infrastruktur, um georeferenzierte Daten für vielfältige Nutzungen zu übertragen.
