Presentation and Information Management Server
Rolf Gibbert
GISCO GmbH, Bachstr. 8 88090 Immenstaad
Umweltinformationssysteme
1.2.3 Anforderungen Bürokommunikation
1.2.5.1 Metainformationssystem
1.2.5.3 Kommunikationssystem für den Datenaustausch
1.2.5.5.2 Erläuterung unterschiedlicher Datenhaltung-Strategien
1.2.5.5.2.1 Zentrale Datenhaltung
1.2.5.5.2.2 Verteilte Datenhaltung
1.2.5.5.2.3 Verknüpfung zentraler und verteilter Datenhaltung
1.2.5.5.3 Anforderungen an das Datenhaltungskonzept von IMPROS
1.2.5.5.3.1 Allgemeine Anforderungen
1.2.5.5.3.2 Konsistenz, Geschwindigkeit, Aktualität
1.2.5.5.3.3 Globalität/Lokalität
1.3.1 Geografisches Informationssystem (GIS)
Die heutige Zeit ist geprägt durch das Anfallen einer ständig wachsenden Menge an Informationen. Aus dieser Informationsflut die wesentlichen Informationen herauszufiltern und geeignet aufzubereiten, ist eine wesentliche Anforderung an moderne DV-Systeme. Der Umweltschutz entwickelt sich weltweit zu einem zentralen Thema und ist ein gutes Beispiel für die Informationsflut. Bei vielen politischen Entscheidungen stellt heute die Umweltverträglichkeit ein entscheidendes Kriterium dar. Um eine ausreichende Grundlage für diese Entscheidungen zu bekommen, ist es vor allem für die öffentlichen Verwaltungen von größter Bedeutung, schnell aktuelle, umfassende und zuverlässige Informationen über den Zustand und die Entwicklung der Umwelt zu erhalten. Diese Informationen müssen zum einen einfach abrufbar sein und zum anp21.htmlderen aussagekräftig und fachübergreifend dargestellt werden. Darüber hinaus wird der Aufgabenumfang sowohl quantitativ als auch qualitativ weiter stark anwachsen und es wird immer wichtiger aus der Datenflut die relevanten Informationen zu extrahieren.
Zur Bewältigung dieser Aufgaben ist der Einsatz von DV-Technik in Form eines Informationssystems unerläßlich. Nur mit Hilfe eines modernen Informationssystems wird es in Zukunft möglich sein, die wachsende Zahl an Informationen zu verwalten und die gestellten Aufgaben in vollem Umfang zu erfüllen:
Am Beispiel von IMPROS soll eine mögliche Systemarchitektur vorgestellt werde, die die Integration bzw. Anbindung vorhandener, externer oder am Markt erhältlicher Standardsysteme ermöglich. Ziel von IMPROS ist neben der Schaffung von neuen Funktionalitäten, die Integration von bestehende Systeme und Datenbanken. Hierbei wird besonderer Wert Abbildung des Arbeitsflusses gelegt. IMPROS kann verschiedene Datenbanken verknüpfen.
Abbildung 1
IMPROS besteht aus den folgenden Teilsysteme:
Jedes Teilsystem ist vollständig gekapselt und kann gegen andere Standardsoftware-komponenten ausgetauscht werden.
Abbildung 2: Systemkonzept IMPROS
Die Benutzung des Systems ist speziell an den Bedürfnissen der Führung durch Verwendung einer geeigneten Dialogstruktur ausgerichtet, d.h. sie orientiert sich an deren Aufgabenstellungen und Fragestellungen, ohne DV-Kenntnisse vorauszusetzen. Mit Hilfe der Bedienoberfläche kann der Benutzer sich aus den Menüpunkten die gewünschte Information und Präsentationsform auswählen. Eine mögliche Menüebene könnte die Einteilung in Themenbereiche der Pedosphäre, Atmosphäre, Biosphäre und Hydrosphäre sein. Gleichzeitig mit dieser Menüebene kann der Benutzer sich die nächste Ebene ansehen und seinen Informationswunsch weiter spezifizieren. Dieser Informationswunsch kann das Visualisieren von Bestandsdaten, Zustandsdaten, Stand und Erfolgskontrolle getroffener Maßnahmen oder die Darstellung von Alarmmeldungen sein. Dabei ist es möglich, die Bereiche, aus denen die Informationen abzurufen sind, einzeln oder in Gruppen zu selektieren. Dem Anwender werden die für die jeweilige Fragestellung geeignetste Aufbereitung der Daten und deren Darstellungsform angeboten; denn nur so ist es möglich, sich schnell und ausreichend über den Gefährdungsgrad der Umwelt zu informieren. Hat der Benutzer seinen Informationswunsch ausreichend spezifiziert, so leitet die Bedienoberfläche die Anfrage an das Informationsmangement weiter.
Die Darstellungen sind an jedem Arbeitsplatz verfügbar. Das IMPROS enthält z.B. einen Informationsmanager, der META-Informationen besitzt, d.h. er hat z.B. Kenntnis über den Ort der Speicherung, die Zugriffserlaubnis und die Zugriffsmethode auf die angeforderten Daten. Nach Definition eines Informationsbedarfs, beschafft der Informationsmanager die benötigten Daten aus einer Datei, einer Schnittstelle, einem Prozess oder aus einer Datenbank. Diese Zugriffsmethode bietet sich bei heterogenen Systemen an und würde den externen Arbeitsplätzen den Zugriff auf die verschiedenen Teilsysteme bieten. Zu diesem Zweck würden die Informationen vom Informationsmanager angefordern, und der Graphik-Server würde diese Daten darstellen. Vorteil dieser Lösung ist die Optimierung des Resourcenbedarfes, die Konfigurierbarkeit der Server, die Möglichkeit, auf weitere heterogene Systeme zuzugreifen sowie die volle Graphikfunktionalität an den anfordernden Stellen.
Abbildung 3 IMPROS als Integrationsschale in heterogener Umgebung
Das IMPROS ist mit einer komfortablen graphischen Bedienoberfläche (GUI Graphical User Interface) ausgestattet. Das primäre Eingabemedium ist die Maus. Die Eingabe per Tastatur wird nur benötigt, wenn diese nicht sinnvoll durch die Maus durchführbar ist. Die Bedienung der Oberfläche selbst ist syntaktisch so aufgebaut, daß sie den Benutzer intuitiv zum gewünschten Ziel führt. Hierbei wird der Bediener nicht einfach über die optische oder akustische Meldung einer Fehleingabe in Lernprozesse verwickelt, vielmehr wirkt das System darauf hin, Fehleingaben oder nicht eindeutige Eingaben von vorne herein zu vermeiden. Der Anwender muß, außer in der Startphase, keine Aktionen auf Systemebene vornehmen, d.h. es werden keine Systemkenntnisse des Bedieners vorausgesetzt.
Dabei gibt es zwei Möglichkeiten des Einstiegs die auch benutzerspezifisch eingestellt werden kann:
Der Einstieg für den Bediener erfolgt über die Ebene der Bürokommunikation (BK) mit den Möglichkeiten der Textverarbeitung, Tabellenkalkulation, Postversendung etc. und wird von dort aus weiterge leitet in die Ebene der Visualisierung und Dokumentenverwaltung.
Die erste Menüebene beinhaltet die Visualisierungstools von wo aus dann die Bürokommu nikation und Dokumentenverwaltung aufgerufen werden kann.
Abbildung 4 Einstiegsalternativen
Die graphische Oberfläche von IMPROS hat folgendes Erscheinungsbild:
Abbildung 5 Bedienoberfläche IMPROS
Der Benutzeroberfläche kommt ein hoher Stellenwert zu, da in der Regel die Benutzer keine DV-Fachleute sind. Eine einfache und schnelle Bedienbarkeit ist daher Voraussetzung für eine effektive Nutzung des Systems.
Im folgenden Abschnitt wird eine Möglichkeit der Realisierung beschrieben.
Die Benutzung des Systems soll speziell an den Bedürfnissen der Bediener durch die Verwen dung einer geeigneten Dialogstruktur ausgerichtet werden, d.h. sie orientiert sich an deren Auf gabenstellungen und Fragestellungen und es sind keine DV-Kenntnisse erforderlich. Mit Hilfe der Bedienoberfläche kann der Benutzer sich aus den Menüpunkten die gewünschte Informa tion und Präsentationsform auswählen. Dem Anwender werden die für die jeweilige Fragestel lung vordefinierten Standarddarstellungsform angeboten. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit einer speziellen Darstellung nach Wunsch des Anwenders. Hat der Benutzer seinen Informati onswunsch ausreichend spezifiziert, so leitet die Bedienoberfläche die Anfrage an das Informa tionsmanagement weiter. Das Informationsmanagement recherchiert in der Metadatenbank nach Zugriffsmethode und -ort für die gewünschte Informationen. In der Metadatenbank sind neben der Beschreibung der Daten auch die damit verbundenen Metho den, Auswertungen, Visualisierungen etc. enthalten. Ist der gesuchte Eintrag in der Metada tenbank vorhanden, so wird die Informationsbeschaffung angestoßen.
Abbildung 6 Primas Beispiel Umweltinformationssystem
Der in der obigen Grafik mit View bezeichnete Bereich, dient der Ausgabe von raumbezogenen Daten innerhalb einer Kartendarstellung. Neben diesem immer vorhandenen soge nannten Main-View können zusätzliche Sub-Views eingeblendet werden, die nicht-raum bezo gene Businessgrafiken beinhalten. Ähnlich den Sub-Views können Textfenster mit der Ausgabe von Listen, Protokollen, Tabellen, Registern etc. eingeblendet werden.
Zur Konkretisierung der Darstellung der Bedienoberfläche sollen in diesem Kapitel Möglich kei ten für die Menüstruktur von IMPROS aufgezeigt werden.
Für den überwiegenden Teil der Fälle sind drei Menüebenen ausreichend um einen Informati onswunsch zu spezifizieren, was die Bedienung wesentlich vereinfacht und beschleunigt.
Eine mögliche Menüebene ist zum Beispiel die Einteilung in Themenbereiche der Ortsdosislei stung, Luft, Boden, Wasser, Nahrungsmittel, Modelle, Anlagen und Dosis. Gleichzeitig mit dieser Menüebene kann der Benutzer sich die nächste Ebene ansehen und seinen Informati onswunsch weiter spezifizieren.
Dieser Informationswunsch kann das Visualisieren von Bestandsdaten (z.B. der Meßnetze), Meßdaten (Rohdaten), Rechenwerte (Umrechnungen erzeugte Datensätze (z.B. Zeitkorrektur)), Prognosen oder die Durchführung von Datenvalidierungen sein. Dem Anwender wird die für die jeweilige Fragestellung geeignete Aufbereitung der Daten und deren Darstellungsform angeboten. So ist es möglich schnell und ausreichend Information über die radiologischen Lagen zu erhalten. Bei kartografischen Darstellungen ist eine direkte Selektion in der Karte möglich (z.B. einzelne Meßstationen).
Darüber hinaus wird durch permanent vorhandene Menüpunkte ermöglicht das Programm zu beenden, den Bildschirm zu löschen, einen Ausdruck anzufertigen oder die angefertigte Aus wertung/Darstellung in eine Dokumentation einzubinden. Der Menüpunkt Kartografie erlaubt das ein-/ und ausblenden von geografischen Informationen (z.B. Länder-/ Bezirksgrenzen, Flüsse etc.). Die Darstellungsoptionen erlauben eine individuelle Gestaltung oder Änderung der standardmäßig vorgegebenen Darstellungsart (z.B. Kuchendiagramm statt Balkendiagramm).
Abbildung 7 IMPROS für die Radioaktivitätsüberwachung
Für ein Umweltinformationssystem ist der Daten- und Informationsaustausch mit internen und externen Stellen unabdingbar. Für diesen Zweck werden fünf Anwendungsprogramme zur Verfügung gestellt. IMPROS bedient sich dabei gängiger BK-Systeme. Eine Intergration von Informationsobjekten anderer Anwendungen und Zugriff auf externe Datanbanken ist möglich.
Textverarbeitungsprogramm (WYSIWYG) mit dektop publishing Möglichkeiten. Umfangreiche Filter für alle gängigen Textverarbeitungsprogramme auch auf PC's sind vorhanden. Editor für die Erstellung von HTML-Dokumenten für den internationalen Datenaustausch integriert.
Zeichen- und Graphik-Programm mit Filter für gängige Graphikformate. vorhanden. Texteingabemöglichkeit, Pixel- und Vektoreditor, Farbmanipulation, Skalierung etc. möglich.
Tabellenkalkulationsprogramm zur Datenanalyse und graphischen Darstellung von Daten.
Dokumentenverwaltung zum erstellen, verwalten und versenden von Dokumenten
Mail: Ermöglicht das Versenden und Empfangen von Dokumenten unabhängig von Harwareplattformen, Betriebsystemen und Netzwerken. Kompatibel zu anderer Mail-Software (HP, X.400 ..). Unterstützt das Verwalten von eingehender, ausgehender Post (Postfächer, Verteiler, Meldungen etc.).
Die Einbindung von BK-Produkten in ein UIS, Industriemeßnetz bzw. Überwachungssystem bietet folgende Vorteile:
Abbildung 8 Bürokommunikation
Der Wunsch, Dokumente an alle möglichen Nutzer und Interessenten, unabhängig vom Stand ort und DV-System, austauschen zu können, kann am effektivsten durch eine Dokumenten verwaltung realisiert werden.
Mit der Dokumentenverwaltung werden kartografischen Ausgaben erstellt, die es erlauben die Information stark komprimiert und mit einem Raumbezug darzustellen. Darüber hinaus ist auch die Erstellung von Berichten, Businessgrafikelementen, Tabellen und ergänzenden Texten möglich.
Alle diese Komponenten werden, unabhängig von der Quelle aus der sie stammen, zu einer Ein heit zusammenfaßt. In IMPROS ist ein Modul enthalten, das die Zusammenstellung der Daten zu Dokumenten ermöglicht, diese verwal tet und den Austausch dieser Dokumente mit anderen Systemen erlaubt. Dabei stehen bei der Erstellung der Dokumente gängige Standardformate zur Verfügung. Die Dokumentenverwaltung verwendet HTML.
Die Verwendung von Hypertext setzt sich immer mehr als Standard durch und bietet eine Viel zahl von Verwendungsmöglichkeiten. Es lassen sich beliebig viele Texte, Bilder oder Tabellen auf einfache Art und Weise miteinander verbinden. Der Einstieg in die Dokumentenerstellung erfolgt für den Nutzer im allgemeinen über eine sogenannte Main-Page die in der Regel aus Textteil besteht. Weitere Bestandteile (z.B. grafische Darstellungen) werden als Links bezeich net und sind als hervorgehobener Text oder als Icon gekennzeichnet. Sie können durch Maus-Klick zur Anzeige gebracht werden.
Die Dokumentenverwaltung soll eine vollgrafische Oberfläche besitzen. Hierdurch und durch die Verwendung bildlicher Darstellungen (Icons) wird eine einfache Handhabung auch im inter nationalen Einsatz gewährleistet. Die Anpassung an eine andere Sprache soll ohne großen Auf wand möglich sein.
Die Verwendung von standardisierten Formaten wie GIF, TIF oder PS soll die Öffnung zur PC-Welt ermöglichen. Damit lassen sich die so erstellten Dokumente in jedes Text- oder BK-System (MS Word, Word Perfect, Applix etc.), übernehmen und umgekehrt.
Die Dokumentenverwaltung soll das Versenden und Empfangen von Dokumenten über alle Netzwerke (LAN und WAN) unterstützen. Der Datenaustausch auf der Ebene einer fertigen Auswertung- ob Bild oder Text - bietet den großen Vorteil, daß zwischen Absender und Emp fänger keinerlei Gemeinsamkeiten gefordert sind. Es sind weder identische Kartografie systeme noch gemeinsame Stammdaten oder gar identische Betriebssysteme erforderlich. Lediglich ein sogenannter Viewer und eine „Browser-Software`` (z.B. MOSAIC, IDENT) zur Anzeige des auf der Senderseite erstellten Dokumentes ist beim Emp fänger notwendig.
Eine Möglichkeit des weltweiten Dokumentenaustauschs bietet das WorldWideWeb-System. (WWW) Es besteht aus Servern die über die ganze Welt verteilt und über InterNet vernetzt sind. Dieses System ermöglicht eine weitgehend automatisierte Erstellung, Verwaltung, und Versendung von Dokumenten, weltweit.
Dieses Vorgehen ermöglicht einen universellen Einsatz. Die interaktive Erstellung von Berich ten und Dokumentationen, die aus einer Mischung aus Texten, Grafiken aus PC-Standardpro grammen und Outputs von spezieller Anwendungssoftware bestehen, ist problemlos möglich. Das Anwendungsspektrum läßt sich bis in den Multimediabereich erweitern.
Die großen Datenbestände eines Umweltinformationssytems (UIS) werden einem dynamischen Entwicklungsprozeß unterliegen, der die folgenden Ursachen hat:
Mit Hilfe des Informationsmanagement (IM) kann der Datenbestand eines UIS konsistent und damit in einem benutzbaren Zustand gehalten werden. Die im Informationsmanagement zusammengefaßten Funktionen kontrollieren und regulieren den Datenaustausch zwischen Datenlieferanten und Datennutzern. D.h. das Informationsmanagement sorgt für die Datenbeschaffung bei den Datenlieferanten und die Datenbereitstellung für die Datennutzer. Zur Erfüllung dieser Aufgaben benötigt das Informationsmanagement Informationen über diese ausgetauschten Daten. Diese Informationen werden als Metadaten verwaltet und gepflegt. Sie werden aber auch für Auskünfte über Art, Inhalt und Ort der im UIS vorhandenen Daten zur Verfügung gestellt. Das Informationsmanagement ist also die Zusammenfassung der Funktionen
Datenaustausch, der mit Hilfe eines Kommunikationssystems durchgeführt wird und die Unterfunktionen
Metainformationssystem, das für das Management der Metadaten und die oben erwähnte Auskunftsfunktion zuständig ist und einer
Benutzerverwaltung, die für einen kontrollierten Zugriff auf die Datenbestände im UIS durch alle autorisierten Benutzer sorgt.
Diese Funktionen werden in den folgenden Unterkapiteln näher beschrieben.
Der konsequente Einsatz des Informationsmanagements ist die Voraussetzung zur Erreichung der folgenden Vorteile, die unabdingbar für ein gut funktionierendes und breit akzeptiertes Umweltinformationssystem sind:
Das Informationsmanagement im UIS muß in der Lage sein, die unterschiedlichsten Arten von umweltrelevanter Information zu verwalten und Informationen darüber bereitzustellen. Dazu gehören z.B. neben reinen Meßwerten auch aggregierte Informationen in verschiedenen Ausprägungen. Um die Vielfalt der Informationen zu gliedern und letztendlich anwenderfreundlich zur Verfügung zu stellen, wird das Metainformationssystem als Teilsystem des Informationsmanagement verwendet.
Das Metainformationssystem verwaltet alle Informationen über Informationen. Hierzu gehören u.a. Schemadaten, Integritätsbedingungen, allgemeine Angaben über Zugriffsrechte, Ansprechpartner, Beschreibungen der Daten und Begriffsdefinitionen. Anhand von Metadaten kann die Existenz, der Inhalt und der Ort von Informationssammlungen ermittelt werden. Die Beschaffung der Daten wird ebenfalls durch das Metainformationssystem eingeleitet, indem eine Methodenbeschreibung zur Informationsbeschaffung integriert wird.
Das Informationsmanagement spielt als Schnittstelle zwischen Datenlieferant und Datennutzer eine Schlüsselrolle für den Erfolg des UIS. Dieser Erfolg wird nur zu realisieren sein, wenn die Datennutzer einen einfachen und effizienten Zugriff auf die Informationen im gesamten System haben. Dieser Zielsetzung stehen jedoch folgende Probleme gegenüber. Die Anforderungen des Datennutzers und das Problem, daß nicht alle Daten eines Informationsbestandes durch Dritte interpretierbar sind, müssen berücksichtigt werden. Es ist z.B. durchaus möglich, daß ein Datenherr Daten in seinen Datenbeständen führt, die dem Gesetz zum Schutz personenbezogener Daten (DSG) unterliegen und somit einer Zugriffskontrolle bedürfen.
Die Benutzerverwaltung im UIS soll diesen Aspekt des oben erwähnten Konflikts bearbeiten und die Vertraulichkeit der Informationen aus den Datenquellen sicherstellen. Dazu wird der Benutzerkreis in Gruppen gegliedert, z.B.:
Für diese Benutzergruppen wird der online-Zugriff auf Informationen durch das Informationsmanagement an zentraler Stelle geregelt. Die Benutzerverwaltung stellt durch die eingeschränkte Vergabe von Schreibrechten sicher, daß die Datenbestände nur durch den jeweiligen Datenherrn bearbeitet werden können. Das Mitspracherecht des Datenherrn bei der Vergabe von Zugriffsberechtigungen (Leserechte) muß berücksichtigt werden.
Aufgaben des Kommunikationssystems
Das Metainformationssystem stellt die Grundlagen für das Informationsmanagement zur Verfügung. Die eigentliche Aufgabe des Informationsmanagements ist es jedoch, den notwendigen Datenaustausch zwischen Datenlieferanten und Datennutzern über die Fachabteilungen hinaus zu gewährleisten. Einerseits kommunizieren Datenlieferanten und Informationsmanagement miteinander (Datenbeschaffung), andererseits das Informationsmanagement mit den Datennutzern (Datenbereitstellung).
Abbildung 9 Datenaustausch im IMPROS
Innerhalb des Informationsmanagements wird daher ein Kommunikationssystem für den Datenaustausch bereitgestellt, das direkt in den Prozeß des Informationsaustausches eingebunden ist. Damit liegt die Kontrolle über die Informationsübermittlung bei diesem Teilsystem. Die Aufgabe des Kommunikationssystems ist es, dem Nutzer unabhängig von der physischen Organisation der Daten (z.B. Standort und Zugriffsmethode) eine transparente Benutzersicht auf die im UIS verwalteten Informationen zu ermöglichen.
Der Benutzer des UIS erhält seine Informationen aus dem UIS über das Kommunikationssystem ohne spezifische Kenntnisse der internen Struktur. Alle dafür notwendigen Aktivitäten übernimmt das Kommunikationssystem.
Das UIS enthält Informationen in verschiedenen, teilweise bereits bestehenden Teilkomponenten. Beim Aufbau des Kommunikationssystems muß darauf geachtet werden, daß jederzeit neue Teilkomponenten in das Netzwerk zu integrieren sind.
Aufbau des Kommunikationssystems
Der Aufbau eines Kommunikationssystems soll sich am ISO 7 Schichtenmodell orientieren, wobei die Transportschichten von der Netzwerksystemsoftware abgedeckt werden und nicht angepaßt werden müssen. Durch den hierarchischen Aufbau des Systems und eine klare Trennung der Schichten wird eine Modularisierung erreicht, durch die das Kommunikationssystem einfach an kommende Informationsquellen adaptiert werden kann.
Bei der Entwicklung des UIS sollen vorhandene Datenquellen aus ökonomischen Gründen in ihrer Datenstruktur nicht verändert werden. Die Quellen müssen ihre Information aber in einer Form zur Verfügung stellen, die eine Übernahme in das Anwenderdatenmodell erlaubt. Man kann sich das Kommunikationssystem in diesem Fall als eine Art Filter vorstellen, das beim Informationsaustausch Daten von einem Datenmodell ins andere überträgt.
Der Ablauf einer Informationsbereitstellung im UIS läßt sich wie folgt grob skizzieren:
Der Anforderer formuliert seinen Informationsbedarf an das UIS gemäß den vom Informationsmanagement definierten Standards und Regeln.
Damit die Anforderungen vom Informationsmanagement bearbeitet werden können, werden vom Kommunikationssystem definierte Dienste zur Verfügung gestellt. Mit Hilfe dieser Dienste werden die Anforderungen ans Informationsmanagement übertragen.
Diese Informationsanforderungen führen dann zu einer ersten Recherche im Metainformationssystem des UIS. Das Ergebnis der Recherche ist die Entscheidung, ob die gewünschten Informationen online zur Verfügung gestellt werden können oder nicht. Wenn ein online-Zugriff auf die gewünschten Informationen möglich ist, können Verbindungsaufbau und Informationstransfer automatisch erfolgen. Wenn dies nicht der Fall ist, liefert das Metainformationssystem eine Auskunft über den Standort bzw. die Standorte der gewünschten Information, die Zugriffsmethode darauf und soweit vorhanden über das Angebot von vorhandenen Auswertungen (z.B. validierte Stundenwerte von-bis) und der Datentransfer muß offline durchgeführt werden.
Nach dem Start des IMPROS wird automatisch eine Gruppe von geographischen Ebenen (Layer) eingeblendet. Diese Ebenen sind immer vorhanden und können bei Bedarf durch eine Reihe weiterer Ebenen ergänzt werden.
Der Anwender wählt zunächst mit Hilfe der Auswahl-Buttons im oberen Rahmen einen der Fachbereiche aus. Die möglichen Auswahlpunkte lehnen sich an die allgemein vorhandenen Organisationsstrukturen an. An dieser Stelle ist zu vermerken, daß die Auswahlstrukturen prinzipiell so gehalten sind, daß sie ohne größeren Aufwand speziellen Anforderungen angepaßt werden können.
Eine Beispielapplikation könnte folgende Auswahl bieten:
Abbildung 10 Fachbereiche im IMPROS am Beispiel Umweltinformationssystem
Nachdem der Benutzer einen der Fachbereiche selektiert hat, wird das Button-Menü im linken Rahmen aktiv, so daß hier eine Auswahl (Informationsgruppe) getroffen werden kann. Die Auswahlmöglichkeiten sind hierbei kontextabhängig.
Es kann zwischen folgenden Informationsgruppen gewählt werden:
Bestand
Mit dieser Auswahl kann sich der Benutzer den Bestand an relevanten Ressourcen anzeigen lassen
Zustand
Die Menüauswahl 'Zustand' gestattet dem Anwender die Darstellung der Beschaffenheit eines Bestandes
Entscheidungen
Diese Selektion erlaubt die Nutzung von Entscheidungshilfen, die z.B. durch eine Multi kriterienanalyse bereitgestellt werden. Eine derartige Analyse gestattet es, das vorhandene Datenmaterial zur Entscheidungsfindung zu nutzen, wobei der Anwender lediglich Randbedingungen bereitzustellen hat. Die Multikriterienanalyse eignet sich z.B. zur
Maßnahmen
Mit der Wahl dieser Option ist es möglich, Informationen über bereits eingeleitete Maßnahmen einzuholen. Der Benutzer kann durch Betrachtung von Tendenzen der betreffenden Meßwerte die Wirkung einer Maßnahme beurteilen.
Prognosen
Der Punkt 'Prognosen' gestattet dem Anwender zukünftige Entwicklungen bzw. Gefährdungen abzusehen und entsprechende Prioritäten im Handlungsbedarf zu setzen. Beispiele hierfür sind:
Alarmmeldungen
Hiermit ist es möglich, nähere Informationen über eine Alarmmeldung zu erhalten. Diese Meldung wird aufgrund des aktuellen Datenmaterials und der zugehörigen Grenzwerte vom System selbst generiert. Als Beispiel sind folgende Alarmindikatoren zu nennen:
Register
Im Menüpunkt 'Register' ist es möglich, vorwiegend textuelle Fachinformationen einzuholen, die in einem eigenen Fenster eingeblendet werden. Dies können z.B. folgende Informationen sein:
Nachdem eine Auswahl getroffen wurde, erscheint ein weiteres, diesmal kontextabhängiges Menü innerhalb einer Scroll-Liste, in dem der Anwender bereits die konkret darzustellenden Informationen auswählen kann.
Dieser Auswahl- und Darstellungsvorgang kann beliebig oft, auch mit unterschiedlichen Fachbereichen vorgenommen werden. Das Löschen der dargestellten Informationen wird vom Anwender durchgeführt.
Aufgrund der Tatsache, daß die Darstellungen nicht beim Wechsel in einen anderen Fachbereich gelöscht werden, kann der Benutzer jede verfügbare Darstellung mit anderen Darstellungen verknüpfen. Auf diese Weise erhält er die Möglichkeit, alle vorhandenen Daten auf einer gemeinsamen geographischen Basis zu "verschneiden".
Beim Aufbau eines komplexen Systems wie einem Umweltinformationssystem, tauchen u.a. folgende Pro bleme auf:
die Konsistenz der Daten muß gewährleistet sein (z.B. redundanzfreie Stammdatenhaltung)
die Daten sollen möglichst aktuell sein
die Geschwindigkeit mit der auf Daten zugegriffen werden kann soll möglichst gering sein
Diese z.T. widersprüchlichen Ansprüche an das System zu optimieren, erfordert ein Konzept bei der Datenhaltung.
Das Datenhaltungskonzept bildet die Grundlage für eine verbesserte Verfügbarkeit von Daten durch raschen Zugriff, hohe Aktualität und besseren Zugang durch das Informa tionsmanagementsystem.
Die Vorteile der Zentralisierung der Datenhaltung liegen in der schnellen Ver arbeitung der Daten und einer optimalen Gewinnung der gewünschten Informationen. Dies wird weiterhin durch die Zentralisierung der Auswertungsprogramme unterstützt.
Ein einheitliches Datenmodell ist möglich und es können Programme und Daten zentral gepflegt und verwaltet werden. Die Bedürfnisse aller Nutzer des Systems an Daten und Aus wertungs programmen werden gleichmäßig berücksichtigt. Die Konsistenz und Validität der Daten kann einfacher als durch eine verteilte Lösung gewährleistet werden.
Die Datensicherheit kann durch eine Backup-Funktion einfach realisiert werden.
Weitere Nachteile dieser Lösung liegen in der notwendigen Homogenität des Systemkonzeptes und Systemkonfiguration und in der mangelnden Flexibilität bei Hardwareerweiterungen und bei Änderungen der funktionalen Anforderungen. Die vorhandenen Investitionen können nicht geschützt werden. Die Anwendungsprogramme sowie die Aktualität und die Aufgabenbezo genheit der Daten entsprechen nicht immer optimal den Bedürfnissen aller Benutzer.
Die Verteilung der Datenhaltung erlaubt eine flexible Verarbeitung der Daten und eine opti male Anpassung der gewünschten Informationen an die Bedürfnisse der Endbenutzer.
Außerdem werden Programme und Daten dort gepflegt und verwaltet, wo sie angewendet wer den. Die Anwendungsprogramme können schnell an die Bedürfnisse der Endbenutzer angepaßt werden. Das System ist sehr flexibel und erlaubt eine Anpassung des Systems an gestiegene Anforderungen durch die Einbindung von weiteren Komponenten im Netz.
Die Nachteile dieser Lösung liegen in der möglichen Heterogenität des Systemkonzeptes und der Systemkonfiguration. Außerdem sind die Realisierung und der Betrieb des Systems gegen über der zentralen Datenhaltung wesentlich komplexer. Die Koordination und Synchronisation der Datenanforderungen und Datenverteilung über das Netz benötigen einen erhöhten Auf wand für die Konzeption und die Abwicklung des Informationssystems. Die Daten- und Programmpflege muß außerdem durch durchdachte Organisationsmaß nahmen unterstützt werden
Um die Vorteile der beiden genannten Lösungen auszuschöpfen und die Nachteile auszuschlie ßen, wird bei vielen umfangreichen EDV-Projekten eine Kombination von Zentralisierung und Verteilung der Datenhaltung vorgenommen.
Die Daten, die von mehreren Benutzern gebraucht werden (z.B. Stammdaten), werden zentral gehalten und gepflegt. Diese Daten werden nach Bedarf über das Netzwerk an die lokalen Arbeitsplätze übertragen.
Die Daten, die meistens vor Ort verwaltet und benutzt werden, werden dezentral in den lokalen Arbeitsplätzen/Servern gespeichert und gepflegt.
Die Komplexität und der Realisierungsaufwand des Systems entsprechen denen der verteilten Datenhaltung. Man gewinnt hiermit eine gute Funktionalität, eine gute Datensicherheit und Datenpflege ohne auf die Vorteile der Zentralisierung und der Verteilung verzichten zu müssen.
Die Menge und Komplexität der Datenbestände die zur Wahrnehmung der Aufgaben eines UIS erforderlich sind, sind schon jetzt sehr groß und werden weiter anstei gen. Um die Zusammenführung aller relevanten Informatio nen zu erreichen, ist eine Einbeziehung vorhandener Datenbestände und die koordinierte Erwei terung um neue Datenbestände erforderlich und muß von einem Informationsmanage ment unter Nutzung eines geeigneten Datenhaltungskonzeptes unterstützt werden.
Das Datenhaltungskonzept muß sich an diesen vielfältigen Anforderungen ausrichten. Um die Vielfalt der Anforderungen zu gliedern, werden im folgende verschiedene Kategorisierungen vorgenommen. Daraus werden in einem späteren Kapitel dann die Konsequenzen bezüglich der Lösungskonzeption für die Datenhaltung gezogen.
Aus den Anforderung an die Daten aus den verschiedenen Nutzungsarten ergeben sich drei konkurrierende Merkmale, die in der Realisierung der Datenhaltung berücksichtigt werden müs sen:
Diese Konflikte treten beispielsweise bei Änderungen von Datenbeständen, der Validierung von Daten, dem Einsatz von Modellen, dem Zugriff auf Datenbestände externer Datenbanken auf.
Die Konsistenz fordert, daß identische Sachverhalte überall und jederzeit im System durch die gleichen Daten und Datenstrukturen beschrieben werden. Konsistenz wird gefährdet durch redundante Datenhaltung und unkoordiniertes Einführen neuer Datenbestände, die nicht ins globale Datenmodell eingepaßt sind.
Die Geschwindigkeit beschreibt die Antwortzeit des Systems, mit der angefragte Daten geliefert werden. Die Geschwindigkeit wird beeinträchtigt, wenn der Zugriff auf die Daten über viele Zwischensysteme (z.B. Netzwerke, Serverrechner, Managementsysteme) erfol gen muß.
Die Aktualität beschreibt den Zeitabstand zwischen der Erhebung/Erfassung von Daten und ihrer Verfügbarkeit in System. Die Aktualität der Daten geht verloren, wenn kein On-line-Zugriff auf die Originaldaten möglich ist.
Eine Bevorzugung eines dieser Merkmale im Datenhaltungskonzept geht immer zu Lasten der anderen. Je nach Datenart und Nutzungskategorie sind die Merkmale von unterschiedlicher Bedeutung. Daraus ergibt sich die Anforderung an eine flexible Strategie für die Datenhaltung, die den jeweiligen Erfordernissen angepaßt sein muß.
Abbildung 11 Konsistenz, Geschwindigkeit, Aktualität
Konsistenz kann durch zentrale Datenhaltung und Vermeidung von Redundanz erreicht werden. Ist Redundanz aber z.B. aus Geschwindigkeitsgründen zwingend erforderlich, so sind entsprechende Kontrollmechanismen und Update-Prozeduren vorzusehen.
Die Geschwindigkeit wird durch lokale Verfügbarkeit häufig benutzter Daten und durch Rechenkapazität am Arbeitsplatz, d.h. durch Verteilung von Anwendungsprogrammen erhöht. Wenn Zugriffe über Netzwerk auf größere Datenmengen häufig notwendig sind, so muß das Netzwerk entsprechend leistungsfähig ausgelegt sein.
On-line-Vernetzung ist zur Aktualität unabdingbar. Erfordern die Daten vor ihrer Bereit stellung aufwendige Verarbeitung, so muß die entsprechende Rechenkapazität verfügbar sein.
Bei der Planung von IMPROS müssen diese konkurrierenden Kriterien optimiert werden. Fol gende Wege sind dabei möglich:
Die Konkurrenz zwischen Konsistenz und Aktualität wird durch eine verteilte Datenhal tung reduziert, wenn nur Originaldaten gelesen und verändert werden.
Die Konkurrenz zwischen Konsistenz und Geschwindigkeit wird verringert, wenn lokale Datenkopien bestehen, die auf das Original aktualisiert werden und das System nur auf frei gegebenen Kopien arbeitet.
Die Konkurrenz zwischen Aktualität und Geschwindigkeit wird herabgesetzt, wenn neue oder geänderte Daten direkt an den Anwender geschickt werden.
Eine zweite Kategorisierung ergibt sich hinsichtlich der Globalität bzw. Lokalität der Datenbe stände.
Globale Datenbestände sind solche, die von vielen unterschiedlichen Nutzern an verschie denen Standorten verwendet werden. Dabei kann es sich um solche handeln, die zentral erhoben bzw. bereitgestellt werden (z.B. allgemeine oder geografische Hintergrunddaten) oder aber um solche die dezentral entstehen, aber von allgemeinem Interesse sind (z.B. Analyseergebnisse, Berichtsdaten).
Lokale Datenbestände sind typischerweise anwendungs- und fachspezifische Daten, die i.a. auch von den Anwendern dezentral gepflegt und verwaltet werden.
Als drittes ist schließlich die Kategorisierung der Daten gemäß ihrer Veränderlichkeit bzw. ihrer Entstehungshäufigkeit von Bedeutung für das Datenhaltungskonzept und dabei insbeson ders für das Datensicherheitskonzept. Bezüglich ihrer Dynamik unter scheiden sich die Daten in folgender Weise:
statische Daten:
Diese Daten werden nur einmal im System erzeugt und fast nie aktualisiert. Sie sind daher nur für Lesevorgänge abrufbar. Sie werden im allgemeinen zentral gespeichert und verwal tet. Es sind häufig sehr große Datenmengen, wie z.B. geografische Hintergrunddaten. Sie werden aus Effizienzgründen (Geschwindigkeit) zum Teil redundant am Ort der Verwen dung gespeichert, um das Netz von Datentransfer zu entlasten.
schwach dynamische Daten:
Diese Daten werden selten geändert bzw. aktualisiert. Sie werden lokal, d.h. am Ort der Verarbeitung gespeichert und verwaltet. Es sind z.B. Kataster oder Anlageninformationen. Um sie effektiv und konsistent im Gesamtsystem verfügbar zu machen, können sie eben falls zentral gespeichert werden. Wenn jedoch eine Datenänderung vorgenommen wird, muß eine Update-Prozedur gestartet werden, d.h. die lokal geänderten Daten müssen unmit telbar danach auch in der zentralen Ablage aktualisiert werden, um die Datenkonsi stenz im Gesamtsystem zu bewahren.
stark dynamische Daten:
Diese Daten entstehen häufig oder werden oft aktualisiert. Sie werden nur lokal, d.h. am Ort der Verarbeitung gespeichert und verwaltet. es sind dies z.B. die Umweltmeßwerte.
Abbildung 12 Dynamik der Daten
Die Daten werden dort gepflegt, wo sie erhoben werden; diese Pflege beinhaltet die Prüfung auf Güte und Validität. Die Datenpflege muß durch Organisationsrichtlinien und -maßnahmen unterstützt werden.
Daten werden mittels sogenannten Visualisierungstools in Form von Grafiken, Tabellen etc. dargestellt. Um diese Darstellungsformen jeweils den neuesten Entwicklungen und einem geän derten Bedarf anpassen zu können, sollen Datenschnittstellen für diese Tools vorgesehen wer den.
Als Tools können: Bürokommunikation (BK), Geografisches Informationssy stem (GIS), Business Grafik (BG), etc. zum Einsatz kommen. Um komplexe Sachverhalte zu visualisieren, können bei der richtigen Wahl des Tools die jeweiligen Stärken genutzt und deren Schwächen vermieden werden. Also immer dort wo eine übersichtliche Gesamtdarstel lung gefordert und möglich ist, wird die Darstellung mit geografischem Bezug zum Zuge kommen, wohingegen bei Detaildarstellungen (z.B. Zeitverläufe, Spektren) der Einsatz von Businessgrafik vorteilhafter ist. Damit können auch bewährte Darstellungsformen realisiert werden.
Aufgrund der Bedeutung eines Geografischen Informationssystems für die Visualisierung von Radioaktivitätsdaten sollen im folgenden Kapitel die Grundzüge eines solchen Systems erläu tert werden.
Abbildung 13 IMPROS als betriebliches Umweltinformationssystem
Ein Geografisches Informationssystem für IMPROS muß in die bestehenden oder zu entwickelnden Anwendungen bzw. Komponenten voll inte grierbar sein. Darüber hinaus muß das GIS interaktiv einsetzbar sein und eine Verbindung zwischen Applikation und interaktivem System über eine geografi sche Daten bank besitzen.
Viele Institutionen, die Daten und Informationen auswerten sowie Karten erzeugen und nut zen, müssen dazu geografische Informationen verwalten, verarbeiten, interpretieren und dar stellen. Der Einsatz eines GIS ist wegen des Umfangs der Daten, den komplexen Verarbeitungsprozessen und der Reproduzierbarkeit der mit dem Geografischen Informations systems gewonnenen Informationen unumgänglich. Dieses GIS muß die folgenden Aufgaben unterstützen:
die Aufnahme von Geometrie und Topologie mit zugehörigen Informationen (Attributen)
die Verwaltung und Pflege von Datenbeständen
die Harmonisierung von Daten unterschiedlicher Herkunft mittels Maßstabs- und Koordi natentransformation
die Überlagerung bzw. das Zusammenzeichnen von Karten oder Kartenauszügen, die logi sche Verknüpfung von Karteninhalten (z.B. die Verschneidung von Strukturen, Inter pola tion zwischen Punkt- und Linieninformationen in die Fläche)
Modelle zur Dateninterpretation, Ausbreitungsrechnung, Abbildung von Teilbereichen des Naturhaushalts und zur deskriptiven Raumstatistik
die flexible Gestaltung der Darstellungen von Eingangsdaten und Ergebnissen, insbesondere der Herstellung von thematischen Karten
die Unterstützung von raumbezogenen Planungen mit hoher informativer Verflechtung.
Die Leistungsfähigkeit des GIS sollte so bemessen sein, daß spürbare Grenzen nur durch die physische Speicherkapazität gesetzt werden. Darüber hinaus sollte sich das Antwortzeitverhal ten bei großen Datenbeständen, wie sie für ein landesweites Informationssystem zu erwarten sind, nicht spürbar verschlechtern. Da die Ausgangsinformationen sowohl in Raster- als auch in Vektordaten vorliegen, muß das GIS beide Verarbeitungsmodi enthalten.
Das Vektorsystem des Geografischen Informationssystems benötigt folgende Funktionen:
Mit dem Rasterzellenprozessor werden die komplexen Analyse- und Verarbeitungsschritte, die in vielen Aufgabenstellungen (z.B. Modellrechnungen) zunehmend an Bedeutung gewin nen, unterstützt. Folgende Funktionalitäten müssen dafür zur Verfügung stehen:
Sachdatenkomponente
In thematischen Karten werden Sachdaten (Meßdaten, Bewegungsdaten usw.) aus relationalen Datenbanken raumbezogen (in Verbindung mit Vektordaten) dargestellt. Da häufig raumbezo gene Daten zusammen mit nicht raumbezogenen Daten darzustellen sind, muß in einem Geo grafischen Informationssystem eine Business-Grafik-Komponente vorhanden sein. Mit Hilfe dieser Komponente ist es auch möglich, detaillierte Darstellungen von Daten mit Ortsbezug zu erzeugen (z.B. Meßdaten von Meßstellen als X-Y-Diagramme in der Karte).
Folgende Funktionalitäten müssen darüber hinaus verfügbar sein:
Die Sachdaten werden mit Raumbezug folgendermaßen dargestellt:
und ohne Raumbezug als:
Der in der obigen Grafik mit View bezeichnete Bereich, dient der Ausgabe von raumbezogenen Radioaktivitätsdaten innerhalb einer Kartendarstellung. Neben diesem immer vorhandenen soge nannten Main-View können zusätzliche Sub-Views eingeblendet werden, die nicht-raum bezo gene Businessgrafiken beinhalten. Ähnlich den Sub-Views können Textfenster mit der Ausgabe von Listen, Protokollen, Tabellen, Registern etc. eingeblendet werden.
Ein gut funktionierendes Hilfesystem ist neben der Benutzeroberfläche ein weiterer wichtiger Baustein für ein benutzerfreundliches System. Damit soll vermieden werden, daß der Nutzer Zeit und Energie verschwendet.
Mit dem Hilfesystem stehen dem Nutzer außer den Hilfs- und Hinweistexten zu allen wichtigen Themenkomplexen auch eine Reihe von Funktionstasten (z.B. Help-Taste, Menü-Abbruch-Taste usw.) zur Verfügung. Diese erleichtern und beschleunigen das Auffinden der richtigen Hilfeinformation bzw. das Zurücksetzen des Systems in eine definierte Ausgangslage bei z.B. falscher Eingabe oder Menüauswahl.
Das Hilfesystem ist kontextsensitiv. D.h. es wird der Hilfetext angezeigt der zu der in Arbeit befindlichen Funktionen oder aktuellen Menüoptionen etc. gehört. Damit entfällt eine zeitaufwendige Suche nach dem aktuell benötigten Hilfetext. Darüber hinaus gibt es Verknüp fungen durch entsprechende Links unter den einzelnen Stichworten mit der Möglichkeit zur Einbeziehung von grafischen Veranschaulichung. Damit wird ermög licht aus einem aktuellen Hilfetext heraus den Hilfetext zu einem anderen, im Zusammenhang interessierenden Stichwort zu erhalten. Das ganze System wird durch ein Stichwortverzeichnis und eine Such funktion leicht bedienbar.
Ein Hilfesystem basierend auf der Sprache HTML (Hypertext Markup Language) erfüllt die obigen Anforderungen. Unabhängig von Hardware und Betriebssystem kann der Hilfetext auf dem Bildschirm (Viewer) mittels „Browser``-Programmen angezeigt werden. Die Browser-Software MOSAIC ist die z.Zt. am weitesten verbreitete Software zur grafischen Anzeige von HTML-Doku menten.
Bei einem über das ganze Land verteilten Netz von Meßstellen und Systemen, die für IMPROS als Datenlieferanten dienen, ist eine schnelle Erkennung und Benachrichtigung von Meß wertüber schreitungen, Systemausfällen oder Störungen schwierig. Eine übersichtliche Darstel lung der räumlichen und zeitlichen Abfolge von Alarmmeldungen wäre wünschenswert, da die schnelle Erkennung von Alarmen raschere Handlungsmöglichkeiten und eine verbesserte Lageeinschät zung ermöglichen.
Die folgende Beschreibung kann als Anforderungskatalog für eine integrierte Alarmierung in IMPROS dienen:
Bei Meßnetzen werden bei folgenden Ereignissen die betroffenen Meßstellen in einer nach Ereigniskategorien vorgenommenen Farbabstufung angezeigt und mit einem Meldetext verse hen. Der Meldetext enthält detaillierte Informationen über die Meßstelle, Ort der Messung, Art der Messung, Zeitpunkt, Kriterium aufgrund dessen eine Alarmmeldung erging etc.:
Die jeweiligen Meldungen werden nach Durchlaufen einer Filterfunktion je nach Dringlichkeit in unterschiedlichen Farben dargestellt. Es ist sowohl eine grafische Darstellung mit Raumbe zug als auch eine chronologische tabellarische Form mit Textinformation möglich.
Die Meldung erfolgt automatisch und wird je nach Dringlichkeitsstufe sofort in der obersten Menüebene signalisiert. Die Abfolge der Meldungen mit allen Informationen wird in einer zen tralen Datenbank abgelegt. Damit ist eine genaue Rückverfolgung und Analyse der Ereignisse möglich.
Die Nutzung moderner Informations- und Kommunikationssysteme zur Bewältigung der wachsenden Informationsflut sollte bei der Entwicklung neuer EDV-Systeme das Ziel sein. Da die Informationsflut letztendlich nur durch Selektion, Aggregation und graphische Aufbereitung beherrscht werden kann, sollten genau diese Aufgaben durch Informationssysteme unterstützt werden. Durch den sinnvollen Einsatz eines solchen Instrumentes sollte es dann möglich sein, nicht nur Daten zu verwalten und darzustellen, sondern sie zu nutzen, die richtigen Schlußfolgerungen und Entscheidungen zur Erreichung der Ziele abzuleiten.