DIVE4elements Data-Mining in großen Fachdatenbanken mit Raumbezug

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Achim Kurzmann
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1 227 DIVE4elements Data-Mining in großen Fachdatenbanken mit Raumbezug Workflow-orienterte Erstellung von Diagrammen und Karten auf Basis von umfangreicher Datenquellen Sascha L. TEICHMANN 1 Einleitung Die direkte Web-Publikation von Berechnungen und deren Ergebnissen in Form von Tabellen, Diagrammen und Karten auf Basis teils umfänglicher Datenbasen mit komplexer Modellierung erfordert sowohl Fach- als auch IT-Expertise. DIVE4elements bietet hierfür sowohl einen strukturierten Zugriff in Form von individuell anpassbaren Workflows als auch eine Infrastruktur, die gut skalierend den Anforderungen moderner Datenhaltung entgegenkommt. Der Vortrag stellt die Kernkonzepte von DIVE4Elements und deren praktische Anwendung anhand von Beispielen aus der Wasserwirtschaft und der Ozeanographie vor. Abb. 1: BSH Generischer Viewer realisiert mit DIVE4Elements Strobl, J., Blaschke, T. & Griesebner, G. (Hrsg.) (2012): Angewandte Geoinformatik Herbert Wichmann Verlag, VDE VERLAG GMBH, Berlin/Offenbach. ISBN

Modellierung erfordert sowohl Fach- als auch IT-Expertise.

2 228 S. L. Teichmann 2 DIVE4Elements DIVE4Elements steht für Digging, Investigating, Viewing, Exporting der vier Elemente Feuer, Wasser, Luft und Erde. Entwickelt wurde das System im Umfeld der Ozeanographie und der Wasserwirtschaft, kann aber aufgrund seines Ansatzes auch in anderen Kontexten eingesetzt werden. Das System besteht aus mehreren Schichten. Die unterste Ebene ist eine abstrahierende Sicht auf die zugrunde liegenden Daten. In der Schicht darüber wird mithilfe einer Workflow-Modellierung der Zugriff aus fachlicher Sicht gesteuert und Berechnungen samt ihrer Eingaben und Ergebnisse verwaltet. Mittels eines Netzwerk-transparenten Protokolls können auf der obersten Ebene Clients eine grafische Benutzeroberfläche und Datenexporte realisieren. Abb. 2: Auszug aus dem Workflow-Modell Im Vortrag wird mittels Praxisbeispielen ein Stich durch diesen Stack gemacht und die hierbei verwendeten Technologien vorgestellt. Schwerpunkte sind die Workflow- Modellierung und die Möglichkeiten zur interaktiven Ausgabegestaltung von Diagramme und Karten. Dataware-Houses integrieren zwar unterschiedliche Datenquellen in ein einheitliches und komfortabler zugreifbares Gesamtsystem, dennoch sind die modellierten Sachverhalte oft komplex und nicht für die sofortige Präsentation im Internet brauchbar. Die Navigation auf die Daten bedarf häufig einer fachlichen Moderation, denn nicht alle Wege durch die Daten

Das System besteht aus mehreren Schichten. Die unterste Ebene ist eine abstrahierende Sicht auf die zugrunde liegenden Daten.

3 DIVE4elements Data-Mining in großen Fachdatenbanken mit Raumbezug 229 bilden einen sinnvollen Weg. Die Schaffung von spezialisierten Data-Marts stellt hier eine Lösung dar. Dies führt allerdings zu einen zusätzlichen Modellierungs- und Verwaltungsaufwand. Darüber hinaus sind aus technischer Sicht nicht alle Pfade durch eine Voroptimierung der Datenstrukturen mit guten Zugriffszeiten zu versehen. DIVE4Elements erlaubt es mithilfe eines einfachen Workflow-Konzeptes (Artefakte) diese Probleme beidseitig zu behandeln. Auf der fachlichen Seite ist es möglich, Abhängigkeiten der Daten zu über ein Transitionsmodell zu erfassen und die Erstellung von Analysen zu ermöglichen. Auf der technischen Seite ist es mit diesem Konzept z. B. möglich, Statistiken über die Häufigkeit der angenommenen Zustände im System zu führen, um so pro-aktiv verschiedene Caching-Strategien zu unterstützen. Das Zustandsmodell bietet darüber hinaus auch die Möglichkeit, Vergleiche einzelner Parametrierungen durchzuführen und diese bei gegebener Kompatibilität nutzergesteuert zu gemeinsamen Endprodukten zusammenzuführen ( Datenkorb ). 3 Referenzprojekte DIVE4Elements wird zurzeit in zwei Kontexten eingesetzt und einwickelt: 1. GNV Generische Viever (DataDiver), 2. FLYS 3.0. GNV Generische Viewer (DataDiver) Das Bundesamt für Seeschifffahrt (BSH) hält in einem zentralen Dataware-House mehr als 20 Fachinformationssysteme bereit, die thematische, räumliche und zeitliche Daten in kombinierter Form vorhalten. Das BSH möchte diese Daten internen und externen Nutzerkreisen als Webapplikation zur Verfügung stellen, um diese umfangreichen Datenbestände nutzerspezifisch kombinieren, auf vielfältige Weise visualisieren und zum Download anbieten zu können. Fachliche Aufgabenstellung Der bestehende und zukünftige Datenbestand des Datawarehouses der GDI-BSH, der bisher nicht über WMS-Dienste zur Verfügung gestellt werden kann erfolgt über den Generischen Viewer. Über die grafisch gestützte Auswahlmöglichkeit können Diagramme zusammengestellt werden bzw. Auswerte-Operationen auf den Datenbeständen durchgeführt werden, um Ergebnisse kartengestützt als WMS-Dienst dynamisch aufzubereiten. Alle Ergebnisdaten umfassen eine deskriptive statistische Ausgabe als auch als Rohdaten in den verschiedenen Fachformaten heruntergeladen werden. Der Generische Viewer liefert damit einen zentralen Zugangspunkt für Fachdaten, die über eine rein kartographische Visualisierung hinausgehen.

Darüber hinaus sind aus technischer Sicht nicht alle Pfade durch eine Voroptimierung der Datenstrukturen mit guten Zugriffszeiten zu versehen.

4 230 S. L. Teichmann Abb. 3: FLYS 3.0: AJAX-Client (SmartGWT, JFreeChart, OpenLayers) FLYS 3.0 Die Flusshydrologische Software (FLYS) hat sich von einem internenverfahren in der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) zu einem in der WSV genutzten Verfahren entwickelt. FLYS dient als Analysesystem von Wasserspiegellagen und -fixierungen entlang von Bundeswasserstraßen und verfolgt den Ansatz eines 'virtuellen Pegels'. Es umfasst zurzeit einen Datenbestand von rund 18 Gewässern, die den WSV-Nutzern über eine Desktop- Anwendung bereitgestellt wird. Im Rahmen des Projektes FLYS 3.0 wird es zu einem IT-Verfahren der WSV innerhalb der Gruppe IT-Binnen erweitert. Hierbei wird es auf eine webbasierte Plattform umgebaut, in bestehende Systeme wie das Geographische Gewässerkundliche Informations- und Analysesystem der BfG (GGInA), das Digitale Pegelstammbuch der WSV (DIPS) integriert. Der Ausbau zu einem gewässerkundlich-morphologisch Analysewerkzeug erfolgt auf Basis der zentralen Sedimentdatenbank (SedDB) der BfG. Das System kann jedem WSV-Mitarbeiter online zur Verfügung gestellt werden; einem begrenzten Nutzerkreis werden Kernkomponenten auch als offline-fähige Software bereitgestellt werden. Fachliche Aufgabenstellung Das etablierte Verfahren zur Analyse von Wasserspiegellagen entlang von Bundeswasserstraßen dient als Post-Processing System von hydrologisch-hydraulischen Modellen. Informationen und Analysen zu Abflüssen und Wasserständen können jeweils punkthaft, entlang von Strecken oder flächenhaft dynamisch berechnet, visualisiert und zur Weiterverarbeitung in externe Systeme übernommen werden. Ausgehend von der zentralen Projektverwaltung, die die Parameter der jeweiligen Analyse führt, werden hier jeweils die Ergebnisse in Tabellen, Diagrammen wie Abflusskurven,

FLYS dient als Analysesystem von Wasserspiegellagen und -fixierungen entlang von Bundeswasserstraßen und verfolgt den Ansatz eines 'virtuellen Pegels'.

5 DIVE4elements Data-Mining in großen Fachdatenbanken mit Raumbezug 231 Längs- und Querschnitte als Überschwemmungskarten über das Modell WSPLGEN (WasserSPiegeLagenGENerator) bereitgestellt. Neben den Funktionen dieses Moduls zur Analyse von Wasserständen bietet das Modul Fixierungsanalyse Werkzeuge zur zeitbezogenen Auswertung von Wasserspiegelfixierungen. Hierüber lassen sich morphodynamische Veränderungen an Gewässern über den zeitlichen Verlauf erstellen. Mit dem Ausbau zur Analyse von physikalisch-morphologischen Parametern wird die Sicht auf die Abiotik eines Gewässers erweitert. 4 Technische Details DIVE4Elements beinhaltet die nachfolgenden technischen Features: Exporte in offene Formate: Tabellen als CSV, ODV; Diagramme: PNG, SVG, PDF; Karten als WMS oder als ESRI-Shapefiles. Projekt-Persistenz REST-Schnittstelle zum Workflow-Server Background-Job-Scheduling für langlaufende Berechnungen. Feingranular einstellbare Caches zwecks optimierten Datenzugriff DIVE4Elements ist in Java implementiert und als Freie Software unter der GNU Lesser Public License (LGPL) veröffentlicht. Literatur DIVE4elements,

Hierüber lassen sich morphodynamische Veränderungen an Gewässern über den zeitlichen Verlauf erstellen.

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