Modellierung und Nutzung von Relationen zwischen Mehrfachrepräsentationen in Geo-Informationssystemen

Abstract

Die wachsende Bedeutung von raumbezogenen Daten in den verschiedensten Anwendungsbereichen hat dazu geführt, dass zahlreiche Firmen und öffentliche Institutionen die Erfassung von Geodaten vorantreiben. Dabei werden ein und dieselben Realweltobjekte häufig mehrfach und aus unterschiedlichen Blickwinkeln erfasst und im Computer gespeichert. Auf diese Weise entstehen widersprüchliche bzw. inkonsistente Repräsentationen eines Objektes der Realwelt, so genannte Mehrfachrepräsentationen.

Sollen diese Mehrfachrepräsentationen innerhalb von offenen Geodateninfrastrukturen, wie beispielsweise der an der Universität Stuttgart entwickelten Nexus-Plattform, bereitgestellt werden, so müssen einerseits die Datenschemas der heterogenen Ausgangsdaten zusammengeführt werden. Andererseits ist es notwendig, die Inkonsistenzen zwischen Mehrfachrepräsentationen adäquat behandeln zu können, um eine gemeinsame Datenverarbeitung zu ermöglichen. Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, einen Beitrag zur Forschung auf diesem Gebiet zu leisten.

Im Verlauf der Untersuchung wird zunächst der Zusammenhang zwischen Interoperabilitätsbestrebungen internationaler und nationaler Institutionen und der Problematik der Mehrfachrepräsentationen aufgezeigt. Anschließend wird die Nexus-Plattform vorgestellt, da sie den Rahmen für die vorliegende Arbeit bildet. Zum Zwecke der Vermittlung von Grundlagen über die Thematik der Mehrfachrepräsentationen erfolgt eine umfassende Begriffsklärung und eine Aufarbeitung des Standes der Forschung.

In der Folge wird eine Vorgehensweise präsentiert, um auf der Basis einer Untersuchung existierender Schemas für Geodaten ein übergeordnetes, globales Schema einer offenen Systemplattform ableiten zu können. Dabei werden auch die Applikationsanforderungen, denen das globale Schema zu genügen hat, berücksichtigt. Darüber hinaus werden Abbildungsregeln aufgestellt, die eine Übertragung von Daten der bestehenden Schemas in das übergeordnete Schema erlauben.

Das grundlegende Konzept dieser Arbeit besteht darin, die innerhalb einer Geodateninfrastruktur auftretenden Mehrfachrepräsentationen über explizite Relationen miteinander zu verknüpfen. Zu diesem Zweck wird ein formales Modell für Relationen zwischen Mehrfachrepräsentationen eingeführt. Anhand von Testdaten werden entsprechende Relationen mit Hilfe eines semi-automatischen Verfahrens generiert. Im Mittelpunkt der Untersuchung steht zum einen, über eine Auswertung der erzeugten Relationen zwischen Mehrfachrepräsentationen eine automatische Ableitung von Korrelationsmaßen für korrespondierende Objektklassen unterschiedlicher Schemas zu ermöglichen. Zum anderen wird nachgewiesen, dass Netzwerkanalysen unter Anwendung des erarbeiteten Relationskonzeptes auf mehrfach repräsentierten Straßendaten möglich sind.

The growing awareness concerning the relevance of spatial information for various fields of application has led to a continuously increasing number of companies and public institutions that are capturing geospatial data from different perspectives on reality. Thus, as a result of the data acquisition process, one and the same real world object is available in inconsistent and conflicting representations, so-called multiple representa-tions, in different spatial databases.

If these multiple representations shall be provided within open geospatial data infrastructures like the Nexus platform that is currently being developed at the University of Stuttgart, the data schemes of the heterogene-ous source data have to be integrated and adequate techniques must be available in order to deal with incon-sistencies of multiple representations in data processing. This work aims at contributing to the research in this domain.

The correlations between efforts of international and national institutions to achieve interoperability in GIS and the problems of multiple representations are identified first. Then, the Nexus platform is introduced since it provides the framework for this study. In order to impart basic knowledge about the problem of multiple representations, a detailed explanation of the term "multiple representations" is given and the current state of research in this field is described.

Subsequently, an approach is presented that allows to derive a global schema for an open infrastructure on the basis of an analysis of existing geospatial schemas and an investigation of the requirements the global schema has to meet. Furthermore, mapping rules are defined in order to transfer data of the available sche-mas into the global schema.

The specific concept of this research is based on the idea of linking multiple representations within a geospa-tial infrastructure by explicit relations. For this purpose a formal model to express the relations between multiple representations is proposed. Then, using a semiautomatic approach, relations between correspond-ing representations are generated for test data sets. In the focus of this work, these relations are on the one hand exploited in order to automatically deduce correlation measures for corresponding object classes of different schemas. On the other hand, it can be shown that a network analysis can be performed on multiple representations of road data if explicit relations between corresponding instances are available.