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1. VZ a zesuazeq Jegn Bunsays ads Hes6unyeyuazeq aanu Zjesuesuopejnung di aqn yenuswalduw ZS luayepaepunyag uayepsewiid sid wwe osdyyeig uonenyreyuaaqe L y lt iqiesyospser Bunyeyusjeq yz nu snwsiueysawsuoeyiunwwoy Bn zy M oO OW wwes ondsy H sne uaJeg Jyosne Spow SuoNEINWIS sayaubaju weIs spJ3 11SpoweL 4 oa pyenuaseidal yalBesayul oul 1lepousuoyeinuis Ad jasemyospsepue s asemyosjenplalpuy wweibolg yarzlalaje WZ 40q q oupueze 40q q ynejsuonejnus 4 jne paiseq oa sAjeuy s uq Bs suogenws Dog Ol elo quassasaju aseyds yueiaja juss nossay habe uysbunpieyasjug 40q q a pryssuogejnung aqtayag 1apow 4 nz 11oya osAjeuesjeyagisuas 4 younp Hyny Uaieueuuetdut Mepom Dora ssAjeuejjapoyy Veto uelepou osAjeuesyaysay
2. Abbildung 5 29 Schnittstellen der Komponente zur Geodatenverarbeitung 5 2 7 3 Daten Spezifikation Die Spezifikation der unterstiitzten Datenmodelle sollte sich an den eingesetz ten Klassen der Datenzugriffskomponente orientieren und wird an dieser Stelle nicht weiter ausgebaut 5 2 8 Datenverarbeitung 5 2 8 1 Komponenten Abgrenzung In einem SISA gibt es Funktionen die unabh ngig von einem konkreten Pro jekt realisiert und innerhalb verschiedener Systeme eingesetzt werden k nnen die im vorigen Unterabschnitt 5 2 7 Seite 138 erw hnten Dienste zur Verar beitung von Geodaten sind wichtige Vertreter dieser Funktionen Neben den Funktionen zur Bearbeitung geographischer Daten gibt es weitere Funktionen die im Rahmen eines SISA oft ben tigt werden Als Beispiele seien die Erzeu gung von Zufallszahlen die bei Simulationen oft eine wichtige Rolle spielt s z B Bratley u a 1987 Grams 1992 Steinhausen 1994 oder die Interpolati on und numerische Integration von Werten s z B Bossel 1994 Grams 1992 Liebl 1995 genannt Die Berechnung statistischer Daten Minimal Maximal Mittelwert Standardabweichung etc f llt ebenfalls in die Kategorie oft ben tigter Funktionen insbesondere zur Ergebnisanalyse Zusammen mit den Diensten zur Geodatenverarbeitung k nnen derartige Shared Funktionen als shared processing services im Sinne der Dienste Architektur vice des OpenGIS ISO DIS 19119 angesehen werden vgl
3. use results stress GlsStressType stress stress securityModel gt getStress region year GlsWater 3 susceptibility GlsSusceptibilityType sus sus securityModel gt getSusceptibility region year GlsWater crisis signal GlsCrisisType crisisSignal crisisSignal securityModel gt getCrisisSignal region year GlsWater affected population GlsPopulationType pop potentially affected population D 5 SIMULATIONSSYSTEM 255 pop securityModel gt getPotentiallyAffectedPopulation region year GlsWater crisis occurence GlsCrisisType crisisOccurence crisisOccurence securityModel gt getOccuredCrisis region year GlsWater actually affected populaton pop securityModel gt getActuallyAffectedPopulation region year GlsWater crisis domain remark string remark remark securityModel gt getCrisisDomainRemark region year GlsWater a else results not yet available generate new dataset securityModel gt generateDataSet simRunURN 4 ana es aye EE Unter Punkt 1 wird zun chst eine neue Sicherheitsmodell Instanz erzeugt Im Anschluss wird gepr ft ob f r einen bestimmten Simulationslauf simRun Name bereits Ergebnisse berechnet wurden 2 Liegen die Ergebnisse bereits vor k nnen diese direkt ber die Operationen zum Datenzugriff getStress getSusceptibility etc verwendet werden 3 Lie
4. Models Base Information Base ANALYSIS SUPPORT SYSTEM Abbildung 3 1 Architektur des Systems GLOBESIGHT Erkl rungen finden sich im Text Quelle der Abbildung http genie cwru edu globesight htm Functionalities Base Issues Base 3 1 INTEGRIERTE MODELLE 31 GLOBESIGHT verfolgt einen interaktiven Ansatz und erm glicht es z B im Rahmen von Workshops Planspiele durchzuf hren Szenarien werden da bei nicht zu Beginn der Simulation sondern interaktiv bestimmt nach einer kurzen Simulation erfolgt eine R ckfrage bei den anwesenden Experten Diese Vorgehensweise erlaubt es Entscheidungstr ger mit in den Erzeugungsprozess von Simulationsergebnissen einzubeziehen Aufgrund fehlender Gesamtbeschreibungen integrierter Modelle bzw SI SAs wird im Folgenden auf Ver ffentlichungen ber die Struktur von Frame works und Entwicklungsumgebungen zur ckgegriffen 3 1 3 Frameworks Object Modeling System OMS Das Object Modeling System OMS Busch u a 2002 ist ein Framework zur interaktiven Entwicklung und Anwendung dynamischer Simulationsmodel le Das System ist eine Gemeinschaftsentwicklung vom U S Geological Sur vey USGS dem U S Department of Agriculture USDA und der Friedrich Schiller Universit t in Jena OMS ist modular aufgebaut s Abb 3 2 Seite 32 die Funktionen zur Ab bildung des konzeptionellen Modells sind getrennt von den so genannten Ba sisfunktionen
5. 34 OpenGIS Simple Features Specification for OLE COM 1 1 und OpenGIS Simple Featu res Specification for SQL 1 1 35 Startseite im Internet http www esri com 36Startseite im Internet http www sisostds org 37Startseite im Internet http www omg org 38Startseite im Internet http www din de 3 2 STANDARDS 47 Betrieb besch ftigen Alle Spezifikationen des IETF werden im Internet als so genannte Requests for Comments RFCs ver ffentlicht Zu den wichtigen Standards geh rt z B der RFC 791 der das Internet Protokoll spezifiziert Im Rahmen der Realisierung der SISA Architektur Kapitel 5 Seite 95 bekommen weitere RFCs eine besondere Bedeutung Weitere Informationen zum Thema Interoperabilit t und Normung finden sich bei Bartelme 2000 Eine bersicht ber Standardisierungs Organisatio nen im Bereich der Geoinformation gibt Carson 2000 3 2 2 High Level Architecture HLA Die High Level Architecture HLA Kuhl u a 1999 ist eine Architektur zur Verbindung von interagierenden Teilmodellen zu Gesamtmodellen und verfolgt das Ziel die Interoperabilit t von Simulationsmodellen zu erh hen Entwi ckelt im milit rischen Umfeld halt die Architektur zunehmend im zivilen Bereich Einzug s z B Schulze u a 1999 und wurde im Jahr 2000 zum IEEE Standard IEEE 2000a Die grundlegenden Elemente der HLA sind die so genannten Federates und Federations ein Federate ist eine Anwendung die sich an einer
6. interface ISimRunManager createSpecification getSetting copySpecification validateSpecification addSetting setModelSettingsSpecification Abbildung 5 21 Schnittstellen des Simulationslaufmanagers Der Simulations laufmanager Simulation Run Manager bietet eine Schnittstelle zur Verwal tung von Simulationslauf Spezifikationen an ISimRunManager sowie eine Schnittstelle zur Abfrage der Werte von Modelleinstellungen und der Validie rung von Spezifikationen ISimRunSpecification 5 2 4 3 Daten Spezifikation Abbildung 5 22 zeigt die bereits in Abb 5 20 Seite 129 skizzierten Zusam menh nge zwischen Simulationsmodell Modelleinstellungen und Simulations l ufen in Form eines Klassen Diagramms F r die Zuordnung von Daten und Ressourcen Referenzen zu Simulationsl ufen m ssen nicht alle Klassen durch entsprechende Datenstrukturen repr sentiert werden eine Zuordnung des Si mulationslaufes zu einer Simulationslauf Spezifikation und die Angabe der zugeh rigen Wertzuweisungen reicht zur Erf llung der Aufgabe des Simula 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 131 tionslaufmanagers aus Die entsprechenden Klassen hierzu finden sich in Abb 5 23 Seite 132 Eine Klasse zur Speicherung der Struktur von Modelleinstel lungss tzen ist ebenfalls in Abb 5 23 zu finden Da die Speicherung und Verar beitung dieser Strukturinformationen von System zu System sehr unterschied lich realisiert werden kann
7. nachvollziehbar Die Interoperabilit t also die Eignung mit anderen Systemen zusammenzu wirken spielt aufgrund der Komplexit t und der Umgebungsbedingungen bei der Erstellung und dem Einsatz des Gesamtsystems eine wichtige Rolle Die Produktqualit t sollte diesbez glich daher sehr gut sein Das Teilmerkmal der Ordnungsm igkeit beschreibt die Erf llung anwendungsspezifischer Normen und Vereinbarungen Auch wenn es f r die in Kapitel 72 Seite 87 angef hrten wichtigsten Daten des SISA keine Bestimmungen gibt sollte bei der Auswahl der Produktdaten darauf geachtet werden dass es sich um allgemein akzep tierte Daten handelt Hierzu z hlen z B Angaben der Weltbank und der Ver einten Nationen oder ihrer Unterorganisationen wie etwa der Weltern hrungs und Landwirtschaftsorganisation FAO oder der Weltgesundheitsorganisation WHO Das Qualit tsziel in Bezug auf das Teilmerkmal der Ordnungsm ig keit wird aufgrund dieser Anforderung auf gut gesetzt Die Qualit tsanforderungen hinsichtlich der Zuverl ssigkeit des SISA die ber die Teilmerkmale Reife Fehlertoleranz und Wiederherstellbarkeit ausge dr ckt werden werden als normal eingestuft Die Qualit tsanforderungen an die Benutzbarkeit mit ihren Teilmerkmalen Verst ndlichkeit Erlernbarkeit und Bedienbarkeit werden ebenso als normal festgelegt Das Qualit tsmerkmal der Effizienz dient der Beurteilung des Verh ltnis ses von erreichter Leistung zu eingesetzten Betr
8. 131 Datenmodell des Simulationslaufmanagers 132 Schnittstellen des Simulationssystems 134 Komponenten zum Datenzugriff und zur Datenhaltung 136 Schnittstelle des Datenbanksystems 137 Schnittstelle der Datenzugriffskomponente 138 Datenmodell der Datenzugriffskomponente 138 Schnittstellen der Komponente zur Geodatenverarbeitung 141 Schnittstelle zur allgemeinen Datenverarbeitung 142 Schnittstelle zur Aufgabensteuerung 144 Schnittstelle der Analyse Komponente 145 Prinzip der Modellanalyse o o o sa 2 2222er 147 Schnittstellen zur Modellanalyse 2 2 222200 148 Einfaches Datenmodell zur Modellanalyse 148 Komponenten der Architektur 151 Architektur Dynamik Erzeugung von Simulationsergebnissen 155 Architektur Dynamik Sammlung von Metadaten 157 Architektur Dynamik Analyse eines Modells 159 Struktur des GLASS Modells 167 Tabelle zur Speicherung der Anmerkungen 2 2 2 2 170 bersicht zum Realisierungsbeispiel der SISA Komponenten 171 Datenbankzugriff ber Web Browser 172 Dokumentation der Daten ber Personen Organisationen 173 Anzeige der Daten ber Personen Organisationen 174 Uniform Resource Identifiers 175 Web Seite zur Generierung eindeutiger Namen 178 Anzeige der Ressourcen Liste 2 2 2 222mm 180 Web
9. Joseph Alcamo creator Genady Golubev creator Nikolai Dronin creator Andrei Kirilenko creator Marcel Endejan subject R GLASS subject GLASS subject Russia description Will Climate Change Affect Food and Water Security in Russia description Summary Report of the International Project on Global Environmental Change and its Thread to Food and Water Security in Russia publisher CESR contributor Guenther Fischer date 2003 03 24 type Document type Report format MS Word identifier url file usf1 home _GRID Marcel Moscow final_report rglass_final_2003 03 24 doc identifier source urn x wzusf doc rep rglassSummaryReport Y1 0 doc hd relation language jen also in Russian language available coverage temporal 1961 1990 2020s 2070s coverage rights spatial 89 Russian Regions title RGLASS Database creator Marcel Endejan subject RGLASS Abbildung 6 11 Web Seite zur Anzeige von Metadaten definiert eine zur Kontrolle von Simulationsl ufen ISimControl und eine zur Abfrage von Ergebnissen ISimResult Access W hrend die erste Schnittstelle zwei konkret zu realisierende Operationen enth lt init und run besitzt die zweite Schnittstelle lediglich eine abstrakte Operation getResult die genau en Operationen sind abh ngig von konkret
10. Studien Doku mente 5 Ele mente 124 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG ments z B die Durchf hrung einer Modellvalidierung oder Sensitivit tsanalyse sein Aus dieser berlegung heraus entspricht die Datenstruktur zur Beschrei bung von Simulationsstudien erweitert um die Zuordnung zu Projekten der Datenstruktur f r die Projekte Abbildung 5 15 zeigt die UML Diagramme beider Klassen Projekte und Studien sollten genauso wie Personen und Organisationen in jeweils getrennten Katalogen verwaltet werden DataType SISA_Project urn 1 SISA_URN title 1 String aim 1 String DataType description 1 String SISA_SimulationStudy responsibleParty 1 SISA_ResponsibilityParty relatedProject 1 1 SISA_Project contributor 0 1 SISA_ResponsibilityParty furtherlnfoResource 0 SISA_Resource begin 1 SISA_Date end 0 SISA_Date Abbildung 5 15 Datenmodell zur Speicherung von Informationen ber Projekte und Simulationsstudien Szenarien Zur Speicherung von Informationen zu Szenarien stellt sich die Frage was ein Szenario genau ist bzw ausmacht Szenarien wurden in einer auf die Mo dellierung gerichteten Sichtweise in Abschnitt 2 2 Seite 14 definiert als die in sich konsistenten und plausiblen Annahmen ber die zuk nftige Entwick lung systembeeinflussender exogener Gr en Bossel 1994 Eine weniger tech nisch ausgerichtete Definition gibt da
11. Tabelle C 4 Auflistung verf gbarer OpenGIS Abstract Specifications mit An merkungen zu Haronisierungsbestrebungen mit der ISO Stand Januar 2003 Quelle http www opengis org 242 ANHANG C STANDARDS Implementation Specifications des OpenGIS Konsortiums Titel Version OpenGIS Simple Features Specification for OLE COM 1 1 OpenGIS Simple Features Specification for CORBA 1 0 OpenGIS Simple Features Specification for SQL 1 1 OpenGIS Catalog Services Implementation Specification 1 1 1 OpenGIS Grid Coverages Implementation Specification 1 0 OpenGIS Coordinate Transformation Services Implementation Specification 1 0 OpenGIS Web Map Server Interfaces Implementation Specification 1 1 1 OpenGIS Geography Markup Language GML Implementation Specification 2 1 2 OpenGIS Web Feature Service Implementation Specification 1 0 OpenGIS Filter Encoding Implementation Specification 1 0 OpenGIS Styled Layer Descriptor Implementation Specification 1 0 Tabelle C 5 Auflistung verf gbarer OpenGIS Implementation Specifications Stand Januar 2003 Quelle http www opengis org C 2 HLA REGELN 243 C 2 HLA Regeln Die HLA Rules definieren insgesamt zehn Regeln fiinf fiir Federations und fiinf fiir Federates Regeln fiir Federations 1 Federations sollen ein gem der HLA Object Model Template OMT dokumentiertes HLA federation object model FOM besitzen Innerhalb einer federation sollen alle simulationsbezogenen Repr sent
12. Verbrauchsverhalten Aufwand an Betriebsmitteln bei der Funktionserf llung nderbarkeit Aufwand der zur Durchf hrung vorgegebener Anderungen notwendig ist Analysierbarkeit Notwendiger Aufwand um M ngel oder Ursachen von Versagen zu diagnostizieren oder um nderungsbed rftige Teile zu bestimmen Modifizierbarkeit Notwendiger Aufwand zur Ausf h rung von Verbesserungen zur Fehlerbeseitigung oder zur Anpassung an Umgebungs nderungen Stabilit t Risiko unerwarteter Wirkungen von nderun gen Pr fbarkeit Aufwand zur Pr fung der ge nderten Soft ware bertragbarkeit Eignung der Software von einer Umgebung in eine andere bertragen zu wer den Anpassbarkeit M glichkeit die Software an verschiede ne festgelegte Umgebungen anzupassen wenn nur Schritte unternommen oder Mittel eingesetzt werden die f r die sen Zweck f r die Software vorgesehen sind Installierbarkeit Notwendiger Aufwand zur Installation der Software in einer festgelegten Umgebung Konformit t Merkmale die bewirken dass die Software Normen oder Vereinbarungen zur bertragbarkeit erf llt Austauschbarkeit M glichkeit und Aufwand die Soft ware anstelle einer spezifizierten anderen Software in der Umgebung jener Software zu verwenden Tabelle 2 1 Qualit tsmerkmale und Qualit ts Teilmerkmale der ISO IEC 9126 DIN 66272 Bewertung von Softwareprodukten DIN 1994 24 KAPITEL 2
13. Abbildung 6 4 Datenbankzugriff ber Web Browser Bei der gew hlten Rea lisierung greift der Nutzer ber den Web Browser und das Internet auf den Web Server zu Der Web Server in diesem Falle Apache sendet die Daten weiter an den PHP Interpreter der sie auswertet und ber die API von MyS QL lesend bzw schreibend auf die Datenbank zugreift Eine einfache Maske zur Erfassung von Personen Organisationen respon sible party vgl Abb 5 14 Seite 123 ber einen Web Browser ist in Abbildung 6 5 zu sehen Die Anzeige des Datenbank Inhalts ber den Web Browser zeigt Abb 6 6 Seite 174 Der in Unterabschnitt 4 2 7 Seite 89 aufgestellten Forderung zur Verwen dung von Web Technologien B10 wird durch dieser Vorgehensweise Rech 11PHP ist eine rekursive Abk rzung und steht f r PHP Hypertext Processor 12Startseite im Internet http httpd apache org 13Startseite im Internet http www php net 6 3 KOMPONENTEN REALISIERUNG 173 EE a Datei Bearbeiten Anzeigen Gehe Lesezeichen Extras Fenster Hilfe a Q oe ittpiiz7 0 0 a rglass insertResponsbleParty php gt amp suchen Z A aj 5 Anfang Q Suche Lesezeichen S WZ USF S R GLASS S Deutsch Engl phpMyAdmin 2 2 lz SEA SB Dokument Done 6 93 Sek Abbildung 6 5 Dokumentation der Daten ber Personen Organisationen Der Nutzer Client braucht im Web Browser lediglich eine entsprechende PHP
14. Simulationsmodell Parameter Optionen Kein Untertyp iil C Datenanalyse C Pr sentation Dokument Beschreibung Poster Report Karte Ressourcen Typ C Ver ffentlichung Kein Untertyp Simulationsmodell C Klassen Funktionsbibliothek C Software R Anwendung Dienstleistung Server Werkzeug Tool C Kein Untertyp Abstrakte Ressource C Simulationslauf C Studie Szenario Projekt Version vh p Format IMAGE22 UNF E Medium Festplatte E Ressourcen Name uniform resource name URN Ressourcen Name generieren um x wzusf ds min image22countryGrid V1 0 unf hd B A SFB Dokument Done 0 26 Sek Abbildung 6 8 Web Seite zur Generierung eindeutiger Namen Die Bezeich nung von Ressourcen erfolgt ber Uniform Resource Names URNs Zur Gene rierung eines solchen Namens ist jede Ressource mit einer Kurzbezeichnung zu versehen Weiterhin m ssen Angaben zum Typ der Ressource gemacht werden sowie zum verwendeten Speicherformat und Speichermedium Wird die Schalt fl che Ressourcen Name generieren bet tigt erscheint im entsprechenden Feld der URN 6 3 KOMPONENTEN REALISIERUNG 179 6 3 2 2 Ressourcen Liste Die im Projekt verwendeten Ressourcen k nnen ber eine Ressourcen Liste zur Verf gung gestellt werden F60 Zur Identifizierung der Ressourcen besitzt jeder Listeneintrag auf jeden Fall einen URN und sofern es sich nicht um eine abstrakte Ressource handelt einen URL Der U
15. werden die einzelnen Ziele und Funktionen dem Vorschlag von Balzert 1996 folgend bezeichnet Die Ziele werden mit Zxx bezeichnet Funktionen mit Fxx Die Nummerierung xx erfolgt dabei in 10er Schritten um nachtr gli che nderungen zu vereinfachen Um die geforderte Nachvollziehbarkeit von Modellergebnissen und Studien zu gew hrleisten muss das SISA in der Lage sein Simulationsl ufe Simulatio nen zu verwalten Z10 Zur Simulationsverwaltung muss das System eine Funktion zur Beschreibung neuer Szenarien bereitstellen F10 Einem Sze nario werden i d R mehrere Datens tze zugeordnet z B ber den Verlauf wichtiger Indikatoren vgl Abb 4 1 Seite 73 Das System muss daher in der Lage sein eine solche Zuordnung aufzunehmen F20 Weitere zur Berech nung von Modellergebnissen notwendige Daten z B zur Parametrisierung des Modells m ssen den einzelnen Simulationsl ufen zugeordnet werden k nnen Entsprechende Funktionen zur Beschreibung von Simulationsl ufen F35 und der Datenzuordnung F30 m ssen daher vom SISA bereitgestellt wer den Um die Auswahl von Daten zu unterst tzten sollte das SISA Informatio nen Metadaten ber vorhandene bzw anwendbare Datens tze bereitstellen F40 ber die Verwaltung der Simulationsl ufe hinaus soll das SISA in der Lage sein alle Ergebnisse einer Simulationsstudie inkl der auf den Modellrechnun gen basierenden Analysen zu verwalten Z20 Zu diese
16. wird hingegen nicht von einem integrierten Modell gesprochen sondern von ei nem System zum simulationsbasierten integrierten Assessment das wie folgt charakterisiert wird Ein System zum integrierten simulationsbasierten Assess ment SISA ist ein Software System das von unterschiedlichen Fachdisziplinen stammende Daten und Simulationsmodelle zum System Erde in einem kon sistenten Rahmen kombiniert und neue Daten ber den Zustand und m gliche langfristige nderungen des Systems Erde vornehmlich zur Unterst tzung politischer Entscheidungstr ger berechnet und bereitstellt In Bezug auf die Qualit t von Assessment Ergebnissen spielt der konsistente Rahmen eine entscheidende Rolle da er zur Steigerung und Sicherstellung der Transparenz und Nachvollziehbarkeit der Ergebnisse beitr gt Architektur Eine einheitliche Architektur der vorgestellten Systeme ist nicht zu finden Die gestiegenen Leistungsanforderungen an SISAs GIS Integration Kopplung ver teilter Modelle etc spiegeln sich zwar in den einzelnen Systemen wider eine Komponentenbildung im Sinne einer Software Architektur Einteilung des Ge samtsystems in die Hauptbestandteile und Definition von Verantwortlichkeiten und Schnittstellen ist aber nicht zu finden Die Systeme werden hingegen zu meist in Module eingeteilt die sich aus der Realisierung der Systeme ergeben z B in Klassen Bibliotheken Aufgrund der unterschiedlichen Funktionali t
17. zeuge Perso nen Doku mente Assess ment Ressour cen Identifi zierung Modell entwick lung 72 KAPITEL 4 SYSTEMDEFINITION l ufe basieren auf definierten Szenarien Eine Modellanalyse beispielsweise zur Untersuchung der Modellunsicherheiten oder sensitivit t geh rt ebenfalls zu einem simulationsbasierten integrierten Assessment 4 1 2 SISA Ressourcen Die Erstellung einer Studie mit Hilfe eines SISA erfordert die Verwendung vieler unterschiedlicher Betriebsmittel Ressourcen Die Erzeugung dieser Betriebsmittel ist aufgrund der Komplexit t eines integrierten Assessments sehr aufwendig eine Wiederverwendung der Ressourcen ist also anzustreben Die Frage ist daher Welche Ressourcen k nnen innerhalb des SISA identifiziert werden und wie kann die Wiederverwendbarkeit dieser Ressourcen erreicht oder gesteigert werden Die Identifizierung der Ressourcen wird anhand des OOA Modells in Abb 4 1 unter Ber cksichtigung der Arbeitsschritte erfolgen die zur Erstellung einer Simulationsstudie notwendig sind vgl Abschnitt 2 2 Seite 14 Tabelle 4 1 zeigt die zur Erstellung einer Simulationsstudie erforderlichen Arbeitsschritte und deren Resultate in einer bersicht Arbeitsschritt Resultat Problemformulierung und analyse Systemgrenzen Zielbeschreibung Modellbildung Modellkonzept Datenerhebung Datenbasis Erstellung des Computerprogramms Simulationsmodell Modell
18. 38 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK 3 1 4 Entwicklungsumgebungen Modellentwicklungssystem M Im Rahmen der Entwicklung und Anwendung komplexer integrierter Model le in den Bereichen Gesundheitswesen und Klimawandel wurde am staatlichen Institut f r Gesundheit und Umwelt der Niederlande RIVM mit Unterst t zung der niederl ndischen Energy Research Foundation ein Werkzeug mit dem Namen M entwickelt de Bruin u a 1996 18 M ist eine integrierte Software Umgebung zur Entwicklung Visualisierung und Anwendung von interaktiven dynamischen Modellen die auf algebraischen Gleichungen Differenzengleichun gen oder gew hnlichen Differenzialgleichungen basieren Das Prinzip des Systems ist die klare Trennung zwischen dem mathemati schen Modell den L sungsmethoden den Daten der Datenverwaltung und der Benutzungsschnittstelle Dem Modellentwickler soll dadurch die M glichkeit gegeben werden sich auf die Spezifikation der Gleichungen der Eingabedaten und der Modell Dokumentation zu konzentrieren Die M Umgebung besteht nach de Bruin u a 1996 aus neun unabh ngigen Komponenten s auch Abb 3 5 e dem M compiler zur bersetzung von Gleichungen in ausf hrbare Pro gramme bzw Objektdateien den so genannten Simulatoren dem visualizer zum Entwurf und zur Nutzung interaktiver Pr sentationen in Abbildung 3 5 als graphical interface bezeichnet e dem command line interface zum Simulator als Schnittstelle f r Testzwe cke und z
19. Bd 1 Architektur von Softwaresystemen Hagen FernUniversit t Ge samthochschule Hagen 2001 Ramachandran u a 2003 RAMACHANDRAN Rahul CONOVER Helen GRAVES Sara CHRISTOPHER Sundar EARTH SCIENCE MARKUP LAN GUAGE A Solution to Earth Science Data Format Heterogeneity Problem In American Meteorological Society s AMS 19th International Conference LITERATURVERZEICHNIS 225 on Interactive Information Processing Systems IIPS for Meteorology Ocea nography and Hydrology Long Beach CA Feb 9 13 2003 URL http ams confex com ams annual2003 techprogram paper_54086 htm Fe bruary 2003 Rehesaar 1996 REHESAAR Hugo International Standards Practical or just theoretical In StandardView 4 1996 September Nr 3 S 123 126 Rizzoli und Davis 1999 RIZZOLI Andrea E DAvis J R Integration and re use of Environmental Models In Environmental Modelling amp Software 14 1999 Nr 6 S 493 494 Editorial Roehr und Schmiedl 2002 ROEHRL Armin SCHMIEDL Stefan Die wich tigsten Open Source Lizenzen In c t Magazin f r Computer Technik 1 2002 S 170ff Rotmans u a 1994 ROTMANS J ASSELT M B A van BRUIN A J de ELZEN M G J den GREEF J de HILDERINK H HOEKSTRA A Y JANSSEN M A KOSTER H W MARTENS W J M NIESSEN L W VRIES H J M de Global Change and Sustainable Development A Modeling Perspective for the Next Decade Bilthoven The Netherlands Nati
20. Benz Joachim Hoch Ralf LEGovic Tarzan ECOBAS modelling and documentation In Ecological Modelling 2001 Nr 1 3 S 3 15 Berners Lee u a 1998 BERNERS LEE Tim Hrsg FIELDING Roy T Hrsg MASINTER Larry Hrsg Uniform Resource Identifiers URI Generic Syntax IETF 1998 RFC 2396 URL http www ietf org ric rfe2396 txt Berners Lee u a 1994 BERNERS LEE Tim Hrsg MASINTER Larry Hrsg MCCAHILL Mark Hrsg Uniform Resource Locators URL CERN 1994 RFC 1738 URL http www ietf org rfc rfc1738 txt number 1738 Bill und Fritsch 1994 BILL Ralf FRITSCH Dieter Grundlagen der Geo Informationssysteme Bd 1 Hardware Software und Daten 2 Auflage Heidelberg Wichmann 1994 ISBN 3 87907 265 5 Boosch u a 1999 Booscu Grady RUMBAUGH James JACOBSON Ivar Das UML Benutzerhandbuch 2 Aufl Bonn Addison Wesley 1999 Pro fessionelle Softwareentwicklung ISBN 3 8273 1486 0 Bossel 1994 BossEL Hartmut Modellbildung und Simulation Konzepte Verfahren und Modelle zum Verhalten dynamischer Systeme 2 ver nderte Auflage Braunschweig Wiesbaden Vieweg 1994 216 LITERATURVERZEICHNIS Bratley u a 1987 BRATLEY Paul Fox Bennett L SCHRAGE Linus E A Guide to Simulation Second Edition Berlin Heidelberg New York Springer 1987 ISBN 3 540 96467 3 u 0 387 96467 3 Busch u a 2002 Busch C David O KRALISCH S KRAUSE P Usin
21. Communication services Setzen Shared processing Management services services Model Information management services Abbildung 3 10 Logische Vier Schichten Architektur Die Erkl rung der Ab bildung findet sich im Text Quelle ISO DIS 19119 Percivall 2002 thick client Abbildung 3 11 zeigt die Zuordnung der logischen Schichten zu den physikalischen Schichten im berblick Technology Viewpoint Damit die Komponenten der physikalischen Architektur in einer verteilten Umgebung miteinander kommunizieren k nnen ist eine entsprechende Infra struktur notwendig eine so genannte Distributed Computing Platform DCP DCPs erlauben die Zusammenarbeit der Komponenten ber Rechnergren zen Hardware Plattformen Betriebssysteme und Programmiersprachen hin weg Wichtige DCPs sind die Common Request Broker Architecture COR BA der Object Management Group OMG das Distributed Common Object Model D COM der Firma Microsoft und Java Remote Message Invocation JAVA RMI der Firma Sun Microsystems Die Kommunikation zwischen Sys temen die mit unterschiedlichen DCPs realisiert wurden kann mit spezieller Software bridges erfolgen Da die verschiedenen DCPs unterschiedliche Vorgehensweisen zur Vertei lungsunterstiitzung verwenden miissen die genauen Dienste Spezifikationen ab h ngig von der DCP entwickelt werden auf diese Weise entstehen die so genannten plattformspezifischen Dienste Spezifikation
22. In Global Biogeo chemical Cycles 15 2001 June Nr 2 S 417 433 Kottman 1999 KOTTMAN Cliff Hrsg The OpenGISTM Abstract Spe cification Topic 12 OpenGIS Service Architecture Version 4 Way land Massachusetts USA Open GIS Consortium 1999 URL http www opengis org techno abstract 99 112 pdf Project document number 99 112 doc Kottmann 19994 KOTTMANN Cliff Hrsg The OpenGIS Abstract Specification Topic 0 Abstract Specification Overview Version 4 Way land Massachusetts USA Open GIS Consortium 1999 URL http 222 LITERATURVERZEICHNIS www opengis org techno abstract 99 100r1 pdf Project Docu ment Number 99 100r1 doc Kottmann 1999b KOTTMAnN Cliff Hrsg The OpenGISTM Abstract Spe cification Topic 10 Feature Collections Version 4 Wayland Massachu setts USA Open GIS Consortium 1999 URL http www opengis org techno abstract 99 110 pdf Project Document Number 99 110 doc Kottmann 1999c KOTTMANN Cliff Hrsg The OpenGIS Abstract Spe cification Topic 13 Catalog Services Version 4 Wayland Massachusetts USA Open GIS Consortium 1999 URL http www opengis org techno abstract 99 113 pdf Project document number 99 113 doc Kottmann 19994 KOTTMANN Cliff Hrsg The OpenGISTM Abstract Spe cification Topic 16 Image Coordinate Transformation Services Version 4 Wayland Massachusetts USA Open GIS Consortium 1
23. Integrating Modelling Architecture IMA Die Integrating Modelling Architecture IMA Villa 2001 verfolgt die Inte gration unterschiedlicher Modellierungsparadigmen und besteht aus einem deklarativen Framework und einem Paket von Software Werkzeugen Integra ted Modelling Toolkit IMT Das grundlegende Element innerhalb des IMT ist das Modul Ein solches Modul Objekt einer zuvor spezifizierten Klasse greift bei seiner Ausf hrung z B der Berechnung von Gleichungen auf einen gemeinsamen Datenraum zu wobei der Datenraum wiederum als Modul Datenmodul spezifiziert ist Um die Verbindung von Modulen zu vereinfachen erhalt jedes Modul eine inter ne Beschreibung DNA seiner eigenen Struktur Fiir die Beschreibung der Struktur wird die Extensible Markup Language XML genutzt Das IMT sieht u a Module vor fiir die Simulationsunterstiitzung fiir Optimierungsrechnun gen die Integration von GIS und Analysewerkzeugen den Import und Export von Daten sowie die Visualisierung Die Integration von Teilmodellen die sich nicht direkt in das System ein betten lassen soll ber Funktionen realisiert werden die Teilmodelle als ex terne Programm starten deren Zeitschritt fortschreiben und Variablen des Teilmodells abfragen Zu diesem Zweck wird die Nutzung weiterer Software Werkzeuge wie dem Simulation Network Interface s u vorgeschlagen Simulation Network Interface SNI Das Simulation Network Interface S
24. Jedes Simulati onsmodell besitzt einen eigenen Satz an Einstellungen Die Einstellungen spezi fizieren die Simulationsmodell Daten Systemparameter Initialisierungsdaten Modellumweltdaten und Optionen und sind vom Modellbetreiber f r jeden Simulationslauf festzulegen geforderten Funktionen zur Beschreibung von Szenarien und Simulationsl u fen F10 u F35 und zur Daten Zuweisung F20 u F30 F r die Beschreibung der Szenarien und Simulationsl ufe ist bereits die Dokumentati onskomponente s Unterabschnitt 5 2 3 Seite 119 zust ndig Die Zuordnung von Daten allgemeiner Ressourcen zu Szenarien kann ber die Eintr ge des Katalogmanagers vorgenommen werden Die Verantwortlichkeit der Simulationslauf Komponente beschr nkt sich da mit auf die Verwaltung der Simulationslauf Spezifikation d h simulationslauf bezogener Einstellungen sowie auf die Bereitstellung dieser Informationen f r die Simulationssystem Komponente 5 2 4 2 Dienst Spezifikation Die Dienste der Simulationslauf Komponente k nnen unterteilt werden in sol che zur Verwaltung von Simulationsl ufen insbesondere durch den SISA Nut zer und solche zum lesenden Zugriff auf die Einstellungen z B durch das Simulationsmodell oder durch andere Komponenten Die erste Schnittstelle ISimRunManager sollte Operationen zur Verf gung stellen mit denen neue Simulationslauf Spezifikationen erzeugt werden k nnen sowie Operationen ber die Modelleinstellungen
25. Phase 5 Die Vorbereitungsphase preparation stage ist eine optionale Phase f r die ers te Vorbereitung eines Standards Die Dauer der Phase ist nicht festgelegt In der Vorschlagsphase proposal stage wird ein so genannter new work item proposal NP an die Mitglieder der Vollversammlung gesendet die ber den Vorschlag annehmend oder ablehnend entscheiden Sofern der NP angenommen wurde wird er allen Mitgliedern zur Abstimmung zugesandt Die Phase endet mit der Genehmigung des Projektes Dauer der Phase etwa neun Monate 24Startseite im Internet http www iso ch 25Dargestellt sind die vom ISO IEC JTC1 Subcommittee Software Engineering verwende ten Phasen 3 2 STANDARDS 43 Die Vorbereitungsphase dient der Entwicklung eines working draft WD Dem endg ltigen WD gehen i d R mehrere Entwurfs Versionen voraus die an einen m glichst gro en Leserkreis verteilt werden Der endg ltige WD erh lt dann meist im Rahmen einer Vollversammlung den Status eines so genannten com mittee draft CD Dauer der Phase 1 bis 3 Jahre In der Ausschussphase wird der CD zur Diskussion an den zust ndigen Unterausschuss verteilt Sofern der CD entsprechende Unterst tzung durch die Mitglieder erh lt wird der Sta tus auf den so genannten draft international standard DIS erh ht Dauer der Phase ein bis vier Jahre W hrend der Genehmigungsphase wird ber den DIS brieflich abgestimmt Zur Akzeptanz ist
26. Quelle WB GU 1993 Im Rahmen des globalen Wandels werden f r die verschiedenen in der Ab bildung dargestellten Komponenten u a die folgenden Prozesse angegeben Atmosph re Reduktion stratosph rischen Ozons verst rkter Treibhausef fekt Troposph renverschmutzung Hydrosph re Meeresspiegelanstieg Abfluss nderungen und Verlagerung von Str mungen Senkung des Grundwasserspiegels Biosph re nderung kologischer Struktur und Leistung Artenschwund Re duktion von W ldern und Feuchtgebieten Ubernutzung Lithosph re Pedosph re Erosion Kontamination berd ngung Struk turzerst rung System Erde Prozesse Natur sph re Anthro posph re Hand lungs bedarf 10 KAPITEL 2 GRUNDLAGEN Bev lkerung Bev lkerungswachstum Altersstruktur Urbanisierung Migra tion Wirtschaft Wirtschaftswachstum Globalisierung der M rkte Terti risierung der Produktion sektoraler Strukturwandel Verkehr Verkehrsaufkommen Emissions nderung Verkehrstr germix Psychosoziale Sph re Anspruchsleistung Emanzipation Individualisie rung wachsendes Umweltbewusstsein Gesellschaftliche Organisation Separatismus Fundamentalismus Aus breitung der Marktwirtschaft F deralismus Demokratisierung Wissenschaft Technik Automatisierung Mechanisierung Effizienzsteige rung medizinischer Fortschritt Agrartechnologie Biotechnologie Neben diesen Prozessen die direkt den einzelnen Komponenten Hauptkom partiment
27. Stand Janu ar 2003 Quelle http www isotc211 org Aufgef hrt sind alle Standards unabh ngig vom aktuellen Status der vom ersten Working Draft bis zum In ternational Standard reicht Siehe auch Abschnitt 32 Seite 42 C 1 BERSICHTEN 241 Abstract Specifications des OpenGIS Konsortiums Topic Nr Topic Name Version 0 Overview 4 Feature Geometry 5 2 Spatial Reference Systems 1 3 Locational Geometry 4 4 Stored Functions and Interpolation 4 5 The OpenGIS Feature 4 6 The Coverage Type 6 7 Earth Imagery 4 8 Relations Between Features 4 9 Accuracy 4 10 Feature Collections 4 11 Metadata 5 12 The OpenGIS Service Architecture 4 3 13 Catalog Services 4 14 Semantics and Information Communities 4 15 Image Exploitation Services 6 16 Image Coordinate Transformation Services 4 Harmonisierung mit ISO in 2001 ISO 19119 wurde bernommen Aktuelle Version ent h lt ISO DIS 19107 Spatial Schema Basis ist ISO 19111 es wurden allerdings Erweiterungen und nderungen vorgenommen Die Unterschiede zu ISO DIS 19111 werden im Anhang zu Topic 2 zusammengefasst Entwicklung in enger Kooperation mit ISO TC 211 dn chste Version dieses Dokuments wird wahrscheinlich auf Arbeiten zum Qualit ts Thema der des ISO TC 211 aufbauen Harmonisierung mit ISO in 2001 ISO DIS 19115 wurde als OGC Topic 11 bernommen Harmonisierung mit ISO in 2001 ISO 19119 wurde bernommen Aktuelle Version ent h lt den Inhalt von ISO DIS 19119
28. der Dublin Core Metadata Element Set der an sp terer Stelle Seite 114 beschrieben wird Metadaten f r Geodatens tze weitere Normen Abh n gigkeiten Kom plexit t Ein weiterer weit verbreiteter Metadaten Standard ist der content standard for FGDC digital geospatial metadata CSDGM des Federal Geographic Data Committee FGDC Der CSDGM FGDC 1998 bietet mit etwa 200 Elementen einen hnlich umfangreichen Satz an Metadaten Elementen wie ISO DIS 19115 Die Angabe einiger Dutzend dieser Elemente ist zwingend vorgeschrieben und etwa 100 gelten als verpflichtend sofern sie in einem bestimmten Kontext angege benen werden k nnen Der Element Satz ist sehr verbreitet da die Dokumen tationen aller durch ffentliche Mittel der USA bezuschussten Daten diesem Standard folgen m ssen Das weit verbreitete Geo Informationssystem ArcGIS der Firma ESRI unterst tzt den CSDGM in seiner Katalog Software ArcCa talog ebenfalls Vienneau 2001 Da die Entwicklung der ISO DIS 19115 innerhalb des ISO TC 211 mit den Arbeiten des FGDC koordiniert ist bestehen viele hnlichkeiten zwischen die 5ISO 693 2 Codes for the representation of names of languages Part 2 Alpha 3 code SISO 10646 1 Information technology Universal Multiple Octet Coded Character Set UCS Part 1 Architecture and Basic Multilingual Plane Das FGDC ist ein Ausschuss mit Repr sentanten aus 19 US amerikanischen Beh r den z B dem Landwirtscha
29. f r Software Werkzeuge von Drittanbietern deren Zugriffsoperationen i d R berhaupt nicht ge ndert werden k nnen womit die Datenformate zwingend vorgeschrieben sind Das SISA sollte demnach eine zentrale Datenhaltung unter Verwendung einheitlicher Datenformate anbieten gleichzeitig aber offen sein gegen ber ei ner dezentralen Datenspeicherung unterschiedlicher nicht vorbestimmter Da tenformate Aus Gr nden der Interoperabilit t und der Austauschbarkeit von Daten sollte der Datenzugriff auf die zentral und dezentral gespeicherten Da ten transparent sein d h die zugreifenden Komponenten sollten weder wissen m ssen wo sich die angeforderten Daten befinden noch in welchem Format diese Daten gespeichert sind Aus diesen berlegungen ergibt sich die in Abb 5 25 Seite 136 darge stellte Strukturierung zur Datenhaltung und zum Datenzugriff wenn Kom ponenten wie beispielsweise die Simulationskomponente Daten ben tigen so greifen sie ber die Datenzugriffskomponente auf die Daten in der Datenba sis zu Die Transformationen von Datenformaten vgl die Ausf hrungen zum Katalogmanager in Unterabschnitt 5 2 1 Seite 96 wird ebenfalls von dieser Komponente angeboten Innerhalb der Datenbasis sollten m glichst alle Daten im Datenbanksystem gespeichert sein Zur Verwaltung der Daten innerhalb des Datenbanksystems bietet die Komponente die z B durch ein eigenst ndiges Datenbank Managementsystem realisiert werden kann entspr
30. glichkeit die innerhalb des SOF aufgef hrten Dienste automatisch abarbeiten zu lassen wird durch die Erweiterung nicht eingeschr nkt sofern die einzelnen Eintrage als Dienst bzw Nicht Dienst gekennzeichnet sind Ressour cen Aufga ben Ziele u Funktio nen 128 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG abzulegen z B Anmerkungen zur Verbesserung des SISA oder zu aufgetrete nen Problemen Um diese M glichkeit zu bieten wird ein Datentyp f r Anmer kungen vorgeschlagen der als Eintrag in einem weiteren Katalog dem Anmer kungskatalog verwendet werden kann Um die Eintr ge des Katalogs einfacher auflisten zu k nnen muss jede Anmerkung mit einem Titel versehen werden Da sich Anmerkungen auf SISA Ressourcen beziehen k nnen wird zus tzlich ein entsprechender Eintrag bereitgestellt Abbildung 5 19 zeigt die resultierende Klasse zur Speicherung von Anmerkungen DataType SISA_Annotation title 1 String author 1 SISA_ResponsibilityParty date 1 SISA_Date text 1 String relatedResource 0 SISA_Resource Abbildung 5 19 Datenmodell zur Speicherung von Anmerkungen Neben dem eigentlichen Anmerkungstext text m ssen die Eintr ge einen Verweis auf den Autor author sowie das Datum des Eintrages date enthalten Der Titel title dient dem einfachen Zugriff auf Anmerkungen die Zuordnung einer An merkung zu SISA Ressourcen wird ebenfalls durch ein Attribut unterst tzt relatedResour
31. hrend der Anfertigung der Dissertation und f r die bernahme des Gutachtens F r die freundli che Bereitschaft zur Anfertigung des Zweitgutachtens danke ich Herrn Prof Dr Heinrich Werner F r die Bereitschaft zur Mitwirkung in der Promotions kommission danke ich Herrn Prof Dr Werner Kleinkauf und Herrn Prof Dr Andreas Ernst Meinen Kolleginnen und Kollegen am Wissenschaftlichen Zentrum f r Um weltsystemforschung danke ich f r die gute Arbeitsatmosph re die stete Dis kussionsbereitschaft und die M glichkeit einige in der Arbeit vorgestellte Kon zepte in der Praxis erproben zu d rfen Herrn R diger Schaldach danke ich f r die Diskussionen sowie f r die Durchsicht des Manuskripts und seine kritischen Anmerkungen F r die Unterst tzung bei der Realisierung einiger Programme danke ich Herrn Stephan Lauer Herrn Achim Manche sei gedankt f r die vie len Hilfestellungen bei technischen Fragen und Problemen Ein ganz besonderer Dank geht an Frau Dr Martina Fl rke und Herrn Dr Michael M rker die mit ihren Anmerkungen und Vorschl gen und ihrem unerm dlichen Interesse einen entscheidenden Beitrag zur Gestalt der vorliegenden Arbeit geleistet haben Meinen Mitbewohnerinnen Vesna Joki Meike Siebert und Helena Siebert sowie meinem Mitbewohner Ljubomir Ad i danke ich f r die sehr sch ne At mosph re w hrend der letzten zwei Jahre Herrn Ljubomir Ad i danke ich auch dafiir dass er mir bei einigen Realisierungsfragen mit
32. ist Angelegenheit des Modell Implementierers f r die Bereitstellung von Daten und anderen Ressourcen z B Teilmodelle oder Hilfsprogramme sind verschiedene Ressourcen Lieferanten zust ndig und der Modellbetreiber f hrt die Simulationsstudie durch und vermittelt die Ergebnisse den Entscheidungs tr gern Die beschriebenen Aufgaben k nnen auch von weniger Beteiligten in Personalunion erledigt werden Aufgrund der Komplexit t integrierter Model le sind an deren Entwicklung oft Personen aus unterschiedlichen Institutionen Organisationen beteiligt Die an einem Assessment beteiligten Personen erzeugen verschiedene Do kumente Bei den Dokumenten kann unterschieden werden zwischen formlosen Beschreibungen kurzen Anmerkungen und umfangreicheren Berichten Bei den f r die Publikation von Ergebnissen erzeugten Dokumenten kann unterschieden werden zwischen Pr sentationen z B in Form von Vortragsfolien Postern Karten und ver ffentlichter Literatur Das Assessment selbst beinhaltet eine Simulationsstudie zu der die Durch f hrung mehrerer Simulationsl ufe und deren Analyse geh rt Die Simulations gr ere Unsch rferelation aufweisen d rfen N heres zu diesem Thema findet sich z B in Bill und Fritsch 1994 3Der Begriff des Szenarios wird aus Gr nden der Einfachheit auch bei der Zusammenfas sung von Daten der Vergangenheit die beispielsweise zur Modellvalidierung ben tigt werden benutzt Szena rien Werk
33. nach ISO 8601 Diese Norm regelt ber die Datums Angaben hinaus auch die Angabe von Wochennummern und Zeiten 11 55 00Z entspricht f nf vor zw lf gemessen am Null Meridian Greenwich Ein im Rahmen der globalen Modellierung immer wieder aufkommendes Problem ist die uneinheitliche Kodierung von L ndern Bei der Realisierung des GLASS Modells mussten f r eine Analyse beispielsweise drei Datens tze unterschiedlicher Datenlieferanten miteinander verkn pft werden Die Bezeich nungen f r die USA lauteten in diesen Datens tzen wie folgt United States U S America US an eine automatische Zusammenf hrung der Datens t ze war nicht nur wegen der L nderkennung der USA nicht zu denken F r GLASS wurden allen l nderbezogenen Datens tzen eindeutige L nderkennun gen zugewiesen Hierzu wurde die aus drei Ziffern bestehende Kennung nach ISO 3166 verwendet Diese Norm erlaubt neben der Kodierung existierender L nder auch die Kodierung nicht mehr existierender Staaten wie der DDR und administrativer Einheiten die f r manche Assessments relevant sind 41Formal JJJJ MM TT Die Bindestriche k nnen auch entfallen Ist die Angabe des Tages oder Tages und Monats nicht gew nscht wird 2003 05 bzw 2003 geschrieben SI Ein heiten ISO Normen Datum L nder Verwen dung Utility 198 KAPITEL 6 REALISIERUNG Die angesprochenen Kodierungen sind nur Beispiele Tabelle 6 1 listet wei tere
34. r die Verwaltung und Be reitstellung von Metadaten ber SISA Ressourcen verantwortlich Die Daten struktur zur Speicherung von Metadaten orientiert sich an Standards Grund lage f r alle Ressourcenbeschreibungen ist der Dublin Core Metadata Element Set DCMES ISO 2003 dessen 15 Elemente mit relativ wenig Aufwand f r jede Ressource ausgef llt werden k nnen Detaillierte Beschreibungen zu Geo daten sollten sich am ISO Standard 19115 ISO 2000 orientieren genaue re Angaben zu Simulationsmodellen am Content Standard for Computational Models ADEPT 2001 Die Schnittstellen richten nach den Catalog Services des OpenGIS Konsortiums und bieten Operationen zur Verwaltung und Abfra ge von Katalogen durch die Schnittstellen ICatManager und ICatDiscovery sowie zur Abfrage von Zugriffsinformationen und zur Generierung eindeuti ger Ressourcen Namen Schnittstelle ICatAccess Der Katalogmanager wird sowohl vom Client benutzt als auch von der Dokumentations und der Daten zugriffskomponente Der Katalogmanager selbst ist unabh ngig von anderen Komponenten Docu menta tion Catalog Manager Meta data Har vester Datasets Data Base System Data Access 150 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG Der Metadaten Sammler Metadata Harvester ist verantwortlich f r die Durchsuchung eines Rechners Hosts nach Dateien mit Metadaten und die au tomatische Weitergabe der gefundenen Informationen an den Katalogmanager Die Date
35. report setRepository I queryRepository interface interface IDataTransform IDBSystem IDBSystem Ee IDataTransform o HiransformDataset retrieveDataset getFormatinfo addDataset IHremoveDataset Interface modifyDataset IDBDiscovery Y IDBSystem o checkDatasetStatus Deka Svein modifyDatasetStatus y Hquery getDatasetStatus IDBDiscovery 0 a ee a A interface interface ISimControl ISimResultAccess ISimControl o E Simulation System int getResult Access run KE interface ISimModAnalysis ISimModAnalysis O Model Analysis IRepository o analyse IDataTranstorm 6 lL interface lUtility utility of calculateStatistics interface interface IGeoParamter IGeoParameterCalculation IStatisticalCalculatoin Calculation gt 8 Geographic Processing Statistical HransformGrid gridStatisties Calculation combineGrid interface lAnalysis o IAnalysis Analysis viewDataset viewStatistics interface ITaskManager ITaskManager o Task Manager define Task sinvokeTask Abbildung B 3 bersicht der SISA Koponenten und Schnittstellen Erkl run gen find
36. rungen finden sich im Text 5 2 6 3 Daten Spezifikation Datenhaltungskomponente Das Datenmodell des Datenbanksystems ist abh ngig von der Realisierung der Komponente Datenzugriffskomponente Die Datenzugriffskomponente ben tigt zur Realisierung ihrer Schnittstelle zu mindest ein entsprechendes Attribut zur Beschreibung der unterst tzten Trans formationsformate formatInfo s Abb 5 28 Die unterst tzten Datenformate sollten sich aus Gr nden der Interopera bilit t allerdings an Standards orientieren Als wichtige vielerorts eingesetzte Standards sind die Implementierungs Spezifikationen des OGC zu den Simple Features zu betrachten Kottmann 1999e DataType SISA_DataAccess formatinfo String Abbildung 5 28 Datenmodell der Datenzugriffskomponente Erkl rung findet sich im Text 5 2 7 Geodatenverarbeitung 5 2 7 1 Komponenten Abgrenzung Die geor umliche Aufl sung ist wichtig da sie eine verbesserte Repr sentation globaler dynamischer Prozesse inkl R ckkopplungen erlaubt und detaillierte 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 139 re Informationen f r Auswirkungs Analysen erm glicht Alcamo u a 1998a Auf die Wichtigkeit geor umlicher Daten und die zunehmende Integration von GIS bzw GIS Funktionalit t in simulationsbasierte Systeme wurde bereits in der Systemdefinition hingewiesen Aktuelle Entwicklungen ber cksichtigen die se Anforderung OMS s Seite 31 durch die Bereitstellung eines GIS Cl
37. ufe Zu einer Simulationsstudie geh ren i d R mehrere Simulationsl ufe Jeder die ser L ufe wird mit einem bestimmten Ziel und unter Verwendung genau festge legter Randbedingungen durchgef hrt Zur Sicherstellung der Nachvollziehbar keit und Reproduzierbarkeit von Simulationsergebnissen sollten alle Simulati onsl ufe dokumentiert sein Zu dieser Dokumentation geh ren zumindest Anga ben zum Ziel eines Simulationslaufes zum Verantwortlichen d h dem Modell Erweite rung Dienst Referenz 126 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG DataType SISA_Scenario DataType SISA_Storyline furtherlnfoResource 0 SISA_Resource indicatorChangeDescription 1 String drivingForces 1 String Integer timeHorizon 1 Integer timeStep 1 Integer furtherlnfoResource 0 SISA_Resource responsibleParty 1 SISA_ResponsibilityParty storyline 1 SISA_Storyline Abbildung 5 16 Datenmodell zur Speicherung von Szenario Informationen Da die Erzeugung einer neuen Storyline sehr zeit und arbeitsaufwendig ist schl gt Alcamo 2001 die Wiederverwendung bereits vorhandener und akzeptierter Storylines vor Aus diesem Grund wird die Storyline als eigenst ndiger Da tentyp definiert betreiber und zu Randbedingungen also den zugeh rigen Simulationsmodell Daten die evtl ber ein zugeordnetes Szenario definiert sein k nnen Die Zuordnung von Daten zu Simulationsl ufen und Szenarie
38. wird f r das Spezifikationsattribut kein Datentyp angegeben Simulationslauf 1 1 Simutationsmodeli modelleinstellungssatz Simulationstauf Spezifikation 1 1 4 spezifiziert Modelleinstellung Wertzuweisung 1 1 Teilmodell integriertes Modell Abbildung 5 22 Zusammenhang zwischen Simulationsmodell Modelleinstel lungen und Simulationslauf Ein Simulationsmodell besitzt einen fest defi nierten Modelleinstellungssatz bestehend aus mehreren Modelleinstellungen Einstellungsm glichkeiten F r jeden Simulationslauf gibt es genau eine Simulationslauf Spezifikation die ber ihre Wertzuweisungen allen notwendi gen Modelleinstellungen einen Wert zuweist Die Zusammenh nge gelten sowohl f r das integrierte Simulationsmodell als auch f r die integrierten Teilmodelle 5 2 5 Simulationssystem 5 2 5 1 Komponenten Abgrenzung Die zentrale Aufgabe des SISA ist die Erzeugung neuer Simulationsergebnisse Z60 Die hierzu notwendigen Simulationsmodelle m ssen in das Gesamtsys tem integriert werden Bei dieser Integration sollten m glichst viele Funktionen des Gesamtsystems wieder verwendet werden Anforderung der Austauschbar keit NF40 Die in Abschnitt 3 1 2 Seite 28 vorgestellten Systeme schlagen hierzu eine Abgrenzung des Simulationsmodells innerhalb des Gesamtsystems vor das Prinzip der Modellierungsumgebung M s Seite 38 ist die klare Tren nung zwischen d
39. 3 zusammengefassten Operationen definiert Schnittstelle Operation Beschreibung Catalog Service initSession Initialisiert eine Nutzer Sitzung terminateSession Beendet eine Nutzer Sitzung Discovery query Abfrage des Kataloges nach bestimm ten Kriterien Access getAccessInformation Liefert Informationen zum Zugriff auf eine eindeutig identifizierte Ressource Catalog Manager createCatalog Erzeugt einen neuen Katalog createMetadata Fiigt dem Katalog neue Metadaten Entit ten hinzu updateCatalog Aktualisiert den Inhalt eines gegebe nen Kataloges deleteCatalog L scht den Inhalt des gegebenen Kata loges addCatalogEntry Erzeugt einen neuen Katalogeintrag removeCatalogEntry Entfernt einen Katalogeintrag modifyCatalogEntry Andert einen Katalogeintrag Tabelle 5 3 Schnittstellen und Operationen der Katalog Komponente Die Schnittstellenbezeichnungen richten sich nach denen von Nebert 2002 die Operationen orientieren sich an Nebert 2002 und Kottmann 1999c add remove modifyCatalog Weitere Informationen finden sich im Text Die Operationen initSession und terminateSession der Catalog Service Schnittstelle dienen der Koordination verschiedener Nutzer Sitzungen Die IS CAT sieht bei der Initialisierung die R ckgabe einer eindeutigen Identifizie rungsnummer f r die Sitzung vor die vom Nutzer fortan verwendet werden muss Die zentrale Funktion des geodata discovery service ist nach
40. 4 A f l T T 7N ZN I 1 g I 1 2 S T f s I Q Ki I I Ss 2 Q 1 1 d 3 I I E S I I l x h Client Abbildung 5 39 Architektur Dynamik bei der Analyse eines Simulationssys tems Erkl rungen finden sich im Text services analysis Ziel Aus gangsba sis Ergeb nisse 160 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG Das Lesen und Schreiben von Datens tzen erfolgt wie bereits zu Abb 5 37 Seite 155 erkl rt ber die Operationen retrieveDataset und addDataset Zur evtl notwendigen Analyse oder gezielten Ver nderung von Eingabeda ten kann die Modellanalyse Komponente ebenso wie das Simulationssystem die allgemein verf gbaren Dienste Processing Services nutzen Nach einem Simulationslauf werden die Simulationsergebnisse ausgewertet was durch den Aufruf der Operation anyAnalysis angedeutet wird F r Sensitivit ts und Unsicherheitsanalysen m ssen eine Vielzahl von Si mulationsl ufen durchgef hrt werden Bei jedem Simulationslauf werden die Eingabedaten durch die Modellanalyse Komponente gezielt und nach einem bestimmten Verfahren ge ndert und danach die Ausgabedaten analysiert Die Sequenz Initialisierung Simulationsstart Eingabedatenver nderung Ausgabe datenanalyse wird so lange wiede
41. 95 wurde eine Software Architektur f r Systeme zum inte grierten simulationsbasierten Assessment SISA entwickelt Diese Architektur soll als Ausgangsbasis f r die Entwicklung neuer SISA herangezogen werden k nnen Ziel dieses Kapitels war es die Anwendbarkeit dieser allgemeinen SISA Architektur anhand einer prototypischen Implementierung der spezifizierten Komponenten unter Verwendung eines konkreten Simulationssystems zu bele gen Die Implementierungen erfolgten f r die Simulationsmodelle die im Rah men des Assessment Projektes GLASS GLobal ASsessment of Security des sen Ziel die Analyse der Auswirklungen des globalen Wandels auf die Wasser und Nahrungsmittelverf gbarkeit ist eingesetzt werden Das GLASS Simula tionssystem besteht sowohl aus Teilmodellen die bereits in anderen Projekten verwendet wurden z B das Modell WaterGAP als auch aus Teilmodellen die speziell f r das GLASS Projekt erstellt wurden z B das Wasserstressmodell und das Nahrungsmittelstressmodell Unter Nutzung des GLASS Simulationssystems wurden die folgenden zen tralen Konzepte der Architektur berpr ft Aus gangs basis Ziel Rahmen Tests Ergeb nisse Doku menta tion 200 KAPITEL 6 REALISIERUNG e die Verwaltung und Bereitstellung wichtiger Assessment Informationen durch die Dokumentationskomponente e die Verwaltung von Zugriffsinformationen und Metadaten innerhalb des Katalogmanagers e die automatische
42. 97 N here Informationen finden sich im Abschnitt der Komponenten Entwicklung 5 2 Seite 96 OGC Dienste Verant wortlich keit Def Katalog geo raum liche Ressour cen 100 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG und zur Bereitstellung grundlegender Informationen zu eingesetzter Software F70 erzeugten Daten F80 und vorhandenen Dokumenten F90 rea lisiert werden Die Bereitstellung von Metadaten f r alle Ressourcen unterst tzt daher auch die Verwaltung von Ressourcen Z30 und die Bereitstellung von Hintergrundinformationen Z40 Die Zuordnung von Projekten zu Ressour cen F50 im Rahmen der Ergebnis Verwaltung Z20 kann ebenfalls ber die Speicherung von Metadaten erreicht werden Die Katalogisierung von Ressourcen kann als weitgehend unabh ngig reali sierbarer Teil der SISA Funktionalit t betrachtet werden f r den dar ber hin aus spezielle Dienste innerhalb der Spezifikationen des OpenGIS Konsortiums OGC definiert sind Aus diesen Gr nden wird ein Katalogmanager als Kom ponente in die SISA Architektur aufgenommen der f r die Verwaltung und Bereitstellung von Metadaten ber SISA Ressourcen zust ndig ist 5 2 1 2 Dienst Spezifikation OpenGIS Catalog Services Ausgangspunkt fiir die Entwicklung der Dienste des Katalogmanagers sind die Spezifikationen des OpenGIS Konsortiums genauer die in Topic 18 der Abstract Specifications definierten Catalog Services Kottmann 1999c Diese
43. Ausagedaten Beschreibung erkung Bericht Pr sentation Poster Ver ffentlichung la gt S ral 5 5 D a x S 5 Le E gt N Modellkonzept Modellanalyse Datenanalyse Szenario Analyse Abbildung 4 2 Ressourcen eines Systems zum simulationsbasierten integrierten Assessment Erkl rungen finden sich im Text s auch Abb 4 1 Seite 73 u Abb 4 4 Seite 85 4 2 ANFORDERUNGSDEFINITION 77 mationssystemen sinnvoll bzw notwendig s z B Luiten 1999 Peirce 1998 Schneider 1997 Da nicht alle Daten sinnvoll in einem GIS angezeigt werden k nnen m s sen entsprechende Visualisierungsm glichkeiten vorhanden sein Alcamo 2002 Peirce 1998 Rotmans und Dowlatabadi 1998 Zur Darstellung sollten nicht nur Diagramme Graphen Tabellen und Histogramme genutzt werden sondern auch innovative Techniken z B zur dynamischen Pr sentation von Information Rotmans und Dowlatabadi 1998 Zur Erstellung simulationsbasierter Assessments werden umfangreiche Da tenbest nde ben tigt und erzeugt Die Organisation und Verwaltung dieser Da ten inklusive dazugeh riger Datendokumentationen spielt eine wichtige Rolle im integrierten Assessment Luiten 1999 Parson 1995 und sollte daher vom SISA unterst tzt werden Je nach Komplexit t der konkreten Anwendung ist auch die Anbindung an ein Datenbank Managementsystem sinnvoll bzw not wendig Luiten 1999 Alcamo 2002 fordert im Hinblick auf
44. B den Dateinamen werden vom Katalogmanager der f r die Verwaltung von Metadaten zust ndig ist bereitgestellt Die Beschreibung jeder Ressource ber die 15 Elemente des Dublin Core Metadata Element Set ISO 15836 wird als Minimal Anforderung der Dokumentation angesehen Die Datenzugriffskomponente greift auf die Da ten innerhalb der Datenbasis zu Die Datenbasis besteht aus einer Datenbank system Komponente die f r die verwaltete Speicherung von Assessment Daten zust ndig ist und kann durch eine lose Sammlung von Dateien erg nzt wer den Die Integration der Dateien in das SISA erfolgt ber Metadaten die zu jeder Datei vorhanden sein sollten Die in der Datenbasis vorhandenen Metada ten die nicht direkt vom Nutzer ber den Katalogmanager eingegeben werden werden von Metadaten Sammlern verarbeitet Ein Metadaten Sammler ist ver 7 1 ZUSAMMENFASSUNG 209 antwortlich f r die Durchsuchung eines Rechners nach Dateien mit Metadaten und die automatische Weitergabe der gefundenen Informationen an den Kata logmanager Auf diese Weise wird die Wiederverwendbarkeit von Ressourcen erh ht Ein Metadaten Sammler sollte auf jedem Rechner installiert sein der Ressourcen f r das SISA bereitstellt Projektbezogene Kurz Informationen werden direkt im SISA vorgehalten genauer in der Dokumentationskomponente Diese Komponente ist verantwort lich f r die Dokumentation und Verwaltung wichtiger Assessment Informatio nen In diesem Auskunf
45. Begriffs Assessment genauer beleuchtet der im Zusammenhang mit Studien zum globalen Wandel eine besondere Bedeutung besitzt Da die Arbeitsgrundlage f r ein simulations basiertes integriertes Assessment die Ergebnisse von Simulationsmodellen sind werden in Abschnitt 2 2 Seite 14 anhand einer Vorgehensweise zur Erstellung von Simulationsstudien wichtige Grundbegriffe der Modellierung erkl rt Die zum besseren Verst ndnis der weiteren Ausf hrungen notwendigen Grundla gen der Software Entwicklung sind Thema des letzten Abschnitts dieses Kapi tels Abschnitt 2 3 Seite 16 Hier werden u a die einzelnen Phasen beschrie ben die bei der Entwicklung eines Software Systems zu durchlaufen sind Die Aspekte die bei der Entwicklung einer Software Architektur eine Rolle spielen werden zum Abschluss des Kapitels behandelt 2 1 Integriertes Assessment 2 1 1 Globaler Wandel Im Juli 1992 fand in Rio de Janeiro die erste Konferenz der Vereinten Nationen Agenda f r Umwelt und Entwicklung statt Aus dieser Konferenz ist ein Aktionspro t gramm f r das 21 Jahrhundert hervorgegangen die so genannte Agenda 21 UN 1992 In der Pr ambel der Agenda 21 hei t es 7 globaler Wandel WBGU Def globaler Wandel 8 KAPITEL 2 GRUNDLAGEN Die Menschheit steht an einem entscheidenden Punkt in ihrer Ge schichte Wir erleben eine zunehmende Ungleichheit zwischen V l kern und innerhalb von V lkern eine immer gr ere Armut immer meh
46. Dienste m ssen Vorbedingungen gesetzt werden f r andere sind Interaktionen notwendig In solchen F lle sind die m glichen Zu st nde des Dienstes mit Hilfe eines Zustandsdiagramms zu modellieren Die Zustands berg nge werden dann durch Operationen ausgel st Alle Dienst Instanzen sind von spezifischen Dienst Typen und der Client kennt den Typ vor der Laufzeit Clients sollen Software enthalten die den Dienst Typ feststellt bevor sie in Verbindung mit einer Dienst Instanz treten Die in ISO DIS 19119 beschriebenen Dienste sind Software Implementie rungen die auf Hardware Hosts laufen Der Standard nimmt an dass die mit dem Hardware Hosting verbunden Software Fragen transparent gegen ber dem Nutzer sind in anderen Worten um die Zuweisung eines Hardware Hosts zu einem Dienst muss sich der Nutzer nicht k mmern Information Viewpoint Ziel der Festelegungen zum information viewpoint ist die Interoperabilitat des Informationsmodells Zwei Systeme werden nach ISO 19119 dann als interope rabel angesehen wenn sie sowohl syntaktisch als auch semantisch interoperabel 527um Begriff der Interoperabilit t siehe Unterabschnitt 2 3 2 Seite 21 Nach richten Opera tion Kontrol le amp Daten Zu st nde bekann ter Dienst zugewie sene Hard ware Dienst katego rien Taxo nomie Namens gebung 60 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK sind d h sie m ssen nicht nur die gleiche Struktur f r den Dat
47. Federation be teiligt und kann mit einem Teilmodell verglichen werden Eine Federation besteht vergleichbar mit einem Gesamtmodell aus einer Menge interagie render Federates einer formalen Beschreibung des gemeinsamen Objektmodells und einer Infrastruktur die fiir die Kommunikation zwischen den Federates zu st ndig ist vgl Abb 3 6 Seite 50 Die formale Definition der Modeling and Simulation High Level Architecture so der offizielle Name der Architektur umfasst drei Hauptkomponenten e HLA Rules IEEE 2000a e HLA Object Model Template OMT IEEE 2000c e HLA Federate Interface Specification IEEE 2000b Die HLA Rules beschreiben die Hauptbestandteile einer Federation und de finieren iiber insgesamt zehn Regeln das Zusammenspiel zwischen Federate und Federation Hier wird beispielsweise festgelegt dass sich die Federates auf ein gemeinsames Objektmodell das Federation Objekt Model FOM beziehen m ssen und dass jeglicher Datenaustausch zwischen den Federates ber eine 39Die Spezifikation der Standardisierungsprozesses selbst ist ebenfalls ein RFC und findet sich unter http www ietf org rfc rfc2026 txt number 2026 40Die HLA ist seit 1996 die Standard Architektur fiir Simulationsanwendungen im Depart ment of Defence der USA Siehe http www dod mil 41 Grundlage f r die Beschreibung der HLA in diesem Unterabschnitt liefert die HLA Tech nical Specification Version 1 3 die die Vorlage f r d
48. GRUNDLAGEN Kapitel 3 Stand der Technik Dieses Kapitel gibt einen berblick ber den Stand der Technik im Bereich der integrierten Modellierung und ber Arbeiten die im Zusammenhang mit der Erstellung der Software Architektur relevant sind Der erste Abschnitt besch ftigt sich mit Software Systemen zur integrierten Modellierung Um den Rahmen der relevanten Systeme abzugrenzen werden zun chst verschiedene Definitionen des Begriffs integriertes Modell gegen ber gestellt Im Anschluss wird ein kurzer berblick ber existierende Software Systeme zum integrierten simulationsbasierten Assessment gegeben und es werden einige Frameworks und Entwicklungsumgebungen f r derartige Syste me vorgestellt Da die Wiederbenutzbarkeit und Interoperabilit t im Zusam menhang mit integrierten Assessments eine wichtige Rolle spielt werden in Abschnitt 3 2 Seite 41 einige Standards vorgestellt die bei der Entwicklung der Software Architektur von Interesse sind 3 1 Integrierte Modelle 3 1 1 Definitionen In der Literatur sind analog zur Definition des integrierten Assessments verschiedenen Definitionen und Auffassungen des Begriffs integriertes Assess ment Modell IAM zu finden Alcamo 2002 charakterisiert integrierte Modelle wie folgt Although there is no widely accepted definition of integrated mo dels most researchers would agree that they i include information 1Die Begriffe integriertes Mo
49. Golubev lt dc creator gt lt dc creator gt Nikolai Dronin lt dc creator gt lt dc creator gt Andrei Kirilenko lt dc creator gt lt dc creator gt Marcel Endejan lt dc creator gt lt dc subject gt R GLASS lt dc subject gt lt dc subject gt GLASS lt dc subject gt lt dc subject gt Russia lt dc subject gt lt dc description gt Will Climate Change Affect Food and Water Security in Russia lt dc description gt lt dc description gt Summary Report of the International Project on Global Environmental Change and its Thread to Food and Water Security in Russia lt dc description gt lt dc publisher gt CESR lt dc publisher gt lt dc contributor gt Guenther Fischer lt dc contributor gt lt dc date gt 2003 03 24 lt dc date gt lt dc type gt Document lt dc type gt lt dc type gt Report lt dc type gt lt dc format gt MS Word lt dc format gt lt dc identifier gt url file usf1 home _GRID Marcel Moscow final_report rglass_final_2003 03 24 doc lt dc identifier gt lt dc identifier gt urn x wzusf doc rep rglassSummaryReport V1 0 doc hd lt dc identifier gt lt dc source gt lt dc source gt lt dc language gt en also in Russian language available lt dc language gt lt dc relation gt lt dc relation gt lt dc coverage gt temporal 1961 1990 2020s 2070s lt dc coverage gt lt dc coverage gt spatial 89 Russian Regions lt dc coverage gt lt dc rights gt lt dc
50. Hrsg LINGNER Stephan Hrsg Integrative Modellierung zum Globalen Wandel Berlin Heidelberg New York u a Springer 2002 Wissenschaft sethik und Technikfolgenbeurteilung Band 17 S 3 14 ISBN 3 540 43253 1 Alcamo u a 2003a ALCAMO Joseph DOLL Petra HENRICHS Thomas KASPAR Frank LEHNER Bernhard SIEBERT Stefan Development and testing of the WaterGAP 2 global model of water use and availability In Hydrological Sciences Journal 48 2003 Nr 3 S 317 338 Alcamo u a 2003b ALCAMO Joseph DOLL Petra HENRICHS Thomas KASPAR Frank LEHNER Bernhard SIEBERT Stefan Global estimates of water withdrawals and availability under current and future business as usual conditions In Hydrological Sciences Journal 48 2003 Nr 3 S 339 348 213 214 LITERATURVERZEICHNIS Alcamo u a 2003c ALCAMO Joseph DRONIN Nikolai ENDEJAN Marcel GOLUBEV Genady KIRILENKO Andrei Will Climate Change Affect Food and Water Security in Russia Summary Report of the International Project on Global Environmental Change and its Thread to Food and Water Security in Russia Kassel Center for Environmental Systems Research Universtity of Kassel 2003 Report No A0302 URL http www usf uni kassel de usf archiv dokumente projekte rglass summary pdf Alcamo u a 2001 ALCAMO Joseph ENDEJAN Marcel KASPAR Frank R schH Thomas The GLASS model a strategy for quantifying global en vironm
51. Informationstechnik 4 4 Aufl Stand der abgedr Normen August 1995 Berlin Wien Z rich Beuth 1995 ISBN 3410134522 DIN 2000 DEUTSCHES INSTITUT F R NORMUNG E V Hrsg DIN EN ISO 9000 Qualit tsmanagementsysteme Grundlagen und Begriffe Berlin Wien Z rich Beuth Dezember 2000 D ll u a 2003 DOLL Petra KASPAR Frank LEHNER Bernhard A global hydrological model for deriving water availability indicators model tuning and validation In Journal of Hydrology 270 2003 Nr 1 2 S 105 134 Dowlatabadi 1995 DOWLATABADI Hadi Integrated assessment models of climate change An incomplete overview In Energy Policy 23 1995 Nr 4 5 S 289 296 Duden 1996 DROSDOWSKI G nther Hrsg M LLER Wolfgang Hrsg SCHOLZE STUBENRECHT Werner Hrsg WERMKE Matthias Hrsg Du den Deutsches Universalw rterbuch 3 neu bearbeitete und erweiterte Auflage Mannheim Leipzig Wien Z rich Dudenverlag 1996 Easterling 1997 EASTERLING William E Why regional studies are needed in the development of full scale integrated assessment modelling of global change processes In Global Environmental Change 7 1997 Nr 4 S 337 356 Engesser 1993 LEKTORAT DES B I WISSENSCHAFTSVERLAGS UNTER LEI TUNG VON HERMANN ENGESSER Hrsg Duden Informatik ein Sachlexi kon f r Studium und Praxis 2 vollst berarb und erw Aufl Mannheim Leipzig Wien Z rich Dudenverlag 1993 218 LITE
52. KRAUS An dreas Lupwic Matthias An Integrated Simulation System for Glo bal change Research in the Upper Danube Basin In First Interna tional NAISO Symposium on Information Technologies in Environmental Engineering ITEE June 24 June 27 2003 Gdansk University of Technology Poland Veranst URL http www glowa danube de PDF Publications 100041 00 RH 064 pdf 2003 Hering u a 2000 HERING Ekbert GUTEKUNST J rgen DYLLONG Ulrich Handbuch der praktischen und technischen Informatik 2 neubearbeitete und erweiterte Auflage Berlin Heidelberg New York Springer 2000 ISBN 3 540 67626 0 Herold 1999a HEROLD Helmut Linux Unix Kurzreferenz 2 berarb Aufl Bonn Reading Mass u a Addison Wesley Longman 1999 Linux Unix und seine Werkzeuge ISBN 3 8273 1536 0 Herold 19996 HEROLD Helmut Linua Uniz Profitools awk sed lex yacc und make 3 berarb Aufl Bonn Reading Mass u a Addison Wesley Longman 1999 Linux Unix und seine Werkzeuge ISBN 3 8273 1448 8 Herrmann u a 1998 HERRMANN Uwe LENZ Dierk UNBESCHEID G n ter Oracle f r den DBA Verwalten optimieren vernetzen Bonn Reading Massachusetts u a Addison Wesley Longman 1998 ISBN 3 8273 1310 0 Hill u a 2001 HILL Linda L CROSIER Scott J SMITH Terence R GOODCHILD Michael A Content Standard for Computational Models In D Lib Magazine 7 2001 Nr 6 URL http www dlib org dlib june0
53. Kommunikation ber die Sockets transparent macht In C geschriebene Modellteile rufen also lediglich eine Methode dieser Klasse auf und brauchen sich nicht um die Kommunikation mit dem Server zu k m mern Der SISA_SimulationRunManagerClient kontaktiert bei einer Anfrage automatisch den Server erfragt den Wert der gew nschten Einstellung und gibt ihn anschlie end an das Simulationsmodell weiter Der Server der ebenfalls ber eine C Klasse SISA_SimulationRunMan agerServer implementiert ist bezieht alle simulationslaufspezifischen Informa tionen aus einer XML Datei Da Simulationsl ufe als abstrakte Ressourcen be trachtet werden k nnen die zugeh rigen Einstellungen innerhalb des SISA ein deutig identifiziert werden Innerhalb des Servers werden die Einstellungen ber das Document Object Model DOM abgebildet Der Server stellt den Clients auf Anfrage einzelne Einstellungen in Form von Zeichenketten zur Verf gung Abbildung 6 15 Seite 190 verdeutlicht das Zusammenspiel von Client und Server noch einmal Die Verwendung des XML Formats bietet gegen ber anderen Formaten den Vorteil dass sowohl die Strukturen als auch die g ltigen Werte von Simulati onsmodell Spezifikationen auf eine einfache und vor allem standardisierte Weise definiert werden k nnen Diese Definitionen k nnen entweder ber die Docu ment Type Definition DTD oder ber die XML Schema Description Language XSD erfolgen Der Simulationslaufmanager ist a
54. Mediatoren geh ren jene zur Vermittlung zwischen den Formaten UNF0 1 2 4 und 29IMAGE2 1 enthielt beispielsweise nur 59831 Zellen Programm Schleifen ber alle Zel len konnten daher ber 16 Bit Zahlen realisiert werden f r IMAGE2 2 ist das nicht mehr m glich der maximal darstellbare Wert f r eine ganzzahlige 16 Bit Variable ist 65535 30Die Formatangabe UNF2 die auch als Dateiendung verwendet wird bezieht sich auf den Wertebereich von 0 65535 oder auf den von 32768 bis 32767 31Die Wertigkeit der Bytes innerhalb eines Datenwortes unterscheidet sich zwischen Platt formen w hrend Intel basierte Systeme das niederwertigste Byte einer bin ren Zahlenre pr sentation zuerst schreiben little endian verfolgen beispielsweise die Systeme von SUN Microsystems unter SPARC sowie Hewlett Packard Maschinen unter HP UX den umgekehr ten Weg und gehen davon aus das h chstwertige Byte zuerst an der niedrigsten Adresse im Speicher vorzufinden big endian 6 3 KOMPONENTEN REALISIERUNG 193 e dem ASCII Format des GIS ArcView e Tabellen in relationalen Datenbanken Das ArcView ASCII Format beschreibt einen rasterbasierten Geodatensatz ber ein regelm iges Raster und je einem Wert pro Rasterzelle Die Daten sind in Text Form im ASCII Format gespeichert und somit auch zwischen unter schiedlichen Plattformen gut austauschbar und mit einfachen Mitteln z B einem Texteditor darstellbar Zus tzlich zu den Daten enth lt
55. Modelldokumentation die Ver waltung von Referenzen auf Literatur und auf Personen die an der Modellent wicklung beteiligt sind bzw waren 3 2 Standards 3 2 1 Standardisierungs Organisationen Bei der Erstellung von interoperablen offenen Software Systemen ist die Ver wendung von allgemein anerkannten Methoden Verfahren Konzepten und No tationen hilfreich Die formale Vereinheitlichung des allgemein anerkannten oder anzuerkennenden erfolgt durch Normungen Otto Kienzle Mitbegr n der des Deutschen Instituts f r Normung DIN beschrieb Normung als die einmalige bestimmte L sung einer sich wiederholenden Aufgabe unter den jeweils gegebenen wissenschaftlichen technischen und wirtschaftlichen M glich keiten Etwas formeller ist die genormte Form der Definition Normung ist die planm ige durch die interessierten Kreise gemeinschaftlich durchgef hrte Vereinheitlichung von materiellen und immateriellen Gegenst nden zum Nut zen der Allgemeinheit DIN 820 Teil 1 Normen Standards k nnen unterteilt werden in nationale Normen in ternationale Normen und Fachnormen F r die Normierung sind l nder und fachspezifische Normungsorganisationen zust ndig Zu den nationalen Normie rungsorganisationen geh ren beispielsweise das American National Standards Institute ANSI und das bereits erw hnte Deutsche Institut f r Normung DIN Die International Organization for Standardization ISO ist ein
56. Operationen des Modells der Adapter passt die Schnittstelle des Simulationsmodells damit an die geforderte SISA Schnittstelle an Weitergehende Informationen ber das Adapter Muster finden sich z B bei Gamma u a 1996 Bietet ein Simulationsmodell keine Operationen die zur Anpassung an die geforderten Schnittstellen verwendet werden k nnen so ist das Modell entspre chend zu modifizieren oder zu erweitern Eine Implementierung der Operation run kann dabei als Minimalanforderung zur Integration eines Modells in ein SISA betrachtet werden 6 3 KOMPONENTEN REALISIERUNG 187 Das Wasserstressmodell und das Nahrungsmittelstressmodell wurden di rekt in C geschrieben und sind Ableitungen der abstrakten Basisklasse SI SA_ModelBase F r das WaterGAP Modell wurde ein einfacher ebenfalls auf der SISA_ModelBase basierender Adapter geschrieben der nach Aufruf der Operation run einen Modelllauf ber die gesamte Simulationszeit startet 6 3 3 2 Modellkopplung In der derzeitigen Version des GLASS Modells sind die Teilmodelle einfach mit einander verkettet Die Ausgabedaten eines Modells werden als Eingabedaten f r ein nachgeordnetes Modell verwendet R ckkopplungen zwischen den Mo dellen gibt es nicht vgl Abb 6 1 Seite 167 Die Teilmodelle schreiben ihre Ergebnisse in Dateien die im Anschluss von den nachgeordneten Modellen wie der gelesen werden bzw ber die Schnittstelle SimResultAccess direkt vom Mode
57. Rat und Tat zur Seite stand Der Weg zur Anfertigung dieser Arbeit war nicht immer klar Daher m chte ich mich bei all jenen bedanken die mich bewusst oder unbewusst auf die sen Weg gebracht haben und mich ermutigten ihn weiterzugehen So danke ich meinen Eltern Frau Karin Ritter und Herrn Heinz Josef Endejan f r ihre Un terst tzung und f r die M glichkeit der freien Wegwahl Mein innigster Dank geht an Frau Klara Raas und Herrn Jakob Raas die mich von den ersten Schrit ten an begleitet und ihnen Halt gegeben haben Sehr herzlich danken m chte ich meiner Freundin Dagmar Ritterbusch die selbst in der Abschlussphase der Arbeit viel Geduld und Verst ndnis gezeigt hat und trotz der r umlichen Entfernung immer unterst tzend an meiner Seite war il Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung LE Hintergrund eu iw a8 ah aaa oe ee dR AE 1 2 Rahmen und Ziel der Arbeit 2 22 222 onen 1 3 Btrukturder Arbeit 2 244348 24644449 444554 2 Grundlagen 2 1 Integriertes Assessment 2 11 Globales Wandel EE 242 eeeeSea oe wed aoa 2 1 2 Assessment des globalen Wandels 2 2 2 2 22 Modellierung u 0 u 0820 28 OORT REDS EE 2 3 Software Entwicklung se s 22 2 m ernennen 2 3 1 Entwicklungsphasen 2 3 2 Software Architektur o s o c cui Parag 5448844 3 Stand der Technik ol Integrierte Modelle soari succ a seed ELE a na a Ikl Definitionen serenate 2 02 Verde e Systeme un ae Bas
58. Seite 76 sind diese auch in der Ressourcenliste aufzuf hren und ber Metadaten zu beschreiben Eine detaillierte Spezifikation der Hintergrunddaten erfolgt im Rahmen der Architekturentwicklung Kapitel 5 Seite 95 Zusammenfassend kann aber fest gehalten werden dass das SISA die folgenden Hintergrunddaten zur Verf gung zu stellen hat Referenzierungen erfolgen ber die Kurzform Dxx Kurzinfor mationen ber Personen und Organisationen D10 Kurzinformationen ber die abstrakten Ressourcen D20 Metadaten f r die Ressourcen D30 und Glossar Eintr ge D40 Informationen ber die Zuordnung von Datens tzen zu den einzelnen Simu lationsl ufen Szenarien bilden die Konfigurationsdaten D50 des Systems In die Gruppe der Assessment Daten geh ren alle weiteren in Abb 4 2 Seite 76 aufgef hrten Datens tze mit Ausnahme der Systemparameter und Optionsdaten die f r die Konfiguration zust ndig sind Die Auswahl wichtiger Assessment Daten erfolgt in den folgenden Abs tzen 4 2 ANFORDERUNGSDEFINITION 85 geh rt zu beteiligt an Hintergrunddaten Organisation D Person D Projekt D Deal geh rt zu al the des key d AR Glossar D Simulationsstudie D Dok AR nutzt Simulationslauf D Dok Szenario D Dok 1001 1 1 1 basiertjauf gt Ressourcenliste D Simulationslauf Spezifikation D 10 refererjziert gt refe
59. Seite aufzurufen um die Daten eingeben und an den Web Server senden zu k nnen Bet tigt der Nutzer die Schaltfl che zum Absenden des Formulars insert so wird dessen Inhalt automatisch zum Web Server und ber den PHP Interpreter an die MySQL Datenbank gesendet nung getragen Die Bereitstellung unterschiedlicher Sichtweisen auf die Daten des Systems B20 kann ber unterschiedliche Web Seiten realisiert werden Modellbetreibern und Entwicklern die sich im lokalen Netz Intranet der Do kumentationskomponente befinden k nnen Seiten zur Verf gung gestellt wer den die alle Daten einer Tabelle anzeigen Interessenten au erhalb des Intranet bekommen hingegen nur eine Auswahl aller verf gbaren Informationen ber den Web Server zugesendet Dar ber hinaus kann der Zugriff auf Web Seiten relativ einfach durch Passw rter gesch tzt werden 6 3 2 Katalogmanager 6 3 2 1 Ressourcen Identifizierung Der Katalogmanager ist verantwortlich f r die Verwaltung und Bereitstellung von Metadaten ber SISA Ressourcen s Abschnitt 5 2 1 Seite 96 Zu den IETF URI 174 KAPITEL 6 REALISIERUNG D I view Responsible Parties Netscape a Datei Bearbeiten Anzeigen Gehe Lesezeichen Extras Fenster Hilfe P GC 9 amp 8 EI http 127 0 0 1 rglass viewResponsibleParty php EH A e 2 anfang O Suche ELesezeichen SWZ USF S R GLASS S Deutsch Englisc S phpMyAdmin 2 2 amp FB Dokument Done 5 698 Sek Abbi
60. Seite zur Metadaten Erfassung 181 Web Seite zur Anzeige von Metadaten 184 Basisklasse der Simulationsmodelle 2 22 2 2200 185 Prinzip eines Adapters 2 2 Emmen 186 Kommunikation ber Sockets 2 2 22 een 188 ABBILDUNGSVERZEICHNIS ix 6 15 6 16 6 17 B 1 B 2 B3 Gal Realisierung des Simulationslaufmanagers 190 Prinzip der Mediatoren lt ste sos a ii g a p See Yee eee 192 Funktionsbeispiel zur Geodatenverarbeitung 199 Datenmodell zu Personen und Organisationen 234 bersicht des SISA Datenmodells 2 22 2222 22 2 2020 235 bersicht der SISA Koponenten und Schnittstellen 236 OpenGIS Abstract Spezifikations Abhangigkeiten 237 ABBILDUNGSVERZEICHNIS Tabellenverzeichnis 2 1 3 1 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 5 1 5 2 5 3 5 4 5 5 5 6 5 7 6 1 C1 G2 C 3 C 4 C 5 Qualit tsmerkmale und Qualit ts Teilmerkmale der ISO IEC 9126 23 Sichtweise auf ein Software System nach ISO RM ODP Arbeitsschritte einer Simulationsstudie Grundlegende SISA Ziele 2 2 2 onen Grundlegende SISA Funktionen Grundlegende SISA Datenbestiinde Anforderungen des SISA an die Software Qualit t Vorrangige nicht funktionale Anforderungen an das SISA Komponenten und ihre Verantwortlichkeiten Die prim ren Funktionen der OpenGIS Catalog Services Schnittst
61. Simulationslauf Bezeichners ber die Operation init 2 W hrend der Initialisierungsphase werden grund legende Einstellungen des Systems vorgenommen Die von den Simulationsmo dellen ben tigten simulationslaufspezifischen Einstellungen bezieht das Simu lationssystem ber die Operation getSetting des Simulationslaufmanagers Nachdem die Initialisierung abgeschlossen ist startet der Client den Simula tionslauf ber die Operation run Die im Laufe der Simulation ben tigten Da tens tze erh lt das Simulationssystem von der Datenzugriffskomponente Data Access Hierzu nutzt das Simulationssystem die Operation retrieveDataset Der angeforderte Datensatz sollte ber einen eindeutigen Bezeichner referen ziert werden Die Datenzugriffskomponente selbst ben tigt f r den Zugriff auf den Daten satz zus tzliche Informationen ber den angeforderten Datensatz z B einen Datenbank Namen oder das Format und den Speicherort einer Datei Die se Informationen erh lt die Datenzugriffskomponente unter Verwendung des eindeutigen Datensatz Bezeichners ber die Operation getAccessInfo des Katalogmanagers Catalog Manager Die Datenzugriffskomponente bezieht den angeforderten Datensatz durch den Aufruf der Operation retrieveDataset des Datenbanksystems Database System und gibt ihn dann direkt weiter an das Simulationssystem 25Ein noch nicht initialisiertes Simulationssystem kann beim Eintreffen der Nachricht run die Initia
62. Steigerung der Wieder verwendbarkeit und Interoperabilit t sollte die Komponente ber die Berech nung neuer Simulationsergebnisse hinaus in der Lage sein zuvor berechnete Ergebnisse ber einen Dienst zur Verf gung zu stellen Die Simulationsmodell Komponente ist damit verantwortlich f r die Berechnung Speicherung und Weitergabe von Simulationsergebnissen 5 2 5 2 Dienst Spezifikation Dienste Die Erzeugung von Simulationsergebnissen integrierter Modelle erfolgt i d R f r Szenarien die sich ber mehrere Jahre erstrecken Die zur Berechnung not wendigen Informationen ber Modelloptionen etc stellt der Simulationslaufma nager zur Verf gung F r die Lieferung der Modellumweltdaten ist die Datenzu griffskomponente in Verbindung mit dem Datenbanksystem verantwortlich Alle zum Start eines Simulationslaufes notwendigen Informationen und Daten sollten vor dem Start einer Simulation in einer Simulationslauf Spezifikation ber den Simulationslaufmanager festgelegt sein so dass die Simulationssys 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 133 temkomponente mit dem Aufruf einer Operation run die Simulation beginnen kann Zur Berechnung der Modellergebnisse f r das erste Jahr eines Simulati onszeitraums sind i d R Anfangswerte innerhalb der Simulationsmodelle zu belegen Optionen m ssen gesetzt eingelesen und Startwerte von Modellvaria blen gesetzt oder berechnet werden Teilmodelle m ssen Kontakt mit anderen Teilmodellen oder d
63. System realisiert und damit f r unterschiedliche Modelle wieder verwendet wer den e Welche Daten sollten zur Unterst tzung der Transparenz von Analyse und Simulationsergebnissen vorgehalten werden e Welche Standards k nnen zur Erh hung der Qualit t integrierter Modelle beitragen Der generelle Ausgangspunkt f r die Entwicklung einer Software Architek tur ist die Systemdefinition in der die Hauptfunktionen und Hauptdaten sowie die grundlegenden Anforderungen an ein System bestimmt werden Um die all gemeinen auf mehrere Systeme bertragbaren Anforderungen eines SISA zu definieren wurde in Kapitel 3 Stand der Technik Seite 25 die Literatur ber SISAs hinsichtlich ihrer Leistungsmerkmale und ihres Funktionsumfangs ausge wertet Diese Analyse zeigte dass sich das Leistungsspektrum von SISAs nicht auf die Berechnung neuer Simulationsergebnisse beschr nkt insbesondere die Bereitstellung und Nutzung von GIS Funktionalit ten die Unterst tzung bei der Analyse von Ergebnissen Daten und Modellen die Verwaltung von Szena rien und Datenbest nden sowie die Bereitstellung von Systemdokumentationen geh ren ebenfalls zu den Leistungsmerkmalen vieler Systeme Aufbauend auf diesem Ergebnis und einer weiteren Analyse nicht funktionaler qualitativer Anforderungen wurde in Kapitel 4 Seite 69 eine Systemdefinition f r ein all gemeines d h nicht von konkreten Projektanforderungen beeinflusstes SISA vorgenommen Der folgende Absatz f
64. Systemparameter sowie Angaben ber Simulationsmodell Optionen All diese Daten sind eben so wie die Ausgabedaten des Simulationsmodells als wichtige SISA Ressourcen zu betrachten Die Simulationsl ufe basieren auf Szenarien um Ergebnisse ver schiedener Assessments vergleichen zu k nnen werden f r unterschiedlicher Studien und Projekte oft die gleichen Szenarien benutzt ein Grund auch diese als SISA Ressourcen zu betrachten Zur Erzeugung und Vorbereitung der Eingabedaten f r die Simulations modelle werden sowohl Standardprogramme Anwendungen wie GIS oder Ta bellenkalkulationsprogramme als auch eigens f r diesen Zweck geschriebene Programme Individualsoftware eingesetzt Die mehr oder weniger komplexen eigens entwickelten Programme k nnen als Hilfsprogramme betrachtet und als Ressource innerhalb anderer Projekte wieder verwendet werden Gleiches gilt f r Funktionen die z B in Form von Diensten s Seite 56 angeboten werden Die Anwendungen und Werkzeuge werden auch bei der Analyse der Simu lationsergebnisse eingesetzt zun chst f r die Validierung des Modells im Mo delltest und anschlie end f r die Szenarien Analyse Endergebnis einer Studie sind dann verschiedene Dokumente wie Berichte und Ver ffentlichungen vgl Abb 4 1 Seite 73 Diese Dokumente sollten ebenso wie die Beschreibung der Modellziele und der Modellgrenzen aus dem ersten Arbeitschritt m glichst einfach zugreifbar und wieder verwendbar
65. Unterabschnitt 3 2 5 Seite 55 die verantwortlich f r die Bereitstellung von allgemeinen durch meh rere Nutzer verwendbaren Funktionen sind s Percivall 2002 Die Shared Domain Services zu denen auch die Geodienste geh ren k nnen als toolbox oder building blocks of Applications angesehen werden Kottman 1999 In Verant diesem Sinne ist die Datenverarbeitungskomponente die im Folgenden auch De als Utility Komponente bezeichnet wird verantwortlich f r die Bereitstel 142 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG lung allgemeiner Datenverarbeitungsdienste Die Komponente dient im SISA der Unterst tzung bei der Erzeugung von Simulationsergebnissen Z60 der Datenvorverarbeitung und Nachbearbeitung Z80 und der Ergebnisanalyse Z100 5 2 8 2 Dienst Spezifikation Die Funktionen der Komponente sind abh ngig von den Anforderungen eines konkret zu realisierenden SISA so dass auf eine detaillierte Spezifikation an dieser Stelle verzichtet wird Die Schnittstelle der Komponente IUtility ent h lt daher lediglich eine exemplarische Operation zur Berechnung statistischer Gr en Utility oO Utility interface lUtility calculateStatistics Abbildung 5 30 Schnittstelle zur allgemeinen Datenverarbeitung Eine Spezi fikation der Schnittstelle IUtility findet an dieser Stelle nicht statt 5 2 8 3 Daten Spezifikation Das Datenmodell der Dienste sollte s
66. Z10 Beschreibung eines Simulationslaufes F35 Z10 Zuordnung von Daten zu einem Simulationslauf F30 Z10 Bereitstellung von Metadaten F40 Z10 Zuordnung von Ressourcen zu Projekten F50 Z20 Bereitstellung einer Ressourcen Liste F60 Z30 Bereitstellung von Assessment bezogenen Informationen zu Z40 verwendeter Software F70 verwendeten erzeugten Daten F80 verwendeten erzeugten Dokumenten F90 beteiligten Personen Organisationen F100 durchgefiihrten Projekten Studien F110 Bereitstellung eines Glossars F120 Z50 Start eines Simulationslaufes F130 Z60 Bereitstellung von Informationen zum Simulationsverlauf F140 Z60 Import Konvertierung von Datens tzen F150 Z70 Visualisierung von Daten F160 Z90 Export von Daten F170 Z90 Statistische Auswertung von Daten F180 Z100 Tabelle 4 3 Ubersicht der grundlegenden Funktionen des Systems zum simula tionsbasierten integrierten Assessment Erkl rungen zu den Zielen finden sich im Unterabschnitt 4 2 2 Seite 78 Ziel gruppen Betriebs bedin gungen Software Schnitt stellen Hard ware 82 KAPITEL 4 SYSTEMDEFINITION Betrieben wird das SISA von Wissenschaftlern sie erzeugen szenarienbe zogene Simulationsergebnisse werten diese aus und vermitteln die Ergebnisse den Entscheidungstr gern und anderen Wissenschaftlern Entscheidungstr ger und andere interessierte Personen oder Personengruppen sollen das System nutze
67. ber den Aufruf der Methode f r das zuvor manuell erzeugte Objekt Im obigen Beispiel wird dem Simulationslaufmanager auch direkt innerhalb des WaterGAP Modells die zu verwendende XML Datei mit den Modellspezifikationen bekanntgegeben Nachdem die grundlegenden Einstellungen gemacht wurden greift Water GAP auf die Dienste des Simulationslaufmanagers und des Datenzugriffs Ser vers zu get dataset old style sprintf filename s G_CORR_FACTOR UNFO options input_dir 9 gridI0 readUnfFile filename ng dailyWaterBalance G_cellCorrFact get dataset SISA style char datasetURN 255 get URN for dataset from simulation run manager simRunManager getSetting THIS_MODEL simRunName 10 dsCorrectionFactor datasetURN sizeof datasetURN get the dataset SISA_dataAccessClient instance gt retrieveDataset datasetURN 11 SISA_DS_IMG22UNFO char dailyWaterBalance G_cellCorrFact sizeof dailyWaterBalance G_cellCorrFact Der Quelltext Ausschnitt zeigt den lesenden Zugriff auf einen Datensatz wie er in der Originalversion von WaterGAP 9 und wie er unter Verwendung der SISA Komponenten realisiert ist 10 11 In der urspriinglichen WaterGAP Version sind der Name der Datei G_GORR_FACTOR UNFO und damit des sen Format UNFO fest in den Quellcode integriert Identifiziert wird der Da tensatz allein ber die Klassenvariable options input_dir dessen Inhalt das Ver zeichnis
68. ber den Metadaten Sammler Die Interaktionen der Komponenten die an der Sammlung von Metadaten beteiligt sind werden ber das Sequenzdia gramm in Abb 5 38 verdeutlicht Die Daten die f r ein Assessment von Interesse sind k nnen sich auf unter schiedlichen Rechnern Hosts befinden Um die Daten dem System bekannt zu geben ohne dass der Nutzer des Hosts explizit entsprechende Eintr ge im Ka talogmanager vornehmen muss werden Metadaten Sammler Harvester ein gesetzt Auf jedem Rechner der Daten f r das SISA bereitstellt sollte da her ein Metadaten Sammler installiert sein Im Sequenzdiagramm in Abb 5 38 sind zwei Hosts mit jeweils einem Harvester zu sehen H1 Harvester und H2 Harvester Wie in Beispiel a der Abb 5 38 zu sehen ist wird die Sammlung von Me tadaten durch den Aufruf der Operation harvest eines Metadaten Sammlers 26Es ist auch m glich Metadaten ber Rechnergrenzen hinweg zu sammeln dies erfordert allerdings entsprechende Zugriffsrechte auf lokale Speichermedien die nicht immer gew hrt werden k nnen 157 5 3 GESAMTARCHITEKTUR E P a OO reat haa in A ai a DEE ESSENER LER 1 Beat Se EEE e a ESS ee A et ee ee be sl I be l l N l I a l Sg I E l BS l s i TEEN E ES Peer Am a ee
69. ber die Basisfunktionen werden z B die Dateneingabe und ausgabe die Kommunikation zwischen Modellteilen und die Anwendung einzel ner Modellkomponenten implementiert OMS bietet den Entwicklern den Vor teil einer einheitlichen Programmierschnittstelle engl Application Program ming Interface APT Modellnutzern wird ber OMS eine einheitliche Benut zungsschnittstelle engl User Interface UI bereitgestellt OMS besteht aus Systemkomponenten und Modellkomponenten Zu den Sys temkomponenten geh ren der Systemkern der Modellersteller der Skript In terpreter der GIS Client das Anwendungs Framework das Update Center und Komponenten f r die Benutzungsschnittstelle Der Systemkern bietet Basisfunktionalit ten f r andere Komponenten und ist die Laufzeit Umgebung f r die Entwicklung und Ausf hrung von Modellen und Komponenten Der Systemkern stellt auch einfache und komplexe Daten objekte bereit Diese Datenobjekte k nnen neben dem Wert zus tzliche Infor mationen halten einen Namen f r das Objekt die Einheit des Wertes sowie den erlauben Zahlenbereich Alle OMS Datentypen besitzen Funktionen zum Lesen und Schreiben der Werte ber ein integriertes Funktionspaket zur Ein heitenverarbeitung ist es m glich die Kompatibilit t von Variablen innerhalb von Formeln zu pr fen und Werte von einer Einheit in eine andere kompa tible umzurechnen Zur Integration neuer Modellkomponenten m ssen deren SIntegriert wurde das UCAR U
70. currentRelative f r jede Rasterzelle berechnet 1 Hierzu wird eine Division mit den Geodaten Objekten durchge f hrt um das Ergebnis anschlie end mit einem skalaren Wert 100 zu mul tiplizieren Die Berechnungen werden dabei automatisch f r jede der 66896 Rasterzellen durchgef hrt Anschlie end folgt eine logische Operation mit zwei Geodaten Objekten 2 Nach einer weiteren Multiplikation erfolgt die Bildung der zonalen Summe 3
71. data from MySQL database 3 esult mysql_query select from responsibleparty or die Error a display each dataset in a separate table 4 result while row mysql_fetch_array result echo lt table width 90 border 1 gt n first database field to display for each entry individual name 5 echo lt tr gt n echo lt td width 19 gt print lt b gt Individual Name lt b gt echo lt td gt echo lt td width 22 gt print row individualName echo lt td gt echo lt tr gt n echo lt tr align left gt n echo lt td width 19 gt print lt b gt Organisation Name lt b gt echo lt td gt echo lt td width 22 gt print row organisationName echo lt td gt echo lt tr gt n ER last database field to display for each entry 6 echo lt tr align left gt n echo lt td width 19 gt print lt b gt E Mail lt b gt echo lt td gt echo lt td width 22 gt print lt a href mailto D 2 METADATEN DATEI 247 print row email print gt print row email echo lt td gt echo lt tr gt n echo lt table gt n print lt br gt n print lt br gt n mysql_free_result result 7 gt lt h2 gt lt a href insertResponsibleParty php gt Insert another party lt a gt lt h2 gt 7 Zun chst wird ber die oben beschriebene Funktionsfolge dbconn
72. die im Katalogma nager verwendet werden s Unterabschnitt 5 2 1 Seite 108 Da der Metadaten Harvester mit dem Katalogmanager kooperiert ben tigt Attri er einen Verweis auf diese Komponente Zum Zugriff auf das evtl vorhandene Pir Repository ist ebenfalls ein entsprechender Verweis z B auf den Namen einer Datei oder einen verantwortlichen Dienst notwendig Abbildung 5 12 zeigt die resultierende Klasse in UML Notation 5 2 3 Dokumentation 5 2 3 1 Verantwortlichkeit Zu den Zielen eines SISA geh rt es Simulationsl ufe zu verwalten Z10 Abgren Hintergrund Informationen zu Assessments bereitzustellen Z40 sowie Hilfe 7 stellungen zum Verst ndnis des Problembereichs zu geben Z50 Die Verwal tung der in diesem Zusammenhang notwendigen Informationen ber verwen dete Software und verwendete bzw erzeugte Daten und Dokumente F70 F90 wird bereits vom Katalogmanager bernommen s Unterabschnitt Verant wortlich keit Klassen 120 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG DataType SISA_MetadataHarvester katalogManagerf 1 repositoryName 0 Abbildung 5 12 Datenmodell des Metadaten Sammlers Neben einem im plementierungsabh ngigen Verweis auf den Katalogmanager muss der Metadaten Sammler noch den Namen eines optional anzulegenden Verzeich nisses Repository speichern k nnen Die Datentypen der Attribute sind ab h ngig von der konkreten Realisierung und werden daher an
73. dieser Stelle nicht spezifiziert 5 2 1 Seite 96 W hrend diese Informationen in Form von Metadaten verwaltet werden ist f r die Bereitstellung von Informationen ber durchgef hrte Simula tionsl ufe F35 zugrunde liegenden Szenarien F10 beteiligte Personen F100 und durchgef hrte Projekte und Studien F110 sowie das gefor derte Glossar F120 eine direkte Datenhaltung notwendig s Hintergrund daten in Abb 4 4 Seite 85 Die Verantwortlichkeit f r diese Funktionen und Daten wird einer separaten Komponente bertragen der Dokumentationskom ponente ber die genannten Informationen hinaus sollte die Dokumentations komponente Modellbetreibern Hintergrundinformationen ber die Bedienung des Systems bereitstellen Aus dieser Abgrenzung heraus ergibt sich die nach stehende Verantwortlichkeit der Komponente Die Dokumentationskomponente ist verantwortlich f r die Bereitstellung und Verwaltung grundlegender Infor mationen ber durchgef hrte bzw in Bearbeitung befindliche Assessments den Problembereich des modellierten System sowie die Bedienung des Systems 5 2 3 2 Dienst Spezifikation Einige Dienste die die Dokumentationskomponente zur Verf gung zu stellen hat ergeben sich direkt aus den ihr zugeordneten funktionalen Anforderungen vgl Abb 5 2 Seite 99 Neben der Bereitstellung eines Glossars F120 sind Daten vorzuhalten f r e beteiligte Personen Organisationen F100 e durchgef hrte Proj
74. doc ISO 2003 INTERNATINAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION Hrsg ISO 15836 Information and Documentation The Dublin Core metadata element set Geneve Switzerland Internatinal Organization for Standardi zation 2003 Jaeger u a 2002 JAEGER Carlo C LEIMBACH Marian CARRARO Car lo HASSELMANN Klaus HOURCADE Jean Charles KEELER Andrew KLEIN Rupert Integrated Assessment Modeling Modules for Cooperati on Fondazione Eni Enrico Mattei URL http www feem it Feem Pub Publications WPapers WP2002 053 htm July 2002 NOTA DI LAVORO 53 2002 Working Paper Kainuma u a 2003 KamumaA Mikiko Hrsg MATSUOKA Yuzuru Hrsg MORITA Tsuneyuki Hrsg Climate Policy Assessment Asia Pacific Integrated Modeling Tokyo Berlin Heidelberg New York Springer 2003 ISBN 4 431 70264 4 Kickert u a 1999 KICKERT Ronald N TONELLA Giorgio SIMONOV Alexander KRUPA Sagar V Predictive modeling of effects under global change In Environmental Pollution 100 1999 S 87 132 Klein Goldewijk und Battjes 1997 KLEIN GOLDEWIJK C G M BATTJES J J A Hundred Year 1890 1990 Database for Integrated Environmen tal Assessments HYDE version 1 1 National Institute of Public Health and the Environment RIVM February 1997 Report Nr 422514002 Forschungsbericht Klein Goldewijk 2001 KLEIN GOLDEWIJK Kees Estimating global land use change over the past 300 years The HYDE Database
75. ein solches Metadaten Element Die Auswahl konkreter Metadaten Elemente zur Objektbeschreibung h ngt davon ab welche Metadaten genau gew nscht sind Aus diesem Grund ist die Klasse als abstrakte Klasse definiert Die ein zelnen Elemente sollten allerdings dem Element Satz der OpenGIS Abstract Specifications Topic 11 Metadata Kottmann 2001 entnommen werden F r die Katalog Klasse und die Klassen der Katalog Eintr ge und der Meta daten Entit ten wird eine Vielzahl mehr oder weniger umfangreicher Funktio nen gefordert angefangen von Funktionen zur Erzeugung und Modifikation der Objekte der einzelnen Klassen bis hin zu genau spezifizierten Abfragen von Katalog Eintr gen Eine bersicht der nach Kottmann 1999c prim ren geodata discovery services findet sich in Tabelle 5 2 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 103 Die Katalog Eintr ge k nnen sowohl geor umliche als auch andersartige Da tens tze beschreiben Bei den geor umlichen Datens tzen wird davon ausgegan gen dass es sich um OpenGIS Feature Collections oder einzelne Features oder Coverages handelt Die ebenfalls durch das OGC definierten Schnittstellen dieser Klassen s Kottmann 1999e Kottmann 2000 Kottmann 1999b k n nen also von den geodata access services zur Erf llung ihrer Aufgaben benutzt werden Die Features und Feature Collections werden ber Metadatens tze beschrieben wobei die Metadaten den Spezifikationen aus Kottmann 2001 entsprechen m ssen Die pri
76. einzusch tzen und zu bewerten sowie die Ergebnisse politischen Entscheidungstr gern zu vermitteln s Unterabschnitt 2 1 2 Seite 11 Integrated Assessment Model IAM IAMs use a computer program to link an array of component models based on mathematical representations of information from the various contributing disciplines Weyant u a 1996 Siehe auch den weiter gefassten Begriff SISA Integriertes Modell Siehe Integriertes Assessment Modell Interoperabilit t Eignung mit vorgegebenen Systemen zusammenzuwirken DIN 1994 Katalog Eine Sammlung von Katalogeintr gen die so organisiert ist dass sie einem Nutzer bei der Suche nach und beim Zugriff auf Ressourcen unterst tzt in Anlehnung an Kottmann 1999c13 Komponente Ein abgeschlossener bin rer Software Baustein der eine an wendungsorientierte semantisch zusammengeh rende Funktionalit t be sitzt die nach au en ber Schnittstellen zur Verf gung gestellt wird Bal zert 2000 Baustein f r die Struktur eines Systems Buschmann u a 1998 Metadaten Daten ber den Inhalt die Qualit t den Zustand und andere Charakteristiken von Daten FGDC 1998 Programm Eine syntaktische Einheit die die Regeln einer bestimmten Pro grammiersprache befolgt und die aus Deklarationen und Anweisungen oder Instruktionen zusammengesetzt ist notwendig zur L sung einer ge wissen Funktion Aufgabe oder eines Problems ISO 1993 Quelle DIN 1995 231 Ressource N
77. f r Bilder und Rasterdaten ISO 19130 und Implementierungs Spezifikationen f r Metadaten ISO 19139 Ein Standard dieser Reihe ist auch f r die Entwicklung der SISA Architektur relevant 19119 der daher im Ab schnitt 3 2 5 Seite 55 n her beschrieben wird Einen berblick ber die der 26Fehlt der Konsens ber den CD kann das JTC1 die Ver ffentlichung als so genannten type 1 technical report TR1 erbitten 27Bei Ablehnung kommt auch hier die berarbeitung des DIS oder die Ver ffentlichung als TR1 in Frage 28 Startseite im Internet http www isotc211 org 29Startseite im Internet http www jtc1 org Eine kurze Beschreibung der Struktur Mit glieder und Produkte des JTC1 findet sich bei Rehesaar 1996 30 Startseite im Internet http www gsdi org Ziel Stan dards Ziel 44 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK zeitigen Standardisierungsthemen liefert die im Anhang befindliche Tabelle C 3 Seite 240 Der Bezug von ISO Standards ist i d R kostenpflichtig IEEE Das Institute of Electrical and Electronic Engineers IEEE ist ein gemein n tziger technischer Berufsverband mit mehr als 377000 Mitgliedern aus ber 150 L ndern Ziel des IEEE ist die Unterst tzung der Entwicklung Integra tion gemeinsamen Nutzung und Anwendung elektro und informationstechni schen Wissens Eine Aktivit t des IEEE ist die IEEE Standards Assosiation IEEE SA die zur Formulierung und F rderung der international anerk
78. gaben inkl Angaben ber evtl notwendige Nachbearbeitun gen von Ausgabedaten Calibration Efforts amp Validation Informationen ber Anstrengungen die zur Modellvalidierung und kalibrierung unternommen wurden z B Angaben zu Tests Fallstudien Validierungsexperimenten Metadata Source Angabe der Person oder Organisation die f r die Generierung der Metadaten verantwortlich ist Tabelle 5 6 bersicht der Abschnitte des Content Standard for Computational Models Quellen Hill u a 2001 ADEPT 2001 Metadaten f r alle Ressourcen ISO 15836 Dublin Core Der Dublin Core Metadata Element Set ist ein Metadaten Standard zur Be schreibung von Informationsressourcen unterschiedlichster Bereiche Ziel bei der Erstellung des Standards waren eine einfache Erzeugung und Wartung der Metadaten eine allgemein verst ndliche Semantik der Metadaten Elemente ein internationaler G ltigkeitsbereich und die Erweiterbarkeit der Elemente Die Entwicklungs und Standardisierungsbem hungen des Elementsatzes gehen zur ck auf einen Workshop der 1995 in Dublin Ohio USA stattfand 10 Als Informationsressource wird in diesem Standard alles verstanden was eine Identit t besitzt Dies ist die Definition die auch im RFC 2396 Uniform Resource Identifiers URI Generic Syntay der Internet Engineering Task Force http www ietf org benutzt wird 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 115 und au
79. geographic processing services thematic geoparameter calculation service thematic classification service feature generalization service subsetting service spatial counting service change detection service geographic information extraction service image processing service reduced resolution generation service image manipulation service image understnading service image synthesis service multi band image manipulation service object detection service geocoding service geographic processing services temporal temp reference system transformation s subsetting service sampling service temporal proximity analysis service geographic processing services metadata statistical calculation service geographic annotation service Tabelle C 2 Beipieldienste der ISO DIS 19119 Taxonomie Teil II 240 ANHANG C STANDARDS Standards aus der ISO 19100 Reihe Bezeichnung Thema ISO 19101 Reference model ISO 19102 Overview ISO 19103 Conceptual schema language ISO 19104 Terminology ISO 19105 Conformance and testing published ISO 19106 Profiles ISO 19107 Spatial schema ISO 19108 Temporal schema ISO 19109 Rules for application schema ISO 19110 Feature cataloguing methodology ISO 19111 Spatial referencing by coordinates ISO 19112 Spatial referencing by geographic identifiers ISO 19113 Quality principles ISO 19114 Quality evaluation procedures ISO 19115 Metadata ISO 19116 Positioning services I
80. globaler Wandel Inte grierte Modelle Beson derhei ten Kom plexit t Anforde rungen Problem 2 KAPITEL 1 EINLEITUNG IMAGE2 Alcamo 1994 stellen zwei wichtige Vertreter solcher Simulations modelle dar vgl Weyant u a 1996 Integrierte Modelle unterscheiden sich von anderen Simulationsmodellen nicht nur durch die Ber cksichtigung meh rerer Fachdisziplinen sondern auch durch den gro en r umlichen Ma stab der abgebildeten Prozesse der sich blicherweise zwischen dem nationalen und glo balen befindet sowie durch den simulierten Zeitraum der sich von Dekaden bis hin zu mehr als einem Jahrhundert erstrecken kann vgl Parson 1995 Weyant u a 1996 Bakkes u a 2000 Aufgrund der sich stetig verbessernden digitalen Datengrundlage und Rech nerleistungen und dem vermehrten Aufkommen quantitativer Systembeschrei bungen einzelner Komponenten des Systems Erde werden die integrierten Mo delle umfassender ausgedr ckt Systeme zum simulationsbasierten integrier ten Assessment immer detailgetreuer komplexer und leistungsf higer und gewinnen zunehmend an Bedeutung Schneider 1997 sieht die integrierten Modelle gar als die prim ren Werkzeuge f r Analysen im Rahmen des globalen Wandels Durch die erh hte Komplexit t und Gr e von integrierten Modellen erge ben sich Herausforderungen bez glich der Transparenz der Nachvollziehbarkeit und der Reproduzierbarkeit von Analysen und Ergebnissen sowi
81. innerhalb einer Spezifikation gesetzt ge ndert oder gel scht werden k nnen Da sich die Modelleinstellungen zwischen den Simulationsl ufen einer Simulationsstudie teilweise nur geringf gig ndern sollte die Komponente eine Operation bereitstellen ber die eine Verant wortlich keit ISim Run Manager ISim Run Specifi cation 130 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG komplette Spezifikation inkl aller damit verbundenen Einstellungen kopiert werden kann Der Zugriff auf die Modelleinstellungen seitens der Simulationsmodelle wird in einer separaten Schnittstelle ISimRunSpecification angeboten Um sicher zustellen dass alle Einstellungen die ein Modell f r einen Simulationslauf be n tigt innerhalb der Simulationslauf Komponente vorhanden sind sollte die Komponente eine Operation anbieten die eine berpr fung der Simulations lauf Spezifikation erlaubt Von dieser Operation sollten sowohl fehlende Ein tr ge als auch die berschreitung von Wertebereichen erkannt werden Die f r eine derartige berpr fung notwendigen Informationen k nnen entweder direkt beim Aufruf der Validierungsoperation bergeben oder ber eine zus tzlich an gebotene Operation bekannt gegeben werden Abbildung 5 21 zeigt die Schnittstellen und die ihnen zugeordneten Opera tionen im berblick ISimRunManager 0 Simulation Run Manager interface ISimRunSpecification ISimRun Specification
82. jede Datei die ses Formats in den ersten Zeilen eine kurze Beschreibung der Charakteristiken des Datensatzes z B die geographische Ausdehnung einer Zelle Das Format des Datensatzes wird im Anhang D 6 Seite 257 kurz erkl rt Die Vermittlung zwischen dem UNF Format und den Tabellen relationa ler Datenbank Managementsysteme RDBMS wurde ber die Open Databa se Connectivity ODBC realisiert ODBC ist eine auf Treibern basierende Schnittstelle zum herstellerunabh ngigen Zugriff auf Datenquellen und wird von allen namhaften Datenbank Herstellern unterst tzt Die ODBC Daten bank Mediatoren wurden erfolgreich getestet f r das RDBMS MySQL sowie f r das System Microsoft Access 2000 Aufgrund der relativ schlechten Performance beim Zugriff auf Datens tze ber ODBC wurden ebenfalls Mediatoren implementiert die auf den Active Data Objects ADO von Microsoft basieren und die einen schnelleren Zugriff auf die Daten erlauben Zum Export von UNF Datens tzen wurden weitere Mediatoren realisiert Diese erlauben die Speicherung von Datens tzen in den Formaten e ArcView Grid e Geography Markup Language GML e GeoTiff e ASCI Tabelle Das Format ArcView Grid ist ein propriet res Rasterformat des GIS Arc View des Herstellers ESRI Die Geography Markup Language GML ist ein Standard des OGC Cox u a 2003 der nicht nur zur Kodierung von Ras terdaten eingesetzt werden kann und GeoTiff ein Rasterformat das das fiir Bilddate
83. k nnen die Operationen implementiert werden die f r ein konkretes SISA gew nscht sind also Dienste die im Sinne der OGC Dienstearchitektur ISO DIS 19119 zu den user processing services z hlen Die im Paket der Verarbeitungsdienste Processing Services zusammen gefassten Komponenten bieten allgemeine Verarbeitungsdienste die von den anderen Komponenten unabh ngig von einem speziellen SISA verwendet wer den k nnen Das Paket beinhaltet die Komponente zur Aufgabensteuerung Task Manager sowie die Komponenten zur Geo Datenverarbeitung Geo graphic Processing u Utility Die Komponente der Geodatenverarbeitung ist verantwortlich f r die Bereitstellung von Diensten zur Verarbeitung geographi scher Daten sowie den transparenten Zugriff auf die Funktionen eigenst ndiger Geo Informationssysteme Die von ihr angebotenen Schnittstellen IGeoPara meterCalculation und IStatisticalCalculation sollten zumindest Operationen zur Transformation Kombination und statistischen Auswertung von Rasterda ten bereitstellen Weitere im Rahmen eines SISA n tzliche Dienste die Funk tionen ohne geor umlichen Bezug anbieten werden in der Komponente zur allgemeinen Datenverarbeitung Utility angeboten Die Dienste dieser Kompo nente werden nicht weiter spezifiziert Die Komponente der Aufgabensteuerung ist verantwortlich f r die Bereitstellung von Diensten zum programmgesteuer ten Aufruf anderer Dienste Sie sollte ber ihre Schnittstel
84. keinerlei Anpassungen vorgenommen werden abgesehen von der Erweiterung um eine Kommandozeilen Schnittstelle falls eine solche nicht vorhanden ist Implementiert wird SNI durch zwei Software Komponenten dem SNI Ser ver und dem SNI Client Auf allen Hosts auf denen ein Simulationsmodell laufen soll muss der SNI Server gestartet werden Das master Programm die koordinierende Instanz spricht die einzelnen Simulationsmodelle dann ber ein eigens definiertes Protokoll und mit Hilfe des SNI Client an Dem SNI Server muss hierbei lediglich mitgeteilt werden wie er ein Simulationsmodell ausf hren initialisieren und einen Simulationslauf starten kann Die Simulationsmodelle k nnen ber die Verbindung SNI Server SNI Client auch andere Server ansprechen und mit ihnen Daten austauschen Auf diese Weise k nnen verschiedene Dienste angeboten werden als Beispiele werden ein Daten Server angef hrt ein Server der GIS Funktionen zur Verf gung stellt sowie ein Dienst zur Kalibrierung von Simulationsmodellen Bei der automa tischen Modell Kalibrierung werden die Parameters tze unter Angabe eines eindeutigen Bezeichners gespeichert so dass f r sp tere Simulationen darauf zur ckgegriffen werden kann DANUBIA DANUBIA Hennicker u a 2003 ist ein integriertes Simulationssystem das im Rahmen des Projektes GLOWA Danube entwickelt wird Das dem System zugrunde liegende objektorientierte Framework basiert auf Internet Technologien
85. konsistenten Rahmen kombi nieren und neue Daten ber den Zustand und m gliche langfristige nderungen des Systems Erde vornehmlich zur Unterst tzung politischer Entscheidungs tr ger berechnen und bereitstellen Diese Systeme die von einigen Autoren auch als integrierte Modelle bezeichnet werden sind wichtige Werkzeuge zur Analyse des globalen Wandels Durch die zunehmende Komplexit t und Gr e von SISAs ergeben sich Herausforderungen bez glich der Transparenz Nach vollziehbarkeit und Reproduzierbarkeit von Analysen und Ergebnissen der Er weiterbarkeit von Modellen der Wiederverwendbarkeit und Austauschbarkeit von Modellteilen sowie der Interoperabilit t Um diesen Herausforderungen ge recht zu werden muss das Prinzip der Modularisierung angewendet werden Vorhandene Systeme sind allerdings zumeist unzureichend modularisiert Jae ger u a 2002 und gen gen daher nicht den gestiegenen Anforderungen Die Modularisierung kann ber die Definition einer Software Architektur er reicht werden Eine Software Architektur ist die grunds tzliche Strukturierung eines Software Systems Sie beschreibt eine Menge definierter Komponenten die ber Schnittstellen miteinander kommunizieren spezifiziert deren jeweili gen Zust ndigkeitsbereich und beschreibt die Beziehungen zwischen den Kom ponenten Wie eine Analyse existierender Systeme in Kapitel 3 Seite 25 gezeigt hat spiegeln sich die gestiegenen Leistungsanforderungen a
86. kurzer Abschnitt zu Erg nzungen 4 2 1 Allgemeine Anforderungen Das in einem SISA verwendete Simulationsmodell ist i d R kein monolithisches Programm sondern ist aus unterschiedlichen oft ber Institutionsgrenzen hin weg erstellten Einzelmodellen zusammengesetzt Selbst Modelle die bereits im Einsatz sind werden alle drei bis sechs Monate verfeinert und auf einen neuen Stand gebracht Weyant u a 1996 d h ein SISA bzw das Simulationsmodell innerhalb des SISA muss gut nderbar sein McCarthy u a 2001 fordern die Nutzung prozessorientierter Modelle mit hoher r umlicher und zeitlicher Aufl sung was die Nutzung entsprechend auf gel ster geographischer Daten nach sich zieht Zur Vorbereitung dieser Daten f r die Simulationsmodelle die anschlie ende Analyse der Simulationsergeb nisse und die Analyse von Hintergrunddaten ist der Einsatz von Geo Infor ber sicht Modell nde rungen Geo Daten 76 KAPITEL 4 SYSTEMDEFINITION Gesamtmodell reen K Dienst Datensatz Ressource k Datensatz Serie men K Projekt Studie Abstrakte Ressource a Analyse Szenario Simulationsmodelk H Hilfsprogramm Teilmodell Klassen Funktionsbilbliothek Systemparameter Daten Sekund rdatensatz Initialisierungsdaten Simulationslauf 20 m Simulationsmodell Datensatz Modellumwelt Daten K Optionsdaten
87. muss die Kapselung erlaubt beispielsweise die Heterogenit t oder die Implementierung von Sicherheitskonzepten zu ver bergen Als weiterer Pluspunkt der Objektorientierung wird die allgemeine Bekanntheit ihrer Konzepte betrachtet Im ersten Teil des Standards wird eine Architektur Beschreibung eingef hrt die auf f nf unterschiedlichen Sichtweisen auf ein System beruht den enter prise viewpoint den computational viewpoint den information viewpoint den engineering viewpoint und den technology viewpoint Eine zusammenfassende Beschreibung der einzelnen Sichtweisen findet sich in Tabelle 3 1 Eine Anwen dung des Standards ist die im folgenden Unterabschnitt vorgestellte Dienste Architektur des OpenGIS Konsortiums F r weitere Details sei an dieser Stelle direkt auf den Standard verwiesen ISO 1998 eine Einf hrung in den Stan dard liefern Farooqui u a 1995 und Sch rmann 1995 Sichtweise Beschreibung Enterprise Viewpoint Sichtweise auf ein ODP System und seine Umgebung die sich auf den Zweck den Bereich und die Grunds tze f r dieses System kon zentriert Computational Viewpoint Sichtweise auf ein ODP System und seine Umgebung die durch eine funktionale Zerlegung des Systems in ber Schnittstellen in teragierende Objekte eine Verteilung erlaubt Information Sichtweise auf ein ODP System und seine Umgebung die sich auf Viewpoint die Semantik der Informationen und der Informatio
88. r den Datenzugriff wurde als C Klasse implementiert und l uft derzeit als Server auf dem Betriebssystem Microsoft Windows 2000 Die Kommunikation zwischen Client und Server geschieht ber den bereits in Unterabschnitt 6 3 4 Seite 187 erkl rten Mechanismus der Sockets F r die Seite des Client wurde wie beim Simulationslaufmanager vgl 6 3 4 Seite 187 eine C Klasse zur Kapselung der Daten bertragung implementiert Ein Beispiel zur Verwendung der Datenzugriffskomponente findet sich im Anhang D 4 Seite 250 6 3 5 2 Datenbasis Die im Rahmen des GLASS SISA realisierten Mediatoren beschr nken sich derzeit auf Geodaten im IMAGE2 2 Format Diese Daten k nnen ber die Me diatoren sowohl in Form von Dateien in unterschiedlichen Formaten als auch innerhalb eines RDBMS d h des Datenbanksystems gespeichert werden Auf grund der eingeschr nkten Verf gbarkeit von Mediatoren m ssen die Simula tionsmodelle aber auch direkt also an der Datenzugriffskomponente vorbei auf Dateien zugreifen Um die Integration der Datens tze in das SISA zu verbessern und das Spei chern eines Datensatzes in unterschiedlichen Formaten zu vermeiden sind die Mediatoren entsprechend zu erweitern Die Erweiterung der Mediatoren soll te neben dem Geodaten Format von IMAGE2 2 auch andersartige Geodaten sowie Daten in Form von Listen und Tabellen behandeln k nnen Bei der Realisierung und Erweiterung der Mediatoren stellt sich die Frage der
89. relevante Standards auf Standard Gegenstand Kurzbeschreibung ISO 2955 Das metrische System Methode zur Beschreibung von SI Einheiten und anderen Ma en in Compu tersystemen ISO 3166 L ndercodes oder L nder Spezifikation f r die Kennzeichnung von kennungen L ndernamen ISO 4217 K rzel f r W hrungen Liste von Codes f r nationale W hrungen ISO 5218 Kennzeichnungen f r das Codes zur Angabe des Geschlechts Geschlecht ISO 6093 Angabe f r nummerische Drei Pr sentationsnormen f r nummeri Werte sche Werte In Form von Zeichenketten Texten in einer maschinenlesbaren Form und eine f r Menschen gut lesbare Form ISO 6709 Ortsangaben Format zur eindeutigen Identifikation von Ortskoordinaten auf unter oder ber der Erdoberfl che L ngengrad Breitengrad H he ISO 8601 Datum und Zeit Format f r Datums und Zeitangaben Tabelle 6 1 ISO Standards zur Datenkodierung Quelle Anderson u a 2000 6 3 6 Datenverarbeitung Zur Geodatenverarbeitung wurde im Rahmen der GLASS Entwicklung eine C Klasse implementiert Diese Klasse bietet Operationen mit denen grund legende Transformationen und Kombinationen von rasterbasierten Geodaten durchgef hrt werden k nnen Zu den realisierten Operationen geh ren solche zur Multiplikation Division Addition und Subtraktion von Rasterdaten mit skalaren Werten sowie mit anderen Rasterdaten Dar ber hinaus bietet die Klasse Operationen zur
90. sein W hrend der Erstellung des Modells und der Durchf hrung der Studie tre ten zahlreiche Fragen und Probleme auf deren L sungen eventuell auch f r weitere Arbeiten hilfreich sind kurze formlose Anmerkungen k nnen hier eine entscheidende Erleichterung bei der Wiederbenutzung der anderen Ressourcen bieten Aus diesem Grund wird die Anmerkung explizit als Ressource angese hen Zur Beschreibung von Simulationsl ufen Studien Projekten etc sind Do kumente zu erstellen Diese Dokumente k nnen ebenso wie Daten oder Soft ware unmittelbar f r andere Zwecke wieder verwendet werden Ein Simulati onslauf an sich kann aber auch eine Ressource darstellen eine Ressourcen von denen Teile z B Ausgabedaten wieder verwendet werden k nnen oder auf die an anderen Stellen verwiesen werden kann Um solche Verweise zu erlauben werden f r das SISA so genannte abstrakte Ressourcen eingef hrt Beispielsweise zur Steuerung des Umfangs oder Formats der Ausgabedaten 6Beispielsweise kann im Rahmen der Klimafolgenforschung die Ber cksichtigung von Sze narien des IPCC Special Report on Emission Scenarios IPCC 2000 als obligatorisch an gesehen werden 4 2 ANFORDERUNGSDEFINITION 75 Die abstrakten Ressourcen die sich teilweise auch im objektorientierten Analysemodell des SISA auf Seite 73 wiederfinden sind in Abbildung 4 2 Sei te 76 als bersicht dargestellt 4 2 Anforderungsdefinition Im Folgenden werden die funktiona
91. st tzt die Aussagen von Jae ger u a 2002 dass integrierte Modelle i d R nur unzureichend dokumentiert und modularisiert sind Wie aufschlussreich eine Beschreibung der Teile des Gesamtsystems sein kann wird an der Architektur Beschreibung des Systems GLOBESIGH ge zeigt eine der wenigen Beschreibungen dieser Art Beispiel GLOBESIGHT Mesarovic u a 1996 stellen ein integrated assessment support system na mens GLOBESIGHT global insight vor Das System besteht aus vier Kom ponenten Abbildung 3 1 der information base der model algorithms base der functionalities base tools base und der issues base s Abb 3 1 Seite 30 Die information base enth lt Daten und Informationen die w hrend der Untersuchung einer bestimmten Fragestellung f r den Nutzer hilfreich sind Hierzu k nnen z B textuelle Hintergrundinformationen ber die Geographie oder sozio konomische Daten Zeitreihen der Bev lkerungszahlen des Brutto sozialprodukts des Ressourcen Verbrauchs etc eines Landes oder einer Region gez hlt werden 5In wissensbasierten Systemen benutzt um aus Fakten und Regeln neues Wissen abzu leiten Archi tekturen infor mation base model base tools base issue base 30 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK Die model base enth lt Modelle einzelner Sub Systeme vergleichbar mit den Sph ren aus Kapitel 2 1 1 Simulationsmodelle zur Bev lkerung Demographie zur konomie und zum Re
92. von Nahrungsmitteln und Rohstoffen Prim rsektor bzw des Handwerks und der Industrie Sekund rsektor hin zu Dienstleistungen Terti r sektor 2 1 INTEGRIERTES ASSESSMENT 11 2 1 2 Assessment des globalen Wandels Die Analyse der vielf ltigen Zusammenh nge und der Auswirkungen von n derungen innerhalb des Systems Erde ist aufgrund der komplexen Wirkzusam menh nge eine nicht triviale Aufgabe Eine Organisation die sich mit der Er forschung der vielf ltigen Ursache Wirkungs Ketten eines der oben angef hrten Hauptprobleme n mlich der langfristig ver nderten Zusammensetzung der At mosph re besch ftigt ist das zwischenstaatliche Gremium f r Klimawandel Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC Das IPCC wurde 1988 von der meteorologischen Weltorganisation World Meteorological Organizati on WMO und dem Umweltprogramm der Vereinten Nationen United Nations Environmental Programme UNEP gegr ndet Ziel des IPCC ist die Analyse wissenschaftlicher technischer und sozio konomischer Informationen die re levant sind zum Verst ndnis des durch den Menschen verursachten Klimawan dels dessen potentiellen Auswirkungen und der Optionen zur Verminderung und Anpassung IPCC 2001 Das IPCC ist in drei Arbeitsgruppen unterteilt Schwerpunkt der ersten Gruppe Working Group I WG I ist die Beobachtung und Projizierung des Klimawandels Die zweite Arbeitsgruppe WG II besch ftigt sich mit der Un tersuchung von Vulner
93. werden Gleiches gilt f r evtl notwendige Nachbearbeitungen der Ausgabedaten des integrierten Simulationsmodells Die Unterst tzung der Vorverarbeitung und Nachbearbeitung von Daten sollte dennoch als ein Ziel bei der Entwicklung der Architektur ber cksichtigt werden Z80 ihm kann beispielsweise durch ei ne entsprechende Offenheit gegen ber Standardsoftware oder standardisierten Datenformaten Rechnung getragen werden Hinter grundin forma tionen Pro blemver st ndnis Simu lation Daten import Daten vorver arbei tung Daten bereit stellung Daten analyse Modell analyse Abgren zungs kriterien Uber sicht Anwen dungs bereich 80 KAPITEL 4 SYSTEMDEFINITION Die vom integrierten Simulationsmodell berechneten Ergebnissen sollen vom SISA bereitgestellt werden Z90 Hierzu soll das System mindestens zwei Funktionen bieten eine zur Visualisierung der Daten F160 und eine zum Export der Daten in Formate die von anderen Anwendungen direkt verwendet werden k nnen F170 Die Analyse der ber das Simulationsmodell berechneten und evtl nachbe arbeiteten Daten soll ebenfalls vom SISA unterst tzt werden Z100 Welche Analysen genau anzubieten sind h ngt wie bei bereits bei der Vorverar beitung und Nachbearbeitung der Daten des integrierten Simulationsmodells vom konkret zu realisierenden System ab Eine Funktion zur statistischen Analyse von Daten Mittelwert
94. zifiziert deren jeweiligen Zust ndigkeitsbereich und beschreibt die Beziehungen zwischen den Komponenten Der Begriff der Komponente auch als Halbfabrikat bezeichnet soll hier verstanden werden als ein abgeschlossener bin rer Software Baustein der eine anwendungsorientierte semantisch zusammengeh rende Funktionalit t be sitzt die nach au en ber Schnittstellen zur Verf gung gestellt wird Balzert 2000 Sichtweisen auf ein System Die Betrachtung von Software Systemen kann aus unterschiedlichen Blickwin keln und auf verschiedenen Abstraktionsniveaus erfolgen Der Benutzer des Systems ist beispielsweise daran interessiert welche Funktionen die Software bereitstellt den Entwickler hingegen interessiert wie das System diese Funk tionen bereitstellt beide betrachten dasselbe Software System also aus un terschiedlicher Sicht Die Betrachtung der Funktionen des Systems kann bei beiden Sichtweisen mehr oder weniger abstrakt sein der Benutzer kann die Ge samtfunktion betrachten die das Systems f r seine Arbeit hat oder aber die einzelnen Funktionen die er zur L sung des Gesamtproblems ben tigt der Ent wickler kann z B im Rahmen eines Tests oder der Fehlersuche eine Funktion als Ganzes untersuchen oder die einzelnen Anweisungen der Funktion In der Literatur gibt es unterschiedliche Kategorisierungen von Sichtwei sen auf ein System s z B Foegen und Battenfeld 2001 Boosch u a 1999 Poetzsch H
95. zur Vorverarbeitung oder Nachbearbeitung von Daten und Dokumen te z B Modellbeschreibungen oder Ergebnisberichte Dar ber hinaus muss das SISA Informationen ber Projekte Analysen Szenarien beteiligte Per sonen und andere Hintergrundinformationen bereitstellen Die Daten die f r die Simulationsmodelle ben tigt werden sollten ebenfalls ber das SISA zur Verf gung stehen Die Durchf hrung und Verwaltung von Simulationsl ufen und die Bereitstellung der Simulationsergebnisse geh ren dar ber hinaus eben so zur Aufgabe des SISA wie die Bereitstellung von Simulationsergebnissen Die Sicherstellung der Konsistenz wird unterst tzt durch die Dokumentation der Simulationsergebnisse der verwendeten Simulationsmodelle der zugrunde liegenden Simulationslauf Spezifikation und des Simulationslaufes selbst Das SISA sollte in eine Software Umgebung eingebettet werden k nnen Insbesondere zu Geo Informationssystemen GIS und zu Datenbank Manage mentsystemen DBMS sollten Schnittstellen vorhanden sein Neben der gew nschten Interoperabilit t mit GIS und DBMS stellt das SI SA weitere Anforderungen an die Qualit t der Software Architektur Wegen des zunehmend notwendigen Austausches von Modellteilen zwischen unterschiedli chen Organisationen sollte das Qualit tsmerkmal der Austauschbarkeit zumin dest von Modellteilen bei der Entwicklung der Architektur besonders ber ck sichtigt werden Die Modifizierbarkeit des Systems insbesondere vo
96. zwischen das Simulationssystem Simulation System und die Datenzugriffs komponente Data Access und kann damit die lesenden und schreibenden Da tenzugriffe des Simulationssystems kontrollieren und manipulieren Eine Modellanalyse wird ber die Operation analyse der Modellanalyse Komponente gestartet die daraufhin die Kontrolle f r Simulationsl ufe ber nimmt und zun chst das Simulationssystem ber init initialisiert Nach der Initialisierung startet die Modellanalyse Komponente den ersten Simulations lauf Alle Datenzugriffe des Simulationssystems werden nun ber die Modellana lyse Komponente abgewickelt Diese Komponente bietet die gleichen Schnitt stellen zum Datenzugriff an wie die Datenzugriffskomponente der Zugriff auf die Daten bleibt daher f r das Simulationssystem transparent und im Modell selbst m ssen keine nderungen f r den Analyselauf vorgenommen werden 159 5 3 GESAMTARCHITEKTUR Processing Services Database System Data Access Model Analysis Simulation System l el Ws Sei Sab be ee Ls Be a er ee 8 j EI I i 8 ARA S S I N a gt I gt D a cS I kel oO D I bd o 2 S E DEE EE Ee EE Ke Egger E Wh Re ae gt i gt 5 i gt I e 1 E I RR lt b I o pej gt Ed bd I I 2 5 w S gt Q I l 3 iN g I Q yo l 3 yi ke 5 I S ra s
97. 1 hill 06hill html ISSN 1082 9873 Hoch u a 1998 Hoch Ralf GABELE Tobias BENZ Joachim Towards a standard for documentation of mathematical models in ecology In Ecological Modelling 113 1998 S 3 12 IEEE 2000a INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS Hrsg IEEE 1516 2000 Standard for Modeling and Simulation M amp S High Level Architecture HLA Framework and Rules IEEE 2000 ISBN 0 7381 2620 9 220 LITERATURVERZEICHNIS IEEE 2000b INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS Hrsg IEEE 1516 1 2000 Standard for Modeling and Simulation M amp S High Level Architecture HLA Federate Interface Specification IEEE 2000 ISBN 0 7381 2621 7 IEEE 2000c INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS Hrsg IEEE 1516 2 2000 Standard for Modeling and Simulation M amp S High Level Architecture HLA Object Model Template OMT Specificati on IEEE 2000 ISBN 0 7381 2523 3 IEEE 2003 INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS Hrsg IEEE 1516 3 2003 Recommended Practice for High Level Architec ture HLA Federation Development and Execution Process FEDEP IEEE 2003 ISBN 0 7381 3584 4 IPCC 2001 MCCARTHY James J Hrsg CANZIANI Osvaldo F Hrsg Leary Neil A Hrsg DOKKEN David J Hrsg WHITE Kasey S Hrsg Climate Change 2001 Impacts Adaptation and Vulnerability Con tribution of Working Group II to the Third Assessment R
98. 101 Entries handelt es sich also um Metadaten die zum Auffinden von Ressourcen genutzt werden lt is referenced by GeoResource WEN GeoService GeodataCollection A A Other GeoSences Geospatial Analysis Service Catalog FeatureCollection Access Service Feature CatalogEntry Abbildung 5 3 Geor umliche Ressourcen im Sinne des OpenGIS Konsortiums Erkl rungen finden sich im Text Quelle Kottmann 1999c Die Dienste der OpenGIS Catalog Services werden in drei Kategorien ein geteilt s auch Abb 5 4 Seite 102 e georesource discovery services e geodata access services e other data access services Die georesource discovery services dienen dem Auffinden von geor umlichen Ressourcen und nutzen Metadaten Repositories die geor umliche Ressourcen beschreiben und auf diese verweisen Die geodata access services bieten den Zugriff auf geor umliche Daten die in zugeh rigen Daten Repositories abgelegt sind Die georesource disovery services k nnen auch Datens tze referenzieren die keine geor umlichen Daten beinhalten f r den Zugriff auf diese Daten sind die Dienste der Kategorie other data access services zust ndig Abbildung 5 4 Seite 102 zeigt die wichtigsten Klassen die an der Bereit stellung der Dienste
99. 2 an derar tig ver ffentlichten Attributen dieses Objektes interessiert kann es dies ber subscribe object class attribute der RTI bekannt geben Ab dann erfolgt ei ne automatische Benachrichtigung von Federate2 sobald neue Objekte von Federatel registriert werden oder sich die Attributwerte registrierter Objek te ndern update reflect object Die Registrierung von Interaktionen findet ebenfalls nach dem Muster publish subscribe statt Eine Federation existiert so lange bis sich alle Federates ber resign federation execution abgemeldet haben Die endg ltige Zerst rung der Federation geschieht ber den Aufruf der Funktion destroy federation execution Ziel Kompo nenten 52 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK 3 2 3 NIST ECMA Referenz Modell Das NIST ECMA Referenz Modell wurde urspr nglich als Architektur zur Integration verschiedener Systeme Anwendungen im Rahmen des Computer Aided Software Engineering CASE entwickelt Neben der Verfolgung des Ziels verschiedene Datenquellen einheitlich zugreifbar zu machen stellt die Architek tur einen erweiterbaren Rahmen bereit der f r die Kommunikation der einzel nen Anwendungen zust ndig ist und der eine einheitliche Benutzungsoberfl che und Repr sentation der Daten bietet Abbildung 3 8 zeigt die bersicht dieses Modells Die einzelnen Komponenten besitzen nach Hering u a 2000 die folgenden Verantwortlichkeiten Repository Services sind zust ndig f r die Speicherun
100. 3 Zusammenfassung der SISA Schnittstellen interface interface A vi IDocManager IDocDiscovery Kataloge sind berstzustelen D IDaManager 9 7 D i jocumentation Personen amp Institutionen IDocDiscovery o screateCatalog query Projekte amp Simulationsstudien lsdeleteCatalog Simulationsl ufe amp Szenarien l4addCatalogEntry ein Glossar smodifyCatalogEntry einen Service Organizer Folder deleteCatalogEntry Anmerkungen CatService o interface interface interface Eeer ICatManager ICatAccess ICatService S Catalog Manager _ ICatManager o createCatalog frgetAccessInformation HnitSession ICatDiscovery updateCatalog getURN terminateSession deleteCatalog tere createMetadata addCatalogEntry CatDiscovery modifyCatalogEntry removeCatalogEntry query interface interface ISimRunManager ISimRunSpecification ISimFlunManager g DEEN ann imulation Run Manager l4createSpecification getSetting Specification l copySpecification validateSpecification addSetting setModelSettingsSpecitication modifySetting deleteSetting ante IMDHarvester o Metadata Harvester Liane
101. 45 Dil PHP Beispiel sa i 44444464644 ee re 44 24 oo 44 245 D 2 Metadaten Datei e 247 D 3 Metadaten Sammler 0 0220020005 249 D 4 Simulationseinstellungen und Datenzugriff 2 2 2 250 Did Simulationssystem ie sos dag daei dee ee etna ees 254 D6 Datenzusnll cg te ee eR EO er 257 D 7 Geodatenverarbeitung eers da aare u cn 0 00 04 eevee 257 vi INHALTSVERZEICHNIS Abbildungsverzeichnis 2 1 Grundstruktur des globalen Beziehungsgeflechts 9 2 2 Erstellung eines Simulationsmodells 15 3 1 Architektur des Systems GLOBESIGHT 30 3 2 Architektur Object Modeling System 32 3 3 Schematische Modellstruktur von PRISM 34 3 4 Systemarchitektur von DANUBIA 37 3 5 Architektur der Modellumgebung M 39 3 6 High Level Architekture bersicht 50 3 7 HLA Prinzip der Daten und Interaktionsweitergabe 51 3 8 NIST ECMA Referenz Architektur 2 222 222 53 3 9 Statisches Modell des Dienste Konzepts der ISO DIS 19119 57 3 10 Logische Vier Schichten Architektur der ISO DIS 19119 62 3 11 Physikalische Mehrschichten Architektur der ISO DIS 19119 63 4 1 OOA Modell eines Systems zum simulationsbasierten integrier ten Assessments IA 73 4 2 Ressourcen eines IA 76 4 3 Anwendungsfalldiagramm des SISA 2 222 83 4 4 Anforderung an die System Daten 2222 85 5 1 bersicht der SISA Komponenten 97 5 2 Verb
102. 999 URL http www opengis org techno abstract 99 116r2 pdf Project do cument number 99 116r2 doc Kottmann 1999e KOTTMAnn Cliff Hrsg The OpenGIS Abstract Spe cification Topic 5 Features Version 4 Wayland Massachusetts USA Open GIS Consortium 1999 URL http www opengis org techno abstract 99 105r2 pdf Project Document Number 99 105r2 doc Kottmann 2000 KoTTMANN Cliff Hrsg The OpenGIS Abstract Spe cification Topic 6 The Coverage Type and its Subtypes Version 6 Way land Massachusetts USA Open GIS Consortium 2000 URL http www opengis org techno abstract 00 106 pdf Project Document Number 00 106 doc Kottmann 2001 KoTTMann Cliff Hrsg The OpenGIS Abstract Spe cification Topic 11 OpenGIS Metadata ISO TC 211 DIS 19115 Ver sion 5 Wayland Massachusetts USA Open GIS Consortium 2001 URL http www opengis org techno abstract 01 111 pdf Project Docu ment Number 01 111 doc Kr ck u a 2001 KRrR CK Carsten PLOETZ Christiane WIEDMANN Thomas ZWECK Axel BMBF Bundesministerium f r Bildung und F Hrsg Forschung zum Globalen Wandel Wissen f r die Zukunft der Er de M nchen Walter Biering GmbH Mediahaus Grafischer Betrieb Juni 2001 BMBF Publik Kuhl u a 1999 kont Frederick WEATHERLY Richard DAHMANN Ju dith Creating computer simulation systems an indroduction to the high level architecture Pren
103. Aktualisierung des Katalogmanagers durch Metadaten Sammler e die Kapselung von Simulationsmodellen in der Simulationssystemkompo nente e die Bereitstellung von Simulationslauf Spezifikationen ber den Simula tionslaufmanager e der transparente Datenzugriff ber die Datenzugriffskomponente e die Datenspeicherung im Datenbanksystem bzw in Dateien Datenbasis e die Bereitstellung wieder verwendbarer Funktionen zur Geodatenverarbei tung und allgemeinen Datenverarbeitung Zusammenfassend l sst sich festhalten dass die Umsetzung der zentralen Konzepte der entwickelten SISA Architektur auch mit relativ einfachen tech nischen Mitteln und unter Verwendung freier Software m glich ist Bei der Anwendung im Rahmen des GLASS Modells haben sich insbesondere die Ver folgung der Metadaten Konzepte Nutzung der 15 grundlegenden Metadaten Elemente Verwendung von eindeutigen Ressourcen Bezeichner Nutzung von Metadaten Sammlern und die Nutzung des Simulationslaufmanagers als ent scheidende Schritte zu mehr Transparenz und Nachvollziehbarkeit erwiesen Die bertragung der f r das Simulationssystem definierten Schnittstellen Ope rationen init run getResult auf die Teilmodelle f hrt zu einer verbesserten Wiederverwendbarkeit und Interoperabilit t der Teilmodelle Ferner hat sich gezeigt dass die Informationen der Dokumentationskomponente entscheidend zu einem reibungslosen und transparenten Assessment beitragen k nnen Eine Zusammenfass
104. Attribut Werte einer Instanz zu aktualisieren 244 ANHANG C STANDARDS Anhang D Programm Quelltexte D 1 PHP Beispiel Datenbankverbindung Der folgenden PHP Quelltext dbconnect php wird beim Aufruf jeder PHP Seite mit Datenbank Funktionalit t aufgerufen lt dbconnect php gt lt php if mylink mysql_connect localhost rglassUser rglassPasswd 1 print lt h3 gt Keine Verbindung zur Datenbank lt h3 gt n exit 2 mysql_select_db rglassDB 3 gt Zun chst wird versucht eine Verbindung zum Datenbank Server herzustel len s Punkt 1 F r diesen Aufruf wird sowohl die Internet Adresse des Servers hier localhost also der lokale Rechner als auch der Benutzername rglassUser und dessen Passwort rglassPasswd ben tigt Bei erfolgreicher Verbindung wird die gew nschte Datenbank ausgew hlt rglassDB 3 an sonsten wird eine Fehlermeldung ausgegeben 2 Datenbankabfrage und Datenvisualisierung Der folgende PHP Quelltext viewResponsibleParty php dient der Auflistung aller Personen Organisationen die in der Datenbank gespeichert sind 245 246 ANHANG D PROGRAMM QUELLTEXTE lt lt lt t lt b viewResponsibleParty php gt phpinclude dbconnect php gt 1 itle gt View Responsible Parties lt title gt ody bgeolor FFFFOO gt lt h2 gt List of Responsible Parties lt h2 gt 2 lt r IW if php get
105. Berechnung zonaler Summen und zonaler Mittelwerte s Bsp in Abb 6 17 Die Klasse zur Geodatenverarbeitung wird sowohl von Teilen des Simulati onsmodells eingesetzt als auch von den Werkzeugen die f r die Vorverarbeitung und Nachbearbeitung von Assessment Daten erstellt wurden Ein Beispiel zur Verwendung dieser Klasse findet sich im Anhang D 7 Seite 257 Neben der Klasse zur Unterst tzung der Geodatenverarbeitung wurden eini ge allgemeine Datenverarbeitungsfunktionen erstellt u a Funktionen zur Kon vertierung der Kodierung von Bin rdaten big little endian sowie ein einfacher Zufallszahlengenerator der f r den Klimavariabilit tsgenerator in GLASS be n tigt wird 6 4 FAZIT 199 2213 55 2 3315 Summe 315 5 6 1 1 2 4 1 1111 3151514 1l2 24 1 1111 113 314 2 2 2 2 113 313 2l2 21 DESCH Raster 1 Raster 2 AR BER zonale 7 9 g9 3 Summe 7 9199 Abbildung 6 17 Funktionsbeispiel zur Geodatenverarbeitung Die Abbildung verdeutlicht die realisierten Operationen zur Bildung von Summen und zona len Summen von Geodatens tzen Die Summe ergibt sich aus der Addition der Werte die sich an der entsprechenden Position von Raster 1 und Raster 2 be finden Die zonale Summe ergibt sich aus der Summe aller Werte von Raster 2 die sich in einer Zone befinden wobei die Zonen durch die Werte in Raster 1 bestimmt werden 6 4 Fazit In Kapitel 5 Seite
106. DBC Verbindung ist ein relativ einfacher Austausch des verwendeten RDBMS m glich getestet wurden MySQL und Microsoft Access 2000 Au erdem wurde die etwas schnellere Verbindung zur Datenbank ber Active Data Object ADO implementiert und f r Microsoft Access 2000 getes tet Weitere Mediatoren erlauben den Export von Datens tzen in das ArcView Rasterformat in GeoTiff sowie in Dateien die die Geographical Markup Lan guage GML als Format nutzen Der Mediator zum Export von Daten in das ArcView Rasterformat ist ein Beispiel f r die Kopplung mit einem GIS da er zur Erzeugung des propriet ren Datenformats die Programmierschnittstelle von ArcView nutzt F r die Ausgestaltung der Komponenten zur Geodatenverarbeitung bzw zur allgemeinen Datenverarbeitung wurden einige C Klassen und Funktio nen implementiert Die geodatenverarbeitenden Klassen erlauben die Kombi nation und Transformation von Rasterdaten des internen UNF Formats Die Funktionen erlauben z B die Addition zweier Rasterdatens tze oder die Bil dung zonaler Summen In der Komponente der allgemeinen Datenverarbeitung befindet sich u a ein Zufallszahlengenerator Daten basis 204 KAPITEL 6 REALISIERUNG Kapitel 7 Zusammenfassung und Ausblick 7 1 Zusammenfassung Systeme zum integrierten simulationsbasierten Assessment SISAs sind Soft ware Systeme die von unterschiedlichen Fachdisziplinen stammende Daten und Simulationsmodelle zum System Erde in einem
107. EN UND DATENZUGRIFF 251 SISA classes include dataAccessClient h include simRunManagerClient h Im Quelltext von WaterGAP folgen dann allgemeine Einstellungen zu den Servern und zum Klienten WaterGAP SISA declarations definitions char THIS_MODEL urn x wzusf sw mod WaterGAP V2 1e exe li hd 1 char simRunName urn x wzusf ares run SisaTest V1 0 na na 2 char daServerIP 141 51 100 15 3 int daServerPort 55555 char srmServerIP 141 51 100 15 4 int srmServerPort 55556 global simulation run manager SISA_simRunManagerClient simRunManager 5 SISA initializations init data access server singleton SISA_dataAccessClient instance gt setServerInfo daServerIP daServerPort 6 init simulation run manager simRunManager setServerInfo srmServerIP srmServerPort 7 simRunManager setModelSettingsSpecifications Usf ws14 grid study rglassi_3 simulationrun SimulationParameter xml 8 Zu den allgemeinen Einstellungen geh ren die eindeutige Identifizierung des Simulationsmodells URN des Modells 1 die Festlegung auf einen Simulati onslauf der i d R erst zur Laufzeit festgelegt wird 2 und die Informationen die notwendig sind um den Simulationslaufmanager und den Datenzugriffs Server zu kontaktieren IP Adresse und Port 3 und 4 Von der Klienten Klasse des Simulationslaufma
108. EndYear gt lt simulationTimeStep gt 1 lt simulationTimeStep gt lt dsCorrectionFactor gt urn x wzusf ds min CorrectionFactor V2 1e unf hd lt dsCorrectionFactor gt e ec lt modelSettings gt lt simulationSpecification gt lt simulationSpecifications gt Zur Validierung der Einstellungen wird unter Punkt 1 zun chst die Datei angegeben die die Document Type Definition DTD enth lt s u und ber die eine Validierung der Angaben erfolgen kann Die Spezifikationen f r einen Simulationslauf wird von den Marken Tags lt simulationSpecification gt und lt simulationSpecification gt begrenzt Der Simulationslauf wird ber den URN im Attribut simRunld identifiziert 2 Zu jedem Simulationslauf werden die geforderten Einstellungen angegeben 3 die Identifizierung der Modelle ge schieht wiederum ber die URNs Das Beispiel zeigt vier Einstellungen f r das WaterGAP Modell die den Start das Ende und den Zeitschritt der Simulati onszeit sowie den oben bereits angesprochenen Datensatz mit den Korrektur Faktoren spezifizieren Die Definition der Elemente und Attribute die in der XML Datei vorkom men d rfen bzw vorkommen m ssen wird in der DTD vorgenommen lt ELEMENT simulationSpecifications simulationSpecification gt 1 lt ELEMENT simulationSpecification modelSettings gt 2 lt ATTLIST simulationSpecification simRunId CDATA REQUIRED gt 3 254 ANHANG D PROGRAMM QUELLTEXTE lt ELEMENT model
109. Hrsg WHITESIDE Arliss Hrsg OpenGIS Geography Markup Language GML Implementation Specification Versi on 3 0 Wayland Massachusetts USA Open GIS Consortium 2003 URL http www opengis org techno documents 02 023r4 pdf Pro ject document number OGC 02 023r4 Daigle u a 2002 DAIGLE Leslie L GULIK Dirk Willem van IANNELLA Renato FALTSTROM Patrik Uniform Resource Names URN Namespace Definition Mechanisms IETF October 2002 RFC 3406 URL http wiw ietf org rfc rfc3406 txt number 3406 LITERATURVERZEICHNIS 217 de Bruin 1996 DE BRUIN Jos Getting Started with M Bilthoven Net herland National Institute of Public Health and the Environment RIVM Veranst 1996 URL www m rivm nl html start start htm de Bruin u a 1996 DE BRUIN Jos DE VINK Pascal VAN WIJK Jarke M A Visual Simulation Tool In Simulation in the Medical Sciences Conference Proceedings of the 1996 Western Multiconference San Diego The Society for Computer Simulation 1996 S 181 186 URL www m rivm nl DIN 1994 DEUTSCHES INSTITUT F R NORMUNG E V Hrsg DIN 66272 Bewertung von Softwareprodukten Qualit tsmerkmale und Leitfaden zu ih rer Verwendung Berlin Wien Z rich Beuth Oktober 1994 Informations technik Identisch mit ISO IEC 9126 1991 DIN 1995 DEUTSCHES INSTITUT F R NORMUNG E V Hrsg DIN Taschenbuch 166 Software Enticklung Dokumentation Qualit t Normen
110. Informationen z B Dateinamen erh lt die Datenzugriffskomponente ber den Katalogmanager Metadaten die nicht ber die Benutzungsoberfl che des Katalogmanagers eingegeben wurden k nnen vom Metadaten Sammler automatisch in die Komponente bernommen werden Grundlegende Funktionen zur Geodatenverarbeitung werden von einer gesonderten Komponente angeboten so dass sowohl das Simulationsmodell als auch der Nutzer des Systems ber die Dienste der Aufgabensteuerung auf die se Funktionen zugreifen k nnen Weitere Datenverarbeitungsfunktionen die unabh ngig von einem konkreten System realisiert und wieder verwendet wer den k nnen werden ber die Komponenten der allgemeinen Datenverarbeitung angeboten Bei einer Modellanalyse z B einer Unsicherheitsanalyse wendet sich das Simulationssystem nicht direkt an die Datenzugriffskomponente In diesem Fall bezieht das Simulationssystem alle Daten ber die Modellanalyse Komponente Die Verbindung der Komponenten mit den funktionalen Anfor derungen des SISA k nnen der bersicht in Abb 5 2 entnommen werden 98 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG Komponente Verantwortlichkeit Katalogmanager Verwaltung und Bereitstellung von Metadaten ber SISA Ressourcen Metadaten Sammler Durchsuchung eines Rechners nach Dateien mit Metadaten und automatische Weitergabe der gefundenen Informationen an den Katalogmanager Simulationssystem Berechnung Speicherung und Weiterga
111. Informationen gibt es eine weitergehende Definition Die geographische Interoperabilit t umfasst laut ISO 19119 Percivall 2002 zwei F higkeiten von Informationssystemen 1 dieje nige zum freien Austausch jeglicher r umlicher Informationen ber die Erde und die Objekte und Ph nomene auf ber und unter der Erdoberfl che und 2 die F higkeit zum netzwerkbasierten kooperativen Betrieb von Software zur Manipulation solcher Informationen ISO 19119 Percivall 2002 unterscheidet dar ber hinaus noch zwischen syntaktischer Interoperabilit t die eine techni sche Verbindung also einen Datenaustausch zwischen Systemen sicherstellt und semantischer Interoperabilit t die sicherstellt dass der Inhalt von beiden Systemen inklusive interagierenden Personen gleich interpretiert wird Die verschiedenen Gesichtspunkte der Interoperabilit t werden in den kom menden Kapiteln noch mehrfach angesprochen 2 3 SOFTWARE ENTWICKLUNG 23 Merkmal Name Erkl rung Teilmerkmal Name Erkl rung Funktionalit t Vorhandensein einer Menge von Funktionen und deren festgelegte Merkmale Die Funktionen sind jene die die festgelegten oder vorausge setzten Erfordernisse erf llen Angemessenheit Vorhandensein und Eignung einer Menge von Funktionen f r spezifizierte Aufgaben Richtigkeit Liefern der richtigen oder vereinbarten Er gebnisse oder Wirkungen Interoperabilit t Eignung mit vorgegebenen Systemen zusammen
112. Katalogdienste sollen die Organisation von und die Suche nach geor umlichen Ressourcen sowie den Zugriff auf diese Ressourcen unterst tzen Der zentrale Begriff des Katalogs wird bei Kottmann 1999c wie folgt de finiert A Catalog is simply a collection of Catalog Entries that is organized to assist in the discovery access and retrieval of geospatial resources that are of interest to the user especially when the existence or whereabouts of the resource are not known to the user Welche Ressourcen als geor umliche Ressourcen geospatial resources ange sehen werden verdeutlicht Abbildung 5 3 Demnach geh ren sowohl Geodiens te als auch Geodaten zu den geor umlichen Ressourcen Unter den Diensten finden sich die Katalogdienste selbst die Zugriffsdienste auf Daten und alle weiteren Dienste mit geor umlichem Bezug Die Geodaten sind in Geodata Collections zusammengefasst und beinhalten sowohl die bereits angesproche nen Features als auch Feature Collections Der Katalog besteht aus einzelnen Katalog Eintr gen Catalog Entries die den Inhalt geor umlicher Datens tze beschreiben Diese Eintr ge stellen i d R eine Untermenge eines kompletten Metadatensatzes zu einem geor umlichen Datensatz dar und sind so konstru iert dass Abfragen auf ihnen durchgef hrt werden k nnen Bei den Catalog Ressourcen mit Raumbezug 3Repr sentationen realer oder imagin rer Dinge oder Ph nomene der realen Welt 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG
113. Komponente muss verschiedene Schnittstellen implemen tieren Da der Datenzugriff f r das Simulationssystem transparent sein soll te muss die Modellanalyse Komponente zun chst die gleichen Schnittstellen bereitstellen wie die Datenzugriffskomponente IRepositor und IDataAccess Dar ber hinaus muss sie eine Schnittstelle bereitstellen die die Analyseopera tionen zumindest eine abstrakte Operation zum Start der Analyse analyse aufnimmt ISimModelAnalysis Die Schnittstellen der Komponente sind in Abb 5 34 Seite 148 zusammengefasst 5 2 11 3 Daten Spezifikation Die f r die Durchf hrung von Modellanalysen notwendigen Daten h ngen von den gew nschten Analysemethoden ab und k nnen daher an dieser Stelle nicht spezifiziert werden Als Ausgangsbasis kann die in Abb 5 35 dargestellte Klasse SISA_ModelAnalysis dienen die neben dem Simulationslauf Namen eine Liste von Datensatz nderungen enth lt Die nderungen k nnen ber die Angabe Schnitt stellen 148 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG ISimModAnalysis O Model Analysis IDBSystem oO IDataTransform interface ISimModAnalysis Abbildung 5 34 Schnittstellen zur Modellanalyse Neben den Schnittstellen die fiir einen transparenten Datenzugriff notwendig sind bietet die Kompo nente eine Modellanalyse Schnittstelle zur Aufnahme der eigentlichen Analyse Operationen Die Spezifikation der Schnittstellen Repository un
114. Komponenten des SISA besser verfol gen und in das Gesamtsystem einordnen zu k nnen zeigt Abbildung 5 1 die einzelnen Komponenten in einer bersicht Jede Komponente in Abbildung 5 1 besitzt innerhalb des Gesamtsystems eine definierte Verantwortlichkeit und kooperiert zur Erf llung ihrer Aufgaben mit anderen Komponenten in dieser Abbildung sind zur Vereinfachung nur die wichtigsten Verbindungen zwischen den Komponenten eingetragen Eine kurze Erkl rung der Verantwortlichkei ten und Kooperationen findet sich in Tabelle 5 1 Seite 98 Abbildung 5 2 Seite 99 veranschaulicht die Verbindungen der einzelnen Komponenten mit den definierten Funktionen und Zielen des SISA Die Begr ndungen zu den Abgrenzungen der Komponenten sowie die ge nauen Spezifikationen der Komponenten d h die Definition der Schnittstellen und Datenstrukturen finden sich im folgenden Abschnitt 5 2 Komponenten Entwicklung In diesem Abschnitt erfolgt die Spezifikation der einzelnen Komponenten Die Unterabschnitte spezifizieren jeweils eine der Komponenten und sind ihrerseits in drei Teile gegliedert im ersten Teil der Komponenten Abgrenzung wird die Verantwortlichkeit der Komponente innerhalb des Gesamtsystems festgelegt der zweite Teil spezifiziert die Dienste die von der Komponente zur Erf llung ihrer Aufgaben anzubieten sind die Spezifizierung wichtiger Datenstrukturen der Komponente erfolgt im dritten Teil jedes Unterabschnitts Da die Verwaltung und Bereitst
115. Kottmann 1999c die Anfrage Funktion query function Diese Funktion muss alle Ka talog Eintr ge innerhalb eines Kataloges finden die nutzerdefinierten Krite rien entsprechen Die Syntax und die Semantik von Abfragen wird in den OGC Spezifikationen zu den Katalog Diensten Kottmann 1999c u Nebert 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 107 2002 genau festgelegt Die Ber cksichtigung dieser Spezifikationen kann als Maximal Anforderung an die Funktion angesehen werden Im Rahmen eines SISA sollte als Minimal Anforderung eine Anfrage Funktion bereitgestellt wer den die einen Katalog Eintrag aufgrund eines eindeutigen Ressourcen Namens ausfindig macht Die Ausgestaltung der Schnittstelle zum Zugriff auf Daten findet haupts ch Access lich in der Datenzugriffskomponente statt Der Katalogmanager sollte allerdings diejenigen Informationen zur Verf gung stellen die f r einen Zugriff durch die Datenzugriffskomponente ben tigt werden beispielsweise Informationen ber das Datenformat oder das Zugriffsprotokoll Zu diesem Zweck wird in An lehnung an die in Nebert 2002 nicht weiter spezifizierte Operation zum direct access eine Operation mit dem Namen getAccessInformation eingef hrt Um eine eindeutige Referenzierung von Ressourcen zu gew hrleisten sollte jede Ressource mit einem eindeutigen Namen dem so genannten uniform resource name URN versehen werden ausf hrliche Informationen zum Konzept des URN finden sich ab Seite 173 im Kap
116. L cat path rdfHeader txt gt path repository xml 4 cat path tmp3 xml gt gt path repository xml cat path rdfFooter txt gt gt path repository xml clean files bin rm path tmpi xml path tmp2 xml path tmp3 xml copy repository to www ftp i n lt path copyRepositoryToWWW ftp 5 Das Skript durchsucht die unter Punkt 1 spezifizierten Verzeichnisse ber den find Befehl 2 und kopiert dabei den kompletten Inhalt der Dateien in eine separate Datei Anschlie end werden redundante XML Textbegrenzungen Tags entfernt 3 und f r die Gesamtdatei ben tigte Tags hinzugef gt 4 Die auf diese Weise erzeugte Datei wird dann ber das File Transfer Protocol ftp an einen zentralen Ort kopiert 5 in diesem Fall ist der zentrale Ort ein Verzeichnis auf dem Web Server Nachteil dieser ersten Version des Metadaten Sammlers ist die Festlegung auf das starre Format in dem die Dateien vorliegen m ssen Die Implementie rung ber das Document Object Model DOM w rde die Qualit t des Samm lers wesentlich erh hen und die Vorteile von XML auch an dieser Stelle aus nutzen 250 ANHANG D PROGRAMM QUELLTEXTE Inhalt der zugeh rigen Dateien Datei rdfHeader xml lt xml version 1 0 gt lt xml stylesheet type text xsl href http www usf uni kassel de grid meta repository xsl gt 1 lt rdf rdf xmlns rdf http www w3 org rdf rdf 2 xmlns dc http purl oclc org dc gt Datei rdfFoo
117. LOBESIGHT und IMA vorhanden OMS und M bieten zur Verarbeitung von Daten au erdem eine Art Ablaufsteue rung mit der die Funktionen des Systems programmgesteuert angesprochen werden k nnen Die gr te Aufmerksamkeit bei der Beschreibung integrierter Modelle erh lt Modell die Kopplung von Modellteilen Hier existieren die unterschiedlichsten Ans tze ioe angefangen von relativ einfach zu realisierenden Konzepten wie bei SNI bis zu sehr spezialisierten Modellkopplern wie bei PRISM Implementierung Bei den eingesetzten Mitteln zur Implementierung integrierter Modelle zeigt sich eine Tendenz zur Verwendung objektorientierter Technologien sowie zur Nutzung von Internet Technologien So ist das OMS beispielsweise in JAVA implementiert und nutzt Remote Message Invocation RMI zur Verteilung so wie die JAVA NetBeans zur Komponentenkapselung DANUBIA ist ebenfalls in JAVA implementiert Da ber das Java Native Interface JNI die Integration von Programmen m glich ist die in anderen Programmiersprachen geschrie ben sind wird die Integration von in C geschriebenen Programmen erlaubt auch FORTRAN Programme lassen sich ber den Umweg ber C Programme einbinden Die Nutzung von Internet Browsern als Benutzungsschnittstelle findet sich sowohl in aktuellen Entwicklungen wie DANUBIA als auch von den lteren Systemen M und ECOBAS Das System IMA verwendet dar ber hinaus die extensible markup language XML 68 KAPITEL 3 STA
118. M wird im USS lediglich f r kleinere zus tzliche Berechnungen benutzt Neben diesen Systemen gibt es weitere die sowohl innerhalb als auch au erhalb des RIVM mit M entwickelt wurden Eine aktuelle bersicht ber diverse Projekte ist auf der Internet Seite des M Projektes http www m rivm nl zu finden ECOBAS ECOBAS Benz u a 2001 Hoch u a 1998 ist ein Software System zur Er stellung und integrierten Dokumentation von Simulationsmodellen und wurde im Bereich der kologischen Modellierung entworfen Ziel des Systems ist die engere Verzahnung von Modellerstellung und Dokumentation Das System er laubt die Eingabe von Modellgleichungen und berpr ft diese gleichzeitig unter Verwendung der anzugebenden Einheiten f r die einzelnen Variablen Zu den Modellvariablen werden ausf hrliche Informationen wie Akronyme Einheiten Bedeutungen Typ Informationen Werte Bereiche und allgemeine Beschreibun gen gespeichert Basierend auf den Modellgleichungen kann ECOBAS Source Code verschiedener Formate erzeugen FORTRAN SIMPLEX EXTEND und 20Pipes bieten die M glichkeit der Interprozesskommunikation zwischen Prozessen die auf ein und demselben Rechner laufen und die gemeinsame Vorfahren haben N here Einzelheiten zum Thema Pipes finden sich z B in Gulbins und Obermayr 1995 und Herold 1999a 3 2 STANDARDS Al SciLab die Anbindung an andere Programme ist in Planung Beachtenswert ist an diesem System neben der ausfiihrlichen
119. Median Standardabweichung etc d rfte al lerdings f r jedes System interessant sein und wird daher als SISA Funktion gefordert F180 Neben der Berechnung neuer Simulationsergebnisse und der Hilfe bei der Analyse dieser Ergebnisse sollte das SISA auch die Analyse des Simulations modells selbst unterst tzen Z110 Die genauen Funktionen und M glichkei ten beispielsweise zur Durchf hrung von Sensitivit tsanalysen h ngen stark vom konkret verwendeten Simulationsmodell und dessen Teilmodellen sowie von der gew nschten Ausbaustufe des SISA ab und werden in dieser Arbeit nicht spezifiziert Nachdem nun die Ziele und Funktionen des SISA angegeben wurden folgen einige Abgrenzungskriterien die angeben welche Anforderungen explizit nicht an das SISA gestellt werden Ziel des SISA ist es nicht ein Simulationswerkzeug bereitzustellen in dem neue Simulationsmodelle modellteile oder Werkzeuge erstellt werden k nnen Das SISA ist auch keine Simulationsumgebung zur dynamischen Auswahl oder Integration von Simulationsmodellen oder modellteilen Weiterhin ist das SI SA nicht daf r zust ndig alle Funktionen zur Simulationsergebnis Analyse bereitzustellen zur Unterst tzung von Analysen sollen die oben genannten Export Funktionen bereitgestellt werden Ziel des Systems ist auch nicht als Plattform eingesetzt zu werden auf die verschiedene Organisationen verteilt zugreifen um an einem Projekt zu arbeiten Eine bersicht der einzelne
120. MetadataEntry einf gt werden deren Elements tze werden aufgrund ihrer Komplexit t nicht im Diagramm dargestellt und sofort einsehbar werden die Daten kopiert in ein anderes Verzeichnis oder auf einen anderen Rechner verschoben oder anderen Personen berreicht k nnen die Metadaten sehr einfach mit kopiert werden Einige Anwendungen z B Programme zur Textverarbeitung oder Tabellenkalkulation aber auch GIS bieten auch die M glichkeit Metadaten direkt als Teil des Arbeitsergeb nisses z B ein Text Dokument zu integrieren Die dezentrale Speicherung von Metadaten besitzt also auch einige Vorteile Damit der Nutzer des Systems dezentral angelegte Metadaten nicht zu s tzlich in den Katalogmanager eintragen muss wird die Verwendung von Metadaten Sammlern vorgeschlagen Ein Metadaten Sammler engl Metada ta Harvester ist ein Programm das die Verzeichnisse eines Rechners nach Metadaten durchsucht und diese sammelt erntet Die zusammengetragenen Metadaten sind dar ber hinaus einer zentralen Stelle in Falle des SISA ist dies der Katalogmanager mitzuteilen Eine solcher Sammler sollte auf allen 13Sofern ein einfaches Datenformat verwendet wird bzw die Software zum Lesen kompli zierterer Formate bereitsteht Harves ter Verant wortlich keit 118 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG Rechnern installiert sein die an der Erzeugung von Daten f r ein Projekt be teiligt sind Abbildung 5 10 verdeutlich
121. ND DER TECHNIK Standards Im Zusammenhang mit der Entwicklung einer Software Architektur sind ins besondere die Arbeiten des technischen Komitees 211 TC211 der internatio nalen Organisation f r Standardisierung ISO sowie die Arbeiten des Open GIS Consortium OGC von Bedeutung Sowohl das TC211 als auch das OGC liefern Standards zum Aufbau von Systemen zur Geodatenverarbeitung Den gemeinsamen Rahmen f r diese Standards bildet der ISO DIS 19119 Dieser Standard beschreibt den grunds tzlichen architektonischen Aufbau den geo datenverarbeitende Systeme aufweisen sollten F r die Kopplung komplex mit einander verkn pfter Teilmodelle sollte die High Level Architecture HLA des Institute of Electrical and Electronic Engineers IEEE in Betracht gezogen werden Die Verwendung von Standards des World Wide Web Consortium W3C bei der Realisierung von SISAs verspricht ebenfalls eine gesteigerte Interoperabilit t der Systeme Kapitel 4 Systemdefinition Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung einer Software Architektur die als Referenz bei der Erstellung und Erweiterung von Systemen zum integrierten simulationsbasierten Assessment SISAs verwendet werden kann Eine Vorun tersuchung und Durchf hrbarkeitsstudie wie sie in der Planungsphase einer Software Entwicklung vorgesehen ist kann an dieser Stelle aufgrund der ge w nschten Anwendbarkeit der Architektur auf unterschiedliche Systeme nicht vorgenommen werden die genauen F
122. NI Villa und Costanza 2000 ist ein Software Paket zur netzwerkbasierten Integration von Simulationsmodellen Beim Design von SNI wurde Wert darauf gelegt dass f r die Modellkopp lung nur ein geringer Implementierungsaufwand seitens der zu integrierenden Teilmodelle notwendig ist im einfachsten Fall der Modellkopplung ruft ein koordinierendes Programm ein als ausf hrbares Programm vorliegendes Teil die die Synchronisation und den Datenaustausch ber Semaphoren und gemeinsam genutzte Speicherbereiche erreichen 12Genannt werden bei Villa 2001 z B prozessbasierte vs agentenbasierte nicht r umliche vs r umliche explizite deterministische vs stochastische Modellierung 13 Geplant ist die Integration der GIS ArcInfo und GRASS Technik Module Integra tion Kom mando zeilen Ansatz Master vs Slave Client vs Server Beispiel Dienste Frame work Daten aus tausch Vertei lung 36 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK modell ber die Kommandozeile auf und wertet dessen Bildschirmausgaben als Simulationsergebnis aus Kommandozeilen Ansatz SNI unterscheidet zwischen master Anwendungen die f r die Planung und Koordination einer Simulation zust ndig sind und slave Simulationsprogram men die durch entfernte Aufrufe ber die Kommandozeilen Schnittstelle kon trolliert werden W hrend der master die Funktionsbibliotheken von SNI be nutzt m ssen auf der slave Seite
123. NITS Package der University Corporation for Atmospheric Research Internet Startseite http www ucar edu inter aktiver Ansatz System kern Modell bilder Skript Interpre ter GIS Client Net Beans 32 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK Schnittstellen bestimmten Konventionen entsprechen Die Entwicklung neuer Modellkomponenten wird durch vorgefertigte Oberklassen erleichtert die eben falls Teil des Systemkerns sind gt ss 4 RDBMS OMS Component mapping 4 7 Edit OMS Component J Eater i Module Library Visualization ff Data Library Library A Parameter LV Library Component ff Resource Library mapping f External Components located at different Model institutions M Code Internat Visual Model Builder Senerstion u D gt Model Application Framework 7 K w SI gt e Model Builder NetBeans Framework Abbildung 3 2 Architektur des Object Modeling System OMS Quelle Busch u a 2002 Aufgabe des Modellbilders ist es die einzelnen OMS Komponenten zu einem komplexen Modell zusammenzuf gen ber eine GUI Komponente k nnen z B die Modellausgaben einer OMS Komponente mit den Eingaben einer anderen Komponente verbunden und verschiedene Modellkonfigurationen erstellt und verwaltet werden Die Modellentwicklung und anwendung wird unterst tzt durch einen inte grierten Skript Interpreter Uber diese
124. NTEGRIERTE MODELLE 27 Ein IAM wird von Rotmans also als ganzes Framework zur Quantifizierung von Ursache Wirkungs Ketten gesehen und beinhaltet demnach mehr als die reinen Simulationsmodelle Der zusammenf gende Charakter eines Frameworks spielt auch bei der Definition von Toth 1995 eine Rolle In this paper and throughout the collection that follows the terms integrated model and integrated assessment refer to a set of for mal models or studies without modeling support that are combined into a consistent framework to address one or more issues in the problem of global climate change Wie zu sehen ist gibt es unterschiedliche Blickwinkel auf ein integriertes Modell es kann wie bei van der Sluijs 1996 und Toth 1995 vom konzep tionellen Standpunkt aus gesehen werden oder wie bei den anderen Beispielen als Simulationsmodell Bei der Betrachtung des Modells kann dar ber hinaus noch unterschieden werden zwischen dem reinen Modell oder einer Umgebung Framework in die das Modell eingebettet ist Im Rahmen dieser Arbeit wird ein integriertes Modell als die softwaretech nische Realisierung des konzeptionellen Modells also als Software System an gesehen Wie in den folgenden Unterabschnitten zu sehen sein wird bestehen die Software Systeme integrierter Modelle i d R aus mehr als nur den gekop pelten Simulationsmodellen Um dies zu verdeutlichen und um den integrieren den Charakter des Gesamtsy
125. QL Werk zeuge 170 KAPITEL 6 REALISIERUNG Trigger referenzielle Integrit t f r den Einsatz in der Dokumentationskom ponente des SISA kann auf diese aber verzichtet werden MySQL ist ein relationales DBMS d h die Daten werden in Tabellenform gespeichert Die in Kapitel 5 definierten SISA Daten m ssen daher in eine normalisierte Tabellenform gebracht werden H Abbildung 6 2 zeigt als Bei spiel die Tabellen ber die die Anmerkungen engl annotations gespeichert werden vgl Abb 5 19 Seite 128 annotation e resource BEE annotationResource PK annotationld PK lid PK resourceld id title title author FK2 annotationld url date FK3 resourceld format text Abbildung 6 2 Tabelle zur Speicherung der Anmerkungen und deren Bezie hung zu anderen Tabellen Die im Rahmen der Architekturentwicklung definierte Datenstruktur f r Anmerkungen wird umgesetzt durch das Zusammenspiel von drei Tabellen die erste Tabelle annotation enth lt Titel und Inhalt der Anmerkung sowie die Angaben zu Autor und Datum Jede Anmerkung wird genauso wie jede Res source dar ber hinaus durch eine eindeutige Bezeichnung den Prim rschl s sel engl primary key PK gekennzeichnet Die Verbindung von Anmerkungen zu Ressourcen wird ber eine dritte Tabelle annotationResource realisiert Jede Zeile dieser Tabelle enth lt den Prim rschl ssel einer An
126. RATURVERZEICHNIS Farooqui u a 1995 FAROOQUI Kazi LOGRIPPO Luigi MEER Jan de The ISO Reference Model for Open Distributed Processing an introduction In Computer Networks and ISDN Systems 2 1995 Nr 8 S 1215 1229 FGDC 1998 FEDERAL GEOGRAPHIC DATA COMMITTEE Hrsg Con tent Standard for Digital Geospatial Metadata Version 1998 Federal Geo graphic Data Committee 1998 URL http www fgdc gov standards documents standards metadata v2_0698 pdf FGDC STD 001 1998 Fink 2002 Fink Alexander Szenariotechniken In SOMMERLATTE Tom Hrsg Angewandte Systemforschung Ein interdisziplin rer Ansatz Wies baden Gabler 2002 Kap 3 4 S 297 319 ISBN 3 409 11879 9 Fischer u a 2000 FISCHER G nther VELTHUIZEN Harrij van NACHTER GAELE Freddy O Global Agro Ecological Zones Assessment Methodology and Results International Institute for Applied Systems Analysis 2000 In terim Report IR 00 064 URL http www iiasa ac at Publications Documents IR 00 064 pdf Fitzke und M ller 2000 FITZKE Jens M LLER Markus Simple Featu res in der Praxis OpenGIS Strukturen in Auskunftssystemen f r Umwelt und Naturschutz In CREMERS Armin B Hrsg GREVE Klaus Hrsg Umweltinformatik 00 Umweltinformation f r Planung Politik und ffent lichkeit 14 Internationales Symposium Informatik f r den Umweltschutz der Gesellschaft f r Informatik GI Bonn 2000 Bd 1 Marburg Metropolis Ve
127. RN dient der eindeutigen Bezeichnung und der URL der eindeutigen Lokalisierung der Ressource Der Katalogmanager ist auch f r die Bereitstellung von Informationen zu st ndig die die Datenzugriffskomponente f r den Zugriff auf Ressourcen ben tigt Diese Zugriffsinformationen sollten sich bereits aus dem Format Teil des URN ergeben in obigem Beispiel war das die Zeichenkette unf Werden ber diese Angabe hinaus zus tzliche Informationen f r den Zugriff ben tigt soll ten sie ebenfalls in der Ressourcenliste zur Verf gung stehen Im angef hrten Beispiel der Daten mit der L nderkennung wurde das Format als unf Format angegeben Dieses Format l sst sich aber weiter unterteilen so dass die ent sprechende Information mit in die Ressourcen Liste aufgenommen wurde Um die Ressourcen Liste lesbarer zu gestalten und um einfacher nach Ressourcen suchen zu k nnen wird noch ein weiteres Feld mit in die Liste aufgenommen der Titel Name der Ressource Abbildung 6 9 zeigt die resultierenden Ein tr ge die f r jede Ressource gemacht werden sollen anhand eines Ausschnitts einer Ressourcen Liste 6 3 2 3 Metadaten Zur Beschreibung der SISA Ressourcen in GLASS wurde der in Unterabschnitt 5 2 1 auf Seite 83 vorgestellte Dublin Core Metadata Element Set DCMES verwendet vgl Tab 5 7 Seite 116 Zur Eingabe der insgesamt 15 Metadaten Elemente des DCMES wurde die in Abb 6 10 Seite 181 dargestellte Web Seite erstell
128. SISAs eine wichtige Rolle spielt wurden zur Ab grenzung und Definition der Architektur Komponenten auch Standards ber ck sichtigt Wichtige Standards die bei der Entwicklung der Software Architektur von Interesse sind wurden in Kapitel 3 Seite 25 vorgestellt Ein SISA ist System ziel Ressour cen Daten Simula tionen Konsis tenz Umge bung Qualitat Archi tektur 12 Kompo nenten Simula tions system Simula tions lauf Manager Daten zugriff Katalog manager Daten bank system Meta daten Sammler 208 KAPITEL 7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK ein geodatenverarbeitendes System Aus diesem Grund sind bei dessen Ent wicklung insbesondere die Arbeiten des technischen Komitees f r geographische Informationen Geomatik TC211 der internationalen Organisation f r Stan dardisierung ISO sowie die Arbeiten des Open GIS Konsortiums OGC von Bedeutung Den gemeinsamen Rahmen f r die Standards des TC211 und des OGC bildet der ISO DIS 19119 Dieser Standard der die Empfehlung eines grunds tzlichen architektonischen Aufbaus f r geodatenverarbeitende Systeme enth lt wurde sowohl zur Komponentenabgrenzung als auch f r die Schnitt stellendefinitionen der SISA Architektur herangezogen Um die definierten Systemziele zu erf llen wurde die Architektur des SISA in zw lf Komponenten geteilt Die zentrale Komponente der Architektur ist die Simulationssystem Komponente die f r die Bere
129. SO 19117 Portrayal ISO 19118 Encoding ISO 19119 Services ISO TR 19120 ISO TR 19121 ISO TR 19122 ISO 19123 ISO 19124 ISO 19125 1 ISO 19125 2 ISO 19125 3 ISO 19126 ISO 19127 ISO 19128 ISO 19129 ISO 19130 ISO 19131 ISO 19132 ISO 19133 ISO 19134 ISO 19135 ISO 19136 ISO 19137 ISO 19138 ISO 19139 ISO 19140 Functional standards new revision started Imagery and gridded data published Qualifications and certification of personnel Schema for coverage geometry and functions Imagery and gridded data components Simple feature access Part 1 Common architecture Simple feature access Part 2 SQL option Simple feature access Part 3 COM OLE option Profile FACC Data Dictionary Geodetic codes and parameters Web map server interface Imagery gridded and coverage data framework Sensor and data models for imagery and gridded data Data product specifications Location based services possible standards Location based services tracking and navigation Multimodal location based services for routing and navigation Procedures for registration of geographical information items Geography Markup Language Generally used profiles of the spatial schema and of similar important other schemas Data quality measures Metadata Implementation specification Technical amendment to the ISO 191 Geographic information series of standards for harmonization and enhancements Tabelle C 3 Standards im Arbeitsprogramm des ISO TC 211
130. Settings simulationStartYear simulationEndYear simulationTimeStep dsCorrectionFactor gt 4 lt ATTLIST modelSettings simulationModelld CDATA REQUIRED gt 5 lt ELEMENT dsCorrectionFactor PCDATA gt 6 lt ELEMENT simulationStartYear PCDATA gt lt ELEMENT simulationEndYear PCDATA gt lt ELEMENT simulationTimeStep PCDATA gt Die simulationSpecifications bestehen nach Punkt 1 aus mindestens einer simulationSpecification ausgedr ckt durch das Zeichen Zu einer simula tionSpecification geh rt wiederum mindestens ein Satz an modelSettings 2 wobei der Simulationslaufname ber das Attribut simRunld f r jeden dieser Einstellungss tze zwingend REQUIRED vorgeschrieben ist 3 Ein Ein stellungssatz besteht nach 4 aus genau vier Einstellungen simulationStart Year simulationEndYear simulationTimeStep und dsCorrectionFactor Jede dieser Einstellungen besteht dabei aus einfachen Texteintr gen gekennzeich net durch PCDATA 6 D 5 Simulationssystem Der folgende Quelltext zeigt einen Ausschnitt aus dem Sicherheitsmodell von GLASS und verdeutlicht das Prinzip der Generierung und Abfrage von Daten s tzen 727222 Security Model create new security model GlsSecurityModel securityModel new GlsSecurityModel 1 check availability of results if securityModel gt resultsAvailable simRunURN 2 results available
131. Speicherungsart Datei vs Datenbanksystem sowie den zu verwendenden Datenformaten f r die Speicherung In dieser Frage konnte sich noch kein Standard durchsetzen Daten die zur Initialisierung von Modellen benutzt wer den sind heterogen und Wissenschaftler sind verwirrt ber die verschiedenen 35 Eine Integration der Daten in das System erfolgt dennoch durch die eindeutige Bezeich nung der Datens tze Ressourcen und die Bereitstellung der Zugriffsinformationen durch den Katalogmanager 6 3 KOMPONENTEN REALISIERUNG 195 Datentypen Formate und Systeme im Umkreis wissenschaftlicher Daten im Rahmen der Erdsystemforschung Ramachandran u a 2003 Nicht nur im Rahmen der Speicherung und bertragung von Geodaten kris tallisiert sich die Verwendung des XML Formats als m glicher Standard heraus s GML Cox u a 2003 Dieses Format hat weitere Vorteile die Anderson u a 2000 wie folgt zusammenfassen e gute Archivierungsm glichkeit der Daten e leichter Austausch von Daten e die Daten sind ber das Document Object Model DOM auch von ein fachen Clients z B einem Web Browser zu bearbeiten e flexible Darstellungsm glichkeit der Daten z B ber Stylesheets e m glicher Import und Export von Daten in bzw aus Datenbanken Auch f r die Archivierung von Daten bietet XML nach Anderson u a 2000 gegen ber anderen Datenformaten wie einfachen Dateien oder Datenbank Dumps Vorteile e XML Datei
132. URL und zum hyper text transport protocol HTTP Der URL Standard legt den Aufbau von Web Adressen fest der HTTP Standard definiert das Protokoll mit dem Web Seiten von einem Rechner zum anderen bertragen werden und der HTML Standard definiert die Beschreibungssprache f r Web Seiten und erlaubt damit deren Aufbau inhaltlich und darstellerisch Neben diesen Standards sind f r die Realisierung des SISA weitere Spezifi kationen des W3C relevant der uniform resource identifier URI die exten sible markup language XML und die mit der XML in Verbindung stehenden Standards zum XML Schema resource description framework RDF und do cument object model DOM N here Informationen zu diesen Empfehlungen finden sich im weiteren Verlauf der Arbeit Die Empfehlungen des W3C sind kostenfrei und online verf gbar http www w3 org OGC Das Open GIS Consortium OGC ist ein internationales Industrie Konsorti um von mehr als 230 Firmen Regierungsorganisationen und Forschungseinrich tungen Ziel dieses 1994 gegr ndeten Zusammenschlusses ist die Entwicklung frei verf gbarer Spezifikationen im Bereich der Geodatenverarbeitung Die offe nen Schnittstellen und Protokolle die in so genannten OpenGIS Specifications definiert werden unterst tzen interoperable L sungen die Informationstechno logie soll geof hig gemacht werden und Entwickler bef higen komplexe r um liche Informationen und Dienste f r alle denkbaren Anwendungen z
133. Zugriffsinformationen erh lt die Daten zugriffskomponente ber den Katalogmanager genauer ber die Schnittstelle ICatAccess Werden Daten geschrieben sollten der Datenzugriffskomponente die entsprechenden Metadaten direkt mitgegeben werden um eine konsistente Dokumentation der Datens tze zu gew hrleisten Beim Zugriff auf Daten aus dem Paket der Datens tze ben tigt die Datenzugriffskomponente entsprechen de Rechte au erdem ist die Komponente zur Erf llung ihrer Aufgaben vom Datenbanksystem abh ngig Alle Komponenten die Zugriff auf die Assessment Daten ben tigen sollten zur Sicherstellung der Datenintegrit t und Nachvoll ziehbarkeit die Schnittstellen der Datenzugriffskomponente verwenden Der Simulationslaufmanager Simulation Run Manager ist verantwortlich f r die Verwaltung und Bereitstellung von Simulationslauf Spezifikationen Ein stellungen durch die sich ein Simulationslauf von einem anderen unterscheidet Der Simulationslaufmanager bietet zwei Schnittstellen an die erste ISimRun Manager dient der Verwaltung von Simulationslauf Spezifikationen die zweite ISimRunSpecification der Abfrage einzelner Einstellungen und der berpr fung ob alle f r ein Modell ben tigten Spezifikationen vorhanden sind Da Si mulationsl ufe abstrakte SISA Ressourcen darstellen und daher durch einen eindeutigen Bezeichner zu repr sentieren sind ist der Simulationslaufmanager zur Erf llung seiner Aufgaben vom Katalogmanager d
134. a tionen von Objekt Instanzen in den federates sein und nicht in der run time infrastructure RTI W hrend der Ausf hrung einer federation soll der gesamte Austausch von FOM Daten zwischen den federates ber die RTI erfolgen W hrend der Ausf hrung einer federation sollen die federates gem der HLA interface specification mit der RTI interagieren W hrend der Ausf hrung einer federation soll ein Instanz Attribut zu jeder Zeit Eigentum von maximal einem federate sein Regeln f r Federates 6 10 Federates sollen ein gem HLA OMT dokumentiertes HLA simulation object model SOM besitzen Federates sollen in der Lage sein jedes Attribut gem der Beschreibung in den SOMs zu aktualisieren und oder widerzuspiegeln und Interaktionen zu senden und oder zu empfangen Federates sollen in der Lage sein den Besitz eines Attributes gem der Beschreibung in den SOMs dynamisch d h zur Laufzeit der Federation zu bertragen oder anzunehmen Federates sollen im Einklang mit den Beschreibungen in den SOMs in der Lage sein die Bedingungen z B Grenzwerte zu ver ndern unter denen sie Aktualisierungen Updates der Attribute bereitstellen Federates sollen in der Lage sein die lokale Zeit in einer Art und Weise zu verwalten die ihnen einen koordinierten Datenaustausch mit anderen Mitgliedern der federation erlaubt 1Eigentum Besitz ownership ist hier definiert als die Berechtigung die
135. a die allgemeinen Ziele und Anforderungen eines SISA die im folgenden Kapitel definiert werden Wesentliche Aspekte zu Standards den Leistungsmerkmalen sowie der Auf teilung und Implementierung existierender Systeme werden zum Abschluss die ses Kapitels in den folgenden Abs tzen noch einmal zusammengefasst Leistungsmerkmale Die folgenden zentralen Leistungsmerkmale bzw Funktionalit ten geh ren ne ben der Berechnung neuer Simulationsergebnisse zum Leistungsumfang der in tegrierten Modelle und sind daher bei der Erstellung der Software Architektur f r ein SISA zu ber cksichtigen Bereitstellung und Nutzung von GIS Funktionalit ten Unterst tzung bei der Analyse von Ergebnis Daten Visualisierung von Modellergebnissen Unterst tzung bei der Modellanalyse Verwaltung von Szenarien Bereitstellung und Erstellung von Dokumentationen Modelldokumenta tion Metadaten Hilfesystem e Verwaltung von Datenbest nden Die GIS Funktionalit ten werden f r die geographisch explizite Modellie rung des Systems Erde ben tigt und werden entweder direkt im Rahmen des integrierten Modells also im SISA implementiert oder durch die Kopplung mit einem eigenst ndigen GIS in das System integriert Die Verwendung bzw Integration von GIS Funktionen finden sich sowohl bei vielen der von Kickert u a 1999 und Peirce 1998 beschriebenen Modelle wieder als auch bei den Systemen OMS IMA und SNI Zur Unterstiitzung der Analyse von Date
136. abilit t Auswirkungen und Anpassungen im Zusammen hang mit dem Klimawandel Thema der dritten Arbeitsgruppe WG III sind die m glichen Optionen zur Minderung des Klimawandels Die WG II muss aufgrund ihres Arbeitsschwerpunktes in besonderem Ma e das gesamte System Erde also sowohl die Natursph re als auch die Anthroposph re und deren Ver bindungen betrachten Zu diesem Zweck setzt die Arbeitsgruppe u a das so genannten integrierte Assessment ein In der Literatur sind unterschiedliche Definitionen des Begriffs integriertes Assessment englisch integrated assessment zu finden s z B Alcamo 2002 Easterling 1997 IPCC 2001 Parson 1995 Peirce 1998 Rotmans 1998 Tol und Vellinga 1998 van der Sluijs 1996 Weyant u a 1996 Das IPCC sieht das integrierte Assessment als einen interdisziplin ren Pro zess der das Ziel verfolgt komplizierte Systeme besser zu verstehen und defi niert den Begriff wie folgt IPCC 2001 Integrated assessment is an interdisciplinary process that combi nes interprets and communicates knowledge from diverse scientific disciplines from the natural and social sciences to investigate and Startseite im Internet http www ipcc ch 3F r das englische Wort assessment gibt es kein deutsches Wort das dem Bedeutungsum fang des englischen gerecht wird Das Wort wird daher als Assessment stehen gelassen und nicht durch einen deutschen Begriff bersetzt Assessment im hier betrachtete
137. abschnitt 2 3 1 Seite 16 F r den Betrieb eines Simulationsmodells werden unterschiedliche Daten ben tigt 1 Daten f r Modellgr en die w hrend eines Simulationslaufes kon stant bleiben Systemparameter 2 Daten ber systembeeinflussende exogene Gr en Modellumwelt Gr en 3 Optionen zur Simulationssteuerung und 4 evtl ben tigte stochastische Daten falls es sich um ein stochastisches Modell handelt also ein Modell das Zufallsverteilungen ber cksichtigt Da manuelle L sungsverfahren in den meisten F llen zu aufwendig sind muss das konzeptionelle Modell durch ein Computerprogramm realisiert wer den Die Realisierung des Modells kann ber verschiedene Simulationsverfahren 6Bossel definiert den Begriff Parameter etwas genauer als Gr en die nicht durch Ver nderungen im System selbst beeinflusst sind die oft konstant sind aber m glicherweise auch von der Zeit abh ngen Bossel 1994 2 2 MODELLIERUNG 15 Kommunikation Objekt Verwaltung Benutzungsschnittstelle Reale Welt konzeptionelles Modell Simulationsmodell Abbildung 2 2 Erstellung eines Simulationsmodells Von der Beschreibung ei nes Ausschnitts der realen Welt werden die wichtigsten systembeeinflussenden Faktoren und deren Zusammenh nge herausgenommen und im konzeptionellen Modell beschrieben Zur Umsetzung in ein Simulationsmo
138. adaten Sammler auf dem zweiten Host H2 Harvester durchsucht nicht nur die lokalen Dateien nach Metadaten ber die Operation query des Datenbanksystems Database System sucht und sammelt er auch Metadaten die sich evtl im Datenbanksystem befinden Beispiel b verdeutlicht die ent sprechenden Aufruf Sequenzen Sofern die Metadaten f r die Daten eines Hosts auch auf dem Host selber ge sammelt zur Verf gung stehen sollen ist dies dem Harvester vor der Sammlung mitzuteilen Wie in Beispiel c zu sehen ist geschieht diese Mitteilung ber die Operation setRepository Nach der Sammlung der Metadaten schreibt der Sammler ein eigenes lokales Repository Auf ein lokales Repository k n nen dann auch andere Clients zugreifen z B der Nutzer des Rechners auf dem das Repository gespeichert ist Beispiel d zeigt den Aufruf der hierzu not wendigen Operation queryRepository durch einen zweiten Client C2 Client Der Aufruf zum Starten der Metadaten Sammlung kann sowohl durch einen menschlichen Nutzer als auch durch eine andere Software erfolgen Um die Me tadaten aktuell zu halten ist es ratsam die Sammlung regelm ig durchzu f hren Dies kann z B durch die Aufnahme des Aufrufs in einen regelm ig ablaufenden Betriebssystem Prozess sichergestellt werden 5 3 2 3 Modellanalyse Abbildung 5 39 zeigt das Sequenzdiagramm f r einen Analyselauf Im Fall der Modellanalyse schaltet sich die Modellanalyse Komponente Model Analysis
139. aillierter und in sich konsistenter Bewertungen Luiten 1999 Die Rolle der Informationstech nik bei der Unterst tzung umweltpolitischer Entscheidungen wurde bereits bei der ersten Konferenz der Vereinten Nationen f r Umwelt und Entwicklung in Rio de Janeiro 1992 erkannt Im Kapitel 40 Informationen f r die Entschei dungsfindung des aus der Rio Konferenz hervorgegangenen Aktionsprogramms Agenda 21 UN 1992 wird die Uberbriickung der Datenl cke und die Ver besserung der Verf gbarkeit von Informationen gefordert Dies soll u a durch die Nutzung geographischer Informationssysteme GIS und die Verwendung von Expertensystemen und Modellen erreicht werden Der Einsatz von GIS und Modellen hat sich bereits in unterschiedlichen Disziplinen und Problembereichen Sektoren etabliert beispielsweise in der kologie sowie den Forst und Agrarwissenschaften Dar ber hinaus werden seit Mitte der 1980er Jahre auch Modelle entwickelt die eine sektor bergreifende Problemanalyse erlauben Diese so genannten integrierten Modelle stellen ei ne interdisziplin re Abbildung von Ursache Wirkungs Ketten dar vgl Parson 1995 van der Sluijs 1996 Integrierte Modelle bieten aufgrund der Integration der wichtigsten f r eine Fragestellung relevanten Disziplinen einen Mehrwert gegen ber disziplin ren Studien und sollen l sungsrelevante Informationen f r Entscheidungstr ger bereitstellen Die Modelle RAINS Alcamo u a 1990 und 1
140. als OGC Service Architecture beschlossen Die derzeit verf gbare Version 4 3 der OGC Service Architecture Percivall 2002 beinhaltet den Entwurf zum Internationalen Standard ISO DIS 1911951 ISO 19119 liefert eine Taxonomie f r geographische Dienste und schreibt vor wie plattformneutrale Spezifikationen f r Dienste zu erzeugen und hierzu konforme plattformspezifische Spezifikationen abzuleiten sind Die durch den Architektur Standard f r geographische Dienste verfolgten Ziele sind e cin abstraktes Rahmenwerk bereitzustellen das eine abgestimmte Ent wicklung spezifischer Dienste erlaubt e durch eine Schnittstellen Standardisierung interoperable Daten Dienste zu erm glichen e durch die Definition von Metadaten ber Dienste die Entwicklung von Dienste Katalogen zu unterst tzen e die Trennung einzelner Daten und Dienste zu erm glichen e die Nutzung der Dienste eines Anbieters auf den Daten eines anderen Anbieters zu erm glichen e ein abstraktes Rahmenwerk zu definieren das unterschiedlich implemen tiert werden kann Zur Erreichung dieser Ziele erweitert der Standard das architektonische Re ferenzmodell das in ISO 19101 definiert ist ISO 19101 definiert das so genannte Extended Open Systems Environment EOSE model for geographic services 50O0penGIS AS Topic 12 Alle Verweise auf die ISO 19119 in der vorliegenden Arbeit beziehen sich auf diese Ver ffentlichung 51DIS hei t Draft International Standard und bezieh
141. andar disie rungsbe m hun gen 196 KAPITEL 6 REALISIERUNG 6 3 5 3 Datenbanksystem Als Datenbanksysteme wurden wie bereits erw hnt MySQL und Microsoft Access eingesetzt Der Einsatz der Systeme beschr nkt sich bisweilen auf den Zugriff durch die angesprochenen Mediatoren 6 3 5 4 Datengrundlage Neben der Verwendung eines allgemein anerkannten Formats von Datens t zen ist es im Rahmen der Forschung zum System Erde wichtig auf anerkannte Inhalte zur ckzugreifen Diese Notwendigkeit begr ndet sich u a darauf dass zur Validierung von Modellen deren Ergebnisse mit den Ergebnissen anderer Modelle verglichen werden sollen Toth 1995 Die im Rahmen der Systemdefinition aufgelisteten grundlegenden Assess ment Daten D60 D120 sollten daher aus einschl gig bekannten und an erkannten Quellen UN Organisationen IPCC Weltbank etc kommen In diesem Zusammenhang sind auch die Bestrebungen des International Steering Committee for Global Mapping ISCGM von Bedeutung das die Erstellung von Geodaten mit einer Aufl sung von 1km Ikm und globaler Ab deckung koordiniert Diese so genannte Global Map besteht aus acht Schichten Themen Grenzen Entw sserung Transport Siedlungen geographische H he Landbedeckung Landnutzung Vegetation Die Verwendung derartiger Basisdaten w rde die Vergleichbarkeit von Analysen und aufgrund der dann einheitlichen Landmaske auch die Interoperabilit t von Modelle
142. angef hrten Software Umgebung sollten bereitge stellt werden Insbesondere Schnittstellen zum DBMS und zu den Daten und Funktionen des GIS sind falls diese Systeme eingesetzt werden notwendig Die Anforderungen an die Hardware h ngen vom konkret zu realisierenden SISA ab und reichen von standardm ig ausger steten Personal Computern PC bis hin zu sehr leistungsstarken Rechnern 8Die Vermittlung von Ergebnissen kann nach Tol und Vellinga 1998 auf zwei grunds tz lich verschiedenen Wegen geschehen erstens ber die direkte Kommunikation Pr sentati on der Analysen und Ergebnisse f r die Entscheidungstr ger zweitens ber eine indirekte Kommunikation Ergebnisse werden ber die wissenschaftliche Literatur verbreitet und von unabh ngigen Kommentatoren oder Beratern zusammengefasst und in ein f r Entscheidungs tr ger angepasstes Format gebracht Zu den Vor und Nachteilen beider Wege siehe Tol und Vellinga 1998 4 2 ANFORDERUNGSDEFINITION Projektdaten verwalten 2 A Modell Betreibe 4 Modell analysieren Daten auswerten Projektergebnisse verwerten Projektergebnisse verwalten Projekt berblick verschaffen System zum integrierten simulationsbasierten Assessment SISA Simulationsl ufe durchf hren Simulationsdaten verwalten Modell Entwickler Modell Entwickler sind nicht nur fir 5 die Entwicklung des Systems zust ndig sondern a
143. anmerkt dass sich die Unsicherheiten einzelner Teilmodelle unter ge wissen Umst nden auch kompensieren k nnen werden umfassende Untersu chungen zur Sensitivit t und Unsicherheit an vielen Stellen gefordert Alcamo 2002 Cocks u a 1998 Dowlatabadi 1995 Rotmans und van Asselt 2001 T Readers will prefer it if tools that generate data provide their own visualisation functions suited to the data Peirce 1998 Visuali sierung Daten verwal tung Nach vollzieh barkeit Aus tausch barkeit Modell Analyse Zxx Fxx Simula tions laufver waltung Projekt Ressour cen Ressour cenliste 78 KAPITEL 4 SYSTEMDEFINITION Schneider 1997 Shlyakhter u a 1995 Toth 1995 Tol und Vellinga 1998 Eine Unterstiitzung der Modellanalyse durch das SISA ist daher vorzusehen Unter Beriicksichtigung dieser allgemeinen Anforderungen werden im fol genden Unterabschnitt die vom SISA verfolgten Ziele genauer definiert 4 2 2 Ziele und Funktionen Das bergeordnete Ziel des Systems zum integrierten simulationsbasierten As sessment ist die konsistente Verwaltung von Daten unterschiedlicher Fachdis ziplinen und die Erzeugung neuer Daten mit Hilfe von Simulationsmodellen Im Folgenden werden die Ziele des Systems sowie die Funktionen die not wendig sind um das SISA Ziel zu erreichen genauer definiert Um im weiteren Verlauf der Arbeit einfacher auf diese Definitionen zur ckgreifen zu k nnen
144. ann ten IEEE Standards bevollm chtigt ist Mitglieder im IEEE SA sind sowohl Einzelpersonen als auch Firmen Von den fast 900 verabschiedeten Standards kann einer beim Aufbau eines SISA besonders relevant werden der EEE Standard for Modeling and Simu lation M amp S High Level Architecture HLA IEEE 1516 Dieser Standard wurde als eine Referenz Architektur fiir die verteilte Modellierung und Simu lation entwickelt Abschnitt 3 2 2 Seite 47 widmet sich diesem Standard Der Bezug von IEEE Standards ist ebenso wie der von ISO Standards i d R kos tenpflichtig W3C Das World Wide Web Consortium W3C ist die Organisation in der die Kerntechnologien des World Wide Web WWW entwickelt werden Das W3C wurde 1994 am Labratory for Computer Science des Massachusetts Institut of Technology MIT von Tim Berners Lee dem Erfinder des WWW in Ko operation mit seinem ehemaligen Arbeitgeber und Ursprungsort des WWW dem Europ isches Kernforschungszentrum CERN Conseil Europ en pour la Recherche Nucl aire gegr ndet Das W3C hat sich zur Aufgabe gesetzt die technische Weiterentwicklung des WWW durch die F rderung von Interoperabilit t und offenen Diskussions foren zu leiten Auf langfristige Sicht strebt das W3C ein WWW an auf das alle Menschen unter Ber cksichtigung der vielen Unterschiede in Sprache Ausbil dungsstand materiellen Ressourcen usw zugreifen k nnen universal access das jedem Benutzer die bestm gliche Nut
145. asst die wichtigsten Aspekte der System definition zusammen 7 1 ZUSAMMENFASSUNG 207 Ziel des Systems zum integrierten simulationsbasierten Assessment ist die Unterst tzung des integrierten Assessments durch die Bereitstellung eines kon sistenten Rahmens f r Daten und Simulationsmodelle zum System Erde und zur Durchf hrung von Simulationsl ufen sowie die Bereitstellung grundlegen der Informationen zu durchgef hrten oder in der Durchf hrung begriffenen Projekten Um dieses Systemziel zu erreichen m ssen verschiedene Betriebs mittel Ressourcen durch das SISA verwaltet werden Zu diesen Ressourcen geh ren sowohl die Simulationsmodelle und die ihnen zugeordneten Daten als auch andere Software z B zur Vorverarbeitung oder Nachbearbeitung von Daten und Dokumente z B Modellbeschreibungen oder Ergebnisberichte Dar ber hinaus muss das SISA Informationen ber Projekte Analysen Sze narien beteiligte Personen und andere Hintergrundinformationen bereitstel len Die Daten die f r die Simulationsmodelle ben tigt werden sollten eben falls ber das SISA zur Verf gung stehen Die Durchf hrung und Verwaltung von Simulationsl ufen geh rt dar ber hinaus ebenso zur Aufgabe des SISA wie die Bereitstellung von Simulationsergebnissen Die Sicherstellung der Kon sistenz wird unterst tzt durch die Dokumentation der Simulationsergebnisse der verwendeten Simulationsmodelle der zugrunde liegenden Simulationslauf Spezifikation und des S
146. at rlich vorhandener Bestand von etwas was f r einen bestimm ten Zweck ben tigt wird Duden 1996 source of supply or support a source of information or expertise Merriam Webster o Collegiate Dictio nary http www britannica com Schnittstelle Benannter Satz von Operationen der das Verhalten einer Enti tat charakterisiert ISO DIS 19119 Service Siehe Dienst Simulation Simulationslauf Durchf hrung einer Modellberechnung unter definierten Bedingungen vgl Simulationslauf Spezifikation Simulationslauf Spezifikation Definierte Modell Konfiguration Beinhaltet die Spezifikation aller Simulationsmodell Daten inkl Systemparameter Modellumwelt Gr en Optionen s Unterabschnitt 4 1 2 Seite 72 Simulationsmodell A set of computational codes executable in some soft ware hardware environment that transform a set of input data into a set of output data with the input output and transformation typically having some interpretation in terms of real world phenomena Definition des Begriffs computational model nach Hill u a 2001 SISA Siehe System zum integrierten simulationsbasierten Assessment Software Programme Verfahren Regeln und m glicherweise zugeh rige Do kumentationen und Daten zum Betrieb eines Computersystems IEEE 610 12 Software Architektur Eine Software Architektur ist die grunds tzliche Strukturierung eines Software Systems Sie beschreibt eine Menge defi nierter Komponent
147. aten f r das Simulationsmodell gezielt ver ndern und die Ausgabedaten analysieren Zur Modellanalyse m ssen daher keine nderun gen innerhalb des Simulationssystems vorgenommen werden Funktionen die speziell f r konkrete Assessments Projekte ben tigt werden sollen zur Steige rung der Transparenz Analysierbarkeit und Modifizierbarkeit des System der Komponente Ergebnisanalyse zugeordnet werden Die Simulationssystemkomponente sowie die Komponente zur Ergebnisana lyse sind die einzigen Komponenten die f r ein neues SISA angepasst werden m ssen Die anderen Komponenten k nnen generell f r SISAs anderer Projekte wieder verwendet werden von Erweiterungen um neue Funktionen Datentypen etc abgesehen Um die Anwendbarkeit der allgemeinen SISA Architektur zu belegen wur den die zentralen Komponenten unter Verwendung eines konkreten Simulati onssystems prototypisch implementiert Kapitel 6 Seite 165 Die Implementie Doku menta tion Daten verarbei tung Modell Analyse Ergeb nisana lyse Wieder verwend barkeit Realisie rung Tests Ergeb nisse 210 KAPITEL 7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK rungen erfolgten f r die Simulationsmodelle die im Rahmen des Assessment Projektes GLASS GLobal ASsessment of Security eingesetzt wurden Ziel des Projektes ist die Analyse der Auswirkungen des globalen Wandels auf die Wasser und Nahrungsmittelverf gbarkeit Das GLASS Simulationssystem be steht sowoh
148. bb 5 32 Da die Operationen der Analysekomponente von den konkreten Anforderungen eines SISA abh ngig sind werden ber die beiden angegebenen Operationen hinaus an dieser Stelle keine weiteren Operationen spezifiziert Um die Analyse von Daten zu erleichtern sollten f r alle Assessment Daten des SISA bzw deren Formate Klassen entsprechende Visualisierungsopera tionen bereitgestellt werden wobei die Operationen in der Lage sein sollten Daten in unterschiedlichen Formen z B als Karte Diagramm oder Tabelle darzustellen lAnalysis O Analysis interface lAnalysis viewDataset viewStatistics Abbildung 5 32 Schnittstelle der Analysekomponente Die Analysekomponente enth lt zwei exemplarische Operationen eine zur Visualisierung von Datens t zen viewDataset und eine zur Visualisierung statistischer Werte eines Daten satzes viewStatistics Da die Komponente verantwortlich ist f r die Bereit stellung von Simulationsergebnissen f r den Modellbetreiber beschr nken sich die Operationen auf die Visualisierung der entsprechenden Daten 5 2 10 3 Daten Spezifikation F r die Analysekomponente werden keine gesonderten Daten Spezifikationen vorgenommen Die von den Diensten unterst tzten Datenmodelle sollten sich allerdings an den eingesetzten Klassen der Datenzugriffskomponente orientie ren um eine nahtlose Datenverarbeitung zu erm glichen 5 2 11 Modellanalyse 5 2 11 1 Ko
149. be von Simulationser gebnissen Datenzugriff Lesender und schreibender Zugriff auf Daten und Transforma tion zwischen verschiedenen Daten Formaten Datenbanksystem Verwaltete Speicherung von Assessment Daten Simulationslauf Verwaltung simulationslaufbezogener Einstellungen und Be manager reitstellung dieser Informationen f r die Simulationssystem Komponente Geodatenverarbeitung Verarbeitung geographischer Daten und die Bereitstellung ei ner Schnittstelle zu eigenst ndigen GIS Datenverarbeitung Bereitstellung allgemeiner wieder verwendbarer Datenverar beitungsdienste Aufgabensteuerung Programmgesteuerter Aufruf anderer Dienste des SISA z B Dienste zur Datenvorverarbeitung und Datennachbearbei tung Ergebnisanalyse Unterst tzung bei der Analyse von Simulationsergebnissen z B bei der Visualisierung und der statistischen Auswertung von Datens tzen Modellanalyse Unterst tzung bei der Analyse des Simulationsmodells insbe sondere bei einer Sensitivit ts oder Unsicherheitsanalyse Dokumentation Dokumentation und Verwaltung wichtiger Assessment Informationen z B Angaben ber Projekte und Hinweise zum Verst ndnis von Assessments Tabelle 5 1 Komponenten und ihre Verantwortlichkeiten 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG Katalog manager Metadaten sammler Ressourcen Liste ron ia zk Metadaten Bereitstellung NO F4 een Simulationslauf manag
150. ber einen Internet Browser m glich sein B10 Zur Arbeit mit dem SISA sind den Akteuren Modellbetreiber Modellent wickler Entscheidungstr ger verschiedene Sichten auf die Daten und Leistun gen bereitzustellen B20 Die Sichten und die mit ihnen verbundenen M g lichkeiten des Datenzugriffs und der Funktionsausf hrung ergeben sich aus dem Anwendungsfalldiagramm Abb 4 3 Seite 83 Modellentwickler und Modell betreiber d rfen auf alle gespeicherten Daten zugreifen Entscheidungstr gern sollte der Zugriff auf die Analyseergebnisse und auf Hintergrundinformationen erlaubt werden Au enstehenden Interessenten sollte der Zugriff auf allgemein beschreibende Daten und Ansprechpartner gestattet werden Anderen Software Systemen sollte eine Programmierschnittstelle Applica tion Programming Interface API zur Verf gung gestellt werden die es erlaubt einen Simulationslauf zu starten und bereits berechnete Ergebnisse abzufragen B30 4 2 8 Qualit ts Zielbestimmung Die anzustrebende Qualit t des SISA wird ber die Merkmale und Teilmerk male der ISO IEC 9126 vgl Tabelle 2 1 Seite 23 angegeben Eine bersicht der nachfolgend beschriebenen Qualit tsziele liefert Tabelle 4 5 Seite 90 Das Qualit tsmerkmal der Funktionalit t umfasst f nf Teilmerkmale Ange messenheit Richtigkeit Interoperabilit t Ordnungsm igkeit und Sicherheit Die Anforderungen an die Angemessenheit und die Sicherheit k nnen als nor
151. ce 5 2 4 Simulationslaufmanager 5 2 4 1 Komponenten Abgrenzung Zur Berechnung neuer Simulationsergebnisse werden vom Simulationsmodell verschiedene Daten ben tigt Systemparameter Initialisierungsdaten Modell umweltdaten und Optionen vgl Abb 4 2 Seite 76 Die Auswahl dieser Daten wird durch einen Satz von Einstellungen im entsprechenden Simulationsmodell bestimmt Welche Werte den einzelnen Einstellungen f r einen bestimmten Simulationslauf zugeordnet werden h ngt von der Spezifikation des Simulati onslaufes ab s Abb 5 20 Die Werte der einzelnen Einstellungen k nnen sowohl Daten als auch Ver weise auf Daten oder andere Ressourcen repr sentieren z B die Angabe einer Jahreszahl zur Spezifizierung des Beginns eines Simulationslaufes oder ein Ver weis auf einen Datensatz Zur Steigerung der Nachvollziehbarkeit und Reproduzierbarkeit von Simula tionsl ufen wurde in der Systemdefinition die Verwaltung der Simulationsl ufe und Szenarien als ein Ziel definiert Z10 Zu dieser Verwaltung geh ren die 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 129 Integriertes Simulationsmodell Teilmodell Einstellungssatz Einstellungssatz Einstellung 1 Wert 1 Einstellung a Wert a Einstellung 2 Wert 2 Einstellung b Wert b Einstellung n Wert n Einstellung n Wert n Simulationslauf Spezifikation Abbildung 5 20 Simulationsmodelle und deren Einstellungen
152. ch integrierte Modelle in einzelne Komponenten aufteilen lassen die folgenden Forschungsfragen e In welche generellen Komponenten sollte ein System zum integrierten simulationsbasierten Assessment aufgeteilt werden e Welche Komponenten k nnen unabh ngig von einem konkreten System realisiert und damit f r unterschiedliche Modelle wieder verwendet wer den e Welche Daten sollten zur Unterst tzung der Transparenz von Analyse und Simulationsergebnissen vorgehalten werden e Welche Standards k nnen zur Erh hung der Qualit t integrierter Modelle beitragen Da es keine etablierten Architekturen f r integrierte Modelle gibt vgl Jae ger u a 2002 bilden ver ffentlichte Modell bersichten und detaillierte Modell beschreibungen den Rahmen f r die Komponentenbildung und die Beantwor tung der Forschungsfragen Mit Hilfe der Modellbeschreibungen werden Funk tionalit ten und Strukturen integrierter Modelle identifiziert die als existenti ell f r jedes integrierte Modell angesehen werden k nnen Basierend auf diesen Informationen erfolgt eine Systemdefinition die die grundlegenden Anforde rungen und Ziele eines integrierten Modells formal definiert F r dieses all gemeine integrierte Modell wird dann eine Software Architektur entwickelt Konzept Ziel Fragen Methode Grund lagen Stand der Technik System defini tion Archi tektur 4 KAPITEL 1 EINLEITUNG Die Entwicklung der Architekt
153. ch die Um setzung der konzeptionellen Modelle in Simulationsmodelle d h in ablauff hige Software Systeme Einige Definitionen gehen noch einen Schritt weiter indem sie ein integriertes Modell als ein umfangreiches Software System ansehen das einen konsistenten Rahmen f r die Simulationsmodelle bereitstellt und das ne ben der Simulation weitere Funktionalit ten anbietet Eine Analyse existieren der integrierter Modelle zeigt das Leistungsspektrum ihrer Software Systeme das sich nicht in der Berechnung neuer Simulationsergebnisse ersch pft viele Systeme bieten Funktionen zur Visualisierung und statistischen Auswertung von Ergebnissen Kopplungsm glichkeiten zu Datenbanksystemen und GIS so wie weitere Leistungsmerkmale Einige Systeme sind demnach weit mehr als 54Zum OpenGIS Konsortium siehe Seite 45 eine Spezifikations bersicht findet sich in den Tabellen C 4 Seite 241 und C 5 Seite 242 inte griertes Modell inte griertes Modell vs SISA Defini tion SISA Problem Ansatz 64 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK gekoppelte Teilmodelle und stellen in der Tat den angesprochenen Rahmen fiir die Simulationsmodelle bereit Um die unterschiedlichen Sichtweisen voneinander zu unterscheiden wird in der vorliegenden Arbeit der Begriff des integrierten Modells dann verwen det wenn primar die miteinander gekoppelten Simulationsmodelle angespro chen werden Wenn die Rahmen Eigenschaft eines Systems betont werden soll
154. chnung Speicherung und Weitergabe von Simulationsergebnissen verantwortlich ist Die Weitergabe von Simulationsergebnissen erfolgt ber eine gesonderte Schnittstelle Die M glich keit Ergebnisdaten direkt vom Simulationssystem abfragen zu k nnen erh ht die Interoperabilit t und Wiederverwendbarkeit des Simulationssystems Um die Nachvollziehbarkeit und Reproduzierbarkeit von Simulationsergebnissen zu gew hrleisten werden alle f r einen Simulationslauf ben tigten Einstellungen von einer separaten Komponente verwaltet und bereitgestellt dem Simula tionslaufmanager Die Referenzierung von Datens tzen wird nicht ber den Ort der Datenspeicherung z B einem Dateinamen sondern ber eindeutige Ressourcen Namen vorgenommen Das Simulationssystem greift auf einen der art referenzierten Datensatz nicht direkt zu Stattdessen wendet es sich an die Datenzugriffskomponente die f r den lesenden und schreibenden Zugriff auf Da ten und die Transformation zwischen verschiedenen Daten Formaten zust ndig ist Diese Art des Datenzugriffs erm glicht einen ortstransparenten Datenzugriff sowie eine automatische Transformationen von Datenformaten Das Format der Datenspeicherung wird somit von der internen Repr sentation f r das Simula tionssystem getrennt Dieser Zugriffsmechanismus erlaubt eine schrittweise Mi gration hin zu offenen Datenformaten Die Informationen die die Datenzugriffs komponente zum Zugriff auf einen Datensatz ben tigt z
155. cht zu den Hauptaufgaben des SISA geh rt s Systemdefinition Seite 80 wird an dieser Stelle keine detaillierte Spezifikation der Komponenten Schnittstellen vorgenommen Die Umsetzung des gesamten Dienstekonzepts der ISO DIS 19119 wird im Rahmen einer SISA Entwicklung nur selten realisierbar sein Das Grundkonzept der dokumentierten Zusammenstellung vorhandener Diens te sollte dennoch in die Architektur einflie en Der Komponente werden daher zwei abstrakte f r eine konkrete Realisierung weiter auszuf hrende Operatio nen zugeordnet s Abb 5 31 Seite 144 eine f r die Definition von Aufgaben defineTask und eine zur aggregierten Ausf hrung vordefinierter Aufgaben in vokeTask Verant wortlich keit Dienste kette Kon troll struktu ren abstrak te Opera tionen Verant wortlich keit 144 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG ITaskManager 0 Task Manager interface ITaskManager Abbildung 5 31 Schnittstelle zur Aufgabensteuerung Die Komponente stellt lediglich zwei abstrakte Operationen bereit um Aufgaben zu definieren defi neTask und durchzuf hren invokeTask 5 2 9 3 Daten Spezifikation Die Metadaten fiir Dienste sollten in den Katalogmanager aufgenommen wer den Informationen ber die Verwendbarkeit von Diensten zur Bearbeitung h ufig wiederkehrender Funktionen sollten im Service Organizer Folder aufge nommen werden Weitere Spezifikationen w
156. d der prim r als Eingabedatensatz f r Simulationsmodelle min genutzt wird und in der Version 1 0 sowie im Format unf an einem hier nicht spezifizierten Ort vgl URL Bsp auf der Festplatte hd gespeichert ist x name x wzusf Syntax Beispiel URN Erzeu sung 178 KAPITEL 6 REALISIERUNG Allen SISA Ressourcen sollte ein derartiger URN zugewiesen werden Zur Generierung neuer URNs auf Basis der beschriebenen Syntax wurde im Rah men des GLASS Projektes die in Abb 6 8 dargestellte Web Seite entwickelt die auch eine bersicht ber die derzeit definierten Ressourcen Untertypen gibt Um zu gew hrleisten dass der URN noch nicht vergeben ist m sste ber die derzeitige Funktion der Web Seite hinaus ein Abgleich mit der Ressourcen Liste des Katalogmanagers vorgenommen werden vgl die Schnittstellendefini tion des Katalogmanagers in Abb 5 6 Seite 107 Resource Name Generator Netscape 2 0 x a Datei Bearbeiten Anzeigen Gehe Lesezeichen Extras Fenster Hilfe O O Q Q oTwrm nern groin En 6S aj m Anfang Q Suche Lesezeichen S WZ USF R GLASS s Deutsch Englisc S phpMyAdmin 2 2 e Namen Generator f r Ressourcen Beschreibung der Ressource Kurztitel image22countryGrid Kein Untertyp Datensatz Primardaten Simulationsmodell Eingabe Datensatz Sammlung Sekund rdaten Simulationsmodell Ausgabe Basisdaten
157. d Schnittstellen 233 ANHANG B DATENMODELLE UND SCHNITTSTELLEN nen B 1 Datenmodell zu Personen und Organisatio lt lt DataType gt gt Cl_ResponsibleParty individualName 0 1 CharacterString organisationName 0 1 CharacterString positionName 0 1 CharacterString contactinfo 0 1 Cl_Contact role Cl_RoleCode count of individualName organisationName position Name gt 0 lt lt DataType gt gt Cl_Contact phone 0 1 Cl_Telephone address 0 1 Cl_Address onlineResource 0 1 Cl_OnlineResource hoursOfService 0 1 CharacterString contactInstructions 0 1 CharacterString lt lt DataType gt gt Cl_OnlineResource linkage URL protocol 0 1 CharacterString applicationProfile 0 1 CharacterString name 0 1 CharacterString description 0 1 CharacterString function 0 1 Cl_OnLineFunctionCode lt lt DataType gt gt Cl_Address deliveryPoint 0 CharacterString city 0 1 CharacterString administrativeArea 0 1 CharacterString postalCode 0 1 CharacterString country 0 1 CharacterString electronicMailAddress 0 CharacterString lt lt CodeList gt gt Cl_RoleCode resourceProvider custodian owner user distributor originator pointOfContact principallnvestigator processor publishe
158. d IDataTrans form finden sich in den in Abb 5 26 Seite 137 und 5 27 Seite 138 des Datensatzes und die minimale und maximale Abweichung der Werte des Datensatzes Klasse SISA_DatasetChange spezifiziert werden DataType DataType SISA_ModelAnalysis SISA_DatasetChange simulationRun 1 SISA_URN dataSet 1 SISA_URN datasetChange 1 SISA_DatasetChange changeMin 1 changeMax 1 Abbildung 5 35 Einfaches Datenmodell zur Modellanalyse 5 3 Gesamtarchitektur Dieser Abschnitt liefert eine zusammenfassende Darstellung der entwickelten SISA Architektur Hierzu werden in Unterabschnitt 5 3 1 zun chst die stati schen Aspekte der Architektur in Form eines Komponenten Diagramms dar gestellt und erkl rt Der anschlie ende Unterabschnitt 5 3 2 Seite 154 be schreibt die wichtigsten dynamischen Aspekte ber Sequenzdiagramme 24 Auf die Angabe eines Datentyps f r die Abweichungsangaben wird verzichtet da hier sowohl Absolutwerte unterschiedlicher Typen als auch andere Datens tze vorgesehen werden k nnten 5 3 GESAMTARCHITEKTUR 149 5 3 1 Komponenten Die in diesem Kapitel entwickelte Gesamtarchitektur des SISA besteht aus ins gesamt zw lf Komponenten den Client nicht mitgez hlt Abbildung 5 36 zeigt die Komponenten und ihre gegenseitigen Abh ngigkeiten als Komponentendia gramm Die Schnittstellen und Verantwortlichkeiten jeder Komponente werden wenn notwendig erg nzt
159. d Zeitanforderungen ausgef hrt werden Bei der Entwicklung eines Software Systems m ssen gewisse Grundsatzent scheidungen hinsichtlich zu verwendender Hilfssysteme getroffen werden Zu diesen Hilfssystemen und Hilfsdienstleistungen z hlt Balzert 1996 Systeme zur Datenhaltung relationale oder objektorientierte Datenbanken Hilfesys teme z B Hypertext basierte Systeme Expertensystem Shells und Funkti onsbibliotheken zur Erstellung von Benutzungsoberfl chen Das generelle Ziel bei bei Entwicklungsentscheidungen sollte laut Balzert 1996 sein m glichst viele Dienstleistungen auf hohem Abstraktionsniveau von anderen Systemen in Anspruch zu nehmen Die Umgebungs und Randbedingungen beziehen sich auf die Zielplattform bzw Zielplattformen f r die das Software System entwickelt werden soll also auf die Hardware Software und Anwendungs Software Umgebung Dar ber hinaus spielen die nicht funktionalen Anforderungen an das Software System an dieser Stelle eine wichtige Rolle Diese Anforderungen beschreiben die Qualit t eines Systems und sind im Gegensatz zu den funktionalen Anforderungen nicht direkt aus der Anforderungsdefinition der Definitionsphase ersichtlich Wichtige nicht funktionale Eigenschaften sind nach Buschmann u a 1998 nderbarkeit Wartbarkeit Erweiterbarkeit Restrukturierbarkeit Portierbar keit Interoperabilit t Effizienz Zuverl ssigkeit Fehlertoleranz Robustheit Testbarkeit und Wiederverwendbarkei
160. d beschriebenen Datenzugriffskomponente im Anhang D 4 Seite 250 zu finden Client Server z B WaterGAP SISA Simulation Run Manager Server gt SISA Simulation Run Socket TCP IP Socket Manager l Client DTD XSD setServerInfo waitForRequest getSetting getSetting setModelSettingsSpecifications setModelSettingsSpecifications Abbildung 6 15 Realisierung des Simulationslaufmanagers Der Simulations laufmanager ist als Server realisiert Die Simulationslauf Spezifikationen sind in Form von XML Dateien in Verbindung mit einer DTD XSD Datei ge speichert Die Auswahl einer solcher Datei erfolgt ber die Methode set ModelSettingsSpecification Beim Laden der XML Datei k nnen die in ihr enthaltenen Einstellungen unter Zuhilfenahme einer DTD Schema Datei va lidiert werden Nach dem Aufruf der Methode waitForRequest wartet der Server auf Anfragen von Clients Die Kommunikation geschieht ber den TCP IP Protokoll Stack Client und Server kommunizieren ber die Sockets der Hosts auf denen sie laufen Der Client kann entweder direkt mit dem Server kommunizieren oder wie dargestellt die hierf r geschriebene Klasse SISA_SimulationRunManagerClient benutzen Nachdem der Client ber sets erverInfo einen Server ausgew hlt hat IP Adresse und Port kann er unter Angabe des Simulationslaufnamens ber getSetting einzelne Model
161. delService modelName String modelVersion String AvailabilityRequest modelURN SISA_URN DataSetGeneration currentSimulationRunName SISA_URN DataSetRequest resultsAvailable in simRunURN SISA_URN oe init in simRunURN SISA_URN in modelService SISA_GeneralModelService run in simRunURN SISA_URN in simulationTime SISA_Time fi GLS_FoodStressModel resultsAvailable in simRunURN SISA_URN init in simRunURN SISA_URN in modelService SISA_GeneralModelService run in simRunURN SISA_URN in simulationTime SISA_Time getStress in regionld GLS_Region in year GLS_Date Abbildung 6 12 Basisklasse der Simulationsmodelle Die Basisklasse der Si mulationsmodelle ISA_ModelBase enth lt die virtuellen Operationen results Available zur Abfrage ob ein Simulationslauf bereits durchgef hrt wurde init zur Initialisierung eines Dienstes und run zum Starten der Berech nung neuer Ergebnisse Das von der Basisklasse abgeleitete Simulationsmodell zur Berechnung des Nahrungsmittelstresses GLS_FoodStressModel realisiert die rein virtuellen Funktionen der Basisklasse und f gt eine weitere zur Abfra ge von Ergebnissen hinzu getStress Die Umsetzung des Wasserstressmodells erfolgt analog 25Da oft aufwendige Initialisierungen zur Berechnung eines Wertes notwendig sind ist die direkte Berechnung eines einzelnen angefragten Wertes nicht immer sinnvoll bzw m glich v
162. dell engl integrated model und integriertes Assessment Modell engl integrated assessment model werden in dieser Arbeit synonym verwendet 25 Ziel ber blick Definiti onen 26 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK from at least two disparate disciplines ii represent this informa tion in the form of discrete programming modules or submodels and iii explicitly or implicitly link scientific findings with policy analysis Diese Definition bezieht sowohl das Hauptmerkmal des integrierten Assess ments den Beitrag mehrerer Disziplinen mit ein als auch den Hinweis auf die Verwendung von Simulationsmodellen sowie die Politikrelevanz Die Beant wortung politischer Fragestellungen spielt auch bei der Definition von van der Sluijs 1996 eine zentrale Rolle In this paper we define an integrated assessment model as a ma thematical representation of a coupled natural system and a socio economic system modeling one or more cause effect chains inclu ding feedback loops and explicitly designed for the purpose of ad dressing policy questions mostly by means of scenario analysis Die charakteristische Wichtigkeit der Integration verschiedener Fachdisziplinen wird in dieser Definition laut van der Sluijs 1996 ber die Kopplung des nat rlichen und sozio konomischen Systems zum Ausdruck gebracht Im Rah men des IPCC wird die folgende Definition vorgeschlagen Weyant u a 1996 Integrated Assessment M
163. dell sind aus softwa retechnischer Sicht Elemente hinzuzuf gen um anschlie end Simulationsergeb nisse zu erlangen Abbildung nach Cook und Daniels 1994 erfolgen die ausschlie liche Nutzung von Standard Programmiersprachen z B FORTRAN C C Pascal die zus tzliche Nutzung spezifischer Simulations Bibliotheken z B SIMPAS f r Pascal die Verwendung spezieller Simula tionssprachen z B CSMP die Nutzung von Simulationsumgebungen z B STELLA Die Erstellung des Simulationsmodells erfordert neben der Imple mentierung der Elemente des konzeptionellen Modells die Einf hrung neuer softwaretechnischer Elemente beispielsweise um Daten zu lesen und zu spei chern oder zur Realisierung der Benutzungsoberfl che Die Aufgaben bis zur Erstellung des Simulationsmodells werden in Abbildung 2 2 noch einmal ver deutlicht Im Schritt der Modellvalidierung wird die G ltigkeit des Modells gepr ft das Systemverhalten wird einer logischen Pr fung unterzogen und die Simu lationsergebnisse werden mit evtl vorhandenen gemessenen Daten aus der Realit t verglichen Wenn sich bei der Validierung herausstellt dass die Simu lationsergebnisse die Realit t nicht in ausreichendem Ma e widerspiegeln ist eine berarbeitung des Modellkonzepts vorzunehmen Sofern das Simulations Zu den Vor und Nachteilen der verschiedenen Simulationsverfahren siehe Bossel 1994 Validie rung Simula tion Unsi cher heits analysen A
164. der drei Kategorien beteiligt sind und verdeutlicht die Zusammenh nge zwischen den Klassen Dienste prim re Klassen dis covery services 102 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG Geodata Access GeoResource Other Data Access I 3 rice Discovery Service rvice d i Geospatial Other Dataset i Catalog Dataset Collection i Collection H 1 a Cc Cc Cc I Geospatial Catalog Other Dataset D Entry 5 Dataset N l H 1 N i i Cc I C KEE Feature i Metadata I l Collection i Entity i unspecified I Ie l I 3 c D gege D Ge D c i Feature or i i Coverage l l Metadata D i Set i i i Metadata i i c Set i Metadata 9 Entity C 1 1 KEY TO ROLES Memijat C Contains Entity D Describes Abbildung 5 4 Prim re von den OpenGIS Catalog Services genutzte Klassen Erkl rungen finden sich im Text Quelle Kottmann 1999c Der Katalog beinhaltet demnach einzelne Katalog Eintr ge wobei jeder Eintrag aus einzelnen Metadaten Entit ten besteht einer der Katalog Ein tr ge kann auch den Katalog selbst beschreiben Die Metadaten Entit ten sind Sammlungen so genannter Metadaten Elemente Jedes dieser Elemente besteht aus einem Name Wert Paar das eine spezielle Eigenschaft eines Objektes be schreibt das Paar Name Datum Wert 2003 03 31 ist ein Beispiel f r
165. dere Anforderungen an die Software Archi tektur 49 Der gemeinsame technische Ausschuss der ISO und der IEC JTC1 siehe Abschnitt 3 2 1 Seite 41 hat daher ein Rahmenwerk geschaffen das die Erstellung von Standards f r solche Systeme erleichtern und f rdern soll den 48NIST National Institute of Standards and Technology ECMA European Computer Manufacturers Association 497um Beispiel Anforderungen bez glich der Synchronisation von Komponenten und der Fehlerbehandlung Zu den Besonderheiten verteilter Systeme s ISO 1998 3 2 STANDARDS 53 Tool layer LE oy Ei WW Process management services Repository services Horizontal tools File Edit Compute Debug Maing H l Hello World i Message services Abbildung 3 8 NIST ECMA Referenz Architektur Erkl rungen finden sich im Text Quelle Chen und Norman 1992 Standard ISO IEC 10746 Information Technology Open Distributed Proces sing Reference Model ISO 1998 Der Standard der auch als ISO RM ODP oder kurz RM ODP bezeichnet wird besteht aus vier Teilen ISO IEC 10746 1 Overview ISO IEC 10746 2 Foundations ISO IEC 10746 3 Architecture ISO IEC 10746 4 Architectural Semantics Der erste Teil motiviert die Anwendung offener verteilter Systeme zeigt de Over ren M glichkeiten auf erkl rt Schl sselkonzepte und skizziert die ODP Archi View tektur Dar ber hinaus enth lt dieser Teil Beispiele zur Anwendung des Stan dards f r potentie
166. die Anwendbarkeit von integrierten Modellen eine gute Modelldokumentation Eine umfangreiche Dokumentation ist auch notwendig zur von Toth 1995 geforderten Modell Verifikation durch den Vergleich von Ergebnissen unterschiedlicher Modelle um einen solchen Ver gleich auch ber Institutionsgrenzen hinweg zu erm glichen m ssen sowohl die einem Simulationslauf zugrunde liegenden Szenarien als auch die verwendeten Basisdaten vergleichbar und gut dokumentiert sein Die Dokumentation aller f r einen Simulationslauf verwendeten Daten erh ht dar ber hinaus die von Dowlatabadi 1995 und Rotmans und Dowlatabadi 1998 geforderte Trans parenz des Modells Als weiteren Weg zur Modell berpr fung schl gt Toth 1995 den Aus tausch von Modellteilen mit anschlie endem Ergebnisvergleich vor Neben der Notwendigkeit einer ausreichenden Dokumentation bedarf es f r diesen Schritt einer guten Austauschbarkeit von Teilmodellen Die Modell Validierung sollte sich nach Rotmans und Dowlatabadi 1998 nicht nur auf den Ergebnis Vergleich unterschiedlicher integrierter Modelle f r einen definierten Satz von Szenarien beschr nken Die Autoren fordern auch einen Vergleich endogener und exogener Modellannahmen und die Durch f hrung umfassender Sensitivit ts und Unsicherheitsanalysen Auch wenn Weyant u a 1996 sagen dass eine Sensitivit ts Analyse ber ein gesamtes integriertes Modell aus Komplexit tsgr nden nicht m glich ist und Alcamo 2002
167. die z B Daten Visualisierungsm glichkeiten in Form von Diagrammen bereitstellen Die Integration weiterer Komponenten ist in Form von NetBeans Modulen m glich Die OMS Modellkomponenten sind die Bausteine aller Modelle die mit dem Framework erstellt werden Der Prototyp einer solchen Komponente ist Teil von OMS er gibt die Methoden vor die implementiert werden m ssen register init und run Die register und init Methoden enthalten Anweisungen die zur Initialisierung ben tigt werden Die run Methode enth lt die Anweisungen der eigentlichen Funktionalit t des Moduls die bei jedem Aufruf des Moduls aus gef hrt werden Die Modellkomponenten sind als JAVA Klassen implementiert Die Imple mentierung der oben genannten Funktionen kann aber nicht nur in JAVA er folgen der Code anderer Sprachen wie beispielsweise FORTRAN oder C kann automatisch ber das JAVA Native Interface JNI in die Module inte griert werden PRISM PRISM programme for integrated earth system modelling ist ein Infrastruk turprojekt f r die Klima und Erdsystem Forschung in Europa Ziel des von der Europ ischen Union gef rderten Programms ist die Errichtung eines ver teilten europ ischen Netzwerks f r die Erdsystem Modellierung Um dieses Ziel zu erreichen will PRISM e eine europ ische Dienstleistungs und Verwaltungsstruktur zur Entwick lung Koordination und Durchf hrung langfristiger europaweiter und multi institutionaler Klima und Erdsy
168. diese Weise kann der Einfluss der Schnitt stelle auf die Wiederverwendbarkeit Austauschbarkeit und Interoperabilit t verdeutlicht werden 3Global Agro Ecological Zones 4Verwendet wurde die Version 3 2 6 3 KOMPONENTEN REALISIERUNG 169 Das Gesamtmodell von GLASS d h die Verbindung aller GLASS Teilmo delle zu einem Software System innerhalb der Simulationssystem Komponente wurde im Rahmen der berpr fung der SISA Architektur nicht realisiert Die Implementierung der Konzepte die sich auf den Datenzugriff beziehen kon zentrieren sich auf Geodaten des Modells WaterGAP Die Realisierung der Konzepte und Komponenten erfolgte unter Nutzung verschiedener Programmiersprachen Formate und Software Systeme Abbil dung 6 3 Seite 171 zeigt einige der Realisierungsaspekte in der bersicht Die Abbildung dient als Rahmen f r die detaillierten Erkl rungen der Realisierung des folgenden Abschnitts 6 3 Komponenten Realisierung 6 3 1 Dokumentation Die Dokumentationskomponente ist verantwortlich f r die Bereitstellung grundlegender Hintergrundinformationen Zu diesen in Katalogform vorzuhal tenden Informationen geh ren Angaben ber Personen Organisationen Pro jekte Simulationsstudien Simulationsl ufe und Szenarien sowie ein Glossar Beschreibungen zu typischen Arbeitsabl ufen und kurze Anmerkungstexte vgl Unterabschnitt 4 2 5 Seite 84 u Abschnitt 5 2 3 Seite 119 Die Daten der Dokumentationskomponente m ssen dauerha
169. durch Anmerkungen ber vorgeschlagene Daten strukturen im Folgenden zusammenfassend erkl rt ausf hrlichere Erl ute rungen finden sich in den entsprechenden Unterabschnitten der Komponenten Entwicklung ab Seite 96 Die Dokumentationskomponente Documentation ist verantwortlich f r die Dokumentation und Verwaltung grundlegender Hintergrundinformationen ber durchgef hrte bzw in der Durchf hrung befindliche Assessments Zu den Hin tergrundinformationen geh ren Angaben ber durchgef hrte Projekte und Stu dien beteiligte Personen und Organisationen durchgef hrte Simulationsl ufe und verwendete Szenarien Neben diesen Informationen stellt die Dokumenta tionskomponente auch ein Glossar bereit sowie einen Katalog in dem Arbeits schritte erkl rt werden k nnen die h ufig mit dem SISA durchgef hrt werden der so genannte Service Organizer Folder Ein Katalog in dem die Nutzer des SISA nicht weiter spezifizierte Anmerkungen eintragen k nnen ist ebenfalls in dieser Komponente angesiedelt Die Dokumentationskomponente bietet zwei Schnittstellen an eine zur Verwaltung der internen Kataloge IDocManager und eine zur Abfrage der Kataloge nach bestimmten Kriterien IDocDiscove ry Die Dokumentationskomponente enth lt projektbezogenen Informationen ber Ressourcen vom Katalogmanager und ist somit von dieser Komponente abh ngig Benutzt wird die Komponente lediglich vom Client Der Katalogmanager Catalog Manager ist f
170. e Integration von Daten in das System T70 und die Datenbereitstellung T90 4 2 10 Entwicklungs Umgebung Die Umgebung f r die Entwicklung des SISA ist abh ngig von der konkre ten Auspr gung der im Kapitel 4 2 4 Seite 82 skizzierten System Umgebung z B dem tats chlich eingesetzten GIS oder einem vorhanden DBMS Bei der Auswahl der Software Entwicklungsumgebung ist auf die geforderte bertrag barkeit des Systems auf andere Umgebungen zu achten Programmiersprachen sollten aus diesem Grund nur in einem Umfang verwendet werden der standar disiert ist die Verwendung betriebssystemspezifischer Software Komponenten wie der Microsoft Foundation Classes ist zu vermeiden Ziel Ressour cen Daten Simula tionen Konsis tenz Umge bung Qualit t 94 KAPITEL 4 SYSTEMDEFINITION 4 3 Fazit Ziel des Systems zum integrierten simulationsbasierten Assessment SISA ist die Unterst tzung des integrierten Assessments durch die Bereitstellung eines konsistenten Rahmens f r Daten und Simulationsmodelle zum System Erde und zur Durchf hrung von Simulationsl ufen sowie die Bereitstellung grundle gender Informationen zu durchgef hrten oder in der Durchf hrung begriffenen Projekten Um dieses Ziel zu erreichen m ssen verschiedene Betriebsmittel Ressour cen durch das SISA verwaltet werden Zu diesen Ressourcen geh ren sowohl die Simulationsmodelle und die ihnen zugeordneten Daten als auch andere Software z B
171. e L nderinformationen sind demnach in Form einer Datei Schema file ge speichert und befinden sich auf dem Rechner Usf ws14 unter dem angegebenen Pfad Ein Uniform Resource Name URN stellt im Gegensatz zu einem URL kei nen Verweis auf den Ort einer Ressource bereit sondern einen global eindeu tigen und best ndigen persistenten Namen Die genaue Definition des IETF lautet wie folgt Uniform Resource Names URNs are resource identifiers with the specific requirements for enabling location independent identification of a resource as well as longevity of reference Daigle u a 2002 URNs bestehen wie die URLs aus Zeichenketten und m ssen einer vorge gebenen Syntax entsprechen Moats 1997 urn lt NID gt lt NSS gt NID ist der so genannte Namespace Identifier der vergleichbar mit dem scheme beim URL die syntaktische Interpretation des Namespace Specific String NSS festlegt Die Registrierung der Namensr ume ist ebenfalls ber die IANA m glich Unter den derzeit knapp 20 registrierten Namensr umen findet sich beispielsweise auch derjenige zur Angabe der internationalen Stan dardbuchnummer ISBN Die Angabe eines Buchtitels in Form eines URN sieht obiger Syntax folgend so aus urn isbn 3 8266 0805 4 Im Rahmen des integrierten Assessments werden viele Ressourcen zwischen unterschiedlichen Organisationen ausgetauscht Daten Modelle Teilmodelle etc Um die Wied
172. e Simulationskomponente selbst eine Schnittstelle zur Abfrage von Simulati onsergebnissen bereitstellen Abbildung 5 24 zeigt die resultierenden Schnittstellen und Operationen der Simulationssystemkomponente in der bersicht Dynamische Aspekte der Komponente sind in Abb 5 37 Seite 155 zusammengefasst 5 2 5 3 Daten Spezifikation F r das Simulationssystem wird keine Daten Spezifikation vorgenommen F r konkrete Systeme m ssen f r diese Komponente die Klassen f r m gliche Er gebnisr ckgaben definiert werden die die Resultate der Operation getResult bestimmen 19 Was nach der simple service architecture zu vermeiden ist vgl Seite 58 Initiali sierung Vorteil Nachteil Ergeb nisab frage Integra tion 2 Fragen Ort 134 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG ISimControl o Simulation System ISimResult Access interface interface ISimControl ISimResultAccess Abbildung 5 24 Schnittstellen des Simulationssystems Die Operationen der Schnittstelle zur Simulationskontrolle ISimControl dienen der Initialisierung init und dem Start run von Simulationsl ufen Die Schnittstelle zum Ergeb niszugriff ISimResult Access besitzt lediglich eine abstrakte Operation die f r die R ckgabe von Simulationsergebnissen verantwortlich ist getResult 5 2 6 Datenzugriff und Datenbanksystem 5 2 6 1 Komponenten Abgrenzung F r ein integriertes simulationsbasie
173. e der Erweiter barkeit von Modellen und der Wiederverwendbarkeit und Austauschbarkeit von Modellteilen Eine weitere Anforderung die der Interoperabilit t ergibt sich aus der notwendigen Zusammenarbeit mit anderen Software Systemen wie bei spielsweise GIS die zur Vorverarbeitung oder Nachbearbeitung von Daten ben tigt werden All diese Aspekte bestimmen die Qualit t eines integrierten Modells und m ssen daher bei der Entwicklung eines solchen Software Systems ber cksichtigt werden Trotz der gestiegenen Anforderungen sind vorhandene Modelle zumeist un zureichend dokumentiert und modularisiert Jaeger u a 2002 und folgen i d R keinen anderenorts bereits etablierten Standards Die Austauschbarkeit Wartbarkeit und Wiederverwendbarkeit von Modellteilen und Daten ist daher sehr gering und der Arbeits und Kostenaufwand zur Erstellung neuer Modelle sehr hoch Benz u a 1997 f hren das Fehlen einwandfreier Modelldokumen tationen darauf zur ck dass deren Erstellung sehr zeitaufwendig ist und dass Wissenschaftler f r eine Dokumentation weder belohnt noch f r eine fehlende bestraft werden Jaeger u a 2002 sehen als Grund f r die mangelhafte Do kumentation und Transparenz den Umstand dass Modellentwickler in erster Linie Wissenschaftler und keine Software Ingenieure sind Aufgrund der H rden die zur Wiederverwendung vorhandener Modellteile berwunden werden m ssen wird es bei neuen Projekten oft vorgezogen d
174. e inter nationale Organisation Das Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE ist ein Beispiel f r eine fachliche Standardisierungsorganisation Die hinsichtlich der Entwicklung eines SISA wichtigsten Normungsorganisa tionen werden nachfolgenden kurz vorgestellt Einige f r die Entwicklung eines SISA relevante Normen werden in den folgenden Abschnitten kurz beschrieben lEinen hnlichen Ansatz zur Beschreibung von Modellen verfolgt Maxwell 1999 mit seinem parsi model approach Ein Modell besteht hier aus einer Modellbeschreibung und dem ablauff higen Programm Modelle setzten sich aus Modulen zusammen die eine dekla rative Beschreibung des Verhaltens beinhalten das dynamische Verhalten bernimmt eine Modellumgebung Zur Modellbeschreibung wurde die so genannte modular modeling language entwickelt 22 Quelle http www din de portrait definiti html 23Die Begriffe Norm und Standard werden in dieser Arbeit synonym verwendet Zur Abgrenzung der Begriffe s z B Bartelme 2000 Nor mung Norm Arten Ziel Organi sation Entwick lungs phasen 42 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK ISO Die International Organization for Standardization ISO 4 ist ein weltweiter Zusammenschluss der nationalen Standardisierungsinstitute von mehr als 140 Landern Die ISO wurde 1947 gegriindet und ist eine Nicht Regierungsorgani sation Die Mission der ISO ist die Unterstiitzung der Entwicklung von Standa
175. e specific part gt Der erste Teil scheme stellt das Schema der URL dar dem durch einen Dop pelpunkt getrennt eine Zeichenkette scheme specific part folgt und dessen Interpretation vom Schema abh ngt Berners Lee u a 1994 Schemata k n nen bei der Internet Assigned Numbers Authority TANA registriert werden 167 unterschiedlichen Sichtweisen und Interpretationen des URI Konzepts s Mealling und Denenberg 2002 17Startseite im Internet http http www iana org URL URL Zu weisung URN SISA Namens raum 176 KAPITEL 6 REALISIERUNG Unter den derzeit etwa 40 registrierten Schemata sind neben dem bereits er w hnten Schema http das f r Hyper Text Transfer Protocol steht z B ftp zum Austausch von Dateien telnet f r den entfernten Zugriff auf Rechner und file zur Angabe des Speicherortes von Dateien IP Bei der Registrierung der Schemata wird auch die genaue Syntax festgelegt der die schemaspezifi schen Zeichenketten folgen m ssen Zur Steigerung der Nachvollziehbarkeit und berpr fbarkeit von Assess ment Ergebnissen und zum einfachen Zugriff auf die Ressourcen ber die Da tenzugriffskomponente sollten allen digital zugreifbaren SISA Ressourcen URLs zugewiesen werden Der folgende URL kann beispielsweise die Datei mit den Landerinformationen f r das das Simulationsmodell IMAGE2 referenzieren file Usf ws14 grid data general modellnput GCOUNTRY UNF2 Di
176. e von einem Datenlieferanten kommen f r deren Inhalt also nicht der Modellbetreiber oder Modellentwickler verantwortlich ist k nnen als Pri m rdatens tze bezeichnet werden Daten die von Prim rdatens tzen abgelei tet z B modifiziert oder umformatiert sind k nnen als Sekund rdatens tze bezeichnet werden Simulationen Simulationsl ufe basieren auf in sich konsistenten Annah men ber zuk nftige Entwicklungen den Szenarien die ber Datens tze und weitere Modelleinstellungen z B bez glich der Modellkonfiguration quantifi ziert werden Die Vor und Nachbearbeitung von Daten geschieht sowohl ber eigens f r diesen Zweck geschriebene Programme Individualsoftware als auch ber Stan dardsoftware Textverarbeitung Tabellenkalkulation etc Das Simulations programm nutzt i d R lediglich die Individual Software zur Erledigung seiner Aufgabe ein Trend zur Integration der Funktionalit t von Geo Informations systemen GIS ist allerdings zu erkennen An einem integrierten Assessment ist nicht nur eine Person beteiligt Es kann unterschieden werden zwischen Modellentwickler Modell Implementierer Mo dell Betreiber Entscheidungstr ger und Ressourcenlieferant Der Modellent wickler ist zust ndig f r die Formulierung des konzeptionellen Modells und die Analyse des Simulationsmodells die Umsetzung des konzeptionellen Mo dells in ausf hrbaren Computercode d h die Erstellung des Simulationsmo dells
177. echende Funktio Format Folge rung Prinzip Verant wortlich keiten SISA Ziele 136 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG nen an Daten die sich aus technischen Gr nden nicht im Datenbanksystem integrieren lassen werden ebenfalls von der Datenzugriffskomponente zur Ver f gung gestellt Die Informationen die f r einen Zugriff auf die Daten not wendig sind werden vom Katalogmanager zur Verf gung gestellt Lassen sich die Operationen zum Datenzugriff innerhalb einer Komponente z B in einem Teilmodell nicht ndern kann sie an der Datenzugriffskomponente vorbei direkt auf die Daten zugreifen Die Integration dieser Daten geschieht dann lediglich ber die zugeh rigen und im Katalogmanager verwalteten Metadaten Katalog Manager I Datenzugriffskomponente L_p re Datenbasis Dae ae system Daten Metadaten Simulationssystem Abbildung 5 25 Komponenten zum Datenzugriff und zur Datenhaltung Da tenbanksystem Erkl rungen finden sich im Text Das Datenbanksystem ist damit f r die Verwaltung und persistente Speiche rung von Daten verantwortlich Die Datenzugriffskomponente ist zust ndig f r die transparente Bereitstellung von Daten Die Datenbasis ist keine Kompo nente im eigentlichen Sinne sie kann als eine Ansammlung von Daten gesehen werden Das Datenbanksystem tr gt somit zur Datenintegration Z70 und Ergeb nisber
178. ect php die Verbindung zur Datenbank hergestellt 1 Nach der Ausgabe einer ber schrift 2 erfolgt dann die Abfrage der Datenbank ber einen SQL Befehl der f r die Selektion aller Eintr ge der Tabelle responsibleparty sorgt 3 Jeder der gefundenen Datens tze wird anschlie end ber eine Schleife in einer eige nen Tabelle auf dem Bildschirm angezeigt 4 vom ersten 5 bis zum letzten gew nschten Eintrag 6 Als Abschluss folgt noch ein Verweis auf die Seite zum Eintragen neuer Personen Organisationen 7 ber die einzelnen PHP Anweisungen wird zur Laufzeit der HTML Quelltext erzeugt der zur Anzeige im Web Browser ben tigt wird D 2 Metadaten Datei Nachfolgend findet sich der Quelltext einer Metadaten Datei die automatisch durch die Web Seite zur Metadaten Erfassung erzeugt wurde vgl Abbildung 6 10 Seite 181 lt xml version 1 0 gt lt xml stylesheet type text xsl href http www usf uni kassel de grid meta metadata xsl gt 1 lt rdf rdf xmlns rdf http www w3 org rdf rdf 2 xmlns dc http purl oclc org dc gt 3 lt rdf Description about urn x wzusf doc rep rglassSummaryReport V1 0 doc hd gt 4 lt Dublin Core Elements generated via metaDataInput htm gt lt dc title gt Will Climate Change Affect Food and Water Security in Russia lt dc title gt lt dc creator gt Joseph Alcamo lt dc creator gt 5 248 ANHANG D PROGRAMM QUELLTEXTE lt dc creator gt Genady
179. ee EE 3 13 Frameworks e maca caduda taaa war 3 1 4 Entwicklungsumgebungen EE 3 2 1 Standardisierungs Organisationen 3 2 2 High Level Architecture HLA 2 2 2 2 3 2 3 NIST ECMA Referenz Modell 3 2 4 Open Distributed Processing Reference Model 3 2 5 OpenGIS Service Architecture 33 nen 2404 4a whee uta reinen 4 Systemdefinition 4 1 OOA Modell 24 24 c0000 8 eae eee eae ed Ree ea er 4 1 1 4 1 2 Gesamtmodell 2 22 2 m mn SISA Ressoureen 24 2 2 su Ws aan iii INHALTSVERZEICHNIS 4 2 Anforderungsdefinition 75 4 2 1 Allgemeine Anforderungen 22222 75 4 2 2 Ziele und Funktionen 2 ee s eb oaia aaa ee aa 78 4 2 3 Bystem Einsatz s s ii dd ss ss ss Rea ee 80 4 2 4 System Umgebung s onis i caa s eaa a aa E 82 4 2 5 Dystem Daten s u 22 3 83 dad ey eee Beas 84 4 2 6 System Leistungen 88 4 2 7 Benutzungsschnittstellen 22 222 89 4 2 8 Qualit ts Zielbestimmung 89 4 2 9 Testszenarien 4 04 wenn rennen 93 4 2 10 Entwicklungs Umgebung 93 AS bast 2555 eee be ne Ee near nee 94 Architektur Entwicklung 95 5 1 Komponenten bersicht 96 5 2 Komponenten Entwicklung 2 22 nn 96 52 1 Katalopmanager AE 4 4465 eee en 8 dH 96 5 2 2 Metadaten Sammler 116 5 23 Dokumentation 2 aaa E aa aa EE 119 5 2 4 Simulationslaufmanager 2 22 nn nen 128 52 5 S mulationssy
180. effter 2001 Farooqui u a 1995 Eine Einteilung die auch im Laufe dieser Arbeit eine Rolle spielen wird ist diejenige des internationalen Standards ISO IEC 10746 dem so genannten ISO Reference Model for Open Distributed Def Kompo nente Abh n 20 KAPITEL 2 GRUNDLAGEN Processing ISO 1998 Farooqui u a 1995 Das Referenz Modell unterschei det f nf Sichtweisen e enterprise viewpoint Beschreibung der Einsatzumgebung des Systems e information viewpoint Beschreibung der Informationen des Systems und deren Verarbeitung e computational viewpoint Beschreibung der funktionalen Zerlegung des Systems engineering viewpoint Beschreibung der Aspekte zur Verteilung des Sys tems auf mehrere Rechner technology viewpoint Beschreibung der zur Implementierung verwende ten Technologien Diese Sichtweisen werden innerhalb des Standards als nicht komplett unab gigkeiten h ngig voneinander angesehen Schl sselelemente einer Sicht treten in anderen Verwen dung Einsatz Sichten in untergeordneter Form wieder auf Dennoch gelten die Sichten als ausreichend unabh ngig um Entwurfsentscheidungen f r das Gesamtsystem auf Sichtenebene zu treffen Die Architektur des Gesamtsystems wird ber den kompletten Satz miteinander verbundener Sichten ausgedr ckt Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Entwicklung der Software Architektur und damit auf den information viewpoint und den computational viewpoint vgl Defi
181. efiniert in seinem ersten Jahresgutachten WBGU 1993 den Begriff des globalen Wandels wie folgt Der Beirat versteht unter globalen Ver nderungen der Umwelt sol che die den Charakter des Systems Erde zum Teil irreversibel mo difizieren und deshalb direkt oder indirekt die nat rlichen Lebens grundlagen f r einen Gro teil der Menschheit sp rbar beeinflussen Globale Ver nderungen der Umwelt k nnen sowohl nat rliche als auch anthropogene Ursachen haben Um diesen Gesamtzusammen hang zu kennzeichnen wird der Begriff des globalen Wandels ver wendet Umwelt selbst wird dabei definiert als die Gesamtheit aller Prozes se und R ume in denen sich die Wechselwirkung zwischen Natur und Zivilisation abspielt Somit schlie t Umwelt alle nat rlichen Faktoren ein welche von Menschen beeinflusst werden oder diese beeinflussen 2 1 INTEGRIERTES ASSESSMENT 9 Das System Erde wird vom WBGU als Kombination aller Komponenten der Natursph re und Anthroposph re verstanden Abbildung 2 1 gibt einen ber blick ber die einzelnen Komponenten dieser beiden Sph ren wie sie der WB GU sieht P Natursph re P d Atmosph re Hydrosph re d u Lithosph re Biosph re Pedosph re Bev lkerung Wirtschaft Verkehr Psychosoziale Se es Wissenschaft Sph re Ge Technik P Organisation Anthroposph re Abbildung 2 1 Grundstruktur des globalen Beziehungsgeflechts
182. efinierten Ketten bei denen der Nutzer den Arbeitsablauf innerhalb der Kette selbst definiert und kontrolliert Workflow verwalteten Ketten die vom Nutzer ber einen Verwaltungsdienst aufgerufen werden der dann die einzelnen Dienste der Kette kontrolliert und aggregierten Diensten bei denen der Nutzer eine Kette als einfachen Dienst aufruft und sich nicht dar ber bewusst ist dass es sich um eine Dienstekette handelt Das von der ISO DIS 19119 vorgestellte Konzept zur Verkettung von Diens ten sieht einen umfangreichen Dienstekatalog vor In diesem Katalog sind bei spielsweise Dienste zur Definition Kontrolle und zur Abfrage des Status von Diensteketten zu finden Dienste zur Anzeige Verwaltung von Metadaten ber Dienste Dienste zur Validierung von Diensteketten sowie Dienste zur Autorisie rung und Authentifizierung Zur Verkettung von Diensten m ssen die Dienste selbst einige Voraussetzungen erf llen sie m ssen genau definierte Schnittstel len aufweisen m ssen miteinander verbunden und mit Daten gekoppelt werden ber die reine Zusammensetzung von Diensten zu Diensteketten hinaus w re es sinnvoll wenn die Komponente einfache Steuerungsmechanismen Kon trollstrukturen bereitstellen w rden Beim Object Modeling System vgl Un terabschnitt 3 1 3 Seite 31 wird diese Funktionalit t beispielsweise ber die Integration eines Skript Interpreters realisiert Da die dynamische Zusammenstellung von Diensteketten ausdr cklich ni
183. ege GE S 4 Sj i 4 D 5 1 a D 1 SC Q I D Nn 1 ES T s 2 I 8 3 2 2 i 5 amp 5 far a 1 Q SC a S i z a Ka 2 gene Gm Sap a aa a notre One een I 2 amp A al 3 3 El Qa Qa I An E rn E e CA A S 2 2 os be ja 3 9 J28 IS 5 UJE Fre D D 8 8 E E oO S i i D el Er 222 ze Keeseren dek de geed sl Deeg D o amp A A A A A i S s I x Q 3 3 S i 3 8 9 I 2 I S S S S l FA T y 5 V Q p o E E E 3 T J Oy pa Een t E OPS ae EE ee enge ne pem 3 CN A g 2 ol pas sss NS _ TYNYWY zCZCZCWC lt SL NC I I I EEE SEEN eee Se Ol ne bal Q oO Ko Ko E Ki Abbildung 5 38 Architektur Dynamik bei der Sammlung von Metadaten Er kl rungen finden sich im Text report harvest Daten bank system Suche internes Reposi tory Aktuali sierung analyse Transpa renz 158 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG Harvester gestartet Der Metadaten Sammler durchsucht darauf hin die loka len Dateien nach Metadaten und sammelt die gefundenen Metadaten intern Durch den Aufruf der Operation report werden die gefundenen Metadaten dem Katalogmanager bermittelt Hierzu verwendet der Metadaten Sammler die Operation updateCatalog des Katalogmanagers Die beschriebene Aufruf Sequenz aus harvest und report wird f r jeden Host durchlaufen der Daten speichert die f r das SISA von Interesse sind Der Met
184. eichert sind Mit der Verwendung des UNF Formats gehen einige Probleme einher so k nnen beispielsweise nur Werte f r Zellen gespeichert werden die auch in der Landmaske von IMAGE2 2 auftreten nderungen in der Landmaske ziehen 28Nicht zu verwechseln mit dem Mediator Muster von Gamma u a 1996 Schich ten Media tor UNF Format UNF Proble me 192 KAPITEL 6 REALISIERUNG P N Users 4 Client server N Mediators k 4 Client server j ON TR ry a a Databases Se Ce eA Lo ke lc SC Yee ee Abbildung 6 16 Prinzip der Mediatoren Mediatoren sind Teile einer hierar chischen Schichtenarchitektur in der die Funktionen der Nutzer Users ge trennt sind von den Datenbanken Databases Die Mediatoren vermitteln da bei zwischen den Anfragen der Nutzer und den heterogenen Datenbanken In der SISA Architektur entspricht die Datenzugriffskomponente einer solchen Mediator Schicht Quelle der Abbildung Shaw und Garlan 1996 u U nderungen der Programme nach sich aus dem Datenformat ist nicht ersichtlich ob es sich um vorzeichenbehaftete oder vorzeichenlose Daten han delt und durch die bin re Speicherung und der damit verbundenen Frage der Bin rkodierung der Daten little endian oder big endian sind Datens tze schlecht portierbar F r das UNF Format wurde aus diesen Gr nden eine Reihe von Mediatoren implementiert Zu den wichtigsten
185. eien sein sondern auch Menschen Dienstleistungen oder Firmen Der Identifikator wird als Objekt betrachtet das als Referenz auf etwas dienen kann das eine Identit t hat im Falle des URI ist dieses Objekt eine Zeichenkette die bestimmten Regeln zu folgen hat URIs k nnen klassifiziert werden in solche zur Lokalisierung und solche zur Bezeichnung von Ressourcen vgl Abb 6 7 Uniform Resource Identifiers Uniform ee Resource Locators a ftp T Uniform http Resource Names d file SC ex Abbildung 6 7 Uniform Resource Identifiers Zu den Uniform Resource Iden tifiers URIs z hlen sowohl die Uniform Resource Locators URLs als auch die Uniform Resource Names URNs Ziel aller Identifizierer ist die Identifi zierung abstrakter und physikalischer Ressourcen in Form einer Zeichenkette Zu den URLs geh ren WWW Adressen und Adressen von Datei Servern ftp Servern URNs werden u a zur Beschreibung von Buchtiteln benutzt z B url isbn 3 8266 0805 4 Ein Uniform Resource Locator URL verweist zeigt auf eine Ressource eher durch den Mechanismus des Zugriffs auf diese Ressource als durch andere Attribute wie dem Ressourcen Namen Eine WWW Adresse ist ein Beispiel f r einen URL URLs sind sowohl Grundlage f r das World Wide Web WWW als auch entscheidend f r andere Internet Technologien z B XML Der Aufbau eines URL folgt einer generischen Syntax der Form lt scheme gt lt schem
186. eine Zwei Drittel Mehrheit erfor derlich sowie maximal 25 ablehnender Stimmen und eine Wahlbeteiligung von mindestens 50 der Stimmberechtigten d h der nationalen Standardisierungs Organisationen Dauer der Phase max vier Monate zur Abstimmung Ein genehmigter Standard wird dann in der letzten Phase der Ver ffentlichungs phase publiziert ber dieses Verfahren soll gew hrleistet werden dass die Standards erst nach ausf hrlichen Diskussionen auf internationaler Ebene und nachfolgender Genehmigung ber eine internationale Abstimmung publiziert werden Aufgrund der Wichtigkeit von Geoinformationen wurde 1994 das Technical Tc 211 Committee Geographic information Geomatics ISO TC 211 gebildet Das Mandat f r diesen Ausschuss ist die Entwicklung eines integrierten Satzes an Standards f r geographische Informationen die Standard Reihe 19100 ISO TC 211 arbeitet eng mit anderen Standardisierungsorganisationen zu sammen es existieren beispielsweise Kooperationen mit dem OpenGIS Con sortium s u dem gemeinsamen technischen Ausschusses der ISO und der International Electrotechnical Commission ISO IEC JTC1 sowie der ge meinn tzigen Organisation Global Spatial Data Infrastructure die ihrerseits eng mit den Vereinten Nationen zusammenarbeitet Die auf dem Arbeitsprogramm des ISO TC 211 stehenden Standards rei Stan chen von einem allgemeinen Referenzmodell ISO 19100 bis hin zu Sensor und ards Datenmodelle
187. einem zentralen Repository gespeichert werden F r dieses Einsammeln der Metadaten ist der Metadaten Sammler engl metadata harvester zust ndig vgl Abb 5 10 Seite 118 Im Rahmen des GLASS Projektes wurde ein einfacher Harvester implemen tiert und auf mehreren Rechnern installiert Das Programm durchsucht zu vor eingestellte Verzeichnisse nach Metadaten XML Dateien mit der Endung de xml legt f r die gefundenen Metadaten ein lokales Repository an und kopiert dieses sofern gew nscht m glich anschlie end an einen daf r vor gesehenen zentralen Ort Die auf diese Weise zusammengetragenen Informa tionen werden anschlie end vom Katalogmanager in dessen eigene Datenbank integriert Um die sp tere Bearbeitung der Metadaten zu erleichtern folgt die Spei cherung des lokalen Repositorys ebenfalls dem XML RDF Format Der Har vester wurde als Skript f r die Bourne Again Shell bash unter Unix Linux erstellt und benutzt die standardm ig auf Unix Maschinen verf gbaren Werk zeuge awk und sed Da die bash Shell inklusive der Werkzeuge auch unter Microsoft Windows verf gbar ist kann der Harvester ohne nderungen auch auf Rechnern mit diesem Betriebssystem installiert werden Auf dem Projekt Server von GLASS wurde der Harvester in die Liste der Programme aufgenommen die regelm ig vom System selbst aufgerufen wer den Auf diese Weise ist gew hrleistet dass die Repositories t glich aktuali siert werde
188. eit Management Diensten 46 Startseite im Internet https www dmso mil 47https www dmso mil public transition hla rti statusboard Zeit Daten vertei lung Entwick lungs prozess 50 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK federation IEEE Standard for Modeling and Simulation M amp S High Level IEEE Standard for Modeling and Architecture HLA Federate Simulation M amp S High Level Architecture HLA F k Interface Specification rchitecture Framewor and Rules BEE 1316 1 2000 sendet und empf ngt IEEE 1516 2000 interactions bestimmter Klassen a R4 simulations bezogene federate Objekt Instanzen R2 RTI OO ambas Instanz Attribut R5 8 RTI ambas objects amp interactions sador DEREN sador federate 1 federate Schnittstellen Gruppen 4 Austausch von FOM federation inan gernent Daten ausschlie lich an declaration management e ber RTI R3 Zusicherung der RTI object management a 7 Unterstiitzung update ownership management a reflect fiir alle Attribute time management und Interaktionen im S SOM R7 A der Simulations data distribution management FOM Repr sentiert das FEW vereinbarte Vokabular i Funktionalit ten und der zur Verf gung RN P objects amp interactions A gestellten federate Daten R6 sowie der zwischen den Mitgliedern einer federati
189. eitstellung Z90 bei Die der Datenzugriffskomponente zugeordneten Dienste zur Transformation von Daten k nnen nicht nur von den Simulations modellen zur Laufzeit verwendet werden der Datenimport F150 und Da tenexport F170 kann ebenfalls ber diese Komponente abgewickelt werden Sofern die Komponente auch Dienste zur Transformation der Daten in For mate bereitstellt die einfach zur Visualisierung benutzt werden k nnen z B die Abbildung von Rasterdaten in Bilder wird damit ebenfalls das Ziel der Ergebnisbereitstellung unterst tzt Z40 und F160 Dar ber hinaus tra gen beide Komponenten in hohem Ma e zu den geforderten nicht funktionalen Anforderungen der Interoperabilit t ZN10 und Austauschbarkeit ZN40 bei 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 137 5 2 6 2 Dienst Spezifikation Datenbanksystem In Anlehnung an die vom OpenGIS Konsortiums vorgeschlagenen und bereits im Unterabschnitt des Katalogmanagers aufgef hrten prim ren Funktionen zum Datenzugriff vgl Tab 5 2 Seite 103 enth lt die Schnittstelle des Da tenbanksystems IDBSystem Operationen um neue Datens tze zu erzeugen addDataset abzufragen retrieve zu modifizieren modify und zu entfer nen removeDataset Um einen gleichzeitigen Zugriff mehrerer Komponenten oder Teilmodelle auf die Datens tze zu erlauben werden die in Nebert 2002 aufgef hrten Funktionen zur Abfrage des Zugriffsstatus check modify get DatabaseStatus ebenfalls in die Sc
190. eitung von Simulationsmodell Daten Z80 sowie zu den nicht funktionalen Zielen der Interoperabilit t ZN10 Modifizierbarkeit ZN30 und Aus tauschbarkeit ZN40 Da im Umfeld eines SISA i d R eigenst ndige GIS verwendet werden be schr nkt sich die Verantwortlichkeit der Komponente bewusst auf das Anbieten von Funktionen zur Datenverarbeitung und bernimmt keine weiteren GIS Aufgaben wie z B die Visualisierung oder Datenhaltung 5 2 7 2 Dienst Spezifikation Die geographischen Komponenten von Modellen zum integrierten Assessment arbeiten meist mit Rasterdaten vgl Bakkes u a 2000 Die Komponente der Geodatenverarbeitung sollte daher zumindest typische Raster GIS Funktionen zur Verf gung stellen Zu den elementaren Operationen der Rasterdatenverar beitung geh ren nach Bartelme 2000 die radiometrischen Transformationen 21 Beispielsweise die Verschneidung von Datenschichten Layers die Pufferbildung und die Reklassifizierung Integra tion Trans parenz Verant wortlich keit Abgren zung ISO DIS 19119 Raum Thema Zeit Meta daten Auswahl 140 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG sowie arithmetische und logische Kombinationen von Rasterbildern Bei radio metrischen Transformationen wird eine Transferfunktion auf die Werte Grau werte der Rasterzellen angewendet z B eine Multiplikation aller Werte mit einer Konstanten oder die Anwendung von Schwellwerten zur Unterdr ckung ode
191. ekte Studien F110 e durchgef hrte Simulationsl ufe F35 e verwendete Szenarien F10 Diese Daten m ssen ber die Komponente aufgenommen abgefragt modi fiziert und gel scht werden k nnen 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 121 Die einzelnen Datens tze k nnen als Eintr ge in entsprechenden Katalogen betrachtet werden Aus diesem Grund orientierten sich die Schnittstellende finitionen der Dokumentationskomponente s Abb 5 13 an den definierten Schnittstellen des Katalogmanagers Unterabschnitt 5 2 1 Seite 96 Neben Katalogen f r Personen Organisationen Projekte Studien Szenari en Simulationsl ufe und das Glossar werden zwei zus tzliche Kataloge vorge schlagen einer zur Dokumentation von Arbeitsschritten und einer zur Aufnah me kurzer Anmerkungstexte Weitere Informationen zu den Katalogen finden sich in den Abs tzen der folgenden Daten Spezifikation IDocManager o Documentation IDocDiscovery O Kataloge sind bereitzustellen f r Personen amp Institutionen Projekte amp Simulationsstudien Simulationslaufe amp Szenarien addCatalogEntry ein Glossar modifyCatalogEntry einen Service Organizer Folder deleteCatalogEntry Anmerkungen Abbildung 5 13 Schnittstellen der Dokumentationskomponente Die Na men der Operationen orientieren sich an den Spezifikationen des OpenGIS Konsortiums vgl Schnittstellen Spezifikation d
192. ellen und Operationen der Katalog Komponente Pakete des Metadaten Standards ISO DIS 19115 Kern Metadaten der ISO DIS 19115 2 2222 20 bersicht zum Content Standard for Computational Models Metadaten Elementsatz der ISO 15836 Dublin Core ISO Standards zur Datenkodierung Beipieldienste der ISO DIS 19119 Taxonomie Tell Beipieldienste der ISO DIS 19119 Taxonomie Teilll Arbeitsprogramme des ISO TC 211 22 2 2200 OpenGIS Abstract Spezifications OpenGIS Implementation Spezifications xi 54 72 81 81 88 xii TABELLENVERZEICHNIS Abk rzungsverzeichnis ADEPT Alexandria Digital Earth Prototype ADO Active Data Objects API Application Programming Interface ASCII American Standard Code for Information Interchange CSCM Content Standard for Computational Models DCMES Dublin Core Metadata Element Set DBMS Datenbank Managementsystem DIN Deutsches Institut f r Normung DOM Document Object Model FGDC Federal Geographic Data Committee GIS Geo Informationssystem GLASS Global Assessment of Security GML Geographical Markup Language GUI Graphical User Interface HLA High Level Architecture HYDE Hundred Year Database for Integrated Environmental Assessments HTML Hyper Text Markup Language HTTP Hyper Text Transport Protocol IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers xiii xiv TABELLENVERZEICHNIS IMAGE Integrated Model to Assess the Gre
193. ellung von Metadaten eine zentrale Aufgabe innerhalb der SISA Architektur besitzt beginnt die Beschreibung der Kompo nenten mit dem Katalogmanager 5 2 1 Katalogmanager 5 2 1 1 Komponenten Abgrenzung Eine Funktion des SISA ist die Bereitstellung von Metadaten ber vorhandene Datens tze F40 Werden Metadaten nicht nur f r vorhandene Daten vorge halten sondern auch f r alle anderen SISA Ressourcen so k nnen ber die Be reitstellung von Metadaten auch die Funktionen zur Ressourcen Liste F60 1Vergleiche Abb 4 2 Seite 76 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 97 Dokumentation SES Ergebnisanalyse manager Geodaten verarbeitung Katalog L ance 4 Simulationssystem gt Aufgabensteuerung A CH e Modell allgemeine analyse Datenverarbeitung m l AA M tadaien i Datenzugriff Sammler me y Datenbasis Datenbanksystem Metadaten Daten Abbildung 5 1 bersicht der SISA Komponenten Kern des Systems ist das Simulationssystem Zur Berechnung neuer Ergebnisse verwendet das Simulati onssystem Daten aus der Datenbasis die es ber die Datenzugriffskomponente bezieht Welche Datens tze und Einstellungen f r einen Simulationslauf ver wendet werden sollen erf hrt das Simulationsmodell vom Simulationslaufmana ger Die f r einen Datenzugriff notwendigen
194. em Gesamtmodell aufnehmen etc Die Phase dieser Initia lisierung eines Simulationssystems wird im Allgemeinen von der Berechnung der Simulationsergebnisse getrennt Die Modellkomponenten von OMS vgl Unterabschnitt 3 1 3 Seite 31 besitzen stets die drei Methoden register zur Registrierung von Modellteilen init zur Initialisierung und run zum Aufruf der eigentlichen Funktionalit t Auch die HLA vgl Unterabschnitt 3 2 2 Sei te 47 sieht einen eigenen Zustand initialization f r die Initialisierung eines Modellteils vor IEEE 2000b Die Aufteilung in eine Initialisierungs und eine Berechnungsphase hat den Vorteil dass das Simulationssystem Szenarien schrittweise also in vorgege benen Intervallen berechnen kann und dadurch Interventionen durch Dritte Modellnutzer oder Software m glich werden Auch wenn die Unterteilung in eine Initialisierungs und eine Berechnungs phase den Nachteil mit sich bringt dass die Komponente zustandsbehaftet jet 17 sollte sie wegen des angef hrten Vorteils eine entsprechende Operation zur In itialisierung eines Simulationslauf init anbieten Da die f r einen Simulations lauf notwendigen Daten vom Simulationslaufmanager verwaltet werden sollten zur Initialisierung die dort eingef hrten eindeutigen Simulationslaufnamen ver wendet werden Um die Interoperabilit t zwischen verschiedenen SISAs zu erh hen und den Zugriff auf Simulationsergebnisse von anderer Software zu vereinfachen sollte di
195. em mathematischen Modell den L sungsmethoden den Daten 18Die Strukturinformation k nnte beispielsweise ber XML DTD oder XML Schema realisiert werden In diesem Fall w re das Attribut als String definierbar Verant wortlich keit Start 132 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG DataType DataType SISA_SimulationSpecification SISA_ModelSettingAllocation urn 1 SISA_URN model 1 SISA_URN simulationRun 1 SISA_URN setting 1 String modelSetting 1 SISA_ModelSettingAllocation value 1 String DataType SISA_ModelSettingsSpezification model 1 SISA_URN spezification 1 Abbildung 5 23 Datenmodell des Simulationslaufmanagers Jedem Simulationslauf wird eine eindeutige Spezifikation zugeordnet SI SA_SimulationSpecification Innerhalb der Spezifikation werden den Mo delleinstellungen Werte zugewiesen SISA_ModelSettingAllocation Zur Speicherung der Struktur von Einstellungss tzen dient eine weitere Klasse SISA_ModelSettingsSpecification der Datenverwaltung und der Benutzungsschnittstelle im Object Modeling Sys tem OMS s Seite 31 gibt es getrennte Bibliotheken f r Simulations Module Daten und die Visualisierung GLOBESIGHT s Seite 29 unterscheidet zwi schen der Informations der Funktions und der Modellbasis Die Erzeugung neuer Simulationsergebnisse wird daher in die Verantwortlichkeit einer Kompo nente gelegt die Simulationsmodell Komponente Zur
196. ement des Dienste Konzepts s Abb 3 9 ist die Schnittstel le Eine Schnittstelle wird definiert als benannte Menge von Operationen die das Verhalten einer Entit t charakterisiert Schnittstellen sind abstrakte von der sp teren Realisierungsplattform unabh ngige Spezifikationen und werden ber Operationen definiert Eine Operation ist die abstrakte Beschreibungen einer ber die Schnittstelle angebotenen Aktion zur Datentransformation oder Datenabfrage Damit Schnittstellen von Software Agenten oder Personen den Nutzern benutzt werden k nnen m ssen sie unter Ber cksichtigung plattformabh ngi ger Spezifikationen implementiert werden Eine solche Implementierung wird als Port bezeichnet Am Ende dieser Definitionskette steht der Dienst der den eigentlichen Wert f r den Nutzer darstellt Der Dienst besteht aus mehreren Ports d h aus den Implementierungen mehrerer Schnittstellen Ein Dienst der auf einem be stimmten Rechner l uft und der ber ein Netzwerk zugreifbar ist wird als Instanz eines Dienstes bezeichnet Die Implementierung eines Dienstes kann mit einem f r diesen Dienst spezifischen Datensatz verbunden sein oder mit mehreren unspezifischen Datens tzen arbeiten Im ersten Fall spricht man von 3 2 STANDARDS 57 SV_ServiceSpecification SV Service name CharacterString opModel SV_OperationModel In SV_PortSpecification binding DCPList add
197. en Aufgrund der in Unterabschnitt 4 2 1 Seite 75 angef hrten Wichtigkeit einer guten Dokumentation wird die Erf llung einer weitere nicht funktionale 4 2 ANFORDERUNGSDEFINITION 93 Anforderung als sehr wichtig eingestuft die der Transparenz Nachvollziehbar keit und Reproduzierbarkeit von Assessment Ergebnissen Die vorrangig zu ber cksichtigenden nicht funktionalen Anforderungen sind in Tabelle 4 6 noch einmal zusammengefasst und mit referenzierbaren Kenn zeichnungen NFxx versehen Name des nicht funktionalen Anforderung Kennzeichnung Interoperabilit t NF10 Analysierbarkeit NF20 Modifizierbarkeit NF30 Austauschbarkeit NF40 Transparenz Nachvollziehbarkeit Reproduzierbarkeit NF50 Tabelle 4 6 bersicht der vorrangigen nicht funktionalen Anforderungen an das SISA Erkl rungen zu den nicht funktionalen Anforderungen finden sich im Text Eine ausf hrlichere Auflistung zur Wichtigkeit der einzelnen nicht funktionalen Anforderungen findet sich in Tabelle 4 5 Seite 90 4 2 9 Testszenarien In Anlehnung an die Zielbestimmungen in Kapitel 4 2 2 Seite 78 sind zum Test eines SISA die Funktionen zu den folgenden als vorrangig betrachteten Zielen zu pr fen die Verwaltung von Simulationsl ufen Testszenario T10 Assessment Ergebnissen T20 und Ressourcen T30 die Bereitstellung von Hintergrundinformationen T40 die Erzeugung neuer Simulationser gebnisse T60 di
198. en Die Basis f r die Ent wicklung einer plattformspezifischen Spezifikation bildet eine plattformneutrale Spezifikation die unabh ngig von der verwendeten DCP ist Ein Beispiel f r dieses Vorgehen sind die Spezifikationen zu den geographi schen Informationseinheiten Features des OpenGIS Konsortiums die platt 3 3 FAZIT 63 Human intercation services y User interface client User interface ki client d User processing services be Application server m Shared processing services Data server Model Information R Data server management services 2 tier physical Logical 3 tier physical Abbildung 3 11 Physikalische Mehrschichten Architektur Die Erkl rung der Abbildung findet sich im Text Quelle ISO DIS 19119 Percivall 2002 formneutrale Spezifikation findet sich in der abstract specification mit dem Titel The OpenGIS Feature w hrend sich die plattformspezifischen Definitionen f r unterschiedliche DCPs in den implementation specifications befinden unter ihnen beispielsweise eine Spezifikation f r CORBA OpenGIS Simple Features Specification for CORBA 54 3 3 Fazit Integrierte Modelle F r den Begriff des integrierten Modells gibt es keine einheitliche Definiti on Mit dem Begriff wird in der Literatur sowohl die Verbindung mehrerer konzeptioneller Modelle zu einem Gesamtmodell verstanden als au
199. en der Natursph re und Anthroposph re zugeordnet werden k nnen werden noch Prozesse angef hrt die zwischen den Hauptkompartimenten zu finden sind Ein Beispiel f r einen solchen Prozess mit Querschnittscharakter ist die Expansion Intensivierung der Landwirtschaft die sowohl in enger Bezie hung zum Kompartiment der Biosph re als auch zu dem der Bev lkerung und der Wirtschaft steht Die am dringlichsten anzugehenden globalen Probleme und Haupttrends sind laut WBGU 1993 die Zunahme der Bev lkerung der Erde die lang fristig ver nderte Zusammensetzung der Atmosph re der R ckgang der bio logischen Vielfalt und die Degeneration und der Verlust von B den Dar ber hinaus geh ren Probleme durch immer gr er werdende St dte und die Versor gung mit sauberem Trinkwasser vor allem in den Entwicklungsl ndern zu den wichtigsten Herausforderungen Kr ck u a 2001 Zur Verminderung globaler Umweltver nderungen sieht das WBGU 1993 drei Handlungsprinzipien e Ber cksichtigung der Konsequenzen f r das ganze System Erde bei jeder Einzelentscheidung e Beachtung der Einheit von Umwelt und Entwicklung bei jeder politischen Entscheidung e Ausweitung der konomischen Bewertungssysteme auf Naturg ter F r eine umfassende Bewertung in diesem Sinne sind vielschichtige Aus wirkungsanalysen notwendig Verschiedene Methoden zur Erstellung solcher Analysen sind Thema des folgenden Abschnitts 1Vom Schwerpunkt der Erzeugung
200. en die ber Schnittstellen miteinander kommunizie ren spezifiziert deren jeweiligen Zust ndigkeitsbereich und beschreibt die Beziehungen zwischen den Komponenten s Unterabschnitt 2 3 2 Sei te 18 Software Erzeugnis Eine vollst ndige und dokumentierte Menge von Pro grammen zur Lieferung an mehrere Benutzer f r eine Anwendungs oder Funktionsgattung ISO 1990 Quelle DIN 1995 Software System Eine Menge von Software Komponenten die gemeinsam eine oder mehrere Aufgaben erf llen Buschmann u a 1998 Subsystem Eine Menge von miteinander arbeitenden Komponenten die ge meinsam eine Aufgabe erf llen und die als eigenst ndige Einheit in nerhalb einer Software Architektur angesehen werden wird Buschmann u a 1998 232 ANHANG A GLOSSAR System zum integrierten simulationsbasierten Assessment SISA Ein System zum integrierten simulationsbasierten Assessment SISA ist ein Software System das von unterschiedlichen Fachdisziplinen stammende Daten und Simulationsmodelle zum System Erde in einem konsistenten Rahmen kombiniert und neue Daten ber den Zustand und m gliche langfristige nderungen des Systems Erde vornehmlich zur Unterst tzung politischer Entscheidungstr ger berechnet und bereitstellt s Unterabschnitt 3 1 Seite 25 Szenario In sich konsistente und plausible Annahmen ber die zuk nftige Entwicklung systembeeinflussender exogener Gr en Bossel 1994 Anhang B Datenmodelle un
201. en IEEE Standard 1516 darstellt u ber https www dmso mil public transition hla techspecs erh ltlich ist 42Ein Federate kann aber auch jedes andere beteiligte Programm sein wie z B ein Sensor zur Datenerfassung oder eine passive Anwendung zur Datenvisualisierung RFC Rules OMT Interface Specifi cation Federa tion Deklara tion Objekte Eigen tum 48 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK Instanz namens Run Time Infrastructure RTI ablaufen muss Weiterhin wird in den Regeln festgelegt dass es zu jedem Federate eine formale Beschreibung seiner Objekte in Form eines Simulation Object Model SOM geben muss Die einzelnen Regeln sind in Anhang C 2 Seite 243 dokumentiert Im Object Model Template OMT werden die Formate und die Syntax de finiert die zur formalen Definition von Objekten Attributen Interaktionen und Parametern also zur Erstellung von FOMs und SOMs benutzt werden m ssen Die HLA Federate Interface Specification definiert die Schnittstelle zwischen den Federates und der Run Time Infrastrukture RTI Die Dienste der RTI werden eingeteilt in sechs Gruppen 1 Federation Management federation management Deklarations Management declaration management Objekt Management object management Eigentum Management ownership management Zeit Management time management emt Sen Datenverteilungs Management data distribution management Die Gruppe f r das Federation Management umfasst Di
202. en Kodie rungsvorschriften eingetragen werden dataset language ist ein Beispiel f r ein solches Datenelement dessen Wert einer anderen Norm der ISO 639 2 fol gen muss Wieder andere Daten werden durch mehrere Werte repr sentiert so kann geographic location durch insgesamt vier Werte implementiert werden westliche und stliche Begrenzung der geographischen L nge sowie n rdliche und s dliche Begrenzung der geographischen Breite Dataset title M Spatial representation type O Dataset reference date M Reference system O Dataset responsible party O Lineage statement O Geographic location of the dataset C Online resource O Dataset language M Metadata file identifier O Dataset character set C Metadata standard name O Dataset topic category M Metadata standard version O Spatial resolution of the dataset O Metadata language C Abstract describing the dataset M Metadata character set C Distribution format O Metadata point of contact M Additional extent information Metadata date stamp M for the dataset O Tabelle 5 5 Kern Metadaten der ISO DIS 19115 fiir geor umliche Datens tze Die mit einem M mandatory gekennzeichneten Daten miissen angegeben werden unter gewissen Umst nden verpflichtende Daten sind mit einem C conditional gekennzeichnet und mit einem O optional markierte Daten sind optional N here Informationen finden sic
203. en Simulationsmodellen Im Rahmen der GLASS Entwicklung wurde eine C Klasse erstellt SI SA_ModelBase die als Basisklasse f r die neu erstellten Simulationsmodell Teile dient und die einen Rahmen f r die Kontrolle von Simulationsl ufen bil det Diese Basisklasse besitzt neben den Operationen init und run eine Ope 6 3 KOMPONENTEN REALISIERUNG 185 ration ber die abgefragt werden kann ob f r eine bestimmte Simulationslauf Spezifikation bereits Ergebnisse berechnet wurden resultsAvailable Simulationsmodelle die auf der Basis dieser Klasse realisiert sind bieten vier generelle Dienste an 1 die Abfrage ob bestimmte Ergebnisse bereits berechnet wurden AvailabilityRequest 2 die Erzeugung von Ergebnis Datens tzen f r eine komplette Simulationszeit Periode DataSetGeneration 3 die Abfrage bereits berechneter Ergebnisse DataSetRequest und 4 die Erzeugung neuer Ergebnisse zur Laufzeit RunTimResult Die Operationen zur Abfrage von Simulationsergebnissen sind abh ngig von konkreten Simulationsmodellen F r das Wasserstressmodell und das Nah rungsmittelstressmodell von GLASS wurde beispielsweise die Operation get Stress definiert die f r eine gegebene Region und einen gegebenen Zeitpunkt den Stresswert liefert Abbildung 6 12 zeigt die Operationen der Basisklasse und des Nahrungsmittelstressmodels zur Verdeutlichung in Form eines UML Klassendiagramms IT SISA Modelbae O enumeration TR SISA_GeneralMo
204. en sich in Abschnitt 5 2 Seite 96 Anhang C Standards C 1 bersichten Topic Topic 2 Spatia Topic 3 Topic 8 i 6 Topic 11 Feature Reference Locational Relations Metadata Geometry Systems Geometry Bet n Features Topic 10 J ane Semantics and Topics Collections S i Info Com t s Quality r Topic 4 Store Topic 5 Functions and The Open Interpolation GIS Feature Topic 12 The Open GIS Topic 6 Service Arch The Coverage T Type Topic 13 Topic 15 Topic 16 Catalog Image Expl Image Coord Services Services Transf Services Topic 7 Earth Imagery Abbildung C 1 berblick ber die Abh ngigkeiten der OpenGIS Abstract Spe cifications untereinander Quelle Kottmann 1999a 237 238 ANHANG C STANDARDS Dienste Taxonomie der ISO DIS 19119 Teil I Taxonomie Klasse Beispiel Geographic Human Interaction Services catalogue viewer geographic viewer geographic viewer animation geographic viewer mosaicing geographic viewer perspective geographic viewer imagery geographic spreadsheet viewer service editor chain definition editor workflow enactment manager geographic feature editor geographic symbol editor feature generalization editor geographic data structure viewer geograph
205. en sind plattformunabh ngig einfache Bearbeitung durch DOM Parser m glich e XML Dateien sind selbstbeschreibend Strukturinformationen sind in h rent nur wenig Zusatzinformation zum Verst ndnis eines Dokuments notwendig e XML Dateien beschreiben hierarchische Informationen einfaches Ver st ndnis der Daten durch Baumstruktur Der oft angef hrte Nachteil der umfangreichen Gr e von XML Dateien wird ebenfalls durch Anderson u a 2000 entkr ftet da es sich um einfache Text Dateien handelt k nnen diese i d R durch Komprimierung auf ein Zehn tel oder Zwanzigstel der urspr nglichen Gr e reduziert werden Als Nachteil dieses Formats bleibt allerdings eine im Vergleich zu anderen Arten der Da tenspeicherung schlechtere Auswertungsgeschwindigkeit XML Daten m ssen vor der Verwendung innerhalb eines Programms zun chst durch einen Parser in das Document Object Model berf hrt werden Die derzeitigen Aktivit ten im Bereich der GML und die beginnende Un terst tzung dieses Formats durch GIS Hersteller sprechen ebenfalls f r die Ver wendung von XML Dar ber hinaus erlaubt die Speicherung von Datens tzen im XML Format eine direkte Integration von Metadaten in den Datensatz 36Ejner der Gr nde warum eine automatisierte Transformation von Datentypen notwendig ist 37Siehe hierzu z B die Informationen zur XML Datenbank Xindice unter http xml apache org xindice XML aner kannte Quellen St
206. en zun chst die wichtigsten Katalog Funktionen identifiziert Im Anschluss werden die Metadaten Elemente die vom Katalog verwaltet werden sollen spe zifiziert Spezifikation der Dienste Die Schnittstellen Definition der Katalog Komponente orientiert sich an der implementation specifikation IS CAT der Katalog Dienste des OGC Nebert 2002 In der IS CAT werden vier Schnittstellen definiert Catalog_Service Schnittstelle auf Server Ebene die den Zugriff auf die Diens te zur Einrichtung und Verwaltung von Sitzungen user sessions bereit stellt Discovery Operationen die es dem Nutzer erlauben Daten Dienste und an dere Ressourcen ausfindig zu machen F r die Zugriffsdienste kann so beispielsweise eine andere Verteilungsplattform verwendet werden als f r die Katalogdienste Zugriffs kompo nente Dienst Auswahl Catalog Service Dis covery Service 106 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG Access Operationen die den Nutzer beim Zugriff auf die Ressourcen unter st tzen die wiederum ber die Operationen des Discovery Dienstes ge funden werden Catalog_Manager Operationen zur Verwaltung und Aktualisierung von Ka talogen die Spezifikation der Operationen dieser Schnittstelle ist in Ne bert 2002 vorl ufig und noch nicht abgeschlossen In Anlehnung an die prim ren Funktionen aus Tabelle 5 2 Seite 103 und die in Nebert 2002 spezifizierten Operationen werden f r die SISA Architektur die in Tabelle 5
207. en zust ndig die f r den Datenaustausch zwischen der Anwendungssoftware und den OpenGIS Diensten notwendig sind Bei der Erf llung ihrer Aufgaben nimmt die Schnittstellen Software Dienste Data Transformation Services in Anspruch Diese Diens te transformieren die Daten in das jeweils ben tigte Format Anwendungsda ten des Formats A werden zur Inanspruchnahme eines OpenGIS Dienstes ber einen Transformationsdienst in ein Format B berf hrt die Ergebnisse des OpenGIS Dienstes werden dann von einem anderen Transformationsdienst vom Ergebnisformat C zum Format D gewandelt das von der Anwendungssoftware erwartet wird User Application Software A Request Result Format A Data Lg Interface _format D Data Transformation Software Transformation Services Middleware gt Services Format B Format C A Request l Result OpenGIS Service Abbildung 5 5 Nutzung einer Schnittstellen Software zur Anbindung von OpenGIS Services an die Anwendungssoftware Erkl rungen finden sich im Text Quelle Kottmann 1999c Zur Umsetzung dieses Middleware Prinzips werden in Kottmann 1999c verschiedene M glichkeiten aufgef hrt die Middleware kann wie in Abbildung 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 105 5 5 dargestellt als eigenst ndige Software implementiert werden oder Teil bzw Erweiterung einer der anderen drei Software Typen OpenGIS Dienste Trans formationsdienste Anwendungssoft
208. enen Komponenten ben tigt werden und damit jede an einem Datenaustausch betei ligte Komponente entsprechende Schnittstellen zum Datenaustausch mit den anderen Komponenten zur Verf gung stellen m sste Ein weiterer Grund gegen die dezentrale Datenhaltung ist der hohe Aufwand der mit einer Implementie rung der Funktionen zur Datenverwaltung verbunden ist Bei einer zentralen Datenverwaltung ben tigt jede Komponente hingegen nur eine Schnittstelle zum Datenaustausch Dar ber hinaus f rdert die zentrale Datenhaltung die Si cherstellung der Konsistenz der eingesetzten Daten und erlaubt die einfachere Wiederverwendung von Datens tzen beim Austausch des integrierten Modells Gegen die zentrale Datenhaltung sprechen evtl notwendige nderungen in den zugreifenden Komponenten und evtl auftretende Geschwindigkeitseinbu en bei der Daten bertragung Die Speicherung aller Daten in einem einheitlichen Format w re aus ver waltungstechnischer Sicht und aus Gr nden der Interoperabilit t die beste L sung Die Verwendung eines einheitlichen Formats ist aber nicht immer reali sierbar da die Teilmodelle innerhalb eines integrierten Modells i d R unter schiedliche Datenformate verwenden sowohl zur persistenten Datenspeiche rung z B in Form von Textdateien Datenbanktabellen oder Bin rdateien als auch zur internen Repr sentation von Daten z B in ein oder zweidimen sionalen Arrays Containern oder Listen Die gleichen Anmerkungen gelten
209. enhouse Effect IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change ISO International Organization for Standardization ISO DIS ISO Draft International Standard ISO TC ISO Technical Committee ODBC Open Database Connectivity ODP Open Distributed Processing OGC Open GIS Consortium OMS Object Modeling System OOA Objekt orientierte Analyse PHP PHP Hypertext Preprocessor rekursive Abk rzung RDBMS Relationales Datenbank Managementsystem RDF Resource Description Framework RIVM Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu staatliches Institut f r Gesundheit und Umwelt der Niederlande RM ODP Open Distributed Processing Reference Model SI International System of Units SISA System zum integrierten simulationsbasierten Assessment SOF Service Organizer Folder UML Unified Modeling Language URI Uniform Resource Identifier URL Uniform Resource Locator URN Uniform Resource Name W3C World Wide Web Consortium WWW World Wide Web XML Extensible Markup Language Kapitel 1 Einleitung 1 1 Hintergrund Die Zunahme der Weltbev lkerung die langfristig ver nderte Zusammenset zung der Atmosph re der R ckgang der biologischen Vielfalt sowie die Dege neration und der Verlust von B den sind nur Beispiele der Ver nderungen die unter dem Begriff des globalen Wandels zusammengefasst werden Die mit dem globalen Wandel einhergehenden Ver nderungen und die daraus resultie renden Probleme bed rfen zu ihrer Analyse und L sung det
210. enste zur Erzeugung und zum L schen so genannter Federate Executions Objekte die eine Federa tion zur Laufzeit repr sentieren sowie zur dynamischen An und Abmeldung zur Sychronisationssteuerung und zum Speichern und Wiederherstellen von Fe derates Bevor ein Federate in eine Federation Execution eintreten kann muss die Federation Execution existieren Die Dienste des Deklarations Managements bieten die M glichkeit Objekt Klassen und Interaktions Klassen zu ver ffent lichen und Klassen oder einzelne Attribute zu abonnieren die HLA funk tioniert nach dem Publisher Subsciber Prinzip Objekte die die Werte ihrer Attribute anderen Objekten mitteilen wollen ver ffentlichen diese Attribu te w hrend Objekte die Interesse an diesen Attribut Werten haben die At tribute abonnieren k nnen Die nderung eines Attributwertes wird dann automatisch ber die RTI allen interessierten Objekten bekannt gegeben F r das Objekt Management werden Dienste bereitgestellt zur Registrierung von Objekt Instanzen bei einer Federation zur Aktualisierung von Attribut Werten und Versendung von Interaktionen sowie zur Steuerung des Transpor tes von Attribut Werten und Interaktionen ber die Dienste des Eigentum Managements k nnen die Eigentumsrechte einzelner Objekt Attribute ver waltet werden Es gibt Dienste zur Abfrage der Eigentumsverh ltnisse zur 43 Zum Publisher Subscriber Muster s z B Gamma u a 1996 ode
211. ental security In Environmental Science and Policy 4 2001 Nr 1 S 1 12 Alcamo u a 1998al ALCAMO Joseph KREILEMAN Eric KROL Maarten LEEMANS Rik BOLLEN Johannes MINNEN Jelle van SCHAEFFER Mi chiel TOET Sander VRIES Bert de Global modelling of environmental change an overview of IMAGE 2 1 In Alcamo u a 1998b S 3 94 Alcamo u a 1998b ALCAMO Joseph Hrsg LEEMANS Rik Hrsg KREILEMAN Eric Hrsg Global Change Scenarios of the 21st Century Results from the IMAGE 2 1 Model Oxford UK Pergamon 1998 Alcamo u a 1990 ALCAMO Joseph Hrsg SHAW Roderick Hrsg HOR DIJK Leen Hrsg The Rains Model of Acidification Science and Strategies in Europe Dordrecht Boston London Kluwer Academic Publishers 1990 ISBN 0 7923 0781 X HB 0 7923 0782 8 PB Anderson u a 2000 ANDERSON Richard BIRBECK Mark Kay Michael u A XML Professionell 1 Aufl Bonn MITP Verlag 2000 957 Seiten ANZLIC 2001 GROUP Australia New Zealand Land Information Council Metadata W Hrsg ANZLIC Metadata Guidelines Core metadata ele ments for geographic data in Autralia and New Zealand Version 2 Bel connen Australia ANZLIC 2001 URL http www anzlic org au asdi metagrp htm Bakkes u a 2000 BAKKES Jan A GROSSKURTH Jasper IDENBURG Annemarth M ROTHMAN Dale VUUREN Detlef P van Descrip tion of selected global models for scenario studies on en
212. ente s Abb 5 33 Alle Daten die das Simu lationssystem w hrend eines Simulationslaufes Analyselaufes ben tigt wer den von der Modellanalyse Komponente zur Verf gung gestellt ein direkter Zu griff des Simulationssystems auf die Datenzugriffskomponente findet w hrend eines solchen Analyselaufes nicht statt Auf diese Weise k nnen alle Eingabe daten vor der Weitergabe an das Simulationssystem gezielt ver ndert werden 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 147 Die zur Modellanalyse ben tigten Ausgabedaten des Simulationssystems gehen ebenfalls den Weg ber die Modellanalyse Komponente Simulationssystem ty Modell analyse x Datenzugriffskomponente Abbildung 5 33 Prinzip der Modellanalyse Die Modellanalyse Komponente wird als Schicht zwischen das Simulationssystem und die Datenzugriffskompo nente gelegt Alle Modelleingabedaten und Modellausgabedaten passieren die Modellanalyse Komponente und k nnen auf diese Weise ver ndert und ausge wertet werden F r eine Modellanalyse sind i d R eine ganze Reihe an Simulationsl ufen durchzuf hren Die grundlegenden Einstellungen f r die Simulationsl ufe sind wiederum ber eine Simulationslauf Spezifikation also ber den Simulations laufmanager festzulegen Die speziell f r eine Modellanalyse ben tigten Para meter z B die maximale Ver nderung von Eingabedaten sind direkt von der Modellanalyse Komponente vorzuhalten Die Modellanalyse
213. enverkehr ver wenden sondern auch ein gemeinsames Verst ndnis der Bedeutung der Daten haben Das Modell f r den information viewpoint wird in ISO 19101 definiert ISO 19101 definiert f r den information viewpoint ein Modell namens Extended Open Systems Environment EOSE f r geographische Informationen Das Mo dell erweitert das Open System Environment Model ISO IEC TR 14252 und definiert sechs Dienstkategorien Interaktionsdienste f r Nutzer human interaction services Dienste zur Verwaltung von Benutzungsschnittstellen Graphiken Multimedia und f r die Pr sentation zusammengesetzter Dokumente Modell Informations Verwaltungsdienste model information manage ment services Dienste zur Verwaltung der Entwicklung Manipulation und Speicherung von Metadaten konzeptuellen Schemata und Datens t zen Arbeitsablauf Aufgabenverwaltungsdienste workflow task manage ment services Dienste zur Unterst tzung von speziellen von Personen kontrollierten Aufgaben Verarbeitungsdienste processing services Dienste zur Ausf hrung von um fangreichen Berechnungen mit betr chtlichem Datenaufwand weiter un terteilt in Dienste zur Verarbeitung r umlicher thematischer zeitlicher und Metadaten betreffender Aspekte Kommunikationsdienste communication servcies Dienste zur Verschl s selung und bertragung von Daten ber Kommunikationsnetzwerke Systemverwaltungsdienste system management services Dienste zur Ver waltung von Syste
214. eport of Intergo vernmental Panel on Climate Change Cambridge UK Cambridge Univer sity Press 2001 URL http www grida no climate ipcc_tar wg2 ISBN 0 521 01500 6 ISO 1989 INTERNATINAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION Hrsg ISO IEC 2382 7 Information technology Vocabulary Part 7 Computer programming Geneve Switzerland Internatinal Organization for Standar dization 1989 ISO 1990 INTERNATINAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION Hrsg ISO IEC 2382 20 Information technology Vocabulary Part 20 System development Geneve Switzerland Internatinal Organization for Standar dization 1990 ISO 1993 INTERNATINAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION Hrsg ISO IEC 2382 1 Information technology Vocabulary Part 1 Fundamen tal terms Geneve Switzerland Internatinal Organization for Standardiza tion 1993 ISO 1998 INTERNATINAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION Hrsg ISO IEC 10746 Reference Model Open Distributed Processing RM ODP Part 1 Geneve Switzerland International Organization for Standardizati on 1998 ISO 2000 INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDADIZATION ISO TC211 SECRETARIAT Hrsg ISO DIS 199115 Geographic Infor LITERATURVERZEICHNIS 221 mation Metadata Version 5 Geneve Switzerland Internatinal Or ganization for Standardization 2000 Siehe Kottmann 2001 URL http www opengis org techno abstract 01 111 pdf Project Do cument Number 01 111
215. er Simulationslauf Dokumentation Hintergrundinfo N Bereitstellung Z40 d SC ER Ressourcen Information 1 F70 F90 u Projekt N Ressourcen Zuordnung ee J Assess 1 1 Information F100 F110 KM _ Szenarien beschreibung Dt Simulationslauf Beschreibung F35 PER 7 Verst ndnis f rderung Z50 Ressourcen Verwaltung _ BW Ergebnis N verwaltung N w L 99 Simulationssystem EN Simulations Start F130 satt Pee Simulations verlauf Information Ian SS ee Simulations gt ergebnis Erzeugung Z60 J ns Geodaten verarbeitung allgemeine Datenverarbeitung S 5 R a ee Ce funktionale gt Pr Zuordnung verwaltung Ziele Daten d F30 Z10 Vorverarbeitung i Ses Br Te Nachbearbeitung I an d Szenario Een Daten Zuordnung mam Fa NL Analyse Aufgabensteuerung Unterst tzung Ginn we _ Datenbasis Daten N ER Integration eel Modell ZW y V Z90 gt Analyse ee S Statistische N N Izmo gt a atenauswertung PS RER Daten Date NN A fom El aa een impon EI F160 Se Modellanalyse oz Datenzugriff Ergebnisanalyse Abbildung 5 2 bersicht der Verbindung zwischen SISA Komponenten und SISA Zielen Eine kurze Erkl rung zentraler Komponenten findet sich in der Beschreibung zu Abbildung 5 1 Seite
216. er f r die Vergabe der Bezeichner zust ndig ist abh ngig Dar ber hinaus geh ren zu den Einstellun gen f r Simulationsmodelle die ebenfalls ber ihre eindeutigen Bezeichner zu referenzieren sind auch Verweise auf Datens tze deren Auswahl ebenfalls mit Hilfe der Dienste des Katalogmanagers erleichtert werden kann Die Simulationssystem Komponente Simulation System ist verantwortlich f r die Berechnung Speicherung und Weitergabe von Simulationsergebnissen und stellt hierzu zwei Schnittstellen zur Verf gung eine Schnittstelle ISim Control ber die das Simulationssystem initialisiert wird und Simulationsl u fe gestartet werden k nnen und eine weitere Schnittstelle ISimResult Access ber die Simulationsergebnisse direkt abgefragt werden k nnen Die M glich keit auf auch bereits gespeicherte Simulationsergebnisse direkt ber die Simulationssystem Komponente zugreifen zu k nnen erh ht die Interoperabi lit t und Wiederverwendbarkeit der Modelle und Daten Zur Erf llung ihrer Aufgaben ist die Komponente von der Datenzugriffskomponente abh ngig Bei der Erstellung neuer Simulationsergebnisse benutzt die Komponente dar ber hinaus die Dienste des Simulationslaufmanagers und Dienste aus dem Paket der Verarbeitungsdienste Im Zuge von Modellanalysen wird der Datenzugriff ber die Modellanalyse Komponente abgewickelt Die Komponente zur Modellanalyse Model Analysis ist verantwortlich f r die Unterst tzung bei de
217. erden an dieser Stelle nicht vorge nommen 5 2 10 Ergebnisanalyse 5 2 10 1 Komponenten Abgrenzung Das SISA soll neben der Erzeugung neuer Simulationsergebnisse Z60 auch Funktionen vorhalten die bei der Bereitstellung Z90 und Analyse Z100 der Simulationsergebnisse helfen Einige der vorgestellten Komponenten des SISA unterst tzen diese Ziele bereits bei den Komponenten f r die geogra phische bzw allgemeine Datenverarbeitung wird beispielsweise eine Operation zur Berechnung statistischer Werte vorgeschlagen vgl Unterabschnitt 5 2 7 Seite 138 bzw 5 2 8 Seite 141 und bei der Datenzugriffskomponente wird die Transformation in Datenformate vorgeschlagen die eine Visualisierung der Daten erleichtert Aufbauend auf den Datenverarbeitungsdiensten und den Diensten der Da tenzugriffskomponente ist die Analysekomponente verantwortlich f r die Un terst tzung des Modellbetreibers bei der Analyse von Simulationsergebnissen 5 2 10 2 Dienst Spezifikation Alle vom Modellbetreiber zur Analyse eines Problems gew nschten Dienste und Operationen sollten ber diese Komponente angeboten werden In Anlehnung 231SO DIS 19119 stellt hierzu ein eigenes Metadaten Schema zur Verf gung 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 145 an die geforderten Funktionen zur Visualisierung F160 und statistischen Auswertung von Daten F180 enth lt die Schnittstelle der Analysekompo nente IAnalysis zun chst zwei entsprechende Operationen s A
218. erhalb des Simulationssystems benutzen zu k nnen wurde ein Adapter implementiert Dieser Adapter ist f r die Anpassung der Schnittstelle des WaterGAP Modells an die geforderten Schnittstellen zust n dig Die neu erstellten Teilmodelle k nnen ber einen einfachen in C im plementierten Modellkoppler miteinander verbunden werden Um eine solche Verbindung zu erlauben muss sich ein Modell bei diesem Koppler anmelden Der Koppler tr gt daraufhin einen Verweis auf das Modell in eine interne Liste ein und gibt ihn auf Anfrage an andere Teilmodelle weiter Die Interaktion der Teilmodelle geschieht dann ber deren definierte Schnittstelle Die f r einen Simulationslauf notwendigen Einstellungen Simulationslauf spezifikationen erhalten die Simulationsmodelle vom Simulationslaufmanager Der Simulationslaufmanager wurde unter Verwendung der Programmierspra che C als Server Anwendung unter Microsoft Windows 2000 realisiert Die Kommunikation zwischen dem Simulationslaufmanager und den Simulations modellen Clients geschieht ber das Internet Protokoll TCP IP Verwen dung von Sockets Auf diese Weise wird der Aufbau einer verteilten Anwen dung erm glicht das Modell WaterGAP l uft beispielsweise unter Linux Die Simulationslaufspezifikationen werden in Form von XML Dateien gespeichert und vom Simulationslaufmanager eingelesen Durch die Verwendung einer Do cument Type Definition DTD innerhalb der Spezifikationsdatei kann der Si mu
219. erlaubt eine schrittweise Migration hin zu offenen Datenformaten Die Schnittstelle zum Datenzugriff orientiert sich an den Spezifikationen der OpenGIS Service Architecture ISO DIS 19119 Die Informationen die die Datenzugriffskomponente zum Zugriff auf einen Datensatz ben tigt z B ein Pfad Dateiname werden vom Katalogmanager der fiir die Verwaltung von Metadaten zust ndig ist bereitgestellt Die Anga be der Zugriffsinformationen ist au er f r abstrakte Ressourcen f r jede Ressource zwingend erforderlich Obligatorisch sind ebenfalls die Angabe eines eindeutigen Ressourcen Namens und eines Kurztitels All diese Informationen werden in die Ressourcen Liste des SISA aufgenommen Die Beschreibung jeder Ressource ber die 15 Elemente des Dublin Core Metadata Element Set ISO 15836 wird als Minimal Anforderung angesehen Weitergehende Beschreibun gen zu Geodaten sollten sich nach dem Metadaten Standard der ISO 19100 Reihe richten ISO DIS 19115 Metadaten zu Simulationsmodellen nach dem Content Standard for Compulational Models Die Schnittstellendefinition sowie die Datenstruktur orientiert sich an den Spezifikationen der OpenGIS Service Architecture ISO DIS 19119 Die Datenzugriffskomponente greift auf die Daten innerhalb der Datenbasis zu Die Datenbasis besteht aus einem Datenbanksystem das eine verwaltete Datenspeicherung zul sst und kann durch eine lose Sammlung von Dateien er g nzt werden Die Integration der Dateie
220. erverwendbarkeit der Ressourcen zu erh hen und Assessment Ergebnisse besser nachvollziehbar und vergleichbar zu machen w re die Ein f hrung eines definierten einheitlichen und bei der IANA registrierten Na mensraumes f r diese Interessensgemeinschaft sicherlich erstrebenswert Die 18Die offizielle Liste der Schemata wird unter http www iana org assignments uri schemes ver ffentlicht 19Die offizielle Liste der Namensr ume wird unter http www iana org assignments urn namespaces ver ffentlicht 6 3 KOMPONENTEN REALISIERUNG 177 f r eine formale Registrierung notwendige Koordination unterschiedlicher In teressensschwerpunkte ist allerdings sehr aufwendig Ein formal bei der IANA registrierter Namensraum f r SISA Ressourcen ist daher vorerst nicht zu er warten F r solche F lle wurden in den Spezifikationen der URN so genannte experimentelle Namensr ume eingef hrt F r die Bezeichnung dieser nicht bei der IANA registrierten Namensr ume wird die folgende Form vorgeschrieben x lt NID gt NID steht hier wieder f r Namespace Identifier also f r die Bezeichnung des Namensraumes Bezeichnungen dieser Art sind f r interne oder eingeschr nkte experimentelle Kontexte gedacht f r die im Gegensatz zu den formell regis trierten URNs keine Vorkehrungen zur Vermeidung von Kollisionen mit anderen Namensr umen getroffen werden Daigle u a 2002 F r die Bezeichnung von SISA Re
221. es Datensatzes Mittels welcher Metadaten Elemente diese Fragen zu beantworten sind legt Kottmann 1999c nicht fest die Elemente sollten aus Gr nden der Inter operabilit t und der breiten Anwendbarkeit aber kompatibel zu Metadaten Standards sein Abgesehen von der Frage nach dem wo also den r umlichen Aspekten sollten die oben genannten Fragen nicht nur f r Geodaten sondern f r alle Ressourcen eines SISA s Abb 4 2 Seite 76 beantwortet werden k nnen Hier stellt sich die Frage nach den Metadaten Elementen die zur Beschreibung einer Ressource verwendet werden sollten Im Folgenden werden wichtige Metadaten Standards kurz beschrieben 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 109 Metadaten f r Geodatens tze ISO DIS 19115 Das OGC bezieht sich bei den Metadaten f r geor umliche Daten auf die Doku mente der ISO genauer auf die Arbeiten des technischen Ausschusses f r geo graphische Informationen der ISO ISO TC 211 s Seite 42 Aus diesem Grund beinhaltet Topic 11 der OpenGIS Abstract Specifications Kottmann 2001 das sich mit der Spezifikation von Metadaten besch ftigt den ISO Standard ISO DIS 19115 ISO DIS 19115 definiert die Metadaten Elemente in einem data dictiona ry das insgesamt 409 Eintr ge enth lt Die Metadaten Elemente werden zu Entit ten verbunden welche dann in thematisch getrennten Paketen Ab schnitte im Data Dictionary verwendet werden Eine bersicht der insgesamt 15 definierten Pa
222. es Katalogmanagers Abb 5 6 Seite 107 Erkl rungen zu den Informationen die f r die einzelnen Kataloge zu speichern sind finden sich in den Abs tzen zur Daten Spezifikation 5 2 3 3 Daten Spezifikation Zur Erf llung der SISA Anforderungen m ssen einige Daten innerhalb des Sys tems verwaltet und vorgehalten werden Einige der Klassen f r die Informa tionen gespeichert werden m ssen wurden bereits bei der Systemdefinition in Unterabschnitt 4 2 5 Seite 84 identifiziert und in Abb 4 4 Seite 85 darge stellt Demnach sind Attribute zu den folgenden Klassen zu spezifizieren Person Organisation Projekt Simulationsstudie Simulationslauf Szenario ber sicht ISO DIS 19115 Rollen Projekte 122 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG Zur Steigerung der Nachvollziehbarkeit von Assessments werden iiber diese Klassen hinaus zwei weitere Klassen definiert Die erste Klasse orientiert sich am so genannten Service Organizer Folder Percivall 2002 und erlaubt die Dokumentation von Arbeitsschritten die zur L sung einer bestimmten Aufgabe notwendig sind Die zweite Klasse dient zur Speicherung einfacher Notizen die verwendet werden k nnen um ein Assessment oder einzelne Ressourcen mit Anmerkungen zu versehen Die entsprechenden Klassennamen sind e Arbeitsschritt e Anmerkung Die folgenden Abs tze spezifizieren die Attribute der aufgef hrten Klassen Personen und Organisationen Die ber Personen und Orga
223. explizit ber cksichtigt werden soll prim rer Raumbezug sind die polygonbezogenen Daten in rasterbasierte zu berf hren Die anderen angef hrten Formate sind direkt bei der Konzeption der Implementierung der Datenzugriffskomponente zu ber cksichtigen Bereits bei der prototypischen Implementierung der SISA Architekturkon zepte sollte die Anforderung an das Verbrauchsverhalten ber cksichtigt werden s Qualit tsziel Bestimmung Unterabschnitt 4 2 8 Seite 89 Einfache und ef fiziente L sungen sind evtl technisch sch neren L sungen vorzuziehen um die Wiederverwendbarkeit der Software zu erh hen Bei der Betrachtung des Ver brauchsverhaltens spielt neben technologischen Gesichtspunkten auch die ver wendete Software bzw Middleware eine Rolle Da das GLASS Modell evtl an Dritte weitergegeben werden soll z B an die russischen Projektpartner der R GLASS Studie sollte auf den Einsatz kostenintensiver Programme m glichst verzichtet und die Verwendung frei verf gbarer Software bevorzugt werden 6 2 Komponenten bersicht Im Rahmen des GLASS Projektes wurden die zentralen Konzepte der SISA Architektur getestet Die Implementierung erfolgte prototypisch f r ausgew hl te Modellteile und Datens tze F r einige Teilmodelle von GLASS die Stress modelle und das Sicherheitsmodell sowie WaterGAP wurde die Schnittstel le implementiert die f r die Simulationssystem Komponente definiert wurde Operationen init und run Auf
224. ezeichen WZ USF SR GLASS Deutsch Englisc S phpMyAdmin 2 2 Durchsuchen amp O7 D Dokument Done 0 29 Sek Insertto DB Create XML Text Write XML File B A GB Dokument Done 0 29 Sek Abbildung 6 10 Web Seite zur Erfassung der Metadaten nach dem Dublin Core Metadata Element Set Ausschnitt des oberen und unteren Teils der Ein gabemaske Die Eingabe des Titels und einer URN ist obligatorisch f r jede Ressource Sofern es sich bei der beschriebenen Ressource nicht um eine ab strakte Ressource handelt s Seite 74 muss zus tzlich der URL angegeben werden z B file meineRessource txt Die Seite bietet zwei grunds tzlich unterschiedliche M glichkeiten der Metadaten Speicherung 1 die direkte Ein tragung der Metadaten in die Datenbank der Katalogkomponente und 2 die Speicherung in einer XML RDF Datei der Metadaten Sammler auch noch die M glichkeit den URL der Ressource im file Schema s o automatisch den Metadaten hinzuzuf gen 6 3 2 4 Metadaten Sammler Die dezentrale Erfassung und Speicherung der Metadaten innerhalb der XML Samm Dateien hat den Vorteil dass die Metadaten genau dort liegen wo auch die 8 Ressourcen selbst gespeichert sind Damit alle Metadaten aber auch zentral Prinzip Umset zung Aktuali sierung Integra tion Style sheet 182 KAPITEL 6 REALISIERUNG eingesehen werden k nnen m ssen die Einzelinformationen gesammelt und in
225. f r die verwaltete Speicherung von Assessment Daten vgl System Daten Un terkapitel 4 2 5 Seite 84 Zur Verwaltung der Daten bietet die Komponente in ihrer Schnittstelle IDBSystem Operationen zum Einf gen Modifizieren Abfragen und L schen von Datens tzen Die Komponente kann ber ein eigen st ndiges Datenbank Managementsystem oder einen Geodaten Server realisiert werden Die Datenzugriffskomponente Data Access ist f r den lesenden und schrei benden Zugriff auf Daten verantwortlich sowie f r die Transformation zwischen verschiedenen Datenformaten Die Komponente erlaubt einen transparenten Zugriff sowohl auf die Daten im Datenbanksystem als auch auf die Daten die in den Dateien der Datenbasis gespeichert sind Um einen transparenten Datenzugriff zu gew hrleisten muss die Datenzugriffskomponente die gleiche Schnittstelle implementieren wie das Datenbanksystem IDBSystem Werden Daten in einem anderen als dem gespeicherten Format angefordert bernimmt die Komponente automatisch die Umformatierung F r die automatische Um wandlung sind entsprechende Transformationsfunktionen in der Komponente bereitzustellen Die zur Transformation von Formaten verwendeten Funktio nen sollten ber eine gesonderte Schnittstelle IDataTransform auch expli 151 5 3 GESAMTARCHITEKTUR SSa00e ULI sid sad walshg Din e soneg A a Soen Bussa2oid S yde boag saBe
226. festlegt in dem sich die Datei befindet Unter Verwendung der SISA Komponenten wird zum Lesen des Datensatzes zun chst dessen URN vom Si mulationsmanager erfragt 10 Dem Simulationslaufmanager muss hierzu der 2Der Konstruktor der Klasse ist nicht ffentlich und kann nur indirekt ber die Methode instance aufgerufen werden D 4 SIMULATIONSEINSTELLUNGEN UND DATENZUGRIFF 253 Modellname URN des verwendeten WaterGAP Modells der aktuelle Simu lationslaufname ebenfalls ein URN und der Name der Einstellung dsCorrec tionFactor bergeben werden sowie eine Variable zur R ckgabe des Einstel lungswertes der Einstellungswert ist wiederum ein URN der den zu lesenden Datensatz eindeutig identifiziert Das Lesen des Datensatzes erfolgt dann unter Angabe dieses URNs und des gew nschten Formates SISA_DS_IMG22UNF0 ber den Datenzugriffs Server bzw die Klasse SISA_dataAccessClient 11 Der folgende Quelltext zeigt einen Auszug aus der XML Datei mit den Simulationslauf Spezifikationen lt xml version 1 0 encoding UTF 8 gt lt DOCTYPE simulationSpecifications SYSTEM SimulationParameter dtd gt 1 lt simulationSpecifications gt lt simulationSpecification simRunlId urn x wzusf ares run SisaTest V1 0 na na gt 2 lt modelSettings simulationModelld urn x wzusf sw mod WaterGAP V2 1e exe li hd gt 3 lt simulationStartYear gt 1961 lt simulationStartYear gt 4 lt simulationEndYear gt 1990 lt simulation
227. ft und konsis tent gespeichert werden und sollten einfach zu verwalten und abzufragen sein Dar ber hinaus muss die Dokumentationskomponente je nach Nutzer unter schiedliche Sichten auf die Daten bereitstellen Um allen Beteiligten an einem Assessment einen einfachen Zugang zu aktuellen Informationen zu bieten soll ten die Daten ber ein Netzwerk z B das Internet abrufbar sein Aufgrund der Anforderungen an die Datenhaltung und Datennutzung bie tet sich die Verwendung eines Datenbanksystems an Im Rahmen des GLASS Projektes wurde das Datenbank Managementsystem DBMS MySQL der schwedischen Firma MySQL AB eingesetzt MySQL ist ein Open Source Produkt im Sinne der GNU General Public License und besitzt damit den Vorteil dass keine Lizenzgeb hren anfallen Das fertige System kann somit auch ohne Probleme an andere Organisationen weitergegeben werden Dar ber hin aus ist MySQL im Gegensatz zu sehr umfangreichen kommerziellen Systemen wie ORACLE oder IBM DB2 relativ einfach zu installieren und zu warten und bietet eine Vielzahl von Programmierschnittstellen u a f r die Sprachen C C JAVA Perl und PHP Einige Leistungsmerkmale von DBMS werden von MySQL zwar noch nicht unterst tzt Transaktionen Stored Procedures Startseite im Internet http www mysql com 6Startseite im Internet http www gnu org licenses Daten s tze ber sicht Daten Anforde rung DBS MySQL Tabellen Beispiel S
228. ftsministerium dem Verteidigungsministerium und der Um weltschutzbeh rde der in Kooperation mit anderen Organisationen f r die Entwicklung der nationalen r umlichen Dateninfrastruktur National Spatial Data Infrastructure NSDI zust ndig ist KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG 112 LONEOIUNUNNOS uonenodsuen Alnan nS at ansepeysuuunid Dono See EEGEN saystiqnd sioveaypuy OSI 1098 OSI sow nsaauyjediound Axenprpyaouos 910 ypeu Bun poy yRWWODOWIOd soaogupegsdepyaseg Aros eun C Ea apoo Joen Spe Tpunog you Iumo uoneaaja oo ueIpoysn9 apnineTpunogyjnos s mepunoq Ast apoJ SpmBuoTpunogses Boig Suruury apmu3uoqpunogs m xaaa apn ert 3P09 Joynuop j1ydess008 re Joy sprepurys Jeuoneusoyuy T 6 9 OSI yoru unapo Ya popu 19 xouery aweyuonisod uondussaqaiydess009 xq xogsurpunogarydess099 7X4 maat S g N mi i oueyjenpraipur po JK1oaaega do AW Bupooua eent SE amer aweyuonestue31o uondu s q ryde 30 3 xogowydessoo8 sane ra 0161 SL pm yopuamuoa i AaoBoyego1doy mm eis 08171098081 1 9901 Ost wen yovu Sunsapoy vuan S puoayou Stpuaayou Bipuaayou Ee aam Fup suwaq Jop suta suas puru uaprog Jap suta ur UasunIaIpoy ZyWSUdY19Z PT WU Sunsiyny yoru Funzorpo N D pi CIN Auregoiqisuodsoy 19 uoneaynuapreedq CW
229. g Politik und ffent lichkeit 14 Internationales Symposium Informatik f r den Umweltschutz der Gesellschaft f r Informatik GI Bonn 2000 Bd 2 Marburg Metro polis Verlag 2000 S 595 607 URL http www umweltdatenkatalog de publikat pdfs harmonisierterzugang pdf Swoboda u a 1998 SwoBOoDA Walter KRUSE Fred NyHu s Detlev ROUSSELLE Holger Die Neukonzeption des Umweltdatenkataloges In HAA sis Hans Dietrich Hrsg RANZE K C Hrsg Umweltinformatik Oe Vernetzte Strukturen in Informatik Umwelt und Wirtschaft 12 Informa tik f r den Umweltschutz der Gesellschaft f r Informatik GI Bremen 1998 LITERATURVERZEICHNIS 227 Bd 2 Marburg Metropolis Verlag 1998 S 610 620 URL http www umweltdatenkatalog de publikat pdfs NeukonzeptiondesUDK pdf Thomas und Nejmeh 1992 THOMAS Ian NEJMEH Brian A Definiti ons of Tool Integration for Environments In IEEE Software 9 1992 March April Nr 2 S 29 35 Tol und Vellinga 1998 Tor Richard S J VELLINGA Pier The Euro pean Forum on Integrated Environmental Assessment In Environmental Modeling and Assessment 1998 Nr 3 S 181 191 Toth 1995 ToTH Ferenc L Practice and progress in integrated assessment of climate change A workshop overview In Energy Policy 23 1995 Nr 4 5 S 253 267 UN 1992 UNITED NATIONS UN BUNDESMINISTERIUM F R UMWELT NATURSCHUTZ UND REAKTORSICHERHEIT BMU Hrsg Konfere
230. g der Entwicklungsdaten die Data integration Services sind f r die Versions und Konfigurationsverwaltung zust ndig und erlauben einen transparenten Zugriff auf die Entwicklungsdaten die Process management Services sind als Abstrak tionsebene zu den Werkzeugen Tools und als Schicht zwischen Benutzungs schnittstelle und den eigentlichen Werkzeugen zust ndig f r die Verwaltung der Zugriffsm glichkeiten der Anwender die User interface Services stellen ei ne einheitliche Benutzungsschnittstelle f r alle Werkzeuge bereit die Message Services erlauben den Informationsaustausch zwischen den einzelnen Diensten und den zwischen den Werkzeugen Die Problemstellung die zur Entwicklung dieser Architektur gef hrt ha ben der konsistenten Integration von Daten und Programmen vgl Shaw und Garlan 1996 ist vergleichbar mit den Integrationsproblemen die bei integrierten Modellen auftreteten Da das NIST ECMA Referenz Modell zur Entwicklung der Referenz Architektur des Open GIS Konsortiums die in Un terabschnitt 3 2 5 Seite 55 genauer vorgestellt wird herangezogen wurde sei f r weitere Ausf hrungen zum NIST ECMA Modell auf Chen und Norman 1992 verwiesen 3 2 4 Open Distributed Processing Reference Model Die Komponenten eines SISA sollten nicht zwangsl ufig auf einem Host Rech ner laufen m ssen Eine Verteilung des Systems ist bei der Architekturent wicklung daher zu ber cksichtigen Ein verteiltes System stellt beson
231. g neuer Simulationsergebnisse Z60 Zu diesem Zweck sollte das System eine Funktion zum Start neuer Simulationsl ufe bereit stellen F130 Da die Berechnungen von integrierten Simulationsmodellen sehr zeitaufwendig sein k nnen sollte das System jederzeit Informationen ber deren Verlauf liefern k nnen F140 Diese Informationen sollten z B Auf schluss geben ber den Fortschritt der Simulationen und ber m glicherweise aufgetretene Fehler Zur Berechnung neuer Simulationsergebnisse sind umfangreiche Datens tze notwendig Da die Daten oft aus unterschiedlichen Quellen stammen und keine homogene Datenstruktur aufweisen ist eine Integration der Daten in das Sys tem notwendig Die Unterst tzung des Nutzers bei der Datenintegration wird daher ebenfalls als Ziel des SISA aufgenommen Z70 Zur Erf llung dieses Zieles ist zumindest eine Funktion zum Import von Datens tzen in das Sys tem bzw zur Konvertierung von Datens tzen in ein bekanntes Systemformat vorzusehen F150 Aufgrund der Vielf ltigkeit der ben tigten Daten f r ein integriertes Simula tionsmodell m ssen einige Datens tze neu erstellt werden Zur Vorverarbeitung von Daten wird i d R sowohl eigens f r diesen Zweck geschriebene Softwa re Individualsoftware als auch Standardsoftware eingesetzt vgl den Bereich Werkzeug in Abb 4 1 Seite 73 Die genauen Funktionen zur Datenvorverar beitung sind projektabh ngig und k nnen nicht allgemein angegeben
232. g the Object Modelling System OMS for future proof hydrological mo del development and application In Evironmental Modelling and Software submitted 2002 Buschmann u a 1998 BUSCHMANN Frank MEUNIER Regine ROH NERT Hans SOMMERLAD Peter STAL Michael Pattern orientierte Software Architektur Ein Pattern System Bonn Paris u a Addison Wesley Longman 1998 ISBN 3 8273 1282 5 Carson 2000 CARSON George S Spatial standardization In ACM SIG GRAPH Computer Graphics 34 2000 Nr 3 S 38 41 ISSN 0097 8930 Chen und Norman 1992 CHEN Minder NORMAN Ronald J A Framework for Integrated CASE In IEEE Software 9 1992 March April Nr 2 S 18 22 Clark u a 1975 CLARK John COLE Sam CURNOW Ray HOPKINS Mike Global Simulation Models A Comparative Study London New York Sydney Toronto John Wiley amp Sons 1975 ISBN 0 471 15899 2 Cocks u a 1998 Cocks A T RODGERS I R SKEFFINGTON R A WEBB A H The limitations of integrated assessment modelling in deve loping air pollution cotrol policies In Environmental Pollution 102 1998 Nr S1 S 635 639 Cook und Daniels 1994 Cook Steve DANIELS John Designing Object Systems Object Oriented Modelling with Syntropy New York London Toronto Sydney Tokyo Singopore Prentice Hall 1994 Object Oriented Series Cox u a 2003 Cox Simon Hrsg DA sEY Paul Hrsg LAKE Ron Hrsg PORTELE Clemens
233. ge der Katalogeintr ge und der Metadateneintr ge Abbildung 5 7 zeigt die f r die SISA Architektur vorgeschlagenen Klassen f r den Katalog und die Ka talogeintr ge Jeder Katalog erh lt einen Namen und besteht aus den einzel nen Katalogeintr gen F r jede Ressource innerhalb des SISA sollte genau ein Katalog Eintrag existieren der ber den URN identifizierbar ist DataType DataType DataType SISA_CatalogManager SISA_Catalog SISA_CatalogEntry name 1 String resourceld 1 SISA_URN resourceld 1 SISA_URN metadataEntry 0 SISA_MetadataEntry catalogEntry 1 SISA_CatalogEntry accessInfo 1 SISA_AccessInformation Abbildung 5 7 Datenmodell des Katalogs und der Katalogeintr ge F r die Spezifikation der Metadateneintr ge m ssen zun chst die Metada ten Elemente ausgew hlt werden die f r jede SISA Ressource zu erheben sind Spezifikation der Metadaten Ein Katalogeintrag sollte nach Kottmann 1999c auf einer relativ hohen Ab straktionsebene Antworten auf die folgenden sechs Frageworte geben 1 Wo Region der Erde die der Datensatz abdeckt 2 Was thematische Schl sselw rter Ma stab etc des Datensatzes 3 Wer verantwortlicher Ansprechpartner zum Datensatz 4 Wann Datum der Erzeugung des Datensatzes und evtl Datum genutzter Ursprungsdaten 5 Wie Hinweise bez glich des Zugriffs auf den Datensatz 6 Warum Informationen zur beabsichtigten Nutzung d
234. gedr ckt durch Schl sselw rter kodierte Klassifikationen Description Eine Erkl rung des Inhalts der Ressource z B eine Zusam menfassung ein Inhaltsverzeichnis oder eine Referenz auf eine graphische Repr sentation des Inhalts Publisher Eine Entit t die f r die Ver ffentlichung Verf gbarkeit der Ressource verantwortlich ist Contributor Eine Entit t die einen Beitrag zum Inhalt der Ressource ge leistet hat Date Datum eines Ereignisses z B der Erzeugung oder Ver ffent lichung Verf gbarkeit im Lebenszyklus der Ressource Type Die Beschaffenheit oder das Genre des Inhalts der Ressource Beispiele sind Datensatz Dienst Software Format Die physikalische oder digitale Manifestation der Ressource z B Angabe des Medientyps oder einer Formatkennzeich nung Identifier Eine Referenz auf die Ressource die innerhalb eines gegebenen Kontextes eindeutig ist Source Eine Referenz auf eine Ressource von der die vorliegenden Ressource abgeleitet ist Language Die Sprache des geistigen Inhalts der Ressource Relation Eine Referenz auf eine Ressource die mit der vorliegende Res source in Beziehung steht Coverage G ltigkeitsbereich des Inhalts der Ressource z B die r um liche und die zeitliche Abdeckung Rights Informationen ber die Rechte innerhalb oder an der Ressour ce z B Angaben zu Kopierrechten Tabelle 5 7 Die Metadaten Elemente der ISO 15836 Information and docu mentation The Dub
235. gel ein verbal beschriebenes Pflichtenheft ein eher formell beschriebenes Produktmodell und ein Konzept f r die Benutzungsoberfl che beinhaltet Basierend auf den Ergebnissen der Definitionsphase geht es in der Entwurfs Entwurf phase Designphase um die Entwicklung einer softwaretechnischen L sung f r das Software Produkt Das Ergebnis dieser Phase ist die Software Architektur des Systems und die Spezifikation der Systemkomponenten Da diese Phase bei der vorliegenden Arbeit einen Hauptbestandteil ausmacht wird sie im folgen den Unterabschnitt 2 3 2 separat und ausf hrlicher als die anderen Phasen betrachtet 8Entity Relationship Diagramm werden vornehmlich zur Beschreibung permanent zu speichernder Daten und derer Beziehungen untereinander eingesetzt Imple mentie rung Abnah me u Einf h rung Wartung Gesamt prozess 18 KAPITEL 2 GRUNDLAGEN Die in der Entwurfsphase spezifizierten Systemkomponenten werden in der Implementierungsphase durch Programme realisiert Ergebnisse der Implemen tierungsphase sind neben dem ablauff higen Produkt Objektprogramm die Quellprogramme inklusive integrierter Dokumentation und Testplanungen mit zugeh rigen Testprotokollen Innerhalb der Abnahme und Einf hrungsphase geschieht die bergabe des Gesamtprodukts alle Produkte und Teilprodukte der vorausgegangenen Pha sen an den Auftraggeber die in der Regel auch mit einem Abnahmetest einher geht Das Ergebnis der Abna
236. gen die Ergebnisse noch nicht vor wird die Operation zur Generierung der Datens tze aufgerufen 4 Der folgende Quelltext ist ebenfalls ein Ausschnitt aus dem Sicherheitsmo dell und zeigt den Umgang mit dem Simulationsmodell Manager get reference to model manager IamModelManager modelManager IamModelManager instance 1 get references to co operating simulation models If required models are not yet registered create and register them population profile model _populationProfileModel GlsPopulationProfileModel modelManager gt getModelReference PopulationProfileModel 2 if _populationProfileModel _populationProfileModel new GlsPopulationProfileModel 3 modelManager gt registerModel PopulationProfileModel 4 _populationProfileModel 3Die init Operationen werden automatisch aufgerufen und sind daher im Quelltext nicht aufgef hrt 256 ANHANG D PROGRAMM QUELLTEXTE I food stress model 5 if _foodSecurityAnalysis _foodStressModel GlsFoodStressModel modelManager gt getModelReference FoodStressMode1 if _foodStressModel _foodStressModel new GlsFoodStressModel modelManager gt registerModel FoodStressModel _foodStressMode1 water stress model check whether model results for water and food stress are already available for the specified simulation run If not create data sets food
237. globalen Wandels an Inte grierte Modelle werden entweder durch die Kopplung existierender sektoraler Modelle erstellt oder durch die Neukonstruktion einfacherer und konsistenterer Modelle Bei der Kopplung sektoraler Modelle bildet jedes Modell einen Teil der Ursache Wirkungs Kette ab w hrend die einfacheren Modelle die Ursache Wirkungs Kette von Anfang bis Ende abbilden und evtl sogar R ckkopplungen implementieren Parson 1995 Es gibt aber auch komplexe integrierte Model le bei denen R ckkopplungen realisiert sind z B das Modell IMAGE2 s Alcamo u a 1998b Integrierte Modelle bilden den grundlegenden Bestandteil der in dieser Ar beit betrachteten Software Systeme Informationen zum Stand der Technik und den Charakteristiken dieser Modelle finden sich in Abschnitt 3 1 ab Seite 25 Simulation gaming 5 Teilnehmer des participatory integrated assessment sind z B Wissenschaftler Politiker und andere Entscheidungstr ger bzw Interessierte Tol und Vellinga 1998 Def Metho den Simula tion Simula tions studie Prob lem analyse Modell bildung Datener hebung Pro gramm erstel lung 14 KAPITEL 2 GRUNDLAGEN 2 2 Modellierung Das simulationsbasierte integrierte Assessment basiert auf Ergebnissen von be rechenbaren Modellen Simulationsmodellen der Umwelt Die Erstellung und Nutzung von Simulationsmodellen geschieht in mehreren Schritten Steinhau sen 1994 schl gt zur D
238. h direkt den drei Kategorien discovery geoda ta access other data access zuordnen lassen werden bei Kottmann 1999c zu s tzliche Funktionen aufgef hrt die f r alle oder mehrere Dienste wichtig sind Die Liste enth lt u a Funktionen zur Bearbeitung von Objekt Ansammlungen collections und zur Behandlung umfangreicher Anfrage Ergebnisse sowie ei nen Eintrag der die Transformation von Daten betrifft Funktionen zur Da ten Transformation k nnen notwendig werden wenn die Nutzer gespeicherte access services Daten transfor mation 104 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG Daten in einem Format ben tigen das von den geodata discovery services oder den geodata access services nicht angeboten wird Als Beispiele f r Datentrans formationen werden angef hrt e Konvertierungen des Datenformats sowohl bez glich der Werte als auch der Namen von Datenelementen e Transformation r umlicher Koordinaten e semantische Transformation von Datenelementen W hrend zur Umsetzung der ersten beiden Punkte bereits Vorschl ge der OGC existieren s z B Kottmann 1999d wird die semantische Transformati on also die Umformung der Bedeutung von Daten aufgrund ihrer Komplexit t noch nicht durch OGC Spezifikationen beschrieben Zur Realisierung der Datentransformation wird der Weg ber eine Schnitt stellen Software nach Abbildung 5 5 vorgeschlagen Die Schnittstellen Software oder Middleware ist f r alle Datentransformation
239. h im Text Quelle Kottmann 2001 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 111 Abbildung 5 8 Seite 112 zeigt alle Datenelemente der Kern Metadaten die f r einen Datensatz zwingend ausgef llt werden m ssen Bereits die Einschr n kung auf die zwingenden Elemente zeigt die vielf ltigen Verkn pfungen der in ISO DIS 19115 definierten Klassen Elemente und Kodierungsspezifikationen Die Beschreibung des Themas des Datensatzes Element topicCategory muss beispielsweise unter Verwendung der genormten Kodierungsliste erfolgen die Sprache muss nach ISO 693 2 kodiert werden und die Kodierung des Daten satzes selbst sollte m glichst nach ISO 10646 1 erfolgen Die vielf ltigen Abh ngigkeiten und Spezifikationen machen die Metadaten auf der einen Seite sehr gut austauschbar und abfragbar d h sehr interopera bel Die Metadaten f r geor umliche Ressourcen sollten daher sofern m glich gem ISO DIS 19115 erfasst werden Auf der anderen Seite ist die Implemen tierung und Erhebung der Metadaten recht aufwendig Die Implementierung des Standards ist auch aufgrund der hohen Anzahl m glicher Datenelemen te sehr arbeitsintensiv und kann nur bei entsprechend vorhandenen personel len Ressourcen gew hrleistet werden Aus diesem Grund sollte ein alternativer und weniger komplexer Satz an Metadaten Elementen an die Seite des ISO Standards gestellt werden der mit weniger Aufwand implementiert und erfasst werden kann Ein solcher Standard ist z B
240. hen den einzelnen Formaten innerhalb der Datenzugriffskomponente sollten aus Gr nden der Erweiterbar keit und Flexibilit t modular aufgebaut sein Shaw und Garlan 1996 schla gen hierzu das Prinzip der Mediatoren vor ZP Die Schicht zwischen Nutzer Funktionen und Datenbasis besteht hiernach aus einzelnen Mediatoren die f r den Zugriff auf verschiedene Datenquellen zust ndig sind Abbildung 6 16 Sei te 192 verdeutlicht dieses Prinzip in graphischer Form Im Rahmen der GLASS Entwicklung wurden Mediatoren f r die wichtigs ten Datenformate realisiert Ein besonderer Schwerpunkt lag dabei auf der In tegration des propriet ren Datenformats des Modells IMAGE2 2 das auch im WaterGAP Modell verwendet wird Bei diesem Format handelt es sich um ein unformatiertes Bin rformat Abk rzung UNF f r vier verschiedene Daten typen Ganzzahlen in 8 Bit 16 Bit und 32 Bit Darstellung abgek rzt UNF1 UNF2 UNF4 sowie Flie kommazahlen in 32 Bit Darstellung UNFO Ein Da tensatz im UNF Format von IMAGE2 2 besteht aus insgesamt 66896 Werten Jeder Wert repr sentiert dabei einen Teil der gesamten Landoberfl che der Er de genauer eine 0 5 geographischer L nge 0 5 geographischer Breite gro e Rasterzelle Die Georeferenzierung der Zellen also die Zuordnung einer eindeu tigen Position auf der Erdoberfl che f r jede Zelle geschieht ber die Angabe von Zeilen 1 720 und Spalten 1 360 die in zwei weiteren Datens tzen ge sp
241. hmen der integrierten Modellierung entwickelt wurden Dar ber hinaus werden einige Standards angesprochen deren Ber cksichtigung die Interoperabilit t integrierter Modelle steigern kann Die Basis f r die Entwicklung eines Software Systems ist die Definition der Ziele und Leistungen sowie der gew nschten Qualit tsmerkmale des Systems Die Systemdefinition in Kapitel 4 Seite 69 beginnt mit einer objektorientierte Analyse eines integrierten Modells und dessen Systemumgebung Das daraus resultierende Objekt Modell dient dem besseren Verst ndnis der Gesamtzusam menh nge eines simulationsbasierten Assessments und der Einordnung und De finition wichtiger Begrifflichkeiten Anschlie end folgt eine Anforderungsdefini tion in der u a die grundlegenden Ziele und Funktionen eines Systems zum integrierten simulationsbasierten Assessment aufgef hrt werden Aufbauend auf der Systemdefinition wird in Kapitel 5 Seite 95 eine Soft ware Architektur f r das spezifizierte System entwickelt Das Gesamtsystem wird hier in einzelne Komponenten gegliedert wobei die einzelnen Komponen ten eine definierte Zust ndigkeit innerhalb des Gesamtsystems erhalten Neben der Festlegung der Verantwortlichkeit der Komponenten werden wichtige Da tenstrukturen der Komponenten definiert sowie die Schnittstellen ber die sie miteinander verbunden sind Die sich aus den einzelnen Komponenten und de 1 3 STRUKTUR DER ARBEIT 5 ren Zusammenspiel ergebenden statische
242. hmephase ist ein Abnahmeprotokoll in dem die Tests und Ergebnisse dokumentiert werden W hrend der Einf hrungsphase wird das Produkt beim Auftraggeber installiert die Benutzer werden geschult und das Produkt wird in Betrieb genommen Die Ergebnisse dieses Schrittes werden im Einf hrungsprotokoll festgehalten Ab diesem Zeitpunkt unterliegt das Produkt der Wartung und Pflege In die Wartungs und Pflegephase f llt die Lokalisierung von Restfehlern die Optimierung des Produkts sowie das Vornehmen von Anpassungen nde rungen und Erweiterungen Der Gesamtprozess der Software Entwicklung ist eingebettet in die Aktivi t ten des Software Managements und der Qualit tssicherung auf die hier nicht eingegangen wird und f r die an dieser Stelle z B auf Balzert 1998 verwie sen wird Die zu ber cksichtigenden Anforderungen bei der Entwicklung der Software Architektur sind aufgrund der Relevanz f r die vorliegende Arbeit ebenfalls im folgenden Unterabschnitt genauer aufgef hrt 2 3 2 Software Architektur Der Architektur Begriff Ziel der Entwurfsphase ist wie im vorigen Abschnitt bereits erw hnt die Ent wicklung einer Software Architektur Trotz der Wichtigkeit der Architektur in der Software Entwicklung wird der Begriff in der Literatur unterschiedlich und oft nur vage definiert Foegen und Battenfeld 2001 Oestereich 1998 bezeich net beispielsweise die Spezifikation der grundlegenden Struktur eines Systems als Architektur Nach B
243. hnittstelle aufgenommen s Abb 5 27 Damit ein Metadaten Sammler auch Zugriff auf die Metadaten hat die di rekt im Datenbanksystem gespeichert sind bietet die Komponente ber eine zus tzliche Schnittstelle IDBDiscovery eine weiter Operation zur Abfrage von Datens tzen query IDBSystem o Database System IDBDiscovery 0 interface interface IDBSystem IDBDiscovery retrieveDataset query addDataset removeDataset modifyDataset checkDatasetStatus modifyDatasetStatus getDatasetStatus Abbildung 5 26 Schnittstelle des Datenbanksystems Erkl rungen finden sich im Text Datenzugriffskomponente Die Datenzugriffskomponente kann als Middleware zwischen der Datenbasis und den anderen Komponenten angesehen werden vgl Abb 5 5 Seite 104 Zur Gew hrleistung eines transparenten Datenzugriffs bietet sie daher Kott mann 1999c folgend die gleiche Schnittstelle zur Datenhaltung an wie das Da tenbanksystem IDBSystem Die Operation zur Format Transformation eines Datensatzes transformDataset wird in einer zus tzlichen Schnittstelle IDa taTransform angeboten s Abb 5 27 138 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG IDBSystem o Data Access IDataTransform 0 interface IDataTransform transformDataset getFormatinfo Abbildung 5 27 Schnittstelle der Datenzugriffskomponente Erkl
244. hrei bung der Regionengrenzen D90 ist ebenso notwendig wie ein Raster Da tensatz D100 der die Regionen in der Fl che darstellt Mit der Darstellung der Regionenfl che verbunden ist ein weiterer grundlegender Datensatz die Landmaske D110 Die Landmaske die abh ngig ist von der geographischen Aufl sung des Assessments legt fest f r welche Teile der Erde landbezogene Berechnungen durchzuf hren sind Untersuchungen im Rahmen des globalen Wandels ben tigen dar ber hinaus i d R Klimadaten D120 Die aufgef hrten Daten stellen wie bereits angemerkt lediglich eine Grundausstattung dar Die tats chlich zu speichernden Daten sind abh ngig Il Eine Region kann sowohl ein Land als auch ein Teil eines Landes oder eine Zusammen setzung mehrerer L nder sein Grund lagen zeitliche Anforde rung Simula tions dauer Daten aufl sung u ab deckung 88 KAPITEL 4 SYSTEMDEFINITION vom konkreten Systemziel des SISA Eine bersicht der vorzuhaltenden Daten ist in Tab 4 4 zu finden Bezeichnung der Datens tze Kennzeichnung Kurzinformationen ber Personen Organisationen D10 Kurzinformationen ber abstrakte Ressourcen D20 Metadaten zu Ressourcen D30 Glossar Eintr ge D40 Konfigurationsdaten D50 grundlegende Assessment Daten D60 D120 Tabelle 4 4 bersicht der grundlegenden Datenbest nde des Systems zum si mulationsbasierten in
245. ht ber C realisierten Teilmodelle die Funktionalit t verwenden k nnen 6 3 3 Simulationssystem 6 3 3 1 Modellteile Die Simulationssystem Komponente ist verantwortlich f r die Berechnung Speicherung und Weitergabe von Simulationsergebnissen Zur Erf llung die ser Aufgaben wurden in Unterabschnitt 5 2 5 Seite 131 zwei Schnittstellen zusammenfassende Darstellung der Standard Programme unter Unix findet sich bei Herold 1999a ausf hrlichere Informationen hierzu geben Gulbins und Obermayr 1995 22 Getestet wurde der Harvester f r MS Windows Rechner unter Cygwin einer Linux hnlichen Umgebung die unter http www cygwin com kostenfrei zur Verf gung gestellt wird 3Unter Unix k nnen regelm ig zu startende Programme in eine Tabelle crontab auf genommen werden F r den Start dieser Programme sorgt der so genannte cron Prozess des Systems s z B Welsh u a 2000 24Die Spezifikation des DOM ist als Recommendation auf den Internet Seiten des W3C zu finden http www w3 org DOM DOMTR Daten bank Bezie hungen Klasse Basis Klasse 184 KAPITEL 6 REALISIERUNG Ahttp www usf uni kassel de grid meta repository xml Microsoft Internet Explorer Datei Bearbeiten Ansicht Eavoriten Extras 2 Adresse Enh pf eww usf uni kassel de grid meta reposi mi et 2 A395 33H title Will Climate Change Affect Food and Water Security in Russia creator
246. htige Datens tze ausgew hlt die als Grundlage f r jedes SISA dienen sollen Auswahl der Assessment Daten Modelle zum integrierten Assessment sind oft nach dem so genannten DPSIR Prinzip aufgebaut die Abbildung der Wirkungskette eines betrachteten Pro blems beginnt mit den treibenden Faktoren Driving forces die dann zu einem bestimmten Druck Pressure auf das System und einem bestimmten Zustand State innerhalb des Systems f hren Dieser Zustand f hrt dann zu verschiede nen Auswirkungen Impacts auf die mit bestimmten Antworten Responses reagiert wird N heres zu diesem Prinzip findet sich z B in Peirce 1998 und Luiten 1999 Um die Konsistenz und Vergleichbarkeit der Ergebnisse unterschiedlicher Studien und Projekte zu erm glichen sollten die treibenden Faktoren d h die exogenen Einflussfaktoren bzw Modellumweltdaten m glichst unabh n gig vom konkreten Projekt sein Zu den grundlegenden Daten die f r vie le Assessments ben tigt werden geh ren Angaben ber die konomischen und demographischen Zust nde und Entwicklungen von Regionen Daten ber die Einwohnerzahl von Regionen D60 und das oft als Indikator benutzte Brutto Sozialprodukt pro Einwohner D70 sollten daher zu den grundlegen den Assessment Daten eines SISA geh ren Eine Liste vorhandener Regionen D80 muss ebenso vorhanden sein wie Geo Datens tze die die Regionen voneinander abgrenzen ein hoch aufgel ster Vektor Datensatz zur Besc
247. ic model information management services feature access service map access service coverage access service coverage access service sensor sensor description service product access service feature type servcie catalogue servcie registry servcie gazetteer service order handling service standing order service geographic workflow task management services chain definition service workslow enactment service subscription service geographic communication services encoding service transfer service geographic compression service geographic format conversion service messaging service remote file and executable management geographic system management services no services have been identified Tabelle C 1 Beipieldienste der ISO DIS 19119 Taxonomie Teil I C 1 BERSICHTEN 239 Dienste Taxonomie der ISO DIS 19119 Teil II Taxonomie Klasse Beispiel geographic processing services spatial coordinate conversion service coordinate transformation service coveratge vector conversion service image coordinate conversion service rectification service sensor geometry model adjustment service image geometry model conversion service subsetting service sampling service tiling change service dimension measurement service feature manipulation service feature matching service feature generalization service route determination service positioning service proximity analysis servcie
248. ices sowie die Spezifikationen von Metadaten die das OGC im Mai 2001 von der ISO ISO DIS 19115 bernahm wird im Abschnitt 5 2 1 Sei te 96 n her eingegangen Eine bersicht ber die Abh ngigkeiten der OGC Spezifikationen untereinander findet sich ebenfalls im Anhang Abb C 1 Sei te 237 Die Akzeptanz und Anwendbarkeit der OGC Spezifikationen zeigt sich so wohl im wissenschaftlichen Bereich im Rahmen der Umweltinformatik z B bei Voges 2001 Senkler 2001 und Fitzke und M ller 2000 als auch im kommerziellen Bereich z B durch die Umsetzung von OGC Spezifikationen innerhalb des Produkts ArcGIS der Firma ESRI Weitere Organisationen Neben den angef hrten Organisationen gibt es weitere wie die Simulation In teroperability Standards Organization SISO und die Object Management Group OMG deren Arbeiten bei der Entwicklung eines SISA ebenfalls zu Rate gezogen werden k nnen Einige internationale Normen werden vom Deut schen Institut f r Normung DIN in die deutsche Sprache bersetzt und in die eigene Normenreihe aufgenommen Sofern Internet Technologien f r die Realisierung eines SISA eingesetzt wer den sollten sind die Ver ffentlichungen der Internet Engineering Task Force IETF von besonderer Bedeutung Die IETF ist ein internationaler und of fener Verbund aus Netzwerk Entwicklern Betreibern Anwendern und Wis senschaftlern die sich mit der Entwicklung der Internet Architektur und deren
249. ich wie bereits das Modell der Kompo nente zur Geodatenverarbeitung an den eingesetzten Klassen der Datenzu griffskomponente orientieren und soweit m glich Standards ber cksichtigen 5 2 9 Aufgabensteuerung 5 2 9 1 Komponenten Abgrenzung Die einzelnen Komponenten der SISA Architektur stellen in ihren Schnittstel len grunds tzlich wieder verwendbare Operationen bereit Die Operationen der Komponente zur Geodatenverarbeitung stehen beispielsweise nicht nur dem Si mulationssystem zur Verf gung sondern auch allen anderen Komponenten und anderen Systemen Bei der Vorverarbeitung und Nachbearbeitung von Daten k nnen SISA Betreiber und Modellentwickler daher ebenfalls diese Dienste in Anspruch nehmen Um die Nutzung der Dienste zu vereinfachen sollte das SI SA daher Funktionen zum Aufruf und zur Kontrolle von Diensten bereitstellen 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 143 Die Aufgabensteuerung ist somit verantwortlich f r den programmgesteuerten Aufruf anderer Dienste des SISA 5 2 9 2 Dienst Spezifikation Eine Vielzahl von Aufgaben wird nicht durch den Aufruf nur eines Dienstes zu l sen sein zur Konvertierung eines Datensatzes kann beispielsweise eine r um liche und eine thematische Verarbeitung notwendig sein Dienste sollten also verkettet und als Ganzes aufgerufen werden k nnen In der ISO DIS 19119 Percivall 2002 wird bei der Verkettung von Diensten vgl Seite 57 Unterab schnitt 3 2 5 unterschieden zwischen nutzerd
250. ie Modelle von Grund auf neu zu entwickeln Rizzoli und Davis 1999 Dieser Weg der Software Entwicklung ist weder zeitgem noch gen gt er den gestiegenen 1 2 RAHMEN UND ZIEL DER ARBEIT 3 Anforderungen integrierter Modelle und bedarf daher einer richtungsweisenden Korrektur 1 2 Rahmen und Ziel der Arbeit Um die Komplexit t und die damit einhergehenden Probleme integrierter Mo delle in den Griff zu bekommen werden Prinzipien und Methoden der Software Technik angewendet Da die Qualit t gro er Software Systeme mit deren Ar chitektur steht und f llt Foegen und Battenfeld 2001 ist das grundlegend anzuwendende Prinzip das der Modularisierung ein integriertes Modell muss also in seine grundlegenden Module Komponenten zerlegt werden Die grund legenden Komponenten ergeben zusammen mit einer Definition der Verant wortlichkeiten der einzelnen Komponenten im Gesamtsystem und einer Spe zifikation der Schnittstellen ber die die Komponenten angesprochen werden die Software Architektur Ziel der Arbeit ist eine allgemein anwendbare Software Architektur f r Sys teme zum integrierten simulationsbasierten Assessment die die Wiederbenutz barkeit und Wiederbenutzung von Modellen Modellteilen Daten und ande ren notwendigen Betriebsmitteln unterst tzt die Zusammenarbeit mit anderen Programmen beg nstigt und die Qualit t der Ergebnisse sichern hilft Um dieses Ziel zu erreichen stellen sich unter der Annahme dass si
251. ie Einteilung in die sechs Gruppen sollte es Entwicklern erm glichen nur die f r sie relevanten Dienste zu implementieren und die anderen ignorieren zu k nnen Kuhl u a 1999 Die grundlegenden statischen und dynamischen Prinzipien der HLA werden in den Abbildungen 3 6 Seite 50 und 3 7 Seite 51 noch einmal zusammen fassend dargestellt Neben den drei Standards zur Beschreibung des allgemeinen Rahmens IE EE 2000a der Schnittstellen IEEE 2000b und der Modell Beschreibungs sprache IEEE 2000c enth lt die Standard Serie IEEE 1516 noch ein Doku ment das einen Entwicklungsprozess beinhaltet der f r die Erstellung HLA konformer Simulationsmodelle empfohlen wird IEEE 2003 Die HLA ist eine Architektur und stellt damit lediglich die Prinzipien bereit die zur Erh hung der Interoperabilit t von Simulationsmodellen beitr gt Um diese Prinzipien einzusetzen ist es notwendig die RTT zu implementieren Bis September 2002 stellte das Defense Modeling and Simulation Office DMSO der USA eine Implementierung kostenfrei zur Verf gung Seither wird auf kommerzielle Implementierungen der RTI verwiesen Eine Liste aktueller RTI Software die derzeit f r die Programmiersprachen C und JAVA verf gbar ist ist auf den Internet Seiten des DMSO zu finden 45Standardm ig sind Federates weder time regulated noch time constrained Sofern keine nderungen vorgenommen werden machen die Federates keinen Gebrauch von den Z
252. iebsmitteln Das SISA stellt an beide Teilmerkmale der Effizienz das Zeitverhalten und das Verbrauchsverhal ten besondere Anforderungen Die Durchf hrung von Simulationen also die Berechnung neuer Modellergebnisse mit Hilfe des Simulationsmodells fordert sehr komplexe Berechnungen Das Zeitverhalten spielt hier eine besondere Rolle und wurde daher auch als explizite Leistungsanforderung L10 im Kapitel 4 2 6 Seite 88 aufgef hrt Die geforderte Qualit t des SISA insbesondere des Simulationsmodells hinsichtlich des Zeitverhaltens wird daher auf gut gesetzt Das Teilmerkmal des Verbrauchsverhaltens dient der Beschreibung des Auf wandes an Betriebsmitteln Diese Betriebsmittel k nnen sowohl andere Soft ware Produkte Hardware Einrichtungen und Materialien wie Druckerpapier oder Disketten als auch Dienstleistungen von Bedienungs Wartungs oder Unterst tzungspersonal einschlie en DIN 1994 An dieser Stelle ist eine Ab w gung zu machen zwischen dem Verbrauchsverhalten und der Erreichung der anderen qualitativen und funktionalen Ziele So ist beispielsweise der Ein satz eines Datenbankmanagementsystems DBMS hilfreich bei der Verwaltung von Projektdaten und der Auswertung von Simulationsergebnissen zur Pflege DBMS bedarf es aber eines erh hten Personaleinsatzes Das Zeitverhalten des Zuver l ssig keit u Benutz barkeit Effizienz nder barkeit ber tragbar keit 92 KAPITEL 4 SYSTEMDEFINITION Sys
253. ien benutzte Tiff Format um geographische Informationen erweitert Das ArcView Format wurde gewahlt da dieses GIS im Rahmen des GLASS Projektes eingesetzt wird Die M glichkeit des Exports von Daten in die For mate GML und GeoTiff wurde implementiert da diese Standards eine brei te Anwendung versprechen s z B Kuhn u a 2001 Neben diesen Formaten 32 American Standard Code for Information Interchange ASCII ein auf vielen Rechnern verwendeter 7 Bit Code zur Darstellung von Ziffern Buchstaben und Sonderzeichen 33Zur Verwendung von ODBC unter Oracle s z B Herrmann u a 1998 34N here Informationen zu ADO finden sich z B bei Gordon 2000 ASCII Format ODBC ADO weitere Formate GIS Kopp lung Bin rko dierung Realisie rung Beispiel Basis Erweite rung Formate 194 KAPITEL 6 REALISIERUNG kann ein UNF Datensatz auch als Tabelle im ASCII Format abgespeichert wer den die anschlie end einfach in andere Programme z B in DBMS importiert werden kann Der Mediator zum Export in das ArcView Grid Format nutzt die Program mierschnittstelle von ArcView und stellt somit ein einfaches Beispiel f r die Kopplung der Komponente mit einem externen GIS dar Neben den angef hrten Mediatoren gibt es solche die einen transparenten Zugriff auf UNF Dateien erlauben indem sie eine automatische Konvertierung der beiden m glichen Bin rkodierungen vornehmen Realisierung Die Komponente f
254. ients zur Bearbeitung und Visualisierung geor umlicher Daten und das System von Villa und Costanza 2000 durch eine GIS Komponente als zentrales System Element Die Integration typischer GIS Funktionen kann auf zwei verschiedene Ar ten erfolgen einerseits durch eine direkte Implementierung der geforderten Funktionen durch das SISA und andererseits durch die Anbindung eines ei genst ndigen evtl kommerziellen GIS Welche der beiden M glichkeiten in einem System verwendet wird h ngt u a von Komplexit ts und Effizienzfragen ab Der Aufwand zur Implemen tierung einer sehr komplexen Funktion innerhalb des SISA kann zu gro sein so dass nur eine Anbindung an ein eigenst ndiges GIS in Frage kommt Zur Steigerung der Ausf hrungsgeschwindigkeit kann es aber sinnvoll sein einfache Funktionen direkt im SISA zu realisieren Welche der beiden M glichkeiten in einem System verwendet wird sollte f r den Aufrufer einer Funktion allerdings irrelevant und der Aufruf damit transparent sein Zur Steigerung der Transparenz und Wiederverwendbarkeit sowie zur besse ren Austauschbarkeit GIS typischer Funktionen sollten diese Funktionen ber eine weitere Indirektion in Form einer Komponente zur Geodaten Verarbeitung angeboten werden Diese Komponente ist verantwortlich f r die Verarbeitung geographischer Daten und die Bereitstellung einer Schnittstelle zu eigenst n digen GIS Sie liefert damit einen Beitrag zur Vorverarbeitung und Nachbear b
255. ier Dienste Konkre tisierung Adapter Erweite rung 186 KAPITEL 6 REALISIERUNG Simulationsmodelle die aus anderen Projekten bernommen und nicht neu erstellt werden bieten die geforderten Schnittstellen und Operationen i d R nicht direkt an das WaterGAP Modell hat beispielsweise keine Operation namens init Sofern diese Modelle die geforderten Funktionen ber andere Schnittstellen bzw Operationen bereitstellen m ssen die Schnittstellen ent sprechend angepasst werden Diese Anpassung kann mit Hilfe so genannter Adapter Wrapper erfolgen Adapter nutzen die verf gbaren Operationen des anzupassenden Objektes und stellen mit deren Hilfe die geforderten Opera tionen zur Verf gung Abbildung 6 13 verdeutlicht das Prinzip in Form eines UML Sequenzdiagramms Klient Adapter Simulationsmodell init readOptions initialize MN l k l l l Abbildung 6 13 Prinzip eines Adapters Laut SISA Schnittstellendefinition besitzt ein Simulationsmodell die Operation init Das beispielhafte Simulati onsmodell besitzt diese Operation aber nicht und ben tigt zur Initialisierung den Aufruf von zwei anderen Operationen readOptions und initialize Da mit ein Client dennoch die im SISA definierte Schnittstelle mit der Operation init f r dieses Modell benutzen kann sorgt der Adapter f r eine transparen te Umsetzung auf die entsprechenden
256. ierte Dienste Bei der Dienste Kette Muster Dienste Organi sation SOF 58 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK nutzerdefinierten Verkettung wird die Dienste Kette vom Nutzer definiert und kontrolliert Die Workflow Variante setzt voraus dass die Kette vordefiniert ist der Nutzer muss lediglich die Kenntnis von der Kette als Ganzes haben die Steuerung der einzelnen Dienste bernimmt ein Workflow Service Bei einem aggregierten Dienst tritt die Kette als ein einzelner Dienst auf der die Koordination der einzelnen Dienste bernimmt Im Gegensatz zum Workflow Muster werden die einzelnen Aktionen des aggregierten Dienstes vor dem Nut zer versteckt ein aggregierter Dienst wird daher auch als undurchsichtige Verkettung opaque chaining bezeichnet Aggregierte Dienste erlauben eine rekursive Zusammensetzung von Diensten Eine Dienste Kette kann zu einem Dienst werden was die Skalierbarkeit eines Systems f rdert Ein System stellt oft viele unterschiedliche Dienste bereitstellt Da f r die Erledigung einer bestimmten Aufgabe aus dieser Gesamtmenge oft nur wenige Dienste anwendbar sind schl gt ISO DIS 19119 die Einrichtung so genannter services organizer folder SOF vor Ein SOF ist eine Datenstruktur die Re ferenzen auf Dienste enth lt die in bestimmten Situationen anwendbar sind Nutzer eines Systems k nnen ein aufgabenbezogenes SOF erstellen und ande ren Nutzern f r die Suche nach Diensten in vergleichbaren Situatio
257. ierte Vokabulare vorgeschlagen zur Angabe der Sprache language wird beispielsweise die Verwendung des bereits im Rahmen der Beschreibungen zur ISO DIS 19115 angesprochenen Standards ISO 639 Codes for the representation of names of languages empfohlen Grundlegende Metadaten Elemente Die vorgestellten Elements tze f r Metadaten ber geor umliche Daten und Si mulationsmodelle bieten eine sehr ausf hrliche Beschreibungsm glichkeit dieser Ressourcen Auf der anderen Seite ist das Ausf llen der Elemente sehr zeitauf wendig und grenzt bereits an eine Dokumentation dieser Ressourcen an die nicht das prim re Ziel des Katalogmanagers ist F r den Katalogmanager wird daher vorgeschlagen den einfach implementierbaren und ausf llbaren DCMES als Grundlage f r alle SISA Ressourcen zu verwenden und ISO DIS 19115 so wie CSCM als optionale Erweiterung zu betrachten Abbildung 5 9 zeigt die Klassen zur Speicherung der Metadateneintr ge 11Startseite im Internet http www dublincore org 12XML SGML etc Ele mentsatz Ver pflich tung Abh n gigkeiten zentral vs de zentral KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG Element Name Beschreibung Title Ein der Ressource gegebener Name Creator Eine Entit t z B Person Organisation Dienst die prim r f r die Erstellung des Inhalts der Ressource verantwortlich ist Subject Thema des Inhalts der Ressource z B aus
258. ildung von Prozessen Die Produktdaten m ssen daher auch einen definierten geographischen Bereich abdecken Im Rahmen der Klimafolgenfor schung umspannt dieser Bereich i d R die gesamte Erde Die geographische Aufl sung variiert anwendungsspezifisch bel uft sich f r viele fl chenbezoge ne Datens tze aber auf 0 5 Grad mal 0 5 Grad geographischer L nge Breite 4 2 ANFORDERUNGSDEFINITION 89 vgl z B Alcamo u a 1998a D ll u a 2003 Klein Goldewijk 2001 Klein Goldewijk und Battjes 1997 New u a 1999 New u a 2000 Regionenbezo gene Daten beziehen sich auf L nder oder Zusammenfassungen von L ndern Die Anzahl der Regionen variiert von etwa einem Dutzend bis zu ber 200 vgl Dowlatabadi 1995 Weyant u a 1996 Die zeitliche Aufl sung der Da ten variiert ebenfalls von Anwendung zu Anwendung und ist oft durch die zur Verf gung stehenden Daten begrenzt s og Zitate F r die grundlegenden Daten kann als Leistungsanforderung lediglich definiert werden dass die Daten in einer den konkreten Anforderungen gen genden geographischen und zeitli chen Aufl sung und Abdeckung vorzuliegen haben 4 2 7 Benutzungsschnittstellen Dieser Abschnitt legt die Anforderungen an die Benutzungsschnittstelle refe renziert iiber Bxx fest die sowohl die Schnittstelle zu den einzelnen Akteu ren als auch die Schnittstelle zu anderen Software Systemen beinhaltet Aus Gr nden der einfachen Bedienbarkeit sollte die Nutzung des SISA
259. imulationslaufes selbst Das SISA sollte in eine Software Umgebung eingebettet werden k nnen Insbesondere sollten Schnittstellen zu Geo Informationssystemen GIS und zu Datenbank Managementsystemen DBMS vorhanden sein Neben der gew nschten Interoperabilit t mit GIS und DBMS stellt das SISA weitere Anforderungen an die Qualit t der Software Architektur nicht funktionale Anforderungen Wegen des zunehmend notwen digen Austausches von Modellteilen zwischen unterschiedlichen Organisationen sollte das Qualit tsmerkmal der Austauschbarkeit zumindest von Modellteilen bei der Entwicklung der Architektur besonders ber cksichtigt werden Die Mo difizierbarkeit des Systems insbesondere von Modellteilen sollte wegen der oft notwendigen nderungen und Aktualisierungen ebenfalls sehr gut sein Dar ber hinaus wird die Transparenz Nachvollziehbarkeit und Reproduzierbarkeit von Assessment Ergebnissen als wichtiges Qualit ts Merkmal eines SISA defi niert Um die Anforderung der Nachvollziehbarkeit von Assessment Ergebnissen zu erf llen ist das Qualit tsmerkmal der Analysierbarkeit ebenfalls besonders zu ber cksichtigen Diese allgemeine Systemdefinition wurde in Kapitel 5 Seite 95 als Basis f r die Entwicklung der Software Architektur f r ein SISA benutzt Hinweise zur Abgrenzung von Komponenten wurden der bereits angesprochenen Analyse vorhandener SISAs entnommen Da die Wiederbenutzbarkeit und Interopera bilit t im Zusammenhang mit
260. indung zwischen SISA Komponenten und SISA Zielen 99 5 3 Geor umliche Ressourcen im Sinne des OpenGIS Konsortiums 101 5 4 Von den OpenGIS Catalog Services genutzte Klassen 102 5 5 Schnittstellen Software zum Einsatz von OpenGIS Services 104 5 6 Schnittstellen des Katalogmanage s 22220 107 5 7 Datenmodell des Katalogs und der Katalogeintr ge 108 5 8 Minimaler Elementsatz der ISO DIS 19115 112 5 9 Datenmodell zur Speicherung von Metadaten 117 5 10 Prinzip des Metadaten Sammlers 2 2 22 22 118 5 11 Schnittstelle des Metadaten Sammlers 119 vi viii 5 12 5 13 5 14 5 15 5 16 5 17 5 18 5 19 5 20 5 21 5 22 5 23 5 24 5 25 5 26 5 27 5 28 5 29 5 30 5 31 5 32 5 33 5 34 5 35 5 36 5 37 5 38 5 39 ABBILDUNGSVERZEICHNIS Datenmodell des Metadaten Sammlers 120 Schnittstellen der Dokumentationskomponente 121 Datenmodell f r Personen Organisationen 123 Datenmodell f r Projekte u Simulationsstudien 124 Datenmodell f r Szenario Informationen 126 Datenmodell f r Simulationsl ufen 2 22 2 2 126 Datenmodell f r Aufgaben Informationen 127 Datenmodell f r Anmerkungen 0 128 Simulationsmodelle und deren Einstellungen 129 Schnittstellen des Simulationslaufmanagers 130 Zusammenhang Simulationsmodell u Modelleinstellungen
261. inem Satz von abgestimmten und gelenkten T tigkeiten mit Anfangs und 14180 DIS 19115 verwendet den Namen responsible party nicht nur f r die verantwortli chen Instanzen sondern auch f r die Nutzer oder Eigent mer von Ressourcen s CI RoleCode in Abb B 1 Seite 234 In Anlehnung an ISO DIS 19115 und mit der gleichen Anmerkung versehen wird auch f r den SISA Datentyp der Name responsible party gew hlt 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 123 CodeList SISA_RoleCode modelDeveloper modelCoder modelCarrier DataType Cl_ResponsibilityParty decisionMaker DataType resourceProvider SISA_ResponsibilityParty interestedParty investor Abbildung 5 14 Datenmodell zur Speicherung von Informationen ber Per sonen und Organisationen Die Klasse zur Speicherung von Informationen zu Personen und Organisationen SISA_ResponsibleParty leitet sich direkt von der entsprechenden Klasse der ISO DIS 19119 CI ResponsibleParty ab Die Kodierungsliste zur Angabe der Rolle die eine Person oder Organisation ein nimmt wird f r das SISA entsprechend erweitert SISA_RoleCode Die diesbe z glichen Definitionen der ISO sind im Anhang zu finden Abb B 1 Seite 234 Endtermin besteht und durchgef hrt wird um ein Ziel zu erreichen das spe zifische Anforderungen erf llt wobei Zeit Kosten und Ressourcenbeschr n kungen eingeschlossen sind Das Datenmodell des Umweltdate
262. inen ber das System Erde in einem kon sistenten Rahmen kombiniert und interpretiert wird und der das Ziel verfolgt den Zustand und m gliche langfristige nderungen des Systems einzusch tzen und zu bewerten sowie die Ergebnisse politischen Entscheidungstr gern zu vermitteln Integrierte Assessments k nnen mit verschiedenen methodischen Ans tzen durchgef hrt werden Das IPCC 2001 nennt hier 1 computerunterst tzte Modellierung 2 Szenarienanalyse 3 interaktive Computersimulation Pla nungsspiele 4 teilnehmende integrierte Analyse und 5 qualitative Analy sen die auf bereits existierenden Analysen und auf Expertise basieren Die M glichkeit der in sich konsistenten Abbildung der gesamten Wirkungs kette eines betrachteten Problems die so genannte end to end integration macht integrierte Assessments so bedeutsam Parson 1995 Das nach Parson 1995 vorherrschende Mittel bei dieser end to end integration ist die vom IPCC unter Punkt 1 genannte Methode der computerunterst tzten Modellie rung Die sich stetig verbessernden Rechner Leistungen das steigende diszi plin re Verst ndnis einzelner Glieder der Ursache Wirkungs Ketten und die Verf gbarkeit sektoraler Modelle machen diese Art des Assessments immer praktikabler Weyant u a 1996 Schneider 1997 sieht die hierzu verwen deten Simulationsmodelle die so genannten integrierten Modelle sogar als die prim ren Werkzeuge f r Analysen im Rahmen des
263. intervall zwischen zwei Beschreibungsschritten Entwicklungsgeschichte storyline Erz hlende Beschreibung des Szenari os die die zentralen Punkte und Trends des Szenarios sowie deren Bezie hung zu den exogenen Einflussfaktoren enth lt Im SISA sollten demnach Angaben zu Basisjahr Zeithorizont und Schritt weite vorhanden sein sowie zusammenfassende Beschreibungen der exogenen Einflussfaktoren der Entwicklungsgeschichte und der sich schrittweise vollzie henden nderungen Ein Verweis auf weiterf hrende Informationsquellen sollte ebenfalls m glich sein Um die Ergebnisse von Simulationsstudien richtig einsch tzen und bewer ten zu k nnen sollte das SISA neben den Angaben zu den f nf prinzipiellen Elementen weitere Informationen ber die zugrunde liegenden Szenarien be reitstellen F r Fink 2002 ist die Entwicklung von Szenarien u a mit zwei zentralen Fragen verbunden Was soll mit Hilfe der Szenarien gestaltet werden Was soll durch die erstellten Szenarien erkl rt werden Zumindest eine kurze zusam menfassende Antwort auf diese Fragen nach dem Ziel eines Szenarios sollte das SISA speichern k nnen Eine weitere wichtige Frage die nach Fink 2002 vor dem Beginn der Szenarienentwicklung beantwortet werden sollte ist die nach dem r umlichen Fokus eines Szenarios auch diese Information sollte im SISA vorhanden sein Abbildung 5 16 zeigt das resultierende Datenmodell zur Speicherung von Szenarien Informationen Simulationsl
264. io manager ber die verschiedene Szenario Einstellungen gesichert und miteinander verglichen werden k nnen F r das System DANUBIA steht eben falls eine Komponente zur Verwaltung komplexer Szenarien auf dem Entwick lungsplan Die Dokumentation von Modellen bzw Ergebnissen die f r die Wiederver wendbarkeit u erst relevant ist spielt eine sehr unterschiedliche Rolle bei den betrachteten Systemen w hrend die meisten Systembeschreibungen nicht auf dieses Thema eingehen besch ftigen sich bei GLOBESIGH gleich zwei der vier Komponenten mit der Dokumentation von Hintergrund und Ergebnisinforma tionen die information base und die issues base Bei ECOBAS fu t die au tomatische Modellgenerierung sogar auf einer detaillierten Beschreibung der Modellelemente Hier ist die Dokumentation also direkt mit den Modellen ge koppelt Dar ber hinaus besitzt ECOBAS zur Steigerung der Wiederverwend barkeit von Modellen ein sehr detailliertes Metadaten Konzept Die Integration von Metadaten spielt bei den Systemen ansonsten wenn berhaupt eine sehr untergeordnete Rolle Peirce 1998 f hrt in seiner bersicht auch Syste me an die die Generierung von Ergebnis Berichten unterst tzen Das System M bietet neben einem Hilfesystem die M glichkeit der Hypertext basierten Berichterstattung Bei den Beschreibungen integrierter Modelle spielt die Verwaltung von Da tenbest nden zumeist eine untergeordnete Rolle Die Integrat
265. ion Zurich 2001 Bd 1 Impacts and Applications Marburg Metropolis Verlag 2001 S 484 492 228 LITERATURVERZEICHNIS WBGU 1993 WISSENSCHAFTLICHER BEIRAT DER BUNDESREGIERUNG GLOBALE UMWELTVERANDERUNGEN Hrsg Welt im Wandel Grundstruk tur globaler Mensch Umwelt Beziehungen Jahresgutachten 1993 Bonn Eco nomica Verlag 1993 URL http www wbgu de wbgu_jg1993 pdf Welsh u a 2000 WELSH Matt DALHEIMER Matthias K KAUFMAN Lar LINUX Wegweiser zur Installation amp Konfiguration K ln O Reilly 2000 ISBN 3 89721 133 5 Weyant u a 1996 WEYANT J DAvIDSON O DOWLATABADI H ED MONDS J GRUBB M PARSON E A RICHELS R ROTMANS J SHUKLA P R ToL R S J CLINE W FANKHAUSER S Integrated Assessment of Climate Change An Overview and Comparison of Approa ches and Results In IPCC Intercovernmental Panel on Climate Change Hrsg Climate Change 1995 Cambridge UK Cambridge University Press 1996 S 369 396 Anhang A Glossar Architektur Siehe Software Architektur Assessment Modell Siehe Integriertes Assessment Modell Daten Eine wieder interpretierbare Darstellung von Information in formali sierter Weise geeignet zur Ubermittlung Deutung oder Verarbeitung ISO 1993 Quelle DIN 1995 Datensatz Serie Sammlung von Datens tzen mit gleicher Produktspezifika tion Datenbank Die Gesamtheit der Daten eines Anwendungsbereichs Balzert 1996 Date
266. ion von Daten in die Systeme geschieht mit unterschiedlichen Mitteln w hrend GLOBESIGH ein Datenbank Managementsystem verwendet stellt das System IMA eigene Funktionen zum Datenimport und export bereit und kapselt Daten in so ge nannten Datenmodulen OMS kapselt die Daten in Bibliotheken und separiert die Parameter in einer eigenen Bibliothek Die Notwendigkeit der Integration von Datenbanken h ngt laut Peirce 1998 von der H he des Entwicklungs standes eines Modells ab W hrend einige Modelle Datenbanken lediglich als Datenlieferanten nutzen stellen bei anderen Modellen ausgereifte Datenbank Managementsysteme den Kern des Systems dar 3 3 FAZIT 67 Komponenten Bei den Systemen die mehr als die Simulationsmodelle beinhalten lassen sich Kompo die folgenden Systemkomponenten abgrenzen Ben e Simulationsmodell e Dokumentation e Datenhaltung e Datenverwaltung e Datenintegration e Ablaufsteuerung Die Trennung des Simulationsmodells von den iibrigen Teilen des Systems wird sowohl bei GLOBESIGHT und M als auch bei OMS und IMA vorgenom men Die Funktionen zur Dokumentation k nnen insbesondere bei den Syste men GLOBESIGHT M und ECOBAS als separate Komponenten betrachtet werden Eine klare Trennung von Datenhaltung und Datenverwaltung inkl ei nem Szenario Manager findet sich insbesondere beim Modellentwicklungssys tem M Separierte Funktionen zum Datenexport und import Datenintegrati on sind bei den Systemen OMS G
267. ionsmodellen eine Umfangreiche Datenbank erstellt die Hundred Year Database for Integrated Environmen tal Assessments HYDE Klein Goldewijk und Battjes 1997 HYDE ent h lt Daten zu folgenden Themen 1 Grundlegende Triebkr fte Bev lkerung Bruttosozialprodukt Wertsch pfung durch Industrie und Dienstleistungen Privat Konsum Anzahl PKW Temperatur und Niederschlag 2 konomie des Energie und Industriesektors beispielsweise Energieverbrauch Elektrizi t tserzeugung Brennstoffpreise Produktion von Kohle l Eisen und anderen Metallen 3 Emissionen des Energie und Industriesektors beispielsweise f r 9Zu Daten aus der psychosozialen Sph re k nnen z B Beschreibungen der Wahrnehmung der Umwelt und Beschreibung von Handlungszielen und mitteln gez hlt werden 10RIVM Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu engl National Institute of Public Health and the Environment 4 2 ANFORDERUNGSDEFINITION 87 Kohlendioxid Methan und Schwefeldioxid 4 Terrestrische Umwelt beispiels weise historische Landbedeckung Nahrungs und Futtermittelverbrauch Feld fruchtproduktion Anzahl Tiere Handel landwirtschaftlicher Produkte D n gerverbrauch 5 Atmosph re und Ozean beispielsweise Konzentrationen von Kohlendioxid und anderen klimarelevanten Gasen Landbedeckung Ozean Temperatur und Eisbedeckung des Meeres Da nicht alle angef hrten Daten f r jedes Assessment ben tigt werden wer den im Folgenden einige wic
268. ise den Mittelwert den Modalwert oder die Standardabweichung eines Datensat zes berechnen oder ein Histogramm erstellen Ein solcher Dienst kann daher als Ausgangspunkt f r die Realisierung der gew nschten SISA Funktion zur statistischen Auswertung F180 genutzt werden Die zur Taxonomie aufgef hrten Dienste sollen laut ISO DIS 19119 ledig lich als Beispiele gesehen werden Einige der angef hrten Dienste k nnen auch im Rahmen eines SISA sehr gut eingesetzt werden die oben genannten Diens te sind ebenfalls nur Beispiele Eine Auswahl und Spezifikation der einzelnen Dienste ist an dieser Stelle allerdings wenig sinnvoll da sie vom konkret zu realisierenden SISA abh ngt Die Schnittstellendefinition zeigt daher lediglich die beiden Operationen zur Transformation transformGrid und Kombination combineGrid von Rasterdatens tzen und eine Funktion zur statistischen Ana lyse eines Rasterdatensatzes gridStatistics Abbildung 5 29 fasst die Schnitt stellen und Operationen der Komponente zusammen 22 Dienste zur Ableitung anwendungsorientierter quantitativer Ergebnisse die nicht von den Rohdaten selbst verf gbar sind Percivall 2002 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 141 IGeoParamter Calculation e Geographic Processin IStatistical grap g Calculation interface interface IGeoParameterCalculation IStatisticalCalculatoin transformGrid combineGrid gridStatistics
269. itel der Realisierung F r die Erzeugung eines solchen Namens wird ebenfalls eine Operation bereitgestellt Die Operationen der Catalog Manager Schnittstelle dienen der Verwaltung Catalog des Katalogs Die in Tabelle 5 3 aufgef hrten Operationen erlauben es neue Manager Kataloge zu erstellen vorhandene Kataloge zu aktualisieren und nicht mehr ben tigte Kataloge zu l schen Dar ber hinaus stellt die Schnittstelle Opera tionen zur Erstellung Entfernung und nderung von Katalog Eintr gen sowie zum Hinzuf gen neuer Metadaten bereit Abbildung 5 6 zeigt die Schnittstellen des Katalogmanagers im berblick ICatService O ICatAccess Oo Catalog Manager ICatManager 0 ICatDiscovery interface interface interface ICatManager ICatDiscovery ICatService createCatalog query initSession updateCatalog terminateSession deleteCatalog createMetadata interface addCatalogEntry ICatAccess modifyCatalogEntry removeCatalogEntry getAccessInformation getURN Abbildung 5 6 Schnittstellen und zugeh rige Operationen des Katalogmana gers Catalog Manager Ziel Elemen te Ressour cen 108 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG 5 2 1 3 Daten Spezifikation Die grundlegende Datenstruktur zur Speicherung des Katalogs besteht aus drei Klassen vgl Abb 5 4 Seite 102 je einer zur Beschreibung der Katalo
270. kassel university press Entwicklung einer Software Architektur f r Systeme zum integrierten simulationsbasierten Assessment des globalen Wandels Marcel Boris Endejan Die vorliegende Arbeit wurde vom Fachbereich Elektrotechnik der Universit t Kassel als Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor Ingenieurs Dr Ing angenommen Erster Gutachter Prof Dr Joseph Alcamo Zweiter Gutachter Prof Dr Heinrich Werner 3 Prof Dr Werner Kleinkauf 4 Prof Dr Andreas Ernst Tag der m ndlichen Pr fung 22 September 2003 Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie detaillierte bibliografische Daten sind im Internet ber http dnb ddb de abrufbar Zugl Kassel Univ Diss 2003 ISBN 3 89958 046 X 2003 kassel university press GmbH Kassel www upress uni kassel de Umschlaggestaltung M B Endejan unter Verwendung einer Zeichnung von Wolfram Gothe Hamburg Wolfram Gothe architektur zeichnung de 5 B ro f r Gestaltung Kassel Druck und Verarbeitung Unidruckerei der Universit t Kassel Printed in Germany Danksagung Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen meiner T tigkeit als wissen schaftlicher Mitarbeiter am wissenschaftlichen Zentrum f r Umweltsystemfor schung der Universit t Kassel Dem Direktor des Zentrums Herrn Prof Dr Joseph Alcamo danke ich f r seine Unterst tzung w
271. keit ausf hrlicher im anschlie enden Unterabschnitt 4 1 2 Seite 72 4 1 1 Gesamtmodell Die in Abbildung 4 1 Seite 73 dargestellten Objekte geben einen ersten ber blick ber wichtige Bestandteile und Konzepte die im Rahmen eines SISA von Bedeutung sind Die folgenden Abs tze dienen der Erkl rung der Abbildung Das zentrale Element in einem SISA s Abb 4 1 Seite 73 ist das integrierte Simulationsmodell das sich i d R aus mehreren Teilmodellen zusammensetzt Die Teilmodelle repr sentieren dabei die verschiedenen Sph ren die zur Pro blembetrachtung notwendig sind Oft werden bereits vorhandene Modelle oder vereinfachte Versionen bereits entwickelter Modelle so genannte Metamodelle innerhalb eines integrierten Modells als Teilmodell eingesetzt Die Modellteile sind dabei nicht zwangsl ufig von einem Entwickler oder einem Entwicklungs team innerhalb einer Organisation erstellt worden bedingt durch die hohe Komplexit t der Modellteile werden diese oft weltweit von unterschiedlichen Organisationen wieder verwendet Die Implementierung der Teilmodelle eines integrierten Modells kann gene rell mit Hilfe verschiedener Simulationsans tze erfolgen Im Bereich der inte grierten Modellierung wird i d R die Eigenentwicklung unter Verwendung von Standard Programmiersprachen wie FORTRAN C C oder speziell ent wickelten Simulationsumgebungen bevorzugt Ein Grund f r dieses Vorgehen sind die unzureichenden M glichkeiten ko
272. kete findet sich in Tabelle 5 4 Das Paket Constraint Informa tion beinhaltet beispielsweise Elemente zur Beschreibung rechtlicher sicher heitsbezogener oder sonstiger Einschr nkung bez glich des Zugriffs oder der Nutzung der Ressource die Elemente zum Paket Data Quality Information betreffen Informationen ber die Abstammung eines Datensatzes einzelne Verarbeitungsschritte bei der Generierung des Datensatzes und evtl verwende te Evaluierungsmethoden und deren Ergebnisse F r die Implementierung der Metadaten stellt die ISO DIS 19115 insgesamt 27 Tabellen mit Kodierungs informationen bereit Dar ber hinaus wird innerhalb der Norm auf zahlreiche andere ISO Standards verwiesen insbesondere im Paket units of measure Metadata entity set information Portrayal catalogue information Identification information Distribution information Constraint information Metadata extension information Data quality information Application schema information Maintenance information Extent information Spatial representation information Citation and responsible party Reference system information information Content information Units of measure Tabelle 5 4 Pakete des Metadaten Standards ISO DIS 19115 Weitere Infor mationen finden sich im Text Quelle Kottmann 2001 ISO DIS 19115 unterscheidet bei den Elementen im Data Dictionary zwi schen zwingend bedingt und optional auszuf llenden Elementen Nu
273. l aus Teilmodellen die bereits in anderen Projekten verwendet wur den z B das Modell WaterGAP als auch aus Teilmodellen die speziell f r das GLASS Projekt erstellt wurden z B das Wasserstressmodell und das Nah rungsmittelstressmodell Unter Nutzung des GLASS Simulationssystems wurden die folgenden zen tralen Konzepte der Architektur berpr ft e die Verwaltung und Bereitstellung wichtiger Assessment Informationen durch die Dokumentationskomponente die Verwaltung von Zugriffsinformationen und Metadaten innerhalb des Katalogmanagers e die automatische Aktualisierung des Katalogmanagers durch Metadaten Sammler e die Kapselung von Simulationsmodellen in der Simulationssystemkompo nente e die Bereitstellung von Simulationslauf Spezifikationen tiber den Simula tionslaufmanager e der transparente Datenzugriff tiber die Datenzugriffskomponente e die Datenspeicherung im Datenbanksystem bzw in Dateien Datenbasis die Bereitstellung wieder verwendbarer Funktionen zur Geodatenverarbei tung und allgemeinen Datenverarbeitung Durch die prototypische Implementierung konnte gezeigt werden dass die Umsetzung der zentralen Konzepte der entwickelten SISA Architektur auch mit relativ einfachen technischen Mitteln und unter Verwendung freier Soft ware m glich ist Bei der Anwendung im Rahmen des GLASS Modells haben sich insbesondere die Verfolgung der Metadaten Konzepte Nutzung der 15 grundlegenden Metadaten Elemente Verwendung
274. lationslaufmanager die G ltigkeit von Einstellungen ber einen validieren den Parser berpr fen Die Datenzugriffskomponente wurde genauso wie der Simulationslaufma nager als Server Anwendung unter Microsoft Windows 2000 realisiert Die Simulationsmodelle Clients wenden sich unter Angabe des Datensatz URN und des gew nschten Formats in dem der Datensatz geliefert werden soll an den Server Der Server wendet sich seinerseits an den Katalogmanager um die f r einen Zugriff notwendigen Informationen URL und weitere Informationen zum Datenformat zu erfragen Anschlie end liefert die Datenzugriffskompo nente dem Client den Datensatz im gew nschten Format Die Transformation verschiedener Datenformate geschieht transparent f r den Client und wird ber 6 4 FAZIT 203 so genannte Mediatoren realisiert Im Rahmen des Architekturtests wurden ver schiedene Mediatoren f r das Teilmodell WaterGAP realisiert Die Mediatoren greifen auf die Datens tze aus der Datenbasis zu und geben sie dann im internen bin ren Format UNF Format an das Modell weiter Die Mediatoren erlauben den lesenden und schreibenden Zugriff auf das UNF Dateiformat und auf das textbasierte Austauschformat f r Rasterdaten des GIS ArcView Dar ber hinaus wurden Mediatoren f r den Zugriff auf Daten entwickelt die in einem RDBMS gespeichert sind Die Verbindung der Media toren mit dem RDBMS wurde ber die Open Database Connectivety ODBC realisiert Durch die O
275. ldung 6 6 Anzeige der Daten ber Personen Organisationen Ruft der Nutzer die Web Seite zur Anzeige der Daten auf so wird ber den Web Server und den PHP Interpreter eine Datenbank Anfrage ausgef hrt Die Ergebnisse werden dann automatisch an den Browser zur ck gesendet und dort angezeigt Ein Ausschnitt des Quelltextes dieser PHP Seite ist im Anhang D 1 Seite 245 dokumentiert Metadaten geh ren ein eindeutiger Identifikator jeder Ressource sowie Infor mationen die f r den technischen Zugriff auf die Ressource ben tigt werden F r die Lokalisierung und Identifizierung von Ressourcen hat die Internet Engineering Task Force IETF einige Vorschl ge RFCs erarbeitet den Uniform Resource Identifier RFC 2396 Berners Lee u a 1998 den Uniform Resource Locator RFC 1738 Berners Lee u a 1994 und den Uniform Re source Name RFC 2141 Moats 1997 Ein Uniform Resource Identifier URI ist definiert als a compact string of characters for identifying an abstract or physical resource Berners Lee u a 1998 Das Einheitliche an diesen Identifikatoren ist die generische Syntax mit der die identifizierenden Zeichenketten zusammengesetzt werden Als Ressour ce wird alles verstanden was eine Identit t hat das k nnen nicht nur elek MStartseite im Internet http dung jet org 15Requests for Comments Siehe Grundlagenkapitel 6 3 KOMPONENTEN REALISIERUNG 175 tronische Ressourcen wie beispielsweise Dat
276. le ITaskManager Operationen zur Definition und zum Ausf hren von Diensten und Diensteket ten bereitstellen Analysis Proces sing Services Geo Pro cessing Utility Task Manager Wieder ver wendung init run retrieve Access info database system 154 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG Die Dienste der Komponenten zur Geodatenverarbeitung und zur allgemei nen Datenverarbeitung k nnen als shared processing services im Sinne der OGC Dienstearchitektur ISO DIS 19119 aufgefasst werden also als Dienste die nicht nur f r ein spezielles SISA sondern bereichs berschreitend beispiels weise f r andere SISA oder zur Erstellung von Hilfsprogrammen eingesetzt werden k nnen 5 3 2 Interaktionen Die Interaktionen der Komponenten werden im Folgenden ber Sequenzdia gramme verdeutlicht Die als Client bezeichneten Objekte in den Sequenzdia grammen k nnen sowohl menschliche Nutzer Modellbetreiber Modellentwick ler etc als auch andere Software Systeme z B ein den Metadaten Sammler ansto ender Hintergrundprozess sein 5 3 2 1 Simulationslauf Das Sequenzdiagramm in Abb 5 37 zeigt die Interaktionen der Komponenten bei der Erzeugung neuer Simulationsergebnisse Testszenario T60 Der Client startet die Initialisierung des Simulationssystems Simulation System f r einen zuvor durch eine Simulationslauf Spezifikation definierten Simulationslauf unter Angabe des eindeutigen
277. leinstel lungen abfragen Sofern notwendig kann der Client zun chst die zu verwendende XML Datei mit den Einstellungen festlegen ber set ModelSettingsSpecificati on 6 3 5 Datenzugriff und Datenbasis 6 3 5 1 Datenzugriff Die Datenzugriffskomponente ist verantwortlich f r den transparenten lesenden und schreibenden Zugriff auf Daten und die Transformation zwischen Daten formaten s Unterabschnitt 5 2 6 Seite 134 6 3 KOMPONENTEN REALISIERUNG 191 Die Datenzugriffskomponente kann als Vermittler von Datens tzen angese hen werden Clients z B Simulationsmodelle wenden sich unter Angabe der Datensatzbezeichnung an den Vermittler und erhalten von ihm den gew nsch ten Datensatz der sich an einem beliebigen durch den Vermittler zugreifbaren Ort befindet Bei dieser Art des Datenzugriffs handelt es sich um eine Schichten Architek tur der Client greift auf die Datenzugriffskomponente zu und diese wendet sich an die Datenhaltungsschicht bzw an die Datenbasis vgl Abb 5 25 Seite 136 Mediatoren Der Zugriff auf Datens tze ist f r den Nutzer transparent Einzelheiten zu Ort und Format der Speicherung des Datensatzes sollten f r den Nutzer irrelevant sein Die Datenzugriffskomponente verbirgt diese Einzelheiten und transfor miert das Format eines gespeicherten Datensatzes gegebenenfalls in das ge w nschte Format Innerhalb eines SISA sind i d R viele Datenformate zu be r cksichtigen Die Vermittlung Mediation zwisc
278. len und nicht funktionalen Anforderungen an ein SISA beschrieben Die Form der Anforderungsdefinition orientiert sich am Vorschlag zum Aufbau eines Pflichtenheftes aus Balzert 1996 Da die funk tionalen Anforderungen an ein SISA von System zu System variieren werden an dieser Stelle lediglich die Grundfunktionalit ten aufgef hrt die f r jedes SISA angenommen werden k nnen Der folgende Unterabschnitt 4 2 1 beschreibt zun chst allgemeine Anfor derungen an das SISA wie sie in der einschl gigen Literatur zu finden sind Dar aufhin erfolgt die Definition der Ziele und Funktionen des SISA Unterabschnitt 4 2 2 Seite 78 Der Anwendungsbereich die Zielgruppen und die Betriebsbe dingungen werden im Unterabschnitt System Einsatz 4 2 3 Seite 80 beschrie ben Anschlie end erfolgt die Beschreibung der System Umgebung 4 2 4 Sei te 82 und der grundlegenden System Daten 4 2 5 Seite 84 Besondere Anfor derungen an zeit und umfangbezogene Leistungen des SISA werden im Unter abschnitt der System Leistungen 4 2 6 Seite 88 behandelt Anforderungen an die Benutzungsschnittstelle finden sich im folgenden Unterabschnitt 4 2 7 Sei te 89 Ein SISA hat nicht nur funktionale Anforderungen zu erf llen sondern auch nicht funktionale qualitative diese werden im Abschnitt Qualtit tsziel Bestimmung 4 2 8 Seite 89 aufgef hrt Im Anschluss folgen Unterabschnitte zur Beschreibung der Testszenarien und der Entwicklungs Umgebung sowie ein
279. lin Core metadata element set ISO 2003 5 2 2 Metadaten Sammler 5 2 2 1 Komponenten Abgrenzung Die zentrale Verwaltung der Metadaten ber das Metadaten Repository inner halb des Katalogmanagers bringt Vorteile bei der Suche nach Ressourcen An dererseits ist es oft von Vorteil wenn die Beschreibung von Daten an dem Ort gespeichert ist wo auch die Daten selbst gespeichert sind z B in Form einer zus tzlichen Datei Die Informationen zu einem Datensatz sind dann direkt dort wo der Datensatz beim Durchsuchen von Verzeichnissen gefunden wird 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 117 DataType SISA_MetadataDCMES DataType Title String SISA_MetadataEntry Creator String Subject String Description String Publisher String Contributor String SISA_MetadataCSCM Date String Type String Format String Identifier String Source String DataType Language String SISA_MetadatalS019115 Relation String Coverage String Rights String SISA_AccessiInformation URL 1 String format 1 String Abbildung 5 9 Datenmodell zur Speicherung von Metadaten Als Grundlage sollen die Elemente des Dublin Core Metadata Element Set ISO 2003 ver wendet werden Die Erweiterung um die S tze der ISO DIS 19115 ISO 2000 und des CSCM ADEPT 2001 sollten bei Bedarf als Unterklasse von SI SA_
280. lisierung auch selbst ndig vornehmen 155 5 3 GESAMTARCHITEKTUR Geographic Processing Database System Catalog Manager Data Access Simulation Run Manager Simulation System Client init getSetting getSetting retrieveDataset external data transformData i 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 retrieveDataset 1 1 1 ine ay ates Se ar E 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 T 1 getAccessinfo getDataAccessinfo retrieveDataset SE en a LORS PERS REED I SEES SEO RSS anotherService getAccessinfo addDataset run Abbildung 5 37 Architektur Dynamik bei der Erzeugung von Simulationser gebnissen Erkl rungen finden sich im Text datasets trans form services add dataset Bsp 2 Hosts harvest 156 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG Der zweite Aufruf von retrieveDataset zeigt eine Aufruf Sequenz f r den Fall dass die Daten weder im angeforderten Format noch im Datenbanksystem gespeichert sind Nachdem die Datenzugriffskomponente durch getDataAccess Info festgestellt hat dass die Daten nicht im Datenbanksystem zur Verf gung stehen greift die Datenzugriffskomponente jetzt di
281. ll bezogen werden Die neu erstellten und nicht verteilten Modellteile von GLASS u a das Wasserstress das Nahrungsmittelstress und das Sicherheitsmodell k nnen ber einen einfachen Simulationsmodell Manager integriert werden der eine Liste aller beteiligten Teilmodelle enth lt und auf Anfrage Referenzen auf diese Modelle zur ckgibt Der Eintrag in die Liste wird von den Teilmodellen selbst durch eine Anmeldung veranlasst Eine Koordination der Zeitschritte oder die Verwaltung gemeinsam genutzter Variablen ist aufgrund der Kaskadierung der Modelle nicht notwendig 6 3 4 Simulationslaufmanager Der Simulationslaufmanager ist verantwortlich f r die Verwaltung der simula tionslaufspezifischen Einstellungen und die Bereitstellung dieser Informationen f r die Simulationssystem Komponente s Unterkapitel 5 2 4 Seite 128 Die Simulationsmodelle innerhalb der Simulationssystem Komponente k n nen verteilt ber mehrere Hosts realisiert sein Im Falle des GLASS Modells laufen die Teilmodelle auf unterschiedlichen Betriebssystemen und das Ge samtmodell ist alleine aus diesem Grund bereits ein verteiltes System Um die Verwaltung der simulationslaufspezifischen Modelleinstellungen zu verein fachen und um Ergebnisse zu einem sp teren Zeitpunkt besser nachvollziehen zu k nnen bietet sich f r den Simulationslaufmanager allerdings eine nicht verteilte Realisierung an Die Konzentration aller simulationslaufspezifischen Einstellung in ei
282. lle Nutzer d h f r Autoren von abgeleiteten Standards und f r Entwickler von ODP Systemen Der zweite Teil enth lt die Definitionen Founda der Konzepte und des analytischen Rahmenwerks zur normalisierten Beschrei Ton bung beliebiger verteilter Systeme Der dritte Teil des Standards benutzt die 4 Beschreibungstechniken des zweiten Teils und beschreibt die Eigenschaften die tecture ein verteiltes System aufweisen muss um als offen zu gelten Abgeleitete ODP Standards m ssen die hier aufgef hrten Kriterien erf llen Der vierte Teil be Seman schreibt eine Vereinheitlichung einiger Modellierungskonzepte des zweiten Teils Hr unter Verwendung standardisierter formaler Beschreibungssprachen f nf Sicht weisen 54 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK Zur Standardisierung offener verteilter Systeme werden vier grundlegende Elemente gefordert e ein objektorientierter Modellierungsansatz zur Systembeschreibung e die Systembeschreibung ber f nf gesonderte aber in wechselseitiger Be ziehung stehende Sichtweisen viewpoints e die Definition einer System Infrastruktur zur Verteilungstransparenz f r System Anwendungen e ein Rahmenwerk zur Feststellung ob ein System standardkonform ist Der objektorientierte Ansatz wird wegen der etablierten Entwurfsmetho den der Abstraktion und Kapselung gew hlt Durch die Abstraktion kann die Systemfunktionalit t beschrieben werden ohne dass auf die Details der Im plementierung eingegangen werden
283. lt Nach der Eingabe der 15 Elemente sowie des URN und evtl des URL kann ein automatischer Eintrag in die Datenbank des Katalogmanagers erfol gen Dar ber hinaus ist es m glich die Meatdaten in Form einer Datei im XML RDF Format zu speichern Die in Form von Dateien gespeicherten Metadaten k nnen ber Metadaten Sammler zusammengetragen und in gesonderten Repositories ebenfalls im XML RDF Format gespeichert werden Das Programm des Metadaten Samm lers wurde ber ein einfaches Shell Skript realisiert Die Integration der Reposi tory Daten in die Katalogkomponente erfolgt durch ein PHP Programm Dieses Programm verwendet das Document Object Model DOM um die Reposito ries zu analysieren und bertr gt die Metadaten ber die Structured Query Language SQL in die MySQL Datenbank Bei dieser bertragung wird auch automatisch die Ressourcen Liste des Katalogmanagers aktualisiert Sowohl die Repositories als auch die einzelnen Metadaten Dateien k nnen durch die Ver wendung von XML Stylesheets direkt ber einen Web Browser angezeigt wer den Um die Transparenz und Nachvollziehbarkeit von Modellergebnissen zu er h hen sollten die Simulationsmodelle bei der Erzeugung von Ergebnisdaten s tzen direkt die zugeh rigen Metadaten schreiben Zur Gew hrleistung der Nachvollziehbarkeit sollten die Metadaten zu einem Ergebnisdatensatz auf je den Fall den URN des Modells sowie den URN des Simulationslaufs beinhalten Um eine derartige Dok
284. lteile werden ber eine standardisierte Schnittstelle und einen Mo dellkoppler interagieren Als Koppler wird OASIS Ocean Atmosphere Sea Ice Soil verwendet der durch das CERFACS bereitgestellt wird OASIS wurde 1991 vom CERFACS Team Klimamodellierung und globaler Wandel entwickelt um existierende global circulation models GCMs zu koppeln OASIS besitzt vier Hauptaufgaben 1 Modell Synchronisation 2 Modell Kopplung 3 Datenaustausch 10European Centre for Research and Advanced Training in Scientify Computation Ji Zur Synchronisation und zum Datenaustausch werden vier verschiedene Kommunikati onswege bereitgestellt 1 Pipes CRAY pipes zur Synchronisation der Modelle und des Datenaustauschs ber Bin rdateien 2 die so genannte CLIM Technik zur Synchronisati on und zum Datenaustausch unter Nutzung der Message Passing Standards PVM Parallel Virtual Machine und MPI Messaga Pasing Interface und 3 4 SIPC basierend auf Unix V Inter Process Communication bzw GMEM basierend auf NEC global memory concept 3 1 INTEGRIERTE MODELLE 35 4 Interpolation OASIS ist stark auf die M glichkeiten der Parallelisierung und die Archi tektur von Super Computern bzw Skalar Computern ausgerichtet und nutzt zur Effizienzsteigerung alle verfiigbaren Betriebssystem Mittel aus z B von den Modellen gemeinsam genutzte Speicherbereiche zum Datenaustausch Die Kopplung findet also auf einem relativ niedrigen Abstraktionsniveau statt
285. m ren Funktionen der geodata access services sind ebenfalls in Tabelle 5 2 aufgef hrt Bei den other datasets findet sich eine vergleichbare Strukturierung bei der Assoziation von Metadaten Eine genaue Spezifikation der Datens tze selbst kann nat rlich nicht vorgenommen werden die entsprechende Klasse bleibt daher unbestimmt Trotz der nicht n her spezifizierten Klasse gelten f r die other data access services die gleichen prim ren Funktionen wie bei den geodata access services vgl Tab 5 2 Geodata Access Service amp Other Data Access Service Geodata Discovery Service Copy complete dataset Query catalog service Retrieve partial dataset Add catalog entry Add dataset Remove catalog entry Remove dataset Modify catalog entry Modify dataset Copy selected catalog entry Create iterator through datasets Create iterator through catalog entries Query access service Get catalog entry schema Get dataset schema Get service properties Get service properties Set service properties Get service property schema Get service property schema Tabelle 5 2 Die prim ren Funktionen der OpenGIS Catalog Services Eine aus fiihrliche Beschreibung dieser und weiterer Funktionen findet sich in Kottmann 1999c Spezifikationen zur Implementierung k nnen Nebert 2002 entnom men werden Quelle der Tabelle Kottmann 1999c Neben den Funktionen die sic
286. m Zweck ist eine Funktion bereitzustellen die eine Zuordnung von Ressourcen zu Simulations studien und Projekten erlaubt F50 Die Verwaltung der Ressourcen selbst wird ebenfalls als ein Ziel des SISA definiert Z30 Zur Steigerung der Wiederverwendbarkeit von Ressourcen sollte zumindest eine Funktion zur Auflistung aller vorhandenen Ressourcen durch das System bereitgestellt werden F60 4 2 ANFORDERUNGSDEFINITION 79 Um der Anforderung der Nachvollziehbarkeit und Dokumentation des As sessments nachzukommen sollte das SISA f r das ganze Assessment umfassen de Hintergrundinformationen bereitstellen Z40 Informationen sind insbe sondere bereitzustellen ber die eingesetzte Software F70 und die verwen deten bzw erzeugten Daten F80 sowie ber die verwendeten und erzeugten Dokumenten F90 und die an einer Studie beteiligten Personen und Orga nisationen F100 Eine Funktion zur Bereitstellung von Informationen ber durchgef hrte Projekte und Studien F110 sollte ebenfalls vorhanden sein Das SISA sollte zur Verbesserung der Nachvollziehbarkeit und Transparenz von Ergebnissen auch Hilfestellungen zum Verst ndnis des Problembereichs liefern Z50 Die Bereitstellung eines Glossars das die Kernbegriffe des Pro blemfeldes und des Assessments beinhaltet wird hier als Minimalanforderung angesehen F120 Eine zentrale Aufgabe eines Systems zum simulationsbasierten integrierten Assessment ist die Erzeugun
287. mal der Austauschbarkeit wird insbe sondere durch die Schnittstellendefinition der Simulationssystemkomponente Rechnung getragen Die ebenfalls als wichtiges Qualit tsmerkmal eines SI SA geforderte Transparenz Nachvollziehbarkeit und Reproduzierbarkeit von Assessment Ergebnissen NF50 wird durch das Zusammenwirken der Do kumentationskomponente des Simulationslaufmanagers des Katalogmanagers und der Metadaten Sammler sichergestellt Eine graphische bersicht aller SISA Komponenten sowie deren Verbindun gen mit den SISA Zielen und Funktionen findet sich in den Abbildungen 5 1 Seite 97 und 5 2 Seite 99 Die bersicht der spezifizierten Datenstruktu ren und Schnittstellen ist im Anhang dokumentiert Abbildung B 2 Seite 235 bzw Abbildung B 3 Seite 236 Zum Abschluss des Kapitels folgt eine kurze Beschreibung der zw lf Komponenten der SISA Architektur Die zentrale Komponente des Simulationssystems kapselt die Teilmodelle des Gesamtsystems und ist f r die Berechnung neuer Simulationsergebnisse zu st ndig Zur Erh hung der Integrierbarkeit des Simulationsmodells bzw dessen Teilmodelle sollten diese in der Lage sein zuvor berechnete Ergebnisse ber eine entsprechende Schnittstelle zur Verf gung zu stellen Um die Nachvollziehbarkeit und Reproduzierbarkeit der Simulationsergeb nisse zu gew hrleisten werden alle f r einen Simulationslauf ben tigten Ein stellungen von einer separaten Komponente verwaltet dem Simulationsla
288. mal eingestuft werden sie sind relevante Merkmale aber es werden an sie keine besonderen oder au ergew hnlichen Anforderungen gestellt Aufgrund Funktio nalit t 90 KAPITEL 4 SYSTEMDEFINITION Merkmal Teilmerkmal Produktqualitat sehr gut gut normal nicht rel Funktionalitat Angemessenheit X Richtigkeit X Interoperabilit t X Ordnungsm igkeit X Sicherheit Zuverl ssigkeit Reife Fehlertoleranz Wiederherstellbarkeit Benutzbarkeit Verst ndlichkeit Erlernbarkeit Bedienbarkeit Effizienz Zeitverhalten Verbrauchsverhalten nderbarkeit Analysierbarkeit X Modifizierbarkeit X Stabilit t X Pr fbarkeit bertragbarkeit Anpassbarkeit Installierbarkeit Pal S PST PS lt Gel El P lt P lt PS Konformit t Austauschbarkeit X Tabelle 4 5 Anforderungen des SISA an die Software Qualit t Qualit tsmerk male angelehnt an ISO IEC 9126 DIN 66272 Erkl rungen zu den Merkmalen finden sich im Text und in Tabelle 2 1 Seite 23 4 2 ANFORDERUNGSDEFINITION 91 der Komplexit t der Simulationsmodelle und der damit nicht einfach nachzu vollziehende Ergebnisberechnungen und Ergebnisse ist an die Richtigkeit ins besondere der Ausgaben des Simulationsmodells und seiner Teile eine hohe Anforderung zu stellen ein Modellteil ist oftmals nur von einem Fachexper ten der i d R auch selbst der Autor des Programms ist
289. mate 12 1999 March S 829 856 New u a 2000 New Mark HULME Mike JONES Phil Representing Twentieth Century Space Time Climate Variability Part II Development of 1961 1990 Monthly Grids of Terrestrial Surface Climate In Journal of Climate 13 2000 July S 2217 2237 Oestereich 1998 OESTEREICH Bernd Objektorientierte Softwareentwick lung Analyse und Desig mit der Unified Modeling Language 4 aktualisierte Aufl M nchen Wien Oldenbourg 1998 ISBN 3 486 24787 5 OMG 1999 OBJECT MANAGEMENT GROUP Hrsg OMG Unified Modeling Language Specification V 1 3 June 1999 Object Management Group 1999 URL www rational com uml resources documentation index jsp Parson 1995 PARSON Edward A Integrated assessment and environmental policy making In Energy Policy 23 1995 Nr 4 5 S 463 475 Peirce 1998 PEIRCE Martin Computer Based Models in Integrated Envi ronmental Assessment European Environmental Agency European En vironmental Agency 1998 AEAT 1987 Technical Report 14 URL http reports eea eu int TEC14 en tech14 pdf Percivall 2002 PERCIVALL George Hrsg The OpenGIS Abstract Spe cification Topic 12 OpenGIS Service Architecture Version 4 3 Way land Massachusetts USA Open GIS Consortium 2002 URL http www opengis org techno abstract 02 112 pdf Project document number 02 112 doc Poetzsch Heffter 2001 POETZSCH HEFFTER A Software Architektur
290. merkung und einer Ressource die Prim rschl ssel werden hier als Fremdschliissel engl foreign key FK bezeichnet da sie sich auf die Schl ssel anderer fremder Tabellen beziehen MySQL selbst besitzt keine graphische Benutzungsoberfl che Die Definiti on und Abfrage von Tabellen und die Verwaltung von Datenbanken geschieht ber ein Kommandozeilen Werkzeug und die Anweisungen der Structured Que ry Language SQL Da die Nutzung eines Datenbanksystems ber Kommando zeilen wenig komfortabel ist werden zus tzliche Werkzeuge zur Bedienung von MySQL angeboten Ein Werkzeug zur Verwaltung von MySQL Datenbanken ist beispielsweise phpMyAdmin das auch im Rahmen der GLASS Entwicklung TZu den Vor u Nachteilen von MySQL gegen ber anderen DBMS siehe z B Greenspan und Bulger 2001 8N here Informationen zum Prinzip relationaler Datenbanksysteme und einen Vergleich mit objektorientierten Systemen findet sich in Balzert 1996 Zur Normalisierung s z B Balzert 1996 oder Schwinn 1992 10Startseite im Internet http phpmyadmin sourceforge net 6 3 KOMPONENTEN REALISIERUNG 171 Simulationslauf F Dokumentation manager Ergebnisanalyse MySQL PHP Web Browser Server C TCP IP XML DTD DOM Geodaten verarbeitung Katalog Simulationssystem manager Lol GLASS Modelle p DCMES MySQL Stress Sicherheits Modell Aufgabensteuerung PHP Web B
291. mkomponenten Anwendungen und Netzwerken sowie Nutzerkonten und Zugriffsrechten Jede dieser Kategorien repr sentiert Dienste f r einen bestimmten seman tisch unterscheidbaren Zweck ISO DIS 19119 f hrt Beispiel Dienste f r die Dienste Kategorien an und definiert damit eine Dienst Taxonomie In dieser Klassifizierung findet sich unter den Interaktionsdiensten f r Nutzer beispiels weise ein catalogue viewer zum Auffinden und Verwalten von Metadaten Ein Beispiel f r einen Modell Informations Verwaltungsdienst ist der feature ac cess service der f r den Datenzugriff und die Verwaltung gespeicherter Daten zust ndig ist Ein System muss diese Beispiel Dienste nicht implementieren sofern ein Dienst innerhalb eines Systems allerdings einen der aufgef hrten Namen hat sollte dieser Dienst auch die vordefinierte Funktionalit t bereitstellen Umge kehrt gilt Gleiches ein Dienst mit der Funktionalit t einer der Beispiel Dienste 531SO IEC TR 14252 Information Technology Guide to the POSIX Open System Envi ronment OSE 3 2 STANDARDS 61 sollte auch den in der Taxonomie vorgeschlagenen Namen haben Die Namen aller Beispiel Dienste der ISO DIS 19119 sind im Anhang zu finden Tabel len C 1 C 2 Seite 238 239 Die Definitionen der Funktionalit t dieser Dienste sind gegebenenfalls in ISO DIS 19119 Percivall 2002 nachzulesen Die Mehrzahl der Standards der 19100 Reihe fallen in die Klasse der Modell Informations Verwalt
292. mmerzieller Simulationsumgebungen und Simulationssprachen zur geographisch expliziten Repr sentation von Vor g ngen Die Kopplung der Teilmodelle erfolgt ber einen Kommunikationsme chanismus im einfachsten Falle mit Hilfe von Dateien lose Kopplung oder durch direkte Funktionsaufrufe enge Kopplung der beteiligten Teilmodelle Integrierte Modelle ben tigen zur Kalibrierung und zum Betrieb gro e Da tenmengen vornehmlich Zeitreihen von Daten mit r umlichem Bezug Geoda ten Die Datens tze liegen meist in Form von Dateien vor die zur Simulations zeit direkt vom Simulationsmodell gelesen werden Bei den verwendeten Daten formaten kommen sowohl Standardformate als auch propriet re Formate vor Die Speicherung der Daten kann auch ber Datenbank Managementsysteme erfolgen Bei den Geodaten kann unterschieden werden zwischen solchen mit prim rem Raumbezug und solchen mit sekund rem Raumbezug Zum prim ren Raumbezug werden prim re Metriken verwendet bei denen zwei oder dreidimensionale Koordinaten anzugeben sind Die Angabe geographischer Koordinaten x und y Wert ist ein Beispiel f r einen prim ren Raumbezug Der prim re Raumbezug erlaubt eine sehr genaue und eindeutige Ortsangabe Sekund re Metriken wie beispielsweise die Postleitzahl Bereiche oder L nderkennungen werden f r Ortsangaben verwendet die eine 4 1 OOA MODELL 71 Datens tze k nnen ferner durch ihre Herkunft differenziert werden Die Da tens tze di
293. mponenten Abgrenzung Die Wichtigkeit der Durchf hrung von Unsicherheits und Sensitivit tsanaly sen f r die verwendeten Simulationsmodelle wurde bereits in der Systemde finition Kapitel 4 Seite 69 herausgestellt In diesen Analysen werden ge zielte Ver nderungen der Eingangsdaten der Simulationsmodelle vorgenom Darstel lungfor men Modell analyse Verant wortlich keit Un sicher heiten gezielte Wert nde rungen Zwi schen schicht 146 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG men und in Beziehung zur nderung der Ausgangsgr en gesetzt Die Tren nung der Verantwortlichkeiten f r die Erzeugung von Simulationsergebnissen Simulationsmodell Komponente und die Verwaltung bzw Bereitstellung von Modelleingabedaten Simulationslaufmanager Komponente erlaubt eine einfa che nderung der Eingabedaten z B die nderung von Modellparametern Diese nderungen sollten von einer separaten Komponente der Modellanalyse Komponente durchgef hrt werden Die Modellanalyse Komponente ist damit verantwortlich f r die Unterst tzung bei der Analyse des Simulationssystems insbesondere bei der Durchf hrung von Sensitivit ts und Unsicherheitsanaly sen 5 2 11 2 Dienst Spezifikation Die Modellumweltgr en sowie die Parameterwerte von Modellen k nnen i d R nicht genau angegeben werden Die Unsicherheiten dieser Werte m s sen daher stets ber cksichtigt werden Im Zusammenhang mit den Eingabe daten ei
294. n Die Integration der im XML Format vorliegenden Repository Daten in die Datenbank des Katalogmanagers wurde ber ein PHP Skript realisiert Dieses Skript benutzt das Document Object Model DOM des W3C eine plattform und sprachneutrale Schnittstelle um auf XML Dokumente zuzugreifen und de ren Inhalt zu manipulieren s z B Anderson u a 2000 und bertr gt alle Metadaten des Repositorys ber SQL in die Datenbank 6 3 2 5 Metadaten Anzeige Das ber den Metadaten Harvester erzeugte Repository besteht aus XML Tags und kann daher auch direkt in einem Web Browser angezeigt werden Damit die Anzeige in einer ansprechenden Form erfolgt wurde vom Harvester eine Stylesheet Angabe in die XML Datei geschrieben s Erkl rungen zum Harves ter im Anhang D 3 Seite 249 Durch das verwendete Stylesheet erfolgt die Anzeige im Web Browser in Tabellenform Abbildung 6 11 Seite 184 zeigt die Anwendung des Stylesheets mit einem Eintrag aus dem automatisch erzeugten Metadaten Repository f r das R GLASS Projekt 21 awk ist ein Programm zur Bearbeitung von Textmustern sed ein zeilenorientierter Texte ditor N here Informationen ber diese Werkzeuge finden sich z B bei Herold 1999b Eine 6 3 KOMPONENTEN REALISIERUNG 183 Die Metadaten die sich direkt in der Datenbank des Katalogmanagers be finden k nnen ber phpMyAdmin s o abgefragt angezeigt und manipuliert werden 6 3 2 6 Automatische Metadaten Generierung Der ver
295. n Interpreter k nnen z B Modelle oder Modellkomponenten gesteuert werden Eine Interpreter Konsole zur Ausfiih rung von Befehlen und nderung von Variablenwerten w hrend der Simulation ist ebenfalls integriert Als Skript Sprache wurde Python gew hlt R umliche Daten k nnen mit dem GIS Client bearbeitet und visualisiert werden Neben einer Benutzungsschnittstelle stellt der GIS Client eine Pro grammierschnittstelle bereit die ber den Python Interpreter ansprechbar ist Als Anwendungsplattform wird das Open Source Produkt NetBeans be nutzt NetBeans ist eine modulare auf Standards basierte integrierte Entwick Die Lizenzen von Open Source Produkten gew hren grundlegende Rechte So d rfen Open Source Programme beispielsweise weitergegeben werden und Quelltexte d rfen ana lysiert und auch in ge nderter Form weitergegeben werden Einen berblick ber die wich tigsten Open Source Lizenzen geben Roehrl und Schmiedl 2002 Startseite im Internet http www netbeans org 3 1 INTEGRIERTE MODELLE 33 lungsumgebung Das Framework ist in der Programmiersprache JAVA imple mentiert und unterst tzt zurzeit auch nur die Entwicklung mit dieser Sprache ber das so genannte Update Center k nnen existierende Komponenten aktualisiert und neue Komponenten in das OMS integriert werden Die OMS Komponenten m ssen f r diesen Zweck als NetBeans Module gekapselt sein OMS stellt Komponenten f r die Benutzungsschnittstelle bereit
296. n Modelltei len sollte wegen der oft notwendigen nderungen und Aktualisierungen eben falls sehr gut sein Dar ber hinaus wird die Transparenz Nachvollziehbarkeit und Reproduzierbarkeit von Assessment Ergebnissen als wichtiges Qualit ts Merkmal eines SISA definiert Um die Anforderung der Nachvollziehbarkeit von Assessment Ergebnissen zu erf llen ist die Erf llung des Qualit tsmerk mals der Analysierbarkeit ebenfalls besonders zu ber cksichtigen Nachdem die Ziele und Funktionen des SISA in diesem Kapitel spezifiziert wurden erfolgt im n chsten Kapitel die Entwicklung einer Software Architek tur f r ein solches System Kapitel 5 Architektur Entwicklung In Kapitel 4 wurden allgemeine projektunabh ngige Anforderungen an ein Sys tem zum integrierten simulationsbasierten Assessment definiert Um die nicht funktionalen qualitativen Anforderungen des Systems wie die Modifizierbar keit Austauschbarkeit und Interoperabilit t zu erf llen muss das System in seine grundlegenden Bestandteile gegliedert werden Die Einteilung des Ge samtsystems in seine Bestandteile Komponenten ergibt in Verbindung mit einer Definition der Verantwortlichkeiten jeder Komponente die Software Architektur des Systems Die folgenden Abschnitte besch ftigen sich mit der Abgrenzung der einzelnen Komponenten sowie der Definition der Verantwortlichkeiten Schnittstellen und grundlegenden Datenstrukturen Die Gesamtfunktionalit t des System
297. n Ziele und Funktionen ist in den Tabellen 4 2 und 4 3 zu finden 4 2 3 System Einsatz Das SISA wird angewendet im Rahmen von Untersuchungen der Auswirkun gen des globalen Wandels insbesondere im Bereich der Klimafolgenforschung Die aufbereiteten Ergebnisse des Systems sollen politischen Entscheidungstr gern als Informationsgrundlage dienen und dar ber hinaus zur Identifizierung offener Fragestellungen innerhalb der beteiligten wissenschaftlichen Fachdiszi plinen beitragen 4 2 ANFORDERUNGSDEFINITION 81 Name des Ziels Kennzeichnung Verwaltung von Simulationsl ufen Z10 Verwaltung von Assessment Ergebnissen Z20 Verwaltung von Ressourcen Z30 Bereitstellung von Hintergrundinformationen Z40 F rderung des Problemverst ndnisses Z50 Erzeugung neuer Simulationsergebnisse Z60 Integration von Daten Z70 Unterst tzung bei der Vorverarbeitung und Z80 Nachbearbeitung von Simulationsmodell Daten Bereitstellung von Daten Z90 Unterst tzung der Datenanalyse Z100 Unterst tzung der Modellanalyse Z110 Tabelle 4 2 bersicht der grundlegenden Ziele des Systems zum simulations basierten integrierten Assessment Erkl rungen zu den Zielen finden sich im Unterabschnitt 4 2 2 Seite 78 Name der Funktion Kennzeichnung Ziel Beschreibung eines Szenarios F10 Z10 Zuordnung von Daten zu einem Szenario F20
298. n Zusammen hang kann als Absch tzung Einsch tzung Be Wertung Auswertung oder Begutachtung verstanden werden IPCC WG II inte griertes Assess ment Defini tionen Merk male 12 KAPITEL 2 GRUNDLAGEN understand causal relationships within and between complicated systems Alcamo 2002 definiert den Begriff im Zusammenhang mit der Abgren zung von den integrierten Modellen s u folgenderma en Integrated assessment is the assembling analysis and communi cation of knowledge from different disciplines and areas of expertise to assist policymaking it may or may not involve models integrated or otherwise Bei van der Sluijs 1996 werden Definitionen verschiedener Autoren aufge f hrt die sich durch die folgenden Merkmale charakterisieren lassen Sektor bergreifende Abbildung der gesamten Ursache Wirkungs Kette des Klimawandel Problems Informationsbereitstellung f r Entscheidungstr ger Verwendung und Integration eines breiten Spektrums von Untersuchungs bereichen Methoden und Analysetechniken Projektion zuk nftiger konomischer Aktivit t als Ausgangspunkt der Wirkungsketten Kombination Interpretation und Kommunikation von Wissen unter schiedlicher wissenschaftlicher Disziplinen Zusammenschluss formaler Modelle oder Studien ohne Modellierungsun terst tzung in einem in sich schl ssigen konsistenten Framework Bearbeitung von Fragestellungen zum globalen Wandel Bearbeitung v
299. n beim Linken automatisch hinzugef gt Unter UNIX ist es auch m glich den Simulator und die GUI als einzel ne Prozesse zu starten Die Kommunikation der Prozesse erfolgt dann ber den Pipe Mechanismus von UNIX N here Informationen zu dieser Art der Simulator GUI Verbindung finden sich bei van Wijk 1994 Um auch umfangreiche Modelle mit M verwalten zu k nnen erlaubt M die Aufteilung des Gesamtsystems in Module sowie die Definition von Ma kros die Mehrfachverwendung von Dateien und die Integration von C und FORTRAN Funktionen Die bereits oben angesprochene Verwaltung der Da ten in unterschiedlichen Dateien zur Beschreibung der Modellgleichungen der Nutzungsschnittstelle und der unterschiedlichen Prozeduren erleichtert eben falls die Handhabung eines in M entwickelten Modells Seit der Geburtsstunde des Systems im Jahr 1992 wurde M zur Realisie rung mehrerer Projekte eingesetzt Am RIVM selbst wurden das integrierte Modell TARGETS Tool to Assess Regional and Global Environmental and health Targets for Sustainability Rotmans u a 1994 und das user support system USS des integrierten Modells IMAGE Alcamo u a 1998b Alcamo 1994 mit M entwickelt Das USS nutzt allerdings haupts chlich die Funktio nalit ten zur Visualisierung der Modellstruktur und der Modellergebnisse f r unterschiedliche Szenarien die Ergebnisse selbst wurden zuvor ber ein nicht mit M entwickeltes Modell berechnet Die Programmiersprache von
300. n die Modelle z B die 205 Problem L sungs ansatz Ziel Fragen System defini tion Leis tungs spek trum 206 KAPITEL 7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK Integration von GIS Funktionalit ten zwar in den einzelnen Systemen wider eine Komponentenbildung im Sinne einer Software Architektur konnte in der Literatur aber nicht gefunden werden Die Systeme werden hingegen zumeist in Module eingeteilt die sich aus der Realisierung der Systeme ergeben z B in Klassen Bibliotheken Aufgrund der unterschiedlichen Funktionalit ten der Module lassen sich diese nicht ohne weiteres unter den Systemen austauschen Eine Interoperabilit t zwischen den Systemen ist wegen der uneinheitlichen Einteilung der Gesamtsysteme sowie der unterschiedlichen Implementierungs methoden bei der Funktionsrealisierung ebenfalls nicht gegeben Das Ziel der vorliegenden Arbeit war daher die Entwicklung einer allgemein anwendbaren Software Architektur f r SISAs die die Wiederbenutzbarkeit und Wiederbenutzung von Modellen Modellteilen Daten und anderen notwendigen Betriebsmitteln unterst tzt die Zusammenarbeit mit anderen Programmen be g nstigt und die Qualit t der Ergebnisse sichern hilft Um dieses Ziel zu erreichen stellten sich die folgenden Forschungsfragen e In welche generellen Komponenten sollte ein System zum integrierten simulationsbasierten Assessment aufgeteilt werden e Welche Komponenten k nnen unabh ngig von einem konkreten
301. n erheblich verbessern 21 6 3 5 5 Kodierungsstandards Der Austausch von Ressourcen macht nicht bei den Modellen oder Modelltei len bzw Diensten Halt Auch Daten deren Erzeugung oder Beschaffung sehr arbeitsaufwendig ist stellen eine wichtige Arbeitsgrundlage beim integrierten Assessment dar deren Wiederverwendung anzustreben ist Der Austausch von Daten funktioniert aber nur dann reibungslos wenn sie nicht nur die gleiche Form im Sinne der verwendeten Datenelemente Syntax und die gleiche In haltsbedeutung Semantik besitzen sondern dar ber hinaus auf die gleiche Art und Weise kodiert wurden Entfernungsangaben in Meilen mit einem Punkt als Dezimaltrennzeichen lassen sich nicht ohne Umwandlungsaufwand in Systemen verwenden die die Angaben in Metern und einem Komma als Dezimaltrenn zeichen ben tigen Im Sinne der Interoperabilit t ist daher die Verwendung 38 Startseite im Internet http www iscgm org html4 index html 39Die Spezifikation der Global Map ist in der Version 1 1 erh ltlich unter http www iscgm org html4 pdf gmspec 1 1 pdf 40Siehe zu diesem Thema auch das Spatial Data Infrastructure Cookbook von Nebert 2001 6 3 KOMPONENTEN REALISIERUNG 197 einheitlicher Metriken und Kodierungen anzustreben Ausgangspunkte hierf r sind erneut Standards Als Grundlage sollten die allgemein bekannten SI Einheiten dienen Die Verwendung dieser Einheiten mag in einigen F llen und L ndern zun chst umst ndlich und we
302. n in das SISA erfolgt ber Metadaten die zu jeder Datei vorhanden sein sollten Die in der Datenbasis vorhandenen Metadaten die nicht direkt vom Nut zer ber den Katalogmanager eingegeben werden werden von Metadaten Sammlern eingesammelt und dem Katalogmanager bermittelt Ein Metada ten Sammler sollte auf jedem Rechner installiert sein der Ressourcen f r das SISA bereitstellt Projektbezogene Kurz Informationen werden direkt im SISA vorgehalten genauer in der Dokumentationskomponente In diesem Auskunftssystem wer den u a Daten ber durchgef hrte Simulationsl ufe beteiligte Personen und verwendete Szenarien hinterlegt und den Akteuren des SISA Modellbetreiber Modellentwickler Entscheidungstr ger Interessenten bereitgestellt 5 4 FAZIT 163 Zur Steigerung der Wiederverwendbarkeit von Software sollten h ufig wie derkehrende Funktionen nicht direkt in der Komponente des Simulationssys tems implementiert sondern in andere Komponenten ausgelagert werden Zur Erh hung der Interoperabilit t und Austauschbarkeit sollte sich die Modu larisierung von Funktionen an der Dienste Taxonomie der OpenGIS Service Architecture ISO DIS 19119 orientieren Im Rahmen des SISA lassen sich diesbez glich drei relevante Bereiche Komponenten abgrenzen Funktionen zur Bearbeitung geographischer Informationen allgemeine Datenverarbeitungs funktionen und Funktionen die der Steuerung anderer Funktionen dienen In der Architektur si
303. n k nnen um sowohl die Ergebnisse von Studien als auch Hintergrundin formationen zu den Berechnungen direkt abrufen zu k nnen Eine bersicht der vorgesehenen Nutzung des SISA ist in Abb 4 3 in Form eines Anwendungsfalldiagramms zu finden Das System soll in der Umgebung wissenschaftlicher Einrichtungen einge setzt werden hier werden neue Simulationsergebnisse erzeugt Analysen erstellt und interessierten Personengruppen bereitgestellt Der Einsatz des SISA zur Berechnung neuer Simulationsergebnisse macht nur einen geringen Anteil an der Gesamteinsatzzeit des Software Systems aus W hrend dieser Zeit findet eine intensive Rechnernutzung durch die Simulati onsmodelle statt Die anderen Funktionen des SISA verursachen eine geringe Rechnerlast und k nnen im Hintergrund ablaufen 4 2 4 System Umgebung Das SISA sollte auf einem Arbeitsplatzrechner ablauff hig sein Die Verteilung des Systems auf mehrere Rechner z B die Auslagerung einer Datenbank ist w nschenswert Die Software Umgebung setzt sich zusammen aus den standardm ig ver wendeten B roprogrammen Textverarbeitung Tabellenkalkulation einem Internet Browser einem Datenbank Managementsystem DBMS und einem Geo Informationssystem GIS Zur Datenanalyse werden z B Statistikpro gramme eingesetzt Der Einsatz des SISA sollte sowohl unter den aktuellen Betriebssystemen der Firma Microsoft m glich sein als auch unter dem Be triebssystems Linux Schnittstellen zur oben
304. n liegt in der Verantwortung des Simulationslaufmanagers so dass innerhalb der Dokumen tationskomponente nur die in Abb 5 17 dargestellten Informationen vorzuhal ten sind DataType SISA_Simulationrun urn 1 SISA_URN title 1 String aim 1 String simulationStudy 1 SISA_SimulationStudy responsibleParty 1 SISA_ResponsibilityParty relatedDocument 0 SISA_Document Abbildung 5 17 Datenmodell zur Speicherung von Simulationslaufen Service Organizer Folder Das OpenGIS Konsortium fiihrt in der Definition der Service Architecture ISO DIS 19119 Percivall 2002 neben der Dienste Taxonomie und den zugeord neten Beispieldiensten den so genannten service organizer folder SOF ein 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 127 Ein SOF ist eine Datenstruktur die Referenzen auf Diensten beinhaltet die in bestimmten Situationen sinnvoll eingesetzt werden k nnen ber diese Struk tur k nnen von den Nutzern eines Systems selbst Dienste gruppiert werden die sie zur Erf llung einer bestimmten Aufgabe ben tigen Diese Gruppierung kann dann von anderen Nutzern bei der Bearbeitung vergleichbarer Aufgaben eingesetzt werden Ein SOF stellt also eine Art Dokumentation vorhandener L sungsm glichkeiten f r bestimmte Problembereiche dar Bei der Durchf hrung eines Assessments sind vielf ltige Aufgaben zu bear beiten Modellteile m ssen angepasst Daten in das richtige Format gebracht und Informationen aufberei
305. n lokalen und weltweiten Netzen z B dem Internet eingesetzt wird Herold 1999a Die Adressierung zwischen Client und Server geschieht ber die Internet Adresse IP Adresse der Hosts und ber die Nummer des verwendeten Kom munikationskanals Port auf dem Host Programme die mit dem Simulati Client Prozess Server Prozess Socket Kopf Socket Kopf TCP TCP Protokoll Stack Protokoll Stack IP IP Ger tetreiber z B Ethernet Treiber Ger tetreiber z B Ethernet Treiber Rechnernetz Abbildung 6 14 Kommunikation ber Sockets Die Abbildung zeigt das Socket Modell am Beispiel von TCP IP Die Sockets sind die Datenendpunkte zur Kommunikation zwischen Prozessen Sie bauen auf dem Transmission Control Protocol TCP auf das wiederum auf dem Internet Protocol IP fu t Die unterste Schicht der Ger tetreiber sorgt schlie lich f r die Kommunikation ber das Rechnernetz Client und Server nutzen sehen lediglich die Funk tionen des Socket Kopfes die anderen Schichten sind transparent Quelle der Abbildung Gulbins und Obermayr 1995 6 3 KOMPONENTEN REALISIERUNG 189 onslaufmanager kommunizieren wollen m ssen lediglich die IP Adresse seines Hosts und den Port des Managers kennen um mit ihm in Verbindung zu treten Um die Kommunikation der in GLASS eingesetzten C Programme mit dem Server zu vereinfachen wurde eine Klasse SISA_SimulationRunManager Client erstellt die die
306. n und Ergebnissen werden von den Systemen beispielsweise Funktionen zur statistischen Auswertung bereit gestellt Die bei Peirce 1998 aufgef hrten Systeme stellen Funktionen zur Be rechnung von Standard Statistiken Mittelwert Standardabweichung kumula tive Wahrscheinlichkeit etc und zur Analyse von Zeitreihen bereit Die M g lichkeit zur Visualisierung von Ergebnissen in unterschiedlicher Form Tabellen Graphen Karten kann als einfache Art der Analyseunterstiitzung angesehen werden und wird sowohl bei den Systemen DANUBIA IMA M und OMS als auch bei vielen weiteren Systemen vgl Kickert u a 1999 Peirce 1998 erw hnt GIS Daten analyse Modell analyse Szena rien Ver waltung Doku menta tion Daten verwal tung 66 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK Neben der Analyse von Modellergebnissen werden von einigen Systemen auch Funktionen zur Analyse und zum Betrieb des Modells bereitgestellt Hier zu geh ren insbesondere Funktionen zur Unsicherheitsanalyse aber auch M g lichkeiten zur Modellkalibrierung und Modelloptimierung vgl die Ziele von PRISM sowie Kickert u a 1999 Peirce 1998 Die Verwaltung von Szenarien bzw Simulationsl ufen wird trotz der Wich tigkeit f r die Nachvollziehbarkeit und Transparenz von Simulationsergebnissen bei den meisten Systembeschreibungen nicht erw hnt F r das Modellierungs system M wird hingegen eine separate Komponente hierf r vorgeschlagen der scenar
307. n und dynamischen Zusammenh nge der Architektur werden abschlie end zusammengefasst und liefern damit eine Gesamt bersicht ber die entwickelte Architektur Eine prototypische Realisierung zentraler Komponenten der entwickelten Architektur folgt in Kapitel 6 Seite 165 Das Kapitel beginnt mit einer kur zen Beschreibung des integrierten Modells GLASS anhand dessen die Imple mentierung der zentralen Teile der Architektur beschrieben wird Anschlie end wird die Realisierung der Architektur Komponenten im Einzelnen beschrie ben Das Fazit dieses Kapitels fasst die wichtigsten Punkte der Komponenten Realisierung zusammen und stellt die in der Systemdefinition aufgestellten An forderungen den erzielten Resultaten gegen ber Das letzte Kapitel Kapitel 7 Seite 205 liefert eine Zusammenfassung der wichtigsten Erkenntnisse dieser Arbeit und zeigt M glichkeiten der Erweiterung und Verfeinerung der Architektur auf Realisie rung Zusam menfas sung KAPITEL 1 EINLEITUNG Kapitel 2 Grundlagen Dieses Kapitel beschreibt einige Grundlagen die zum Verst ndnis des Problem bereichs und der Entwicklung der Software Architektur hilfreich sind Systeme zum simulationsbasierten integrierten Assessment werden zur Ana ber lyse von Problemstellungen des globalen Wandels eingesetzt Das Kapitel be ich ginnt daher mit einer Definition und Abgrenzung dessen was als globaler Wan del verstanden wird Anschlie end wird die Bedeutung des
308. nagers wird dar ber hinaus ein Objekt erzeugt 5 ber das die Abfragen der Modelleinstellungen erfolgt vom Klienten f r den Datenzugriff wird nicht explizit ein Objekt angelegt da die Klasse nach dem Singleton Prinzip implementiert wurde Nach diesen Definitionen und Deklarationen werden die Server Informati onen gesetzt f r den Datenzugriffsklienten geschieht dies ber die Methode instance die eine Instanz der Klasse SISA_dataAccessClient liefert und ber 1Der Simulationsmodell Manager ist nach dem Singleton Muster implementiert d h es gibt maximal eine global zugreifbare Instanz des Managers innerhalb eines Programms N heres zum Singleton Muster findet sich z B in Gamma u a 1996 252 ANHANG D PROGRAMM QUELLTEXTE die anschlie end die IP Adresse und der Port zur Kommunikation mit dem Server gesetzt wird 6 Beim ersten Aufruf der statischen Klassen Methode instance erzeugt die Klasse automatisch ein Objekt speichert eine Referenz auf dieses Objekt in einer statischen Klassen Variablen und gibt die Referenz anschlie end an den Aufrufer zur ck Bei weiteren Aufrufen der Methode wird lediglich die Refe renz auf das bereits existierende Objekt zur ckgeliefert Auf diese Weise wird sichergestellt dass immer nur ein Objekt dieser Klasse in einem Programm existiert Die Einstellungen zum Simulationslaufmanager werden ebenfalls ber die Methode setServerInfo gemacht 7 hier allerdings direkt
309. nbank Managementsystem DBMS System zur zentralen Verwal tung und Kontrolle der Datenbest nde von Datenbanken Balzert 1996 Datenbanksystem System f r die dauerhafte zuverl ssige und unabh ngi ge Verwaltung sowie die komfortable flexible und gesch tzte Verwen dung gro er integrierter und mehrfachbenutzbarer Datenbanken Bal zert 1996 Datenhaltungssystem Siehe Datenbanksystem Dienst Abgrenzbarer distinct Teil einer Funktionalit t die von einer Entit t ber eine Schnittstelle bereitgestellt wird ISO IEC TR 14252 Framework Ein durch den Software Entwickler anpassbares oder erweiterba res System kooperierender Klassen bei dem in der Regel abstrakte oder leere Operationen in Unterklassen definiert bzw implementiert werden Balzert 1996 229 230 ANHANG A GLOSSAR Globaler Wandel Die Ver nderungen in Natur und Gesellschaft die die Menschheit als Ganzes und auf l ngere Sicht hin betreffen Kr ck u a 2001 Hilfs Unterprogramm Hilfsprogramm Ein Unterprogramm oder ein Pro gramm das allgemeine h ufig ben tigte Dienste f r Benutzer und Be dienungspersonal liefert ISO 1989 Quelle DIN 1995 IAM Siehe Integriertes Assessment Modell Integriertes Assessment Prozess in dem Wissen unterschiedlicher Fachdis ziplinen ber das System Erde in einem konsistenten Rahmen kombiniert und interpretiert wird und der das Ziel verfolgt den Zustand und m gli che langfristige nderungen des Systems
310. nd die Funktionen in den Komponenten Geodatenverarbei tung Datenverarbeitung und Aufgabensteuerung lokalisiert Die Komponente zur Geodatenverarbeitung sollte auch die Schnittstelle zu eigenst ndigen GIS darstellen Zur Sensitivit ts und Unsicherheitsanalyse von Simulationsmodellen ist ei ne gesonderte Komponente vorgesehen die Modellanalyse Komponente Diese Komponente schaltet sich zur Modellanalyse als Schicht zwischen das Simula tionssystem und die Datenzugriffskomponente Auf diese Weise kann die Kom ponente die Eingabedaten f r das Simulationsmodell gezielt ver ndern und die Ausgabedaten analysieren Zur Modellanalyse m ssen daher keine nderungen innerhalb des Simulationssystems vorgenommen werden Funktionen die speziell f r konkrete Assessments ben tigt werden werden der Komponente der Ergebnisanalyse zugeordnet Daten verarbei tung Modell Analyse Ergeb nisana lyse 164 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG Kapitel 6 Realisierung Nachdem im vorigen Kapitel das Software System eines SISA in seine wich tigsten Komponenten gegliedert wurde besch ftigen sich die folgenden Ab schnitte mit der Realisierung dieser abstrakten Komponenten also mit deren Implementierung f r ein konkretes System Die prototypischen Implementie rungen der Komponenten sollen die Anwendbarkeit der entwickelten Konzepte belegen Unterschiedliche Realisierungsm glichkeiten z B ber verschiedene Verteilungsplattformen werden
311. ndig Inner halb der Biosph ren Komponente ist die Landnutzung und die Landbedeckung die nat rliche Vegetation von Interesse In den Bereich der Lithosph re Pedo sph re fallen Angabe ber Bodentypen Die wichtigsten Informationen aus der Bev lkerungs Komponente sind die Gesamtbev lkerung und die Bev lkerungs struktur Wichtige Daten zum Thema Verkehr sind Angaben ber vorhande ne Transportwege Stra en Schienen Fl sse Kan le Im Wirtschaftsbereich spielt das Brutto Sozialprodukt eine ausgesprochen wichtige Rolle beim inte grierten Assessment Dar ber hinaus ist die Einkommensverteilung ein wichti ger Indikator bei einigen Auswirkungsanalysen Aus dem Bereich der Wissen schaft Technik sind grundlegende Angaben ber den Stand der Agrartechnolo gie von Interesse z B was die D ngernutzung oder die Bew sserung landwirt schaftlicher Fl chen angeht Daten aus dem Bereich der gesellschaftlichen Or ganisation beschreiben beispielsweise Wirtschafts Regionen auch die i d R ben tigten L ndergrenzen k nnen hier eingeordnet werden Die Sammlung re levanter Daten aus der psychosozialen Sph re ist ebenso wie die Modellierung der zugeh rigen Prozesse noch nicht so weit fortgeschritten wie diejenige aus den anderen Komponenten so dass f r diesen Bereich keine grundlegenden Datens tze angegeben werden Das staatliche Institut f r Gesundheit und Umwelt der Niederlande RIVM hat zur Validierung von Simulat
312. nem zentralen Simulationslaufmanager erh ht dar ber hinaus die Konsistenz von Simulationsl ufen eine nicht passende Kombination der Einstellungen unterschiedlicher Modellteile f llt bei einer zentralen Verwaltung eher auf und l sst sich besser auch formal berpr fen Dar ber hinaus er m glicht die zentrale Verwaltung der Simulationslaufspezifikationen diejenigen Einstellungen nur einmal zu speichern und zu spezifizieren die f r mehrere Verket tung Modell Manager verteilt vs zentral Prinzip Umset zung Sockets Adres sierung 188 KAPITEL 6 REALISIERUNG Teilmodelle g ltig sind z B den Start und Endzeitpunkt des Simulationszeit raums Im Rahmen des GLASS Projektes wurde der Simulationslaufmanager aus den genannten Gr nden als Server realisiert Dieser Server verwaltet alle simu lationslaufspezifischen Einstellungen und bietet die Einstellungen auf Anfrage den Simulationsmodellen Clients an Zur Kommunikation zwischen Client und Server die auch auf einem Host laufen k nnen wurden die so genannten Sockets in Verbindung mit dem Transmission Control Protocol Internet Protocol TCP IP benutzt Abbil dung 6 14 gibt einen berblick ber das Prinzip dieser Kommunikationsart Die Kommunikation ber Sockets und TCP IP wurde gew hlt da sie relativ einfach realisierbar ist und da TCP IP auf vielen Plattformen bereitsteht TCP IP ist das Protokoll das am h ufigsten zur Kommunikation i
313. nen zur Verf gung stellen Metadaten Modell f r Dienste ISO DIS 19119 stellt ein Metadaten Modell f r Dienste genauer f r die In stanzen von Diensten bereit Die ber die Metadaten Elemente bereitgestellten Informationen sollen ausreichen damit ein Nutzer den Dienst verwenden kann Zur Definition des Metadaten Schemas werden Elemente der ISO 19115 Geographic information Metadata verwendet Die Metadaten zu einer Dienst Instanz bestehen aus einer allgemeinen Beschreibung der Funktiona lit t des Dienstes und aus den Beschreibungen der Operationen die durch die Dienst Instanz aufgerufen werden k nnen Sofern es sich um eine eng gekoppel te Dienst Instanz handelt sind weitere Metadaten gem ISO DIS 19115 f r die Daten anzugeben Dienste Architektur simple service architecture F r die Implementierung einer nachrichtenbasierten Architektur zur Verket tung von Diensten wird die so genannte einfache Dienste Architektur simple service architecture vorgeschlagen Damit sich ein System als Instanz dieser Architektur bezeichnen darf m ssen bei der Implementierung f nf Punkte be r cksichtigt werden die bei Percivall 2002 mit den folgenden unten n her erkl rten Stichpunkten zusammengefasst werden e Nachrichten Operationen e Trennung von Kontrolle und Daten 3 2 STANDARDS 59 e Zustandsbehaftete vs zustandslose Dienste e Bekannter Dienst Typ e Zugewiesene Hardware adequate hardware Operationen s
314. nerwarteter Wirkungen im Zu sammenhang mit durchgef hrten nderungen werden keine au ergew hnlichen Anforderungen gestellt Eine gute Pr fbarkeit des ge nderten Software Systems wird allerdings als Qualit tsziel aufgenommen SISA und SISA Teile insbesondere das Simulationsmodell bzw Teile des Si mulationsmodells werden zunehmend zwischen verschiedenen Organisationen ausgetauscht Die Systemumgebungen k nnen dabei nicht als homogen ange nommen werden Es werden unterschiedliche DBMS GIS und andere Software Produkte eingesetzt und auch die Betriebssysteme k nnen unterschiedlich sein Dar ber hinaus ist die Systemumgebung innerhalb einer Organisation auch nicht stabil Die bertragbarkeit des SISA von einer Umgebung in eine an dere spielt daher eine Rolle bei dessen Entwicklung Die Anpassbarkeit des Systems an neue Umgebung und die Installierbarkeit innerhalb einer vorgege benen Umgebung sollte daher gut sein Die Einhaltung von Normen f hrt zu einer besseren bertragbarkeit dies gilt sowohl f r Teile des SISA als auch f r die erzeugten und verwendeten Daten Das System sollte daher eine gute Konformit t mit solchen Normen aufweisen Um den bereits oben angesproche nen wichtigen Austausch von Modellteilen des Simulationsmodells mit anderen Organisationen zu erm glichen und zu erleichtern sollte bei der Entwicklung des Software Systems eine sehr gute Austauschbarkeit zumindest von Modell Teilen explizit angestrebt werd
315. nes Modells k nnen Unsicherheiten zwei Ursachen haben Zum einen Unsicherheiten bei den Messungen und zum anderen inh rente stochastische Schwankungen bei den gemessenen Werten Diese Unsicherheiten k nnen z B ber cksichtigt werden indem die Eingabewerte zuf llig im Rahmen der Unsi cherheit des Parameters ver ndert werden s z B Clark u a 1975 Das Simulationsmodell bekommt seine Eingabedaten von der Datenzugriffs komponente Zur Analyse der Sensitivit t und Unsicherheit sind die Einga bedaten allerdings gezielt zu ver ndern Diese Ver nderungen k nnten direkt innerhalb des Simulationssystems vorgenommen werden Hierzu m sste das Si mulationssystem entsprechende Methoden bereitstellen und die Eingabedaten dann gezielt z B ber interne Faktoren manipulieren Ein anderer Weg ist die Ver nderung der Eingabedaten bevor sie dem Simulationssystem bermit telt werden Diese Art der Ver nderung von Eingabewerten hat den Vorteil dass die Modelle selbst keine entsprechenden Vorkehrungen zur Manipulation der Daten treffen m ssen Da die Wahl der zu ver ndernden Parameter und die Kombinationen bei der gleichzeitigen Ver nderung mehrerer Parameter ei ne nicht triviale Aufgabe ist sollte diese Verantwortlichkeit in eine separate Komponente gelegt werden Um ihre Aufgabe der Manipulation von Eingangsdaten erf llen zu k nnen befindet sich die Modellanalyse Komponente als Schicht zwischen Simulations system und Datenzugriffskompon
316. ngaben ber den grunds tzlichen Aufbau gesamter Software Systeme sind hier nicht zu finden Die Autoren sprechen in diesem Bericht allerdings die Wichtigkeit der Offen heit und freien Verf gbarkeit des Quellcodes von Simulationsmodellen an da Ergebnisse nur ber diesen Weg von Dritten reproduzierbar seien Als weiteren wichtigen Punkt bez glich der Reproduzierbarkeit von Ergebnissen nennen sie die Versionierung von Programmen Peirce 1998 liefert in seinem Bericht ber Computer basierte Modelle im integrierten Umwelt Assessment Kurzbeschreibungen von insgesamt 27 Soft ware Systemen die im Rahmen des integrierten Assessments benutzt werden Diese Liste enth lt unterschiedliche Systeme angefangen von Simulationsmo dellen ber Entwicklungsumgebungen bis hin zu GIS Auf die einzelnen Systeme soll an dieser Stelle nicht eingegangen werden Die Analyse der aufgef hrten Systeme zeigt allerdings das Funktionsspektrum das im Rahmen des integrier ten Assessments ben tigt wird und das an dieser Stelle nur stichpunkthaft dar gestellt werden soll Visualisierung von Ergebnissen Datenbank Schnittstellen GIS Funktionen Datenanalyse Optimierung Graphische Benutzungsschnitt stelle GUI Unsicherheitsmodellierung Latin Hypercube Monte Carlo Si Der Bericht legt seinen Schwerpunkt allerdings auf die kologischen Aspekte des globalen Wandel 3 1 INTEGRIERTE MODELLE 29 mulation Statistische Berechnungen Internet Zugriff v
317. nicht gegeniibergestellt Die Implementierungen der Komponenten erfolgten im Rahmen des GLASS Modells ein Modell zum Assessment der Auswirkungen des globalen Wan dels auf die Nahrungsmittelproduktion und Wasserverf gbarkeit Die beiden folgenden Abschnitte liefern zun chst eine kurze Beschreibung des Simulati onssystems von GLASS sowie eine bersicht zur Implementierung der SISA Architektur in die das GLASS Simulationssystem eingebettet wird Detaillierte Erkl rungen zur Realisierung der einzelnen Architektur Komponenten finden sich in Abschnitt 6 3 ab Seite 169 Das Fazit in Abschnitt 6 4 Seite 199 fasst die wichtigsten Punkte der Komponenten Realisierung zusammen 6 1 Beispielmodell GLASS Das integrierte Modell GLASS Global Assessment of Security Alcamo u a 2001 ist ein Simulationssystem zur Quantifizierung der Beziehungen zwischen globalem Wandel und menschlicher Sicherheit unter Ber cksichtigung natur und sozialwissenschaftlicher Aspekte Das politisch relevante Ziel ist die Dar stellung umweltbezogener Bedrohungspotentiale f r die menschliche Sicherheit und die Identifizierung von Strategien zur Risikominimierung Die derzeitigen Priorit ten des GLASS Modells liegen in der Verbindung extremer Klimaereig nisse z B D rren mit Risiken bei der Wasserversorgung und Nahrungsmit 165 Ziel ber sicht Modell Ziel Berech nungs prinzip Verwen dung Teil modelle 166 KAPITEL 6 REALISIERUNG tel
318. nig eing ngig erscheinen man denke an einen Datensatz der eine mittlere Monatstemperatur von 280 anzeigt Kelvin wohlgemerkt Temperaturangaben in Kelvin haben allerdings den Vorteil dass sie stets als positive Zahlen dargestellt werden einfachere Datenhaltung und validierung und dass diese Metrik in vielen wissenschaftlichen Gleichungen verwendet wird Gerade beim internationalen Datenaustausch stellen Standards und andere Vereinbarungen nicht nur eine gro e Arbeitserleichterung dar sondern auch einen Gewinn bez glich der Richtigkeit bei der Verwendung von Daten Die Angabe 320 centner ha die aus einer russischen Statistik ber Ernte Ertr ge entnommen wurde ist beispielsweise nicht direkt vergleichbar mit derselben Zahl aus einer deutschen Statistik in Russland bedarf es 100 kg f r einen Zentner in Deutschland sind es 50 kg 100 Pfund Selbst bei einem Daten satz mit dokumentierter Einheit w rde ein solches Problem nicht direkt wenn berhaupt auffallen Neben einheitlichen SI Einheiten gibt es Standards insbesondere der ISO Serie zur Implementierung und Formatierung von Daten Ein Beispiel f r deren Sinnhaftigkeit ist die Angabe eines Datums 08 05 03 in den USA w rde diese Angabe dem 5 August 2003 entsprechen in Deutschland dem 8 Mai 2003 Eine Mehrdeutigkeit trotz eines wohldefinierten Formats denn 2003 05 08 ist die standardkonforme Art f r die numerische Notation des 8 Mai 2003
319. nisationen zu speichernden Daten F100 sollten nach den Richtlinien der ISO DIS 19115 Kottmann 2001 kodiert werden um eine nahtlose Integration von Projektdaten und Metadaten zu erm glichen Der Standard schl gt zur Verwaltung von Personen und Organisationen eine Klasse mit dem Namen responsible party verantwortliche Instanz vor die Angaben zum Namen und zu Kontaktinformationen vorsieht Die genaue Klassendefini tion wird im Anhang B 1 Seite 234 in UML Notation wiedergegeben Zur Beschreibung der Rolle die einer Person Organisation im Rahmen der Metadaten Erfassung zugeschrieben werden kann bietet ISO DIS 19115 eine Kodierungsliste s Abb B 1 Seite 234 Da sich diese Liste auf m gliche Rol len im Zusammenhang mit Metadaten beschr nkt muss sie an dieser Stelle erweitert werden Die zentralen Rollen von Personen im Rahmen des simulationsbasierten Assessments k nnen direkt dem OOA Modell des SISA Abb 4 1 Seite 73 entnommen werden Modellentwickler implementierer betreiber Entschei dungstr ger Ressourcenlieferant und Interessent Als weitere Rolle kommt noch der Kapitalgeber hinzu Abbildung 5 14 zeigt das resultierende Datenmodell im berblick Projekte und Simulationsstudien Innerhalb des SISA sollten die wichtigsten auf das Assessment bezogenen In formationen zu Projekten gespeichert werden F110 In ISO 9000 DIN 2000 wird der Begriff des Projektes definiert als Einmaliger Prozess der aus e
320. nition des Architekturbegriffs Aspekte des enterprise view point werden allerdings in der Systemdefinition Kapitel 4 Seite 69 behandelt und das Kapitel der Realisierung Kapitel 6 Seite 165 geht auf den enginee ring viewpoint sowie den technology viewpoint ein Die einzelnen Sichtweisen der ISO IEC 10746 werden aufgrund des Schwerpunktes der Arbeit nicht separat spezifiziert ISO IEC 10746 ist u a die Grundlage eines wichtigen Standards im Bereich der Geodatenverarbeitung ISO 19119 Eine kurze Erkl rung der ISO IEC ds10746 und der einzelnen Sichtweisen findet sich daher an sp terer Stelle in dieser Arbeit Unterabschnitt 3 2 4 Seite 52 Anforderungen an die Architektur Bei der Entwicklung der Architektur sind vielf ltige Faktoren zu ber cksichti gen Balzert 1996 teilt diese Einflussfaktoren in drei Gruppen ein e Einsatzbedingungen e Grundsatzentscheidungen e Rand und Umgebungsbedingungen Die Einsatzbedingungen ergeben sich aus dem Produkteinsatz und bestim men ob das Produkt sequentiell oder nichtsequentiell ablaufen soll Im se quentiellen Fall werden Programmanweisungen Schritte hintereinander aus gef hrt im nichtsequentiellen Fall k nnen Anweisungen auch nebenl ufig Be arbeitung mehrerer Schritte unabh ngig voneinander parallel Bearbeitung 2 3 SOFTWARE ENTWICKLUNG 21 mehrerer Schritte gleichzeitig und unabh ngig voneinander oder in Echtzeit unter Ber cksichtigung von Schritt Terminierungen un
321. nkatalogs Swoboda u a 1998 Swobo da u a 2000 beschreibt Projekte ber die Datenelemente Projektleiter Be teiligte und Erl uterung Uber diese Angaben hinaus sollte das SISA in An lehnung an die ISO Definition auf jeden Fall Informationen ber den Anfangs und Endtermin sowie das Ziel des Projektes bereitstellen Die Angabe eines Projekt Titels sowie der Verweis auf weitere Informationsquellen Dokumente mit detaillierten Angaben zu Kosten Ressourcen usw sollten ebenfalls ber das SISA bereitgestellt werden Um eine getrennte Verwaltung von Personen und Organisationen zu erleich tern sollte zur Aufnahme der Daten jeweils ein separater Katalog erzeugt und verwendet werden F r Projekte werden Simulationsstudien mit Simulationsl ufen und Ergeb nis Analysen durchgef hrt vgl Abb 4 1 Seite 73 Studien sind wissenschaft liche Untersuchungen ber eine Einzelfrage Duden 1996 In diesem Sin ne k nnen Simulationsstudien als kleine Projekte Unterprojekte betrachtet werden Ziele von Simulationsstudien k nnen neben der Erstellung eines Assess 15Der Umweltdatenkatalog UDK ist ein Metadaten Informationssystem zum Auffinden umweltrelevanter Datenquellen die in den ffentlichen Verwaltungen vorhanden sind Start seite im Internet http www umweltdatenkatalog de 161m Umweltdatenkatalog werden die gleichen Elemente auch f r Vorhaben und Pro gramme benutzt UDK Erweite rung
322. nstruktur des Metadaten Sammlers orientiert sich an der Spezifikation der Metadaten des Katalogmanagers ber seine Schnittstelle IMDHarvester bietet der Metadaten Sammler die M glichkeit die Sammlung von Metadaten zu starten und die gefundenen Informationen an den Katalogmanager weiterzu leiten Um seine Aufgabe zu erf llen ben tigt der Metadaten Sammler Zugriff auf die Dateien des zu durchsuchenden Rechners F r die bermittlung der Metadaten greift er auf den Katalogmanager zu Der Aufruf der Operationen kann durch den Client erfolgen oder in regelm igen Abst nden durch einen entsprechenden Prozess Das Paket der Datens tze Datasets ist eine lose nicht direkt durch das SISA verwaltete Sammlung von Dateien und bietet keine ber die SISA Archi tektur definierten Schnittstellen an Die Datenstrukturen sind ebenfalls nicht vorbestimmt Daten die f r das SISA verwendet werden sollen und nicht im Datenbanksystem e u gespeichert werden sollten aus Gr nden der Inter operabilit t etablierten Daten Standards folgen Zu jedem Datensatz sollte ein entsprechender Metadatensatz existieren Bei der Verwendung neuer f r das SISA unbekannter Formate sollten der Datenzugriffskomponente entsprechende Operationen zum lesenden und schreibenden Zugriff auf Dateien dieses Formats hinzugef gt werden Der Weg der direkten Datenintegration in das SISA geht ber das Daten banksystem Database System Das Datenbanksystem ist verantwortlich
323. nsverarbeitung konzentriert Engineering Sichtweise auf ein ODP System und seine Umgebung die sich auf Viewpoint die Mechanismen und Funktionen konzentriert die zur Unterst t zung f r verteilte Interaktionen zwischen den Objekten des Sys tems ben tigt werden Technology Sichtweise auf ein ODP System und seine Umgebung die sich auf Viewpoint die Auswahl von Technologien innerhalb des Systems konzentriert Tabelle 3 1 Sichtweise auf ein Software System nach ISO RM ODP ISO 1998 3 2 STANDARDS 55 3 2 5 OpenGIS Service Architecture Das Open GIS Consortium schl gt in seinen Abstract Specifications s S 45 die OpenGIS Service Architecture Percivall 2002 vor Diese Architektur wird als eine von vielen m glichen technischen Referenzmodellen angesehen Der Architektur liegen die Annahmen zugrunde dass die Zielsysteme 1 verteilte Systeme und 2 objektorientiert aufgebaut sind Bis zur Version 4 definierte die OpenGIS Service Architecture im Sinne der ISO RM ODP s Unterabschnitt 3 2 4 die wesentlichen Teile der compu tational view eines Informationssystems f r geor umliche Verarbeitungen die Architektur stellte also lediglich einen Rahmen engl framework der Dienste bereit die f r die Entwicklung und Ausf hrung geor umlich orientierter An wendungen ben tigt werden Im April 2001 wurde ber das OGC Technical Committee die bernahme der Arbeiten zum ISO Standard 19119 Geographic information Services
324. nter Ber cksichtigung der Arbeiten zum ISO DIS 19115 und des CSDGM erstellt wurde ADEPT 2001 enth lt rund 160 in zehn Abschnitte gegliederte Elemente Die Elemente der einzelnen Abschnitte be schreiben ein Modell mit zunehmendem Detaillierungsgrad angefangen von Elementen zur Identifizierung des Modells Titel und Version des Modells ver antwortliche Personen etc ber Informationen zur Verf gbarkeit des Modells bis hin zu Beschreibungen der Modellkalibrierung und validierung Tabelle 5 6 Seite 114 beinhaltet eine kurze Beschreibung der einzelnen Abschnitte Nicht alle Elemente m ssen f r jedes Modell angegeben werden auch bei diesem Standard wird unterschieden zwischen verpflichtend anzugebenden Ele menten und solchen die unter gewissen Bedingungen oder optional auszuf llen sind Einige Elemente k nnen bzw m ssen auch mehrfach verwendet werden z B Elemente zur Beschreibung einzelner Modellvariablen oder Parameter F r ein Modell mit einer Eingangsvariablen die aus einer Datei gelesen werden muss sind etwa 50 Elementen verpflichtend auszuf llen Neben den einzelnen Elementen liefert der CSCM f r einige Elemente Kodie rungsvorschriften So gibt es beispielsweise Kodierungslisten zur Beschreibung der Modell Typologie Differentialgleichungen Stochastik zellul re Automaten etc und zur Klassifizierung des Themas mit dem sich das Modell besch ftigt Biologie Physiologie kologie etc Startseite im In
325. ntry DataType SISA_MetadataHarvester catalog 1 SISA_URN Fnamef1 String resourceld 1 SISA_URN resourceld t SISA_URN metadataEntry 0 SISA_MetadataEntry FkatalogManager t repositoryName 0 ISISA_Accessinformation DO String format 1 String DataType SISA_DataAccess formatinfo String DataType SISA_ModelAnalysis simulationRun 1 SISA_URN datasetChange 1 SISA_DatasetChange catalogEntry 1 SISA_CatalogEntry accessinfo 1 SISA_Accessinformation DataType ISISA_MetadataEntry A DataType DataType DataType ISISA_MetadatalSO19115 SISA_MetadataCSCM SISA_MetadataDCMES Del String Creator String Subject String DataType SISA_DatasetChange dataSet 1 SISA_URN changeMin 1 changeMax 1 Description String Publisher String Contributurf String Date String Typef String Format Identifier Source Languagef String Relation String Coveragel String Rights String 235 B 2 Zusammenfassung des SISA Datenmodells Abbildung B 2 bersicht des SISA Datenmodells Erkl rungen finden sich in Abschnitt 5 2 Seite 96 236 ANHANG B DATENMODELLE UND SCHNITTSTELLEN B
326. nz der Vereinten Nationen f r Umwelt und Entwicklung im Juni 1992 in Rio de Ja neiro Dokumente Agenda 21 Bonn K llen Druck Verlag 1992 Umwelt politik URL http www bmu de download dateien agenda21 pdf van der Sluijs 1996 VAN DER SLUIJS Jeroen Integrated assessment mo dels and the management of uncertainties IIASA International Institute for Appliend Systems Analysis Laxenburg Austria ITASA International Institute for Appliend Systems Analysis October 1996 Working Paper WP 96 119 van Wijk 1994 van WIJK Jack M Software Architecture Documentation available at M web page www m rivm nl Juni 1994 Vienneau 2001 VIENNEAU Aleta Using ArcCatalog USA ESRI Environmental System Research Institute 2001 ISBN ISBN 1879102951 Villa 2001 VILLA Ferdinando Integrating modelling architecture a decla rative framework for multi paradigm multi scale ecological modelling In Ecological Modelling 137 2001 Nr 1 S 23 42 Villa und Costanza 2000 VILLA Ferdinando COSTANZA Robert Design of multi paradigm integrating modelling tools for ecological reserach In Environmental Modelling and Software 2000 Nr 15 S 169 177 Voges 2001 VOoGes Uwe terraSeek OpenGIS basierter Katalogdienst f r Geodaten und Geoservices In HILTY Lorenz M Hrsg GILGEN Paul W Hrsg Sustainability in the Information Society 15th international Symposium Informatics for Environmental Protect
327. ode und nutzt zur Erf llung ihrer Aufgabe die Dienste weiterer Komponenten insbesondere die Dienste der Datenzugriffskom ponente um auf Datens tze zuzugreifen und die des Simulationslaufmanagers um die f r einen Simulationslauf notwendigen Einstellungen zu erfragen H u fig von Simulationsmodellen ben tigte Funktionen zur Geodatenverarbeitung sowie zur allgemeinen Datenverarbeitung werden ber separate Komponenten angeboten 5 4 FAZIT 161 Die Einbettung des SISA in eine Software Umgebung wird einerseits ber den Austausch persistenter Daten erreicht f r die die Datenzugriffskomponen te zust ndig ist und andererseits ber die M glichkeit der direkten Kopp lung einzelner SISA Komponenten mit externen Programmen ber Program mierschnittstellen Die Komponente zur Geodatenverarbeitung ist beispiels weise verantwortlich f r die Kopplung des SISA mit eigenst ndigen Geo In formationssystemen GIS die Datenzugriffskomponente f r die Anbindung an externe Datenbanksysteme Die in der Systemdefinition geforderte Inter operabilit t mit solchen externen Systemen nicht funktionale Anforderung NF10 wird damit explizit ber cksichtigt Die Austauschbarkeit von Sys temteilen NF40 sowie die Modifizierbarkeit NF30 und Analysierbar keit NF20 des Systems wird insbesondere durch die klare Trennung der definierten Verantwortlichkeit der einzelnen Komponenten unterst tzt Der ho hen Anforderung an das Qualit tsmerk
328. odels IAMs use a computer program to link an array of component models based on mathematical repre sentations of information from the various contributing disciplines W hrend van der Sluijs 1996 von einer mathematischen Repr sentation des Systems Erde und damit vom konzeptionellen Modell siehe Abschnitt 2 2 Seite 14 spricht bezieht sich die Definition von Weyant u a 1996 ebenso wie die von Alcamo 2002 bereits auf die Umsetzung als Computer Programm also auf das Simulationsmodell Dar ber hinaus hei t es ein IAM nutzt ein Computer Programm was impliziert dass IAMs aus mehr bestehen als aus den einzelnen Teilmodellen Aus der Sicht der Software Entwicklung ist diese Unterscheidung durchaus wichtig da es hiernach Komponenten innerhalb eines IAM geben k nnte die unabh ngig von einem konkreten System entworfen und wieder verwendet werden k nnen Diese Interpretation spiegelt sich auch in der Definition von Rotmans 1998 wider Integrated Assessment models are computer simulation including optimisation frameworks that try to describe quantitatively as much as possible of the cause effect relationship of a specific issue and of the interlinkages and interactions among different issues 2Uber die Politikrelevanz grenzt van der Sluijs 1996 auch die integrierten Assessment Modelle von den so genannten Earth System Models ab die nach seiner Auffassung prim r f r wissenschaftliche Zwecke erstellt werden 3 1 I
329. ollten aus Vereinfachungsgr nden ber Nachrichten model liert werden Eine Nachrichten Operation message operation sollte aus einer Anfrage und einer Antwort bestehen Anfragen und Antworten f hren Para meter mit sich die unabh ngig vom Kontext in einer einheitlichen Weise ber tragen werden Bei den Anfrage Antwort Interaktionen einfacher Anwendun gen gibt es charakteristische Nachrichtenaustausch Muster wie den unidirek tionalen Ereignis und den bidirektionalen Austausch Eine Dienstspezifikation sollte die Erzeugung und Nutzung von Anwendungen so einfach wie m glich machen Trennung von Kontrolle und Daten Ein Client der auf einen Dienst zu greift ihn kontrolliert ben tigt eventuell nicht die gesamten Resultate eines Dienstes im Falle einer Dienste Kette ben tigt er beispielsweise nur das End ergebnis nicht aber die gegebenenfalls zur Verf gung stehenden Teilergebnisse Aus diesem Grund sollten die Operationen einer Schnittstelle die Kontrolle ei nes Dienstes vom Zugriff auf die Ergebnisdaten des Dienstes trennen Ein Client sollte die Option haben nur den Status einer Operation zu empfangen und auf die Daten separat ber eine andere Operation zuzugreifen Aus Vereinfachungsgr nden sollte ein Dienst zustandslos sein d h der Auf ruf eines Dienstes besteht aus einer Aufruf Antwort Sequenz und es gibt keine Abh ngigkeit von vorhergehenden und zuk nftigen Interaktionen Dies ist nicht immer m glich f r einige
330. on I E IEEE Standard for Modeling and Simulation a x M amp S High Level Architecture HLA GET Object Model Template OMT Specification ee IEEE 1516 2 2000 k J interaction classes Abbildung 3 6 High Level Architekture bersicht Eine federation das Ge samtmodell besteht aus mehreren federates Teilmodellen und der run time infrastructure RTI ber die der gesamte Datenaustausch abgewickelt wird Das Gesamtmodell wird ber das federation object model FOM beschrieben die dem Gesamtmodell zur Verf gung gestellten Daten und Funktionen der einzelnen Teilmodelle werden im simulation object model SOM definiert Die formale Spezifikation der High Level Architecture besteht aus drei Teilen IEEE 1516 beschreibt den allgemeinen Rahmen und die zehn Regeln R1 R10 die das Zusammenwirken der Federates Teilmodelle innerhalb einer Federation Gesamtmodell definieren IEEE 1516 1 spezifiziert die Schnittstelle zwischen der RTI und den einzelnen Teilmodellen IEEE 1516 2 definiert die Beschrei bungssprache die f r das FOM und das SOM benutzt werden muss Die Regeln finden sich im Anhang C 2 Seite 243 Weitere Informationen finden sich im Text Eigentumsverwaltung R8 und der Bedingungen zum Attribut Update R9 z 3 2 STANDARDS 51 Federate 1 RTI Federate 2 start federation execution join federation execution join federa
331. on Fragestellungen zu Umweltproblemen Ber cksichtigung von Informationen ber physikalische chemische biolo gische psychologische sozio konomische und institutionelle Ph nomene inklusive relevanter Entscheidungsfindungsprozesse Parson 1995 sieht bei Projekten zur integrierten Analyse des Klimawandels die folgenden charakteristischen Merkmale Nutzung eines nationalen bis globalen r umlichen Ma stabes wobei die Welt in letzterem Fall typischerweise in so genannte Weltregionen einge teilt wird Verwendung eines zeitlichen Ma stabes zwischen einigen Dekaden und etwa einem Jahrhundert Nutzung von Interpolations Parametrisierungs und N herungsverfah ren zur Beschreibung von Prozessen die auf einer feineren r umlichen oder zeitlichen Aufl sung ablaufen eine eher grobe sektorale Aufl sung d h beispielsweise eine vereinfachte Darstellung der unterschiedlichen Bereiche im konomischen Sektor 2 1 INTEGRIERTES ASSESSMENT 13 Die herausgestellten Definitionen und Merkmale setzen unterschiedliche Schwerpunkte z B auf den Prozess die Zielgruppe oder die zu betrachten den Disziplinen Auf einige der angef hrten Merkmale wird im Kapitel der Systemdefinition Kapitel 4 Seite 69 noch einmal eingegangen In Rahmen der vorliegenden Arbeit soll der Begriff des integrierten Assessments zusam menfassend wie folgt verstanden werden Das integrierte Assessment ist ein Prozess in dem Wissen unter schiedlicher Fachdiszipl
332. on Informationen Un terst tzung bei der Verfassung von Berichten Datenbasis Wissensbasis mit Checklisten Regeln Hintergrundinformationen f r den Analysten Inferenz Maschine Summary Report Generator Animation GUI Design Tool Inte griertes Web Publishing Zeitserien Analyse Hilfesystem Nicht jedes System zur Unterst tzung des integrierten Assessments muss all diese Funktionalit ten bereitstellen Die Auflistung zeigt allerdings das Leis tungsspektrum der verwendeten Systeme Aufschlussreiche Informationen ber einen grunds tzlichen Aufbau von SI SAs also der Software Architektur solcher Systeme finden sich bei Peirce 1998 ebenso wenig wie bei Kickert u a 1999 Dieses Ph nomen kann nicht alleine darauf zur ckzuf hren sein dass die zugrunde liegenden Software Kon zepte im Rahmen derartiger Berichte nicht von Interesse w ren die Beschrei bungen von Programmobjekten und Dateistrukturen zielen schlie lich auf die softwaretechnische Umsetzung Die Ursache f r fehlende Beschreibungen von Software Architekturen in solchen Berichten ist vielmehr darin zu suchen dass die Architektur Konzepte falls berhaupt vorhanden nicht bzw nicht f r die ffentlichkeit dokumentiert sind Selbst in ausf hrlichen Beschreibungen wie den B chern zu den integrierten Modellen IMAGE2 Alcamo 1994 und AIM Kainuma u a 2003 finden sich keine ausdr cklichen Beschreibungen der Architektur Konzepte Die angef hrte Literatur
333. onal Institute of Public Health and Environmental Protection RIVM Juni 1994 URL http sedac ciesin org mva JR1994A JR1994A htm1 Rotmans 1998 ROTMANS Jan Methods for IA The challanges and oppor tunities ahead In Environmental Modeling and Assessment 1998 Nr 3 5 155 179 Rotmans und van Asselt 2001 ROTMANS Jan ASSELT Marjolein B A van Uncertainty management in integrated assessment modelling towards a pluralistic approach In Environmental Monitoring and Assessment 2001 Nr 69 S 101 130 Rotmans und Dowlatabadi 1998 ROTMANS Jan DOWLATABADI Hadi Integrated assessment modeling In RAYNER Steve Hrsg MALONE Eli zabetz L Hrsg Human choice and climate change Bd 3 The tools for policy analysis Columbus Ohio USA Battelle Press 1998 Kap 5 S 291 377 Schneider 1997 SCHNEIDER Stephen H Integrated assessment modeling of global climate change Transparent rational tool for policy making or opaque screen hiding value laden assumptions In Environmental Modeling and Assessment 1997 Nr 2 S 229 249 226 LITERATURVERZEICHNIS Schulze u a 1999 SCHULZE Thomas STRASSBURGER Steffen KLEIN Ulrich Migration of HLA into Civil Domains Solutions and Prototy pes for Transportation Applications In Simulation 73 1999 Nr 5 S 296 303 URL http isgsimi cs uni magdeburg de hla paper S7305 05 pdf ISSN 0037 5497 99 Sch rmann 1995 SCH RMANN Gerd The evolu
334. orhandenen Metadaten in einem lokalen Verzeichnis Repository vorzuhalten Ein solches Repository erleichtert den berblick ber die auf einem Host vorhandenen Daten ohne die Notwendigkeit mit dem Katalogmanager in Verbindung zu treten Entspre chende Operationen zur Einrichtung und Abfrage eines solchen Verzeichnisses 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 119 sind daher ebenfalls von der Komponente anzubieten Abbildung 5 11 zeigt die Schnittstellenspezifikation des Metadaten Sammlers als UML Diagramm IMDHarvester 0 interface IMDHarvester Metadata Harvester 0 queryRepository Abbildung 5 11 Schnittstelle des Metadaten Sammlers Die Komponente be sitzt lediglich eine Schnittstelle IMDHarvester die sowohl die Operation zum Einsammeln von Metadaten harvest als auch die Operation zur Versendung der gesammelten Metadaten an den Katalogmanager report bereitstellt Falls die Speicherung der gesammelten Daten in einem lokalen Verzeichnis Repo sitory gew nscht ist kann ein solches ber zus tzliche Operationen gesetzt setRepository und abgefragt queryRepository werden 5 2 2 3 Daten Spezifikation Das Datenmodell f r die Sammlung und den Bericht der Metadaten ist ab Meta h ngig vom lokal verwendeten Metadaten Elementsatz Um eine nahtlose In daten tegration der Metadaten in den Katalog des Katalogmanagers zu erm glichen sollten sich die Metadaten Elemente an denen orientieren
335. pe DataType SISA_Storyline SISA_SimulationRun SISA_SimulationSpecification Furn 1 SISA_URN urn SISA_URN Furn 1 SISA_URN simulationRun 1 SISA_URN modelSetting 1 SISA_ModelSettingAllocation study SISA_SimulationStudy responsibleParty SISA_ResponsibilityParty relatedDocument SISA_Document DataType SISA_ModelSettingsSpezification DataType SISA_Scenario DataType SISA_Task urnf1 SISA_URN tel String description 1 String furtherInfoResource 0 SISA_Resource responsibiliteParty 1 SISA_ResponsibilityParty indicatorChangeDescription 1 String drivingForces 1 String baseYear 1 Integer timeHorizon 1 Integer timeStep 1 integer furtherinfoResource 0 SISA_Resource responsibleParty 1 SISA_ResponsibilityParty storyline 1 SISA_Storyline Mitel String description 1 String utilizedResources 0 SISA_Resource DataType SISA_Annotation De String author 1 SISA_ResponsibilityParty date 1 SISA_Date evi String relatedResource 0 SISA_Resource Fmodel 1 SISA_URN spezification 1 DataType ISISA_ModelSettingAllocation model 1 SISA_URN setting 1 String value 1 String DataType SISA_CatalogManager DataType SISA_Catalog DataType SISA_CatalogE
336. produktion Die folgenden Unterabschnitte erkl ren kurz das Modellkonzept und die Rahmenbedingungen f r die Realisierung des SISA Modellkonzept Die Klimavariabilit t spielt bei der Analyse der Nahrungsmittelproduktion und Wasserverf gbarkeit eine wichtige Rolle Aus diesem Grund werden ber den Klimavariabilit ts Generator s Abb 6 1 szenarienbasierte Daten zu Tem peratur und Niederschlag berechnet Dieses Teilmodell ber cksichtigt sowohl Daten zum historischen Klima u a Angaben ber Temperaturen und Nie derschl ge der letzten 100 Jahre auf einer monatlichen Basis als auch Daten ber m gliche Klima nderungen die von Klimamodellen f r verschiedene Sze narien berechnet wurden Die auf diese Weise generierten Klima Daten wer den anschlie end vom Modell WaterG AP Alcamo u a 2003a zur Berech nung j hrlicher Wasserverf gbarkeiten und vom Modell GAEZ Fischer u a 2000 zur Berechnung m glicher Ertr ge wichtiger Feldfr chte genutzt Diese von Jahr zu Jahr schwankenden Indikator Werte werden vom Wasserstress Modell bzw vom Nahrungsmittelstress Modell zur Berechnung von Stresswer ten benutzt Bei der Berechnung des Nahrungsmittelstresses werden zus tz lich sozio konomische Daten ber cksichtigt beispielsweise Angaben dar ber welche Feldfrucht in einer Region besonders wichtig ist oder wie hoch der Anteil an importierten Nahrungsmitteln in einer Region ist Das Sicherheitsmodell verkn pft diese Stresswerte
337. r lt lt CodeList gt gt Cl_OnLineFunctionCode download information offlineAccess order search URL lt lt DataType gt gt Cl_Telephone voice 0 CharacterString facsimile 0 CharacterString Abbildung B 1 Zur Verwaltung von Personen und Organisationen Institu tionen verwendete Klassen nach ISO 19115 Responsible party information N here Informationen finden sich in Unterabschnitt 5 2 3 Seite 119 Quelle Kottmann 2001 B 2 ZUSAMMENFASSUNG DES SISA DATENMODELLS CodeList SISA_RoleCode DataType CI_ResponsibilityParty modelDeveloper modelCoder modelCarrier decisionMaker DataType SISA_Project Fum t SISA_URN l title 1 String Lait String description 1 String DataType SISA_SimulationStudy title 1 String description 1 String furtherinfoResource 0 SISA_Resource responsibiliteParty 1 SISA_ResponsibilityParty title String aim String DataType resourceProvider _ responsibleParty 1 SISA_ResponsibilityPartyN relatedProject 1 1 SISA_Project SISA_ResponsibilityParty interestedParty contributor 0 1 SISA_ResponsibilityParty investor furtherInfoResource 0 SISA_Resource begin 1 SISA_Date end 0 SISA_Date DataType DataTy
338. r Analyse des Simulationssystems insbesondere bei 5 3 GESAMTARCHITEKTUR 153 der Durchf hrung von Sensitivit ts und Unsicherheitsanalysen Beim Start einer Modellanalyse ber die Schnittstelle ISimModAnalysis bernimmt die Modellanalyse Komponente die Kontrolle ber die Durchf hrung von Simulati onsl ufen Au erdem schaltet sie sich zwischen das Simulationssystem und die Datenzugriffskomponente so dass alle Modelleingabedaten und Modellausga bedaten vor der Weitergabe kontrolliert und gezielt ver ndert werden k nnen Um den Datenzugriff f r das Simulationsmodell transparent zu halten muss die Modellanalyse Komponente ber ihre eigene Schnittstelle hinaus die gleichen Schnittstellen implementieren wie die Datenzugriffskomponente IDBSystem und IDataTransform Die Analyse Komponente unterst tzt den Modellbetreiber und Modellent wickler bei der Analyse von Simulationsergebnissen Zu den Operationen die diese Komponente ber die Schnittstelle IAnalysis anbietet sollte auf jeden Fall eine zur Visualisierung von Datens tzen bereitgestellt werden F r weiter gehende Analysen kann die Komponente auf das Paket der Verarbeitungsdiens te zur ckgreifen Abh ngig ist die Analyse Komponente von der Datenzugriffs komponente die die zu analysierenden Daten bereitstellt und vom Katalogma nager der umfassende Ressourceninformationen liefert z B ber die Formate der Datens tze die analysiert werden In der Analysekomponente
339. r Buschmann u a 1998 44Der Eigent mer eines Objekt Attributes hat mehr M glichkeiten bei der Verwaltung des Attributes und das Recht Attributwerte zu ndern Die Verwaltung der Rechte geschieht in der HLA dynamisch 3 2 STANDARDS 49 Weitergabe des Eigentumsrechtes inklusive der Anfrage das Eigentum zu er langen Die Zeit des modellierten Systems wird in der Federation als Punkt auf einer Federation Zeitachse repr sentiert Die Zeit innerhalb der Federa tes l uft entweder eingeschr nkt oder uneingeschr nkt entlang dieser Zeitachse ab Die Dienste des Zeit Managements bieten einen Mechanismus zur Kon trolle des Zeitverlaufes jedes Federates entlang der Federation Zeitachse Fe derates k nnen time regulated oder time constrained sein im ersteren Fall assoziiert ein Federate ber Zeitstempel Aktivit ten mit Punkten auf der Federation Zeitachse im zweiten Fall ist ein Federate interessiert am Empfang von Benachrichtigungen ber solche Aktivit ten W hrend das Deklarations Management den Datenaustausch auf der Ebene von Klassen Attributen regelt stellt das Datenverteilungs Management Dienste zur Verf gung die von den Federates benutzt werden k nnen um den Datenaustausch zu reduzieren Die Dienste erlauben es so genannte nutzerdefinierte R ume user defined spaces zu definieren Die RTI gibt Daten und Interaktionsanfragen dann nur an die jenigen Federates weiter die sich f r diesen Ausschnitt interessieren D
340. r Hervorhebung bestimmter Zellen Bei arithmetischen und logischen Ope rationen werden die Grauwerte von zwei Rasterbilder miteinander kombiniert z B addiert multipliziert oder UND verkn pft In der Dienste Taxonomie der OpenGIS Service Architecture ISO DIS 19119 vgl Abschnitt 3 2 5 Seite 55 Percivall 2002 werden die geographi schen Verarbeitungsdienste in Dienste eingeteilt die sich auf den Raum das Thema die Zeit oder die Metadaten beziehen Dienste die den Raumbezug von Daten ndern werden wenn berhaupt vornehmlich zur Datenvorverarbeitung ben tigt Beispiele sind die Koordina tentransformation die nderung der Gr e von Rasterzellen oder die Raste rung von Vektordaten Zu den Diensten zur nderung thematischer Aspekte geh ren die oben an gesprochenen elementaren Operationen die in der Taxonomie unter dem Begriff geographic calculation service zusammengefasst sind Die Dienste zur Verarbeitung von Geodaten die zeitliche Aspekte ber ck sichtigen umfassen sowohl Operationen zur Transformation zwischen zeitlichen Referenzsystemen als auch Operationen um aus Zeitreihen Stichproben zu neh men sowie Funktionen zur Datenselektion aufgrund von Zeitpunkten oder Zei tintervallen Zu den Diensten die sich auf die Metadaten von geographischen Daten be ziehen geh rt der statistical calculation service Dieser Dienst ist zur statisti schen Auswertung von Datens tzen gedacht dessen Operationen beispielswe
341. r Hunger Krankheit und Analphabetentum sowie eine fort schreitende Sch digung der kosysteme von denen unser Wohl ergehen abh ngt Durch eine Vereinigung von Umwelt und Ent wicklungsinteressen und ihre st rkere Beachtung kann es uns jedoch gelingen die Deckung der Grundbed rfnisse die Verbesserung des Lebensstandards aller Menschen einen gr eren Schutz und eine bessere Bewirtschaftung der kosysteme und eine gesicherte ge deihlichere Zukunft zu gew hrleisten Die angef hrten zunehmenden Ungleichheiten und Probleme sind nur einige der weltweit zu beobachtenden Ver nderungen die oft unter dem Begriff des globalen Wandels zusammengefasst werden Das Bundesministerium f r Bildung und Forschung definiert den Begriff des globalen Wandels recht eing ngig als die Ver nderungen in Natur und Gesellschaft die die Menschheit als Ganzes und auf l ngere Sicht hin betreffen Kr ck u a 2001 Um das Ziel der Vereinigung von Umwelt und Entwicklungsinteressen zu erreichen m ssen die vielf ltigen Ursachen und Wirkungen die mit den Ver nderungen verkn pft sind ber cksichtigt werden Als Ausgangspunkt f r sys tematische Untersuchungen der Ver nderungen ist eine ausf hrliche Definition dessen was unter dem globalen Wandel zu verstehen ist notwendig Der im Vorfeld der Konferenz von Rio de Janeiro von der Deutschen Bun desregierung berufene Wissenschaftliche Beirat Globale Umweltver nderungen WBGU d
342. r die Ez tensible Markup Language XML in Verbindung mit dem Resource Description Framework RDF XML wird ebenfalls zur Speicherung der Simulationslauf spezifikationen innerhalb des als Server implementierten Simulationslaufmana gers verwendet Wiederverwendbare Datenverarbeitungsfunktionen wurden in Form von C Klassenbibliotheken implementiert PHP u Browser Voraus setzung Erfas sung u Anzeige Sichten 172 KAPITEL 6 REALISIERUNG eingesetzt wurde Die Eingabe neuer Daten in das System ist aber auch mit diesem Werkzeug noch recht rudiment r F r die Eingabe und Anzeige von Daten wurde daher ein anderer Weg gew hlt die Verbindung von MySQL mit der Programmiersprache PHPH und einem Web Browser Daten die ber ein Formular in einen Web Browser beim Client eingegebenen werden k nnen ber den Web Server direkt an einen PHP Interpreter weitergeleitet werden der sie seinerseits in eine MySQL Datenbank schreibt Um diesen Weg der Datenverwaltung zu gehen muss lediglich ein Web Server z B der frei verf gbare Apache Server MySQL und ein PHP Interpreter ebenfalls frei verf gbar auf dem Server installiert sein Abbil dung 6 4 verdeutlicht das Prinzip der Zusammenarbeit dieser Systeme noch einmal Weitere Informationen hierzu finden sich z B bei Greenspan und Bul ger 2001 Web Browser Internet Web Server Apache gt PHP gt MySQL
343. r die zwin gend erforderlichen Elemente m ssen f r jeden Datensatz angegeben werden bei den bedingten Elementen h ngt die Notwendigkeit der Angabe von der Art des Datensatzes d h vom Inhalt eines anderen Elementes ab die Belegung optionaler Elemente ist hingegen freigestellt ISO DIS 19115 definiert einen sehr umfangreichen Satz an Metadaten Ele menten von denen i d R nur eine Untermenge genutzt wird Zur Dokumen Elemen te Ver pflich tung Kernsatz 110 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG tation geor umlicher Datens tze definiert ISO DIS 19115 aber einen Satz von Metadaten Elementen die auf jeden Fall ber cksichtigt werden sollen die so ge nannten Kern Metadaten core metadata Diese Metadaten dienen nach Kott mann 2001 der Beantwortung der folgenden Fragen e Gibt es einen Datensatz zu einem bestimmten Thema was e f r einen bestimmten Ort wo e f r einen bestimmten Zeitpunkt bzw Zeitraum wann e Welchen Kontaktpunkt gibt es um mehr ber den Datensatz zu erfahren bzw ihn zu bestellen wer Eine bersicht der zu den Kern Metadaten geh renden Daten ist in Tabelle 5 5 zu finden Einige der dort aufgef hrten Daten werden direkt durch ein Meta daten Element repr sentiert der dataset title ist beispielsweise ein Metadaten Element dessen Wert mit einem frei w hlbaren Text Freitext belegt werden kann Andere Daten m ssen unter Ber cksichtigung von spezifiziert
344. rdi sierungen und damit zusammenh ngender Aktivit ten in der Welt im Hinblick auf die Unterst tzung des internationalen Austauschs von G tern und Dienst leistungen und der Entwicklung von Kooperationen im Bereich der geistigen wissenschaftlichen technologischen und konomischen Aktivit ten Die Arbeit der ISO resultiert in internationalen Vereinbarungen die in internationalen Standards ver ffentlicht werden W hrend die strategischen Entscheidungen von den ISO Mitgliedern also den nationalen mit der Standardisierung beauftragten Organisationen getrof fen werden wird die technische Arbeit der ISO auf fast 3000 technische Aus sch sse Unteraussch sse und Arbeitsgruppen verteilt Diese Gremien setzen sich zusammen aus gleichberechtigten Repr sentanten aus Industrie Verbrau cherverb nden internationalen Organisationen wissenschaftlichen Institutio nen und Regierungsbeh rden Die Hauptverantwortlichkeit f r die Administra tion eines Ausschusses wird von einem der nationalen Standardisierungsorga nisationen z B der DIN bernommen Die Koordination des Netzwerks und die Ver ffentlichung fertiggestellter Standards bernimmt das in Genf ans ssige ISO Zentralb ro Die Entwicklung eines internationalen Standards verl uft in sechs Schritten Rehesaar 1996 Vorbereitungsphase Phase 0 Vorschlagsphase Phase 1 Vorbereitungsphase Phase 2 Ausschussphase Phase 3 Genehmigungsphase Phase 4 Ver ffentlichungsphase
345. rekt auf den spezifi zierten Datensatz der sich im Paket Datasets befindet zu Danach ruft die Datenzugriffskomponente die interne Operation transformData auf um den Datensatz in das angeforderte Format umzuwandeln Der Datensatz wird dem Simulationssystem dann im angeforderten Format bergeben Ben tigt das Simulationssystem im SISA verf gbare Dienste f r die Geo Datenverarbeitung so ruft es die entsprechenden Dienste auf Dieser Vorgang wird durch den Aufruf der fiktiven Operation anyService der Komponente Geographic Processing verdeutlicht Der Aufruf der ebenfalls fiktiven Ope ration anotherService verdeutlicht die Transparenz beim Aufruf einer GIS Funktion das Simulationssystem ruft die Operation der Komponente auf die diesen Aufruf allerdings zur Bearbeitung an ein eigenst ndiges GIS weiterleitet und das Ergebnis anschlie end zur ckliefert von der Weiterleitung erf hrt der Aufrufer in diesem Fall das Simulationssystem nichts Die Speicherung von Simulationsergebnissen erfolgt analog zum oben be schriebenen lesenden Zugriff das Simulationssystem ruft die entsprechende Zugriffs Operation also addDataset auf Daraufhin werden die f r den Zugriff notwendigen Informationen ber getAccessInfo bezogen und der Datensatz in diesem Fall im Datenbanksystem ebenfalls ber addDataset gespeichert 5 3 2 2 Metadaten Sammlung Die Integration von Metadaten in das System Testszenario T70 geschieht u a
346. rer Szenarien ber direkte Manipulationen von Modell Daten innerhalb der graphischen Visualisierungen unter Nutzung des Model View Controller Musters bis hin zur strukturierten Darstellung von Graphen f r alle Modell Variablen reichen die M glichkeiten dieser Komponen te Zur Erzeugung eines ausf hrbaren Modells muss ein bestimmtes Verfah Modell ren eingehalten werden Die Gleichungen eines Modells sind in einer nicht pro Be zeduralen mathematischen Sprache der M Programmiersprache zu beschrei ben und ber einen einfachen Text Editor im ASCII Format abzuspeichern Die so spezifizierten Modelle sind dann mit Hilfe eines Konverters in die Pro grammiersprache C zu bersetzen und anschlie end mit einem handels bli chen C Compiler zu kompilieren Die resultierenden Objekt Dateien k nnen dann entweder direkt in andere Programme eingebunden oder mit einer gra phischen bzw alphanumerischen Benutzungsoberfl che zu einem ausf hrbaren Programm verbunden werden Die Definition der Benutzungsschnittstelle ist 19Beim Model View Controller Muster MVC Muster werden die Funktionen zur Visua lisierung von denen zur Manipulation der Daten getrennt zum MVC Muster s Gamma u a 1996 oder Buschmann u a 1998 Pipes Modu larisie rung Einsatz 40 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK durch so genannte view definition files zu beschreiben Die Prozeduren zur numerischen Integration Datenverwaltung und Datenspeicherung werde
347. rerjziert e Konfigurationsdaten Datensatz D 4 beschrieben ber Metadatensatz D Assessment Daten Abbildung 4 4 Anforderung an die System Daten F r die dargestellten Klas sen m ssen zur Erf llung der Systemziele und funktionen Daten innerhalb des SISA verwaltet werden Kennzeichnung D Die Attribute der einzelnen Klassen werden im Kapitel der Architekturentwicklung Kap 5 Seite 95 spe zifiziert F r einige Klassen werden i d R detaillierte Beschreibungen in Form von Dokumenten erzeugt Kennzeichnung Dok Die Metadaten dieser Doku mente sind genauso wie die Metadaten zu allen anderen Ressourcen ber die Ressourcenliste zu integrieren vgl auch Abb 4 1 Seite 73 und Abb 4 2 Seite 76 ber blick HYDE 86 KAPITEL 4 SYSTEMDEFINITION Assessment Daten Die Assessment Daten sind abh ngig von konkreten Projekten Eine Auswahl von grundlegenden Daten die bei integrierten Assessments im Rahmen von Fragestellungen des globalen Wandels h ufig ben tigt werden soll in diesem Unterabschnitt dennoch getroffen werden Grundlegende Daten des SISA sind diejenigen Daten die die Grundcha rakteristiken der einzelnen wichtigen Komponenten der Natur und Anthropo sph re beschreiben zu den einzelnen Komponenten siehe Kapitel 2 1 1 Seite 7 Aus dem Bereich der Hydrosph re sind Daten ber Fluss Einzugsgebiete Fl sse Flussrichtungen Seen und anderen Feuchtgebieten notwe
348. ress URI Tri i SV_Interface i H GV Port typeName TypeName operationName MemberName interface Y 1 n operation 1 SV_Operation operationName MemberName Abbildung 3 9 Statisches Modell des Dienste Konzepts der ISO DIS 19119 in UML Notation Dienste Services basieren auf der plattformabh ngigen Imple mentierung Ports von Schnittstellen Interfaces Die Schnittstellen werden in einer Dienste Spezifikation Service Specification zusammengefasst und beste hen ihrerseits aus Operationen Operations Quelle ISO DIS 19119 Percivall 2002 einem eng gekoppelten Dienst tightly coupled service im zweiten Fall von ei nem lose gekoppelten Dienst loosely coupled service Welche Schnittstellen ein Dienst implementiert wird in der Dienst Spezifikation festgelegt Abbildung 3 9 fasst die Beziehungen der Konzepte in graphischer Form zu sammen Dienste Verkettung Um auch gr ere Aufgaben ber Dienste l sen zu k nnen wird das Modell der so genannten Dienste Ketten service chains definiert Eine Dienste Kette wird als gerichteter Graph aufgefasst und definiert als eine Folge von Diensten in der bei allen miteinander verbundenen Diensten die Durchf hrung der ersten Aktion f r die Durchf hrung der zweiten Aktion notwendig ist ISO DIS 19119 definiert drei Muster f r Dienste Ketten nutzerdefinierte Verkettung Workflow verwaltete Verkettung und aggreg
349. rf gung die sich mit der Software Architektur des Systems auskennen und notwendige nderungsarbeiten anleiten oder selber durchf hren 4 2 5 System Daten Zur Erf llung der spezifizierten Ziele und Funktionen sind vom SISA unter schiedlich detaillierte Informationen Dokumente Daten Metadaten vorzu halten Bei den zu speichernden Informationen kann unterschieden werden zwi schen den Daten und Metadaten die vom Nutzer f r die Verwaltung der Res sourcen und des Assessments selbst sowie zum Verst ndnis von Studien ben tigt werden Hintergrunddaten den Daten die als Prim r Sekund r und Simulationsmodell Daten ben tigt werden Assessment Daten und Daten die zur Konfiguration von Simulationsl ufen notwendig sind Konfigurationsda ten Zu den Hintergrunddaten geh ren Informationen ber Projekte ber be teiligte Personen und deren Organisationszugeh rigkeit sowie ber verwende te Szenarien und durchgef hrte Simulationsstudien und Simulationsl ufe vgl Abb 4 4 Eine Liste mit vorhandenen Ressourcen und die Speicherung von Metadaten zu den Ressourcen wird ebenfalls zur Erf llung der Funktionen und Ziele aus Unterabschnitt 4 2 2 ben tigt Die Daten zum Glossar fallen ebenfalls in die Kategorie der Hintergrunddaten F r Simulationsstudien Simulations l ufe Szenarien und Projekte sind detaillierte Beschreibungen in Form von Dokumenten zu erstellen Da alle Dokumente zu den SISA Ressourcen geh ren vgl Abb 4 2
350. rholt bis ein definiertes Abbruchkriterium z B die Anzahl durchgef hrter Simulationen erf llt ist 5 4 Fazit Ziel dieses Kapitels war die Entwicklung einer Software Architektur f r ein System zum integrierten simulationsbasierten Assessment SISA die als Aus gangsbasis f r die Realisierung neuer Systeme herangezogen werden kann Den Rahmen f r die Architektur Entwicklung lieferten die in Kapitel 4 Seite 69 definierten allgemeinen Anforderungen an ein SISA Grundlage f r die Abgrenzung der Architektur Komponenten waren die in Kapitel 3 Sei te 25 identifizierten Komponenten existierender Systeme sowie die Dienste Architektur des OpenGIS Konsortiums ISO DIS 19119 Zur Erf llung der definierten Systemziele teilt die entwickelte Architektur das Gesamtsystem eines SISA in insgesamt zw lf Komponenten Die in der Systemdefinition geforderte Verwaltung verschiedener Betriebs mittel Ressourcen liegt in der Verantwortung des so genannten Katalogma nagers der Metadaten zu allen SISA Ressourcen vgl Abb 4 2 Seite 76 be reith lt F r die Bereitstellung weiterer Hintergrundinformationen z B ber Projekte oder an einem Projekt beteiligte Personen ist die Dokumentations komponente verantwortlich Die Verantwortlichkeit f r die Berechnung neu er Simulationsergebnisse wird der Simulationssystem Komponente bertragen Diese Komponente konzentriert sich auf die Umsetzung des konzeptionellen Mo dells in ausf hrbaren Programmc
351. rights gt lt rdf Description gt lt rdf rdf gt Die Datei beschreibt die Ressource urn x wzusf doc rep rglasssummaryRe port V1 0 doc hd siehe Punkt 4 Hierzu werden die Elemente des Dublin Core Metadata Element Set verwendet Namensraum Kennzeichnung dc 3 die wiederum eingebettet sind in die Struktur des Resource Description Fra mework Kennzeichnung rdf 2 Wie an Punkt 5 in der Datei zu sehen ist k nnen einige der Elemente mehrfach vorkommen z B lt dc creator gt zur Beschreibung der Autoren der Studie w hrend einige keine Eintr ge enthalten z B lt dc source gt D 3 METADATEN SAMMLER 249 D 3 Metadaten Sammler Skript f r einfachen Harvester unter der Bash Shell Das folgende Skript ist ein Beispiel f r einen einfachen Metadaten Sammler unter der Bourne Again Shell bash path grid meta 1 copy old repository mv path repository xml path repository old search for dc xml files and copy content to repository xml find path name dc xml exec cat gt path repository xml 2 if necessary add further locations to search path here find nextPath name xml exec cat gt gt path repository xml remove tags not needed sed n xml p path repository xml gt path tmpi xml 3 sed n xmlns p path tmp1 xml gt path tmp2 xml sed n rdf rdf p path tmp2 xml gt path tmp3 xml add needed tags for RDF and XS
352. rlag 2000 S 484 492 Foegen und Battenfeld 2001 FOEGEN Malte BATTENFELD J rg Die Rolle der Architektur in der Anwendungsentwicklung In Informatik Spektrum 24 2001 Nr 5 S 290 301 Gamma u a 1996 GAMMA Erich HELM Richard JOHNSON Ralph VLISSIDES John Entwurtsmuster Elemente wiederverwendbarer objektori entierter Software M nchen Boston San Francisco u a Addison Wesley 1996 Professionelle Softwareentwicklung ISBN 3 89319 950 0 Goldfarb und Prescod 2000 GOLDFARB Charles F PRESCOD Paul The XML Handbook 2nd Edition Upper Saddle River NJ USA Prentice Hall PTR 2000 ISBN 0 13 014714 1 Gordon 2000 GORDON Alan The COM and COM programming primer Upper Saddle River New Jersey USA Prentice Hall PTR 2000 Prentice Hall PTR Microsoft Technologies Series ISBN 0 13 085032 2 Grams 1992 GRAMS Timm Simulation strukturiert und objektorientiert programmiert Mannheim Leipzig Wien Z rich BI Wissenschaftsverlag 1992 ISBN 3 411 15631 7 LITERATURVERZEICHNIS 219 Greenspan und Bulger 2001 GREENSPAN Jay BULGER Brad MySQL PHP Datenbankanwendungen Bonn mitp Verlag 2001 ISBN 3 8266 0805 4 Gulbins und Obermayr 1995 GULBINS J rgen OBERMAYR Karl Unix System V 4 Begriffe Konzepte Kommandos Schnittstellen 4 berarb Aufl Bonn Rending u a Springer Compass 1995 ISBN 3 540 58864 7 Hennicker u a 2003 HENNICKER Rolf BARTH Michael
353. rlauben und somit die Qualit tsmerkmale der Nachvoll ziehbarkeit und Wiederverwendbarkeit insbesondere von Simulationsergebnis sen verbessern Ein Abgleich der Schnittstellen der Datenzugriffskomponente mit weiteren Spezifikationen des OpenGIS Konsortiums verspricht ebenfalls ei ne Verbesserung der Interoperabilit t eines SISA und sollte aus diesem Grund vorgenommen werden 212 KAPITEL 7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK Literaturverzeichnis ADEPT 2001 ALEXANDRIA DIGITAL EARTH PROTOTYPE METADATA FOR MODELS WORKING GROUP Hrsg Content Standard for Compu tational Models Version 1 2 Santa Barbara USA University of Cali fornia 2001 URL http www ncgia ucsb edu projects metadata standard standard_1 2 doc Alcamo 1994 ALCAMO Joseph Hrsg IMAGE 2 0 Integrated modelling of global climate change Dordrecht Boston London Kluwer Academic Publishers 1994 reprinted from Water Air and Soil Pollution Volume 76 Nos 1 2 1994 ISBN 0 7923 2860 4 Alcamo 2001 ALCAMO Joseph Scenarios as tools for international environ mental assessment Luxembourg European Environmental Agency Office for Official Publication of the European Communities 2001 Experts corner report Prospects and scenarios No 5 Environmental issues report No 24 ISBN 92 9167 402 8 Alcamo 2002 ALCAMO Joseph Three issues for improving integrated mo dels uncertainty social science and legitimacy In GETHMANN Carl F
354. rowser WaterGAP C i if allgemeine Modell Datenverarbeitung analyse C Klassenbibliothek E 1 i Metadaten Sammler XML RDF DCMES bash Skript PHP DOM Datenzugriff Server C TCP IP Mediatoren d eg S Datenbanksystem WW Datenbasis Metadaten Daten My ee XML RDF DCMES ASCII UNF GeoTIFF GML ArcView 2 ge _ Abbildung 6 3 bersicht zum Realisierungsbeispiel der SISA Komponenten Die f r das Simulationssystem definierte Schnittstelle wird durch einige Teil modelle von GLASS z B vom Modell WaterGAP unter Verwendung der Pro grammiersprache C realisiert Die Datenzugriffskomponente ist ebenfalls in C implementiert und l uft als Server auf einem Host unter Microsoft Windows 2000 Die Anforderung zum transparenten Zugriff auf Datens tze ge schieht ber das Internet Protokoll TCP IP Zur Datenspeicherung stehen sowohl Datenbanksysteme MySQL und MS Access als auch verschiedene pro priet re UNF und standardisierte z B GeoTIFF Dateiformate zur Verf gung Der Katalogmanager nutzt zur Speicherung von Zugriffsinformationen und Metadaten ebenso wie die Dokumentationskomponente eine MySQL Datenbank die ber einen Web Browser bedient werden kann Als Metadaten Elementsatz werden die 15 Elemente des Dublin Core Metadata Element Set DCMES verwendet Die Speicherung lokaler Metadaten erfolgt be
355. rschiedlicher Versionen grundlegender Datens t ze Gemeinsam genutzte Datens tze m ssen stets in dem Format vorliegen das von den Modellen genutzt wird so dass einige Datens tze inhaltlich redun dant vorliegen m ssen Die Anwendung der Prinzipien der entwickelten SISA Architektur sollen helfen diese Nachteile zu berwinden Daten formate Ver brauchs verhal ten Teil modelle 168 KAPITEL 6 REALISIERUNG Alcamo u a 2003b D ll u a 2003 und GAEZ Fischer u a 2000 geh ren zu den etablierten Modellen w hrend die anderen Modellteile im Rahmen der GLASS Entwicklung entworfen wurden WaterGAP wurde in C und C im plementiert und GAEZ in FORTRAN w hrend die neu erstellten Teilmodelle in C realisiert wurden Aufgrund der Verwendung bereits existierender Simulationsmodelle m s sen im GLASS Modell unterschiedliche Datenformate ber cksichtigt werden Zu den Datenformaten geh ren sowohl Textdateien im ASCII Format als auch Geodatens tze im Bin rformat des integrierten Modells IMAGE2 Alcamo u a 1998b in der Version2 2 eingesetzt in WaterGAP sowie Geodatens tze im ASCII Austauschformat im Raster Format und im Polygon Format des GIS ArcView Da GLASS rasterbasiert arbeitet werden die letztgenannten Arc View Daten im Polygon Format nicht direkt vom Simulationsmodell verwen det Sachdaten k nnen aber als Tabelle behandelt werden Sofern der geogra phische Bezug der Daten bei der Simulation
356. rstressmodells void GlsWaterStressModel calculateStressAreaBased void calcutate water stress based on current area below threshold calculate relative current value D of mean _currentRelative_themePtr _currentValue_themePtr 1 _runningMean_themePtr 100 calculate stress of region area where deviation gt threshold 258 ANHANG D PROGRAMM QUELLTEXTE get cells with values below threshold 2 _cellsBelowThreshold_themePtr _currentRelative_themePtr lt _availabilityThreshold calculate region area for all cells with values lt threshold _affectedCellArea_themePtr _cellsBelowThreshold_themePtr _cellArea_themePtr _affectedCellArea_themePtr gt zonalSum _region_themePtr 3 _affectedRegionArea_themePtr calculate stress area fraction in of total region area _affectedRegionAreaFraction_themePtr _affectedRegionArea_themePtr _regionArea_themePtr 100 _regionStress_themePtr _affectedRegionAreaFraction_themePtr Die dargestellte Methode calculateStressAreaBased berechnet den fl chen bezogenen Wasserstress Alle Geodatens tze werden hier ber Objekte einer Klasse theme repr sentiert die Definition der Objekte findet an anderer Stel le statt Die Geodaten Objekte im Wasserstressmodell repr sentieren jeweils 66896 Rasterzellen IMAGE2 2 Format Zur Berechnung des Stresses wird zu n chst die relative Wasserverf gbarkeit
357. rte Benutzungsschnittstelle vorgesehen I TCModelClient B 1 bn init N i compute 1 I e 1 il Olt lt lt proxy gt gt l oe O BToA OJI l l L BWrapper l re l DANUBIA Simulation TimeController 7 77 7 7 7 ro f Database AWrapper i l l l O lt lt proxy gt gt C I i AToB BToA I l T I I KE R I s l init I compute i TCModelClient t U Abbildung 3 4 Systemarchitektur von DANUBIA Beispiel eines Systems mit zwei Teilmodellen A und B und einem gemeinsamen Time Controller zur Ko ordinierung der Zeitschritte Der Time Controller und die beiden Teilmodelle k nnen auf unterschiedlichen Hosts laufen Die Kommunikation der Teilmodelle geschieht ber definierte Schnittstellen AToB BToA Durch die Verwendung von Adaptern A B Wrapper ist die Netzwerk Kommunikation f r die Modelle transparent Zur Integration eines Teilmodells muss der Entwickler die Metho den init und compute realisieren W hrend der Initialisierung der Modelle greifen diese beispielsweise auf die f r das Gesamtsystem konsistenten Daten innerhalb der DANUBIA Database zu Die ber den TimeController gesteuer ten TCModelClients veranlassen die Berechnung neuer Ergebnisse Quelle der Abbildung Hennicker u a 2003 Erweite rung Prinzip Kompo nenten
358. rtes Assessment ist die Verwendung vielf l tiger Datens tze notwendig vgl Abb 4 2 Seite 76 und Unterabschnitt 4 2 5 Seite 84 Daten zur Initialisierung und zum Betrieb der Simulationsmodelle Prim rdaten zur Erzeugung dieser Eingabedaten Hintergrunddaten f r weitere Analysen usw Die Daten werden demnach nicht nur vom integrierten Simu lationsmodell verwendet sondern auch von anderen Komponenten des SISA beispielsweise den Komponenten zur Datenvorverarbeitung und Ergebnisana lyse Ein Ziel des SISA ist die Integration von Daten Z70 Ziel einer solchen Datenintegration ist es nach Thomas und Nejmeh 1992 sicherzustellen dass alle Daten innerhalb des Systems als ein konsistentes Ganzes verwaltet werden unabh ngig davon wie auf die Teile des Ganzen eingewirkt wird In diesem Zusammenhang stellen sich zwei Fragen bez glich der Datenhaltung e Wo in welcher Komponente an welchem Ort werden die Daten gehal ten e Wie in welchem Format werden die Daten gespeichert Bei der Frage nach dem Speicherort von Daten gibt es zwei grunds tzliche Alternativen die Datens tze werden in derjenigen Komponente verwaltet in der sie am meisten ben tigt werden oder in einer zentralen Datenhaltungs komponente Datenbanksystem Gegen die dezentrale Datenhaltung spricht 20Siehe Erkl rung des Begriffs im Glossar Seite 229 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 135 der bereits angesprochene Umstand dass dieselben Daten in verschied
359. s and Uniform Resource Names URNs Clarifications and Recommendations IETF August 2002 RFC 3305 URL http www ietf org rfc rfc3305 txt number 3305 Mesarovic u a 1996 MESAROVIC Mihajlo MCGINNIS David L WEST Dalton A Cybernetics of Global Change Human Dimensions and Managing of Complexity UNESCO 1996 MOST Policy Paper No 3 Forschungs bericht Moats 1997 Moats Ryan URN Syntax IETF 1997 RFC 2141 URL http www ietf org rfc rfc2141 txt number 2141 Nakicenovic u a 2000 NAKICENOVIC Nebojsa ALCAMO Joseph DAVIS Gerald ET AL Special Report on Emission Scenarios Cambridge UK Cambridge University Press 2000 ISBN 0 521 80493 0 Nebert 2002 NEBERT Douglas Hrsg The OpenGIS Implementation Specification Catalog Services Version 1 1 1 Wayland Massachusetts USA Open GIS Consortium 2002 URL http www opengis org techno specs 02 087r3 pdf Project document number OGC 02 087r3 224 LITERATURVERZEICHNIS Nebert 2001 NEBERT Douglas D Hrsg Developing Spatial Data Infra structures The SDI Cookbook Version 1 1 Reston VA USA The Global Spatial Data Infrastructure Secretariat 2001 URL http www gsdi org pubs cookbook cookbook0515 pdf New u a 1999 New Mark HULME Mike JONES Phil Representing Twentieth Century Space Time Climate Variability Part I Development of a 1961 1990 Mean Monthly Terrestrial Climatology In Journal of Cli
360. s sun 4 younp pyn usWwssassy seyel beju uosJad rten integrier asle Bunqiaiyssag yuswnyoq nu an Any Wequatwe dui wajsAssgaryag 4 SIE p nu w jdw 00 apon sa lauondszuoy ap weys g yenueseidel gt aan J a uosieg Bunsai apo ayzinayunsayndwios Jefeteg Bunys puayguaa asAjeuy angeyjenb nz yoyab y6nezja gt auey a dsuejd doysy omusyedx3 a uoyesiue uo 413 S0q osAjeueuslleuszg uonejusseid youog eg poy aw zuaunyoq Bunyowuy POU huswssassy sauaubayuj uapoygoyy UAWSSISSY Abbildung 4 1 OOA Modell eines Systems zum simulationsb ten Assessments SISA Zur besseren bersicht sind nicht alle Beziehungen zwischen den Klassen aufgef hrt vgl auch Abb 4 4 Seite 85 Daten u Szena rien Hilfspro gramme Doku mente abstrak te Res sourcen 74 KAPITEL 4 SYSTEMDEFINITION auch die Teilmodelle stellen Ressourcen dar deren Wiederverwendung aufgrund des Entwicklungsaufwandes in besonderem Ma e anzustreben ist Die Simulation des Systemverhaltens erfordert die Bereitstellung von Da ten f r das Simulationsmodell Initialisierungsdaten f r das Simulationsmo dell Eingabedaten zur Beschreibung exogener systembeeinflussender Gr en Modellumwelt Daten Parameters tze zur Festlegung der
361. s IPCC in einem Bericht ber Emissions Szenarien Scenarios are images of the future or alternative futures They are neither predictions nor forecasts Rather each scenario is one alternative image of how the future might unfold Nakicenovic u a 2000 Die Beschreibung solcher Szenarien erfolgt aufgrund ihrer Komplexit t i d R in Form von Berichten oder anderen Publikationen s z B Nakicenovic u a 2000 Innerhalb des SISA sollen als Hintergrundinformation dennoch die wichtigsten Merkmale der verwendeten Szenarien vorgehalten werden Zur Frage welche Hintergrundinformationen f r die m glichen Zuk nfte im SISA zu speichern sind k nnen die f nf prinzipiellen Elemente herangezogen werden aus denen nach Alcamo 2001 ein typisches Szenario im Rahmen von Umweltstudien besteht 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 125 Beschreibung schrittweiser nderungen Beschreibung des sich schritt weise ndernden zuk nftigen Status von Gesellschaft und Umwelt Be schreibung ber Indikatoren exogene Einflussfaktoren driving forces Schl sselfaktoren bzw Deter minanten die den Gang der schrittweisen nderungen haupts chlich be einflussen Basisjahr Markierung des Beginns des Szenarios in quantitativen Szenarien oft das aktuellste Jahr f r das Daten vorhanden sind Zeithorizont und Schrittweite Markierung des am weitesten in der Zu kunft liegenden Jahres das vom Szenario abgedeckt wird Zeithorizont sowie das Zeit
362. s dem sich die Dublin Core Metadata Initiative DCMI bildete Die ser Workshop brachte Bibliothekare Wissenschaftler aus dem Bereich digitaler Bibliotheken Informationsbereitsteller und Experten aus dem Bereich der Aus zeichnungssprachen zusammen um die Standards zur Suche nach Informati onsressourcen zu verbessern Mittlerweile wurde der Elementsatz von mehreren Standardisierungsorganisationen CEN W3C ANSI bernommen und ist seit Februar 2003 auch im ISO Standardwerk als ISO 15836 ISO 2003 zu finden Der Dublin Core Metadata Element Set DCMES besteht aus 15 Elemen ten In ISO 2003 werden die einzelnen Elemente ber einen Element Namen eine Kennzeichnung label und eine Definition spezifiziert und dar ber hinaus mit einem kurzen Kommentar versehen die Element Namen sollten ja allge mein verst ndlich sein Tabelle 5 7 Seite 116 gibt eine bersicht der Elemente des DCMES Jedes der Elemente aus dem DCMES ist optional und kann f r die Beschrei bung einer Ressource beliebig oft wiederholt werden Die Metadaten Elemente k nnen dar ber hinaus in jeder beliebigen Reihenfolge auftreten F r einige Elemente werden in den Kommentaren Vorschl ge zur Belegung der Werte gemacht zur Angabe des Verfassers Urhebers creator und des Ver legers Herausgebers publisher wird beispielsweise die Angabe eines Namens empfohlen Um eine globale Interoperabilit t zu f rdern werden dar ber hin aus f r einige Elemente kontroll
363. s ergibt sich aus der Interaktion der einzelnen Komponenten Durch die Schnittstellen werden die Operationen beschrieben mit denen der Datenaustausch zwischen den Komponenten koordiniert wird Die grundlegenden Datenstrukturen spezi fizieren die wichtigsten Daten die zur Erf llung der definierten Anforderungen im Rahmen der entwickelten Architektur ben tigt werden Das Kapitel beginnt mit einem Abschnitt in dem die einzelnen Komponen ten kurz und bersichtlich vorgestellt werden Die bersicht dient lediglich als Rahmen f r die detaillierten Spezifikationen die in Abschnitt 5 2 Seite 96 fol gen Das Zusammenspiel aller Komponenten ergibt die Gesamtarchitektur des Systems zum integrierten simulationsbasierten Assessment Um die Funktions weise der entwickelten Architektur zu verdeutlichen werden die wichtigsten statischen und dynamischen Aspekte in Abschnitt 5 3 Seite 148 noch einmal graphisch dargestellt und erl utert 95 Archi tektur Spezifi kationen ber sicht Aus gangs basis Kompo nenten Verant wortlich keit Ziel Zu ordnung Meta daten 96 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG 5 1 Komponenten Ubersicht Ausgangsbasis f r die Abgrenzung der Architektur Komponenten sind die Zie le Funktionen und Anforderungen die in der Systemdefinition Kapitel 4 Sei te 69 bestimmt wurden sowie die im Kapitel 3 Seite 25 vorgestellten Modelle und Standards Um die Entwicklung der einzelnen
364. schlie lich mit demographischen Angaben z B der regionalen Altersstruktur und Einkommensverteilung um Aussagen ber die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Krisen und die potentiell von einer Krise betroffene Bev lkerung zu treffen Das GLASS Konzept wird sowohl f r Studien mit globaler als auch f r Stu dien mit regionaler Abdeckung verwendet F r eine erste globale Studie wur den 160 verschiedene L nder Regionen ber cksichtigt Alcamo u a 2001 Eine erste regionale Studie wurde f r das Gebiet der russischen F deration erstellt R GLASS Alcamo u a 2003c in diesem Fall wurden 89 verschie dene Regionen unterschieden Die Teilmodelle arbeiten auf unterschiedlicher r umlicher Aufl sung Geographisch explizite Berechnungen beruhen zumeist auf einer Aufl sung von 0 5 0 5 geographischer L nge und Breite Rahmenbedingungen GLASS verwendet sowohl Modelle die sich bereits im Rahmen globaler Um weltforschung etabliert haben als auch Modelle die im Rahmen der GLASS Entwicklung erstellt wurden Die Modelle WaterGAP Alcamo u a 2003a 1Die Stresswerte ergeben sich aus dem Verh ltnis der j hrlich schwankenden Wasserver f gbarkeiten bzw Feldfruchtertr ge zu deren langj hrigen Mittelwerten 2Water Global Assessment and Prognosis 6 1 BEISPIELMODELL GLASS 167 GLASS V1 0 Treibende Faktoren Umweltver nderungen Umweltstress Krisenpotential J hrliche WaterGAP Wasser Wasserstress Wa
365. sse stets im Zusammenhang mit den ge troffenen Annahmen zu erfolgen hat Die einzelnen Phasen werden in der Regel nicht einfach nacheinander abge arbeitet eine nderung der Reihenfolge der Schritte kann ebenso sinnvoll sein wie der R cksprung zu bereits bearbeiteten Phasen Beispiele sind die bereits angef hrte Notwendigkeit der berarbeitung des Modellkonzepts im Zuge der Modellvalidierung oder eine Modellkonzept nderung wenn sich herausstellt dass ben tigte Daten nicht verf gbar sind Eine ausf hrliche Beschreibung der Schritte findet sich bei Steinhausen 1994 Eine detaillierte Vorgehensweise zur Entwicklung von Modellkonzepten und Simulationsmodellen sowie der Analyse von Modellsystemen liefert Bossel 1994 2 3 Software Entwicklung 2 3 1 Entwicklungsphasen Die Entwicklung eines Software Systems geschieht in verschiedenen Entwick lungsphasen Jede Entwicklungsphase hat ihre spezifizierte Aufgabe verwen det strukturell definierte Eingabedokumente und liefert festgelegte Ergebnis dokumente An dieser Stelle wird ein berblick ber die einzelnen Phasen der 2 3 SOFTWARE ENTWICKLUNG 17 Software Entwicklung gegeben um die Arbeit der Architekturentwicklung ein ordnen zu k nnen Balzert 1996 teilt die Gesamtentwicklung eines Software Systems in sechs Phasen ein 1 Planungsphase 2 Definitionsphase Entwurfsphase Implementierungsphase Abnahme und Einf hrungsphase Wartungs und Pflegephase DoF W
366. sser Modell ee Model Stress potentiell T betroffene Bev lkerung Sicherheits Modell Krisensignal Klima variabilit t Extrem ereignisse GAEZ j hrlicher Modell Emteertrag Klima variabilit ts Generator Nahrungs mittelstress Modell Ertrags Stress au sozio konomi sche Daten demo Bev lkerungs Be graphische profil v lkerungs Daten Generator profil Trende vorhandener neu erstellter vorhandenes neu erstelltes egende Datensatz Datensatz Modell Modell Abbildung 6 1 Struktur des GLASS Modells Ausgangsbasis f r die berpr fung der entwickelten SISA Architektur ist ein loser Verbund von Teilmodellen die zusammen das GLASS Modell ausmachen Die Teilmodelle wurden teilwei se von anderen Projekten Modell WaterGAP bzw Organisationen Modell GAEZ bernommen und teilweise neu erstellt Die Kopplung erfolgt in die sem Gesamtmodell lediglich ber die von Teilmodellen gemeinsam genutzten Datens tze beispielweise dem Datensatz zur j hrlichen Wasserverf gbarkeit der von WaterGAP berechnet und vom Wasserstress Modell verwendet wird Die Einstellungen die von den einzelnen Modellteilen f r die Simulation be n tigt werden z B Informationen ber Datens tze werden in dieser Form des Modells von jedem Modell separat verwaltet was zu Inkonsistenzen f hren kann z B der Nutzung unte
367. ssourcen Verbrauch sind hier beispielsweise vorhan den ber Szenarien k nnen mit Hilfe der in der Modell Basis enthaltenen Si mulationsmodelle m gliche zuk nftige Entwicklungen und Konsequenzen poli tischer Entscheidungen analysiert werden Je nach Fragestellung und betrachte ter Region bzw betrachteten Regionen k nnen f r ein Sub System Modelle mit unterschiedlichem Abstraktionsniveau ausgew hlt werden So stehen z B drei unterschiedliche Modelle f r den Bereich der Bev lkerungsentwicklung bereit angefangen von einer einfachen Wachstumsrate ber die Gesamtbev lkerung bis hin zu einem Kohorten Modell das Geburten und Sterblichkeitsraten be r cksichtigt Dar ber hinaus k nnen Simulationsergebnisse f r die nationale regionale oder globale Ebene berechnet werden Die functionality tools base stellt Funktionen zur Dateneingabe Daten ausgabe und zur Datenverarbeitung zur Verf gung Sie unterst tzen die Mo dellverwaltung den Datenbank Import und Export und die Anzeige von Daten ber Diagramme und Karten Dar ber hinaus bietet die functionality tools base Routinen zur Interpolation von Eingabedaten sowie zur Erreichung vor gegebener Ziele z B Emissionsziele Die issue base ist eine Ansammlung aller Analysen und enth lt sowohl die Ergebnisse als auch die zugrunde liegenden Szenario Annahmen Diese Informa tionssammlung dient als Referenz und Ausgangspunkt f r zuk nftige Analysen GLOBESIGHT Architecture
368. ssourcen am wissenschaftlichen Zentrum f r Umweltsystemforschung WZ USF wurde ein experimenteller Namensraum mit dem NID wzusf eingef hrt URNs f r SISA Ressourcen beginnen daher immer mit der Zeichenfolge urn x wzusf Zu einem URN geh rt neben der Bezeichnung des Namensraumes auch die Definition der Syntax f r die spezifische Zeichenkette NSS Die Definition dieser Syntax f r x wzusf fu t auf der Analyse der unterschiedlichen SISA Ressourcen aus Unterabschnitt 4 1 2 Seite 72 und hat die folgende Form lt resTyp gt lt resUTyp gt lt kTitel gt V lt verNr gt lt relNr gt lt for gt lt med gt Die Zeichenkette wird damit definiert ber den Typ und den evtl vorhande nen Untertyp der Ressource resTyp resUTyp einen Kurztitel kTitel eine Versions und Releasenummer verNr relNr sowie das Format der Ressource format und das Medium auf dem sie gespeichert ist med Als Ressourcen Typen sind derzeit definiert Datensatz resTyp ds Datensatz Sammlung dsc Dokument doc Software sw sowie die abstrakten Ressourcen ares Zu den Untertypen geh ren z B Simulationsmodell Eingabedaten ds min und Ausgabedaten ds mout Pr sentationen doc prs sowie Simulationsmo delle sw mod Der URN urn x wzusf ds min image22countryGrid V1 0 unf hd identifiziert beispielsweise den bereits erw hnten Datensatz ds mit den L n derinformationen f r IMAGE2 2 Kurztitels image22countryGri
369. stem 0 aka sa sans 131 5 2 6 Datenzugriff und Datenbanksystem 134 5 2 7 Geodatenverarbeitung 138 5 2 8 Datenverarbeitung 141 5 2 9 Aufgabensteuerung 2 2 cc 142 5 2 10 Ergebnisanalyse 2 2 283828 828 fd doy eed OVS 144 5 2 11 Modell nalyse y yi a ce ee ee sh Sa ER EE E 145 53 Gesamt rchitektur s sasos 44 64 644 e008 24444 wee 148 Sok Komponenten s srona 2 kG 8 See aa daa des 149 5 3 2 Interaktionen oo 154 De Paz oa ah ee 160 Realisierung 165 6 1 Beispielmodell GLASS nennen 165 6 2 Komponenten bersicht 168 6 3 Komponenten Realisierung 169 6 3 1 Dokumentation 0422446444 oo oe a ee BRR OE 169 6 3 2 Katalogpmanager 2 564 auu dees eee Seas 173 6 3 3 S mulationssystem 2 224 ea nr 183 6 3 4 Simulationslaufmanager 187 6 3 5 Datenzugriff und Datenbasis 190 6 3 6 Datenverarbeitune 6 62445 dees eee es eee 198 6 4 Bazar E A ew de A a ad 199 INHALTSVERZEICHNIS v 7 Zusammenfassung und Ausblick 205 Wl Zusammenfassung EN 2404 E E Hee Se PES 205 7 2 Ausblick sn 2 Sade ee a ae 211 Literaturverzeichnis 213 A Glossar 229 B Datenmodelle und Schnittstellen 233 B 1 Datenmodell zu Personen und Organisationen 234 B 2 Zusammenfassung des SISA Datenmodells 235 B 3 Zusammenfassung der SISA Schnittstellen 236 C Standards 237 G1 bersiehten acne cach eh oka aa ana 237 C2 MGA Reels a ea eee oe eee ee 243 D Programm Quelltexte 2
370. stem Simulationen aufbauen e ein europ isches System portabler leistungsf higer und benutzungs freundlicher Modelle aus dem Erdsystem und Klimabereich und damit zusammenh ngender Diagnose und Visualisierungs Software unter stan dardisierten Codierungskonventionen entwickeln die f r alle europ ischen Wissenschaftler zug nglich sind Ein erwartetes Produkt der Aktivit ten ist eine flexible effiziente portable und benutzungsfreundliche Infrastruktur f r die Modellierung des Erdsystems und die Klimavorhersage 9Startseite im Internet http www prism enes org Update Center Modell kompo nenten Ziel Schwer punkte Modell koppler 34 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK PRISM konzentriert sich auf die Modellierung des Erdsystems und zielt auf den vermehrten Einsatz von Super Computern f r die Simulationsberechnun gen Die Komponenten haben die folgenden Schwerpunkte Atmosph re atmo sph rische Chemie Landnutzung Ozean Meeres Eis marine Bio Geochemie regionale Klimamodelle Abbildung 3 3 zeigt die schematische Modellstruk tur von PRISM Die explizite Ber cksichtung sozio konomischer Faktoren und Auswirkungen durch eine separate Komponente ist hier nicht zu finden Atmospheric Chemistry Land Surface Processes Atmospheric GCM Model i Sea Ice Model Oceanic A GCM Marine Biogeochemistry Abbildung 3 3 Schematische Modellstruktur von PRISM Die Model
371. stems hervorzuheben wird fortan statt von in tegrierten Modellen von Systemen zum simulationsbasierten integrierten As sessment SISAs gesprochen In Anlehnung an den Begriff des integrierten Assessments s S 13 soll der Begriff SISA wie folgt verstanden werden Ein System zum integrierten simulationsbasierten Assessment SI SA ist ein Software System das von unterschiedlichen Fachdiszipli nen stammende Daten und Simulationsmodelle zum System Erde in einem konsistenten Rahmen kombiniert und neue Daten ber den Zustand und m gliche langfristige nderungen des Systems Erde vornehmlich zur Unterst tzung politischer Entscheidungstr ger berechnet und bereitstellt Neben der Bezeichnung SISA wird der Begriff des integrierten Modells im weiteren Verlauf der Arbeit dann benutzt wenn die gekoppelten Simulations modelle im Mittelpunkt stehen 3Rotmans f hrt als Beispiele f r IAM die ablauff higen Systeme RAINS Alcamo u a 1990 und IMAGE Alcamo 1994 an Aus diesem Grund kann davon ausgegangen werden dass er die Bezeichnung Framework f r ein weit gefasstes System verwendet und nicht wie aus der Sicht der Informatik blich f r ein auszubauendes Rahmenwerk zur Entwicklung lauff higer Systeme vgl Framework Definition im Glossar Seite 229 Blick winkel SISA Defini tion Archi tektur offener Quell code Anforde rungs ber sich
372. stress model if _foodSecurityAnalysis if _foodStressModel gt resultsAvailable 6 urn x wzusf ares run SisaTest V1 0 na na results not yet available gt start simulation run _foodStressModel gt initGeneralModelService DataSetGeneration 7 _foodStressModel gt generateDataSet 8 water stress model Im ersten Schritt 1 wird eine Referenz auf die Singleton Instanz des Simulationsmodell Managers beschafft Anschlie end wird vom Modell Man ager eine Referenz auf ein Bev lkerungsprofil Modell populationProfileModel erfragt 2 Sofern innerhalb ein solches Modell noch nicht existiert wird es erzeugt 3 und beim Modellmanager registriert 4 Die Registrierung erfolgt unter Angabe des Modellnamens und einer Referenz auf das Modell Wird fiir die aktuelle Berechnung die Analyse des Nahrungsmittelstresses ben tigt wird die gleiche Befehlssequenz auch fiir das Nahrungsmittelstressmodell durchge f hrt 5 entsprechendes gilt auch f r das Wasserstressmodell Nachdem die Existenz der Modelle nun sichergestellt ist wird gepriift ob die fiir eine Ana lyse des Nahrungsmittelsicherheit notwendigen Ergebnisse des Nahrungsmit telstressmodells bereits berechnet wurden 6 Ist dies nicht der Fall wird eine solche Berechnung initialisiert 7 und gestartet 8 D 6 DATENZUGRIFF 257 D 6 Datenzugriff ArcView Exportformat f r Rasterdaten Ein f r die Datenspeicherung verwendetes Format is
373. t 28 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK Zur Entwicklung einer Software Architektur f r ein SISA m ssen ber eine System Definition u a die wichtigsten Ziele und Funktionen sowie die System Umgebung definiert werden Ausgangspunkt f r die System Definition und die Architektur Entwicklung sind Ver ffentlichungen integrierter Modelle die Auf schluss dar ber geben sollen welche generellen Funktionen Ziele und unter st tzenden Programme zu ber cksichtigen sind Die folgenden Unterabschnitte geben einen berblick ber diese Anforderungen und geben gleichzeitig Infor mationen zur Strukturierung aktueller Systeme 3 1 2 Systeme berblick Kickert u a 1999 liefern einen Statusbericht ber Simulationsmodelle zur Evaluierung m glicher kologischer umweltbezogener und sozialer Konsequen zen des globalen Wandels Der Bericht beschreibt eine sehr umfangreiche Aus wahl unterschiedlichster integrierter Modelle Die Beschreibungen der ein zelnen Modelle beschr nken sich in den meisten F llen auf Angaben zu den konzeptionellen Modellen in Form von Flussdiagrammen Erkl rungen zu soft waretechnischen Aspekten finden sich i d R nicht und wenn dann unter Verwendung uneinheitlicher Darstellungsformen und unterschiedlichster Ab straktionsniveaus angefangen von der sehr groben Einteilung eines Modells in drei Komponenten Model Control Show ber Objekte eines objektorien tiert programmierten Systems bis hin zu Dateistrukturen A
374. t Einen umfassenden Kriterien Katalog zur Beurteilung von Software Quali t t der nicht nur bei der Entwicklung der Software Architektur sondern auch in den anderen Phasen der Software Entwicklung ber cksichtigt werden sollte liefert die international Norm ISO IEC 9126 bernommen in DIN 66272 die im weiteren Verlauf dieser Arbeit verwendet wird Eine kurze Erkl rung der einzelnen Kriterien dieses Katalogs findet sich in Tabelle 2 1 Seite 23 Das in der Tabelle 2 1 Seite 23 aufgef hrte Qualit tsmerkmal Interope rabilit t spielt in dieser Arbeit eine wichtige Rolle ISO 2382 1 ISO 1993 definiert und erkl rt den Begriff wie folgt Die F higkeit zur Kommunikation Programmausf hrung oder Da ten bertragung ber verschiedene funktionale Einheiten hinweg in einer Art die vom Nutzer geringe oder keine Kenntnisse der speziel len Charakteristiken dieser Einheiten verlangt Zwei Komponenten X und Y k nnen interoperieren sind interoperabel wenn X Anfra gen R f r Dienste an Y senden kann basierend auf einem gemeinsa men Verst ndnis von R durch X und Y und wenn Y entsprechend gemeinsam verst ndliche Antworten S an X zur ckliefern kann 9Zitiert nach ISO DIS 19119 Percivall 2002 Grund satzent schei dungen Bedin gungen nicht funktio nale Eigen schaften Inter operabi lit t Def Intero perabili t t 22 KAPITEL 2 GRUNDLAGEN F r Systeme zur Verarbeitung geographischer
375. t k nnen die Metadaten auch in eine separate Datei geschrieben werden Die Speicherung der Metadaten Dateien erfolgt dann ber die Kombination des Resource Description Framework RDF und der Extensi ble Markup Language XML die an vielen Stellen f r diese Zwecke gefordert wird s z B Anderson u a 2000 Der Inhalt einer solchen Metadaten Datei ist in Anhang D 2 Seite 247 kommentiert dargestellt Damit der Inhalt derartiger Metadaten Dateien einfach und bersichtlich angezeigt werden kann sind die Dateien mit einem so genannten XML Style sheet XSL verkn pft Ein solches Stylesheet enth lt Anweisungen zur Trans formation von XML in HTML die Metadaten Dateien k nnen somit einfach in einem Web Browser dargestellt werden Um eine sp tere Sammlung der Metadaten Datei durch den im Rahmen des GLASS Projektes entwickelten Metadaten Sammler s u zu vereinfachen enden die Namen der Dateien mit den Metadaten auf dc xml Wird die Datei mit den Metadaten im gleichen Verzeichnis wie die Daten gespeichert erh lt 20XML ist eine Empfehlung des W3C Startseite im Internet http www w3 org XML Ausgiebige Erkl rungen zu dieser Sprache und ihrer Anwendung finden sich z B bei Anderson u a 2000 u Goldfarb und Prescod 2000 6 3 KOMPONENTEN REALISIERUNG 181 Metadaten Erfassung Netscape l0j x a Datei Bearbeiten Anzeigen Gehe Lesezeichen Extras Fenster Hilfe Eeer ae A ay m Anfang Q Suche ELes
376. t Neben der Eingabe der Elemente des DCMES sind drei weitere Felder zu f llen eins f r den URN eins f r den Datei Namen falls es sich um eine Ressource handelt deren Inhalt sich in einer Datei befindet und eins f r die Angabe einer Datei in der die Meta daten gespeichert werden k nnen Die URN Angabe und der evtl eingetragene Dateiname werden durch die Web Seite automatisch in das Element Identifier bernommen Die eingegebenen Metadaten k nnen direkt in die Datenbank des Katalog managers bernommen werden Die Verbindung der Web Seite mit dem Ein gesetzten DBMS MySQL geschieht wie bereits in Unterabschnitt 6 3 1 ab Seite 172 beschrieben ber den Web Server und PHP Bei der Eingabe von Metadaten wird gleichzeitig auch die Ressourcen Liste der Dokumentations komponente aktualisiert Ist eine direkte bertragung der Metadaten an den Katalogmanager nicht gew nscht oder nicht m glich z B weil die Eingabe auf einem nicht vernetz URN u URL Zugriffs info Titel DCMES Eingabe DBMS XML RDF XSL Konven tion 180 KAPITEL 6 REALISIERUNG amp view Resources Netscape lolx a Datei Bearbeiten Anzeigen Gehe Lesezeichen Extras Fenster Hilfe Q O O oe S amp S l j m 4 Anfang Q Suche lesezeichen WZ USF R GLASS Deutsch Englisc S phpMyAdmin 2 2 B A 870 Dokument Done 4 437 Sek Abbildung 6 9 Anzeige der Ressourcen Liste ten Rechner stattfinde
377. t das ASCII Format das vom GIS ArcView zum Import und Export von Rasterdaten verwendet wird Die Daten entsprechen den Werten eines regelm igen Rasters Jeder Daten satz beginnt mit einer kurzen Charakterisierung des Rasterdatensatzes Die folgenden Zeilen entstammen der Beschreibung des Datensatzes mit den L n derkennzahlen wie sie in IMAGE2 2 verwendet werden ncols 720 nrows 360 xllcorner 180 yllcorner 90 cellsize 0 5 NODATA_value 9999 Ein Rasterdatensatz wird also charakterisiert ber die Anzahl der Spalten ncols number of columns und Zeilen nrows number of rows die Angabe des x und y Wertes der linken oberen Ecke der geographischen Abdeckung x yllcorner x y lower left corner und die Angabe der Gr e einer Zelle cellsize hier 0 5 Grad Dar ber hinaus kann optional der Wert angegebenen werden der f r unbekannte Werte innerhalb des Datensatzes verwendet wird NODATA_value Der NODATA Wert wird im Datensatz der L nderkennzah len beispielsweise f r die Zellen der Ozeane eingesetzt die in IMAGE2 2 keinem Land zugeordnet sind Nach der Beschreibung des Datensatzes folgen die eigentlichen Daten indem zeilenweise die Werte jeder Zelle des Rasters von oben links 180 90 nach unten rechts 180 90 angegeben werden D 7 Geodatenverarbeitung Der folgende Quelltext zeigt die Verwendung einiger Operationen der Klasse zur Geodatenverarbeitung innerhalb einer Version des Wasse
378. t diese Vorgehensweise in graphischer Form Host 1 Harvester 1 ze Host X 5 Suche nach Host n lokal gespeicherten Metadaten Harvester n Katalogmanager Bericht an Katalogmanager nz a Suche nach lokal gespeicherten Metadaten Abbildung 5 10 Prinzip des Metadaten Sammlers Dezentral an einem Host erfasste und gespeicherte Metadaten werden vom Metadaten Sammler Har vester gesucht und zusammengetragen Schritt 1 Im Anschluss an die Suche die regelm ig oder auf Anforderung stattfinden kann werden die Daten dem Katalogmanager zur Verf gung gestellt Schritt 2 Auf jedem Host der an einem Projekt beteiligt ist Host 1 bis Host n sollte f r diese Zwecke ein Harvester installiert sein Ein mit dem Katalogmanager zusammenarbeitender Metadaten Sammler ist damit verantwortlich f r die Durchsuchung eines Rechners nach Dateien mit Metadaten und die automatische Weitergabe der gefundenen Informationen an den Katalogmanager 5 2 2 2 Dienst Spezifikation Die von einem Metadaten Sammler anzubietenden Operationen ergeben sich di rekt aus den beiden in Abb 5 10 erkl rten Schritten der Suche und Zusammen tragung von Metadaten und dem Bericht der gefundenen Informationen an den Katalogmanager ber diese beiden Funktionen des Sammlers hinaus kann es sinnvoll sein die auf einem Host ebenfalls dezentral v
379. t sich auf den Status des Dokuments Ein DIS wird den Mitgliedern der ISO zur Abstimmung vorgelegt um zu einem International Standard zu werden Inhalt Ziele View points Compu tational View point Schnitt stelle Opera tion Port Dienst 56 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK ISO DIS 19119 betrachtet die Service Architektur aus vier der insgesamt fiinf Blickrichtungen der RM ODP und beschreibt den computational view point den information viewpoint den engineering viewpoint und den technolo gical viewpoint Der enterprise viewpoint wird in anderen Teilen der ISO 19100 Serie beschrieben z B im Referenzmodell ISO 19101 Die in ISO DIS 19119 behandelten Sichtweisen werden im Folgenden kurz beschrieben Computational Viewpoint Bei der Beschreibung des computational viewpoint wird die Basis fiir die Ver kettung von Diensten gelegt Dieser Abschnitt des Standards e definiert die Konzepte der Dienste Services Schnittstellen und Opera tionen sowie deren Beziehungen untereinander e definiert ein Modell fiir die Verkettung von Diensten um gr ere Aufga ben l sen zu k nnen service chaining e definiert ein Metadaten Modell fiir Dienste um das Auffinden von Diens ten ber Kataloge zu unterst tzen e stellt einen Ansatz f r die physikalische Verteilung von Diensten durch die Nutzung einer n Tier Architektur vor Die einzelnen Punkte werden im Folgenden kurz erl utert Dienste Konzept Das zentrale El
380. tegrierten Assessment Erkl rungen zu den Datens tzen finden sich im Text 4 2 6 System Leistungen Es es nicht vorgesehen dass Entscheidungstr ger interaktiv neue Simulati onsergebnisse erzeugen Simulationsl ufe werden hingegen von den modellbe treibenden Wissenschaftlern Modell Betreibern erzeugt Aufgrund der Wich tigkeit von Unsicherheits und Sensitivit tsanalysen und der damit verbun denen Notwendigkeit mehrere Simulationsl ufe mit sich ndernden Modell Eingangsgr en durchzuf hren sollte sich die Berechnung neuer Simulationser gebnisse in einem akzeptablen vom konkreten SISA abh ngigen Rahmen hal ten Eine generelle Aussage ber die Performanz des Systems kann an dieser Stelle allerdings nicht getroffen werden Eine Leistungsanforderung wird allerdings als Wunschanforderung angege ben F r einen gestarteten Simulationslauf sollte noch am gleichen Tag gepr ft werden k nnen ob die Berechnungen verwertbar sind oder nicht Ber cksich tigt man eine gewisse Arbeitszeit zur Vorbereitung und Nachbearbeitung einer Simulation so kann die folgende Leistungsanforderung formuliert werden Die Dauer eines Simulationslaufes sollte sechs Stunden nicht berschreiten Leis tungsanforderung L10 Der Umfang und die Genauigkeit der zu speichernden Daten h ngt eben falls von der konkreten Anwendung des SISA ab Ein Charakteristikum von integrierten Assessments im Rahmen des globalen Wandels ist die geographisch explizite Abb
381. tems kann als zweites Beispiel durch den Einsatz einer besseren Hardware Ausr stung erreicht werden die beiden Teilmerkmale der Effizienz stehen sich hier also direkt gegen ber Da das SISA in der Umgebung wissenschaftlicher Einrichtungen eingesetzt wird siehe Kapitel 4 2 4 Seite 82 ist aufgrund der oft vorherrschenden angespannten Ressourcenlagen eine gute Qualit t bez g lich des Verbrauchsverhaltens an das Produkt zu stellen Das SISA integriert unterschiedliche Daten und Teilmodelle W hrend der Einsatzzeit des SISA sollten die verwendeten Daten und Simulationsmodel le stets den neuesten Stand der wissenschaftlichen Erkenntnisse widerspiegeln Diese Anforderung bedingt die Notwendig st ndiger Korrekturen Verbesserun gen und Anpassungen des Software Systems Das entsprechende Qualit tsmerk mal innerhalb der ISO IEC 9126 ist die nderbarkeit mit ihren Teilmerkmalen Analysierbarkeit Modifizierbarkeit Stabilit t und Pr fbarkeit nderungen am SISA sind oft von Personen durchzuf hren die nicht an der Entwicklung des Gesamtkonzeptes oder eines bestimmten Teilmodells des SISA mitgearbeitet haben Die Analysierbarkeit des Systems die den notwendigen Aufwand zur Identifizierung nderungsbed rftiger Teile einschlie t muss daher sehr gut sein Hinsichtlich der Modifizierbarkeit des Systems wird analog zu den vorhergehenden berlegungen ebenfalls eine sehr gute Qualit t gefordert An die Stabilit t des Gesamtsystems Risiko u
382. ten auftreten auch wenn sie in Abbildung 3 10 neben den Verarbeitungsdiensten platziert sind F r die Verbindungen zwischen den Schichten sind die Kom munikationsdienste communication services zust ndig Zur Implementierung dieser logischen Architektur wird eine physikalische Architektur ben tigt d h eine Zuordnung der Dienste zu Komponenten und deren Schnittstellen ISO DIS 19119 schl gt eine zweischichtige und eine drei schichtige physikalische Architektur vor Die zweischichtige besteht aus einer Komponente die als Daten Server dient und aus einer Komponente die den Clients und die Benutzungsschnittstelle implementiert Bei der dreischichtigen physikalischen Architektur werden einige bzw alle Verarbeitungsdienste aus der Client Komponente entfernt und in einen Anwendungsserver verlagert So fern alle Verarbeitungsdienste vom Client in den Anwendungsserver berf hrt werden wird der Client als thin client bezeichnet Werden nur die von mehre ren Nutzern verwendeten Funktionen in den Anwendungsserver verlagert und enth lt der Client noch einen gro en Funktionsanteil handelt es sich um einen 4 logische Schich ten 2 oder 3 physika lische Schich ten Vertei lungs platt form Platt form un ab h ngig Beispiel 62 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK Human interaction services User processing Workflow Task services services
383. ten der Module lassen sich diese nicht ohne weiteres unter den Systemen austauschen Eine Interoperabilit t zwischen den Systemen ist wegen der un einheitlichen Einteilung der Gesamtsysteme sowie der unterschiedlichen Imple mentierungsmethoden bei der Funktionsrealisierung ebenfalls nicht gegeben Der Schl ssel zur Wiederverwendbarkeit und Interoperabilit t sowie zu qua litativ hochwertigen Systemen befindet sich in der Definition einer Software Architektur Informationen zu den Leistungsmerkmalen System Aufteilungen und Implementierungen existierender Modelle und Werkzeuge k nnen als Grundlage f r die Architektur Entwicklung f r SISAs herangezogen werden Zur Steigerung der Interoperabilit t von Systemen zum simulationsbasier ten integrierten Assessment sollten bei deren Entwicklung auch Architektur Standards ber cksichtigt werden Aufgrund der Komplexit t der Standards werden standardkonforme Realisierungen von SISAs i d R nicht zu erwarten sein Die Architektur eines SISA sollte sich dennoch an diesen Standards orien tieren da bereits die Umsetzung ihrer Prinzipien eine verbesserte Qualit t der 3 3 FAZIT 65 Systeme verspricht Dar ber hinaus erlaubt die Ber cksichtigung der grundle genden Prinzipien der Standards eine schrittweise Migration zu standardkon formen Systemen Die Entwicklung einer an Standards orientierten Architektur ist Inhalt des Kapitels 5 Seite 95 Grundlage fiir die Entwicklung der Architektur sind u
384. ter xml lt rdf rdf gt 3 Die Datei rdfHeader xml enth lt die Daten die zur Einleitung der XML RDF Datei notwendig sind Neben der Angabe des f r die Darstellung der Datei in einem Browser notwendigen Stylesheets 1 sind dies die Deklarationen ber die verwendeten Namensr ume rdf und ds 2 Die Datei rdfFooter xml enth lt lediglich das abschlie ende Tag der XML Datei Datei copyRepositoryToWWW ftp open connection to web server open 141 51 100 72 login user user endejan myPassword copy repository to web server put grid meta repository xml home WWW grid meta repository xml bye Die Datei copyRepositoryToWWW ftp ist zust ndig f r das Kopieren der zusammengestellten Datei an den festgelegten zentralen Ort hier ein Verzeich nis auf dem Web Server und enth lt lediglich die hierf r ben tigten Informa tionen ber den Server und die zu kopierende Datei D 4 Simulationseinstellungen und Datenzugriff Die folgenden Quelltext Ausschnitte entstammen dem GLASS Teilmodell Wa terGAP und zeigen die nderungen die zum Einsatz des Simulationslaufma nagers und des Datenzugriffs Servers innerhalb dieses Modells notwendig sind WaterGAP nutzt f r den Kontakt zu den Servern die hierzu entwickelten Klienten Klassen SISA_simulationRunMangerClient und SISA_dataAccessCli ent Die Deklarationen dieser Klassen sind daher im Quelltext von WaterGAP bekanntzugeben D 4 SIMULATIONSEINSTELLUNG
385. ternet http www anzlic org au 9Startseite im Internet http www alexandria ucsb edu ANZLIC CSCM Ziel Elemen te Ver pflich tung Info Res sourcen Hinter grund 114 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG Abschnitt Beschreibung Identification Basisinformationen zur Identifizierung des Modells z B Mo Information dellname version Identifizierungsnummer Ansprechpart ner Indented Use Beabsichtigte Nutzung des Modells Thema des Modells so wie Informationen ber das geforderte Wissen den Bildungs stand zum Verst ndnis und zur Anwendung des Modells Description Beschreibung des Modells inkl des Modellierungsprozesses und der Funktionalit t des Modells Access amp Availabi lity Informationen zur Verf gbarkeit des Modells inkl Zugriffs und Nutzungseinschr nkungen und Angaben zu Bestellung und Kosten System ments Require Anforderungen an das Rechnersystem und den Nutzer zur Durchf hrung von Modellrechnungen Input Data Requi rements Beschreibung der Eingabedaten und ihrer Formate z B An gaben ber zeitliche und r umliche Aufl sung und Abdeckung der Daten Data Processing Erkl rung der auf die Eingabedaten angewendeten Verarbei tungen zur Erzeugung der Ausgabedaten Angabe zugrunde liegender Formeln und verwendeter Programmiersprachen Model Output Beschreibung der Modellausgaben Daten bzw visuelle Aus
386. tet werden Die hierzu notwendigen Funktionen Dienste werden oft ber speziell f r diesen Zweck geschriebene Werkzeuge bereitgestellt Da die oben beschriebenen Aufgaben oft nicht automatisiert sind und sich teilweise auch nicht mit einem vertretbaren Aufwand automatisie ren lassen sollten alle in einer bestimmten Situation anwendbaren Werkzeuge und notwendigen Schritte dokumentiert sein Eine solche Dokumentation kann erleichtert werden indem die urspr ngliche Beschr nkung des SOF auf Dienste aufgehoben und die Angabe aller Ressourcen die bei der L sung einer Aufgabe herangezogen werden k nnen erlaubt wird 7 Ein SOF der alle SISA Ressourcen aufnehmen kann unterst tzt sowohl die Daten Vorverarbeitung Z80 als auch die Ergebnis Analyse Z100 und f rdert dar ber hinaus die Nachvollziehbarkeit von Assessment Ergebnis sen Abbildung 5 18 zeigt die innerhalb des SOF f r die Aufgaben Dokumen tation zu speichernden Attribute Alle Angaben sollten innerhalb eines eigenen Katalogs dem SOF Katalog verwaltet werden DataType SISA_Task title 1 String description 1 String utilizedResources 0 SISA_Resource Abbildung 5 18 Datenmodell zur Speicherung von Informationen tiber die Be arbeitung von Aufgaben Anmerkungen Neben der Nutzung des SOF kann es fiir Modellbetreiber und Modellentwickler sehr hilfreich sein kurze Anmerkungen zum SISA direkt innerhalb des System 17Die grunds tzliche M
387. tice Hall PTR 1999 LITERATURVERZEICHNIS 223 Kuhn u a 2001 KUHN Werner BASEDOW Sebastian BROX Christoph RIEDEMANN Catharina ROSSOL Holger SENKLER Kristian ZENS Ka tharina LANDES NORDRHEIN WESTFALEN Ministerpr sident des Hrsg GDI Geodaten Infrastruktur Nordrhein Westfalen Referenzmodell 3 0 D s seldorf media NRW 2001 media NRW Band 26 Liebl 1995 LIEBL Franz Simulation problemorientierte Einf hrung 2 berarbeitete Auflage M nchen Wien Oldenbourg Oldenbourg Verlag 1995 ISBN 3 486 23373 4 Luiten 1999 LUITEN H A legislative view on science and predictive models In Environmental Pollution 100 1999 Nr 100 S 5 11 Maxwell 1999 MAXWELL Thomas A paris model approach to modular simulation In Environmental Modelling and Software 14 1999 Nr 6 S 511 517 McCarthy u a 2001 MCCARTHY James J CANZIANI Oswaldo F LEA RY Neil a DOKKEN David J WHITE Kasey S Climate Change 2001 Im pacts Adaption amp Vulnerability Technical Summary In Climate Change 2001 Impacts Adaptions and Vulnerability Contribution of Working Group II to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC Cambridge UK Cambridge University Press 2001 Mealling und Denenberg 2002 MEALLING Michael Hrsg DENENBERG Ray Hrsg Report from the Joint W3C IETF URI Planning Interest Group Uniform Resource Identifiers URIs URL
388. tion execution get object class handel get attribute handle get object class handle publish object class get attribute handle subscribe object class attributes start registration register object instance discover object instance update attribute value reflect object attribute delete object instance remove object instance get interaction class handle publish interaction class get interaction class handle subscribe interaction class turn interactions on send interaction receive interaction resign federation execution resign federation execution destroy federation execution Abbildung 3 7 HLA Prinzip der Daten und Interaktionsweitergabe Die In stantiierung einer Federation wird durch den Aufruf start federation execution bei der RTI veranlasst Im Anschluss daran k nnen sich Federates dieser Fede ration durch Aufruf von join federation execution anschlie en im abgebilde ten Beispiel sind es zwei Federates Federatel und Federate2 Bevor Federates Daten ber Objekte und deren Attribute austauschen k nnen m ssen sie sich zun chst ber get object attribute handle geeignete Identifizierungsnummern besorgen Federatel kann nun die Ver ffentlichung von Objekten anmelden Diese Anmeldung geschieht ber publish object class Ist Federate
389. tion from open systems interconnection OSI to open distributed processing ODP In Computer Standards amp Interfaces 17 1995 January Nr 1 S 107 113 Schwinn 1992 SCHWINN Hans Relationale Datenbanksysteme M nchen Wien Hanser 1992 Hanser Studienb cher der Informatik ISBN 3 446 15782 4 Senkler 2001 SENKLER Kristian Anforderungen an eine offene Infra struktur f r E Business und Geoinformations Services In STROBL Josef Hrsg BLASCHKE Thomas Hrsg GRIESEBNER Gerald Hrsg Ange wandte Geographische Informationsverarbeitung XIII Beitr ge zum AGIT Symposium Satzburg 2001 Heidelberg Wichmann Verlag 2001 S 455 460 Shaw und Garlan 1996 SHaw Mary GARLAN David Software Architecture Perspectives on an Emerging Discipline Upper Saddle River New Jersey Prentice Hall Alan Apt 1996 Shlyakhter u a 1995 SHLYAKHTER Alexander VALVERDE A JR L J WILSON Richard Integrated risk analysis of global climate change In Chemosphere 30 1995 Nr 8 S 1585 1618 Steinhausen 1994 STEINHAUSEN Detlef Simulationstechniken M nchen Wien Oldenbourg 1994 Swoboda u a 2000 SwoBoDA Walter KRUSE Fred LEGAT Rudolf NIKOLAI Ralf BEHRENS Sven Harmonisierter Zugang zu Umweltinfor mationen fiir Offentlichkeit Politik und Planung Der Umweltdatenkatalog UDK im Einsatz In CREMERS Armin B Hrsg GREVE Klaus Hrsg Umweltinformatik 00 Umweltinformation f r Planun
390. tssystem werden u a Daten ber durchgef hrte Simu lationsl ufe beteiligte Personen und verwendete Szenarien hinterlegt und den Akteuren des SISA Modellbetreiber Modellentwickler Entscheidungstr ger Interessenten bereitgestellt Die Daten dieser Komponenten tragen entschei dend zur Transparenz von Assessment Ergebnissen bei Zur Steigerung der Wiederverwendbarkeit von Software sollten h ufig wie derkehrende Funktionen nicht direkt in der Komponente des Simulationssys tems implementiert sondern in andere Komponenten ausgelagert werden Im Rahmen des SISA wurden drei thematische Komponenten abgegrenzt Die Geodatenverarbeitungs Komponente die f r die Verarbeitung geographischer Daten und die Bereitstellung einer Schnittstelle zu eigenst ndigen GIS verant wortlich ist die Komponente zur allgemeinen Datenverarbeitung die zust ndig ist f r die Bereitstellung allgemeiner wieder verwendbarer Datenverarbeitungs dienste und die Komponente der Aufgabensteuerung in deren Verantwortung der programmgesteuerte Aufruf anderer Funktionen des SISA liegt z B Funk tionen zur Datenvorverarbeitung und Datennachbearbeitung Zur Sensitivit ts und Unsicherheitsanalyse von Simulationsmodellen ist ei ne gesonderte Komponente vorgesehen die Modellanalyse Komponente Diese Komponente schaltet sich zur Modellanalyse als Schicht zwischen das Simula tionssystem und die Datenzugriffskomponente Auf diese Weise kann die Kom ponente die Eingabed
391. uch und evtl ausschlie lich f r die Modellwartung und pflege Entscheidungstr ger Interessent 83 Abbildung 4 3 Anwendungsfalldiagramm des SISA Zu sehen sind die einzel nen Nutzer des Systems die Akteure und die einzelnen Anwendungsf lle f r die das System Funktionen bereitzustellen hat Der Modell Betreiber nutzt das SISA zur Verwaltung von Projektdaten Simulationsdaten und Projektergeb nissen sowie zur Durchf hrung von Simulationsl ufen und der Analyse der vorhandenen Daten Die Projektergebnisse werden dem Modell Betreiber und dem Entscheidungstr ger vom System zur Verwertung bereitgestellt Die Funk tionen zur Analyse des Modells werden vom Modell Betreiber und oder vom Modell Entwickler verwendet Allgemeine Hintergrund Informationen sind al len Akteuren inkl allgemeiner Interessenten vom System bereitzustellen Ausf hrlichere Angaben zu den Zielen und Funktionen finden sich im Text Orgware Eintei lung Hinter grund daten Doku mente Konfigu rations daten Assess ment daten 84 KAPITEL 4 SYSTEMDEFINITION Das SISA muss organisatorisch in den Betrieb des Modellbetreibers einge bettet werden Folgende organisatorische Randbedingungen Orgware werden gesetzt Die Verwaltung und Pflege der ben tigten Daten und der evtl vor handenen Datenbank wird von fachkundigen Mitarbeitern bernommen Zur Integration neuer Simulationsmodelle oder modellteile stehen Mitarbeiter zur Ve
392. uew ysel uogemojeg eonsyelsi bis Ann 0 Auni seon1ag Butsse2od uoneinopeg Jeyweiedoag 0 Jebeueyyyse L aK s skjeuy 40 sisfjeuy sesn a Menoosiqaal waishs aseqeieg L o wojsues eeq o wajsksaal A A at s s jeuy po H4 s sAleuyponuwis SS S v weIs s uopemnwus Anseyuis 10 quogu s Jeue uny uonejnwis wand wuojsuel Leeg was sgal abeueyy Bojereg 19 S MEH ejepejoyy LO sseooyieo IX oBeueynes uogejuawnoog queiseueHaMl Lo Aieaoosiqooq o saBeueyyooq nenten verweisen und nicht auf einzelne Schnittstellen dr cken die Abh ngig keit von allen Schnittstellen der entsprechenden Komponente aus Erkl rungen Abbildung 5 36 Komponenten der Architektur Pfeile die direkt auf Kompo zu den Komponenten finden sich im Text Simula tion Run Manager Simula tions system Model Analysis 152 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG zit aufrufbar sein z B um Formate beim Datenaustausch unter Teilmodellen transferieren zu k nnen Der Zugriff auf Daten sollte stets ber einen eindeu tigen Bezeichner erfolgen notwendige
393. uf manager Er versorgt das Simulationssystem auf Anfrage mit den notwendigen Informationen ber Parametrisierungen Optionen oder Eingangsdaten Der Ort der Speicherung von Eingangsdaten ndert sich in der Praxis von Zeit zu Zeit z B im Zuge der Erweiterung oder des Austausches eines Daten Servers Um die Nachvollziehbarkeit und Reproduzierbarkeit von Ergebnis sen dennoch zu gew hrleisten wird dem Simulationslaufmanager nicht der Ort Pfad Dateiname der Speicherung eines Datensatzes angegeben sondern ein Ressourcen Name der den Datensatz eindeutig identifiziert ber sicht Simula tions system Simula tions lauf Manager Daten zugriff Katalog manager Daten basis Meta daten Sammler Doku menta tion 162 KAPITEL 5 ARCHITEKTUR ENTWICKLUNG Das Simulationssystem greift auf einen derart referenzierten Datensatz nicht direkt zu Stattdessen wendet sich das Simulationssystem an die Datenzugriffs komponente die f r die Bereitstellung von Datens tzen zust ndig ist Hierzu muss ihr lediglich der Ressourcen Name des gew nschten Datensatzes sowie das Format in dem der Datensatz geliefert werden soll mitgeteilt werden Diese Art des Datenzugriffs erm glicht einen transparenten Datenzugriff sowie eine auto matische Transformationen von Datenformaten Das Format der Datenspeiche rung wird somit von der internen Repr sentation f r das Simulationssystem getrennt Dieser Zugriffsmechanismus
394. uf diese Weise in der Lage die Einstellungen beim Laden der Datei auf ihre G ltigkeit hin zu berpr fen Die berpr fung selbst ist Sache eines validierenden XML Parsers dem neben der XML Datei die entsprechende DTD bzw XSD Datei zur Verf gung ge stellt wird Wird dem Server eine nicht g ltige Simulationsmodell Spezifikation bergeben z B mit einer fehlenden Variablen Belegung so erkennt er beim Einlesen der Spezifikation den Fehler und kann direkt eine entsprechende Mel dung ausgeben ber XML Schemata ist es dar ber hinaus m glich den Wert bereich f r Variablen festzulegen Ein Simulationslauf mit Modelleinstellungen f r die Simulationsmodelle nicht ausdr cklich vorgesehen oder getestet wurden z B die Unterschreitung des minimalen Zeitschrittes kann auf diese Weise unterbunden werden 26Entsprechende Funktionen sollten f r alle in der Simulationssystem Komponente ver wendeten Programmiersprachen bereitgestellt werden 27Ein Parser ist ein Programm das einen Quelltext in seine einzelnen Bestandteile zerlegt und das berpr fen kann ob der Quelltext syntaktisch korrekt ist s Engesser 1993 Vali dierende XML Parser pr fen sowohl Form als auch Inhalt von XML Quelltexten s Anderson u a 2000 Client Server Validie rung Beispiel 190 KAPITEL 6 REALISIERUNG Ein kommentiertes Beispiel f r den Einsatz des Simulationslaufmanagers ist zusammen mit Erkl rungen zur Realisierung der nachfolgen
395. ugreifbar zu machen Das OGC unterscheidet zwischen OpenGIS Abstract Specifications und OpenGIS Implementation Specifications Erstere spezifizieren die konzeptionel le Basis f r Entwicklungsaktivit ten und stellen ein Referenzmodell f r die 33Startseite im Internet http www opengis org Organi sation Stan dards Verfiig barkeit Spezifi kationen Abstract vs Im plemen tation Abstract Specifi cations Verbrei tung IETF 46 KAPITEL 3 STAND DER TECHNIK Entwicklung der Implementation Specifications bereit Die OpenGIS Imple mentation Specifications sind technische Spezifikationen die Teile der Abstract Specification f r spezielle Plattformen zur Entwicklung verteilter Anwendun gen z B OLE COM oder CORBA spezifizieren Hier finden sich Program mierrichtlinien f r Software Entwickler zur Integration und Nutzung der OGC Schnittstellen und OGC Protokolle Die Abstract Specifications sind in Themengebiete topics eingeteilt Der zeit existieren 16 themenzentrierte Abstract Specifications die jeweils bestimm te Funktions oder Technologiebereiche betreffen angefangen von der Definition geographischer Merkmale ber die Beschreibung geographischer Referenzsyste me bis hin zu Diensten f r die Koordinaten Transformation von Bildern Eine Auflistung der OpenGIS Abstract Specifications findet sich im Anhang Tab C 4 Seite 241 Auf die in der Liste zu findenden Spezifikationen der Cata log Serv
396. umentation von Modellergebnissen zu erleichtern wur de innerhalb der Komponente zur allgemeinen Datenverarbeitung eine C Klasse implementiert ber die die DCMES Elemente im XML RDF Format gespeichert werden k nnen Zur Realisierung der Simulationssystem Komponenten der SISA Architek tur wurde eine C Klasse erstellt Diese Klasse dient als Basisklasse f r die im Rahmen des GLASS Projektes neu erstellten Teilmodelle In Anlehnung an die f r das Simulationssystem der SISA Architektur definierte Schnittstelle m s Katalog manager Sammler Meta daten Generie rung Simula tionssys tem Simula tions lauf manager Daten zugriff 202 KAPITEL 6 REALISIERUNG sen alle von dieser Basisklasse abgeleiteten Teilmodelle die Operationen init und run implementieren Des Weiteren muss jedes Teilmodell eine Operation namens resultsAvailable anbieten ber diese Operation gibt ein Teilmodell Auskunft dar ber ob f r eine bestimmte Simulationslaufspezifikation bereits Ergebnisse vorliegen Die neu erstellten Teilmodelle implementieren au erdem die Schnittstelle SimResultAccess oder bieten eine entsprechende Operation zur Abfrage von Modellergebnissen an das Nahrungsmittelstressmodell stellt beispielsweise die Operation getStress zur Verf gung Das wieder verwendete Modell zur Berechnung von Wasserverf gbarkeiten WaterGAP bietet die geforderten Schnittstellen nicht an Um das Modell dennoch als Teilmodell inn
397. und ist in JAVA realisiert Im Zentrum eines Systems steht der Time Controller der f r die Koordination von Teilmodellen die auch unterschiedliche Zeitschritte verwenden k nnen verantwortlich ist Die Teilmodelle k nnen untereinander ber definierte Schnittstellen Daten austauschen Durch die Implementierung eines Zustands bergangs Modells wird dabei sichergestellt dass nur auf g ltige Werte anderer Teilmodelle zuge griffen werden kann Die Kommunikation zwischen Teilmodellen wird ber JAVA Remote Method Invocation RMI abgewickelt Auf diese Weise k nnen sowohl die Teilmodelle 147ur Verbindung von Server und Client wird das Internet Protokoll TCP IP genutzt 15Startseite im Internet http www glowa danube de 16 Giiltig hei t dass sich die abgefragten Daten nicht in einem undefinierten gerade in der Berechnung begriffenen Zustand befinden 3 1 INTEGRIERTE MODELLE 37 als auch der Time Controller auf unterschiedlichen Hosts Rechnern laufen Durch die Nutzung von Adaptern wrappers werden die technischen Details der Netzwerk Kommunikation vor den Teilmodellen versteckt Abbildung 3 4 zeigt als Beispiel die Architektur eines Systems mit zwei Teilmodellen In der n chsten Phase des Projektes sollen weitere Komponenten zur Ent scheidungsunterst tzung zur Verf gung gestellt werden Hierzu geh ren Funk tionen zur Erstellung Beurteilung und Verwaltung komplexer Szenarien Dar ber hinaus ist eine Web basie
398. ung wichtiger Realisierungsaspekte zu den aufgef hrten Tests findet sich in den folgenden Abs tzen Zur Verwaltung der Assessment Informationen Anmerkungstexte Informa tionen ber Personen und Organisationen etc wurde das relationale Daten bank Managementsystem RDBMS MySQL eingesetzt das die Verwaltung der Datenbest nde ber einen Web Browser erlaubt Zur Bereitstellung und Erwei terung von Datenbest nden wurde ein separates auf der Programmiersprache PHP basierendes Web Interface implementiert 6 4 FAZIT 201 Der Katalogmanager der die Metadaten und Zugriffsinformationen ver waltet basiert ebenfalls auf dem RDBMS MySQL Die eindeutige Identifizie rung von Ressourcen im Katalogmanager wird ber Uniform Resource Names URN realisiert URNs folgen einer Syntax die im Rahmen dieses Kapitels spe ziell f r SISA Ressourcen entwickelt wurde Die Erstellung eines URN f r eine Ressource wird durch einen URN Generator unterst tzt der ber einen Web Browser bedient werden kann Jeder SISA Ressource muss ein solcher URN zugewiesen werden Nicht abstrakte Ressourcen vgl Abb 4 2 Seite 76 m s sen ber den URN hinaus einen Uniform Resource Locator URL besitzen der ber den Ort der Speicherung der Ressource und den Zugriffsmechanismus auf diese Ressource Auskunft gibt Als Metadatensatz wurde der Dublin Core Metadata Element Set DCMES verwendet Zur Erfassung der Metadaten wurde ebenfalls eine Web Seite er stel
399. ungsdienste und der Verarbeitungsdienste F r die Berei che Arbeitsablauf Aufgabendienste Kommunikationsdienste und Systemver waltungsdienste gibt es in der 19100 Serie keine Standards Das Kapitel der Architekturentwicklung Kapitel 5 Seite 95 nimmt die Beispieldienste noch einmal auf Engineering Viewpoint Um die Entwicklung eines flexiblen Systems zu unterst tzen werden die Diens te der oben genannten sechs Dienst Kategorien in eine vierschichtige logische Architektur integriert siehe Abbildung 3 10 Seite 62 Die erste obere Schicht ist zust ndig f r die physikalische Interaktion mit dem Nutzer und enth lt da her alle Interaktionsdienste human interaction services Unter dieser Schicht liegen die Verarbeitungsdienste in Schicht zwei die vom Nutzer geforderten Funktionen user processing services und in Schicht drei diejenigen Funktio nen die von mehreren Nutzern sowohl aus dem gleichen Anwendungskreis als auch bereichs bergreifend verwendbar sind shared processing services Die unterste Schicht beinhaltet die Dienste zur physikalischen Datenspeiche rung und Datenverwaltung also die Modell Informations Verwaltungsdienste model information management services Die Arbeitsablauf Aufgabendienste workflow task services werden als spezialisierte Verarbeitungsdienste angese hen und stehen daher auf der Ebene der Prozessdienste Die Systemverwal tungsdienste system management services k nnen in jeder der vier Schich
400. unktionen eines SISA sind projektabh n gig Dieses Kapitel besch ftigt sich daher mit der Definition allgemeiner An forderungen an ein System zum integrierten simulationsbasierten Assessment und dient damit als Grundlage f r die Architekturentwicklung in Kapitel 5 Seite 95 Grundlage f r das Verst ndnis der Anforderungsdefinition ist das in Ab schnitt 4 1 spezifizierte Produktmodell das wichtige Aspekte des Anwendungs bereichs erkl rt Abschnitt 4 2 Seite 75 definiert anschlie end das Einsatz gebiet und die Hauptfunktionen und Hauptdaten des SISA sowie die grund legenden Anforderungen an das System Die wichtigsten Eigenschaften und Anforderungen des spezifizierten SISA werden in Abschnitt 4 3 noch einmal zusammengefasst 4 1 OOA Modell Inhalt dieses Abschnitts ist die Darstellung und Erkl rung des Produktmo dells das aus einer objektorientierten Analyse des Problembereichs resultiert OOA Modell Der erste Unterabschnitt 4 1 1 besch ftigt sich mit den wich tigsten Elementen eines SISA und mit der Umgebung in die das System im 1Vergleiche Unterabschnitt 2 3 1 Seite 16 69 ber sicht Simula tions modell Imple mentie rung Daten 70 KAPITEL 4 SYSTEMDEFINITION Einsatz eingebettet ist Gesamtmodell Die Identifizierung verschiedener wie der verwendbarer Betriebsmittel Ressourcen die im Rahmen eines simulati onsbasierten Assessments ben tigt werden erfolgt aufgrund ihrer Wichtig
401. uoneaynuapl AW oyuyuoneaynuapt eunoy mzq ous zement sopuaynjnzsne u uoneyyrz ds sBunsa1poy omemsma apuadoT lesen fikationen 1 ler Elementsatz der ISO DIS 19115 und der mit d in Beziehung stehenden Klassen und Kodierungsspez nma M Abbildung 5 8 Elementen 5 2 KOMPONENTEN ENTWICKLUNG 113 sen beiden Standards Aufgrund der Ausrichtung der OGC Spezifikationen auf die Elemente der ISO DIS 19115 wird dem ISO Standard hier allerdings der Vorzug gegeben Aus den gleichen Gr nden wird ISO DIS 19115 dem ebenfalls etablierten Satz der ANZLIC Metadaten Elementen ANZLIC 2001 vorgezo gen die vom Australia New Zealand Land Information Council dem austra lischen neuseel ndischen Pendant zum US amerikanischen FGDC entwickelt wurden Metadaten f r Simulationsmodelle Im Rahmen des Projektes Alexandria Digital Earth Prototype ADEPT wur de ein Ansatz zur Beschreibung berechenbarer Modelle entwickelt der Content Standard for Computational Models CSCM Hill u a 2001 ADEPT 2001 Prim res Ziel des CSCM ist die Bereitstellung von Informationen die es potentiellen Modellnutzern erlauben das Modell in einem verteilten digitalen Katalog zu finden die M glichkeit der Anwendung fiir den eigenen Einsatz zu evaluieren es zu bekommen es erfolgreich mit entsprechenden Datens tzen laufen zu lassen und die Ergebnisse zu verstehen Hill u a 2001 Der CSCM der u
402. ur Ausf hrung vordefinierter Aufgaben der so genannten batch jobs e dem tracer zur Verfolgung von Abh ngigkeiten zwischen Variablen dem table editor zur alphanumerischen Bearbeitung mehrdimensionaler Daten nicht in Abbildung 3 5 aufgef hrt e dem scenario manager zum Sichern und Vergleichen verschiedener Mo dell Eingaben scenarios e dem documentation system zur HTML basierten Modelldokumentation dem online help system zur Bedienung und zum Verst ndnis des Modells HTML browser dem application programmers interface zum direkten Zugriff auf den Si mulator API 17Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu Startseite im Internet http www rivm nl 18Startseite des Projektes im Internet http www m rivm nl 3 1 INTEGRIERTE MODELLE 39 Architecture Model Documentation Graphical Interface Views M compiler control c code Y C compiler SL Simulator data s Il model info executable _ Scenarios Abbildung 3 5 Architektur der Modellumgebung M Erkl rungen finden sich im Text Quelle de Bruin 1996 data Die Visualisierungs Komponente wird von de Bruin u a 1996 als die ent Visuali scheidende Komponente f r die Entwicklung eines integrierten Modells angese Uns hen und erf llt daher auch vielf ltige Funktionen von der dynamischen Visua lisierung der modellierten Ph nomene mit Diagrammen und Karten und dem Vergleich der Ergebnisse mehre
403. ur erfolgt aus Gr nden der Austauschbarkeit und Interoperabilit t unter Ber cksichtigung relevanter Standards Die ber pr fung der Architektur erfolgt durch eine prototypische Implementierung der Komponenten im Rahmen der Entwicklung eines konkreten integrierten Mo dells 1 3 Struktur der Arbeit Das folgenden Kapitel der Grundlagen beginnt mit einigen Ausf hrungen zum thematischen Hintergrund der hier betrachteten Software Systeme und definiert die zentralen Begriffe globaler Wandel und integriertes Assessment Zur Ent wicklung von Software Systemen gibt es Phasenmodelle die den Prozess zum fertigen Produkt hin beschreiben die Software Architektur ist das Ergeb nis einer dieser Phasen der Entwicklungsphase Um die einzelnen Schritte der vorliegenden Arbeit in diesen Prozess einordnen zu k nnen wird ein sol ches Phasenmodell vorgestellt Anschlie end folgen weitere Erkl rungen zum Begriff der Software Architektur F r die Erstellung von Simulationsmodellen gibt es ebenfalls Phasenmodelle Anhand eines dieser Phasenmodelle werden einige grundlegende Begriffe der Modellierung erkl rt Kapitel 3 Seite 25 gibt einen berblick ber den Stand der Technik im Be reich der integrierten Modellierung und ber Arbeiten die im Zusammenhang mit der Erstellung der Software Architektur relevant sind Es werden einige in tegrierte Modelle und Hilfsmittel Frameworks und Entwicklungsumgebungen vorgestellt die im Ra
404. urchf hrung von Simulationsstudien eine Vorgehens weise vor die aus sieben Schritten besteht 1 Problemformulierung und analyse Modellbildung Datenerhebung Erstellung des Computerprogramms Modellvalidierung Planung und Durchf hrung von Simulationsl ufen Auswertung und Implementierung der Ergebnisse nanpww Im ersten Schritt wird das Untersuchungsproblem identifiziert und gepr ft ob die Methode der Simulation die angemessene Herangehensweise zur L sung darstellt Nach der Kl rung dieses Punktes wird das Problem n her beschrie ben und das Simulationsziel spezifiziert Zur Problembeschreibung werden die Bestandteile des Problembereichs sowie deren Eigenschaften und Beziehungen untereinander erfasst Au erdem werden in diesem Schritt die Systemgrenzen definiert das System wird hier also von seiner Umgebung klar getrennt Der zweite Schritt die Modellbildung besch ftigt sich mit der Redukti on und Abstraktion der Elemente des zu analysierenden Problems In diesem Schritt werden die wichtigsten systembeeinflussenden Elemente ausgew hlt und durch entsprechende Symbole und Regeln Verkn pfungen zwischen den Ele menten wiedergegeben Auf diese Weise entsteht das so genannte konzeptio nelle Modell das beispielsweise ber ein System mathematischer Gleichungen ausgedr ckt wird Die Basiskonzepte der Software Entwicklung z B die ob jektorientierte Analyse k nnen in diesem Schritt ebenfalls sinnvoll eingesetzt werden vgl Unter
405. uschmann u a 1998 beschreibt die Architektur die Subsysteme und Komponenten eines Software Systems und die Beziehungen zwischen ihnen die grundlegende Struktur wird in dieser Sichtweise also be reits unterteilt Die Object Management Group OMG definiert in der Unified Modeling Language Specification OMG 1999 den Begriff der Architektur noch detaillierter Architecture The organizational structure and associated behavior of a system An architecture can be recursively decomposed into parts that interact through interfaces relationships that connect 2 3 SOFTWARE ENTWICKLUNG 19 parts and constraints for assembling parts Parts that interact through interfaces include classes components and subsystems Die Definition der OMG ber cksichtigt die wesentlichen Merkmale vieler anderer Definitionen vgl Boosch u a 1999 Foegen und Battenfeld 2001 Oestereich 1998 Poetzsch Heffter 2001 Shaw und Garlan 1996 e die Aufteilung des Gesamtsystems in mehrere Teile Subsysteme Kom ponenten Klassen e die Kommunikation der einzelnen Teile ber Schnittstellen e die Beziehungen der einzelnen Teile untereinander Im Rahmen der vorliegenden Arbeit soll der Begriff der Software Architek tur daher wie folgt verstanden werden Eine Software Architektur ist die grunds tzliche Strukturierung ei nes Software Systems Sie beschreibt eine Menge definierter Kom ponenten die ber Schnittstellen miteinander kommunizieren spe
406. uswer tung Ablauf 16 KAPITEL 2 GRUNDLAGEN modell freie Parameter enth lt muss eine Anpassung dieser Parameter durch eine Modellkalibrierung erfolgen Wenn die Modellvalidierung ein zufriedenstellendes Ergebnis geliefert hat ist der n chste Schritt die Planung und Durchf hrung von Simulationsl ufen Simulationen Grundlage f r die Simulationsl ufe sind i d R so genannte Szenarien die auf in sich konsistenten und plausiblen Annahmen ber die zuk nftige Entwicklung systembeeinflussender exogener Gr en Bossel 1994 basieren Weitere Festlegungen betreffen die Auswahl der Anfangszust nde des Simulationsmodells sowie die Anfangs und Endzeitpunkte f r die Simulationen Laufzeitparameter Bei stochastischen Modellen ist zus tzlich die Anzahl der Simulationsdurchl ufe pro Szenario zu bestimmen Nach der Festlegung und Beschaffung der ben tigten Daten und Parameter werden die Simulationsl ufe durchgef hrt Um die Auswirkungen von Unsicherheiten der Modelleingabegr en auf die Modellergebnisse bzw den Einfluss einzelner Eingabegr en auf die Mo dellergebnisse zu untersuchen sollten Unsicherheits bzw Sensitivit tsanalysen durchgef hrt werden Im letzten Schritt zur Durchf hrung einer Simulationsstudie werden die be rechneten Simulationsergebnisse ausgewertet und die Ergebnisse sofern m g lich umgesetzt bzw Entscheidungstr gern vermittelt wobei die Analyse und Dokumentation der Simulationsergebni
407. validierung validiertes Simulationsmodell Planung und Durchf hrung von Simulationsl ufen Simulationsergebnisse Auswertung und Implementierung der Ergebnisse Analysen Berichte Tabelle 4 1 Arbeitsschritte einer Simulationsstudie vgl Abschnitt 2 2 Sei te 14 und deren Resultate Die Resultate k nnen als wieder verwendbare Ressourcen angesehen werden Weitere Ressourcen sowie deren Unterteilung werden im Text aufgef hrt Zur Durchf hrung einer Simulationsstudie Studie ist demnach zun chst ein Modellkonzept zu erstellen Dieses Modellkonzept ist bereits eine Ressour ce die bei entsprechend guter Dokumentation in anderen Projekten sinnvoll wieder verwendet werden kann Auf der Grundlage des Modellkonzepts wird das Simulationsmodell erstellt Dieses Gesamt Simulationsmodell besteht im Rahmen des integrierten Assessments i d R aus unterschiedlichen dem Mo dellkonzept folgenden Teilmodellen Sowohl das Gesamt Simulationsmodell als 4 Bestand von etwas was f r einen bestimmten Zweck ben tigt wird Duden 1996 73 OOA MODELL 4 1 Bnzaq epunyas Gnzequewlig yeusojuayeg seiejalidoid hewusoypsepuegs V Bnz qwuney aksje uayepoag ay ay az v A aygonq qsuonejnus ayse dssuogejnwig jeunojusjeq aanu Bunga wns unyswmyug Bunms myuaua z 19ed yuequayeq
408. vironmentally su stainable development Bilthoven The Netherlands National Institut of Public Health and the Environment RIVM 2000 Global Dynamics and Sustainable Development Programme Global Report Series No 30 URL http www rivm nl bibliotheek rapporten 402001018 pdf RIVM Report No 402001018 LITERATURVERZEICHNIS 215 Balzert 1996 BALZERT Helmut Lehrbuch der Software Technik Software Entwicklung Heidelberg Berlin Oxford Spektrum Akademischer Verlag 1996 Lehrb cher der Informatik ISBN 3 8274 0042 2 Balzert 1998 BALZERT Helmut Lehrbuch der Software Technik Software Management Software Qualit tssicherung Unternehmensmodellierung Hei delberg Berlin Spektrum Akademischer Verlag 1998 Lehrb cher der In formatik ISBN 3 8274 0065 1 Balzert 2000 BALZERT Helmut Lehrb cher der Informatik Bd 1 Software Entwicklung Lehrbuch der Software Technik 2 Aufl Heidelberg Berlin Spektrum Akad Verlag 2000 ISBN 3 8274 0480 0 Bartelme 2000 BARTELME Norbert Geoinformatik Modelle Strukturen Funktionen 3 erweiterte u aktualisierte Aufl Berlin Heidelberg New York Springer Verlag 2000 ISBN 3 540 65988 9 Benz u a 1997 BENz Joachim Hoch Ralf GABELE Tobias Documen tation of Mathematical Models in Ecology an Unpopular Task In In ternational Society for Ecological Modelling s ISEM Newsletter Ecomod 1997 December S 1 7 Benz u a 2001
409. von eindeutigen Ressourcen Bezeichnern Nutzung von Metadaten Sammlern und die Nutzung des Simula tionslaufmanagers als entscheidende Schritte zu mehr Transparenz und Nach vollziehbarkeit erwiesen Die bertragung der fiir das Simulationssystem de finierten Schnittstellen Operationen init run getResult auf die Teilmodelle f hrt zu einer verbesserten Wiederverwendbarkeit und Interoperabilit t der Teilmodelle Ferner hat sich gezeigt dass die Informationen der Dokumenta tionskomponente entscheidend zu einem reibungslosen und transparenten As sessment beitragen k nnen 7 2 AUSBLICK 211 7 2 Ausblick Die Anwendbarkeit der grundlegenden Prinzipien der entwickelten SISA Archi tektur konnte anhand einer prototypischen Implementierung gezeigt werden Der n chste Schritt w re die Entwicklung eines SISA das vollends auf den beschriebenen Komponenten beruht Hierzu m ssten zun chst schnittstellen konforme Realisierungen der wieder verwendbaren Komponenten implemen tiert und getestet werden Bei der Realisierung der Komponenten sollte die Verwendung von Web Technologien in Betracht gezogen werden da diese einen entscheidenden Schritt in Richtung Interoperabilit t versprechen Eine weitere Verbesserung der Architektur kann durch die Integration von Funktionen zur Metadaten Speicherung in die Datenzugriffskomponente erfolgen Eine solche Integration w rde die obligatorische Angabe von Metadaten f r alle zu spei chernden Datens tze e
410. w Die Planungsphase besch ftigt sich mit einer Voruntersuchung und einer Planung Durchf hrbarkeitsstudie unter Ber cksichtigung fachlicher konomischer und personeller Aspekte Ein Ergebnis dieser Phase ist das so genannte Lastenheft eine Zusammenfassung aller fachlichen Basisanforderungen aus der Sicht des Auftraggebers In diesem Dokument sollen z B das Einsatzgebiet des Software Systems und die haupts chlichen Funktionen und Daten beschrieben werden Besondere Leistungsanforderungen z B an den Datenumfang und die Genau igkeit oder Zuverl ssigkeit des Systems werden ebenfalls in diesem Dokument aufgef hrt Neben dem Lastenheft sind eine Projektkalkulation und ein Pro jektplan Ergebnis der Planungsphase Am Ende dieser Phase steht die Durch f hrbarkeitsstudie und damit die Entscheidung ob das System entwickelt wer den soll oder nicht Die Definitionsphase besch ftigt sich mit der Analyse und Definition der Defini Anforderungen die vom Auftraggeber an das System gestellt werden Durch Mon die Befragung der Auftraggeber und der zuk nftigen Benutzer sollen vollst ndi ge konsistente eindeutige und durchf hrbare Produktanforderungen definiert werden Zur Unterst tzung der Systemanforderungsanalyse Systemanalyse k nnen verschiedene Basiskonzepte der Software Entwicklung eingesetzt wer den z B Datenflussdiagramme ER Diagramme Klassendiagramme Ergeb nis der Definitionsphase ist die Produktdefinition die in der Re
411. ware sein Es wird allerdings vorgeschla gen die Middleware als Erweiterung der OpenGIS Dienste zu sehen und ihr eine Programmierschnittstelle API mitzugeben die sich anlehnt an die APIs die von den OpenGIS Diensten angeboten werden Um die Geschwindigkeit beim Zugriff auf Daten erh hen zu k nnen ist es sinnvoll die entsprechenden Funktionen von denen des Katalogmanagers zu trennen Aus diesem Grund wird die Verantwortlichkeit f r den Zugriff auf Daten innerhalb der SISA Architektur einer gesonderten Komponente der Datenzugriffskomponente bertragen Weitere Ausf hrungen zur Datentrans formation und zu den data access services vgl Tab 5 2 Seite 103 finden sich daher erst im entsprechenden Unterabschnitt 5 2 6 Seite 134 Anpassung und Erweiterung der Dienste Die oben angef hrten Prinzipien Klassen Dienste und Funktionen bieten einen Rahmen der beim Entwurf der Katalog Komponente aus Gr nden der Offen heit und Interoperabilit t ber cksichtigt werden sollte Eine OGC konforme Realisierung der Komponente kommt in den meisten F llen der Entwicklung eines SISA nicht in Frage die Einhaltung aller Spezifikationen erfordert einen zu hohen Einarbeitungs und damit Zeit und Kostenaufwand der im Rah men von Modell Entwicklungen i d R nicht gedeckt werden kann Aus diesem Grund werden im Folgenden die wichtigsten Dienste und Funktionen spezifi ziert die als Minimal Ausstattung der Komponente angesehen werden Hierzu werd
412. wendete Satz an Metadaten Elementen DCMES beinhaltet ein Ele ment namens Source Der Wert dieses Elementes sollte eine Referenz auf ei ne Ressource beinhalten die mit der beschriebenen Ressource in Beziehung steht vgl Tab 5 7 Seite 116 F r Simulationsmodell Ergebnisse enth lt die ses Feld sinnvollerweise den Namen URN des verantwortlichen Simulations modells sowie den Namen URN des Simulationslaufes in dessen Rahmen die Berechnung stattfand Ein Blick in die Metadaten eines Simulationsmodell Ergebnisses gibt dann direkt Aufschluss ber dessen Herkunft Simulations modell sowie ber die verwendeten Modelleinstellungen da diese ber den Simulationslaufnamen eindeutig bestimmt werden Auf diese Weise kann die Berechnungsgrundlage f r Ergebnisse transparenter und nachvollziehbarer ge macht und damit die Qualit t eines Assessments erh ht werden Um die direkte Speicherung von Metadaten durch das Simulationssystem zu unterst tzten wird durch die Komponente der allgemeinen Datenverar beitung eine Funktion bereitgestellt die Metadaten in der oben beschriebe nen Form DCMES und XML RDF als Datei speichern und Daten aus einer solchen Datei wieder lesen kann Realisiert wurde diese Funktion durch eine in C implementierte Klasse die von den neu erstellten Simulationsmodell Teilen vgl Abb 6 1 Seite 167 direkt verwendet wird Eine Erweiterung dieser Klasse zu einem Dienst w rde es erm glichen dass auch die nic
413. zung der verf gbaren Web Ressourcen erlaubt semantic web und dessen Entwicklung die vielf ltigen rechtlichen kommerziellen und sozialen Fragen ber cksichtigt die durch die Technologie aufkommen web of trust Das W3C sieht seine Rolle darin Visionen des zuk nftigen WWW zu erstellen Web Technologien zu deren Realisierung zu entwickeln und sich an Standardisierungsbem hungen zu beteiligen 31Startseite im Internet http www ieee org 32Startseite im Internet http www w3 org Consortium 3 2 STANDARDS 45 Das W3C besteht aus dem so genannten W3C Team und derzeit etwa 450 weiteren Mitgliedern und ist in Gruppen organisiert Die technischen Entwick lungen liegen in der Hand von Working Groups w hrend Interest Groups f r allgemeinere Arbeiten zust ndig sind und die Verbindung miteinander in fach licher Beziehung stehender Gruppen Aufgabe der Coordination Groups ist Die einzelnen Gruppen sorgen auch f r die Koordination ihrer Arbeit mit anderen Standardisierungsorganisationen Die Resultate des W3C sind technische Berichte Open Source Software und Dienstleistungen Zu den technischen Berichten geh ren auch die technischen Spezifikationen die so genannten Recommendations Entwickler Web basierter Anwendungen kommen um diese Spezifikationen nicht herum sie sind die Bausteine des WWW Zu den wichtigsten der zurzeit etwa 40 Empfehlungen z hlen diejenigen zur hyper tezt markup language HTML zum uniform resource locator
414. zuwirken Ordnungsm igkeit Erf llung anwendungsspezifischer Normen Vereinbarungen gesetzlicher Vorschriften oder hnlicher Bestimmungen Sicherheit Eignung unberechtigten Zugriff sowohl ver sehentlich als auch vors tzlich auf Programme und Daten zu verhindern Zuverl ssigkeit F higkeit der Software ihr Leistungsniveau unter festgelegten Bedingungen ber einen festgelegten Zeitraum zu bewahren Reife H ufigkeit von Versagen durch Fehlzust nde in der Software Fehlertoleranz Eignung ein spezifisches Leistungsni veau bei Software Fehlern oder Nicht Einhaltung ihrer spezifischen Schnittstellen zu bewahren Wiederherstellbarkeit M glichkeit bei einem Versa gen das Leistungsniveau wiederherzustellen und die di rekt betroffenen Daten wiederzugewinnen unter Ber ck sichtigung der daf r ben tigten Zeit und des ben tigten Aufwands Benutzbarkeit Aufwand der zur Benutzung erforderlich ist Verst ndlichkeit Aufwand f r den Benutzer das Kon zept und die Anwendung zu verstehen Erlernbarkeit Aufwand f r den Benutzer die Anwen dung zu erlernen Bedienbarkeit Aufwand f r den Benutzer bei der Be dienung und Ablaufsteuerung Effizienz Verh ltnis zwischen dem Leistungsniveau der Soft ware und dem Umfang der einge setzten Betriebsmittel unter fest gelegten Betriebsbedingungen Zeitverhalten Antwort und Verarbeitungszeiten und Durchsatz bei der Funktionsausf hrung

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