Mobilizing the Geospatial Web : a framework and conceptual model for spatially aware mobile web applications

Abstract

Online-Kartendienste wie Google Maps, Yahoo Maps oder Microsoft Live Maps und virtuelle Globen wie Google Earth oder NASA World Wind führten in den letzten Jahren zu einem sprunghaften Anstieg des öffentlichen Interesses an geographischen Themen und Anwendungen. Die frühe Verfügbarkeit kostenloser Authoring- und Programmierwerkzeuge zu diesen Diensten bewirkte innerhalb kurzer Zeit die Formierung einer großen Gemeinde begeisterter "Web Mapping" Enthusiasten: von gewöhnlichen Benutzern, die geographische Inhalte unterschiedlichster Art - seien es geokodierte Fotos oder GPS-Aufnahmen von Fahrradstrecken - über das World Wide Web bereitstellten, bis hin zu versierten Hobby-Entwicklern, die mit "Map Mashups" - teilweise aufwändigen, selbst entwickelten Geo-Informations-Anwendungen - bestehende Geo-Daten neuen Nutzungsmöglichkeiten und Benutzerschichten zuführten.<br />Mit steigender Verbreitung mobiler Web-Nutzung kann die Verknüpfung freier Geo-Daten und mobiler Interaktion zu mobilen Geo-Informations-Anwendungen als nächster logischer Schritt betrachtet werden. Doch während komfortable Werkzeuge die Entwicklung und Distribution von Geo-Informations-Anwendungen für Desktop-Browser inzwischen enorm vereinfacht haben, bleibt die Entwicklung mobiler Anwendungen - und insbesondere mobiler Geo-Informations-Anwendungen und ortsbezogener Dienste ("location based services") - die Domäne einer Hand voll qualifizierter Experten.<br />Diese Dissertation beschäftigt sich mit der Integration von Geo-Information in mobile Web-Anwendungen. Das Ziel der Arbeit ist es, die technischen Voraussetzungen zu identifizieren, die nötig sind, um die Diskrepanz zwischen bestehenden Online-Kartographie Werkzeugen und der Komplexität mobiler Applikationsentwicklung zu schließen: Ein Ansatz wird aufgezeigt, der die Entwicklung ortsbezogener Dienste vereinfacht, und so das Experimentieren mit dieser Art mobiler Interaktion auch Endbenutzern ermöglicht. Die Arbeit baut dabei durchgehend auf existierende Standards und Methoden auf. Die etablierte Architektur klassischer Web-Anwendungen wird um Komponenten erweitert, mit denen bestehende geographische Inhalte ohne Zusatzaufwand als mobiler, ortsbezogener Dienst nutzbar gemacht werden.<br />Der Funktionsnachweis erfolgt über mehrere Tests, in denen der Einsatz der neuen Dienst-Architektur mit unterschiedlichen Endgeräte-Konfigurationen demonstriert wird. Dabei werden auch die praktischen Auswirkungen in der Realität auftretender Störfaktoren, wie z.B. GPS-Fehler, abgeschätzt und illustriert. Insbesondere wird dabei auch den aktuellen Entwicklungen am Endgerätemarkt Rechnung getragen:<br />Neue räumliche Interaktionsmethoden und Benutzerschnittstellen, die durch Mobiltelefone mit integrierten Orientierungssensoren ermöglicht werden, werden speziell diskutiert, und im Rahmen eines konkreten Fallbeispiels veranschaulicht.

Over the last years, Web mapping services like Google Maps, Yahoo Maps or Microsoft Live Maps, as well as three-dimensional virtual globes like Google Earth or NASA World Wind have sparked an unprecedented public interest in geospatial information. The early availability of free content authoring toolkits and open programming interfaces to these applications has spawned an avid community of Web mapping enthusiasts: from casual users who produce and share different types of geospatial content as varied as geo-referenced photographs or GPS recordings of cycling routes, to technology-savvy hobbyist developers who create elaborate "map mashups" - interactive map applications that combine existing geospatial data and bring them to new use for a variety of purposes from education, to planning of day-to-day activities, to entertainment.<br />With the increased use of the Web from mobile devices, the combination of user generated geospatial content and mobile interaction towards user-generated mobile geospatial applications can be viewed as a next logical step. Yet, while sophisticated tools have made the development and distribution of geospatial Web applications for the large screen almost effortless, the development of mobile applications in general - and of mobile geospatial applications and location based services in particular - remains the domain of a few trained specialists.<br />This thesis is concerned with the integration of geospatial data in mobile Web applications. The goal of this work is to identify the technical requirements and architectural components necessary to bridge the gap between existing end user Web mapping tools, and the current complexity of mobile application development: an approach is proposed that simplifies the creation of location aware geospatial applications, thus allowing end users and hobbyist developers to experiment with this new form of mobile interaction. The thesis thereby builds on existing standards and methods throughout. The established Web application architecture is extended with software components that allow existing geospatial Web content to be re-used as a mobile, location aware application, without additional effort or the need for modifications.<br />The verification of the system is achieved through several experiments and tests. It is illustrated how the new architecture can be applied to a wide range of mobile devices with varying characteristics and capabilities, and how external influences such as GPS error affect the system's operation. In particular, the verification takes into account re-cent trends on the mobile handset market: novel ways of spatial interaction and user interfaces made possible by orientation aware mobile phones which feature integrated GPS, compass and tilt sensors are discussed, and exemplified in a separate experiment.