Einführungsveranstaltung

Transkript

1 in Forschung und Praxis Sommersemester 2006 Einführungsveranstaltung Prof'in Dr. rer nat. Dr. rer.pol. Walburga Rödding, Dirk Weiß und Gäste

2 Ziele der Einführungsveranstaltung Folgende Fragen beantworten: Was will diese Veranstaltung vermitteln? Welche Themen wird es geben? Was bringt mir die Veranstaltung für das Studium und die weitere Zukunft / das Berufsleben? Exkurse Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit EDV und Raumplanung SYS 2

3 Ziele der Vorlesungsreihe Die Schärfung des systemtheoretischen und systemtechnischen Blicks auf Planungsprobleme bzw. aufgaben Die Vermittlung der Lösung von ausgewählten Planungsproblemen bzw. aufgaben anhand von Beispielen Im Vordergrund steht hierbei die computergestützte Verarbeitung von Informationen (in Datenbanken, Geoinformationssystemen und sonstigen Programmen) Die Beispiele sollen Anregungen für die Suche von Themen für Prüfungen, Vertiefungsentwürfe und Diplomarbeiten geben SYS 3

4 Veranstaltungsübersicht Datum Mi.! Selber Ort, gleiche Zeit Thema Einführungsveranstaltung Ostermontag "Kleinräumige Gliederung für Dortmund, Entwicklung und Datenübernahme" 1. Mai-Feiertag "Stadt- und Standortentwicklung durch komplexe Projekte" Öffentlichkeits- und Behördenbeteiligung Was hat kommunaler Wandel mit Wissensmanagement zu tun? Referent/ -in Frau Prof. in Dr. Dr. Rödding und Dirk Weiß Ralf Finger, Dortmunder Systemhaus Dr. Daniel Zerweck, Stadt Leverkusen Lars Ohlig, Stadt Sundern Dr. Marion Steinert, KGSt SYS 4

5 Veranstaltungsübersicht Datum Thema Pfingstmontag "Geodatenmanagement für Einwohner Geobasisdaten als Planungsgrundlagen im Internet beziehen: Geodaten online in Hessen "Modellierung von Erreichbarkeit und Regionalentwicklung in Europa" Spieltheorie und Public Private Partnership "GIS-gestützte Ermittlung von Nachhaltigkeitsindikatoren" Referent/ -in Jürgen Treptow, Stadt Soest Dr.-Ing. Harald Wegner, HZD Wiesbaden Prof. Dr.-Ing. Michael Wegener, Klaus Spiekermann, Ruth Reuter, Sven Heinson Norbert Schauerte- Lüke REGIO GIS + Planung SYS 5

6 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Standortsuche für einen Teppichhändler in Babylon / Mesopotamien (6000 v. Chr.) Quelle: SYS 6

7 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Uruk Quelle: SYS 7

8 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Sterne befragen? Quelle: SYS 8

9 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Vorgehen in Mesopotamien Aufgabe genau beschreiben Bild / Vorstellung (Modell) von der Stadt haben Definieren was ein guter bzw. schlechter Standort für einen Teppichhändler ist (Indikatoren) Nachdenken, Rat suchen / Experten befragen -> Antwort SYS 9

10 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Schrift Die Schrift ist die Wiedergabe der Sprache durch sichtbare fixierte Zeichen, die uns unabhängig vom gesprochenen Wort macht. Sie speichert Information und hält sich über längere Zeit verfügbar. Quelle: SYS 10

11 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Geschichte der Schrift Höhlenmalereien Jahre und älter 3100 v. Chr. Entstehung der Keilschrift in Mesopotamien 500 v. Chr. Entwicklung des Alphabets durch die Phönizier Quelle: siehe Ende SYS 11

12 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Geschichte der Schrift Die Griechen übernehmen später das phönizische Alphabet und wandeln es ab (neben Konsonanten gibt es jetzt auch Vokale) Die griechische Schrift wird die Grundlage des lateinischen Alphabets Quelle: siehe Ende SYS 12

13 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Auf was wurde geschrieben? Tontafeln / Steintafeln Wachstafeln Pergament Bücher Quelle: siehe Ende SYS 13

14 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Geschichte der Zahlen 6000 v. Chr. Entwicklung eines der ersten Zahlensysteme in Mesopotamien (zu kompliziert, da für jede Zahl ein Symbol) v. Chr. entsteht in Mesopotamien abstrakte Zahlbegriffe in Form eines Sexagesimalsystems (6, 60, 360) Im alltäglichen Leben kamen Hände und Finger zum Einsatz, die auch in Schriftzeichen Verwendung fangen Schließlich wurde das dezimalen Zahlensystems in Arabien entwickelt Quelle: siehe Ende SYS 14

15 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Geschichte der mechanischen Rechenhilfen 200 Entstehung des Abakus in China, Arabien, Europa und später in Russland (heute noch in Gebrauch) ca Entwicklung von Rechenstäben 1620 Rechenschieber mit logarithmischer Skala Quelle: SYS 15

16 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Chinesischer Abakus (Suan Pan) Japanischer Abakus (Soroban) Quelle: Quelle SYS 16

17 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Geschichte der mechanischen Rechenmaschinen 1623 erste Rechenmaschinen von Schickard und 1642 von Pascal erfunden 1672 Rechenmaschine von Leibnitz (vier Grundrechenarten) Ab 1870 erste Serienproduktion (Rechenmaschine von Colmar) Quelle: SYS 17

18 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Geschichte der mechanischen Rechenmaschinen 19. Jh. Babbage, der erste Computerpionier, seiner Zeit um 100 Jahre voraus Baute die erste mechanische "automatische Rechenmaschine mit Rechenwerk, Speicher, Eingabe und Ausgabe ("Analytical Engine u. "Difference Engine ) Quelle: SYS 18

19 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Geschichte der mechanischen Rechenmaschinen 1890 Hollerith setzt erstmalig eine elektrische Lochkartenmaschine zur Speicherung und Analyse von Daten aus einer Volkszählung ein Nachbau der ersten Hollerithmaschine Quelle: SYS 19

20 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Zuse- Rechner Konrad Zuse baut 1941 den ersten programmgesteuerte Rechner der Welt (mit Relaistechnik) Voraus ging dem Z3 der Z1, eine binäre Rechenmaschine, die mechanisch funktionierte Quelle: SYS 20

21 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Zuse Rechner 1 SYS 21

22 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit ENIAC 1946 ENIAC war der erste Elektronenröhrenrechner der Welt und dadurch viel schneller als Relaisrechner SYS 22

23 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit ENIAC aydaymystery.org/mayday/ offsite/letters /letter 2/eniac.jpg SYS 23

24 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Weiterer Verlauf der Computerentwicklung Generation: auf Transistoren basierend, höhere Programmiersprachen werden entwickelt (Fortran & Algol) Generation: integrierte Schaltkreise, kompatible Rechnerfamilien, Steuerung der Kernfunktionen durch Mikroprogramme, virtueller Speicher Generation: hochintegrierte Schaltungen, Mehrprozessorsysteme, Datenfernverarbeitung (DFÜ), Datenbanksysteme, standardisierte Betriebssysteme Generation: Wissensbasierte Systeme, Expertensysteme, Entwicklung künstlicher Intelligenz SYS 24

25 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Die Rechner befragen? Quelle: SYS 25

26 Berechenbarkeit / Turingmaschine Wie funktioniert das überhaupt, wenn die Rechner befragt werden sollen? Was muss getan werden? Was passiert bei der Antwortfindung? Und viel wichtiger, was passiert nicht? SYS 26

27 Berechenbarkeit / Turingmaschine Das Entscheidungsproblem David Hilbert formulierte im 19. Jh. drei bis dahin ungelöste mathematische Probleme 3. Problem: Ist die Mathematik entscheidbar, d.h. gibt es ein Verfahren, das für jede Aussage deren Wahrheit beziehungsweise Falschheit feststellt? (page 2) Erst Alan M. Turing konnte diese Frage 1936 beantworten: es gibt kein solches Verfahren Für die Beantwortung musste er den Begriff Verfahren / Algorithmus genau definieren und erdachte die berühmte Turingmaschine SYS 27

28 Berechenbarkeit / Turingmaschine Das Halteproblem Wird die Rechenmaschine irgendwann anhalten und eine Ergebnis liefern? Kann zu einem beliebigen Programm und einem Satz von Eingabedaten entschieden werden, ob dieses Programm mit diesen Daten nach endlicher Zeit stoppen wird oder nicht? Quelle: page2 & SYS 28

29 Berechenbarkeit / Turingmaschine Algorithmus Ein Algorithmus ist (...) eine endliche, eindeutige Beschreibung eines effektiven Verfahrens zur Lösung einer Klasse von Problemen. (Börger 1986, 3) Effektivität bedeutet dabei, daß das Verfahren mechanisch, im Prinzip von einer Maschine durchgeführt werden kann. (ebd.) Eine solche Maschine empfängt (..) endliche (..) Ausgangsgrößen (Problemfälle) als Eingabe und bearbeitet diese wie in der Verfahrensbeschreibung angegeben ohne weitere äußere Einflussnahme Schritt für Schritt so lange, bis eine Endkonstellation erreicht ist; der Endkonstellation kann das Rechenergebnis entnommen werden. (ebd.) SYS 29

30 Berechenbarkeit / Turingmaschine Programm Ein Programm P ist eine endliche Menge von Instruktionen, in der je zwei Instruktionen verschiedene Adressen haben;... (Börger 1986, 9) SYS 30

31 Berechenbarkeit / Turingmaschine Turingmaschine SYS 31

32 Berechenbarkeit / Turingmaschine Churchsche These Alles was intuitiv berechenbar ist, ist auch auf einer Turingmaschine programmierbar. Jeder Algorithmus ist auf der Turingmaschine programmierbar. Insbesondere ist also jede algorithmisch berechenbare Funktion turingberechenbar. (ebd. 39) SYS 32

33 Berechenbarkeit / Turingmaschine Churchsche These Das erklärt (..) die umfassende Anwendbarkeit programmierbarer Rechenmaschinen zur algorithmischen Lösung von Problemen;... (ebd.) Wenn der beste Algorithmus für die Lösung eines Problems, nicht auf einer Turingmaschine programmiert werden kann, dann ist die Aufgabe nicht berechenbar, d.h. nicht mit einem Computer lösbar. SYS 33

34 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Die Rechner befragen? Quelle: SYS 34

35 EDV und Raumplanung Ist die EDV ein Allheilmittel? Eine Lösung für alle Planungsprobleme - einfach alles? SYS 35

36 EDV und Raumplanung Informationen sind unerlässlich für intelligente Entscheidungen! [SimCity 4] SYS 36

37 EDV und Raumplanung Lowrymodell 1. Calculation of commuter trips of employees 2. Recalculation of population in the wards 3. Shopping and service trips 4. Employees in tertiary industry 5. Iteration of the whole process T S ij ij = = i R P i i W i E s j R exp( βc i = j j W j ij exp( βc T ij la exp( βc ij ) ij exp( βc = i S ij E = E + j B j ls E ) ij s j ) ) E P i B j SYS 37

38 EDV und Raumplanung Standortanalyse SYS 38

39 EDV und Raumplanung Standortanalyse Benefit N i for potential location i: New housing areas 100 Transportation accessibility Costs Service/amenity accessibility (City) train Tram underground Bus Grunderwerb 37 Elementary schools Retail recreation N i = (G1 ZE1 i ) + (G2 ZE2 i ) + (G3 ZE3 i ) + (G4 ZE4 i ) + (G5 ZE5 i ) + (G6 ZE6 i ) + (G7 ZE7i ) SYS 39

40 EDV und Raumplanung Standortanalyse SYS 40

41 EDV und Raumplanung Huffmodell F α j Cj exp( β cij) F α j Cj exp( β cij) SYS 41 A i = j

42 EDV und Raumplanung Huffmodell SYS 42 A i = F α j Cj exp( β cij) F α j Cj exp( β cij) j

43 EDV und Raumplanung Huffmodell A ij = A ij = F i j j α j C F α j C F ij j α C j f ( d ij ) exp( β c ij ij ) exp( β c A = Attractiveness/likelihood of shopping of a particular ward in a particular store F = Sale floor C = Concentration index (closeness to other stores) ij ) SYS 43

44 EDV und Raumplanung Huffmodell A ij = i j j F α j C F ij j α C exp( β c ij ij ) exp( β c ij ) H i K i A = Attractiveness/likelihood of shopping of a particular ward in a particular store F = Sale floor C = Concentration index (closeness to other stores) H = Number of households K = Purchasing power SYS 44

45 EDV und Raumplanung Viele Probleme können nicht mit deterministischen Ansätzen gelöst werden: Nur eindeutige Kausalzusammenhänge lassen sich formalisieren / modellieren Existenz nicht vorhersagbarer Einflüsse (politische, soziale, wirtschaftliche, etc.) Schnelles und einfaches Modellieren aufgrund fehlender Software (noch) nicht möglich Ungeeignete Datenformate (Format, Detailschärfe, Gebietsgrenzen) SYS 45

46 EDV und Raumplanung Die beschränkte entscheidungsunterstützende Rolle von wissenschaftlichen Informationen Politische Prozesse werden von vielen anderen Faktoren bestimmt (Tradition, Machtbeziehungen, etc.) Auch wissenschaftliche Informationen hängen vom Kontext ab (der Kontext ist jedoch unterschiedlich und ändert sich schnell) Die komplexe Natur von wiss. Analysen (Was nicht verstanden wird, wird nicht akzeptiert!) Unterschiedliche Bedeutung für strategische und operationale Entscheidungen [Geertman; in Stillwell et al.; 1999] SYS 46

47 EDV und Raumplanung Diskrepanz zwischen der Technologie und der Planungspraxis Rolle des Raumes GIS: exakt, eindeutig, greifbar (bspw. klare Grenzen) Planung: hauptsächlich abstrakt, subjektiv, relativ (keine klaren Grenzen mental maps ) Irrationalität, Unsicherheit, Dynamik, Politik, Wirtschaft and andere nicht räumliche Elemente sind schwer zu formalisieren. [Geertman; in Stillwell et al.; 1999] Grundsätzliches Vorgehen (intuitiv / rational) SYS 47

48 EDV und Raumplanung Inhärente Einschränkungen der Technologie Aktuelle Datenstandards (schwierige Integration bei Daten aus verschiedenen Quellen) Kostengünstige digitale räumliche Daten (einschließlich Metadaten) Qualität der Daten (Aktualität, Genauigkeit, Auflösung, Struktur) Inhärente Restriktionen der Datenmodelle (bspw. Vektordaten und kontinuierliche Phänomene) [Geertman; in Stillwell et al.; 1999] SYS 48

49 EDV und Raumplanung Was Computer nicht können: Probleme definieren und Ziele und Maßnahmen festlegen Partizipation ersetzen Messung und Bewertung von ästhetischen, kulturellen und religiösen Aspekten (Emotionen) Konsens herstellen Entscheidungen ersetzen SYS 49

50 EDV und Raumplanung Zu beachtende Fragen: Lohnt es sich, Zeit und Geld zu investieren (wertvolle Ressourcen)? Kann eine hinreichende genaue Antwort nicht einfacher, effizienter und kostengünstiger gefunden werden (Beteiligung, Umfragen, etc.)? SYS 50

51 Informationsverarbeitung im Wandel der Zeit Auch die Rechner benutzen! Quelle: SYS 51