Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler

Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
am Beispiel des Projektes „ARDINI“
Jan Loesbrock
Institut für Angewandte Photogrammetrie und Geoinformatik
Jade Hochschule Oldenburg
Themen
• Gliederung
– Einleitung
• Tierartenerfassung
• Projekt ARDINI
– Systementwurf
• Datenfluss / Datenmodellierung
– Mobile Erfassung
• Anforderungen
• Implementierungsaspekte
– Nachbereitung
– Stand und Ausblick
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
2
Einleitung
• Tierartenerfassung
– amtliches Wissen um Tierbestände und ihre Entwicklung
• Nds. Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten‐ & Naturschutz (NLWKN)
– basiert auf Beobachtungen
– wichtig: ehrenamtliches Engagement
• NABU, Arbeitsgemeinschaften, …
– allerdings:
•
•
•
•
alte Methoden (Papier, PDF‐Formulare)
verzögerte Datenlieferungen
Formatierungsarbeiten und Plausibilitätskontrollen in Behörden
rückläufiges Interesse, Überalterung
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
3
Einleitung
• ARDINI: Artenerfassung digital in Niedersachsen
– zweijähriges Projekt
• Start: ~09/2011
– gefördert durch die
Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)
– Tierarten:
• Libellen (versch. Stadien)
• Vögel (Brutvögel, Zugvögel)
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
4
Einleitung
• ARDINI: Ziele
– verbesserter Workflow der Datenerhebung (Zeit & Qualität)
– Verwendung von aktueller Technologien (Smartphones, Web‐
GIS)
– möglichst Nutzung von freier Software und (Geo‐)Daten
– Einsatz von Bestimmungshilfen:
• Kataloge, Plausibilitätskontrollen, Differentialdiagnostik
• Bilder, Ton (Vogelstimmen)
– Unterstützung bei der Nacharbeitung
– Gewinnung von Nachwuchs bei den Erfassern
– Szenario:
• Erfassung Æ Daten behördlich nutzbar
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
• erfahrene Erfasser oder Anfänger unter Anleitung
5
Einleitung
• ARDINI‐Projektpartner
– Uni Oldenburg, Institut für Biologie
und Umweltwissenschaften
• Artenbestimmung, Web‐GIS
– Jade Hochschule, IAPG
• mobile Artenerfassung
– IP SYSCON, Hannover
• Daten‐Server
– Naturschutzbund Oldenburger Land (NABU)
• Erprobung, Artenbestimmung
– Arbeitsgruppe Libellen Weser‐Ems
• Erprobung, Artenbestimmung
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
6
Einleitung
• Stand der Technik:
– Desktop‐Lösungen: Multibase CS, WinArt, MinAvi, …
– Web‐GIS‐Lösungen: naturgucker.de, science4you, ..
– Mobile Lösungen: Spezialgeräte / native Apps
Spezial‐
gerät
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
7
Entwurf: Datenfluss (Ist & Soll)
Ist‐Zustand
Gelände
Home‐
Office
Eingabe der Formular‐Daten am PC
Datenaufnahme im Feld
Verwaltende Behörde
Plausibilitäts‐
kontrolle
und Eingabe in DB / GIS
Netzwerk und Server
(Geo‐)Datenbank‐
Server
Verwendung der Daten (z.B. GIS / Geostatistik, Berichts‐
pflichten)
Versenden (per Post oder E‐Mail)
Plausibilitäts‐
ARDINI
Versenden der Daten mit automatischer Speicherung
Verwaltende Behörde
kontrolle
„eMapper“
Abfrage, Ansicht u. Korrektur erfasster Daten und Einbindung von WMS, WFS
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
8
Entwurf: Datenmodellierung
• Ausgangspunkt: NLWKN‐Meldebögen (Bsp.: Libellen)
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
9
Entwurf: Ablauf der Erfassung
• Definition des Erfassungsablaufs (Bsp.: Libellen I)
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
10
Entwurf: Ablauf der Erfassung
• Definition des Erfassungsablaufs (Bsp.: Libellen II)
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
11
Entwurf: Ablauf der Erfassung
• Definition des Erfassungsablaufs (Bsp.: Libellen III)
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
12
Mobile Erfassung
• Allgemeine Anforderungen
Aufnahme der Daten des NLWKN‐Meldebogens
Übertragung der erfassten Daten zum Server
Einsatz auf gängigen Geräten
Orientierung und Datenverortung per GPS
Abbildung der Libellen‐
Bestimmungshilfe
– Plausibilitätskontrolle
– einfache Bedienung
–
–
–
–
–
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
13
Mobile Erfassung
• Technische Anforderungen/Rahmenbedingungen (I)
– gängige Smartphones sollen unterstützt werden
• iOS (iPhone / iPad), Android, [ Windows Phone 7.5 ? ]
• nicht: Windows Mobile 6.x, Symbian
– Eingabe per Touchscreen, Gesten
– Bildanzeige und Tonwiedergabe
– Kartenanzeige
• proprietär (Google, OSM), WMS • GPS‐Position
– möglichst weitgehend konfigurierbar
• Artenlisten, Abkürzungen, …
– Offline‐Fähigkeit
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
14
Mobile Erfassung
• Technische Anforderungen/Rahmenbedingungen (II)
– Native Programmierung
•
•
•
•
hoher Funktionsumfang möglich
schlechte Portierbarkeit
höherer Programmieraufwand
langfristige Nutzbarkeit nicht immer gegeben
– Bsp.: SVG‐Viewer in C++ unter PocketPC 2003+ / Windows Mobile 6.x – WebApp
• reduzierter Funktionsumfang (kein direkter Hardware‐Zugriff), schlechtere Performance
– 1. Antragsentwurf an DBU Sept. 2008: hinreichender Funktionsumfang?
– Performance: bei aktuellen Geräten okay
• gute Portierbarkeit; Hoffnung: langfristige Nutzbarkeit
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
15
Mobile Erfassung
• WebApp
– HTML5
• Geolocation API
• Web SQL Database
• Web Storage API
– CSS3
– JavaScript
– iOS / Android / Blackberry 6:
• WebKit‐basierter Web‐Browser
Mobiles
Mobiles Endgerät
Endgerät
Web
Web Cache:
Cache: Offline-Karten
Offline-Karten
lokale
DB:
Offline-Eingaben
lokale DB: Offline-Eingaben
speichert
speichert // fragt
fragt ab
ab
Web
Web Browser
Browser
HTML:
HTML: für
für Präsentation
Präsentation und
und Eingaben
Eingaben
JavaScript:
JavaScript: für
für Ablaufsteuerung,
Ablaufsteuerung,
Manipulation
der
Manipulation der Präsentation,
Präsentation,
Auswertung
Auswertung der
der Eingaben,
Eingaben,
Lokalisierung
Lokalisierung und
und Kommunikation
Kommunikation
fragt
fragt ab
ab
LokalierungsLokalierungshardware
hardware
(ggf.
(ggf. auch
auch extern)
extern)
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
nutzt
nutzt
KommunikationsKommunikationshardware
hardware
16
Mobile Erfassung
• Seitengestaltung
– Framework zur Programmierung
von WebApps: Sencha Touch
HTML5 / CSS3
Unterstützung vieler Gesten
gut für dynamische Inhalte geeignet
Daten‐Bindung an visuellen Komponenten
mit Unterstützung der Offline‐Speicherung
• http://www.sencha.com/products/touch/
•
•
•
•
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
17
Mobile Erfassung
• Ortung: Geolocation API
– W3C Candidate Recommendation 07.09.2010
– diverse Quellen (Funkzelle, WLAN, GPS)
– asynchrone Abfrage („getlocation“ / „watchlocation“)
• Parameter:
– erhöhte Genauigkeit erlauben (ggf. langsamer / höherer Energieverbrauch)
– Time Out (ms), Cache‐Alter (ms)
• Callbacks für Erfolgsfall und für Fehlerfall (Zugriff verweigert, Position nicht verfügbar, Timeout)
– Resultat:
• Pflicht: Position (WGS‘84), Zeitstempel, Positionsgenauigkeit (m)
• optional: Höhe (m), Höhengenauigkeit (m)
• optional: Bewegungsrichtung (°), Geschwindigkeit (m/s)
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
18
Mobile Erfassung
• Kartenanzeige
– Google Maps V3
• insbes. auch für mobile Geräte optimiert
– Open Layers
•
•
•
•
Client‐Framework für Geo‐Webanwendungen
mobil / Gesten: ja (versionsabhängig)
Lizenz: „BSD Style“
Raster Layers
– WMS, Google Maps, MS Bing Maps, Yahoo Maps, NASA WorldWind, …
• Overlay Layers
– Point Markers, Simple Feature Geometry
– GML, KML, WFS
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
19
Mobile Erfassung
• Kartendaten
– Satellitenbilder
• Google Maps
– Straßenkarten
• abseits der Straßen ist
OpenStreetMap (OSM)
oftmals besser
– thematische Karten
• z.B. Biotopsgrenzen
• behördliche und
andere WMS
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
20
Mobile Erfassung
• Offline‐Speicherung
– Web SQL Database API
•
•
•
•
W3C‐Spezifikationsprozess unterbrochen: alle nutzen SQLite
relationale Speicherung, SQL
Erfassungsdaten in lokaler DB
gewisse Browser‐Spezifika
– Web Storage
• W3C Working Draft 08.02.2011
• Speicherung Key‐Value‐Pairs
• Konfigurationsdaten
– Offline Web Application Specification (Teil von HTML5)
• spezieller Browser Cache
• Speicherung der Ressourcen der Anwendung
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
21
Mobile Erfassung
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
22
Mobile Erfassung
• Impressionen (Libellen)
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
23
Nachbearbeitung „eMapper“
• Merkmale
– Verwaltung der Meldungen
– Nutzer‐ / Gruppenverwaltung – Anlegen von Projekten
• Layer zu relevanten Flächen
– Brut‐, Gastvögel
– selektive Biotoptypenkartierung
– Naturraumeinheiten
– Digitalisierung von Polygonen (Projektflächen, Brutpaare)
– Kartenansicht, Filter
– Datenfreigabe, Export der Daten (Shapefile)
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
24
Nachbearbeitung „eMapper“
• Struktur
– Liferay Portal: für Web Portal (CMS, Rechte, Administration)
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
25
Nachbearbeitung „eMapper“
• Impressionen
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
26
Evaluierung
• Tests
– durch verschiedene Nutzergruppen
• Studierende der Biologie Uni OL
– Stand Mitte 2011: größtenteils keine Erfahrung mit Smartphones
• erfahrene Erfasser von Libellen („AG Libellen“)
• erfahrene Vogelerfasser des NABU (Ornithologische AG OL)
• (Zivis im Naturpark Wattenmeer)
– Abwicklung
• Gerätestellung (inkl. Datenflat) <‐> Mitwirkungsvereinbarung
• Schutz durch OtterBox und Umhängeband
– Rückmeldung
• Diskussionen (mit Betreuer / Entwickler)
• Kurzfragebogen
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
27
Das Ende naht …
• Stand und Ausblick
– Projektstand: Halbzeit
• Libellen: weitgehend abgeschlossen
• Vögel: Einzelmeldungen, Zugvögel
• positive Rückmeldung bei ersten Tests
– WebApp‐Ansatz ist praktikabel
•
•
•
•
Funktionsumfang und Performance okay
möglichst einheitliche Bedienung angestrebt
gewisse Geräteabhängigkeit
starker Sonnenschein Æ Problem
– Daten
• (+) freie / kostenlose Geodaten
• (±) Tierabbildungen, Vogelstimmen
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
28
Das Ende naht …
• Ausblick
– Brutvogelerfassung
• über mehrere Zeitpunkte
• Tierverhalten (Flug, Brutverhalten)
– Differentialdiagnostik
• im Datenmodell vorgesehen
• von der Anwendung noch nicht berücksichtigt
• ? Vogelstimmenvergleich ?
– Tests
• erfahrene Vogelerfasser
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
29
Das Ende naht …
• Danke für die Aufmerksamkeit!!!
Loesbrock : Mobile Erfassung von Brutvögeln und Libellen mit Hilfe portabler WebApps
30