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Fernübertragung hydrologischer Daten mittels Web-Services (01.02.2007)

Für die Binnenschifffahrt und für wasserwirtschaftliche Maßnahmen von Bund und Ländern, aber auch im Hochwasserfall sind für die allgemeine Bevölkerung die aktuellen Wasserstandsinformationen der wichtigsten deutschen Pegel von großer Bedeutung. Zu diesem Zweck ist es notwendig, dass diese Pegel mit automatischen Mess- und Datenübertragungseinrichtungen ausgestattet sind. Da der Betrieb, wie auch die technische Ausstattung nicht einheitlich erfolgt, beziehungsweise erfolgen kann, muss für die Vergleichbarkeit der Wasserstandsangaben ein Qualitätsstandard der Daten gewährleistet sein. Dieser Mindest- Qualitätsstandard ist in der "Deutschen Pegelvorschrift" der "Bund/Länderarbeitsgemeinschaft Wasser" (LAWA) festgelegt.

Logo XHYDROEin neuer Standard für die Wasserstandsdatenübertragung

Um Daten organisationsübergreifend und dabei wirtschaftlich auszutauschen, ist es hierzu zwingend notwendig, dass Semantik und Syntax des Datenaustausches sowie einige technische Randbedingungen festgelegt sind.

Bislang eingesetzte Protokolle zum Abruf der Messdaten der im Feld befindlichen Messstationen orientierten sich im Wesentlichen an der Hardware bzw. technischen Ausstattung der jeweiligen Messstationen, sowie der vor Ort verfügbaren Übertragungstechnik bzw. Leitungsqualität. Dieser Umstand führte zu einer Vielfalt an Datenprotokollen und –formaten. Heutige Abrufzentralen müssen somit mit entsprechenden Multiprotokollservern ausgestattet sein, um die Messstationen trotz ihrer Verschiedenartigkeit abrufen zu können.

Für den reibungslosen und damit wirtschaftlichen Betrieb der Pegelmessnetze ist es langfristig von grosser Bedeutung, dass auch die Datenübertragungswege bzw. die Schnittstellen der einzelnen Messnetze der verschiedenen Betreiber harmonisiert werden. Die BfG (Referat M1) hat federführend in einer Arbeitsgruppe der Wasser-und Schifffahrtsverwaltung (WSV) ein Konzept zur Harmonisierung des digitalen Pegeldatenabrufes für die Bundeswassertrassen erarbeitet, wobei sich die Arbeitsgruppe für eine Harmonisierung seiner hydrometrischen Messnetze durch die zukünftige Einführung von Web Services zur Pegeldatenübertragung entschieden hat.

Zur Einführung dieser Technologie wird derzeit ein XML-Dialekt (XHydro) zur optimierten Übertragung der Pegeldaten für die WSV erarbeitet. Zentrale Entwicklungsziele dieses Datenschemas sind Anwendungs-, Organisations- und Länderneutralität, sowie Offenheit für Erweiterungen um zusätzliche betreiberspezifische Dateninhalte. Aktuelle Informationen zum Stand der Entwicklung finden sich unter http://www.xhydro.de.

Zur grundlegenden Funktionsweise von Web Services

Web Services sind kein völlig neuer Ansatz, vielmehr bedienen sie sich der akzeptierten Standards XML und HTTP, und sind somit herstellerunabhängig. Das World Wide Web (WWW) ist zu einem akzeptierten Standard für den weltweiten Austausch von Informationen geworden. Der Durchbruch des WWW, aufbauend auf den Standards HTTP und HTML, liegt ganz entscheidend in der herstellerunabhängigen und plattformübergreifenden Nutzbarkeit der angebotenen Informationen. Web Services bauen auf der Erfolgsgeschichte des World Wide Web auf und schicken sich nun an, die Integrationsleistung, die das WWW für den Transfer von Informationen erbracht hat, für den automatisierten Datenaustausch verteilter Systeme zu wiederholen.

Web Services benutzen XML (Extensible Markup Language) als Datenformat, und üblicherweise SOAP (Simple Object Access Protocol) als Protokoll zur Übertragung der Daten. SOAP lässt sich grob etwa wie folgt beschreiben: Trägt ein Nutzer in ein Web-Formular Daten ein (z.B. in der Suchmaske einer Suchmaschine), so werden diese Daten mittels des HTTP-Protokolls zum entsprechenden Server übertragen. Bei SOAP-Nachrichten kommt der gleiche Mechanismus, also auch HTTP, zum Einsatz. Es müssen lediglich im Aufbau der übermittelten Daten gewisse SOAP - spezifische Konventionen eingehalten werden. Das bedeutet, grundsätzlich ist die Verwendung von Web Services mit allen Geräten möglich, mit denen eine Internetverbindung genutzt werden kann, d.h. beispielsweise auch mit modernen Mobiltelefonen.

Schema des Datenaustauschs über Web-ServicesSchematische Darstellung eines auf Web-Services basierenden Datenaustausches

In der obigen Darstellung basieren sämtliche durch die Pfeile angedeuteten Datenverbindungen auf Web Services. Dadurch wird es möglich, Daten von der Quelle auch über diverse Zwischenstationen ohne Protokollkonvertierungen, also medienbruchfrei zu übertragen.

Eine erste prototypische Entwicklung einer mittels Web Services abrufbaren Messstation wurde am Pegel Mainz (http://www.pegel-mainz.de/index.htm) realisiert. Als Datensammler kommt hierbei ein auf Microcontrollertechnik basierendes Gerät zum Einsatz, dessen Datenabrufschnittstelle bereits ‚ab Werk’ auf Web Services beruht. Dieser Prototyp verwendet hierbei zunächst noch ein herstellereigenes XML-Format, welches aber durch eine standardisierte Transformation(XSLT) leicht in das XHydro-Format umgewandelt werden kann.

Dr. U. Barjenbruch, Jens Wilhelmi
Referat M1 - Gewässerkunde und Gewässerkundliche Begutachtung

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