M.F. Wiechmann - B4.22 Geologische Fachinformationssysteme und Karten 07.08.2014 Version 1 Erläuterungen zum Themenbereich Geologie der INSPIRE Datenspezifikation Geologie (v3.0) Auszug aus dem Geodatenzugangsgesetz (GeoZG) Metadaten sind Informationen, die Geodaten oder Geodatendienste beschreiben und es ermöglichen, Geodaten und Geodatendienste zu ermitteln, in Verzeichnisse aufzunehmen und zu nutzen. Das GeoZG gilt für Geodaten, die noch in Verwendung stehen und die folgenden Bedingungen erfüllen: 1. Sie beziehen sich auf das Hoheitsgebiet der Bundesrepublik Deutschland oder auf die ausschließliche Wirtschaftszone der Bundesrepublik Deutschland gemäß Seerechtsübereinkommen der Vereinten Nationen; 2. Sie liegen in elektronischer Form vor. 3. Sie sind vorhanden bei einer geodatenhaltenden Stelle, fallen unter ihren öffentlichen Auftrag und a) wurden von einer geodatenhaltenden Stelle erstellt oder b) sind bei einer solchen eingegangen oder c) werden von dieser geodatenhaltenden Stelle verwaltet oder aktualisiert. 1) Einleitung Die Geologie wird im Kontext der INSPIRE-Direktive als wichtiges Referenzthema angesehen, weil sie grundlegende Informationen für die Annex III Themen Mineral Resources, Natural Risk Zones, Soil and Energy Resources liefert. Die INSPIRE Datenspezifikation Geologie basiert auf den Arbeiten der EU INSPIRE TWG (Thematic Working Group) Geology. Die harmonisierte Datenspezifikation für die Geologie umfasst die Themenbereiche Geologie (inklusive Bohrlochinformationen), Hydrogeologie und Geophysik. Die Datenspezifikation besteht aus einer narrativen Beschreibung ( natural language ) und einer Darstellung in Form von UML-Diagrammen ( conceptual schema language, siehe als Beispiel Abb. 1), um auf einen Blick die Hauptelemente und ihre Beziehungen untereinander darzustellen. Link zur INSPIRE-Datenspezifikation Geologie: http://inspire.jrc.ec.europa.eu/documents/data_specifications/inspire_dataspecification_g E_v3.0.pdf. 1
2) Geologie-Kernmodell Im Themenbereich Geologie wird zwischen einem Kernmodell und einem Erweiterungsmodell (GeoSciML als Modellerweiterung, siehe Datenspezifikation Annex D, Seite 286) unterschieden. MappedFeature (kartiertes Merkmal) und GeologicFeature (geologisches Merkmal) sind die beiden zentralen Klassen des Geologie-Kernmodells (siehe Abb. 1 und Abb.2, hellgrün). MappedFeature liefert die räumliche Darstellung von GeologicFeature. D.h. das MappedFeature (Kartiereinheit) beschreibt die räumliche Ausdehnung eines geologischen Features (Merkmals). Die Assoziation zwischen den beiden Klassen definiert, dass jedes MappedFeature immer nur ein GeologicFeature darstellen kann. An die räumliche Ausdehnung wird mit der abstrakten Klasse GeologicFeature ein Beschreibungspaket angebunden, das die geologischen Eigenschaften des beschriebenen Features enthält. GeologicFeature beinhaltet die beiden Attribute inspireid (externer Objektidentifikator des Geo-Objekts) und name (Bezeichnung des geologischen Merkmals). Die Klasse MappedFeature umfasst die Attribute shape (Geometrie des kartierten Merkmals) und mappingframe (Bezugsebene, auf die das kartierte Merkmal sich bezieht, z.b. topographische Oberfläche, Oberfläche des anstehenden Gesteins, Basis des Perms). Die geologischen Eigenschaften von GeologicFeature werden mittels der drei abstrakten Subklassen beschrieben: GeologicUnit, GeologicStructure und GeomorphologicFeature (siehe Abb. 1, jeweils rot). D.h. die Art der GeologicFeature Klasse wird durch die Zuordnung einer der Unterklassen GeologicUnit (geologische Einheit), GeologicStructure (geologische Struktur) oder GeomorphologicFeature (geomorphologisches Merkmal) bestimmt. Die abstrakte Subklasse GeologicUnit (siehe Abb. 2, rot) beschreibt einen Gesteinskörper mit bestimmten petrographischen Eigenschaften. Sie beinhaltet das Attribut geologicunittype (Art der geologischen Einheit). Die petrographischen Eigenschaften werden über die Subklasse CompositionPart (Gemengteil, siehe Abb. 1 und Abb. 2, jeweils orange) eingebunden. Eine geologische Einheit (GeologicUnit) kann aus mehreren petrographischen Bestandteilen (CompositionPart) bestehen. Die Klasse CompositionPart umfasst folgende Attribute: material: Das Material, aus dem die geologische Einheit (GeologicUnit) ganz oder teilweise besteht. proportion: Mengenanteil eines petrographischen Bestandteils (CompositionPart) am Aufbau einer geologischen Einheit (GeologicUnit). role: Verhältnis des petrographischen Bestandteils (CompositionPart) zum Aufbau der geologischen Einheit z.b. Ader, eingeschalteter Bestandteil, Schichten, vorherrschender Bestandteil. Mit Hilfe der abstrakten Subklasse GeologicStructure (Störungen und Verwerfungen) werden Veränderungen in Form von Inhomogenitäten, Mustern oder Brüchen des Materials/Gesteins beschrieben. GeologicStructure besitzt die beiden Unterklassen ShearDisplacementStructure (Verwerfung) und Fold (Falte, siehe Abb. 1 und Abb.3, jeweils blau). 2
Abb. 1 UML-Übersicht Geologie-Kernmodel 3
Abb. 2 UML-Klassendiagramm GeologicUnit Die Klasse ShearDisplacementStructure (siehe Abb. 3, rot) beschreibt spröde bis duktile Strukturen entlang von Verwerfungen. Sie umfasst das Attribut faulttype (Beschreibung der Art der Verwerfung). Die Klasse Fold definiert eine Falte als eine oder mehrere systematisch gebogene Schichten, Oberflächen oder Lineare in einem Gesteinskörper. Die Klasse beinhaltet das Attribut profiletype (Art der Falte). Die abstrakte Klasse GeomorphologicFeature (siehe Abb. 4, rot) beschreibt die Form und Art der Erdoberfläche, d.h. die Landschaftsform. Sie besitzt die beiden Subklassen NaturalGeomorphologicFeature (natürliches geomorphologisches Merkmal) und AnthropogenicGeomorphologicFeature (anthropogenes geomorphologisches Merkmal, siehe Abb.1 und Abb. 4. jeweils gelb). Die Subklasse AnthropogenicGeomorphologicFeature beschreibt eine durch menschliche Aktivität entstandene Landschaftsform. Die Subklasse besitzt das Attribut anthropogenicgeomorphologicfeaturetype (Begriffe zur Beschreibung der Art des geomorphologischen Merkmals, künstlicher Landschaftsformtyp). Die Subklasse NaturalGeomorphologicFeature beschreibt eine durch natürliche Prozesse entstandene Landschaftsform. Sie besitzt die Attribute naturalgeomorphologic- FeatureType (Begriffe zur Beschreibung der Art des natürlichen geomorphologischen 4
Merkmals, natürlicher Landschaftsformtyp) und activity (Aktivitätsgrad des natürlichen geomorphologischen Merkmals, z.b. aktiv, inaktiv oder ruhend). Abb. 3 UML-Klassendiagramm GeologicStructure Abb. 4 UML-Klassendiagramm GeomorphologicFeature 5
Der Klasse GeologicFeature (siehe Abb. 5, grün) können zusätzlich ein oder mehrere Ereignisse der Unterklasse GeologicEvent (geologisches Ereignis, siehe Abb. 1. und Abb. 5, violett) zugeordnet werden. Diese Ereignisse repräsentieren geologische Prozesse, in deren Verlauf eine geologische Einheit modifiziert wurde. Ein geologisches Ereignis sollte Alter und Genese besitzen. Durch die Anbindung mehrerer geologischer Ereignisse kann eine geologische Geschichte des GeologicFeature erstellt werden. Die Klasse GeologicEvent umfasst folgende Attribute: name: Bezeichnung des geologischen Ereignisses eventenvironment: Physikalisch-chemisches Umfeld (Bildungsraum und Bildungsmilieu), in dem das geologische Ereignis stattfindet eventprocess: Der oder die während des geologischen Ereignisses aufgetretene(n) Bildungsprozess(e) oldernamedage: Alter, in dem das geologische Ereignis beginnt, geochronologischer Begriff youngernamedage Alter, in dem das geologische Ereignis endet, geochronologischer Begriff Mit Hilfe der Assoziation themeclass (siehe Abb. 1 und Abb. 5, hellblauer Pfeil) zwischen den Klassen GeologicFeature und ThematicClass (thematische Klasse, siehe Abb. 1 und Abb. 5, jeweils hellblau) kann das geologische Modell thematische Karten beschreiben. 6
Abb. 5 UML-Klassendiagramm GeologicEvent, ThematicClass In diesem Kontext kann eine thematische Karte als eine Neuklassifizierung der geologischen Einheit (GeologicUnit) bezüglich einer beliebigen thematischen Eigenschaft angesehen werden. Z.B. die Neuklassifizierung der geologischen Einheit bezüglich ihrer Kompaktionsfähigkeit oder ihres Aggregationspotentials. Ein Thema besitzt einen Namen und mittels einer Codeliste eine beschränkte Anzahl von Werten/Begriffen. D.h. die Klasse ThematicClass umfasst die Attribute themeclassification (die verwendete Klassifikation Name des Themas) und themeclass (Wert der thematischen Klasse). Eine GeologicCollection (geologische Sammlung, siehe Abb. 6, grau) ist eine benannte oder identifizierbare Gruppe geologischer oder geophysikalischer Objekte. Geologische Objekte werden üblicherweise in Collections (Aggregationen), wie z.b. in geologischen Karten, thematischen Karten oder in geophysikalischen Messreihen zusammengefasst. Die Klasse GeologicCollection besitzt folgende Attribute: inspireid: Externer Objektidentifikator des Geo-Objekts name: Bezeichnung der Sammlung collectiontype: Art der Sammlung, z.b. geologische Karte, thematische Karte reference: Referenz für die Sammlung 7
beginlifespanversion: Datum und Uhrzeit, zu dem diese Version des Geo-Objekts (Sammlung) in den Geodatensatz eingefügt oder in diesem verändert wurde endlifespanversion: Datum und Uhrzeit, zu dem diese Version des Geo-Objekts (Sammlung) in den Geodatensatz überarbeitet oder als ungültig erklärt wurde Grundlegende Angaben zu Bohrdaten können ebenfalls im Kernmodell Geologie beschrieben werden. Dafür wird die Klasse Borehole (Bohrloch, siehe Abb. 6 und Abb. 7, jeweils braun) verwendet. Bohrungen sind eine wichtige Informationsquelle für die Interpretation der Untergrundgeologie. Die Klasse Borehole besitzt die folgenden fünf Attribute: inspireid: Externer Objektidentifikator eines Geo-Objekts downholegeometry: Dreidimensionaler Verlauf der Bohrung boreholelength: Die Länge der Bohrung (entlang des Bohrpfads) elevation: Vertikale Höhe des Bohransatzpunktes über/unter der Bezugsfläche location: Geographische Position des Bohransatzpunktes purpose: Zweck der Bohrung Abb. 6 UML-Klassendiagramm GeologicCollection, Borehole 8
Abb. 7 UML-Klassendiagramm Borehole Borehole ist eine generalisierte Klasse für Bohrungen (Bohrung = jeder in den Untergrund unabhängig vom Winkel - gebohrter schmaler Schacht). Die Assoziation logelement zwischen den Klassen Borehole und MappedInterval (kartierter Abschnitt, Abb. 7. dunkelgrün) ermöglicht eine Beschreibung des Bohrlochprofils als Sammlung von Intervallen (MappedInterval). Jedes Interval kann mittels GeologicUnit spezifiziert werden und besitzt eine geologische Geschichte (GeologicEvent). Dies erlaubt die Beschreibung von petrographischen und stratigraphischen Bohrlochprofilen. MappedInterval ist eine besondere Form von MappedFeature. Ihre Gestalt ist ein 1D- Interval und ihr räumliches Referenzsystem (SRS) entspricht dem der Bohrung. Ein MappedInterval ist daher eine Interpretation (petrographische, geophysikalische usw.) der Beobachtungen am originalen Bohrlochprofil. Die Datenspezifikation Geologie umfasst nicht die originalen Beobachtungen, auf denen die Interpretationen beruhen. Die Integration der Originaldaten kann aber mittels der Geologie GeoSciML Erweiterung (siehe Datenspezifikation, Annex D, Geologie-Erweiterungsmodell, S. 286) und der Verwendung der ISO 19156 Oberservation & Measurements (O&M) erfolgen. 3) Wo steht was bezüglich des Themenbereichs Geologie in der Datenspezifikation Geologie (INSPIRE_DS_Geology_v3.0) - Auszug Beschreibung des Geologie-Kernmodells (mit UML-Überblick) S. 21-27 Merkmals-/Klassenkatalog des Kernmodels (mit Attributen) S. 28-36 Codelists mit Werten für das Kernmodell S. 36-39 9
Darstellungsregeln für die Geologie S. 109-125 GeoSciML als Erweiterung des Geologie-Modells (Annex D) S. 286 Eine tabellarische Übersicht in deutscher Sprache über alle im Themenbereich Geologie erwähnten Klassen (Objektarten und Datentypen), Assoziationsrollen, Attribute und den dazugehörigen Codelisten des Kernmodells findet sich in der EU-Verordnung 1253/2013 vom 21. Oktober 2013 (Seite 51-73): http://eur-lex.europa.eu/lexuriserv/lexuriserv.do?uri=oj:l:2013:331:0001:0267:de:pdf. 10